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【精品】数控工艺实训指导书 数控实训指导书（适用班级数控专业） 一、实训内容 1、数控加工工艺的制定 2、数控工艺文件的填写 3、编制数控加工程序，并进行仿真。 二、实训过程序号项目时间（天）1典型零件的工艺分析12工艺制定，填写工艺文件23编写数控加工程序，进行仿真2 三、工艺制定 1、数控加工中工艺制定的原则1）保证加工质量的原则一般情况下数控加工中为了保证零件的加工质量可以采用如下分析方法一是工序集中的原则，常常是在一次安装下完成零件的粗精加工，减少安装误差和安装次数。 这是数控加工中较多采用的原则，特别是数控车削加工。 二是工序分散的原则，为减少热变形和切削力变形对工件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度的影响，要考虑粗、精加工分开进行，即先安排工件各表面的粗加工再一起进行精加工，这种原则较多地在数控铣削和加工中心上加工复杂零件使用。 三是先面后孔的原则，对于一些箱体类零件等，为保证孔的加工精度应先加工表面再加工孔，以使孔的加工有明确的基准。 另外还要考虑基准先行、先外后内或者先内后外能通用原则，以及检验、热处理、零件的冷却等都要合理安排，以保证加工质量。 2）保证加工效率的原则数控加工中，由于控制过程的自动化使工件和刀具的安装与调整成了影响加工效率的主要因素，因此为了提高加工效率要考虑尽量减少刀具和工件的安装次数，在工艺处理时，尽量在一次安装中加工尽可能多的表面，同时要注意使刀具以最短的工艺路线到达加工部位。 如数控车床在精加工时通常利用精车刀从工件的右端开始一次走刀完成。 如图2-3所示。 二工艺步骤1零件分析2基准选择3加工方法与加工方案的确定4加工顺序的安排5工序的划分6工步的确定7走刀路线的确定8工艺装备的选择9切削用量的确定10填写工艺文件三工序的划分数控机床上加工工件时，与普通加工有较大的差别，要考虑零件的结构、装夹方法、机床功能、加工内容、使用刀具等。 数控加工工序的划分一般有以下几种方法1按粗、精加工划分考虑零件加工精度要求、刚度和变形等因素来划分工序时，一般采用粗、精加工的原则，即先粗加工再精加工。 这时可采用不同的机床和刀具，有利于保证零件饿加工精度，同时还能及时发现毛坯缺陷和消除粗加工中的变形和残余应力等。 一般情况下零件的加工表面不允许在一次安装中全部加工完成，要粗、精加工分开，即在粗加工后要留有加工余量，在精加工时保证零件的精度和质量要求,如图2-4。 2按所用刀具划分数控加工中，不同的表面结构需要选用不同的刀具来加工，以保证结构尺寸和加工质量，比如箱体的内表面的圆弧过渡部分需要圆弧铣刀来完成，回转轴上的退刀槽需要同尺寸的切槽刀来加工。 这时如果采用粗精加工分开的方法需要多次换刀，增加了加工的辅助时间，加工小率低。 这种情况下可根据使用的刀具来划分工序，进行编程。 用一把刀具在一次安装中尽可能地加工出可能加工的表面。 ，然后再换刀加工其它部位。 这种划分工序的方法常在需要多把刀具加工的零件上使用，比如在加工中心上加工复杂零件。 3按零件的装夹定位方式划分由于零件的结构形状和技术要求的不同，要求采用不同的装夹方式来保证加工要求，在数控加工中要尽量在一次装夹中尽可能多地加工零件表面，以减少装夹次数。 如图2-5片状凸轮零件，在安排加工工序时，由于其两侧面和内孔加工较为简单，可在普通机床上以外圆和端面为基准进行加工，其凸轮周轮廓虽然复杂可在数控铣床上通过一次装夹完成，所以该零件安排了两道工序，普通工序和数控工序。 这种方法适合于加工工序内容不多，而且每次装夹加工后零件即能达到待检状态。 它与粗精加工分开的划分方式不同，这种方法要求在一次装夹中即完成零件的加工，而粗精加工分开的方式不允许一次加工完成。 图2-4车削路线图2-5片状凸轮4按零件的加工部位划分有些零件的加工内容较多，构成零件的表面要素差异较大，可按照其结构特点将加工部位划分成几个部分，如呢表面的加工、外表面的加工、曲面加工、和平面加工等，以方便选择机床、切削用量、工艺装备等。 四工步的划分制定加工工艺的目的不仅仅是为了保证加工出符合图样要求的工件，同时要使机床的功能得到最大限度的发挥，为此要选用合适的刀具和机床切削用量，以对不同的表面进行合理的加工。 所以对所划分的加工工序要进行适当的工步划分。 数控加工程序中的机床控制指令的是以工步为依据来编写，如刀具的走刀路线、切削用量、刀具的选择等。 所以数控加工工艺中工步的划分是至关重要的一个环节，我们要特别给予重视。 一般来说，数控加工工步的划分要考虑如下原则1整个表面按粗、精加工分开的原则进行，即先想进行粗加工的工步，再进行半精加工和精加工的工步。 2复杂表面按先面后孔的原则进行，对于有面又孔的零件往往采取先铣面再镗孔，这样可以把减小铣削加工中的变形对零件精度的影响。 3保证加工效率的原则，在一次安装或利用一把刀具尽可能多地完成多个表面的加工，以减少换刀次数和工件安装次数。 4保证加工精度的原则，对于加工精度要求较高的零件或表面可以考虑单独安排工步进行加工。 以上原则，工艺编制人员要灵活掌握，根据零件特点和加工要求适当安排。 五加工顺序的安排零件加工中往往不是单一表面的加工，组成零件的表面形状不同、加工要求各异，这样对于组成零件的各个表面要素就会有各自的获得过程，我们不可能对这些表面的获得过程孤立地看待，要将这些相同或相近似的表面获得过程进行整和、安排，这就是加工顺序的安排。 比如一个零件有A、B、C、D四个表面要素组成，其加工顺序的安排过程如图2-6所示零件加工顺序的安排要根据其结构和毛坯状况，定位与夹紧的需要以及刀具使用状况来综合考虑，重点保证零件刚度，减少加工过程中零件的变形及其影响。 一般要遵循以下原则1上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧2尽可能先加工内表面，后加工外表面，即先内后外；3连续加工，即对定位、夹紧方式相同或使用刀具相同的表面尽可能安排在同一道工序内，连续完成，以减少换刀和工件安装次数。 4在同一次装夹的多道工序加工中，应先安排对工件刚性破坏小的工序。 比如车削时先加工离主轴远的表面。 六进给路线的确定进给路线是指加工过程中刀具的对刀点即刀位点相对工件运动的轨迹。 进给路线反映了加工内容和加工顺序。 只有确定了进给路线才能确定刀位点的位置，从而为刀位点的坐标计算以及数控编程做准备。 确定进给路线时应遵循以下原则1保证零件的加工精度和表面质量；2保证加工效率，充分发挥数控机床的高效性能；3加工路线最短，减少空行程时间和换刀次数；4数值计算简单，减少编程工作量。 零件的加工方法不同、机床的控制方式不一样以及加工表面的形状特点等的不同，使数控加工中进给路线的确定有一定的难度和诀窍。 不同人员对同一零件编制的程序会有很大的差别，也会导致不同的加工质量，有经验的编程人员能够合理的处理刀具运动过程的工艺问题，编制出简洁使用的加工程序。 在确定进给路线时的工艺处理，在很大程度上影响了编写程序的质量和效率。 下面从几个方面来分析数控工艺路线制定中的工艺分析和处理方法。 表面A表面B表面C表面D零件组成获得过程（工步）A1A2A3A4B1B2B3C1C2D2D3D4粗车半精车车槽铣槽粗车半精车磨粗车铣面粗车半精车车槽D1车螺纹A1B1D1C1A2D2B2A3D3B3A4C2D4按照相同或相近获得过程合并粗车半精车车槽铣加工磨车螺纹工序1工序2工序3热处理工序4工序5确定加工顺序根据要求添加常规工序（确定工序）图2-6加工顺序安排路线（一）进给路线确定中的几个特征点在确定刀具进给路线中，实际上是确定刀具在加工进给过程中的几个具体的位置的坐标值。 如图2-7为车削外圆，如图2-8铣削零件轮廓、钻孔加工，假定刀尖为一点，且刀尖件为刀位点（刀位点为刀具的定位基准点），其中O对刀点零件上或机床上一个确定的点，可以用来确定刀具与工件之间的相互位置，以确定工件坐标系与机床坐标子之间的关系。 R换刀点更换刀具时的坐标位置，适当尽量远离工件，保证更换刀具时不碰到工件并且行程最短。 A退刀点刀具每进行完一个工步所回到的位置，有时刀具也从此点进入加工B进刀点刀具由此点开始加工，此时以工进速度移动C基点工件上的结构点或工艺点D让刀点刀具离开工件的点，为了保证加工完成，次此点要离开已加工面一定距离W工件原点编程人员为了编程方便在工件上设定的点（二）合理设置对刀点和换刀点数控加工是按照数控程序给定的路线控制机床、刀具等相互运动来完成加工的。 在加工过程中要有合适的进刀路线而且数控加工能实现自动换刀，所以要设置合适的对刀点和换刀R AB CD AW图2-7车削路线中的点RWWZXXYBBDAC图2-8铣削加工中的点点。 对刀点是加工中刀具相对于工件运动的起点，程序也是从这一点开始执行的。 有时也称其为起刀点或程序起点。 对刀点可选在工件上也可选在工件外（夹具上或机床上），但必须与工件的定位基准有一定的尺寸关系，以便于确定工件坐标系在机床坐标系的关系。 为保证加工精度，对刀点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件可选择定位孔的中心作为刀具的对刀点等。 选择对刀点时一般注意以下问题1）便于数学处理和简化程序编制；2）在机床上容易找正；3）在加工中便于检查；4）引起的加工误差小。 换刀点的设置应适当尽量远离工件，保证更换刀具时不碰到工件并且行程最短。 换刀点的位置可有程序设定也可由机床设定。 如加工中心的换刀点是固定的，是由机床结构决定的，而对于数控铣床、数控车床等，其换刀点是根据工序内容由编程人员或机床操作人员设定的。 （二）刀具的引进和退出在确定刀具进给路线时，为了保证切削加工中，刀具以最短的距离和不损坏刀具的情况下进入和离开加工位置，要合理地考虑刀具的引进和退出。 1对于车削加工，加工外圆、切螺纹中，如图所示，为了保证加工过程主轴转速一致，进入切削时要留有切入量1和切出量2。 切入值1保证升速完成后不接触工件1=nPT1/60000mm=3P=1-3mm切出值2刀具离开工件后再降速2=nPT2/60000mm=3P=0-2mm2铣削轮廓时刀具要沿切向引进和退出，避免法向，避免产生切痕,如图2-11和图2-12.（二）消除反向间隙对加工的影响由于数控机床在加工过程的自动化，数控加工是完全执行加工程序进行的，数控机床虽起刀点切入方向切出方向起刀点切入方向切出方向2-11铣削外轮廓2-12铣削内轮廓T F编程T1T2O F21L图2-9进给中的速度变化图2-10切入、切出距离然在机械结构上最大限度地提高了精度，数控系统也具备误差补偿的功能，但是机床的传动中不可避免地存在间隙和磨损后的间隙增大，如果在编程时不考虑丝杠、齿轮传动中的误差和反向运动中间隙的影响，将导致加工精度的减低。 所以我们在编程是要适当地考虑机床传动间隙的影响，以减少机床的调整时间和参数设置时间。 如图加工零件上的四个孔，加工路线可采用两种方案。 方案如图2-13a所示按照孔的实际位置顺序加工，由于孔4与孔 1、 2、3的定位方向相反，刀具由孔3的位置移动到孔4的位置时，X轴的反向间隙会使定位误差增大，从而影响孔4与其它孔的位置精度。 方案如图2-13b所示，在加工完孔3后，刀具沿X反方向移动越过孔4，到达返回孔4位置来加工孔4，这样孔4的定位方向与其它孔的定位方向一致，从而减少了传动间隙对加工精度的影响，保证了四个孔的位置精度。 A点，然后再（四）避免过切切削加工过程中确定刀具的进给路线时要考虑刀具不能在某一位置停留时间和次数过多，否则会在刀具停留的位置产生过切，即有切痕，这样会影响零件的加工质量。 比如在铣削时刀具的切向进刀和退刀也是为了避免产生过切。 在其它加工中同样要考虑。 （五）提高效率数控加工中的效率问题是我们在编程时应该充分考虑的，因为数控机床的自动化程度高，如果在编程时不注意刀具的走刀路线，而只注重完成加工，那么会使机床空运转时间长，不能充分发挥数控机床的高效性能。 如在图2-14孔系的加工中，有两种加工路线，采用图a的加工路线比图b的加工路线缩短一倍。 1234AOWXY图b1234OWXY图a图2-13孔加工消除间隙方法在凹槽的铣削加工中，有三两种加工路线，图2-15a为行切法，其加工效率高，但加工表面粗糙；图2-15b为环切法，其加工效率低，但是加工表面精度高；图2-15c为先采用行切法去除材料再用环切法光整表面。 在实际加工中为了能高效地去除材料并且获得达到要求的加工表面常采用图c方案。 四、典型零件 五、工艺卡片 六、参考书目数控加工工艺、数控编程与加工、机械制造技术、机械加工工艺手册、刀具手册 七、纪律要求图a行切法图b环切法图c先行切再环切图2-15凹槽的铣削加工路线图2-14孔系加工中的加工路线图a图b 1、按时出勤，遵守学校关于实训教学的各项目规章制度。 出勤率不足2/3者，本次实训成绩不及格。 2、按时独立完成实训任务。 3、书写实训记录，做好实训总结，实训结束后一并上交。 4、每日按排值日，保持实训场所卫生。 拟定图示套类零件的机械加工艺过程，并填写相应的工艺卡片。 0.5C拟定图示套类零件的机械加工艺过程，并填写相应的工艺卡片。 1可转位刀具选用的一般原则可转位刀具按工艺类别已有相应ISO标准和GB国家标准，标准以若干位特定的英文字母代码和阿拉伯数字组合，表示该刀具的各项特征及尺寸，在选择之前需确定加工工艺类别，即外圆车削、内孔车削、切槽、铣削、还是其他。 以外圆车削为例刀片夹紧方式的选择在国家标准中，一般夹紧方式有上压式(代码为C)、上压与销孔夹紧(代码M)、销孔夹紧(代码P)和螺钉夹紧(代码S)四种，有的公司还有牢固夹紧(代码为D)图1。 但这仍不可能包括可转位车刀所有的夹紧方式。 例如代号P是用刀片的中心圆柱形销夹紧，而夹紧方式有杠杆式，偏心式等，而且，各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方式，因此选用时要查阅产品样本。 各夹紧方式适用不同形式的刀片，如无孔刀片常用上压式(C型)，陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夹紧方式。 D和M型夹紧可靠，适用于切削力较大的场合，如加工条件恶劣、钢的粗加工、铸铁等短屑的加工等。 P型前刀面开放，有利于排屑，一般中、轻切削可选用。 S型结构简单紧凑，无阻排屑，是沉孔刀片的夹紧方式，可用正前面刀片，适合于轻切削和小孔加工等。 1.刀片外形的选择刀片外形与加工的对象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃数等等有关。 一般外圆车削常用80凸三边形(W型)，四方形(S型)和80棱形(C型)刀片。 仿形加工常用55(D型)、35(V型)棱形和圆形(R型)刀片。 90主偏角常用三角形(T型)刀片。 不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，反之亦然。 圆刀片(R型)刀尖角最大，35菱形刀片(V型)刀尖角最小(图2)。 在选用时，应根据加工条件恶劣与否，按重、中、轻切削针对性地选择。 在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片，反之，机床刚性和功率小、小余量、精加工时宜选用较小刀尖角的刀片。 从切削力考虑，刀尖角越大，在车削中对工件的径向分力越大，越易引起切削振动。 从有效刃数来看，同等条件下，圆形刀片最多，棱形刀片最少，最近又现出了一种80的四边形刀片(Q型)(图3)，这种刀片比80棱形刀片的有效刃数增加了一倍。 2.刀杆头部形式的选择刀杆头部形式按主偏角和直头、偏头分有1518种，各形式规定了相应的代码，国家标准和刀具样本中都一列出，可以根据实际情况选择。 有直角台阶的工件，可选大于或等于叨往偏角的刀杆。 一般粗车，可选主偏角4590的；精车，可选4575的；中间切入、仿形，可选45107.5的；工艺系统刚性好时可选较小值，工艺系统刚性差时，可选较大值。 刀片后角的选择常用的刀片后角有N(0)、C(7)、P(11)、E(20)等，一般粗加工，半精加工可用N型。 半精加工、精加工可用C型、P型、也可用带断屑槽形的N型刀片。 加工铸铁、硬钢可用N型。 加工不锈钢可用C型、P型。 加工铝合金可用P型、E型等。 加工弹性恢复性好的材料可选用较大一些的后角。 3.一般镗孔刀片，选用C型、P型，大尺寸孔可选用N型。 4.左右手刀柄的选择有三种选择R(右手)、L(左手)和N(左右手)。 要注意区分左右刀的方向。 选择时要考虑机床刀架是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的旋转方向以及需要的进给方向等。 刀杆尺寸的选择刀杆基本尺寸有刀尖高度，刀杆的宽度和长度，在标准尺寸系列中，5.这些都是相对应的，选择时应与所使用的机床相匹配，使车刀装在卧式车床刀架上的刀尖位置处于车床主轴中心线等高位置，若略低一点可以加垫片解决，但对于数控机床，原则上不得加垫片。 刀杆的长度应考虑到刀杆需要的悬伸量，这悬伸量应尽可能小。 内孔刀杆还要考虑加工的最小孔径等等。 切削刃长度的选择切削刃的长度应根据加工余量来定，最多是刃长的2/3参加切削。 要考虑到主偏角对有效切削刃长度的影响。 刀片精度等级的选择刀片精度等级根据加工作业，例如精加工、半精加工、粗加工等选择，以便在保证作业任务完成的前提下，降低加工成本。 国家标准有AU共12个精度等级，车削常用等级为G、M、U。 一般，精密加工选用高精度的G级刀片；非铁金属材料的精加工，半精加工宜选用G级刀片。 淬硬(45HRC以上)钢的精加工也可选用G级刀片。 精加工至重负荷粗加工可选用M级、粗加工可选用U级刀片。 刀尖圆弧半径的选择刀尖圆弧半径不仅影响切削效率，而且关系到被加工表面粗糙6.7.8.度及精度。 从刀尖圆弧半径与最大进给量关系来看，最大进给量不应超过刀尖圆弧半径尺寸的80，否则将恶化切削条件，甚至出现螺纹状表面和打刀等问题。 因此，选择的刀尖圆弧半径应等于或大于零件车削最大进给量的1.25倍。 当刀尖角小于90时，允许的最大进给量应下降。 刀尖圆弧半径还与断屑的可靠性有关。 为保证断屑，切削余量和送给量有一个最小值，当刀尖圆弧半径减小，所得到的这两个最小值也相应减小，因此，从断屑可靠出发，通常对于小余量、小进给车加工作业应采用小的刀尖圆弧半径，反之宜采用较大的刀尖圆弧半径。 刀尖圆弧半径与进给量在几何学上是形成被加工零件表面粗糙度的两个参数hf?/8r(式中，h为加工表面轮廓高?m,f为进给量mm/r,r为刀尖圆弧半径mm)。 由此式可知，当被加工零件表面粗糙度与进给量已设定后，就可选择相应的刀尖圆弧半径rf?/8h车削时刀尖半径与进给量、表面粗糙度的关系车削时，刀尖半径与进给量、表面粗糙度的理论值存在一定关系，我们选择进给量时一般不应超过此值。 h=r-(r?-(0.5f)?)0.5h为残留高度，而Ra=(0.250.33)h因此:fmax=(Rar/50)?刀尖圆角mm圆刀片mm Ra/Rz?m0.4/1.61.6/6.33.2/12.56.3/258/3232/100进给量mm0.20.050.080.130.220.40.070.110.170.80.100.150.240.300.381.20.190.290.370.471.60.340.430.541.082.40.420.530.661.3260.200.310.490.6280.300.360.560.72100.250.400.630.801.00120.440.690.881.10160.510.801.011.262.54200.891.131.422.94251.261.583.339.断屑槽形的选择我国生产的硬质合金刀片断屑槽形分为两大类，一类是国家标准(GB207687)所推荐的23种断屑槽形；一类是通过引进吸收，开发后生产的断屑槽形。 前一类在普通机床上常采用，后一类在我国两大硬质合金厂的产品样本中推荐出了相应的适用范围。 两大类数十种槽形无法一列出，选用时可参考有关样本。 作为常规的数控切削加工，刀片的断屑槽形已向基本槽形加补充槽形两种模式发展，即以尽可能小的槽形覆盖尽可能大的加工范围，其余充实槽形来弥补。 糟形根据加工作业类型和加工对象的材料特性来确定，各供应商表示方法不一样，但思路基本一样基本槽形按加工作业类型有精加工(代码F)、普通加工(代码M)和粗加工(代码R)。 加工材料按国际标准有钢(P类)、不锈钢、合金钢(M类)和铸铁(K类)。 这两种情况一组合就有了相应的槽形，比如PF就指用于钢的精加工槽形，KM是用于铸铁普通加工的槽形等。 如果加工向两方向扩展，如超精加工和重型粗加工，以及材料也扩展，如耐热合金、铝合金，有色金属等等，就有了超精加工、重型粗加工和加工耐热合金、铝合金等等的补充槽形，选择时可查阅具体的产品样本。 2选择的层次问题选择的层次，在这是指选择什么档次的刀具。 我国的刀具市场已是完全的买方市场，这对买方有利，但也给买方带来了困惑。 选择什么档次的刀具与机床的档次、零部件加工的要求、产品的价值。 企业的类别和企业产品的市场状况等有着密切的关系。 目前，对中国的刀具“层次”业内有这么一种认为 (1)德国， (2)欧美、以色列、日本等， (3)韩国、台湾、 (4)中国内地。 一般来说这些国家和地区的刀具价位是依次递减的，但这并不是说其刀具的性价比也是如此，更不是说各自在自己的强项方面不是世界顶级产品(包括价位)、不是第1层次。 山特维克钢件的切削，肯纳、伊斯卡的高温合金、不锈钢的加工，攀时、伊斯卡、山高的铝及有色金属的加工；山特维克的车刀，山高、英格索尔、瓦尔特的铣刀，伊斯卡的糟刀，埃莫克的丝锥，马宝的铰刀，EPB、可麦特的镗刀，钴领的钻头，日本的金属陶瓷等等。 国内哈工量的铣刀、哈一工、贵工的拉刀、汉江工具厂的齿轮滚刀、西南工具总厂的高速钢立铣刀、上刃的丝锥、英格的铣和孔加工刀具、湖南钻石的整体硬质合金刀具、广工的工具系统、成都工具研究所的螺纹刀片、自贡硬质合金厂的重型切削和难加工材料硬质合金刀片、株洲硬质合金厂的数控车、铣刀片及超细颗粒刀片等等，都在各自领域和层次上具有相当的优势，用户应根据自身的实际情况充分考虑刀具的