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目录 摘要摘要 3 第一章第一章 绪论绪论 6 1 1 数控系统发展史 6 1 2 研究本课程的目的 意义 7 1 3 本论文研究的主要内容 7 第二章第二章 传统加工工艺传统加工工艺 8 2 1 传统机械加工工艺过程的组成 8 2 1 1 工序 8 2 1 2 安装 9 2 1 3 工位 9 2 1 4 工步 10 2 1 5 走刀 10 2 2 传统机械加工工艺规程 11 2 2 1 制定机械加工工艺规程的基本要求 11 2 2 2 传统机械加工工艺规程的设计步骤及内容 12 2 2 3 工艺路线的拟定 13 2 2 4 加工阶段的划分 14 第三章 数控加工工艺 15 3 1 数控加工工艺的内容 15 3 1 1 分析零件图样 15 3 1 2 工艺装备的选择 16 3 1 3 对刀点与换刀点的确定 17 3 1 4 工艺路线的拟订 17 3 1 5 切削用量的合理选择 18 第四章第四章 螺纹轴传统加工工艺与数控加工工艺实例螺纹轴传统加工工艺与数控加工工艺实例 19 4 1 传统加工工艺分析 19 4 1 1 选择加工方法 20 4 1 2 划分加工阶段 20 4 1 3 选择定位基准 20 4 1 4 加工顺序安排 21 4 1 5 制定工艺规程 21 4 2 数控加工工艺分析 23 4 2 1 分析零件图 23 4 2 2 选择设备及制定加工工艺 23 4 2 3 编制数控加工程序 26 4 3 数控加工工艺与传统加工工艺比较 28 4 3 1 设备比较 28 4 1 2 工艺系统比较 29 4 1 3 加工工艺工序比较 30 4 1 4 工艺设计比较 30 4 1 5 加工工艺内容比较 31 4 1 6 加工精度比较 31 第五章第五章 数控技术的发展趋势数控技术的发展趋势 33 5 1 高精度 高速度 高效的发展趋势 33 5 1 1 高精度 33 5 1 2 高速 高效 34 5 2 多轴联动加工和复合加工的发展趋势 34 5 3 柔性化 智能化 开放化 网络化的趋势 35 5 3 1 柔性化 智能化 35 5 3 2 开放化 网络化 36 结论 结论 36 参考文献参考文献 37 致谢致谢 33 数控加工工艺与传统加工工艺比较 摘要 数控加工工艺是数控加工过程中较为复杂又非常重要的环节 与加工程序的编制 零件加工的质量 效益都有着密切的关系 工艺设计的好坏 不仅会影响机床效率的 发挥 而且还将直接影响零件的加工质量 因此 对数控加工工艺进行研究对提高被 加工零件的精度 提高工作效率 从而提高企业的经济效益 是非常必要的 随着 CAD CAM 技术的飞速发展 使得企业可加工精度更高 形状更复杂的零件 另外一方 面市场竞争的日益加剧 要求企业在产品质量不断提高的前提之下不断压缩产品生产 时间 所以如何利用计算机对数控加工工艺设计过程进行辅助 以期提高数控加工工 艺设计的质量 减少生产时间就成为当务之急 在数控加工中 正确合理地选择切削参数对确保产品质量 提高生产率 降低生 产成本起着十分重要的作用 近年来 随着数控技术的普遍应用 以及各种先进制造 技术的迅速发展 生产辅助时间大大降低 因此缩短切削加工时间 对提高生产率起 着重要的作用 目前 大多数工厂在生产中凭经验或参考切削用量手册来选择切削用 量 这往往达不到切削参数的最优选 运用现代切削理论 数学建模和模型分析方法 寻求切削参数的最优组合 是切削参数选择的一个重要方向 本设计通过对传统加工工艺和数控加工工艺的主要内容 工艺问题 零件图分析 工艺装备的选择 工艺规程 工艺路线的拟订等几方面进行了介绍 并举了一些实例 对数控加工工艺与传统加工工艺进行比较 提出了数控加工工艺的效率比传统加工工 艺高 精度比传统加工工艺精确 加工复杂产品应用数控加工工艺能降低成本等观点 为选择加工工艺提供参考 关键词 传统加工工艺 数控加工工艺 工艺特点 工艺内容 CNC machining technology compared with traditional processing technology Abstract CNC machining CNC machining process is more complicated process and very important part of the preparation and processing procedures spare parts processing quality and efficiency are closely related Process design is good or bad will not only play the machine tool efficiency but also directly affect the machining quality Therefore research on numerical control processing technology to improve the accuracy of the processed parts improve efficiency thereby enhancing the economic efficiency of enterprises is very necessary With the CAD CAM technology rapid development so businesses can process more precise more complex shape parts On the other hand increasing competition in the market requires enterprises to improve product quality continuously compressed without sacrificing production time Therefore the use of computer numerical control machining process planning on the auxiliary in order to improve the NC machining process design quality reduce production time to become a top priority In NC for reasonable choice of cutting parameters to ensure product quality increase productivity reduce production costs play an important role In recent years with the widespread application of CNC technology and a variety of advanced manufacturing technology rapid development production assistant time reduced significantly Therefore decrease the cutting time and plays an important role in increasing productivity At present most factories in the production of cutting experience or reference manual to select the cutting parameters which often reach the most optimized cutting parameters Use of modern cutting theory mathematical modeling and model analysis for the optimal combination of cutting parameters cutting parameters is an important direction The design on the traditional processing technology and CNC machining technology main content process problems parts diagram analysis process and equipment selection process planning process development and other aspects routes were introduced simultaneously a number of examples of the machining process and comparison of traditional processing technology CNC machining process made more efficient than traditional processing technology of high precision and accuracy than conventional processing processing CNC machining process of complex product applications can reduce the cost point of view provide a reference for the selection of processing technology Keywords traditional processing technology CNC machining technology Technological features process the content 第 1 页 共 39 页 第一章 绪论 数控加工工艺使传统的加工工艺在多方面产生很大的影响 数控加工工艺使工人的 劳动强度下降 提高了加工效率 对传统加工工艺与数控加工工艺进行比较对我们的 生产有重要意义 合理确定数控加工工艺 对实现优质 高效的数控加工有重要作用 所以必须了解这些差别 才能很好地利用数控加工方式 保证加工过程顺利和加工质量 稳定 1 1 数控系统发展史 从 1952 年美国麻省理工学院与 PARSONS 公司合作研制出世界上第一台试验性数 控系统 到现在已走过了 58 年历程 数控系统由当初的电子管式起步 经历了以下几 个发展阶段 分立式晶体管式 小规模集成电路式 大规模集成电路式 小型计算机 式 超大规模集成电路 微机式的数控系统 前三个阶段的数控系统主要是有电路的 硬件和连线组成 称为接线逻辑数控系统 WiedlogicNC 或硬数控系统 特点是具有很 多硬件电路和连接节点 电路复杂 可靠性不好 后三个阶段的数控系统主要是由计 算机硬件和软件组成 称 CNC 数控系统 它最突出的特点是利用存储在存储器里的软 件控制系统工作 这种系统容易扩大功能 柔性好 可靠性高 我国对数控机床的研制和发展起始于 50 年代 并于 60 年代末 70 年代初研制成功 劈锥数控铣床 CJK 一 18 晶体管数控系统及 X53K 一 lG 立式数控铣床等 到 70 年代 开始 数控技术在车 铣 钻 磨 齿轮加工 电加工等领域全面展开 数控加一工 一中心也研制成功 我国在二十世纪八十年代初期通过引进 消化 吸收国外的先进 技术 从美国 德国等国家引进了一些新技术 又在 七五 八五 九五 期间 对伺服驱动技术进行重大科技项目攻关 取得了重大成果 代表我国当前数控机床水 平的中华 1 型 航天 1 型数控系统已能够向国内各机床制造厂配套自身的数控系统所 需的伺服系统 还应用于一些老设备的技术改造 目前 我国的机床工业正从生产大 国逐渐变为机床强国 主要体现在数控机床产品的技术水平和质量不断发展和提高 其中 特别是数控系统和数控机床的可靠性不断提高 由于科学技术人员的不懈努力 新的数控产品不断涌现 如多坐标轴高速高精度等数控机床的研制成功 在国家自然 第 2 页 共 39 页 科学基金委员会等单位的支持下 我国进行了开放性数控系统的理论与实践研究 总 之 新一代数控系统技术水平大大提高 促进了数控机床性能向高精度 高速度 高 柔性化方向发展 使柔性自动化加工技术水平不断提高 1 2 研究本课程的目的 意义 制造技术市场全球化使竞争空前剧烈 从而要求制造商具有较强的市场适应能力 因而市场对适合中小批量加工 具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求己逐步超 过对大型单一功能的制造系统的需求 数控技术向高速化 高精度 多轴控制和复合 方向发展 向模块化 可重构 可扩充的软硬件系统 这就是开放式控制系统 这一 系统不仅能够快速 经济地适应新的加工需求 而且为制造厂提供了将其技术与任何 第三方的技术或产品进行集成的可能性 在激烈的市场竞争中 各企业总结前期低水 平和无序竞争造成的产品质量低下 损失市场的沉痛经验 迫切需要成本低 效率高 技术含量高的新型设备来武装自己 以增强其产品的竞争力 提高企业的知名度 所 以对数控加工工艺与传统加工工艺进行比较 研究 找出它们的相同点和不同点 从 而利用它们来指导生产 1 3 本论文研究的主要内容 基于查阅大量资料的前提下 了解数控机械加工工艺的数字化 1 了解传统加工工艺 2 了解数字化加工工艺 电脑 单片机的实际应用 3 选择某一具体加工方式进行数字与传统的比较 4 今后的发展趋势 新技术的应用等 第 3 页 共 39 页 第二章 传统加工工艺 传统加工工艺 就是使用普通机床加工零件时所运用的各种工艺方法和工艺手段 传统加工是以传统的机械加工 半机械半人工操作 纯人工操作进行加工的过程 工艺是指制造产品的技巧 方法 和程序 机械制造过程中 凡是直接改变零件形状 尺寸 相对位置关系和性能等 使其成为成品或半成品的过程 称为机械制造工艺过 程 它包括毛坯制造 零件加工 热处理 质量检验和机器装配等 而为保证工艺过 程正常进行所需的刀具 夹具制造 机床调整维修等则属于辅助过程 通常 机械加工 是获得机器零件的最主要手段 要进行传统加工工艺与数控加工工艺比较 必须先弄 清楚传统加工工艺的内容和相关的术语 2 1 传统机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是指采用机械加工的方法按一定顺序直接改变毛坯的形状 尺寸 及表面质量 使其成为合格零件的工艺过程 为便于工艺过程的编制 执行和生产组织 管理 需要把工艺过程划分为不同层次的单元 它们分别是工序 安装 工位 工步 走刀 其中工序是工艺过程中的基本单元 零件的机械加工工艺过程由若干工序组成 在一个工序中可能包含一个或几个安装 每一个安装中又可能包含有一个或几个工步及 每一工步中包含一次或几次走刀 2 1 1 工序 工序是一个 或一组 工人 在一个工作地对同一个 或同时对几个 工件进行 加工所连续完成的那部分工艺过程 划分的主要依据是工作地是否变动和工作地是否 变动和工作是否连续 如果其中一个变动或者加工不是连续完成 则应划分为另一道 工序 工作地 是指一台机床 一个钳工台或一个 装配地点 连续 是指对一个具 体的工件的加工是连续进行的 中间没有插入另一个工件的加工 第 4 页 共 39 页 图1 1 阶梯轴 现以图 1 1 所示的阶梯轴的加工来说明 若阶梯轴的精度和表面粗糙度要求不高 单间小批量生产时 其工艺过程见表 1 1 大批量生产时 其工艺过程见表 1 2 2 1 2 安装 工件加工前 使其在机床或夹具中占据一正确而固定位置的过程称为安装 在一 道工序中 工件可能安装一次 也可能安装几次 表 1 1 中的工序 1 和 2 都是两次安 装 而工序 3 以及表 1 2 中的各道工序中都是一次安装 工件加工过程中应尽可能减 少安装次数 以免影响加工精度和增加辅助时间 2 1 3 工位 为了减少安装次数 常采用回转工作台 回转夹具或移动夹具等多工位夹具 使 工件在一次安装中先后处于几个不同的位置进行加工 此时 工件在机床上占据的每 一个加工位置称为工位 如图 1 2 所示为一种利用回转工作台在一次安装中顺次完成 装卸工件 钻孔 扩孔和绞孔四个工位加工的实例 表1 1 单件小批量生产的工艺过程 工序号工序内容设备 1 车端面 钻中心孔 调头车端面 钻中心孔车床 2 车大外圆及倒角 调头车小外圆及倒角车床 3 铣键槽铣床 4 去毛刺钳工台 表1 2 大批量生产的工艺过程 工序号工序内容设备 1 车端面 钻中心孔车床 2 车大外圆及倒角车床 3 车小外圆及倒角车床 4 铣键槽铣床 5 去毛刺钳工台 第 5 页 共 39 页 2 1 4 工步 在加工表面 切屑刀具和切屑用量 不包括切屑深度 不变的条件下 连续完成 的那部分工序称为工步 一道工序可能包括几个工步 也可能只有一个工步 如表 1 1 所示工序 1 中 包 括四个工步 两次车端面 两次钻中心孔 工序 2 中也也包括四个工步 而表 1 2 工 序 4 只有一个工步 为了化简工艺文件 对于在一次安装中连续进行的若干个相同的工步 常看做为 一个工步 可称为合并工步 如用一把转头连续钻削几个相同尺寸的孔 就认为是一 个工步 而不看成几个工步 为了提高生产效率 采用复合刀具或多刀加工的工步称 为复合工步 如图 1 3 所示 在工艺文件上 复合工步应看为一个工步 图 1 2 多工位加工 图 1 3 复合工步 2 1 5 走刀 走刀是指切削工具在加工表面上切削一次所完成的那部分工艺过程 在一个工步 中 当加工表面上需要切除的材料较厚 无法一次全部切除掉 需要分几次切除时 则每切去一层材料称为一次走刀 一个工步可以包括一次或几次走刀 如图 1 4 所示为工序 安装 工位 工步和走刀的关系示意图 第 6 页 共 39 页 2 2 传统机械加工工艺规程 工艺规程是指规定产品或零件部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件 其中 规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程 正确的 工艺规程是在总结长期的生产实践和科学实践的基础上 依据科学理论和必要的工艺 实验并考虑具体的生产条件而制定的 不同的生产类型对工艺规程的要求不同 单件小批量生产由于生产的分工比较粗 糙 通常只需说明零件的加工工艺路线 即其加工工序顺序 填写工艺过程卡 对于 大批量生产 因其生产组织严密 分工细致 工艺规程应尽量详细 要求对每道工序 的加工精度 操作过程 切削用量 使用的设备及刀 夹 量具等均作出具体规定 因此 除了工艺过程卡外 还应有相应的加工工序卡 此外 必要时还需要检验工序 卡和机床调整卡 中小批量生产经常采用机械加工工艺卡 其详细程度介于工序过程 卡和加工工序卡之间 2 2 1 制定机械加工工艺规程的基本要求 制定工艺规程的基本要求是在保证生产质量的前提下 尽量提高生产效率和降低 成本 使经济效率最大化 另外 还应在充分利用本企业现有的生产条件下 尽可能 采用国内外的先进技术和经验 并保证工人具有良好而安全的劳动条件 同时工艺规 程还应做到正确 完整 统一和清晰 所用术语 符号 单位 编号等都要符合相应 标准 并积极采用国际标准 2 2 2 传统机械加工工艺规程的设计步骤及内容 设计零件的机械加工工艺规程的步骤及其内容如下 1 分析零件工作图和产品装配图 阅读零件工作图和产品装配图 以了解产品的用途 性能及工作条件 明确零件 在产品中的位置 功能及其主要的技术要求 2 工艺审查 主要审查零件图上的视图 尺寸和技术要求是否完整 正确 分析各项技术要求 制定的依据 找出其的主要技术要求和关键技术问题 以便在设计工艺规程时采取措 第 7 页 共 39 页 施施予保证 审查零件的结构工艺性 3 确定毛坯的种类及其制造方法 毛坯是由原材料变成零件过程的第一步 正确确定毛坯有重大的技术经济意义 它不但影响毛坯制造的工艺和费用 而且对零件机械加工工艺过程也有极大的影响 是保证规程设计质量的重要环节 常用机械零件的毛坯有铸件 短件 焊接件 型件 冲压件以及粉末冶金 成型 轧制见等 零件的毛坯种类有的在图纸上明确 如焊接件 有的随着零件材料的选定 而确定 如选用铸铁 铸钢 铸铝等 此时毛坯必为铸件 且除了形状简单的小尺寸 零件选用铸造型材外 均选用单件造型铸件 对于材料问哦结构钢的零件 除了重要 零件如曲轴 连杆明确是锻件外 大多数只规定了材料及其热处理要求 这就需要工 艺规程设计人员根据零件的作用 尺寸和结构形状来确定毛坯种类 如作用一般的阶 梯轴 若各阶梯的直径差较小 则可直接以圆棒料毛坯 重要的轴或直径差大的阶梯 轴 为了减少材料消耗和切削加工量 这宜采用锻件毛坯 4 拟定机械加工工艺路线 这是机械加工工艺规程设计的核心部分 其主要内容有 选择定位基准 确定加 工方法 安排热处理 检验和其他工序等 5 确定工序所需的机床和工艺装备 工艺装备包括夹具 刀具 量具 辅具等 机床和工艺装备的选择应在满足零件 加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下 与生产批量和生产节拍想适应 并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分领用现有条件 以降低生产准备费用 对 必须改装或重新设计的专用机床 专用或成组工艺装备 应在进行经济性分析和论和 论证的基础上提出设计任务书 6 确定工序的加工余量 计算工序尺寸和公差 7 确定切削用量 8 确定各工序时间定额 9 评鉴工艺路线对制订的工艺方案应进行技术经济分析 并应对多种工艺方案进 行比较 或采用优化方法 以确定出最有工艺方案 10 填写或打印工艺文件 第 8 页 共 39 页 2 2 3 工艺路线的拟定 拟定工艺路线是工艺规程的关键步骤 工件路线的优劣 对零件的加工质量 生 产效率 生产成本以及工人的劳动强度 都有很大的影响 通常 具体拟定是 往往 设定几个工艺路线方案 经分析比较后 选择其中最优的一个方案 选择加工方法的基本原则是 既要保证零件的加工质量 又要使加工成本低 1 加工经济精度 加工经济精度可以定义为 在正常的加工条件下 使用符合质量标准的设备 工 艺装备和标准技术等级的工人 合理的工时定额 所能达到的加工精度和表面粗糙度 加工经济精度是一个精度范围而不是一个值 一定的生产条件下 可能会出现几种能保 证零件技术要求的工艺方案 此时 应通过核算或相互对比 选择经济上最合理的方案 使产品的能源 材料消耗和生产成本最低 2 加工方法的选择 在分析研究零件图的基础上 选择各表面的加工方法时 一般先选择零件上精度 最高的表面的加工方法 这通常是指该表面的终加工方法 主要应考虑以下问题 1 加工表面的精度和表面粗糙度要求 根据这些要求 选择与之相符合的加工经济季度对应的加工方法 满足要求的加 工方法可能会有多种 再结合其他条件 最后确定一种 2 零件的材料和热处理要求 零件材料和热处理是影响加工方法选择的重要因素 如有色金属精加工 因材料 过软容易堵塞砂轮而不宜采用磨削 钢件和铸铁可采用磨削 而一般淬火表面只能采 用磨削 3 零件的生产类型 所选用的零件方法应与生产类型相适应 大批量生产 应采用一些高生产率的加 工方法 如加工孔 内键槽 内花键等可以用拉削的方法 当批量不大时 则采用一 般的钻 铰 镗 插等方法 4 本厂现有水平 生产条件等 技术人员应对本单位的设备种类和数量 加工范围 精度水平以及工人的技术水 平有充分的了解 应尽量利用本厂资源 并不断对原来设备和工艺装备进行技术改造 第 9 页 共 39 页 挖掘企业潜力 创造经济效率 2 2 4 加工阶段的划分 当加工零件的质量要求比较高时 往往不可能在一两个工序中完成全部的加工工 作 而必须分几阶段来进行加工 一般来说 整个加工过程可分为粗加工 半精加工 精加工等几个阶段 加工精度和表面质量要求较高时 还可以增设光整加工和超精加 工阶段 加工过程中将粗 精加工分开进行 有粗到精使逐步到达所要求的精度水平 粗加工阶段的主要任务主要是尽快从毛坯上去除大部分余量 并加工出精基准 关键问题是提高生产率 一般粗加工阶段背吃刀量选在 3mm 左右 半精加工阶段的主要任务是在粗加工阶段的基础上提高零件精度和表面质量 并 留合适的余量 为精加工做好准备工作 一般半精加工背吃刀量取 0 5 2mm 精加工阶段的主要任务是从工件表面切除少量余量 达到工件设计要求的加工精 度和表面粗糙度 一般精加工取背吃刀量 0 2 0 4 光整加工阶段的主要任务是对于零件尺寸精度和表面质量要求很高的表面 还要 安排光整加工阶段 这一阶段的主要任务是提高尺寸精度和表面粗糙度 通过上面的分析 可用图 1 5 来说明传统机械加工工艺过程 第 10 页 共 39 页 第三章 数控加工工艺 数控加工工艺 就是使用数控机床加工零件时所运用的各种工艺方法和工艺手段 在数控机床上加工零件 首先要根据零件的尺寸和结构特点进行工艺分析 拟定加工 方案 选择合适的夹具和刀具 确定每把刀具加工时的切削用量 然后将全部的工艺 过程 工艺参数等编制成程序 输入数控系统 整个加工过程是自动进行的 因此程 序编程前的工艺分析与设计是一项十分重要的工作 数控加工是数控机床按照事先编 好的加工程序自动对工件进行加工的过程 在普通机床上加工工件时 对许多具体的工艺问题 如工艺中各工步的划分与安 排 刀具的几何形状 走刀路线与切削用量等 在很大程度上都是操作工人根据自己 的实践经验和习惯自行考虑和决定的 并可以根据实际加工情况随时进行调整 一般 无需工艺人员在设计规程时做过多的规定 而在数控加工时 数控机床受控于加工程 序指令 加工的全过程都是按程序指令自动完成的 这些具体的工艺问题 不仅成为 数控工艺设计时必须认真考虑的内容 而且还必须做出正确的选择并编入加工规程中 也就是说 本来是由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺 问题 在数控加工时就转变为编程人员必须事先设计和安排的内容 3 1 数控加工工艺的内容 在数控机床上加工零件时 要把被加工的零件的全部数控加工工艺过程 工艺参 数和轨迹数据 以信息的形式记录在控制介质上 用控制介质上的信息来控制机床 实现零件的全部数控加工过程 数控加工工艺的主要内容主要包括 分析零件图样 工艺装备的选择 对刀点与换刀点的确定 工艺路线的拟定 切削用量的选择 编写 程序等 3 1 1 分析零件图样 通过分析 研究零件图样 选择并确定进行数控加工的内容和工序 零件图样是设 计工艺过程的依据 因此 必须进行细致的工艺分析 以为后续工艺设计过程的各个环节 第 11 页 共 39 页 打下必要的基础 一般选择通用机床难加工 质量也难以保证的内容作为加工重点 但 也应结合本单位的实际 如电连接器新品研制周期短 批量小等 立足于解决关键难题 和提高生产效率 在数控机床尚存在冗余能力的基础上进行选择 充分发挥数控加工的 优势 分析零件图的另一重要目的就是确定零件数控加工工艺的设计 应注意以下三点 1 工艺的内容应十分具体 在通用机床加工时 许多具体的工艺问题可以由操作工人根据自己的实践经验和习 惯自行考虑和决定 在加工工艺设计时一般无需进行过多的规定 而在数控加工时 这 些具体的工艺问题 不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容 而且必须做出正确 的选择并编入到加工程序中 2 工艺的设计应非常严密 数控机床虽然自动化程度高 但自适应性差 它不像传统机床加工时可以根据加 工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整 即使现代数控机床在自适应调整方面 做出了不少努力与改进 但自由度不大 比如 在数控机床上攻螺纹时 数控系统不 知道孔中是否已挤满了切屑 是否需要换刀 或清洗一下切屑再继续加工 所以 在 数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节 同时 在对图形进行数学 处理 计算和编程时 都要力求准确无误 数控机床比同类的通用机床价格高得多 加工的都是一些形状比较复杂 价格较高的零件 万一损坏机床或零件都会造成较大 的损失 工艺方案的好坏不仅会影响数控机床效率的发挥 而且将直接影响到零件的加工 质量 编程员必须具备较扎实的工艺基本知识和较丰富的实际工作经验 3 注意加工的适应性 根据数控加工的特点 正确选择加工方法和加工对象 总之 在不影响零件使用特 性的许可范围内 应尽量满足数控加工工艺的各种需求 3 1 2 工艺装备的选择 工艺装备的选择包括夹具 刀具和量具的选择 1 夹具的选择 一般情况下 当零件加工批量小时应尽可能选用组合夹具 通用 化和标准化夹具 当零件成批生产时应设计专用夹具 夹具应装夹方便 快速 定位准 确 可靠 以缩短零件加工的生产准备周期 第 12 页 共 39 页 2 刀具的选择 数控加工台时费用高 为提高效益 对刀具提出了更高的要求 因 此 一般应遵循以下原则 尽量选用硬质合金刀具 合理选择刀具的几何参数 以提高 切削性能 选择可靠性和耐用度高的刀具 减少更换或修磨次数 在满足使用要求 的前提下刀具的长度应尽可能短 以提高刀具的刚性 同一把刀具多次装入机床主轴 锥孔时 刀刃的位置应重复不变 刀具确定后 应将刀具规格 专用刀具代号和该刀具 所要加工的内容列表记录下来 供编程时使用 3 量具的选择 在数控机床上进行加工一般选用通用量具 量具精度必须与加工 精度相适应 3 1 3 对刀点与换刀点的确定 对刀点是数控加工时刀具相对于工件运动的起点 也是程序的起点或起刀点 对刀 点一般可按以下原则进行选择 1 加工精度要求不高时 可直接用工件上或夹具上的某些表面作为对刀面 加工 精度要求较高时 对刀点应尽量选在工件的设计基准或工艺基准上 如在数控车床上加 工零件时 可将对刀点定在零件的回转中心上 在加工中心上加工以孔定位的工件时 可将孔的中心作为对刀点 2 在回转工作台上 可使工作台的回转中心与夹具的对称中心重合 把对刀点定在 重合的中心线上 工作台不论怎样转动 中心线始终保持一致 即基准始终保持一致 3 对刀点的选择应便于坐标值的计算 并使对刀方便 对刀点最好选在机床坐标 原点上 或者选在距机床原点为某一确定值的点上 这样便于坐标值的计算 方便编程 减少尺寸换算引起的误差 4 对刀点既是程序的起点 又是程序的终点 在批量生产中 对刀时应使对刀点与 刀位点重合 这样对刀点的位置容易找正 便于检查 换刀点是为加工中心 数控车床 等多刀加工的机床编程而设置的 因为这些机床在加工过程中要自动换刀 换刀点的位 置应根据换刀时不得碰伤工件 夹具及机床的原则来设定 3 1 4 工艺路线的拟订 加工路线的制定直接关系到数控机床的使用效率 加工精度 刀具数量和经济性 等问题 应尽量做到工序集中 工艺路线最短 辅助时间最少 在数控加工的工艺路线 第 13 页 共 39 页 拟订中应注意以下几个问题 1 尽量在普通机床上完成零件的大切削量粗加工及一些易加工工序 以提高数控 机床的利用率 2 应遵循由粗后精的原则 先进行去除量大的粗加工 再安排一些局部余量较大的 半精加工 最后精加工 精加工余量一般以 0 1mm 0 2mm 为宜 3 加工路线应尽量短 安装方式相同或同一刀具加工的工序 最好连续进行 以减 少重复定位次数和刀具更换次数 4 先内后外原则 即先进行内型腔加工工序 后进行外形加工工序 5 注意数控加工工序与普通工序的衔接 使整个工艺过程协调合理 3 1 5 切削用量的合理选择 数控加工的质量 效率和生产成本 在很大程度上取决于切削用量的合理选择 切 削用量包括主轴转速 进给速度和切削深度 切削用量的参数都应在加工程序中反映 其具体值可根据数控机床的工艺特性 参考切削用量手册并结合实践经验确定 1 背吃刀量确定 背吃刀量 切削深度 的选择应根据加工余量确定 主要受机床 刀具和工件系 统刚度的制约 在系统刚度允许的情况下 应尽量选择较大的背吃刀量 粗加工时 在不影响加工精度的条件下 可使背吃刀量等于零件的加工余量 这可以减少走刀次 数 提高生产率 半精加工时 背吃刀量可取 0 5 2mm 精加工时 背吃刀量取 0 2 0 4mm 2 主轴转速的确定 主轴转速应根据零件被加工部位的直径 零件和刀具的材料及加工性质所允许的 切削速度来选定 数控机床的控制面板上一般都有主轴转速修调开关 可在加工过程中 对主轴转速进行整倍数调整 其计算公式为 d v 1000 n d 为刀具或工件直径 mm n 为主轴转速 r min v 为切削速度 m min 3 进给速度的确定 进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择 可以通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整 但是最大进给速度受设备刚度和进 第 14 页 共 39 页 给系统性能等的限制 并与机床的脉冲当量有关 进给速度的确定原则 1 当工件的 质量要求能够得到保证时 可选择较高的进给速度 以提高生产效率 2 在加工不锈 钢等高强度钢时 宜选择较低的进给速度 3 刀具空行程 特别是远距离 回零 时 可以设定尽量高的进给速度 以缩短加工周期 4 进给速度应与主轴转速和切削深度 相适应 第四章 螺纹轴传统加工工艺与数控加工工艺实例 在制造过程中 为保证产品的质量和生产率的要求 一般可采用几种不同的工艺 方案加工 但由于不同的工艺方案 所选择的设备及加工方法均有不同 工作量以及 各项费用等同样有差别 因而反映出来的经济效益就有差异 为了选取在给定的生产 条件下最经济合理的工艺方案 使生产成本降低 就必须对各种工艺方案进行技术经 济分析 使成本降低 生产率提高 就需要比较不同方案的生产成本 从中选择最佳 工艺方案 以下分别对螺纹轴进行两种工艺分析比较 第 15 页 共 39 页 4 1 传统加工工艺分析 下面主要对图 4 1 的加工方法的选择 加工阶段的划分 定位基准的选择 加工 顺序的安排 工艺规程的制定等进行分析 由图 4 1 可知 该工件材料是 45 钢 无 热处理及硬度要求 该零件表面由圆柱面 圆锥面 顺圆弧 逆圆弧及螺纹组成 且 有较高的精度和表面粗糙度要求 特别是 R15 R3 的粗糙度要求较高 其表面粗糙度 值为 0 8 m 该零件的尺寸标注完整 正确 零件轮廓描述清楚 下面对其进行加工 工艺分析 4 1 1 选择加工方法 从图 4 1 分析可知该零件有较高的精度和表面粗糙度要求 特别是 R15 R3 的粗 糙度要求较高 其表面粗糙度值为 0 8 m 在普通机床上加工 R3 和 R15 难达到精度要 求 下面介绍普通机床加工圆弧的方法 1 手动车削法 用手摇大拖板和中拖板的进给手柄 两手配合车削出圆弧的大 致形状 然后用样板检验 修整不符合尺寸要求的地方 直至达到要求 此法加工精 度低 效率低 适合单件加工 要求工人有较高的加工经验和技术 2 靠模车削法 即中拖板的进给由靠模实现 优点是加工精度较高 效率高 缺 点是半径较小的圆弧不易加工 不能加工半球面以上的球面 3 圆弧刀架车削法 把小拖板和刀架换成圆弧刀架 直接车削即可 加工精度高 效率高 但加工内孔较难 根据生产批量并结合具体的生产条件 拟定 其加工路线为 粗车 半精车 精车 磨削 4 1 2 划分加工阶段 根据加工质量 该零件加工可划分为粗加工 半精加工 精加工 和磨削四个阶 段 粗加工阶段包括粗车 半精车外圆及倒角等 精加工阶段包括精车外圆 车螺纹 等 磨削包括磨表面达到粗糙度要求的外圆 第 16 页 共 39 页 4 1 3 选择定位基准 轴类零件的定位基面 最常用的是两中心孔 因为轴类零件各外圆表面 螺纹表 面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目 而这些表面的设计基 准一般都是轴的中心线 采用两中心孔定位就能符合基准重合原则 而且由于多数工 序都采用中心孔作为定位基面 能最大限度地加工出多个外圆和端面 这也符合基准 统一原则 粗加工外圆时 为提高工件刚度 则采用轴外圆表面为定位基面 或以外 圆和中心孔同作定位基面 即一夹一顶 通过分析本加工采用一夹一顶和两中心孔定位 4 1 4 加工顺序安排 加工顺序的安排除了应遵循加工顺序安排的一般原则 如先粗后精 先主后次等 还应注意 1 外圆表面加工顺序应为 先加工大直径外圆 然后再加工小直径外圆 以 免一开始就降低了工件的刚度 2 轴上的花键 键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后 精磨外圆之前 轴上矩形花键的加工 通常采用铣削和磨削加工 产量大时常用花键滚刀在花键 铣床上加工 以外径定心的花键轴 通常只磨削外径 而内径铣出后不必进行磨削 但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时 也要对侧面进行磨削加工 以内径定心的花 键 其内径和键侧均需进行磨削加工 3 轴上的螺纹一般有较高的精度 如安排在局部淬火之前进行加工 则淬火后 产生的变形会影响螺纹的精度 因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行 根据 分析可拟定如下加工顺序 车端面钻中心孔 粗车外圆 半精车 磨削 4 1 5 制定工艺规程 考虑到以上分析的因素 拟定螺纹轴的工艺规程如表4 1 表4 1 螺纹轴的工艺规程 工序号工种工序内容加工简图设备 第 17 页 共 39 页 1 下料 40 130 三爪卡盘夹持工件 粗车大端面 直径 留余量 2mm 车床 2 车 调头 三爪卡盘夹 持工件 粗车小端 直径留余量 2mm 钻中心孔 表 4 1 续 调头 切断 钻中 心孔 3 钳研磨两端中心孔车床 双顶尖装夹 半精 车大端 直径留余 量 0 5mm 4 车 调头 双顶尖装夹 半精车小端 螺纹 大径车到 16mm 其余直径留余量 0 5mm 5 车双顶尖装夹 车螺 纹 M16 第 18 页 共 39 页 6 钳俢研两端中心孔车床 7 磨磨各外圆轮廓 使 其达到图纸要求达 到的粗糙度 磨床 8 检检验 4 2 数控加工工艺分析 数控加工工艺使传统的加工工艺在很多方面产生了变革 必须了解这些差别 才能 很好地利用数控加工方式 保证加工过程顺利和加工质量稳定 数控加工工艺的主要内 容主要包括 分析零件图样 工艺装备的选择 对刀点与换刀点的确定 工艺路线的 拟定 切削用量的选择 编写程序等 下面主要对图 4 1 进行数控工艺分析 4 2 1 分析零件图 由图3 1可知 该工件材料是45钢 无热处理及硬度要求 该零件表面由圆柱面 圆锥面 顺圆弧 逆圆弧及螺纹组成 且有较高的精度和表面粗糙度要求 特别是 R15 R3 的粗糙度要求较高 其表面粗糙度值为0 8 m 该零件的尺寸标注完整 正 确 零件轮廓描述清楚 对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸 因其公差数值较小 故编程时不必取 平均值 而全部取其基本尺寸即可 4 2 2 选择设备及制定加工工艺 根据被加工零件的外形和材料等条件 选用 YC K400 数控车床 1 确定装夹方案 因工件长度较短 可用三爪自定心卡盘直接夹紧工件外圆左端 工件伸出卡盘 130mm 将工件右端面中心设置为零件的零点 作为加工测量及编程的基准点 本工件 第 19 页 共 39 页 在一次装夹后即可加工出全部的工件表面 2 确定加工顺序及进给路线 加工路线先粗后精 由近到远的原则确定 根据工件的结构特征 可按以下步 骤进行 先车削工件右端面 对刀前手动完成 并以此端面的中心作为原点建立工件坐 标系 采用 G71功能对工件进行外形粗车 然后用 G70进行精车 进行切槽加工 采用循环指令功能车削螺纹 切断工件 YC K400数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能 只要正确使用编程指令 机床 数控系统就会自动确定其进给路线 因此 该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人 为确定其进给路线 但精车的进给路线需要人为确定 该零件从右到左沿零件表面 轮廓精车进给 3 刀具的选择 T01 90 外圆粗车刀 由于三段圆弧有过象限切削 为防止刀具与工件轮廓发 生干涉 车刀副偏角不能太小 选 35 T02 外圆精车刀 在精车中仍要考虑与工件轮廓的干涉 同时要考虑工件的表面 质量 选择尖形车刀 50 T03 切槽刀 刀宽取3mm 用于切槽 T04 硬质合金60 外螺纹车刀 刀尖角59 30 刀尖圆弧半径取0 2mm T05 切断刀 刀宽取 3mm 用于切断 4 选择切削用量 背吃刀量的选择 工件外圆分粗 精车 精车余量在 X 轴方向为 0 4mm 直径值 在 Z 轴方向为 0 1mm 粗车轮廓时每次吃刀深度 1mm 查表 数控编程与加工技术 30 页 根据普通螺纹标准和加工工号 M16 粗车普通螺纹的大经尺寸为 15 8mm 螺距为 2mm 总吃刀量为 1 3mm 半径值 用硬质合金螺纹刀低速 7 次进给车削 第 20 页 共 39 页 每次切削吃刀深度 半径值 分别为 0 4 0 2mm 0 1mm 主轴转速的选择 车直线和圆弧时 根据车床和刀具允许的切削速度选粗车切削 速度 90m min 精车切削速度 120m min 然后利用公式 dn 1000 计算主轴 转速 n 粗车直径 D 40 精车工件直径取平均值 粗车 750r min 精车 1200 r min 车螺纹时 根据 P 为螺纹导程 K 为安全系数 K 一般取 80 计算主轴转速 n 320 r min 进给速度的选择 选择粗车 精车每转进给量 再根据加工的实际情况确定粗车 每转进给量 根据粗车时 f 0 3 0 8mm r 精车时 f 0 1 0 3mm r 切断时 f 0 05 0 2mm r 所以粗车时取 f 0 4 r 精车每转进给量 f 0 15 r 切断时 f 0 1mm r 最后根据公式 nfVf 计算粗车 精车进给速度分别为 300 min 和 180 min 切断时 n 取 320r min 进给速度 320 0 1 32mm min 综合前面分析的各项内容 并将其填入表 1 所示的数控加工刀具卡和表 2 所示的 数控加工工艺卡片 表1 数控加工刀具卡片 零件号 零件名称螺纹轴材料45钢 序 号 刀具 号 刀具规格名称数量加工表面备注 1T01 硬质合金900外圆车刀 1 车端面及粗车轮廓 2T02 硬质合金900外圆车刀 1 精车轮廓 2T03 切槽刀 1 切槽 3T04 硬质合金600外螺纹车刀 1 车螺纹 5T05 切断刀 1 切断 第 21 页 共 39 页 表2 螺纹轴数控加工工艺卡 零件号零件名称螺纹轴材料45钢 编程编号 O0010 机床型号 YC K400 制表吴熙 工序内容刀具号刀具种类主轴转速进给速度进给量 粗车端面 外轮廓 T01 90 外圆粗车 刀 750r min300 min 0 4 r 精车外轮廓 T02 90 外圆粗车 刀 1200 r min180 mi n 0 15mm r 切槽 T03 切断刀 宽度 3mm 320 r min32mm min0 1mm r 表 2 续 车削螺纹 T04 60 硬质合金 外螺纹车刀 320 r min32mm min0 1mm r 切断 T05 切断刀 宽度 3mm 320 r min32mm min0 1mm r 4 2 3 编制数控加工程序 O0010 N10 G50 X70