铣削、工艺、车削零件的加工过程-职业学院毕业设计

云南国防工业职业技术学院毕业设计(论文)题目名称： 铣削、工艺、车削零件的加工过程 学生姓名： 杨 建 明 学 号： 14580103711041 系 /专业： 14 数 控 技 术 指导教师： 叶 选 林 摘要 数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）技术是指用数字、文字和符号组 成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统，可以在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工的机床。 数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件机床的伺服机构发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理，然后由传动机构驱动数控机床，从而加工零件，所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。本设计主要是针对数控铣削加工及编程，首先简单的介绍了数控技术的产生与发展，铣削工艺的选择，然后以具体的零件加工，从刀具、主轴转速、夹具的选择到程序的编写，都具体的介绍了。关键字：数控技术、数控加工、工艺参数、铣削加工、数控编程、装备。目 录摘 要.3第1章 数控概述.51.1 数控技术.5 1.1.1 数控技术的产生与发展.51.1.2 数控系统.7 1.2 数控机床.8 1.2.1 数控机床简介.81.2.2 数控机床的产生.9 1.2.3 数控机床的发展趋势.101.3 数控机床的特点.101.4数控机床的组成.11第2章 数控机床的分类.12第3章 数控加工工艺.13 3.1 数控加工工艺概念及内容.14 3.2 工序与工步的划分.143.3 数控加工零件的工艺性分析.15 3.4 毛坯的选择和加工余量的确定.163.5 确定定位和夹紧方案.17第4章 数控加工.18 4.1 数控铣床及加工的内容和工艺特点.18 4.2 数控加工原理.19 4.3 数控铣削安全操作规程.194.4 加工注意事项.20第5章 数控加工.225.1 零件图工艺分析.225.2 确定装夹方案.235.3 确定加工顺序.235.4 刀具的选择.235.5 加工工艺路线的确定.245.6 切削用量的选择.255.7 数控编程的简单介绍.255.8 铣削加工程序.28结论.34致谢.34参考文献.35第1章 数控概论1.1 数控技术1.1.1 数控技术的产生与发展一、数控技术的产生随着电子技术的发展，1946年世界上第一台电子计算机问世，由此掀开了信息自动化的新篇章。1948年美国北密支安的一个小型飞机工业承包商帕森斯公司（Parsons Co）在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，提出了采用电子计算机对加工轨迹进行控制和数据处理的设想，后来得到美国空军的支持，并与美国麻省理工学院（MIT）合作，于1952年研制出第一台三坐标数控铣床。帕森斯的设想，本身就考虑到刀具直径对加工路径的影响， 使得加工精度达到0.0015英寸（这在当时，水平是相当高的），因而帕森斯获得了专利。1954年底、美国本迪克斯公司（Bendix Co）在帕森斯专利的基础上生产出了第一台工业用的数控机床。这时数控机床的控制系统（专用电子计算机）采用的是电子管，其体积庞大，功耗高，仅在一些军事部门中承担普通机床难于加工的形状复杂零件。这是第一代数控系统。1959年晶体管出现。，电子计算机应用晶体管元件和印刷电路板，从而使机床数控系统跨入了第二代。20世纪60年代，出现了集成电路，数控系统发展到第三代。以上三代，都属于硬逻辑数控系统（称为NC）。随着计算机技术的发展，小型计算机应用于数控机床中，由此组成的数控系统称为计算机数控（CNC），数控系统进入第四代。二、数控技术的发展趋势数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。 1.机床的高速化 随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。2.机床的精密化 按照加工精度，机床可分为普通机床、精密机床和超精机床，加工精度大约每8年提高一倍。 3.从工序复合到完整加工70年代出现的加工中心开多工序集成之先河，现已发展到完整加工，即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。完整加工通过工艺过程集成，一次装卡就把一个零件加工过程全部完成。 4.机床的信息化机床信息化的典型案例是Mazak410H，该机床配备有信息塔，实现了工作地的自主管理。信息塔具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，下载工作指令和加工程序。工件试切时，可在屏幕上观察加工过程。信息塔实时反映机床工作状态和加工进度，并可以通过手机查询。5.机床的智能化测量、监控和补偿 机床智能化包括在线测量、监控和补偿。数控机床的位置检测及其闭环控制就是简单的应用案例。为了进一步提高加工精度，机床的圆周运动精度和刀头点的空间位置，可以通过球杆仪和激光测量后，输入数控系统加以补偿。未来的数控机床将会配备各种微型传感器，以监控切削力、振动、热变形等所产生的误差，并自动加以补偿或调整机床工作状态，以提高机床的工作精度和稳定性。 6.机床的微型化 随着纳米技术和微机电系统的迅速进展，开发加工微型零件的机床已经提到日程上来了。微型机床同时具有高速和精密的特点，最小的微型机床可以放在掌心之中，一个微型工厂可以放在手提箱中。操作者通过手柄和监视屏幕控制整个工厂的运作。 7.新的并联机构原理传统机床是按笛卡尔坐标将沿3个坐标轴线的移动X、Y、Z和绕3个坐标轴线转动A、B、C依次串联叠加，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床是采用各种类型的杆机构在空间移转主轴部件，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等一系列优点，应用前景广阔。 8.新的工艺过程 除了金属切削和锻压成形外，新的加工工艺方法和过程层出不穷，机床的概念正在变化。激光加工领域日益扩大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三维加工、激光热处理、激光直接金属制造等应用日益广泛。电加工、超声波加工、叠层铣削、快速成型技术、三维打印技术各显神通。9. 新结构和新材料机床高速化和精密化新结构和新材料机床高速化和精密化要求机床的结构简化和轻量化，以减少机床部件运动惯量对加工精度的负面影响，大幅度提高机床的动态性能。例如，借助有限元分析对机床构件进行拓扑优化，设计箱中箱结构，以及采用空心焊接结构或铅合金材料已经开始从实验室走向实用。 10.新的设计方法和手段 我国机床设计和开发手段要尽快从甩图板的二维CAD向三维CAD过渡。三维建模和仿真是现代设计的基础，是企业技术优势的源泉。在此三维设计基础上进行CAD/CAM/CAE/PDM的集成，加快新产品的开发速度，保证新产品的顺利投产，并逐步实现产品生命周期管理。 11.直接驱动技术 在传统机床中，电动机和机床部件是借助耦合元件，如皮带、齿轮和联轴节等加以连接，实现部件所需的移动或旋转，机和电是分家的。直接驱动技术是将电动机与机械部件集成为一体，成为机电一体化的功能部件，如直线电动机、电主轴、电滚珠丝杆和力矩电动机等。 12.开放式数控系统 数控系统的开放是大势所趋。目前开放式数控系统有三种形式：1）全开放系统，即基于微机的数控系统，以微机作为平台，采用实时操作系统，开发数控系统的各种功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电动机的运动。2）嵌入系统，即CNC+PC，CNC控制坐标轴电动机的运动，PC作为人机界面和网络通信。3）融合系统，在CNC的基础上增加PC主板，提供键盘操作，提高人机界面功能，如Siemens840Di和Fanuc210i。 13.可重组制造系统 随着产品更新换代速度的加快，专用机床的可重构性和制造系统的可重组性日益重要。通过数控加工单元和功能部件的模块化，可以对制造系统进行快速重组和配置，以适应变型产品的生产需要。14.虚拟机床和虚拟制造 为了加快新机床的开发速度和质量，在设计阶段借助虚拟现实技术，可以在机床还没有制造出来以前，就能够评价机床设计的正确性和使用性能，在早期发现设计过程的各种失误，减少损失，提高新机床开发的质量。1.1.2 数控系统 1.基本概念 数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。 计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。 2.结构 CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。 计算机数控系统（CNC系统）是在硬件数控的基础上发展起来的，它用一台计算机代替先前的数控装置所完成的功能。所以，它是一种包含有计算机在内的数字控制系统，根据计算机存储的控制程序执行部分或全部数控功能。 3.组成 数控系统由零件加工程序，输入输出设备，CNC装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。 （1）CNC装置的组成CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由输入程序、I/O处理程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成， （2）CNC装置的工作过程 CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的全过程，机床的逻辑功能信息是在CNC装置中经译码处理后，在机床逻辑控制软件的控制下，通过一些顺序执行电器送往机床强电部分，去执行机床的强电功能。零件加工程序的坐标控制信息经译码后，通过轨迹计算和速度计算传送给插补工作寄存器，由插补产生的运动指令提供给伺服电动机，去控制机床坐标轴的运动。 （3）CNC装置可执行的功能 CNC装置中使用了计算机，用存放在存储器中的软件来实现部分或全部数控功能，这就为丰富数控功能创造条件，也有利于数控机床进入FMS和CIMS。1.2 数控机床1.2.1数控机床的简介数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制 系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行各种多次重复加工）、自动换刀（可交换指定刀具、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。数控机床种类繁多，由数控系统通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作，主要 用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工， 具有高精度、 高效率、 高柔性化等综合特点， 适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。数控机床1.2.2 数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的 零件（批量在 10100 件）约占机械加工总量的 80%以上。尤其是在造船、航天、航空、 机床、重型机械以及国防工业更是如此。 为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适 用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。 它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。 根据国家标准，对机床数字控制的定义：用数字控 制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过 程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerical ，缩写）。数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。1.2.3 数控机床的发展趋势 高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用 化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在以下方面。 1、机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包 括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种 复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。 “一台机床就是一个加工厂”“一次装 、 卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。 2、智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上 得到了较多体现。如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护 功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工 过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。 3、机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得 柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、 车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光 加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。 4、精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm） ，有些品种已达到 0.05m 左右。超精密数控机床的 提升到目前的微米级（0.001mm） 微细切削和磨削加工， 用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001m） 。通过机床结构设计 优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动 态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入 亚微米、纳米级超精加工时代。 5、功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向 发展，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力 矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极 大的提高数控机床的技术水平。 1.3数控机床的特点 数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通 机床相比，数控机床有如下特点： 1、加工精度高，具有稳定的加工质量； 2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 4、机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机 床的 35 倍） ； 5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；6、有利于生产管理的现代化 数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础； 7、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；8、对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；9、可靠性高。 1.4数控机床的组成数控机床一般由下列几个部分组成：1、主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。 他是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控机床 2、数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT 显示器、键盒、 纸带阅读机等） 以及相应的软件， 用于输入数字化的零件程序， 并完成输入信息的存储、 数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。3、驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、 主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进 给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 4、辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如 冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、 数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 5、编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 第2章 数控机床的分类2.1按加工工艺方法分类金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数 控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很 大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较 高的生产率和自动化程度。在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。 加工中心机床 进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是 在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹 后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺 纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件 多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高 了生产效率和加工质量。特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花 成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及 工业机器人等。2.2按控制运动轨迹分类 点位控制数控机床位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点 的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数 控机床的数控装置称为点位数控装置。直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度， 沿着平行于坐标轴的方向进 行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制， 使合 成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。 它不仅能控制机床移动部件的起点 与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓 形状。 常用的数控车床、 数控铣床、 数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。 数控火焰切割机、 电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。 轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度 与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增 加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。2.3按驱动装置的特点分类开环控制数控机床这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件， 伺服驱动部件通常为反应式 步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率 放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺 母机构转换为移动部件的直线位移。 移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率 与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动闭环控制数控机床接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入 的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运 动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决 于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电 流检测装置（如光电编码器等） ，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移， 然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件 A 和光电编码盘 B 可间接 检测出伺服电动机的转速， 从而推算出工作台的实际位移量， 将此值与指令值进行比较， 用差值来实现控制。 由于工作台没有包括在控制回路中， 因而称为半闭环控制数控机床。 半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检 测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。混合控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控 机床特别适用于大型或重型数控机床， 因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与 相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式：（1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正 电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。（2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直 线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。第3章 数控加工工艺3.1 数控加工工艺概念及内容一、数控加工工艺 数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用 于整个数控加工工艺过程中。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善 起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。 数控加工工艺过程， 是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、 尺寸、 表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 二、数控加工工艺内容 1、选择并确定进行数控加工的内容。 2、对零件图样进行数控加工工艺分析。 3、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定。 4、数控加工工艺方案的制定。 5、工步、进给路线的确定。 6、选择数控机床的类型。 7、刀具、夹具、量具的选择和设计。 8、切削参数的确定。 9、加工程序的编写、校验与修改。 10、首件试切加工与现场问题处理。三、数控加工工艺内容的选择 1、适于数控加工的内容，在选择时，一般可按下列顺序考虑： （1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择容；（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内；（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。2、不适于数控加工的内容 （1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容。（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工。（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增强了程序编制的难度。3.2 工序与工布的划分 工序的划分：在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完 成大部分或全部工序。首先应根据图样，考虑是否可以在一台机床上完成整个零件的加 工工作。若不能，则应决定其中那一部分在数控机床上加工，那一部分在其他机床上完成。一般工序划分有以下几种方式： 1、按零件装卡定位方式划分工序 由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定 位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。 2、按粗、精加工划分工序 根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机 床或不同的刀具进行加工。 通常在一次安装中， 不允许将零件某一部分表面加工完毕后， 再加工零件的其他表面。 3、按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加 工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。在专用数控机床和加工中 心中常采用这种方法。 工步的划分：主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同 的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工 序内又细分为工步。 （1）、同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精 加工分开进行。 （2）、对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减 少由变形引起的对孔的精度的影响。 （3）、按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分 工步，以减少换刀次数，提高加工生产率。总之，工序与工步的划分要根据具体零件的 结构特点、技术要求等情况综合考虑。3.3 对数控加工零件的工艺性分析 1 零件图样分析 （1）检查零件图的完整性和正确性 由于加工程序是以准确的坐标点来编 制的， 构成零件轮廓的几何元素( 制的， 构成零件轮廓的几何元素(点、 、 线 的条件(如相切、相交、 面)的条件(如相切、相交、垂直和平行 是数控编程的重要依据。 等)，是数控编程的重要依据。手工编程 时，要依据这些条件计算每一个节点的坐标；因此，在分析零件图样时， 坐标；因此，在分析零件图样时，各图 形几何要素间的相互关系（如相切、 形几何要素间的相互关系（如相切、相 垂直、平行和同心等 应明确, 交、垂直、平行和同心等）应明确, 各 种几何要素的条件要充分， 种几何要素的条件要充分，应无引起矛 盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺 寸等。 寸等。务必要分析几何元素的给定条件 是否充分， 是否充分，发现问题及时与设计人员协 商解决。 商解决。 （2）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点，数控加工的特点，在数控加工 零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸，直接给出坐标尺寸。分析被加工零件的设计图纸，根据标注的尺寸公差和形位公差等相关信息，将加工表面区分为重要表面和次要表面，并找出其设计基准，进而遵循基准选择的原则，确定加工零件的定位基准，分析零件的毛坯是否便于定位和装夹，夹紧方式和夹紧点的选取是否会有碍刀具的运动，夹紧变形是否对加工质量有影响等。为工件定位、安装和夹具设计提供依据。 2表面加工方法的选择零件结构形状是多种多样的，铣削对象一般由平面、平面轮廓、孔、槽、曲面等表面组成。表面加工方法的选择， 就是为零件上每一个有质量要求的表面 选择一套合理的加工方法。在选择时， 一般先根据表面的精度和粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的加工方法，即确定加工方案。由于获得同一精度和粗糙度的加工方法往往有几种，在选择时除了考虑生产率要求和经济效益外还应考虑下列因素：(1) 工件材料的性质；如钢与铜、铝与较硬的材料切削性能不同在加工方法上也会不同。(2) 工件的结构和尺寸 ；结构和尺寸决定着装夹和刀具的选择，同时也影响加工方法的选择。(3) 生产类型 ；同一零件单件或批量生产上在加工方法上有很大的不同。 (4) 具体生产条件 ；加工方法选择受现有加工设备的功能和技术参数、工装设备及刀具等条件限制。 3.4 毛胚的选择和加工余量的确定在选择毛胚应遵循的原则是：在保证毛胚质量的前提下，力求选择高效。成本，制造周期短的毛胚生产方法。首先由设计人员提出毛胚材料和加工后要 达到的质量要求，然后再由工艺人员根据零件图、生产批量、生产成本、并考虑 交货期限及现有可利用的设备，人员和技术水平等选定合适的毛胚生产方法。 加工余量指毛胚尺寸与零件尺寸之差。加工余量的大小对零件的加工质量 和制造的经济性有较大的影响，余量过大会浪费原材料及机械加工时增加机床、 刀具及能源的消耗，余量过小则不能消除上道工序留下的各种误差，表面缺陷和 本工序的装夹误差，易造成废品。因此，应根据影响余量的因素合理确定加工余 量， 零件加工一般要经多道工序， 总加工余量就是每个中间工序加工余量的总和。（1） 尽可能采用最小的加工余量的总和，以求缩短加工时间，降 低零件的加工费用。 （2） 应有足够的加工余量，特别是最后工序，加工余量应能保证 得到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求。 （3） 决定加工余量时，应考虑到零件在热处理后的变形，负责可 能出现次品，造成浪费。 （4） 决定加工余量时，应考虑被加工零件的大小。零件越大，由切削力、内应力引起的变形会越大，因此加工余量也相应大 些。 （5） 数控加工余量不宜过大，特别是粗加工时，其加工余量不宜 太大，否则数控机床高效、高精度的特点难以实现。对于加 工余量过大的毛坯，可在普通机床上先安排粗加工工序。3.5 确定定位和夹紧方案1、在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。2、确定刀具与工件的相对位置，对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。，对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：（1）所选的对刀点应使程序编制简单；（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。3、确定切削用量，编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。第4章 数控铣削加工4.1 数控铣床及加工的内容和工艺特点数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本 相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服 系统、冷却润滑系统等几数控铣床大部分组成： 1、主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋 2、进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进 给速度实现刀具和工件之间的相对运动， 包括直线进给运动和旋转运 动。 3、控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进 行加工。 4、辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 5、机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床基础。铣削加工是在铣床上是用旋转的刀刃刀具（铣刀），对工件进行铣削加工的一种方法。铣削的适用范围很广，在铣床上可以铣削平面（水平面、垂直面）、台阶面、沟槽、成形面、螺旋槽、分度零件（齿轮、链轮、花键轴.）、切断以及刻线等。 此外，在铣床上还可以安装孔加工刀具，如钻头、铰刀和镗刀来加工工件上的孔。一般铣刀是多齿刀具，铣削时可采用较大的铣削深度和进给量，因此，铣削时一种生产率比较高的加工方法。但是，铣削时切削力较大，而且切削力的变化也比较大，因此，要求铣床有较大的功率，还要求铣床和夹具有较好的刚性。一般来说铣削属于粗加工和半粗加工的范畴。控制方式实现数控化自动控制加工过程，同时与加工中心相比，数控铣床除了缺少自动换刀功能以及刀库外，其他方面均与加工中心类似，主要用于加工平面和曲面轮廓的零件进行铣削加工，还可以加工复杂型面的零件，如凸轮、样板、模具、 螺旋槽等。同时也可以对零件进行 钻、扩、铰、锪和镗孔加工。1一般下列加工内容常采用数控铣削加工 ： 1）工件上的圆弧曲线轮廓内、外形的圆弧曲线轮廓内加工，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等轮廓，通过插补功能和宏程程序能实现较高精度的形状拟合。 数学模型给出三维空间曲线；2）由数学模型给出的三维空间曲线； 3）形状复杂，尺寸繁多，划线与检测困难的零件部位；4）用通用铣床加工时难以观察，测量和控制进给的内、外凹槽。以尺寸协调的高精度孔与面； 5）以尺寸协调的高精度孔与面；6）能在一次安装中一起铣削出来的简单表面或形状； 7）采用数控铣削能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动的一般加工内容2而下列加工内容不宜采用数控铣削加工：1）简单的粗加工面及需要长时间占机人工调整的粗加工内容。 2）毛坯上加工余量不充分或不太稳定的部位。必须按专用工装协调的加工内容；3）必须按专用工装协调的加工内容，如标准样件、协调平板、模胎。3.数控铣床加工工艺的特点，数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有如下特点： ）对零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、 制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类 零件等。 零件等； ）能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂 曲线零件以及三维空间曲面类零件； ）能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件，如在卧式铣床上可方便地对箱体类零件进行钻孔、 铰孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削端面、 扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削端面、挖槽 等多道工序的加工； ）加工精度高、加工质量稳定可靠。生产自动化程序高；）生产自动化程序高，可以减轻操 作者的劳动强度，有利于生产管理自动化； ）生产效率高。一般可省去划线、 中间检验等工作，可省去复杂的工装，减少对零件的安装、调整等工作。能通过选用最佳工艺线路和切削用量，有效地减少加工中的辅助时间，从而提高生产效率。 4.2 数控加工原理在数控机床上， 工件加工的全过程是由数字指令控制的， 在加工前要用指定的数字代码 按照工件图样编制程序，制成控制介质，输入到数控机床中，使之按指令自动工作。尽管零 件的形状千变万化，但大多数由直线和圆弧组成，而各种复杂的曲线，也可以由直线或圆弧 近似替代。数控机床的加工方法就是利用逼近轮廓的方法，即插补法来加工工件的。它既可 以加工出直线和圆弧，也可以加工出各种复杂的曲面。加工工件空间轮廓时，