机床数控技术(第三章).ppt

第三章数控机床程序编制的工艺处理,数控机床程序编制的工艺处理,概述选择数控加工的零件及数控加工的内容数控加工零件的工艺性分析数控加工的工艺路线设计数控加工工序的设计,概述,数控编程前，首先要解决的是工艺处理问题，包括：进行工艺分析；拟定加工方案；选择合适的刀具和夹具；确定切削用量等；由于数控机床是严格按照加工程序进行的，其零件的工艺规程更为复杂；如要确定对刀点等，若工艺考虑不周，会产生影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本等因素；一个合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，应该具有较丰富的机械加工知识，并对数控机床的性能、特点和应用、切削范围、标准刀具系统等有较全面的了解。,概述,数控加工工艺的特点数控加工与普通加工的不同之处主要是控制方式上的区别。在普通机床上加工零件时，由操作工人灵活掌握，随时调整一些工艺问题；数控加工是全自动化的，难以发现问题并相应做出调整，因而要全面考虑加工过程的每一个细节。数控加工工艺处理的主要内容,数控加工工艺的特点,工艺详细数控工艺内容十分具体、完整，详细到每一步走刀和每一个操作细节，而普通工艺规程一般详细到工步；被加工零件不论简单、重要与否，要有完整的加工程序。工序集中各种加工中心是最好的体现；通过交换工作台，安装多个零件轮流加工，缩短工艺路线和生产周期。加工方法的特点简单表面的加工与普通机床差异不大，复杂表面、特殊表面的加工则有根本的区别；对于曲线、曲面的加工，传统的加工采用：划线、样板、靠模、钳工等；数控加工则用多轴联动实现；加工质量和生产效率是传统加工方法无法比拟的。,概述,数控加工工艺处理的主要内容选择并确定进行数控加工的零件及内容；进行工艺分析，确定加工方案，划分和安排加工工序；设计数控加工工序（工步划分、零件定位、夹具和刀具的选择等）；选择对刀点和换刀点的位置，确定加工路线；分配数控加工中的容差；建立数控加工技术文件。,选择数控加工的零件及数控加工的内容,选择数控加工的零件选择数控加工的内容,选择数控加工的零件,经数控加工的大量应用实践，按适应程度归纳适宜在数控机床上加工的零件类别有：最适应类主要考虑可能性问题形状复杂，加工精度要求高的；用数学模型描述的复杂曲线或曲面零件；难以测量，难以控制的零件；必须一次装夹完成多道工序的零件。,选择数控加工的零件,较适应类主要考虑加工生产率和经济效益问题加工成本高的零件；须制造复杂专用工装的零件；尚未定型需多次修改的零件；加工时间较长的零件；生产效率低，劳动强度大的零件。,选择数控加工的零件,不适应类无法体现数控加工主要优点生产批量大的零件；靠找正定位保证加工的零件；加工余量很不稳定的零件；须用特定工艺装备协调加工的零件。,完全定位,选择数控加工的内容,选择某个零件进行数控加工后，并非所有的加工内容都依赖它，须进一步确定适合加工的内容和工序，一般考虑的顺序是：通用机床无法加工（优先考虑）难以加工（重点考虑）加工效率低（选择考虑）。不宜选择采用数控加工的内容是：调整机床时间长的加工内容；须用专用工装协调的孔及其他加工内容；有特殊制造依据（如样板）的型面轮廓；不能在一次安装中加工完成的零星部分，需安排在通用机床补加工。,选择数控加工的内容,选择采用数控加工的实例：,选择数控加工的内容,选择采用数控加工的实例：先在普通机床上加工底面和四周轮廓面（基准先行）；在立式加工中心加工顶面、孔和沟槽（工序集中）；各个表面的加工按“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”原则划分工步。,选择数控加工的内容,选择采用数控加工的实例：,选择数控加工的内容,选择采用数控加工的实例：,数控加工零件的工艺性分析,从数控加工的可能性与方便性出发，分析其主要内容。适合数控加工的尺寸标注方法分析几何元素的条件分析零件定位基准的可靠性,适合数控加工的尺寸标注方法,以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸，最适合数控加工。便于编程；便于尺寸之间相互协调，利于基准统一。,在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。,适合数控加工的尺寸标注方法,若是局部分散的尺寸标注，会给数控加工带来不便，必须改为集中引注或坐标尺寸方法。采用这种标注方法主要是考虑到装配，减少加工的积累误差等方面因素，事实上，数控加工精度及重复定位精度都很高，标注法的改动不会引起超差而破坏使用性能。,分析几何元素的条件,构成零件轮廓的几何元素的条件是数控编程的重要依据，如直线的位置及长度，圆弧的半径及其与直线的关系等，无论是手工编程还是自动编程，都离不开这些条件，否则编程无法进行。,分析零件定位基准的可靠性,数控加工应采取统一的基准定位，选择现有的孔定位、设置工艺孔或增加工艺凸耳（在上面加工出定位孔，用完后去掉）等均是常用的方法。尤其是对原先考虑在通用机床上加工而改变方案要在数控机床上加工，其工艺分析显得更加重要。,数控加工的工艺路线设计,数控加工与普通加工的主要区别在于前者仅是几道工序工艺过程的概括，不是指从毛坯到成品的整个工艺过程。在数控加工的工艺路线设计中，主要关注工序划分和顺序安排的问题，以及与普通加工工序的衔接问题。工序的划分顺序的安排工艺流程数控加工工序与普通工序的衔接,工序的划分,数控加工工序的划分主要有三种方法：根据装夹定位划分工序数控加工应尽量采用组合夹具，必要时可以设计专用夹具。无论采用哪一种夹具，其特点是工序集中。可按零件的结构特点将加工过程分成若干部分，每一部分集中完成。,工序的划分,按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，缩短空行程时间，减少不必要的定位误差，在一次装夹中用一把刀加工完须完成的所有加工部位，再换第二把刀加工。自动换刀机床大多用该方法，若是手动换刀更应注意这个问题。,工序的划分,以粗、精加工划分工序先粗后精是加工工艺的一般原则。考虑到零件的形状、尺寸精度及工件刚度和变形等因素，粗加工后零件的变形需要一段时间恢复，两者要避免紧接着安排。,顺序的安排,数控加工的顺序安排对加工精度、加工效率和刀具数目等有很大影响，一般按下列原则进行：上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧；先加工内型内腔后加工外型；定位和夹紧及刀具相同的工序，应接连进行，以减少重复定位和换刀次数；一次装夹进行多道工序加工时，应先进行对刚性破坏较小的工序。,数控加工工序与普通加工工序的衔接,可以认为，凡是用普通机床等传统方法加工的零件，都可用数控机床加工。但就经济性、合理性及生产条件而言，特别是企业数控化率较低的情况下，并非所有的零件或一个零件的所有加工部分都用数控机床加工为好，很多场合应考虑插入普通机床加工工序：铸、锻件毛坯的预加工；粗定位基准的预加工；数控加工难以完成的个别或次要部位；大型、复杂零件中的简单表面；两者要建立良好的状态要求，如加工余量要留多少；定位面与孔的精度要求和形位公差；对毛坯的热处理要求等，其目的是达到相互能满足加工要求、质量目标和技术要求明确，交接验收有依据。,数控加工工序的设计,数控加工工序设计的主要任务是进一步确定本工序的具体加工内容、切削用量、工艺装备、定位方式及刀具运动轨迹等，为编制加工程序作充分准备。确定走刀路线和安排工步顺序定位基准与夹紧方案的确定夹具的选择刀具的选择确定对刀点与换刀点切削用量的确定数控编程的误差控制数控加工工艺分析实例,确定走刀路线和安排工步顺序,走刀路线是编写程序的依据之一，工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行，确定走刀路线时，主要考虑遵循下列原则：保证加工精度和表面质量的原则；提高生产效率原则；减少编程工作量。,确定走刀路线和安排工步顺序,保证加工精度和表面质量的原则；刀具切入切出时，保证零件曲线平滑过渡。,确定走刀路线和安排工步顺序,保证加工精度和表面质量的原则；用圆弧插补铣削整圆时，遵守切入切出原则。,确定走刀路线和安排工步顺序,保证加工精度和表面质量的原则；精镗孔系时，镗孔路线要注意各孔的定位方向一致。,此外，轮廓加工要避免停顿。,确定走刀路线和安排工步顺序,保证加工精度和表面质量的原则；提高生产效率原则；使各孔之间距离最小，节省加工时间。,确定走刀路线和安排工步顺序,保证加工精度和表面质量的原则；提高生产效率原则；减少编程工作量；使数值计算简单，程序数量少，程序短。,定位基准与夹紧方案的确定,确定定位基准与夹紧方案时应注意：尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；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；避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；,定位基准与夹紧方案的确定,确定定位基准与夹紧方案时应注意：夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。,夹紧力作用点与夹紧变形的关系,夹具的选择,数控加工对夹具提出两个基本要求：保证夹具的坐标方向与机床坐标方向相对固定；能协调零件与机床坐标系的尺寸。同时要考虑：当加工批量较小时，尽量采用组合夹具、可调式夹具或通用夹具；成批生产时才考虑用专用夹具；夹具要开敞，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀；装卸零件要方便可靠，批量较大零件应尽量采用气动或液压夹具。,夹具的选择,数控机床夹具应具备更高的要求：实行三化（标准化、系列化、通用化）；发展组合夹具和拼装夹具，降低生产成本；提高夹具的制造精度；提高夹具的自动化水平。数控机床通用夹具的类型：数控车床有：三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘等；,夹具的选择,数控机床通用夹具的类型：数控铣床有：平口钳等；加工中心夹具主要有：回转工作台等；,夹具的选择,其它还有可调夹具、组合夹具等。,刀具的选择,数控机床的主轴转速要比普通机床主轴转速高12倍，因此对刀具的要求相对严格。刀具的强度和耐用度是我们十分关注的问题，近年来新刀具的相继出现使机械加工工艺不断更新和完善。常用的刀具：,刀具的选择,选用刀具要注意以下几个问题：在数控机床上铣削平面时，应采用镶装不重磨可转位铣刀；,刀具的选择,选用刀具要注意以下几个问题：高速钢铣刀不要用于加工毛坯表面，刀具容易坏；加工余量小且表面粗糙度较低时，应采用镶（立方氮化硼或陶瓷刀片）式铣刀；镶硬质合金的铣刀可用于加工毛坯表面及凹槽、凸台等表面；,整体硬质合金铣刀,刀具的选择,镶硬质合金的（玉米）铣刀可用于强力切削；精度要求较高的凹槽加工可利用半径补偿功能；,刀具的选择,加工曲面类零件时，一般采用球头刀切削；在数控铣床上钻孔，一般不用钻模，可通过编程实现加工；,刀具的选择,数控车床刀具的主流是可转位刀片的机夹刀具。,螺纹车刀,确定对刀点和换刀点,对刀点：数控加工时刀具相对零件运动的起始点，要求对刀方便，编程简单；换刀点：数控加工需要更换刀具时以不碰伤工件为前提而设置的点。,对于采用增量编程或绝对编程坐标系统的数控机床，对刀点的选择有所区别，增量编程可选零件孔中心、夹具上专用对刀孔或两垂直平面上，而绝对编程可选择机床零点为对刀点。,确定对刀点和换刀点,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；在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。,钻头的刀位点车刀的刀位点圆柱铣刀的刀位点球头铣刀的刀位点,切削用量的确定,数控加工的切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。它们要根据机床说明书中规定的允许值，按刀具耐用度允许的切削用量确定，也可用计算法或经验值选用;,切削用量的确定,步骤和方法与通用机床类似；,车削加工的切削速度(m/min),铣刀每齿进给量参考值,超程误差与控制,另外要考虑“超程”问题。,数控编程的误差控制,数控编程的误差主要由三部分组成：逼近误差，用近似方法逼近零件轮廓曲线所产生的误差；插补误差，用直线或圆弧段逼近零件轮廓曲线所产生的误差；圆整误差，计算结果要四舍五入，其最大值为脉冲当量的一半。此外还有很多其它误差，如控制系统误差、传动系统误差、零件定位误差、对刀误差、刀具磨损等均属数控加工误差，其中传动系统误差和定位误差是加工误差的主要来源，它由系统结构本身精度所决定；编程误差一般控制在零件公差的1/51/10以内。,数控加工工艺分析实例,轴类零件数控车削工艺分析典型轴类零件零件图工艺分析，由圆柱、圆锥、凸圆弧、凹圆弧及螺纹组成；设备选择：CK6140数控车床；,材料：LY12毛坯尺寸：2295mm无热处理要求,数控加工工艺分析实例,轴类零件数控车削工艺分析确定零件的定位基准和装夹方式定位基准：中心和左端面装夹方式：三爪自定心卡盘确定加工顺序及进给路线车端面粗车外圆各表面精车外圆各表面切槽车螺纹切断。刀具选择：材料W18Cr4V,数控加工工艺分析实例,轴类零件数控车削工艺分析确定切削用量：查表选取和计算,数控加工工艺分析实例,平面凸轮的数控铣削工艺分析槽型凸轮零件零件工艺分析：零件直径2