数控车床的编程与实践设计-[机械毕业设计论文A2007]
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数控车床
编程
实践
设计
机械
毕业设计
论文
a2007
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说明书一份,52页,20400字左右.
任务书一份.
开题报告一份.
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1 目 录 摘 要 2 3 第 1 章 绪论 4 数控系统发展及趋势 4 数控机床比普通机床的优势 9 数控机床机构组成、特点及分类 10 第 2 章 普通数控车床的结构分析 21 总体结构 21 主传动系统和进给系统 21 第 3 章 数控加工工艺分析 23 毛坯的选择 27 确定数控加工的内容 27 定位基准的选择 28 加工方法的选择 30 刀具的选择 30 夹具的选择 31 量具的选择 31 数控加工工艺路线设计 32 第 4 章 加工工艺规程的编制 34 零件加工顺序的安排 35 数控加工工序设计 36 走刀路线和工步顺序的确定 37 轴的工艺分析 37 主轴数控加工程序 38 第 5 章 毕业设计总结 41 致 谢 43 参考文献 44 附录 1 典型零件的加工程序设计 45 2 摘要 当今的数控机床已经在机械加工部门占有非常重要的地位，是柔性制造系统（ 计算机集成制造系统（ 自动化工厂（ 基本构成单位。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网 络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展数控机床的加工原理。 我国是世界上机床产 量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平 。 学习和掌握数 控 机 床的 相关知识是时代对我们刻不容缓的要求。本设计以数控车床演示台为例学习数控车床 结构 ，分析其 主要部件 以及数控车 床对零件加工的特点及过程。 关键词 : 数控 数控车床 数控车床 结构 零件加工 3 he of of in is to an A) of to a to to of to to is a to of is a to up in of is in in a to of to to to a a to to to 4 第 1 章 绪论 数控系统发展及趋势 （一）国内外数控系统发展概况 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动 化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上， 数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来， 我国的数控系统为传统的封闭式体系结构， 能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 自动编程系统进行编制。 间没有反馈控制环节，整个制造过程中 是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组 5 合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正 的 设定量，因而影响 工作效率和产品加工质量。由此可见，传统 统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了 多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。 （二）数控技术发展趋势 1 性能发展方向 (1) 高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速片、 片、多 制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精 高效化已大大提高。 (2) 柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (3) 工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹 6 后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多 表面的复合加工。数控技术轴，西门子 880 系统控制轴数可达 24 轴。 (4) 实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制 、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。 2 功能发展方向 (1) 用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前 拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、 7 三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (2) 科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步 拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于 自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (3) 插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、 2D+2 螺旋插补、 补、 补 (非均匀有理 B 样条插补 )、样条插补 (A、 B、 C 样条 )、多项式插补等。多种补偿功 能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 (4) 内装高性能 控系统内装高性能 制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准 户程序实例，用户可在标准 户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。 8 (5) 多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综 合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。 3 体系结构的发展 (1) 集成化 采用高度集成化 及专用集成电路 片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用 板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实 现超大尺寸显示，成为和 衡的新兴显示技术，是 21 世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。 (2) 模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如 储器、位置伺服、 入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。 (3) 网络化 9 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。 (4) 通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪 声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、 服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。 数控机床比 普通机床 的优势 数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力 。 (1) 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 10 (2) 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3 7 倍。 由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了 柔性自动化 。 (3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要 修配 。 (4 ) 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 (5) 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 由以上五条派生的优点： (1)降低了工人的劳动强度； (2)节省了劳动力（一个人可以看管多台机床）； (3)减少了工装；缩短了新产品试制周期和生产周期； (4)可对市场需求作出快速反应等等。 以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数 控化还是推行 性制造单元）、 性制造系统）以及 算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 数控机床机构组成、特点及分类 （一）数控机床的组成 11 数控机床外形一般分为五部分，组成框图如图 1 1 所示。 1. 机床主机 机床主机是数控机床的主体，它包括床身、主柱、主轴、进给机构等机械部件。 2. 数字控制系统 是数控机床的核心。当前一般采用计算机数控（ 称 统。它是一台专用控制计算机，包括硬件（印制电路板、显示器、键盘、阅读机等）项控制功能。 现代数控机床的数控系统都具有下面一些功能： (1)多坐标控制（多轴联动）。 (2)实现多种函数的插补运算：直线、圆弧、抛物线、正弦线等。 (3)代码转换： 换、英制 /公制转换、二 /十进制转换、绝对值 /增量值转换等。 (4)人机对话：手动数据输入，加工程序输入，编辑及修改等。 图 1 - - 1 数 控 机 床 组 成 框 图编程机等附属机构驱动装置数字控制系统机床主机辅助装置 12 (5)加工选择：各种加工循环，重复加工，凹（凸）模加工，镜象加工等。 (6)实现各种补偿功能：进行刀具半径、刀 具长度、传动间隙、螺距误差的补偿。 (7)实现系统故障诊断。 (8)屏幕显示：实现图形、轨迹、字符显示。 (9)联网及通信功能。 3. 驱动装置 驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件。一般通用机床的主轴和进给系统是由电动机驱动主轴箱中转动齿轮来实现速度变换和加工运动。 4. 辅助装置 辅助装置是保证数控机床的功能得以充分发挥的配套部件。它包括的面很广，有电器、液压、气压等器件及系统，冷却、润滑、输送等装置，由于它们对发挥数控机床功能起重要作用，因此受到重视，发展极为迅速。 5. 其它附属设备 为 了提高数控机床工作效率，常常还配置一些附属设备，如自动编程机，机外对刀仪等。 （二）数控机床机构的特点 在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。 13 随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。数控机床的主体机构有以下特点： （ 1） 由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短； （ 2）为适应连续的自动化加工和提高加工生产率 ，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小； （ 3）为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等； （ 4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构因提出以下要求： 1、较高的机床静、动刚度 数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。 由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。 为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承 ，以减小主轴的径向和轴向变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床 的承载能力，采用刮研的方法增加单位面 14 积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。 为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静态刚度的前提下，还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动 衰减，对提高抗振性也有较好的效果。 2、减少机床的热变形 在内外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破环，也是机床季度下降。对于数控机床来说，因为全部加工过程是计算的指令控制的，热变形的影响就更为严重。为了减少热变形，在数控机床结构中通常采用以下措施。 （ 1） 减少发热 机床内部发热时产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。 （ 2） 控制温升 在采取了一系列减少热源的措施后，热变形的情况将有所改善。但要完全消除机 床的内外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的。所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。其中部较有效的方法是 15 在机床的发热部位强制冷却，也可以在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样可以减少由于温差造成的翘曲变形。 （ 3） 改善机床机构 在同样发热条件下，机床机构对热变形也有很大影响。如数控机床过去采用的单立柱机构有可能被双柱机构所代替。由于左右对称，双立柱机构受热后的主轴线除产生垂直方向的平移外，其它方向的变形很小，而垂直方向的轴线移动可以方便地用一个坐标的修正 量进行补偿。 对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。这就可以使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。在结构上还应尽可能减小主轴中心与主轴向地面的距离，以减少热变形的总量，同时应使主轴箱的前后温升一致，避免主轴变形后出现倾斜。 数控机床中的滚珠丝杠常在预计载荷大、转速高以及散热差的条件下工作，因此丝杠容易发热。滚珠丝杠热生产造成的后果是严重的，尤其是在开环系统中，它会使进给系统丧失定位精度。目前某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。对于采取了上述措施仍不能消除的热变 形，可以根据测量结果由数控系统发出补偿脉冲加以修正。 3、减少运动间的摩擦和消除传动间隙 数控机床工作台（或拖板）的位移量十一脉中当量为最小单位的，通常又要求能以基地的速度运动。为了使工作台能对数控装置的指令作出准确响应，就必须采取相应的措施。目前常用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给系统中用滚珠丝杠代替滑动丝 16 杠也可以收到同样的效果。目前，数控机床几乎无一例外地采用滚珠丝杠传动。 数控机床（尤其是开环系统的数控机床）的加工精度在很大程度上取决于进给传动链 的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差之外，另一个重要措施是采用无间隙传动副。对于滚珠丝杠螺距的累积误差，通常采用脉冲补偿装置进行螺距补偿。 4、提高机床的寿命和精度保持性 为了提高机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考虑数控机场零部件的耐磨性，尤其是机床导轨、进给伺港机主轴部件等影响进度的主要零件的耐磨性。在使用过程中，应保证数控机床各部件润滑良好。 5、减少辅助时间和改善操作性能 在数控机床的单件加工中，辅助时间（非切屑时间）占有较大的比重。要进一步提高机床的生产率，就必须采取促使最大限度地 压缩辅助时间。目前已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。对于切屑用量加大的数控机床，床身机构必须有利于排屑 。 （三）数控机床的分类 目前，数控机床品种已经基本齐全，规格繁多，据不完全统计已有 400多个品种规格。可以按照多种原则来进行分类，但归纳起来，常见的是以下面三种方法来分析类。 17 1. 按工艺用途分类 (1)一般数控机床 这类机床和传统的通用机床品种一样，有数控车、铣、镗、钻、磨等，而且每一类又有很多品种，例如数控铣床中就有立铣、卧铣、龙门铣等，这类机床的工艺 可能性和通用机床相似，所不同的是它能加工复杂形状的零件。 (2)数控加工中心机床 这类机床是在一般数控机床的基础上发展起来的，它是一般数控机床上加装一个刀库（可容纳 10100 多把刀具）和自动换刀装置而构成的一种带自动换刀装置的数控机床（又称多工序数控机床），这使数控机床更进一步地向自动化和高效化方向发展。 它和一般数控机床的区别是：工件经一次装夹后，数控装置就能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工面自动地完成铣、镗、钻、铰及攻丝等多工序加工。这类机床大多是以镗铣为主，主要用来加工箱体零件。 (3)多 坐标数控机床 有些复杂形状的零件，用三坐标的数控机床还是无法加工，如螺旋架、飞机曲面零件的加工等，需要三个以上坐标的合成运动才能加工出所需的形状，于是出现了多坐标的数控机床。其特点是数控装置控制的轴数较多，机床结构也比较复杂。其坐标轴数通常取决于加工零件的工艺要求，现在常用的是 46 坐标的数控机床，最多可达 24 坐标。 (4)计算机群控 计算机群控也称为直接数控（ 统，它是一台大型通用计算机直接控制一群数控机床的系统。 18 图 1 - - 2 开 环 控 制 系 统 框输入步 进电 机数 控装 置指令机床工作台2. 按运动方式分类 (1)点位控制数控机床 这类机床的数控装置只能控制机床移动部 件从一个装置（点）精确地移动到另一个位置（点），在移动过程中不进行任何切削加工，至于相关点之间的移动速度及路线则取决于生产率。 (2)点位直线控制数控机床 这类机床工作时，不仅要控制两相关点之间位置，还要控制两相关点之间的移动速度和路线（即轨迹）。 (3)轮廓控制数控机床 这种机床的控制装置能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制。 3. 按控制方式分类 (1)开环控制数控机床 在开环控制中，机床没有检测反馈装置，如图 1 2 所示，数控装置发出信号的流程是单向的，所以不存在系统稳定性问题。也正是由 于信号的单向流程，它对机床移动部件的实际位置不作检测，所以机床加工精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。其工作过程是：输入的数据经过数控装置运算分配出指令脉冲，通过伺服机构（伺服元件常为步进电机）使被控工作台移动。 19 图 1 - - 3 半 闭 环 控 制 系 统 框 图指令位置比较电路速度控制电路 - - 4 闭 环 控 制 系 统 框 图速度反馈位置反馈指令 位置比较电路速度控制电路应迅速，调试方便，维修简单，但其控制精度受到限制。它适用于一般要求的中、小型数控机床。 (2)半闭环控制数控机床 半闭环数控系统的组成框图如图 1 3 所示。这种控制方式对工作台的 实际位置进行检查测量，而是通过与伺服电机有联系的测量元件，如测速发电机 A 和光电编码盘 B 等间接检测出伺服电机的转角，推算出工作台的实际位置量，用此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有完全包括在控制回路内，因而称之为半闭环控制。这种控制方式介于开环与闭环之间，精度没有闭环高，高度却比闭环方便。 20 (3)闭环控制数控机床 由于开环控制精度达不到精密机床和大型机床的要求，所以必须检测它的实际工作位置。为此，在开环控制数控机床上增加检测反馈装置，在加工 中时刻检测机床移动部件的位置，使之和数控装置所要求的位置相符合，以期达到很高的加工精度。闭环控制系统框图如图 1 4 所示。图中 A 为速度测量元件， C 为位置测量元件。 21 第 2 章 普通 数控 车床的 结构分析 体 结构 一般数控车床通常 采用微机对数据进行计算处理，由 I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。如图 2 1 所示。 图 2数据车床总体结构 主传动系统和进给系统 普通 数控 车床的主传动系统和进给系统 的运动分离开，分别由各自的步进电机来控制， 为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给 运动之间的联系，通常 在主轴上安装一个脉冲发生器，来实现 主轴传动和进给运动之间的联系。 22 同时，为了提高机床的精度和效率， 通常选 用滚珠丝杠，并且采用单独的步进电机来控制。这样不仅提高了机床的性能和精度，还提高了机床的使用性能。 数控车床的刀架为 数控自动刀架 ，曲别于普通车床的刀架。 23 第 3 章 数控加工工艺分析 数控加工柔性好，自动化程度高，特别适宜加工轮廓形状复杂的曲线、曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的复杂箱体、棱体零件。在多品种、小批量生产情况下，适用数控机床加工能获得较高的经济效益。 数控加工工艺问题的处理与普通加工基本相同，但又有其特点 。因此，在设计零件的数控加工工艺时，既要遵循普通加工工艺的基本原理和方法，又要考虑数控加工本身的特点和零件变成要求。 （ 1）零件专家方法的确定与夹具的选择 数控机床上被加工口零件的装夹方法与一般的机床上的一样，也要合理选择定为基准和夹紧方案。在选择精基准时，也要遵循“基准统一”和“基准重合” 等原则。除此之外，还应考虑一下几点： 1） 应尽量在一次定位夹紧中完成所有能加工的各表面的加工。为此要选择便于各个表面都可被加工的定位方式。如对于箱体零件，宜采用一面两销的定位方式，也可采用以某侧面为导向基准，待工件夹 紧后将导向远见拆去的定位方式。 2） 对于工件一次装夹可完成工件上各表面的加工，也可直接选用毛面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求要高一些。对于加工中心，工件在工作台上的安放位置的确定要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具的长度及其港督对加工质量的影响。如进行当工位单面加工，应将工件靠工作台一侧放置；若是四工位面加工，则应将工件放置在工作台的郑重位置。这样可减少刀杆伸出的长度，提高其刚度。 24 3） 数控加工使用的夹具，其结构大多比较简单，并应可能选用由通用元件拼装的组合可调节夹具，以缩短生产准备周期。为了简化定 位、编程和对刀，保证工件能在正确的位置上按程序加工，必须协调工作、夹具与机床坐标系之间的尺寸关系。 （ 2）加工顺序的安排 除了应照“先面后孔”、“先粗后精”等基本原则安排加工顺序外，还应注意遵循以下原则： 为了减少换刀次数和时间，通常应按刀具集中工序，即在一次装夹中，用同一把刀具进行加工。对于加工中心，若换刀时间较工作台转位时间长，在不影响加工精度的前提下，可按刀具集中工序；但若换刀时间远短于工作台转位时间，这应采用相同工位集中加工的原则，即尽可能在不转动工作台的情况下加工完毕所有可以加工的待加工表面， 然后再转动工作台去加工其他表面。 对于同轴度要求很高的孔系，应在一次定位后，通过顺序连续换刀，顺序连续加工完该孔系得全部孔后，再加工其他坐标位置的孔，以消除重复定位误差的影响，提高孔系得同轴度。 （ 3）对刀点和换刀的确定 对刀点是数控加工时刀具相对于工件运动的起点。由于程序也是从这点开始执行，所以对刀点也称程序起点或起刀点。编程时应首先考虑对刀点的位置的选择。 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对刀面；加工精度要求较高时，对刀点应尽量选在林间设计基准或工艺基准上。 25 对刀点必 须与工件的定位基准油一定的坐标之间的关系，这样才能确定机床坐标系于工件坐标系之间的关系。对刀点的选择应便于坐标值的计算，并使对刀方便。 对刀时，应使对刀点与刀位点重合。所谓刀位点，对于平底立铣刀是指刀具轴线与刀具地面的交点；对于球头铣刀是指球头部分的球心；对于车刀是指刀尖；对于钻头是指钻尖；对于线电极切割机床，则是指线电极轴心与零件面的交点。 加工过程序要换刀时，应规定换刀点。换刀点的位置应根据换刀时不得碰伤工件、夹具以及机床的原则而设定。 （ 1） 刀具进给路线的规则 进给路线是指数控加工过程忠刀具相对于被加工零件的运动轨迹。规划进给路线应遵循的原则是： 保证加工零件获得良好的加工精度和表面质量。 使数值计算工作简单。 使进给路线简单。 （ 2） 刀具选择 数控加工台时费用高，为提高效益，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅要刚性好，精度高，而且要尺寸稳定、耐用度高、调整方便。因此，凡加工情况允许选用硬质合金刀具时，就不应选用可转位刀片以减少刀具以提高耐磨性。精密镗孔应选用性能更好更耐磨的金刚石和立方氮化硼刀具。 数控加工一般不采用钻模，钻孔刚度差，因此钻孔前应选用大直径 钻头或中心钻先锪以各内锥坑或钻以中心孔，作为钻头切入时的定心锥面，然后 26 再用钻头钻孔。 由于镗孔是悬臂加工，为平衡径向力，减轻镗削振动，应采用对称的两刃或多刃镗刀头进行切削。精镗应采用微调镗刀。 切削用量的确定 ： 数控加工的切削用量选择原则与普通加工相同。由金属切削原理可知，在选择切削用量时，应首先采用最大的切削深度，再选用大的进给量，然后根据确定的刀具耐用度选择切削速度。对于数控加工，刀具耐用度至少应大于加工完一个零件，或最少不低于半个工作班。 在轮廓加工中，因注意克服由于惯性或伺服系统的随动误差而造成 轮廓拐角处的“超程”或“欠程”现象。为此，要选择变化的进给量，即在接近拐角处应适当降低进给量，过拐角后逐渐升高，以保证加工精度。 （ 3） 程误差及其控制 程序编程中的误差由逼近误差、补差误差和尺寸圆 误差三部分组成。在点位数控加工中，编程误差只包含尺寸圆整误差。在轮廓加工中，编程误差主要是补插误差，尺寸圆整误差所占的比例较小。 一般应控制尺寸圆整误差不超过脉冲弹量的一般。减少插补误差的最简单方法是密化插补点，但这会增加程序段数目，增加计算、编程工作量。通常编程误差应小于零件公差的 10% 20%。 成批 生产按照批量大小与产品的特征，又可分为小批量生产、中批量生产和大批量生产三种。小批量生产跟单件生产相似，合称单件小批量生产；大批量生产与大量生产相似，合称大批大量生产。因此中批生产通常仅指总评生产。 不同的生产类型采用不同的制造工艺、工装设备、技术措施及经济效果不相同。大批量生产采用高效率的工艺装备及专用机床，加工成本低；单件小批 27 量通常采用通用设备及工装，生产率低，成本加工高。数控加工主要用于单件小批生产和成批生产。 以实例介绍数控编程 ,零件图见下如 : 坯的选择 根据零件的生产纲领、工件结构形状和尺寸（结构复杂、多孔、尺寸 大）、零件的机械性能要求，轴类零件的毛坯可以采用锻造。此 轴选用 40 定数控加工的内容 在选择此 轴数控加工后，并不说零件所有的加工内容都采用数控加工，数控加工可能只是零件加工工序的一部分。我们可以根据以下的原则进行选择数控加工内容。 通用机床无法加工的内容应作为有限选择的内容。 通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。 28 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 床尚存富裕能力的基础上进行选择。 通常情况下，上述加工内容采用数控加工后，产品的质量、生产率与综合经济效益等措施指标都会得到明显的提高。相比之下，下列内容不宜选择采用数控加工。 需要在机床上进行较长时间调整地加工内容。 数控编程取数困难、易于和检验依据发生矛盾的型面型面、轮廓。 不能在一次安装中完成加工的其他零星加工表面，采用数控加工又很麻烦，可采用通用机床补加工。 位基准的选择 工件加工的第一道工序或最初几道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。在以后的工序中，则 应使用经过加工的表面作为定位基准，这种基准称为精定位。 我们首先要考虑选择怎样的金基准把各个主要表面加工出来，然后再考虑选择怎样的粗基准把作为精基准的表面加工出来。 基准的选择 粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面的相互位置精度，以及加工表面的余量分配。选择粗基准时必须注意以下几个问题： 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置精度要求，应以不加工表面作为粗基准。如果工件上由很多不需加工的表面，则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。 必须首先保证工件上的 某种要表面的加工余量均匀，则应选择该表 29 面作为粗基准。 选作粗基准的表面应尽量平整光洁，不应有飞边、浇口、冒口等缺陷。 粗基准一般只能使用一次。 根据上述的精基准选择的原则和粗基准选择时注意的问题，我们可以在粗加工阶段选择 B 面为粗基准，在精加工阶段，我们可以选择燕尾面作为精基准，这样可以做到基准统一和基准重合，可以减少误差，提高位置精度。 基准的选择 精基准的选择应重保证零件的加工精度，特别是加工表面的相互位置精度来考虑，同时也要考虑到装夹方便，夹具结构方便。选择精基准应遵循下列原则： “基准重合”原则 即应尽可能选用设计基准作为精基准。这样可以避免由于基准不重合而引起的误差。 “基准统一”原则 即应尽可能选择加工工件的多个表面时都能使用的一组定位基准作为精基准。这样就便于保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换说产生的误差，并能简化夹具的设计制造。 “互为基准”原则 当两个表面相互位置精度以及他们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以采取互为基准的原则，反复多次进行加工。 “自为基准”原则 有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，再加工时就应尽量选择加工表面 本身作为精基准，而该表面与其他表面之间的位置精度则有先行工序保证。 工方法的选择 30 轴的零件进行数控加工的内容就是对 轴进行最后一步要求精加工部分内容进行数控加工。 拟定机械加工工序，要依照“先粗后精”“先主后次”，“先面后孔”加工箱体零件的原则。必要的热处理、检验等辅助工序安排在各加工阶段之间。 加工阶段的划分 具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、 安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并合理选择刀具结构、几何参数。 控车刀的类型与刀片选择 数控车刀常用的类型有尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。为减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削时，应尽量采用机夹可转位式车刀。 常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和震动等。 刀片形状 、几何尺寸的选择，主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因数选择。需要注意的是：编程时要考虑数控车刀主偏角和副偏角的合理选择，特别是零件轮廓非单一的曲线组成的情况。主偏角的大小决定于工件形状，例如车阶梯轴时，则需要 0的 31 刀具；而副偏角的选择要考虑是否已加工表面轮廓产生干涉。刀具选择是数控加工的工序设计的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。另外数控机床主轴转速比不同机床高 1 2 倍，且输出功率大，因此与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不 仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装方便。参考机械加工工艺师手册选用微调镗刀。刀具材料采用高速钢。 具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定：二是能协调零件与机床坐标系的尺寸 /除此之外，重点考虑以下几点。 1） 单件小批量生产时，优先选用组合夹具，可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。 2） 在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3） 零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。 4） 夹具上各零 部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，既夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀。 5） 为提高数控机床的效率，批量较大的零件加工可采用多工位、气动或液压夹具。 具的选择 数控加工主要用于单件小批量生产，一般采用通用量具，如游标卡尺、百分表等。查机械加工工艺师手册表 55选择杠杆千分表，游标卡尺 32 控加工工艺路线设计 工艺路线的拟定是制定工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括：选择各加工表面的加工方法、划分加工阶段、划分工序以及安排工序的先后顺序等。设计者应根据从生产实践中总结出来 的一些综合性工艺原则，结合本厂的实际生产条件，提出几种方案，通过对比分析，从中选择最佳方案。 选择机械零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲面、成形面等基本表面组成的。每一种表面都有多种加工方法，具体选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素，选用相应的加工方法和加工方案。 圆表面的加工方法的选择 外圆表面的主要加工方法是车小和磨削。当表面粗糙度要求较高时，还要经光整加工。 最终工序为车削的加工方案，适用与淬火钢以外的各种金属。 最终 工序为磨削的加工方案，适用与淬火钢，未淬火钢和铸铁，不适用于有色金属，因为有色金属韧性大，磨削时易堵塞砂轮。 最终工序为精细车和金刚车的加工方案，适用于要求较高的有色金属的精加工 最终工序为光整加工，如研磨、超精磨及超精加工等，为提高生产率和加工质量，一般在光整加工前进行精磨。 对表面粗糙度要求高而尺寸精度要求不高的外圆，可采用滚压或抛光。 在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序，划分方法如下。 33 1）按所用的刀具划分 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的待加工表 面较多、机床连续工作时间过长、加工程序的编制和检查难道较大等情况。加工中心常用这种方法划分。 2）按安装次数划分 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适用于工件的加工内容不多工件，加工完成后就能达到后达到待检状态。 34 第 4 章 加工工艺规程的编制 （ 1）工序划分的原则 工序划分可以采用两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。 工
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