数控技术：数控加工工艺基础

第三章数控加工工艺基础

一、数控加工工艺的概念1.1数控加工：指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。是由数控装置或系统代替人操纵机床进行机械零件加工的一种自动化方法。1.2数控加工工艺：用数控机床加工零件时应该采用的工艺方法。如：工步的划分与顺序的排列，走刀路线，位移量和切屑参数等数控加工工艺需要处理的问题1）选择并确定进行数控加工的零件及加工内容2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析3）数控加工的工艺设计4）对零件图形的数字处理5）编写加工程序单并生成NC加工指导书6）制作控制介质7）程序校验与修改8）试切、切屑加工及现场问题处理9）NC加工工艺文件的管理1.3数控加工的适用范围1）用普通机床加工需要很长的调整时间或要求复杂工装的零件2）加工精度高，形状复杂，用数字模型描述的各种复杂曲面、曲线轮廓等。3）小批量生产或准备多次修改设计的零件4）钻、镗、铰、攻丝、铣削工序联合进行的零件等。数控加工特别适合加工模具传统方法：采用主模型，仅由有限的横截面样板来对零件表明做局部检查，依赖模型工的经验。为了加工凸凹模，要根据主模型翻制工艺模型，误差大。左右件需要两套模型，难以保证完全一样。数控加工：和获得极高的形状精度、省了模型制造环节1、加工工序的划分零件的加工往往需要多道工序，因此加工工序的规划对加工质量和效率影响很大，因此，划分零件的数控加工工序需遵循以下几个基本准则：

1）先粗后精，先面后孔。

2）减少换刀次数，减少空程时间。二、NC编程的工艺处理3)对于同轴度要求很高的孔系，应在一次定位后，通过顺序连续换刀来完成该同轴孔系孔的全部加工，然后再加工其它坐标位置的孔，以消除重复定位误差的影响．提高孔系的同轴度，亦即不可按所用刀具来划分工序、工步。

因此，加工工序的分类方法一般有如下三种：1)刀具集中分序法：用一把刀完成所有可加工表面的加工后，再换刀加工。2)粗、精加工分序法：对单个零件先粗加工，再半精加工，最后精加工。3)加工部分分序法：先加工平面，再加工面上的孔；先完成简单形状的加工，再加工复杂形状；先加工精度要求低的部分，再加工精度高的部分。2、工件的装夹方式工件的装夹方式对加工质量、加工效率、加工过程的安全性等都有很大的影响。尤其在无人值守加工过程中，安全性显得尤为重要。一般来说，确定工件的装夹方式有以下几个方面应当注意：

1）注意减少装夹次数，亦即要求在一次装夹中尽可能多地完成各个工序工步。

2）尽可能使用夹具加快零件的定位和夹紧过程，减少辅助时间。

3）尽量采用标准化通用夹具，批量大时采用专用夹具，提高加工效率和经济效益。

4）注意避免刀具和夹具之间可能发生的干涉。3、对刀点、换刀点的确定

对刀点就是数控加工时刀具相对于工件运动的起点。由于程序也是从这一点开始执行,所以对刀点也称作程序起点或起刀点。编程时应首先考虑对刀点位置的选择。对刀点可以设在工件上，也可以设在夹具上，但必须与工件的定位基准有一定的坐标关系(如下页图中的x1和y1)，这样才能确定机床坐标系与工件坐标系之间的关系。

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，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。如以孔定位的零件，取孔的中心作为对刀点就比较合适。对刀点的选择应便于坐标值的计算。对于建立了绝对坐标系统的数控机床，对刀点宜选在该坐标系的原点上．或选在距原点为确定值的点上。对刀点应选择在对刀方便的地方。

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底面的交点；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。对刀点找正的准确度直接影响加工精度，找正方法的选择应与零件加工精度要求相适应。目前工厂常用方法是将千分表装在机床主轴上然后转动主轴，以使刀位点与对刀点—致。

加工过程中需换刀时应规定换刀点。换刀点的位置应根据换刀时刀具不得碰伤工件、夹具以及机床的原则而设定。

4、走刀路线的选择

走刀路线的选择对零件的加工精度、表面质量和加工效率有很大的影响，因此在规划刀具轨迹时要注意以下原则：

1）保证被加工零件获得良好的加工精度和表面质量。

2）使数值计算工作简单。

3）使进给路径最短。

切入点与切出点：铣削平面零件时，一般采用立铣刀的侧刃切削。为了保证工件的外形光滑，铣刀的切入和切出点应沿零件周边外延。如果铣刀沿法向直接入零件，将在零件外形上留下明显的刀痕。（如图示）

轮廓加工中应避免进给停顿。因为加工过程中工件、刀具、夹具以及机床等都有少量的弹性变形，进给停顿后切削力减小，刀具将在工件表面留下凹痕。

为了提高加工表面的精度，降低表面粗糙度值，可以采用多次进给的方法，使最后一次进给的加工余量较小(一般以0．20～0．50mm为宜)。

下页图中所示为加工内槽的三种进给路径。所谓内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹坑。加工内槽应使用平底铣刀，刀具边缘部分的圆角半径应符合内槽的图样要求。进给路径可以是行状的(如图a所示)，也可以是环状的(如图b所示)。两种进给路径的共同点是都能切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤轮廓。由于要尽量减少重复进给的搭接量，所以行切法将在每两次进给的起点与终点留下残留高度，即达不到所要求的表面粗糙度。

如若按图c所示的方案，即先采用行切法，最后环切一刀，光整轮廓表面，就能获得较理想的效果。从数值计算的角度看，环切法的刀位点计算稍为复杂；从进给路径的长短比较，行切法也略优于环切法。

铣削平面零件内槽的封闭轮廓时，切入切出不能有外延部分。这时可沿零件轮廓的法线切入或切出，此时其切入和切出点最好选在零件轮廓两几何元素的交点处。

下图表示用球头刀加工直纹面时可能采取的两种进给路径。采用图中a的进给方案,每次沿直线进给，刀位点计算简单，程序段少，而且加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。采用图中b的进给方案，则符合这类曲面的数据给出情况，因此便于加工后检查型面的准确度，但程序段多。顺铣和逆铣铣刀与工件接触部分的旋转方向与工件进给方向相同成为顺铣，反之为逆铣。

1）顺铣时，每个刀的切削厚度都是有小到大逐渐变化的。当刀齿刚与工件接触时，切削厚度为零，只有当刀齿在前一刀齿留下的切削表面上滑过一段距离，切削厚度达到一定数值后，刀齿才真正开始切削。逆铣使得切削厚度是由大到小逐渐变化的，刀齿在切削表面上的滑动距离也很小。而且顺铣时，刀齿在工件上走过的路程也比逆铣短。因此，在相同的切削条件下，采用逆铣时，刀具易磨损。2）逆铣时，由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与工件进给运动方向相反，所以工作台丝杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。而顺铣时则不然，由于水平铣削力的方向与工件进给运动方向一致，当刀齿对工件的作用力较大时，由于工作台丝杆与螺母间间隙的存在，工作台会产生窜动，这样不仅破坏了切削过程的平稳性，影响工件的加工质量，而且严重时会损坏刀具。

3）逆铣时，由于刀齿与工件间的摩擦较大，因此已加工表面的冷硬现象较严重。

4）顺铣时，刀齿每次都是由工件表面开始切削，所以不宜用来加工有硬皮的工件。

5）顺铣时的平均切削厚度大，切削变形较小，与逆铣相比较功率消耗要少些。铣切加工中顺铣和逆铣得到的表面粗糙度不同。顺铣好于逆铣。

5、加工刀具的选择

刀位点：

用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。

刀具选择是数控加工工艺中的一项重要内容，它不仅影响加工效率，而且直接影响加工质量。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、耐用度好、调整方便,应该选择好的刀具以充分体现数控加工的优势。

由于数控机床所加工的零件品种有较大的范围，因而加工中所需刀具的种类、形状和尺寸的规格品种也较多，但应尽量选用标准刀具。

铣加工是最常见的加工方法，因此我们重点介绍铣刀的选择。下图为常用的铣加工刀具。

粗铣平面时，切削力大，宜选较小直径的铣刀，以减少切削扭矩；精铣时，应选大直径铣刀，尽量能包容工件加工面的宽度，以提高切削效率。铣平面轮廓时，用平头立铣刀(图b)，以立铣刀侧刃切削。若加工的是内凹轮廓，铣刀半径r应小于内凹轮廓面的最小曲率半径ρ(一般取r＝(0．8一0．9)ρ)，以避免干涉。若铣切的是外凸轮廓，铣刀半径应尽量选得大些，以提高刀具的刚度和耐用度。

铣空间轮廓时，选球头立铣刀(图a)，以立铣刀的球头和侧刃切削。对于像汽车覆盖件模具型面一类的曲面，若采用镶齿盘铣刀(图c)，在五坐标联动的数控机床上加工，不仅效率可提高近10倍，而且能获得满意的加工精度。6、切削用量的确定

切削用量包括切削深度、进给量和切削速度。对粗加工、精加工、钻孔、攻螺纹、尖角部位加工等，需要选用不同的切削用量，这些都应编写在程序单内。

确定具体切削工序的切削用量时，是以一定的刀具耐用度为前提的。由金属切削原理可知，对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。因此，从刀具耐用度出发，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。

1）切削深度主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚性决定。在允许的情况下，最好一次切净余量，提高加工效率。有时为了改善加工精度和表面粗糙度，也可以留少量余量(0.2-0.5mm)，最后光整加工一次。数控机床的精加工余量可较普通机床的精加工余量小。

2）切削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选取。当加工精度要求高时，进给量选小一些。进给量在加工程序中用F指令(进给速度指令)给定，F后跟的数字也就是进给量的大小．例如F100表示走刀量100mm／min。这种指定方法较为直观，因此现在大多数数控机床均采用这种指定方法。

3）进给量

切削深度、切削速度确定以后，再按照已经选定的刀具耐用度，通过计算或查切削用量手册即可决定进给量，进而可以得到机床主轴转速。一般根据经验值来确定即可。7、加工误差程序编制中的误差主要由三部分组成1）逼近误差用近似方法逼近零件轮廓时产生的误差2）插补误差用直线或圆弧逼近零件轮廓曲线所产生的误差两类：a)由于跨距产生的

b)刀具作线性插补逼近表明时产生的3）尺寸圆整误差将计算