数控加工工艺设计样本

第2章数控加工工艺设计

数控机床加工工艺与通用机床加工工艺有许多相似之处，但在数控机床上加工

零件比通用机床加工零件工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床运动过

程、零件工艺过程、刀具形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就规定程

序设计人员具备多方面知识基本。合格程序员一方面是一种合格工艺人员，否则

就无法做到全面周到地考虑零件加工全过程，以及对的、合理地编制零件加工程

序。

2.1数控加工工艺设计重要内容

在进行数控加工工艺设计时，普通应进行如下几方面工作：数控加工工艺

内容选取；数控加工工艺性分析；数控加工工艺路线设计。

2.1.1数控加工工艺内容选取

对于一种零件来说，并非所有加工工艺过程都适合在数控机床上完毕,而往

往只是其中一某些工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细工艺分

析，选取那些最适合、最需要进行数控加工内容和工序。在考虑选取内容时：应

结合本公司设备实际，立足于解决难题、攻克核心问题和提高生产效率，充分发

挥数控加工优势。

1.适于数控加工内容

在选取时，普通可按下列顺序考虑：

（1）通用机床无法加工内容应作为优先选取内容；

（2）通用机床难加工，质量也难以保证内容应作为重点选取内容；

（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大内容，可在数控机床尚存

在富裕加工能力时选取。

2.不适于数控加工内容

普通来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综

合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列某些内容不适当选取采用数控

加工：

(1)占机调节时间长。如以毛坯粗基准定位加工第一种精基准，需用专用工装

协调内容；

(2)加工部位分散，需要多次安装、设立原点。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)按某些特定制造根据(如样板等)加工型面轮廓。重要因素是获取数据困

难，易于与检查根据发生矛盾，增长了程序编制难度。

此外，在选取和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转状

况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省目。要防止把数控机末降

格为通用机床使用。

2.1.2数控加工工艺性分析

被加工零件数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程也许性和以便性

提出某些必要分析和审查重要内容。

1.尺寸标注应符合数控加工特点

在数控编程中，所有点、线、面尺寸和位置都是以编程原点为基准。因而

冬件图样_L最佳直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。

2.几何要素条件应完整、精确

在程序编制中，编程人员必要充分掌握构成零件轮廓几何要素参数及各

几何要素间关系。由于在自动编程时要对零件轮廓所有几何元素进行定义，手

工编程时要计算出每个节点坐标，无论哪一点不明确或不拟定，编程都无法进

行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽视，经常浮现参数不全

或不清晰，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。因此在审查与

分析图纸时，一定要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。

3.定位基准可靠

在数控加工中，加_L_L序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因而往

往需要设立某些辅助基准，或在毛坯上增长某些工艺凸台。如图2.1a所示零件,

为增长定位稳定性，可在底面增长一工艺凸台，如图2.1b所示。在完毕定位加

工后再除去。

a）改进前构造b）改进后构造

图2.1工艺凸台应用

4.统一几何类型及尺寸

零件外形、内腔最佳采用统一几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还

也许应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件形状尽量对称，便于运用数

控机床镜向加工功能来编程，以节约编程时间。

2.1.3数控加工工艺路线设计

数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺“、

路线设计重要区别,在于它往往不是指从毛坯到成、

成「且月机床加工

品整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺Td

过程详细描述。因而在工艺路线设计中一定要注意（足臂床加工致K机床加工

到，由于数控加工工序普通都穿插于零件加工整图2.2工艺流程

个工艺过程中，因而要与其他加工工艺衔接好。常用工艺流程如图2.2所示。

数控加工工艺路线设计中应注意如下几种问题：

1.工序划分

依照数控加工特点，数控加工工序划分普通可按下列办法进行：

（1）以一次安装、加工作为一道工序。这种办法适合于加工内容较少零件，加

.I.完后就能达到待检状态。

（2）以同一把刀具加工内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出诸

多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统限制（重要是

内存容量），机床持续工作时间限制（如一道工序在一种工作班内不能结束）等。

此外，程序太长会增长出错与检索困难。因而程序不能太长，一道工序内容不能

太多。

（3）以加工部位划分工序。对于加工内容诸多工件，可按其构造特点将加工部

位提成几种某些，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一某些加工作为一道工序。

（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形工件，由于对粗加工后

也许发生变形需要进行校形，故普通来说，凡要进行粗、精加工过程，都要将工

序分开。

2.顺序安排

顺序安排应依照零件构造和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧需要来考虑。

顺序安排普通应按如下原则进行：

（1）上道工序加工不能影响下道工序定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工

序也应综合考虑；

（2）先进行内腔加工，后进行外形加工；

（3）以相似定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工工序，最佳持续加工，以

减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；

3、数控加工工艺与普通工序衔接

数控加工工序先后普通都穿插有其他普通加工工序，如衔接得不好就容易

产生矛盾。因而在熟悉整个加工工艺内容同步，要清晰数控加工工序与普通加工

工序各自技术规定、加工目、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面

与孔精度规定及形位公差；对校形工序技术规定；对毛坯热解决状态等，这样才

干使各工序达到互相满足加工需要，且质量目的及技术规定明确，交接验收有

根据。

2.2数控加工工艺设计办法

在选取了数控加工工艺内容和拟定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序

设计。数控加工工序设计重要任务是进一步把本工序加工内容、切削用量、工艺

装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹拟定下来，为编制加工程序作好准备。

2.2.1拟定走刀路线和安排加工顺序

走刀路线就是刀具在

整个加工工序中运动轨迹，

它不但涉及了工步内容，

也反映出工步顺序。走刀路

线是编写程序根据之一。拟

定走刀路线时应注意如下

几点：

1.谋求最短加工路线

如加工图2.3a所示零止一一

件上孔系。2.3b图走刀路线f/

为先加工完外圈孔后，再/p

加工内圈孔。若改用2.女—

图走刀路线，减少空刀时,

间，则可节约定位时间近

一倍，提高了加工效率。K东

a）零件图样b）路线1c）路线2

图2.3最短走刀路线设计

2.最后轮廓一次走刀完毕

为保证工件轮廓表面加工后粗糙度规定，最后轮廓应安排在最后一次走刀

中持续加工出来。

如图2.4a为用行切方式加工内腔走刀路线，这种走刀能切除内腔中所有余

量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀起点和终点间留下残留高度,

而达不到规定表面粗糙度。因此如采用2.4b图走刀路线，先用行切法，最后沿

周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好效果。图2.4c也是一种较好走刀路

线方式。

a）路线1b）路线3c）路线3

图2.4铳削内腔三种走刀路线

3.选取切入切出方向

考虑刀具进、退刀（切入、切出）路线时，刀具切出或切入点应在沿零件轮廓切

线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表

面；尽量减少在轮廓加工切削过程中暂停（切削力突然变化导致弹性变形），以

免留下刀痕，如图2.5所示。

Y

图2.5刀具切入和切出时外延

4.选取使工件在加工后变形小路线

对横截面积小细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去

除余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小工步。

2.2.2拟定定位和夹紧方案

在拟定定位和夹紧方案时

应注意如下几种问题：

（1）尽量做到设计基准、

工艺基准与编程计算基准

统一；

（2）尽量将工序集中，减

少装夹次数，尽量在一次

装夹后能加工出所有待加

工表面；

（3）避免采用占机人工调

节时间长装夹方案；

（4）夹紧力作用点应落在

工件刚性较好部位。

如图2.6a薄壁套轴向

刚性比径向刚性好，用卡

爪径向夹紧时工件变形

大，若沿轴向施加夹紧力,

变形会小得多。在夹紧图

2.6b所示薄壁箱体时，夹

紧力不应作用在箱体顶

面，而应作用在刚性较好

凸边上，或改为在顶面上

三点夹紧，变化着力点位

置，以空小夹紧变形，如图

2.6c所示。

a）薄壁套b）改进办法2c）改进办法2

图2.6夹紧力作用点与夹紧变形关系

2.2.3拟定刀具与工件相对位置

对于数控机床来说，

在加工开始时，拟定刀具

与工件相对位置是很重要，

这一相对位置是通过确认

对刀点来实现。对刀点是指

通过对刀拟定刀具与工件

相对位置基准点。对刀点可

以设立在被加工零件上，

也可以设立在夹具上与零

件定位基准有一定尺寸联

系某一位置，对刀点往往

就选取在零件加工原点。对

刀点选取原则如下：

图2.7对刀点

（1）所选对刀点应使程序

编制简朴；

（2）对刀点应选取在容易找正、便于拟定零件加工原点位置；

（3）对刀点应选在加工时检查以便、可靠位置；

（4）对刀点选取应有助于提高加工精度。

例如，加工图2.7所示零件时，当按照图示路线来编制数控加工程序时，

选取夹具定位元件圆柱销中心线与定位平面A交点作为加工对刀点。显然，这里

对刀点也正好是加工原点。

在使用对刀点拟定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀

位点”与“对刀点”重叠操作。每把刀具半径与长度尺寸都是不同，刀具装在机

床上后，应在控制系统中设立刀具基本位置。“刀位点”是指刀具定位基准点。

如图2.8所示，圆柱铳刀刀位点是刀具中心线与刀具底面交点；球头铳刀刀位点

是球头球心点或球头顶点；车刀刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头刀位点是钻

头顶点。各类数控机床对刀办法是不完全同样，这一内容将结合各类机床分别讨

论。

换刀点是为加工

中心、数控车床等采用

多刀进行加工机床而

设立，由于这些机床

在加工过程中要自动

换刀。对于手动换刀数

控铳床，也应拟定相

应换刀位置。为防止换

刀时碰伤零件、刀具或

夹具，换刀点经常设

立在被加工零件轮廓

之外，并留有一定安

全量。

刀位点

a）钻头刀位点b）车刀刀位点c）圆柱铳刀刀位点d）球头铳刀刀位点

图2.8刀位点

2.2.4拟定切削用量

对于高效率金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大

要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济、有效加工方式,

规定必要合理地选取切削条件。

编程人员在拟定每道工序切削用量时，应依照刀具耐用度和机床阐明书中

规定去选取。也可以结合实际经验用类比法拟定切削用量。在选取切削用量时

要充分保证刀具能加工完一种零件，或保证刀具耐用度不低于一种工作班，至

少不低于半个工作班工作时间。

背吃刀量重要受机床刚度限制，在机床刚度容许状况下，尽量使背吃刀量

等于工序加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度

和精度规定较高零件，要留有足够精加工余量，数控加工精加工余量可比通用

机床加工余量小某些。

编程人员在拟定切削用量时，要依照被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃

刀量、进给量，刀具耐用度，最后选取适当切削速度。表2.1为车削加工时选

取切削条件参照数据。

表2.1车削加工切削速度(m/min)

轻切削

重切削

切深0.5~普通切削

切深5〜

lO.mm切深1〜4mm

被切削材料名称12mm

进给量进给量

进给量

0.05〜O.2~O.5mm/r

0.4~0.8mm/r

().3mm/r

10*100~250150〜25080〜220

优质碳素构

造钢

45#60〜23070〜22080〜180

0bW

100〜220100〜23070〜220

750Mpa

合金钢

a

70〜22080〜22080〜200

b>750MPa

2.3填写数控加工技术文献

填写数控加工专用技术文献是数控加工工艺没计内容之一。这些技术文献既

是数控加工根据、产品验收根据，也是操作者遵守、执行规程。技术文献是对数

控加工详细阐明，目是让操作者更明确加工程序内容、装夹方式、各个加工部位

所选用刀具及其他技术问题。数控加工技术文献重要有：数控编程任务书、工件

安装和原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片

等。如下提供了惯用文献格式，文献格式可依照公司实际状况自行设计。

2.3.1数控编程任务书

它阐明了工艺人员对数控加工工序技术规定和工序阐明，以及数控加工前

应保证加工余量.它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序重要根据之

一，详见表2.2。

表2.2数控编程任务书

产品零件图号任务书编号

工艺处数控编程任务书零件名称

使用数控设备

重要工序阐明及技术规定：

编程收到日期月日经手人

编制审核编程审核批准

2.3.2数控加工工件安装和原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡）

它应表达出数控加工原点定位办法和夹紧办法，并应注明加工原点设立位

置和坐标方向，使用夹具名称和编号等，详见表2.3。

表2.3工件安装和原点设定卡片

零件图号J30102-4工序号

数控加工工件安装和原点设定卡

装夹次

零件名称行星架片

数

梯形槽

3

螺栓

2底板

馍铳夹

1GS53-61

具板

编制（日期）审核

批准（日期）第页

（日期）

夹具名

共页序号夹具图号

称

2.3.3数控加工工序卡片

数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同是：工序简图

中应注明编程原点与本刀点，要进行简要编程阐明（如：所用机床型号、程序编

号、刀具半径补偿、镜向对称加工方式等）及切削参数（即程序编入主轴转速、

进给速度、最大背吃刀量或宽度等）选取，详见表2.4。

表2.4数控加工工序卡片

产品名称或代号零件名称零件图号

单位数控加工工序卡片

工序简图车间使用设备

工艺序号程序编号

夹具名称夹具编号

主进背

工刀

轴给吃

加

步具刀

转速刀

内容

作业

工步

备注

补

号r.号

速度量

量

面

审

批准

第页

页

共

年月日

编制

核

线图

刀路

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控加

4数

2.3.

法告

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撞，

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，经

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控加

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化走

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下刀

是斜