《数控加工工艺》-第六章

6.1数控铣削及加工中心加工工艺概述6.1.1数控铣削及加工中心的主要加工对象1．数控铣削的主要加工对象

(1)平面类零件：平行或垂直于水平面，或与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件，如图6-1所示。

(2)变斜角类零件：加工面与水平面的夹角里连续变化的零件称为变斜角类零件，如图6-2所示。

(3)曲面类零件：加工面为空间曲面的零件为曲面类零件，如模具、叶片、螺旋桨等。曲面类零件的加工面不能展开为平面，加工时，加工面与铣刀始终为点接触。下-页

返回6.1数控铣削及加工中心加工工艺概述2．加工中心的主要加工对象

(l)既有平面又有孔系的零件

1)箱体类零件。箱体类零件一般是指具有孔系和平面，内有一定型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。

2)盘、套、板类零件。这类零件端面上有平面、曲面和孔系，也常分布一些径向孔，如图6-4所示的板类零件。

(2)结构形状复杂、普通机床难以加工的零件

1)凸轮类零件2)整体叶轮类

3)模具类。上-页

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返回6.1数控铣削及加工中心加工工艺概述(3)外形不规则的异形零件异形件是指支架、基座、样板、靠模等这一类外形不规则的零件。如图6-6所示的异形支架，这类零件大多需要点、线、面多工位混合加工。6.1.2数控铣削及加工中心加工工艺的特点

1．数控铣削的加工工艺特点

(1)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、壳体类零件等。

(2)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。上-页

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返回6.1数控铣削及加工中心加工工艺概述(3)能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。(4)加工精度高、加工质量稳定可靠。(5)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。(6)生产效率高。(7)对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状况下，还要求有良好的红硬性。

2．加工中心的加工工艺特点1)工序集中上-页

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返回6.1数控铣削及加工中心加工工艺概述2)对加工对象的适应性强3)加工精度高4)加工生产率高5)操作者的劳动强度减轻

6)经济效益高7)有利于生产管理的现代化6.1.3数控铣削及加工中心加工工艺的主要内容

(1)确定适合在数控机床上加工的零件或加工内容。上-页

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返回6.1数控铣削及加工中心加工工艺概述①零件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式描绘的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓。②已给出数学模型的空间曲面。③形状复杂、尺寸繁多，划线与检测困难的部位。④用通用铣床加工难以观察、测量和控制进给的内外凹槽。⑤以尺寸协调的高精度孔或面。⑥能在一次安装中顺带铣出来的简单表面。

(2)对拟定在数控铣床加工的零件或加工内容进行工艺分析。上-页

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返回6.1数控铣削及加工中心加工工艺概述(3)确定零件的总体加工方案。(4)数控铣床上的加工工序的设计，如选取零件的定位基准、装夹方案的确定、工步的划分，刀具的选择和确定切削用量及确定加工路线等。(5)确定数控加工前的调整方案，如对刀方案、换刀点、刀具预调和刀具补偿方案。上-页

返回6.2数控铣削及加工中心加工工艺的制定6.2.1零件图工艺分析零件图的工艺分析一般包括以下几个内容：(1)分析零件的尺寸标注。(2)分析加工的质量要求。(3)零件的内转接凹圆弧。(4)零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性。(5)分析零件的形状及原材料的热处理状态，会不会在加工过程中变形。下-页

返回6.2数控铣削及加工中心加工工艺的制定6.2.2工序和加工方法的确定

1．工序设计的主要内容工序设计包括确定各工序的具体加工内容、切削用量、工艺装备、定位安装方式及刀具运动轨迹，为编制程序做准备。

2．工序的划分原则

(1)根据装夹定位划分工序。这种方法一般适应于加工内容不多的工件，主要是将加工部位分为几个部分，每道工序加工其中一部分。

(2)按所用刀具划分工序。为了减少换刀次数和空程时间，可以采用刀具集中的原则划分工序，在一次装夹中用一把刀完成可以加工的全部加工部位，然后再换第二把刀。上-页

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返回6.2数控铣削及加工中心加工工艺的制定(3)以加工部分划分工序。对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。

(4)以粗、精加工划分工序。对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生较大的变形而需要进行校形，因此，一般来说凡要进行粗、精加工的工件都要将工序分开。3．加工方法的确定加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑上-页

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返回6.2数控铣削及加工中心加工工艺的制定6.2.3加工顺序和进给路线的确定1．加工顺序的安排(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑；(2)先进行内型腔加工工序，后进行外形腔加工工序；(3)在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序；(4)以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连接进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。上-页

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返回6.2数控铣削及加工中心加工工艺的制定2．加工路线的确定确定加工路线一般应遵循以下原则：(1)加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。(2)设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。(3)简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量。(4)据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数。

(5)合理设计刀具的切入与切出的方向。

(6)合理选用铣削加工中的顺铣或逆铣方式，一般来说，数控机床采用滚珠丝杠，运动间隙很小，因此顺铣优点多于逆铣优点。上-页

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返回6.2数控铣削及加工中心加工工艺的制定6.2.4加工刀具及切削用量的选择

1．主轴转速的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）的直径来选择。其计算公式为

2．进给速度的确定

(1)当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100～200mm/min范围内选取。上-页

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返回6.2数控铣削及加工中心加工工艺的制定(2)在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。(3)当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。(4)刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。

3．背吃刀量确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.2～0.5mm。上-页

返回6.3典型零件的工艺分析6.3.1孔类零件的工艺分析如图6-7所示零件，45钢材料；1．零件图工艺分析该零件上要求加工2-φ10及2-M8螺纹。孔的尺寸精度为IT7，表面粗糙度全部为Ra1.6，加工要求较高；螺纹的表面粗糙度为Ra3.2，加工要求一般。2．装夹方案确定由题意可知，外轮廓及上下面均不加工，直接采用平口钳装夹，底部用垫铁垫起，注意要让出通孔的位置。下-页

返回6.3典型零件的工艺分析3．加工顺序及进给路线确定(1)加工方案的确定1)2-φ10孔加工方案。打中心孔一钻2-φ10底孔至φ9一2-φ10孔至φ9.85一铰孔至2-φ10。2)2-M8螺纹加工方案。打中心孔一钻2-M8螺纹孔底孔至φ6.7一攻丝至M8。4．刀具选择根据加工对象要求，选择φ9，φ9.8钻头，φ10铰刀完成对2-φ10通孔的加工；选择φ6.7钻头和M8丝锥完成对2-M8螺纹孔的加工；各孔加工前先用φ3中心钻打定心孔。数控加工刀具卡见表6-10。上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析5．切削用量的选择打中心孔时主轴转速可采用1200r/min，进给速度可采用40mm/min;钻2-φ9孔时主轴转速可采用500r/min，进给速度可采用40mm/min；钻2-M8螺纹孔底孔时主轴转速可采用600r/min，进给速度可采用60mm/min；扩2-φ10孔时主轴转速可采用600r/min，进给速度可采用l00mm/min;攻丝时主轴转速可采用150r/min，铰孔时主轴转速可采用120r/min，进给速度可60mm/min。

6．工艺文件的制定

(1)数控加工工序卡片

表6-2为本零件数控加工工序卡片。上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析(2)数控刀具卡片数控加工刀具卡片如表6-3所示。6.3.2轮廓加工的工艺分析现有一平面凸轮如图6-8所示，工件材料为45钢，小批量生产，设孔已完成粗加工，要求完成凸轮轮廓的加工。

1．零件图工艺分析取φ30孔和一个端面作为主要定位面，在连接φ13的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。因为孔是设计和定位的基准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的相对位置。上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析2．装夹方案确定由于本例中凸轮尺寸较小，根据零件图分析可采用用心轴十端面方式做主要定位，夹紧只要不和铣刀发生干涉即可。

3．加工顺序及进给路线的确定(1)以工件上表面中心处作为工件坐标系的原点，Z坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定。由于工件轮廓由曲面组成，所以应注意切入点和切出点的选取。(2)该凸轮加工的轮廓均为圆弧组成，因而只要计算出基点坐标，就可编制程序。在加工坐标系中，各点的坐标计算如下。上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析BC弧的中心01点：X=-37.28Y=-235.86EF弧的中心02点：X=65.75，Y=20.93HI弧的中心04点：X=63.70，Y=-0.27B点：X=-5.57，Y=-63.76D点：X=63.99，Y=-0.28E点：X=63.72，Y=0.03F点：X=44.79，Y=19.60G点：X=14.79，Y=59.18H点：X=-63.02，Y=9.97上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析(3)根据上面的数值计算，可画出凸轮加工走刀路线图。如表6-4所示。

4．刀具选择由于只要求加工外轮廓，工件材料为45钢，切削加工性较好，只要求加工外轮廓，故选择φ18硬质合金立铣刀即可完成加工。

5．切削用量的选择工件材料为45钢，刀具为硬质合金刀，故参照切削手册，主轴转速可取180～250r/min，进给速度可取40～60mm/min，由于表面粗糙度要求较高，可将铣削余量分上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析3次完成切削，在第二次切削完成后，根据测量结果来设置刀具半径补偿，最后精铣达到图样要求。6．工艺文件的制定1)数控加工工序卡片数控加工工序卡片如表6-5。2)数控加工刀具卡片（略）7．参考程序凸轮加工的程序及程序说明如下：N10G54XOY0240／／进入加工坐标系N20G90G00G17X-73.8Y20／／由起刀点到加工开始点上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析N30G00Z0／／下刀至零件上表面N40G012-16F200／／下刀至零件上表面N50G42G01X-63.8Y10F80H01／／开始刀具半径补偿N60GOIX-63.8Y0／／切入零件至A点N70G03X-9.96Y-63.02R63.8／／切削ABN80G02X-5.57Y-63.76R175／／切削BCN90G03X63.99Y-O.28R64／／切削CDN100G03X63.72Y0.03RO.3／／切削DEN11OG02X44.79Y19.6R21／／切削EFN120G03X14.79Y59.18R46／／切削FG上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析N130G03X-55.26Y25.05R61／／切削GHN140G02X-63.02Y9.97R175／／切削HIN150G03x-63.80Y0R63.8／／切削IAN160G01X-63.80Y-10／／切削零件N170G01G40X-73.8Y-20／／取消刀具补偿N180G00240//Z向抬刀N190G00X0Y0M02／／返回加工坐标系原点，结束6.3.3壳体零件的工艺分析上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析

壳体零件如图6-9所示，其材料为铸铁HT200，在数控加工工序之前已加工好底面和φ80孔，要求在数控机床上铣削上表面、槽和加工4XM10螺纹孔。试进行工艺分析，编制数控加工程序。

1．零件图分析工件材料为铸铁，切削加工性能很好，所要求加工要素精度一般，无形位公差要求，表面粗糙度要求不高。

2．装夹方案确定(1)定位基准选择本工序所加工表面的设计基准是底面和φ80的孔，根据基准上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析重合的原则，以底面限制3个自由度，φ80孔限制两个自由度，在零件的后面限制一个绕孔转动的自由度，实现完全定位。

(2)夹紧方案采用螺钉和压板，压板压在φ80孔的上端面，夹紧力的方向对着底面，旋紧螺母将工件夹紧。

3．加工顺序及进给路线的确定

(1)加工顺序根据先面后孔的原则，本工序中工步顺序安排为：铣平面；钻4×M10的中心孔（锪窝定位）；钻螺纹底孔4×8.5；攻螺纹4×M10；铣尺寸为10.0+0.1的槽。上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析(2)数据处理

1)选工件的设计基准为编程原点，即+80mm孔轴线与工件上表面交点为编程原点。

2)计算螺纹孔4×M10中心位置坐标，分别为：(-65，-95)、(65，-95)、(125，65)、(-125,65)。

3)计算基点坐标

4)四段圆弧的圆心坐标分别为：(66，30)、(40，-50)、(-40，-50)、(-66，30)。

4．刀具选择铣平面可使用φ50的面铣刀；4-MIO螺纹孔可先用φ8中心钻定心，φ3，5钻头钻底孔，然用φ18麻花钻做孔口上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析倒角，最后用M10丝锥攻螺纹；用φ10立铣刀完成平面上槽的加工。

5．切削用量的选择铣平面时主轴转可采用300r/min，进给速度可采用60mm/min;钻中心孔时主轴转速可采用1200r/min，进给速度可采用60mm/min;钻螺纹底孔和孔口倒角时主轴转速可采用500r/min，进给速度可采用50mm/min；攻螺纹时主轴转速可采用60r/min;铣槽时主轴转速可采用300r/min，进给速度30mm/min。

6．工艺文件的制定1)数控加工工序卡片。表6-6为数控加工工序卡片。上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析2)数控加工刀具卡。数控加工刀具卡片见表6-7。7．参考程序程序解释00001；／／第1号程序（主程序）G54G90G17G40G49G80；／／建立编程坐标系，绝对坐标编程，取消刀具补偿，选择XY面，取消循环，防止内存中的模态码对本程序的影响G282100；回参考点T01M06；换T01号刀G00X0Y150；刀具Z轴位置在安全面以上，快速点定位到工件外上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析G4322．H01S300M03；刀具长度补偿，Z向快速到下刀点；主轴以300r/min正转G01Z0F60；Z轴下刀，直线插补至工件上表面，进给速度60mm/minG41G01Y70.D11；建立刀具半径左补偿，补偿值在D11中；直线插补切人工件M98P0010；调子程序00010，铣削工件上表面G00220；Z轴快速到安全高度G40G492200；取消刀具半径、长度补偿T02M06；换T02刀具G00X-65Y-95；快速点定位到1孔上方上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析G43220.H02S1000M03；刀具长度补偿，到安全高度；主轴以1000r/min正转G999812-2．R2．F60；钻孔循环，钻4×M10的中心孔，钻第1孔，返回到R面，进给速度60mm/minM98P0020；调0020子程序，钻其余三孔G80G00220；取消循环，到安全高度G492200；取消刀具长度补偿T03M06；换T03刀具G00G43220.H03S500M03；刀具长度补偿，到安全高度；主轴以500r/min正转上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析X-65．Y-95；快速点定位到1孔上方G99G812-23．R2．F50；钻孔循环，钻4×M10底孔，钻第1孔，返回到R面，进给速度50mm/minM98P0020；调00020子程序，钻其余三孔G80G49GO0220；取消循环，取消刀具长度补偿，到安全高度T04M06；换T04刀具G00G43220．H04S500M03；刀具长度补偿，到安全高度；主轴以500r/min正转上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析X-65．Y-95；快速点定位到1孔上方G822-2．R2．P1．F50；钻孔循环，倒角，倒第1孔，返回到R面，进给速度50mm/minM98P0020；调00020子程序，倒其余三孔角G80G49GO0220；取消循环，取消刀具长度补偿，到安全高度T05M06；换T05刀具G43H05220.S60M03；刀具长度补偿，到安全高度；主轴以60r/min正转上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析X-65．Y-95；快速点定位到1孔上方G842-25.R5.F50;攻螺纹循环，攻4×M10螺纹孔，攻笫1孔，返回到R

面，进给速度50mm/minM98P0020；调00020子程序，加工其余3个螺纹孔G80G49G00220；取消循环，取消刀具长度补偿，到安全高度T06M06；换T06刀具G00X0Y150；刀具Z轴位置在安全高度以上，快速点定位到工件外上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析G4322．H06S300M03;刀具长度补偿，Z向快速到下刀点；主轴以300r/min正转G41Y70．D16；建立刀具半径左补偿，补偿值在D16中；G012-6.F30；刀具在点直线插补切人工件，进给速度30mm/minM98P0010；调子程序00010，铣削尺寸为lO+ol的槽G00220;Z轴快速到安全高度上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析G49G402200；取消刀具半径、长度补偿X0Y0；返回程序起始点M30；程序结束00010；第10号程序（内腔轮廓线轨迹子程序X66．Y70；直线插补JBG02X100.04Y8.96410J-40；顺圆插补BCG01X57.01Y-60.527；直线插补CDG02X40．Y-70.1-17.01J10.527；顺圆插补DEG01X-40；直线插补EFG02X-57.01Y-60.52710J20；顺圆插补FG上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析G01X-100.04Y8.946；直线插补GHG02X-66．Y70.134.04J21.054；顺圆插补HIG01XO．5；直线插补IJ，切过0.5M99；子程序结束，返回主程序0070000020；第20号程序（螺纹孔位置子程序）X65；2孔位置X125．Y65；3孔位置X-125；4孔位置M99；子程序结束，返回主程序00001上-页

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返回6.3典型零件的工艺分析6.3.4支架零件的工艺分析如图6-11所示异形支架，单