数控加工工艺规程.ppt

1、第4章,工艺规程设计,第4章 工艺规程设计,4.1 机械加工工艺规程设计 4.1.1 零件图的审查 4.1.2 毛坯的确定 4.1.3 定位基准的选择 4.1.4 加工工艺路线的制定,4.2 数控加工工艺设计 4.2.1 数控加工的基本过程 4.2.2 数控加工工艺设计的主要内容 4.2.3 数控加工程序编制 4.2.4 数控加工工艺文件编制,4.1 机械加工工艺规程设计,4.1.1 零件图的审查 1分析零件图 (1) 检查零件图的完整性和正确性 检查内容： 检查零件视图是否正确、足够， 表达是否直观、清楚， 绘制是否符合国家标准， 尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。,(2) 零件

2、的技术要求分析 包括内容： 加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求(如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)。 要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。特别要分析主要表面的技术要求,(3) 零件的材料分析 分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据,(4) 合理的标注尺寸 零件图上的重要尺寸应直接标注，而且在加工时应尽量使工艺

3、基准与设计基准重合， 并符合尺寸链最短的原则 图a 零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准 标注尺寸。 图b 零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。 图c 零件上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。 图 零件上各非加工表面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。 图,2 零件的结构工艺性分析 、概念：零件的结构工艺性是指在满足使用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。 、零件的结构工艺性分析应考虑几方面： (1) 有利于达到所要求的加工质量 合理确定零件的加工精度与表面质量 保证位置

4、精度的可能性 图 (2) 有利于减少加工劳动量 尽量减少不必要的加工面积 图 尽量避免或简化内表面的加工 图 (3) 有利于提高劳动生产率 （转下页）,(3)有利于提高劳动生产率 零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。 图 减少零件的安装次数 图 零件的结构应便于加工 图 避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削 图 便于多刀或多件加工 图,4.1.2 毛坯的确定,1毛坯的种类 (1) 铸件 铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。 (2) 锻件 锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。,(3) 型材 型材有热轧

5、和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。 (4) 焊接件 焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件 (5) 冷冲压件 冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。,2毛坯选择时应考虑的因素 (1) 零件的材料及机械性能要求 零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。 (2) 零件的结构形状与外形尺寸 (3) 生产纲领的大小 (4) 现有生产条件 (5) 充分利用新工艺、新材料 为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用,4.

6、1.3 定位基准的选择,应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，就是基准统一原则。,当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求,定位基准的选择原则： 应先精基准，再粗基准。 1精基准的选择原则 (1) 基准重合原则 概念 图 (2) 基准统一原则 概念 (3) 自为基准原则 概念及图 (4) 互为基准原则 概念 (5) 便于装夹原则,2粗基准选择原则 (1) 选择重要表面为粗基准 图 (2) 选择不加工表面为粗基准 图 (3) 选择加工余量最小的表面为粗基准 (4) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 (5)

7、 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次,重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面,3定位基准选择示例 例4-1 右下图所示为车床进刀轴架零件，若已知其工艺过程为： (1)划线； (2)粗精刨底面和凸台； (3)粗精镗32H7孔； (4)钻、扩、铰l 6H9孔。 试选择各工序的定位基准并确定各限制几个自由度。,车床进刀轴架,解：第一道工序划线。当毛坯误差较大时，采用划线的方法能同时兼顾到几个不加工面对加工面的位置要求。选择不加工面R22外圆和R15外圆为粗基准，同时兼顾不加工的上平面与底面距离18的要求，划出底面和凸台的加工线。 第二道工序按划线找正，刨底面和凸台。 第三道工序粗精镗

8、32H7孔。加工要求为尺寸320.1、60.1及凸台侧面K的平行度0.03。根据基准重合的原则选择底面和凸台为定位基准，底面限制三个自由度，凸台限制两个自由度，无基准不重合误差。,第四道工序钻、扩、铰16H9孔。除孔本身的精度要求外，本工序应保证的位置要求为尺寸40.1、510.1及两孔的平行度要求0.02。根据精基准选择原则，可以有三种不同的方案： (1)底面限制三个自由度，K面限制两个自由度 (2)32H7孔限制四个自由度，底面限制一个自由度 (3)底面限制三个自由度，32H7孔限制两个自由度 此方案可将工件套在一个长的菱形销上来实现，对于三个设计要求均为基准重合，唯32H7孔对于底面的平

9、行度误差将会影响两孔在垂直平面内的平行度，应当在镗32H7孔时加以限制。,概念：零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。 拟定工艺路线的基本过程图 1表面加工方法的选择 、概念：表面加工方法的选择就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法 、考虑下列因素： (1) 工件材料的性质 (2) 工件的结构和尺寸 (3) 生产类型 (4) 具体生产条件,4.1.4 加工工艺路线的制定,2加工阶段的划分 (1) 粗加工阶段主要任务是切除各表面上的大部分余量，其关键问题是提高生产率。 (2) 半精加工阶段完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。 (

10、3) 精加工阶段保证各主要表面达到图样要求，其主要问题是如何保证加工质量。 (4) 光整加工阶段对于表面粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的表面，还需要进行光整加工阶段。目的 加工方法,提高表面质量，一般不能用于提高形状精度和位置精度,金刚车(镗)、研磨、珩磨、超精加工、镜面磨、抛光及无屑加工等,划分加工阶段的原因： (1) 保证加工质量 (2) 合理使用设备 (3) 便于安排热处理工序，使冷热加工工序配合的更好 (4)有利于及早发现毛坯的缺陷(如铸件的砂眼气孔等) 应当指出：加工阶段的划分不是绝对的，必须根据工件的加工精度要求和工件的刚性来决定。,3加工顺序的安排 (1) 切削加工顺序的安排

11、先粗后精 先主后次 先面后孔 基面先行 (2) 热处理工序的安排,消除组织的不均匀，细化晶粒，改善金属的加工性能,消除内应力、减少工件变形,消除内应力、改善加工性能并能获得较好的综合力学性能,提高零件的硬度和耐磨性,目的,退火与正火,目的,时效处理,调质,淬火 、渗碳淬火和渗氮,目的,目的,(3) 辅助工序的安排 检验工序是主要的辅助工序 需要检验的地方 其它辅助工序有：,每道工序由操作者自行检验,在粗加工之后，精加工之前，零件转换车间时,重要工序之后,全部加工完毕、进库之前,表面强化,去毛刺,倒棱,清洗,防锈,4工序的集中与分散 (1) 工序集中 、概念： 是将零件的加工集中在少数几道工序中

12、完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。 、特点： 可以采用高效机床和工艺装备，生产率高； 减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力； 减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度； 采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。,(2) 工序分散 概念： 工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。 特点： 设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换； 对工人的技术要求较低； 可以采用最合理的切削用量，减少机动时间； 所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。,工序集中或分散的程度 分析： 考虑的因素：主要

13、取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性 具体分析：一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中 大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。 对于重型零件，为了减少工件装卸和运输的劳动量，工序应适当集中；对于刚性差且精度高的精密工件，则工序应适当分散。 发展趋势：倾向于采用工序集中的方法来组织生产。,4.2 数控加工工艺设计,4.2.1 数控加工的基本过程 概念： 数控加工：就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。 数控机床：是一种用计算机来控制的机床 数控系统：用来控制机床的计算机，不管是专用计算机

14、、还是通用计算机都是。 数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式(数控语言或符号)编制的。,编程：就是把被加工零件的工艺过程、工艺参数、运动要求用数字指令形式(数控语言)记录在介质上，并输入数控系统。 数控加工程序编制方法分类： 手工(人工)编程和自动编程之分。 概念： 手工编程：程序的全部内容是由人工按数控系统所规定的指令格式编写的。 自动编程：即计算机编程可分为以语言和绘画为基础的自动编程方法。 数控机床加工过程框图,数控加工工艺的内容： (1) 选择并确定进行数控加工的零件及内容； (2) 对零件图纸进行数控加工的工艺分析； (3) 数控加工的工

15、艺设计； (4) 对零件图纸的数学处理； (5) 编写加工程序单； (6) 按程序单制作控制介质； (7) 程序的校验与修改； (8) 首件试加工与现场问题处理； (9) 数控加工工艺文件的定型与归档。,4.2.2 数控加工工艺设计的主要内容,1数控加工内容的选择 、选择原则及内容： (1) 普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。 (2) 普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。 (3) 普通机床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚有加工能力的基础上进行选择。,、不宜选择数控加工的内容： (1) 需要用较长时间占机调整的加工内容。 (2) 加工余量极不稳

16、定，且数控机床上又无法自动调整零件坐标位置的加工内容。 (3) 不能在一次安装中加工完成的零星分散部位，采用数控加工很不方便，效果不明显，可以安排普通机床补充加工。 此外：要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等因素，要尽量合理使用数控机床，达到产品质量、生产率及综合经济效益等指标都明显提高的目的，要防止将数控机床降格为普通机床使用。,2数控加工零件的工艺性分析 包括内容：产品的零件图样分析和结构工艺性分析两部分。 (1) 零件图样分析 零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点 图 分析被加工零件的设计图纸 构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等)，是数控编程

17、的重要依据。,(2) 零件的结构工艺性分析 零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小 图1 零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大。 图2 应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。,3数控加工的工艺路线设计 数控加工的工艺路线设计与普通机床加工的常规工艺路线拟定的区别主要在于它仅是几道数控加工工艺过程的概括，而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而且要兼顾常规工序的安排，使之与整个工艺过程协调吻合。 (1) 工序的划分 划分方法 ： 按安装次

18、数划分工序 按所用刀具划分工序 按粗、精加工划分工序 按加工部位划分工序,(2) 加工顺序的安排 尽量使工件的装夹次数、工作台转动次数、刀具更换次数及所有空行程时间减至最少，提高加工精度和生产率。 先内后外原则 精度要求较高的主要表面的粗加工应安排在次要表面粗加工之前；大表面加工时，一般也需先加工大表面。 在同次安装中进行的多个工步，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。 在保证加工质量的前提下，可将粗加工和半精加工合为一道工序。 加工中容易损伤的表面(如螺纹等)，应放在加工路线的后面。,实例 ：如右图：,可以先在普通机床上把底面和四个轮廓面加工好(“基面先行”)，其余的顶面、孔及沟槽安排在立式加

19、工中心上完成(工序集中原则)，加工中心工序按“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”等原则可以划分为如下15个工步： 1、粗铣顶面。 2、钻32、12等孔的中心孔（预钻凹坑）。 3、钻32、12孔至11.5。 4、扩32孔至30。 5、钻36的孔至尺寸。,6、粗铣60沉孔及沟槽。 7、钻4M8底孔至6.8。 8、镗32孔至31.7。 9、精铣顶面。 10、铰12孔至尺寸。 11、精镗32孔至尺寸。 12、精铣60沉孔及沟槽至尺寸。 13、12孔口倒角。 14、36、4M8孔口倒角。 15、攻4M8螺纹完成。,(3) 数控加工工序与普通工序的衔接 概念： 普通工序是指常规的加工工序、热处理工序和

20、检验等辅助工序。 例如是否预留加工余量，留多少、定位基准的要求、零件的热处理等,4数控加工工序的设计 数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择机床、夹具、刀具及量具，确定定位夹紧方案、走刀路线、工步顺序、加工余量、工序尺寸及其公差、切削用量和工时定额等 (1) 确定走刀路线和工步顺序 A、走刀路线概念：刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹。 B、确定走刀路线时遵循的原则： 保证零件的加工精度和表面粗糙度 图 使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率。 图 最终轮廓一次走刀完成 图,(2) 工件的定位与夹紧方案的确定 首先应遵循前面所述有关定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。

21、同时注意下列三点： 力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。 设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。 避免采用占机人工调整方案，以免占机时间太多，影响加工效率。,(3) 夹具的选择 1、数控加工的特点对夹具提出的基本要求： 一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定； 二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。 2、应考虑的其他几点： 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； 在成批

22、生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单；,零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间，减少辅助时间 为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高； 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)； 为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可采用气动或液压夹具、多工位夹具。,(4) 刀具的选择 刀具选择总的原则是：既要求精度高、强度大、刚性好、耐用度高，又要求尺寸稳定，安装调整方便。 在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄 当代所使用的金属切削刀具材料有：,高速钢,硬质合金,立方氮化硼(CBN),陶瓷,聚晶金刚石,

23、对上面五材料分别介绍： 根据数控加工对刀具的要求，选择刀具材料的一般原则是尽可能选用 刀具。 刀具不仅用于加工各种铸铁和不同钢料，也适用于加工有色金属和非金属材料。 和 都属于超硬刀具材料，它们可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙度值小 一般仅用于加工有色金属和非金属材料,硬质合金,陶瓷,金刚石,聚晶金刚石,金刚石,一般适用加工硬度450HBS的冷硬铸铁、合金结构钢、工具钢、高速钢、轴承钢以及硬度350HBS的镍基合金、钴基合金和高钴粉末冶金零件。 从刀具的结构应用方面，数控加工应尽可能采用镶块式机夹可转位刀片以减少刀具磨损后的更换和预调时间。 选用涂层刀具以

24、提高耐磨性和耐用度。,聚晶金刚石,(5) 切削用量的确定 1、切削用量包括：主轴转速(切削速度)、背吃刀量 、进给量(进给速度)。 2、切削用量的合理选择将直接影响加工精度、表面质量、生产率和经济性 3、切削用量应遵循“2.3.3 切削用量的选择” 及以下： 刀具差异 机床特性 数控机床的生产率,5数控加工工艺守则 数控加工应遵守普通加工通用工艺守则的有关规定遵守下表“数控加工工艺守则”的规定,4.2.3 数控加工程序编制,1坐标系统 (1) 机床坐标系与运动方向 概念：为了确定机床的运动方向和移动距离，就要在机床上建立一个坐标系，该坐标系就叫机床坐标系，也叫标准坐标系。 数控机床上的坐标系采

25、用右手直角笛卡尔坐标系 图 右手的大拇指、食指和中指保持相互垂直，拇指的方向为X轴的正方向，食指为Y轴的正方向，中指为Z轴的正方向。,A、B、C分别表示其轴线平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。根据右手螺旋定则，分别以大拇指指向+X、+Y、+Z方向，其余四指则分别指向+A、+B、+C轴的旋转方向。 介绍X，Y，Z三个坐标轴： Z轴 通常把传递切削力的主轴定为Z轴 X轴 X轴一般平行于工件装夹面且与Z轴垂直 Y轴 当X轴与Z轴确定之后，Y轴垂直于X轴和Z轴，其方向可按右手定则确定。,(2) 工件坐标系 工件坐标系是由编程人员根据零件图样及加工工艺，以零件上某一固定点为原点建立的坐标系。又称为编程坐标

26、系或工作坐标系。 (3) 附加坐标系 为了编程和加工的方便，如果还有平行于X、Y、Z坐标轴的坐标，有时还需设置附加坐标系，可以采用的附加坐标系有：第二组U、V、W坐标，第三组P、Q、R坐标。,(6) 换刀点,(2) 机床参考点,2几个重要术语,机床参考点是机床上的一个固定点，用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制。,在机床接通电源后，通常都要做回零操作，使刀具或工作台退离到机床参考点。,又叫增量坐标，指运动终点的坐标值是以前一个点的坐标作为起点来计量的,为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量,(5) 对刀与对刀点,(1)

27、机床原点,(3) 工件原点,(4) 绝对坐标与相对坐标,例,例,指所有点的坐标值都是相对于坐标原点计量的,3数控代码 概念： 数控代码是数控加工程序的基本单元，它由规定的文字、数字和符号组成。我国制定的有关准备功能G代码和辅助功能M代码的标准 分别介绍： (1) 表示地址符的英文字母的含义 表4-6 (2) 准备功能G代码 表4-7 准备功能G代码是建立机床或控制系统工作方式的一种指令 ， G代码分为模态代码和非模态代码。,模态代表该代码一经在一个程序中指定，直到出现同组的另一个代码时才失效； 非模态代码只在写有该代码的程序中才有效。 国标中规定G代码组成：由字母G及其后面的二位数字组成，从G

28、00G99共100种代码。 (3) 辅助功能M代码 表4-8 辅助功能M代码用于指定主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关，刀具的更换等各种辅助动作及其状态。 辅助功能M代码组成：由字母M及其后面的二位数字组成，也有M00M99共100种代码。,4.2.4 数控加工工艺文件编制,数控加工工艺文件包括了编程任务书、数控加工工序卡、数控刀具卡片、数控加工程序单等。 1数控加工编程任务书 编程任务书阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求、工序说明和数控加工前应保证的加工余量，是编程员与工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一 见表4-9 2数控加工工序卡 数控加工工序卡与普通加工工序卡不同之处

29、工序简图中应注明编程原点与对刀点，要有编程说明及切削参数的选择 见表4-11,3数控刀具卡片 数控加工刀具卡主要反映刀具名称、编号、规格、长度等内容。它是组装刀具、调整刀具的依据。 表4-12。 4数控加工程序单 数控加工程序单是编程员根据工艺分析情况，按照机床特点的指令代码编制的。它是记录数控加工工艺过程、工艺参数的清单，有助于操作员正确理解加工程序内容。格式见表4-13。,a）直接标注重要尺寸 b）键槽深度的标注 c）孔中心距的标注,按加工顺序标注自由尺寸,a） 错误 （b） 正确,非加工面与加工面之间的尺寸标注,(a) 错误 (b) 正确,有利于保证位置精度的工艺结构,(a) 错误 (b

30、) 正确,减少轴承座底面加工面积,(a) 错误 (b) 正确,避免深孔加工的方法,(a) 错误 (b) 正确,(a) 错误 (b) 正确,将内表面转化为外表面加工,(a) 错误 (b) 正确,将内沟槽转化为外沟槽加工,(a) 错误,(a) 错误,(a) 错误,(b) 正确,(b) 正确,(b) 正确,退刀槽尺寸一致,凸台高度相等,便于采用标准钻头,(a) 错误 (b) 正确 (a) 错误 (b) 正确,钻孔方向一致 键槽方位一致,应留有越程槽,(a) 错误 (b) 正确,应留有退刀槽,(a) 错误 (b) 正确,(a) 错误 (b) 正确,(a) 错误 (b) 正确,避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削,便于多刀加工,便于多件连续加工,(b) 正确,(b) 正确,(a) 错误,(a) 错误,概念： 基准重合原则： 即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差 基准不重合误差： 由于所选的定位基准与设计基准不重合而产生的误差。 基准不重合误差的大小等于设计(工序)基准与定位基准之间的联系尺寸a(定位尺寸)的公差Ta,左图：用调整法铣削一批零件的C面，从图(c)中可看出，欲加工尺寸c的误差包括j和Ta，为