數(shù)控加工工藝設(shè)計

1、數(shù)控加工工藝設(shè)計數(shù)控機床的加工工藝與通用機床的加工工藝有許多相同之處，但在數(shù)控機床上加工零件比通用機床加工零件的工藝規(guī)程要復雜得多。在數(shù)控加工前，要將機床的運動過程、零件的工藝過程、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等都編入程序，這就要求程序設(shè)計人員具有多方面的知識基礎(chǔ)。合格的程序員首先是一個合格的工藝人員，否則就無法做到全面周到地考慮零件加工的全過程，以及正確、合理地編制零件的加工程序。2.1 數(shù)控加工工藝設(shè)計主要內(nèi)容在進行數(shù)控加工工藝設(shè)計時，一般應(yīng)進行以下幾方面的工作：數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇；數(shù)控加工工藝性分析；數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計。2.1.1 數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇對于一個零件來說，并非全

2、部加工工藝過程都適合在數(shù)控機床上完成，而往往只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進行仔細的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在考慮選擇內(nèi)容時，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)設(shè)備的實際，立足于解決難題、攻克關(guān)鍵問題和提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢。1、適于數(shù)控加工的內(nèi)容在選擇時，一般可按下列順序考慮：(1)通用機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容；(2)通用機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點選擇內(nèi)容；(3)通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚存在富裕加工能力時選擇。2、不適于數(shù)控加工的內(nèi)容一般來說，上述這些加工內(nèi)容采用數(shù)控加工后

3、，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率與綜合效益等方面都會得到明顯提高。相比之下，下列一些內(nèi)容不宜選擇采用數(shù)控加工：(1)占機調(diào)整時間長。如以毛坯的粗基準定位加工第一個精基準，需用專用工裝協(xié)調(diào)的內(nèi)容；(2)加工部位分散，需要多次安裝、設(shè)置原點。這時，采用數(shù)控加工很麻煩，效果不明顯，可安排通用機床補加工；(3)按某些特定的制造依據(jù)(如樣板等)加工的型面輪廓。主要原因是獲取數(shù)據(jù)困難，易于與檢驗依據(jù)發(fā)生矛盾，增加了程序編制的難度。此外，在選擇和決定加工內(nèi)容時，也要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周轉(zhuǎn)情況等等。總之，要盡量做到合理，達到多、快、好、省的目的。要防止把數(shù)控機床降格為通用機床使用。2.1.2 數(shù)控加工工藝性

4、分析被加工零件的數(shù)控加工工藝性問題涉及面很廣，下面結(jié)合編程的可能性和方便性提出一些必須分析和審查的主要內(nèi)容。1尺寸標注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點在數(shù)控編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。因此零件圖樣上最好直接給出坐標尺寸，或盡量以同一基準引注尺寸。2、幾何要素的條件應(yīng)完整、準確在程序編制中，編程人員必須充分掌握構(gòu)成零件輪廓的幾何要素參數(shù)及各幾何要素間的關(guān)系。因為在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義，手工編程時要計算出每個節(jié)點的坐標，無論哪一點不明確或不確定，編程都無法進行。但由于零件設(shè)計人員在設(shè)計過程中考慮不周或被忽略，常常出現(xiàn)參數(shù)不全或不清楚，如圓弧與直線、圓弧與圓

5、弧是相切還是相交或相離。所以在審查與分析圖紙時，一定要仔細核算，發(fā)現(xiàn)問題及時與設(shè)計人員聯(lián)系。3、定位基準可靠在數(shù)控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要。因此往往需要設(shè)置一些輔助基準，或在毛坯上增加一些工藝凸臺。如圖2.1a所示的零件，為增加定位的穩(wěn)定性，可在底面增加一工藝凸臺，如圖2.1b所示。在完成定位加工后再除去。a）改進前的結(jié)構(gòu)b）改進后的結(jié)構(gòu)圖2.1工藝凸臺的應(yīng)用4、統(tǒng)一幾何類型及尺寸零件的外形、內(nèi)腔最好采用統(tǒng)一的幾何類型及尺寸，這樣可以減少換刀次數(shù)，還可能應(yīng)用控制程序或?qū)Ｓ贸绦蛞钥s短程序長度。零件的形狀盡可能對稱，便于利用數(shù)控機床的鏡向加工功能來編程，以節(jié)省編程時間。2

6、.L3數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計數(shù)控加工工藝路線設(shè)計與通用機床加工工藝路線設(shè)計的主要區(qū)別在于它往往不是圖22工藝流程指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。因此在工藝路線設(shè)計中一定要注意到，由于數(shù)控加工工序一般都穿插于零件加工的整個工藝過程中，因而要與其它加工工藝銜接好。常見工藝流程如圖2.2所示。數(shù)控加工工藝路線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾個問題:1、工序的劃分根據(jù)數(shù)控加工的特點，數(shù)控加工工序的劃分一般可按下列方法進行:(1) 以一次安裝、加工作為一道工序。這種方法適合于加工內(nèi)容較少的零件，加工完后就能達到待檢狀八態(tài)。(2) 以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。有些零件雖然能在

7、一次安裝中加工出很多待加工表面，但考慮到程序太長，會受到某些限制，如控制系統(tǒng)的限制(主要是內(nèi)存容量)，機床連續(xù)工作時間的限制(如一道工序在一個工作班內(nèi)不能結(jié)束)等。此外，程序太長會增加出錯與檢索的困難。因此程序不能太長，一道工序的內(nèi)容不能太多。(3) 以加工部位劃分工序。對于加工內(nèi)容很多的工件，可按其結(jié)構(gòu)特點將加工部位分成幾個部分，如內(nèi)腔、外形、曲面或平面，并將每一部分的加工作為一道工序。(4) 以粗、精加工劃分工序。對于經(jīng)加工后易發(fā)生變形的工件，由于對粗加工后可能發(fā)生的變形需要進行校形，故一般來說，凡要進行粗、精加工的過程，都要將工序分開。2、順序的安排順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，

8、以及定位、安裝與夾緊的需要來考慮。順序安排一般應(yīng)按以下原則進行：(1) 上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床加工工序的也應(yīng)綜合考慮；(2) 先進行內(nèi)腔加工，后進行外形加工；(3) 以相同定位、夾緊方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)加工，以減少重復定位次數(shù)、換刀次數(shù)與挪動壓板次數(shù)；3、數(shù)控加工工藝與普通工序的銜接數(shù)控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如銜接得不好就容易產(chǎn)生矛盾。因此在熟悉整個加工工藝內(nèi)容的同時，要清楚數(shù)控加工工序與普通加工工序各自的技術(shù)要求、加工目的、加工特點，如要不要留加工余量，留多少；定位面與孔的精度要求及形位公差；對校形工序的技術(shù)要

9、求；對毛坯的熱處理狀態(tài)等，這樣才能使各工序達到相互滿足加工需要，且質(zhì)量目標及技術(shù)要求明確，交接驗收有依據(jù)。22數(shù)控加工工藝設(shè)計方法在選擇了數(shù)控加工工藝內(nèi)容和確定了零件加工路線后，即可進行數(shù)控加工工序的設(shè)計。數(shù)控加工工序設(shè)計的主要任務(wù)是進一步把本工序的加工內(nèi)容、切削用量、工藝裝備、定位夾緊方式及刀具運動軌跡確定下來，為編制加工程序作好準備。2.2.1確定走刀路線和安排加工順序走刀路線就是刀具在整個加工工序中的運動軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容，也反映出工步順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。確定走刀路線時應(yīng)注意以下幾點：1 '尋求最短加工路線如加工圖2.3a所示零件上的孔系。2.3b圖的走

10、刀路線為先加工完外圈孔后，再加工內(nèi)圈孔。若改用2 .3c圖的走刀路線，減少空刀時間，則可節(jié)省定位時間近一倍，提高了加工效率。a）零件圖圖2.3最短走刀路線的設(shè)計2、最終輪廓一次走刀完成為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應(yīng)安排在最后一次走刀中連續(xù)加工出來。如圖2.4a為用行切方式加工內(nèi)腔的走刀路線，這種走刀能切除內(nèi)腔中的全部余量，不留死角，不傷2.4c也是輪廓。但行切法將在兩次走刀的起點和終點間留下殘留高度，而達不到要求的表面粗糙度。所以如采用2.4b圖的走刀路線，先用行切法，最后沿周向環(huán)切一刀，光整輪廓表面，能獲得較好的效果。圖種較好的走刀路線方式。a）路線1b）路線3圖2.4銃削

11、內(nèi)腔的三種走刀路線C）路線33、選擇切入切出方向考慮刀具的進、退刀（切入、切出）路線時，刀具的切出或切入點應(yīng)在沿零件輪廓的切線上，以保證工件輪廓光滑；應(yīng)避免在工件輪廓面上垂直上、下刀而劃傷工件表面；盡量減少在輪廓加工切削過程中的性變形），以免留下刀痕，如暫停（切削力突然變化造成彈圖2.5所示°圖2.5刀具切入和切出時的外延4、選擇使工件在加工后變形小的路線對橫截面積小的細長零件或薄板零件應(yīng)采用分幾次走刀加工到最后尺寸或?qū)ΨQ去除余量法安排走刀路線。安排工步時，應(yīng)先安排對工件剛性破壞較小的工步。222確定定位和夾緊方案在確定定位和夾緊方案時應(yīng)注意以下幾個問題:(1) 盡可能做到設(shè)計基準、

12、工藝基準與編程計算基準的統(tǒng)一；(2) 盡量將工序集中，減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后能加工出全部待加工表面；(3) 避免采用占機人工調(diào)整時間長的裝夾方案；(4) 夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位。如圖2.6a薄壁套的軸向剛性比徑向剛性好，用卡爪徑向夾緊時工件變形大，若沿軸向施加夾緊力，變形會小得多。在夾緊圖2.6b所示的薄壁箱體時，夾緊力不應(yīng)作用在箱體的頂面，的凸邊上，或改為在頂面上二點夾緊，改變著力點位置，以減小夾緊變形n_(Kz/1/5力/J。LiV/A而應(yīng)作用在剛性較好9如圖2.6c所小。一二小-SEEr-C)改進方法2a)薄壁b)改進方法2圖2.6夾緊力作用點與夾緊變形的關(guān)系2

13、23確定刀具與工件的相對位置對于數(shù)控機床來說，在加工開始時，確定刀具與工件的相對位置是很重要的，這一相對位置是通過確認對刀點來實現(xiàn)的。對刀點是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點。對刀點可以設(shè)置在被加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上與零件定位基準有一定尺寸聯(lián)系的某一位置，對刀點往往就選擇在零件的加工原點。對刀點的選擇原則如下：(1) 所選的對刀點應(yīng)使程序編制簡單；(2) 對刀點應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點的位置；(3) 對刀點應(yīng)選在加工時檢驗方便、可靠的(4) 對刀點的選擇應(yīng)有利于提高加工精度。例如，加工圖2.7所示零件時，當按照圖示路線來編制數(shù)控加工程序時，選擇夾具定位元件圓柱銷的

14、中心線與定位平面A的交點作為加工的對刀點。顯然，這里的對刀點也恰好是加工原點。在使用對刀點確定加工原點時，就需要進行“對刀”。所謂對刀是指使“刀位點”與“對刀點”重合的操作。每把刀具的半徑與長度尺寸都是不同的，刀具裝在機床上后，應(yīng)在控制系統(tǒng)中設(shè)置刀具的基本位置。“刀位點”是指刀具的定位基準點。如圖2.8所示，圓柱銃刀的刀位點是刀具中心線與刀具底面的交點；球頭銃刀的刀位點是球頭的球心點或球頭頂點；車刀的刀位點是刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭的刀位點是鉆頭頂點。各類數(shù)控機床的對刀方法是不完全一樣的，這一內(nèi)容將結(jié)合各類機床分別討論。換刀點是為加工中心、數(shù)控車床等采用多刀進行加工的機床而設(shè)置的，因為這些機床

15、在加工過程中要自動換刀。對于手動換刀的數(shù)控銃床，也應(yīng)確定相應(yīng)的換刀位置。為防止換刀時碰傷零件、刀具或夾具，換刀點常常設(shè)置在被加工零件的輪廓之外，并留有一定的安全量。巴b）車刀的刀位點c）圓柱銃刀的刀位點刀位點a）鉆頭的刀位點d）球頭銃刀的刀位點圖2.8刀位點224確定切削用量對于高效率的金屬切削機床加工來說，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。這些條件決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。編程人員在確定每道工序的切削用量時，應(yīng)根據(jù)刀具的耐用度和機床說明書中的規(guī)定去選擇。也可以結(jié)合實際經(jīng)驗用類比法確定切削用量。在選擇切削用量時要充分保證刀具

16、能加工完一個零件，或保證刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于半個工作班的工作時間。背吃刀量主要受機床剛度的限制，在機床剛度允許的情況下，盡可能使背吃刀量等于工序的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率。對于表面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工余量，數(shù)控加工的精加工余量可比通用機床加工的余量小一些。編程人員在確定切削用量時，要根據(jù)被加工工件材料、硬度、切削狀態(tài)、背吃刀量、進給量，刀具耐用度，最后選擇合適的切削速度。表2.1為車削加工時的選擇切削條件的參考數(shù)據(jù)。表2.1車削加工的切削速度（m/min）被切削材料名稱輕切削切深0.510.mm進給量0.050.3mm/r一般切削

17、切深14mm進給量0.20.5mm/r重切削切深512mm進給量0.40.8mm/r優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10#1002501502508022045#602307022080180合金鋼(TbW750MPa10022010023070220Tb>750MPa7022080220802002.3填寫數(shù)控加工技術(shù)文件填寫數(shù)控加工專用技術(shù)文件是數(shù)控加工工藝設(shè)計的內(nèi)容之一。這些技術(shù)文件既是數(shù)控加工的依據(jù)、產(chǎn)品驗收的依據(jù)，也是操作者遵守、執(zhí)行的規(guī)程。技術(shù)文件是對數(shù)控加工的具體說明，目的是讓操作者更明確加工程序的內(nèi)容、裝夾方式、各個加工部位所選用的刀具及其它技術(shù)問題。數(shù)控加工技術(shù)文件主要有：數(shù)控編程任務(wù)書

18、、工件安裝和原點設(shè)定卡片、數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控加工走刀路線圖、數(shù)控刀具卡片等。以下提供了常用文件格式，文件格式可根據(jù)企業(yè)實際情況自行設(shè)計。2.3.1 數(shù)控編程任務(wù)書它闡明了工藝人員對數(shù)控加工工序的技術(shù)要求和工序說明，以及數(shù)控加工前應(yīng)保證的加工余量。它是編程人員和工藝人員協(xié)調(diào)工作和編制數(shù)控程序的重要依據(jù)之一，詳見表2.2。表2.2數(shù)控編程任務(wù)書工藝處數(shù)控編程任務(wù)書產(chǎn)品零件圖號任務(wù)書編號零件名稱使用數(shù)控設(shè)備共頁第貝主要工序說明及技術(shù)要求：編程收到日期月日經(jīng)手人編制審核編程審核批準232數(shù)控加工工件安裝和原點設(shè)定卡片（簡稱裝夾圖和零件設(shè)定卡）它應(yīng)表示出數(shù)控加工原點定位方法和夾緊方法，并應(yīng)注明加工原

19、點設(shè)置位置和坐標方向，使用的夾具名稱和編號等，詳見表2.3。表2.3工件安裝和原點設(shè)定卡片零件圖號J30102-4零件名稱行星架數(shù)控加工工件安裝和原點設(shè)定卡片工序號裝夾次數(shù)3梯形槽螺栓2壓板1鋒銃夾具板GS53-61編制（日期）審核（日期）批準（日期）第貞共頁序號夾具名稱夾具圖號233數(shù)控加工工序卡片數(shù)控加工工序卡與普通加工工序卡有許多相似之處，所不同的是：工序簡圖中應(yīng)注明編程原點與對刀點，要進行簡要編程說明（如：所用機床型號、程序編號、刀具半徑補償、鏡向?qū)ΨQ加工方式等）及切削參數(shù)（即程序編入的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、最大背吃刀量或?qū)挾鹊龋┑倪x擇，詳見表2.4。表2.4數(shù)控加工工序卡片工序簡圖車間使用設(shè)備單位數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號夾具名稱夾具編號工步號工步作業(yè)內(nèi)容加工面刀具/、號刀補量主軸轉(zhuǎn)速進給速度匕吃量勻RI刀備注編制審批準年月日共頁第頁工藝序號程序編號23