數(shù)控加工工藝課程設(shè)計指導(dǎo)

1、數(shù)控加工工藝與裝備課程設(shè)計指導(dǎo)書一、設(shè)計目的通過數(shù)控加工工藝課程設(shè)計，掌握零件的數(shù)控加工工藝的編制及加工方法。二、設(shè)計內(nèi)容 編制中等復(fù)雜程度典型零件的數(shù)控加工工藝。三、設(shè)計步驟（一）零件的工藝分析無論是手工編程還是自動編程，在編程前都要對所加工的零件進行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量。在編程中，對一些工藝問題（如對刀點、加工路線等）也需做一些處理。因此程序編制中的零件的工藝分析是一項十分重要的工作。1、數(shù)控加工工藝的基本特點數(shù)控機床加工工藝與普通機床加工工藝在原則上基本相同，但數(shù)控加工的整個過程是自動進行的，因而又有其特點。1） 數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機床的加工的工序內(nèi)

2、容復(fù)雜。這是因為數(shù)控機床價格昂貴，若只加工簡單的工序，在經(jīng)濟上不合算，所以在數(shù)控機床上通常安排較復(fù)雜的工序，甚至是在通用機床上難以完成的那些工序。2） 數(shù)控機床加工程序的編制比普通機床工藝規(guī)程編制復(fù)雜。這是因為在普通機床的加工工藝中不必考慮的問題，如工序內(nèi)工步的安排、對刀點、換刀點及走刀路線的確定等問題，在數(shù)控加工時，這一切都無例外地都變成了固定的程序內(nèi)容，正由于這個特點，促使對加工程序的正確性和合理性要求極高，不能有絲毫的差錯，否則加工不出合格的零件。2、數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容根據(jù)數(shù)控加工的實踐，數(shù)控加工工藝主要包括以下方面：1）選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件和確定工序內(nèi)容；2）零件圖紙的數(shù)

3、控工藝性分析；3）制訂數(shù)控工藝路線，如工序劃分、加工順序的安排、基準(zhǔn)選擇、與非數(shù)控加工工藝的銜接等；4）數(shù)控工序的設(shè)計，如工步、刀具選擇、夾具定位與安裝、走刀路線確定、測量、切削用量的確定等；5）調(diào)整數(shù)控加工工藝程序，如對刀、刀具補償?shù)龋?）分配數(shù)控加工中的容差；7）處理數(shù)控機床上部分工藝指令。3、數(shù)控加工零件的合理選擇程序編制前對零件進行工藝分析時，要有機床說明書、編程手冊、切削用量表、標(biāo)準(zhǔn)工具、夾具手冊等資料，方能進行如下一些問題的研究。在數(shù)控機床上加工零件時，一般有兩種情況。第一種情況：有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機床。第二種情況：已經(jīng)有了數(shù)控機床，要選擇適合在該機床上加

4、工的零件。無論哪種情況，考慮的主要因素主要有，毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。概括起來有三點，即零件技術(shù)要求能否保證，對提高生產(chǎn)率是否有利，經(jīng)濟上雖否合算。根據(jù)國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)應(yīng)用實踐，數(shù)控機床通常最適合加工具有以下特點的零件：（1）多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件；（2）輪廓形狀復(fù)雜，對加工精度要求較高的零件；（3）用普通機床加工時，需要有昂貴的工藝裝備（工具、夾具和模具）的零件；（4）需要多次改型的零件；（5）價值昂貴，加工中不允許報廢的關(guān)鍵零件；（6）需要最短生產(chǎn)周期的急零件。數(shù)控加工工藝性分析涉及面很廣，在此僅從數(shù)控加工的可

5、能性和方便性兩方面加以分析。（1）零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的給出應(yīng)符合編程方便的原則；A 零件圖樣上尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點，在數(shù)控加工零件圖上，應(yīng)以同一基準(zhǔn)引注尺寸直接給出坐標(biāo)尺寸。B 構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分在手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標(biāo)。在自動編程時，要對構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進行定義。因此在分析零件圖時，要分析幾何元素的給定條件是否充分。如果構(gòu)成零件幾何元素條件不充分，編程時則無法下手。（2）零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點A 零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。這樣可以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，使編程方便，生產(chǎn)效益提高。B 內(nèi)槽圓角的大小決定著

6、刀具直徑的大小，因而內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)過小。C 零件銑削底平面時，槽底圓角半徑不應(yīng)過大，否則銑刀端刃銑削平面的能力差、效率低。D 應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。在數(shù)控加工中，若沒有統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位，會因工件重新安裝而導(dǎo)致加工后的兩個面年輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。此外，還應(yīng)分析零件所要求的加工精度、尺寸公差是否為以得到保證，有無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。4、加工方法的選擇與加工方案的確定1）加工方法的選擇加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。2）

7、加工方案確定的原則零件上比較精確表面加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。5、工序與工步的劃分一般工序劃分有以下幾種方式1）按零件裝卡定位方式劃分工序由于每個零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各表面的技術(shù)要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內(nèi)形定位；加工內(nèi)形時又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。2）按粗、精加工劃分工序根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素杰劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先作粗加工再精加工。此時可用不同的機床或不同的刀具

8、進行加工。通常在一次安裝中，不允許將零件的某一部分表面加工完畢后，再加工零件的其它表面。3）按所用刀具劃分工序為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其它部位。工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同表面進行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又細分為工步。總之，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等情況綜合考慮。6、零件的安裝與夾具的選擇1）定位安裝的基本原則在數(shù)控機床上加工零件時，定位安裝

9、的基本原則與普通機床相同，也要合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案。為了提高數(shù)控機床效率確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時應(yīng)注意下列三點：（1）力求設(shè)計、工藝與編程計算的基準(zhǔn)統(tǒng)一；（2）減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面；（3）避免采用占機人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。2）選擇夾具的基本原則數(shù)控加工對夾具要有兩方面要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機床的坐標(biāo)方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。此外，尚需考慮以下四點：（1）夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單。當(dāng)零件加工批量不大時，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其它通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、節(jié)省生產(chǎn)費用；成批生產(chǎn)時考慮采用

10、專用夾具；（2）零件的裝卸要迅速、方便，以縮短機床的停頓時間；（3）夾具要開敞，其定位、夾緊機構(gòu)或其它元件不得影響加工中的走刀；（4）夾具在機床上的安裝及工件在夾具上的安裝要準(zhǔn)確可靠，以保證工件在正確的位置上按程序加工。此外，為了提高數(shù)控加工的效率，在成批生產(chǎn)中還可以采用多位、多件夾具。7、刀具的選擇與切削用量的確定1）刀具的選擇刀具的選擇是數(shù)控加工中重要的工藝內(nèi)容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。編程時，選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度高、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方

11、便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀。銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀。對一些主體型面和變斜角輪廓形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀。曲面加工常采用和球頭銑刀，但加工曲面較低平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而應(yīng)采環(huán)形刀。2）切削用量的確定切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、切削深度或?qū)挾取⑦M給速度（進給量）等。對于不同的加工方法，需選擇不同的切削用量，并應(yīng)編入程序單內(nèi)。合理選擇切削用量的原則

12、是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。8、對刀點和換刀點的確定在編制加工程序時，要正確地選擇“對刀點”和“換刀點”的位置。“對刀點”就是在數(shù)控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起點。由于程序段從該點開始執(zhí)行，所以對刀點心也叫做“程序起點”或“起刀點”。選擇對刀點的原則是：1）要便于數(shù)學(xué)處理和簡化程序編制2）在機床上找正容易；3）加工過程中檢查方便；4）引起的加工誤差小。對刀點可選在工件上，也可選在工件外面（如選在夾具上或機床上）。但必

13、須與零件的定位基準(zhǔn)有一定的尺寸聯(lián)系。這樣才能確定機床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的關(guān)系。為了提高加工精度，對刀點應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，如以孔定位的工件，可選孔的中心作為對刀點。刀具的位置則以此孔來找正，使“刀位點”與“對刀點”重合。所謂“刀位點”是指車刀、鏜刀的刀尖；鉆頭的鉆尖；立銑刀、端銑刀刀頭底面的中心、球頭銑刀的球頭中心。零件安裝時，工件坐標(biāo)系要與機床坐標(biāo)系有確定的尺寸關(guān)系，在工件坐標(biāo)系設(shè)定后，從對刀點開始的第一個程序段的坐標(biāo)值，為對刀點在機床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。對刀點既是程序的起點，也是程序的終點。因此在成批生產(chǎn)中要考慮對刀點的重復(fù)精度，該精度可用對刀點相距機床原點的坐標(biāo)值來校核。

14、所謂“機床原點”是指機床上一個固定不變的極限點。例如，對車床而言，是指車床主軸回轉(zhuǎn)中心與車頭卡盤端面的交點。“換刀點”是為數(shù)控車床、數(shù)控加工中心等多刀加工機床的編程設(shè)定的，回為這些機床加工中途需更換刀具，故應(yīng)規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉(zhuǎn)位換刀時的位置。該點可以是某一固定點（如加工中心機床，其換刀機械手的位置是固定的），也可以是任意的一點（如車床）。換刀點的位置應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以刀架轉(zhuǎn)位時不碰工件及其它部件為準(zhǔn)。其設(shè)定值可用實際測量方法或計算確定。9、加工路線的確定在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動軌跡稱為加工路線。編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：1）加工路線應(yīng)保證

15、被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；2）使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量；3）應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。4）此外，確定加工路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定是一次走刀，還是多次走刀來完成加工以及在銑削加工中是采用順銑還是采用逆銑等。10、程編誤差及其控制數(shù)控機床突出特點之一是：零件的加工精度不僅在加工過程中形成，而且在加工前程編階段就已形成，程編階段的誤差是不可避免的，這是由于程序控制的原理本身決定的。在程編階段，圖紙上的信息轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)可以接受的形式，會產(chǎn)生如下三種誤差：近似計算誤差、插補誤差、尺寸圓整誤差。在點位控制加工中，程編

16、誤差包含尺寸圓整誤差一項，并且直接影響孔位置尺寸精度。在輪廓控制加工中，影響輪廓加工精度的主要是插補誤差，而尺寸圓整誤差的影響則居次要地位，所以，一般所就的程編誤差系指插補誤差而言。因為還有控制系統(tǒng)與拖動系統(tǒng)的誤差，零件定位誤差，對刀誤差，刀具磨損誤差，工件變形誤差等等，所以，零件圖紙上給出的公差，只有一小部分允許分配給程編過程中產(chǎn)生的誤差。一般取允許的編程誤差等于零件公差的0.10.2。（二）程編中工藝指令的處理在數(shù)控機床上加工零件的動作都必須在程序中用指令方式事先予以規(guī)定，在加工中由機床自動實現(xiàn)。我們稱這類指令為工藝指令。這類指令有國際標(biāo)準(zhǔn)，即準(zhǔn)備功能指令G輔助功能指令M兩大類。在編制加工

17、程序時，必須按程編手冊正確選用和處理。（三）程序編制具體內(nèi)容及詳見機床使用手冊。四、典型零件工藝編制1、加工軸類零件如圖1，毛坯為85×340棒材，零件材料為45鋼，無熱處理和硬度要求，圖中85外圓不加工。對該零件進行精加工。根據(jù)圖紙要求和毛坯情況，編制該零件數(shù)控車削工藝。圖1 車削軸類零件2、典型軸類零件介紹 圖2所示為變速器一軸熱處理前零件簡圖。該零件材料為20CrMnTi，毛坯為模緞件，硬度為156-207HBS，是國內(nèi)某型號汽車變速器上的零件，為大量生產(chǎn)類型產(chǎn)品。該零件為由雙聯(lián)齒形、矩形花鍵、徑向孔、內(nèi)孔、外圓柱面、外圓錐面、過渡圓角、內(nèi)外環(huán)槽等表面組成的軸類零件，加工表面較多，適合在數(shù)控車上加