第四講 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

2.2程序編制中的基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)定義以及求解方法。（程序編制中的數(shù)學(xué)處理）根據(jù)被加工零件圖樣，按照已經(jīng)確定的加工工藝路線(xiàn)和允許的編程誤差，計(jì)算數(shù)控系統(tǒng)所需要輸入的數(shù)據(jù)，稱(chēng)為數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理一般包括兩個(gè)內(nèi)容：根據(jù)零件圖樣給出的形狀，尺寸和公差等直接通過(guò)數(shù)學(xué)方法（如三角、幾何與解析幾何法等），計(jì)算出編程時(shí)所需要的有關(guān)各點(diǎn)的坐標(biāo)值。

2.2.1選擇編程原點(diǎn)從理論上講編程原點(diǎn)選在零件上的任何一點(diǎn)都可以，但實(shí)際上，為了換算尺寸盡可能簡(jiǎn)便，減少計(jì)算誤差，應(yīng)選擇一個(gè)合理的編程原點(diǎn)。車(chē)削零件編程原點(diǎn)的X向零點(diǎn)應(yīng)選在零件的回轉(zhuǎn)中心。Z向零點(diǎn)一般應(yīng)選在零件的右端面、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或?qū)ΨQ(chēng)平面內(nèi)。車(chē)削零件的編程原點(diǎn)選擇見(jiàn)下圖。

銑削零件的編程原點(diǎn)，X、Y向零點(diǎn)一般可選在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)的端面或孔的中心線(xiàn)上，對(duì)于有對(duì)稱(chēng)部分的工件，可以選在對(duì)稱(chēng)面上，以便用鏡像等指令來(lái)簡(jiǎn)化編程。Z向的編程原點(diǎn)，習(xí)慣選在工件上表面，這樣當(dāng)?shù)毒咔腥牍ぜ骦向尺寸字均為負(fù)值，以便于檢查程序。銑削零件的編程原點(diǎn)見(jiàn)下圖。編程原點(diǎn)選定后，就應(yīng)把各點(diǎn)的尺寸換算成以編程原點(diǎn)為基準(zhǔn)的坐標(biāo)值。為了在加工過(guò)程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值來(lái)計(jì)算坐標(biāo)值。

2.2.2基點(diǎn)零件的輪廓是由許多不同的幾何要素所組成，如直線(xiàn)、圓弧、二次曲線(xiàn)等，各幾何要素之間的連接點(diǎn)稱(chēng)為基點(diǎn)。基點(diǎn)坐標(biāo)是編程中必需的重要數(shù)據(jù)。A、B、C、D、E為基點(diǎn)。

2.2.3非圓曲線(xiàn)數(shù)學(xué)處理的基本過(guò)程數(shù)控系統(tǒng)一般只能作直線(xiàn)插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的切削運(yùn)動(dòng)。如果工件輪廓是非圓曲線(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)就無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)，而需要通過(guò)一定的數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理的方法是，用直線(xiàn)段或圓弧段去逼近非圓曲線(xiàn)，逼近線(xiàn)段與被加工曲線(xiàn)交點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。例如，對(duì)下圖所示的曲線(xiàn)用直線(xiàn)逼近時(shí)，其交點(diǎn)A、B、C、D、E、F等即為節(jié)點(diǎn)。

2.2.4數(shù)控加工誤差的組成數(shù)控加工誤差△數(shù)加是由編程誤差△編、機(jī)床誤差△機(jī)、定位誤差△定、對(duì)刀誤差△刀等誤差綜合形成。即：△數(shù)加=f(△編+△機(jī)+△定+△刀)其中：（1）編程誤差△編由逼近誤差δ、圓整誤差組成。（2）機(jī)床誤差△機(jī)由數(shù)控系統(tǒng)誤差、進(jìn)給系統(tǒng)誤差等原因產(chǎn)生。（3）定位誤差△定是當(dāng)工件在夾具上定位、夾具在機(jī)床上定位時(shí)產(chǎn)生的。（4）對(duì)刀誤差△刀是在確定刀具與工件的相對(duì)位置時(shí)產(chǎn)生。

數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的加工工藝與通用機(jī)床的加工工藝有許多相同之處，但在數(shù)控機(jī)床上加工零件比通用機(jī)床加工零件的工藝規(guī)程要復(fù)雜得多。在數(shù)控加工前，要將機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、零件的工藝特點(diǎn)、刀具的形狀、切削用量和走刀路線(xiàn)等都編入程序，這就要求程序設(shè)計(jì)人員具有多方面的知識(shí)基礎(chǔ)。合格的程序員首先是一個(gè)合格的工藝人員，否則就無(wú)法做到全面周到地考慮零件加工的全過(guò)程，以及正確、合理地編制零件的加工程序。

數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1、選擇并確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容；2、對(duì)零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工工藝性分析；3、數(shù)控加工工藝路線(xiàn)的設(shè)計(jì)；4、數(shù)控加工的工序設(shè)計(jì)；5、數(shù)控加工專(zhuān)用技術(shù)文件的編寫(xiě)；

一、選擇并確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容

對(duì)于一個(gè)零件來(lái)說(shuō)，并非全部加工工藝過(guò)程都適合在數(shù)控機(jī)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(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在考慮選擇內(nèi)容時(shí)，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)設(shè)備的實(shí)際，立足于解決難題、攻克關(guān)鍵問(wèn)題和提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)。

選擇適于數(shù)控加工的內(nèi)容時(shí)，一般可按下列順序考慮：

①通用機(jī)床無(wú)法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容；

②通用機(jī)床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容；

③通用機(jī)床加工效率低、工人手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機(jī)床尚存在富裕加工能力時(shí)選擇。

此外，在選擇和決定加工內(nèi)容時(shí)，也要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周轉(zhuǎn)情況等等?？傊?，要盡量做到合理，達(dá)到多、快、好、省的目的，要防止把數(shù)控機(jī)床降格為通用機(jī)床使用。

二、對(duì)零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工工藝性分析（1）尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)

在數(shù)控編程中，所有點(diǎn)、線(xiàn)、面的尺寸和位置都是以編程原點(diǎn)為基準(zhǔn)的。因此零件圖樣上最好直接給出坐標(biāo)尺寸，或盡量以同一基準(zhǔn)引注尺寸。（2）零件圖的完整性與正確性分析在程序編制中，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?yàn)樵谧詣?dòng)編程時(shí)要對(duì)零件輪廓的所有幾何元素進(jìn)行定義，手工編程時(shí)要計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，無(wú)論哪一點(diǎn)不明確或不確定，編程都無(wú)法進(jìn)行。

（3）零件技術(shù)要求分析零件的技術(shù)要求主要指尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱處理等，這些要求在保證零件使用性能的前提下，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理。（4）零件材料分析在滿(mǎn)足零件功能的前提下，應(yīng)選用廉價(jià)、切削性能好的材料；而且，材料選擇應(yīng)立足國(guó)內(nèi)，不要輕易選擇貴重或緊缺的材料。（5）定位基準(zhǔn)選擇在數(shù)控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準(zhǔn)定位十分重要,有時(shí)需要設(shè)置輔助基準(zhǔn),特別是正、反兩面都采用數(shù)控加工的零件，其工藝基準(zhǔn)的統(tǒng)一是十分必要的。三、數(shù)控加工工藝路線(xiàn)的設(shè)計(jì)

數(shù)控加工工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)與通用機(jī)床加工工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)的主要區(qū)別，在于它往往不是指從毛坯到成品的整個(gè)工藝過(guò)程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過(guò)程的具體描述。因此在工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)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(gè)工藝過(guò)程中，因而要與其它加工工藝銜接好，常見(jiàn)工藝流程右圖所示。

工藝流程

（1）工序的劃分

根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，數(shù)控加工工序的劃分一般可按下列方法進(jìn)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(dá)到待檢狀態(tài)。

②以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。有些零件雖然能在一次安裝中加工出很多待加工表面，但考慮到程序太長(zhǎng)，會(huì)受到某些限制，如控制系統(tǒng)的限制（主要是內(nèi)存容量），機(jī)床連續(xù)工作時(shí)間的限制（如一道工序在一個(gè)工作班內(nèi)不能結(jié)束）等。此外，程序太長(zhǎng)會(huì)增加出錯(cuò)與檢索的困難。因此程序不能太長(zhǎng)，一道工序的內(nèi)容不能太多。

③以加工部位劃分工序。對(duì)于加工內(nèi)容很多的工件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部位分成幾個(gè)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。一般來(lái)說(shuō)，凡要進(jìn)行粗、精加工的過(guò)程，都要將工序分開(kāi)。注意：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(jī)床加工工序的也應(yīng)綜合考慮。（2）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(gè)加工工藝內(nèi)容的同時(shí)，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(diǎn)，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(duì)校形工序的技術(shù)要求；對(duì)毛坯的熱處理狀態(tài)等，這樣才能使各工序達(dá)到相互滿(mǎn)足加工需要，且質(zhì)量目標(biāo)及技術(shù)要求明確，交接驗(yàn)收有依據(jù)。

四、數(shù)控加工的工序設(shè)計(jì)

在選擇了數(shù)控加工工藝內(nèi)容和確定了零件加工路線(xiàn)后，即可進(jìn)行數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)。數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是進(jìn)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(yùn)動(dòng)軌跡確定下來(lái)，為編制加工程序作好準(zhǔn)備。

1、確定走刀路線(xiàn)和安排加工順序

走刀路線(xiàn)就是刀具在整個(gè)加工工序中的運(yùn)動(dòng)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(xiàn)是編寫(xiě)程序的依據(jù)之一。確定走刀路線(xiàn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）尋求最短加工路線(xiàn)

如加工下圖a所示零件上的孔系。b圖的走刀路線(xiàn)為先加工完外圈孔后，再加工內(nèi)圈孔。若改用c圖的走刀路線(xiàn)，減少空刀時(shí)間，則可節(jié)省定位時(shí)間近一倍，提高了加工效率。a)零件圖樣

b)路線(xiàn)1c)路線(xiàn)2

（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(lái)。

如下圖a為用行切方式加工內(nèi)腔的走刀路線(xiàn)，這種走刀能切除內(nèi)腔中的全部余量，不留死角，不傷輪廓。但行切法將在兩次走刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)間留下殘留高度，而達(dá)不到要求的表面粗糙度。所以如采用b圖的走刀路線(xiàn)，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c也是一種可考慮的走刀路線(xiàn)方式。

a)路線(xiàn)1b)路線(xiàn)2c)路線(xiàn)3

(3)選擇切入切出方向

考慮刀具的進(jìn)、退刀（切入、切出）路線(xiàn)時(shí)，刀具的切出或切入點(diǎn)應(yīng)在沿零件輪廓的切線(xiàn)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(guò)程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕，如下圖所示。

（4）選擇使工件在加工后變形小的路線(xiàn)

對(duì)橫截面積小的細(xì)長(zhǎng)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(chēng)去除余量法安排走刀路線(xiàn)，安排工步時(shí)，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞較小的工步。

2、確定定位和夾緊方案在確定定位和夾緊方案時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）盡可能做到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計(jì)算基準(zhǔn)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）夾緊方式可靠，夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。

3、確定刀具與工件的相對(duì)位置

對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，在加工開(kāi)始時(shí)，確定刀具與工件的相對(duì)位置是很重要的，這一相對(duì)位置是通過(guò)確認(rèn)對(duì)刀點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)刀點(diǎn)是數(shù)控加工時(shí)刀具相對(duì)零件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，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(zhǔn)有一定尺寸聯(lián)系的某一位置。對(duì)刀點(diǎn)的選擇原則如下：

對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點(diǎn)的位置；對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選在加工時(shí)檢驗(yàn)方便、可靠的位置；

例：上圖如何選擇對(duì)刀點(diǎn)通常對(duì)刀點(diǎn)選在編程原點(diǎn)

在使用對(duì)刀點(diǎn)確定加工原點(diǎn)時(shí)，就需要進(jìn)行“對(duì)刀”（碰數(shù)）。所謂對(duì)刀是指使“刀位點(diǎn)”與“對(duì)刀點(diǎn)”準(zhǔn)確定位的操作。每把刀具的半徑與長(zhǎng)度尺寸都是不同的，刀具裝在機(jī)床上后，應(yīng)在控制系統(tǒng)中設(shè)置刀具的基本位置?！暗段稽c(diǎn)”是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn)。如下圖所示，圓柱銑刀的刀位點(diǎn)是刀具中心線(xiàn)與刀具底面的交點(diǎn)；球頭銑刀的刀位點(diǎn)是球頭的球心點(diǎn)或球頭頂點(diǎn)；車(chē)刀的刀位點(diǎn)是刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭的刀位點(diǎn)是鉆頭頂點(diǎn)。各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的對(duì)刀方法是不完全一樣的，這一內(nèi)容將結(jié)合各類(lèi)機(jī)床分別討論。

4、確定切削用量

對(duì)于高效率的金屬切削機(jī)床加工來(lái)說(shuō)，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大主要要素。這些條件決定著加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)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(shí)，應(yīng)根據(jù)被加工工件材料、硬度、刀具的耐用度和機(jī)床說(shuō)明書(shū)中的規(guī)定去選擇