数控加工工艺4

学习目的和要求：1、了解数控加工工艺过程基本概念2、了解制订数控加工工艺主要内容及步骤3、学会进行数控加工工艺分析4、学会进行数控加工工艺路线设计5、学会填写数控加工工艺文件第4章数控加工工艺规程设计4.1数控加工工艺过程基本概念第4章数控加工工艺规程设计本章主要内容如下：4.2制订数控加工工艺主要内容及步骤4.3数控加工工艺分析4.4数控加工工艺路线设计4.5数控加工工序设计4.6填写数控加工工艺文件4.1数控加工工艺过程基本概念4．1．1生产过程和工艺过程1．生产过程机械产品的生产过程是将原料转变为成品的全过程，它一般包括原材料的运输和保管、生产技术准备、毛坯制造、机械加工、热处理、产品的装配、机器的检验调试及油漆和安装等。2．工艺过程工艺过程是指生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。4.1.2数控加工工艺过程的组成1．工序一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。划分工序的主要依据是设备(或工作地点)是否变动和加工是否连续，若改变其中任意一个就构成另一个工序。阶梯轴简图阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）工序号工序内容设备1车端面打中心孔，调头车另一端面打中心孔车床2车大端外圆、车槽和倒角，调头车小端外圆、车槽和倒角车床3铣键槽、去毛刺铣床4磨外圆磨床5终检阶梯轴加工工艺过程（中批生产）工序号工序内容设备1两边同时铣端面、钻中心孔铣端面、钻中心孔机床2车一端外圆、车槽、倒角车床3车另一端外圆、车槽、倒角车床4铣键槽铣床5去毛刺钳工台6磨外圆磨床7终检2.安装安装是指工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置（即为定位），然后加以夹紧的过程。在一个工序中，工件可能安装一次，也可能需要安装几次。3.工位为完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或机床的可动部分一起相对刀具或机床的固定部分所占据的每一个位置，称为工位。为了减少工件的安装次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次安装中，先后处于几个不同的位置进行加工，不仅缩短了装夹工件的时间，而且提高了加工精度和生产效率。4.工步在加工表面（或装配时的连接面）和加工（或装配）工具都不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。划分工步的依据是加工表面和工具是否变化。一次安装中连续进行的若干相同的工步看作是一个工步。用几把刀具同时加工一个零件上的几个表面的工步，称为复合工步。在数控加工中，有时将在一次安装下用一把刀具连续切削零件的多个表面划分为一个工步。5.进给进给也称走刀。在一个工步中，由于余量较大或其他原因，需要用同一把刀具对同一表面进行多次切削，这样，刀具对工件每切削一次就称为一次进给。多工位加工利用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四工位加工实例。简化相同工步的实例复合工步实例工序与安装、工位及工步、进给之间的关系4.2制订数控加工工艺主要内容及步骤4．2．1数控加工工艺的主要内容1.选择适合在数控机床上加工的零件，确定数控机床加工内容。2.进行数控加工工艺分析，确定加工内容及技术要求。3.具体设计数控加工工序，如工步的划分、工件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。4.处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定，刀具补偿等。5.处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件。4．2．2数控加工工艺规程的编制1．工艺规程的作用（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件（2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据（3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料（1）产品装配图和零件工作图。（2）产品的生产纲领。（3）产品验收的质量标准。（4）现有的生产条件和资料。（5）国内、外同类产品的有关工艺资料等。2．工艺规程制订时所需的原始资料4.3数控加工工艺分析4．3．1数控加工内容的选择1.适于数控加工的内容(1)通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；(2)通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；(3)通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。(1)占机调整时间长的加工内容。如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准的工序。(2)加工部位分散，不能在一次安装中完成加工的其他零星加工表面，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床加工；(3)按某些特定的制造依据(如样板等)加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。(4)加工余量大而又不均匀的粗加工。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。2.不适于数控加工的内容4．3．2数控加工零件的工艺性分析（1）产品的零件图和装配图分析①零件图的完整性与正确性分析②零件技术要求分析③尺寸标注方法分析④零件材料分析汽车板弹簧与吊耳的配合1.零件的工艺性分析人们把零件在满足使用要求的前提下所具有的制造可行性和加工经济性叫做零件的结构工艺性。a)结构工艺性不好b)结构工艺性好（2）零件的结构工艺性分析2.毛坯的确定毛坯的确定包括确定毛坯的种类和制造方法两个方面。常用的毛坯种类有铸件、锻件、型材、焊接件等。如铸铁材料毛坯均为铸件，钢材料毛坯一般为锻件或型材等。各种毛坯的制造方法很多。确定毛坯时主要考虑下列因素：（1）零件的材料及其力学性能（2）生产类型（3）零件的结构形状和外形尺寸。4．4.1定位基准的选择1.基准及其分类基准，就是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准功用不同，分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准是在零件设计图纸上用来确定其它点、线、面的位置的基准。(1)设计基准4.4数控机床加工工艺路线的设计设计基准示例(2)工艺基准工艺基准是在工艺过程（加工和装配过程）中所采用的基准。它包括：（a）工序基准是在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。所标注的被加工面位置尺寸称为工序尺寸。工序基准示例（b）定位基准是在加工中用于工件定位的基准。定位基准示例（c）测量基准是测量工件的形状、位置和尺寸误差时所采用的基准。工件上已加工表面的测量基准（d）装配基准是在机器装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。装配基准示例(1)粗基准的选择原则机加工的第一道工序中，只能用毛坯上未加工过的表面作定位基准，称为粗基准。在随后的工序中，用加工过的表面作定位基准，称为精基准。有时，为方便装夹或易于实现基准统一，在工件上专门制出一种定位基准，称为辅助基准。2.定位基准的选择若工件必须首先保证加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应选不加工表面为粗基准，以达到壁厚均匀，外形对称等要求。若有好几个不加工表面，则粗基准应选取位置精度要求较高者。套筒粗基准的选择（a）相互位置要求原则若工件上每个表面都要加工，则应以余量最小的表面作为粗基准，以保证各加工表面有足够的加工余量。阶梯轴的粗基准选择（b）加工余量合理分配原则床身导轨面的粗基准的选择(a)正确(b)不正确为保证重要表面的加工余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。（c）重要表面原则粗基准未经加工，表面比较粗糙且精度低，二次安装时，其在机床上(或夹具中)的实际位置可能与第一次安装时不一样，从而产生定位误差，导致相应加工表面出现较大的位置误差。因此，粗基准一般不应重复使用。（d）不重复使用原则(2)精基准的选择原则直接选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差(称为基准不重合误差)。设计基准与定位基准的关系(a)基准重合原则同一零件的多道工序尽可能选择同一个定位基准，称为基准统一原则。这样既可保证各加工表面间的相互位置精度，避免或减少因基准转换而引起的误差，而且简化了夹具的设计与制造工作，降低了成本，缩短了生产准备周期。（b）基准统一原则某些要求加工余量小而均匀的精加工或光整加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。床身导轨面自为基准的实例（c）自为基准原则为使各加工表面之间具有较高的位置精度，或为使加工表面具有小而均匀的加工余量，可采取两个加工表面互为基准反复加工的方法，称为互为基准反复加工原则。1—卡盘2—滚柱3—齿轮（d）互为基准反复加工原则所选精基准应能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用，操作方便灵活。同时，定位基准应有足够大的接触面积，以承受较大的切削力。因此，精基准应选择尺寸精度、形状精度较高而表面粗糙度值较小、面积较大的表面。支座的定位（e）便于装夹原则辅助基准典型实例(3)辅助基准的选择(1)力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后就能加工出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。(3)避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。(4)选择定位基准定位基准选择实例车床进刀轴架零件精基准选择原则，三种不同的方案(1)底面限制三个自由度，K面限制两个自由度此方案加工两孔采用了基准统一原则。夹具比较简单。设计尺寸4±0．1基准重合；尺寸51±0.1的工序基准是孔Φ32H7的中心线，而定位基准是K面，定位尺寸为6±0.1，存在基准不重合误差，其大小等于0.2mm；两孔平行度0.02mm也有基准不重合误差，其大小等于0.03mm。可见，此方案基准不重合误差已经超过了允许的范围，不可行。(2)Φ32H7孔限制四个自由度，底面限制一个自由度此方案对尺寸4±0．1有基准不重合误差，且定位销细长，刚性较差，所以也不好。(3)底面限制三个自由度，Φ32H7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，只有Φ32H7孔对于底面的平行度误差将会影响两孔在垂直平面内的平行度，应当在镗Φ32H7孔时加以限制综上所述，第三方案基准基本上重合，夹具结构也不太复杂，装夹方便，故应采用。4.4.2选择数控加工方法1．平面加工平面的加工方法常用的有：刨削、铣削、磨削、车削和拉削。精度要求高的平面还需要经过研磨或刮削加工。组合磨削多刀铣削2．外圆面加工外圆面的加工方法常用的有车削和磨削。当表面粗糙度要求较高时，还要经光整加工。①车削是加工外圆表面的主要方法。小批量生产时，在卧式车床上进行；大批量生产时，多采用高效率的液压仿形车床或多刀半自动车床。最终工序为车削的加工方案，适用于除淬火钢以外的各种金属。②磨削是精加工外圆表面的重要方法。最终工序为磨削的加工方案，适用于淬火钢、未淬火钢和铸铁，不适用于有色金属。③对于精度要求高的如精密的主要外圆面还需要光整加工，如研磨、超精磨及超精加工等，为提高生产效率和加工质量，一般在光整加工前进行精磨。④最终工序为精细车或金刚车的加工方案，适用于要求较高的有色金属的精加工。⑤对表面粗糙度要求高，而尺寸精度要求不高的外圆，可采用滚压或抛光。3.内孔加工单孔的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔和光整加工。一般采用钻、扩、铰，D20mm的孔采用镗削加工，有些盘类的孔采用拉削加工。精度要求高的孔有时采用磨削加工。①加工精度为IT9级的孔，当孔径小于10mm时，可采用钻—铰方案；当孔径小于30mm时，可采用钻—扩方案；当孔径大于30mm时，可采用钻—镗方案。工件材料为淬火钢以外的各种金属。②加工精度为IT8级的孔，当孔径小于20mm时，可采用钻—铰方案；当孔径大于20mm时，可采用钻—扩—铰方案，适用于加工淬火钢以外的各种金属，但孔径应在20～80mm之间，此外也可采用最终工序为精镗或拉削的方案。淬火钢可采用磨削加工。③加工精度为IT7级的孔：当孔径小于12mm时，可采用钻—粗铰—精铰方案；当孔径小于12～60mm范围时，可采用钻—扩—