2.3 数控编程中的工艺处理

2.3数控编程中的工艺处理2.3.1数控加工工艺的特点与内容2.3.2数控加工零件或加工内容的选择2.3.3数控加工工艺性分析2.3.4数控加工工艺路线的设计2.3.5数控加工工序的详细设计2.3.6数控加工工艺文件2.3数控编程中的工艺处理无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一项十分重要的工作。2.3.1数控加工工艺的特点与内容1.数控加工工艺的特点1）工序内容具体。2）工序的内容复杂。3）工序集中。2）数控加工工艺的主要内容1）数控加工零件或加工内容的选择2）数控加工工艺性分析3）数控加工工艺路线的设计4）数控工工序的详细设计（工步内容、对刀点、走刀路径、切削用量确定等）2.3.2数控加工零件或加工内容的选择在选择时，一般可按下列顺序考虑：1）通用机床无法加工的内容应作为优选内容；如曲面类零件。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余能力的基础上进行选择。一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，在数控机床数量很有限的情况下，下列一些内容则不宜选择采用数控加工：1）占机调整时间长。如：以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，要用专用工装协调的加工内容；2）加工部位分散，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，可安排通用机床补加工；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，易与检验依据发生矛盾，增加程编难度。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。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。2.3.3数控加工工艺性分析数控加工工艺性：数控加工工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，数控加工的可行性和经济性，编程的可能性与方便性。数控加工工艺性分析内容：1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸2）内槽圆角半径不应过小（36页）图内槽结构工艺性3）零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大；图零件铣槽底平面圆弧对加工工艺的影响4）零件的可装夹性零件的结构应便于定位和夹紧，且装夹次数要少。例如，有些零件需要在加工完一面后再重新安装加工另一面。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，则可以专门设置工艺孔作为定位基准，如可在毛坯上增加工艺凸台或在后继工序要铣去的余量上设基准孔。工艺孔和工艺凸台在完成工件定位和零件加工后再加去除。如下图：改进零件结构提高数控加工工艺性实例总之，为提高工艺效率，采用数控加工必须注意零件设计的合理性（即：零件的结构工艺性）。I.工序尽量集中；II.有利于采用标准刀具、减少刀具规格与种类；III.简化程序，减少编程工作量；IV.减少机床调整，缩短辅助时间；V.保证定位刚度与刀具刚度，以提高加工精度。2.3.4数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线的设计是数控加工的重要内容之一，主要包括如下内容：1）数控机床的选择2）加工方法的确定3）工序的安排等（注意与常规加工工序的衔接）1)数控机床的选择（综合考虑如下几方面）毛坯材料、类型零件轮廓特点（形状复杂度、尺寸、加工精度）加工批量、热处理要求等选择的机床要满足如下要求：a.保证加工零件的技术要求，能够加工出合格品b.有利于提高生产率；c.可以降低生产成本2）加工方法的选择（根据加工精度和表面粗糙度、表面几何特点等选择）外圆表面加工方法的选择：对于外圆面，可采用车削、磨削加工等方法；图外圆表面加工方案图常用的孔加工方案内孔表面加工方法的选择内孔加工可采用钻、扩、铰、镗、磨等加工方法；平面加工方法的选择常用加工方法：铣削图常见平面加工方案平面轮廓和曲面轮廓加工方法的选择平面轮廓常用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等。图平面轮廓类零件⑤立体曲面加工方法主要是数控铣削，多用球头铣刀，以“行切法”加工。“行切法”加工：所谓行切法是指刀具与工件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间距是按零件加工精度的要求来确定。图曲面的“行切法”加工平面加工方法举例：1.固定斜角平面加工加工斜面的最佳方法是采用五坐标数控铣床，主轴摆角后加工，可以不留残留面积。固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面，常用如下的加工方法。当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工；如果机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工（见下图）。当零件尺寸很大，斜面斜度留下残留面积，需要用钳修方法加以清除。2.变斜角平面加工（1）对曲率变化较小的变斜角面，选用x、y、z和A四坐标联动的数控铣床，采用立铣刀（但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成型铣刀加以弥补）以插补方式摆角加工，如图a所示。加工时，为保证刀具与零件型面在全长上始终贴和，刀具绕A轴摆动角度。（2）对曲率变化较大的变斜角面，用四坐标联动加工难以满足加工要求时，可用x、y、z、A和B（或C转轴）的五坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工，如下图b所示。图中夹角A和B分别是零件斜面母线与z坐标轴夹角在zOy平面上和xOz平面上的分夹角。（3）还可用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，加工后的残留面积用钳修的方法清除。如下图，由于鼓形铣刀的鼓径可以做得比球头铣刀的球径大，所以加工后的残留面积高度小，加工效果比球头铣刀好。3）工序的安排一般原则：还要遵循以下数控工艺原则：先内后外；相同装夹方式或用同一把刀的工序最好一起进行，减少重复定位，节省换刀时间；一次装夹中的多个工步，先加工刚性破坏较小的工步。2.3.5数控加工工序的详细设计1.零件装夹与夹具设计2.刀具的选择3.切削用量的选择4.对刀点与换到点的确定5.加工路线确定1.零件装夹与夹具设计1）夹具结构应力求简单2）加工部位要敞开（39页图）3）数控夹具必须保证最小的夹紧变形4）数控夹具装卸应方便5）多件装夹2.刀具的选择常用的数控加工刀具认识：1.车刀1—切槽（断）刀2—90º反（左）偏刀3—90º正（右）偏刀4—弯头车刀5—直头车刀6—成形车刀7—宽刃精车刀8—外螺纹车刀9—端面车刀10—内螺纹车刀11—内切槽车刀12—通孔车刀13—不通孔车刀2.铣刀选用刀具时应注意以下几点：①在数控机床上铣削平面时，应采用镶装不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀。②高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，③加工余量较小，并且要求表面粗糙度较低时，应采用镶立方氮化硼刀片的端铣刀或镶陶瓷刀片的端铣刀。④镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面。⑤镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削，铣削毛坯表面和用于孔的粗加工。⑥精度要求较高的凹槽加工时，可以采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边．直到达到精度要求为止。⑦在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模，加工钻孔深度为直径的5倍左右的深孔时容易拆坏钻头，钻孔时应注意冷却和排屑。3.切削用量的选择数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量及进给量等。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；考虑机床工艺系统的刚度前提下，最大限度提高生产率，降低成本。确定切削用量时应注意以下几点：①要充分保证刀具能加工完一个工件或保证刀具的耐用度不低于一个工作班，最少也不低于半个班的工作时间。②在机床刚度允许的情况下，尽可能使切削深度等于工件的加工余量。③对于表面粗糙度和精度要求高的零件，要留有足够的精加工余量。④主轴的转速S(r/min)要根据切削速度υ(m/min)来选择。S=1000v/（πD）⑤进给量（进给速度）f(mm/min)，根据工件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料的性质选取。粗加工大切削深度aP，大进给量F，合理切削速度V；精加工小切削深度aP和进给量F，较高的切削速度V。车刀粗车时的进给量参考数值车刀精车时的进给量参考数值⑥背吃刀量确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定。在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。如半精加工时，背吃刀量可取0.5-2mm；精加工时时，背吃刀量一般为0.2～0.5mm。4.对刀点和换刀点的确定对刀点（起刀点）：就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点,,而是程序的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“程序起点”或“起刀点”。或：指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。对刀点确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。即指刀具的定位基准点。不同刀具的刀位点是不同的。a)钻头的刀位点b)车刀的刀位点c)圆柱铣刀的刀位点d)球头铣刀的刀位点图刀位点对刀:指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。对刀的过程就是建立工件坐标系与机床坐标系之间关系的过程。换刀点:多刀加工的机床需设置，因为要自动换刀。选择对刀点的原则：•选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。•选在对刀方便，便于测量的地方。•选在便于坐标计算的地方•换刀点：为实现刀具交换所确定的空间参考点对刀点和换刀点5.加工路线确定加工路线（走刀路线）指刀具在整个加工工序中相对于零件的运动轨迹。走刀路线不但包含了工步内容，而且也反映了工作的顺序。一经确定，编程中各程序段的先后次序也基本确定。所以，走刀路线是编写程序的依据。走刀路线确定的原则：保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；1)合理地安排内外轮廓刀具的切入和切出路线；铣削外轮廓时，刀具的切入和切出，应避免沿零件轮廓的法向，而应沿外廓曲线延长线的切向，保证轮廓曲线平滑过渡。铣削封闭的内轮廓时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入、切出。若不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出，此时刀具的切入切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。图外轮廓加工刀具的切入和切出过渡图内轮廓加工刀具的切入和切出过渡从尖点切入铣削内轮廓,而且进给过程中要避免停顿。a.切入和切出路线的安排切入和切出路线的安排图无交点内轮廓加工刀具的切入和切出为防止刀具在轮廓拐角处留下凹口，切入切出点应远离拐角a.切入和切出路线的安排图铣削外圆图铣削内圆2)避免引入反向误差合理安排走刀路线，保证相互位置精度要求；数控机床在反向运动时会出现反向间隙，如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。图孔系加工方案比较避免反向误差的加工路线存在反向误差的加工路线⑤ⅠⅡⅣⅢ①②④③XOY对刀点(b)(a)对刀点YOX③④②①ⅢⅣⅡⅠ3)车削螺纹时，避免在进给机构加速或减速过程中切削；图切削螺纹时引入/超越距离4)铣削曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。图曲面加工的走刀路线5)采用“行切法”和“环切法”相结合的方法加工凹槽。a)路线1b)路线2c)路线3图铣削内腔的三种走刀路线a）行切方式b）环切方式c）较好的走刀路线方式（先行切法，最后沿周向环切一刀）应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间（进退刀和其他辅助时间）,提高加工效率。a)零件图样b)路线1c)路线2图最短走刀路线的设计减少空刀时间，省定位时间③简化数值计算，减少编程量,减少程序段数。2.3.6数控加工工艺文件数控加工技术文件简介一、数控编程任务书二、数控加工工件安装和原点设定