论典型零件的数控加工工艺与编程

1、论典型零件的数控加工工艺与编程摘要 本文以典型零件的数控铣削加工为例，按照合理的加工路线，编写了相应的程序，完成了零件的加工。其中，工艺分析是零件加工的核心容，编程是基础，准确的选用刀具以与确定合理的加工路线是零件达到加工精度与表面质量的可靠保证。从加工合理性，生产效率以与费用成本上考虑，根据不同的生产要求，可以选择合理的刀具，确定实际可行的加工方案，这些在文章中都有详细分析。关键字：数控加工 编程 工艺分析目录摘要 .2 第一章数控铣床加工概论.4第二章数控铣削用刀具.62.1 数控铣刀的种类和工艺特点 .62.2 数控铣刀具的选用特点.72.3 刀具的管理.9第三章 数控铣削加工工艺.11

2、3.1 数控铣削加工工艺性分析.113.2 工件的装夹与定位.123.3 编程尺寸的确定.133.4 进刀与退刀.133.5 加工路线的确定.133.6 典型零件的编程实例.14附件 .15致 .18参考文献 .19第一章数控铣床加工概论1.1按照主轴布置形式分类（1）立式数控铣床与加工中心（2）卧式数控铣床与加工中心（3）立、卧两用数控铣床与加工中心（4）龙门数控铣床（5）万能式数控铣床1.2按照控制联动坐标轴分类1.3 其他分类 1.4数控铣削加工特点第二章数控铣削用刀具2.1数控铣刀的种类和工艺特点面铣刀面铣刀主要用于加工较大的平面。其圆周表面配合端面上都有切削刃，圆周表面上的切削刃为主

3、切削刃，端面切削刃为副切削刃。在批量生产时，可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，选小直径铣刀可减小切削扭矩。精铣时，铣刀直径要选大些，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的换刀痕迹。立铣刀立铣刀是数控加工中用的最多的一种铣刀，主要用于加工凹槽较小的台阶面以与平面轮廓。数控加工中除了用普通的高速钢立铣刀外，还广泛使用以下几种先进的结构类型。（1）整体式立铣刀硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角（62°）结构，立铣刀头部的过中心端往往成弧线（或螺旋中心刃）形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表面精

4、度与刀具寿命。其适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。（2）可转位立铣刀各类可转位立铣刀由可转位刀片（往往设有三维断屑槽形）组合而成，用于侧齿、端齿与过中心端齿（均为短切削刃）的加工，可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。（3）波形立铣刀能将狭长的薄切屑变为厚而短的碎切屑，使排屑变得流畅。比普通立铣刀容易切进工件，在一样进给量的条件下，它的切削厚度比普通立铣刀要大些，并且减小了切削刃在工件表面的滑动现象，从而提高了刀具的寿命。与工件接触的切削刃长度较短，刀具不易产生震动。又要切削刃是波形的，因而使刀刃的长度增大，所以有利于散热。成形铣刀 成形铣刀 ，一般都是为特定的工件或加工容

5、专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状，如角度面、凹槽面等，也适用于特行孔或凸台。2.2数控铣削刀具的选用特点1.刀具角度的选择铣刀与车刀的相应角度的定义一样，如下图2-1，2-2，2-3所示。图2-1 刀具的角度图2-2刀具的角度如图2-3所示，为刀具角度的选用原则示意图：图2-3 刀具角度的选用原则2.刀具齿数的选择2.3刀具的管理第三章数控铣削加工工艺3.1 数控铣削加工工艺性分析数控铣削加工工艺性分析主要包括零件图分析，零件结构工艺性分析，定位基准的统一以与分析零件的变形情况。针对数控铣削加工的特点，下面列举出一些经常遇到的工艺性问题，作为对零件图进行工艺性分析的实例。 a b

6、图3-1 铣削工艺 图纸尺寸的标注方法是否方便编程，构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充要，各几何元素的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明确，有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等等。零件所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证。不要以为数控机床加工精度高而放弃这种分析。特别要注意过薄的腹板与缘板的厚度公差，“铣工怕铣薄”，数控铣削也是一样，因为加工时产生的切削拉力与薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也将提高。根据实践经验，当面积较大的薄板厚度小于3mm时就应充分重视这一问题。槽与缘板之间的转接圆弧是否过小。因为这种圆弧半

7、径与常常限制刀具的直径。如工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径也大，可以采用较大直径的铣刀来加工，加工其腹板面时，走刀次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因此工艺性较好，反之，数控铣削工艺性较差。一般来说，当被加工轮廓面的最大高度)时，可以判定为零件该部位的工艺性不好。零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大。如图a所示，当r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低，当r大到一定程度时甚至必须用球头刀加工，这是应当尽量避免的。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d= D-2r(D为铣刀直径)，当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当

8、然也越好。有时候，当铣削的底面面积较大，底部圆弧r也较大时，我们不得不用两把r不同的铣刀(一把r小些，另一把r符合零件图)进行两次切削。零件图中各加工面的凹圆弧(R与r)是否过于零乱，是否可以统一。因为在数控铣床上多换一次刀要增加不少新问题，如增加铣刀规格，计划停车次数和对刀次数等，不但给编程带来许多麻烦，增加生产准备时间而降低生产效率，而且也会因频繁换刀增加了工件加工面上的接刀阶差而降低了表面质量。所以，在一个零件上的这种凹圆弧半径在数值上的一致性问题对数控铣削的工作显得相当重要。一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格与换刀次数

9、。零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性。有些工件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面，如图b所示。由于数控铣削时不能使用通用铣床加工时常用的试削方法来接刀，往往会因为工件的重新安装而接不好刀(即与上道工序加工的面接不齐或造成本来要求一致的两对应面上的轮廓错位)。为了避免上述问题的产生，减小两次装夹误差，最好采用统一基准定位，因此零件上最好有合适的孔作为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准(如在毛坯上增加工艺凸耳或在后继工序要铣去的余量上设基准孔)。如实在无法制出基准孔，起码也要用经过精加工的面作为统一基准。如果连这也办不到，则最好只加工其中一个

10、最复杂的面，另一面放弃数控铣削而改由通用铣床加工。分析零件的形状与原材料的热处理状态，会不会在加工过程中变形，哪些部位最容易变形。因为数控铣削最忌讳工件在加工时变形，这种变形不但无法保证加工的质量，而且经常造成加工不能继续进行下去，“中途而废”。这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的，也可考虑粗、精加工与余量等常规方法。此外，还要分析加工后的变形问题，采取什么工艺措施来解决。3.2工件的装夹与定位确定数控铣削加工装夹方案时，主要考虑以下几个方面的问题。尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分的待加工表面，减少装夹次数，

11、以提高加工效率和保证加工精度。必须保持最小的夹紧变形。尽量采用组合夹具通用夹具，避免采用专用夹具。装卸零件要方便可靠，能迅速完成零件的定位夹紧和拆卸过程，减少辅助加工时间。零件的装夹定位要有利于对刀。夹紧机构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞开，避免加工路径中刀具与夹具元件发生干涉。3.3编程尺寸的确定1.工件坐标系的确定与程序原点的设置工件坐标系采用与机床运动坐标系一致的坐标方向，工件坐标系的原点（即程序原点）要选择便于测量或对刀的基准位置，同时要便于编程计算。2.零件几何尺寸的处理方法其一般采取的方法是：在保证零件极限尺寸不变的前提下，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带。3.4进刀与

12、退刀选择程序的起始点、返回点的原则起始点和返回点的x、y坐标值刚好为零，z坐标定义在高出被加工零件的最高点50100mm的位置。在同一个程序中，起始点和返回点最好一样，以免引起加工操作上的麻烦。选择进刀点的原则粗加工时，进刀点选择在曲面的最高的角点，这样可使切削余量最小，进刀时，不易损坏刀具。精加工时，进刀点选择在曲面的曲率比较小的角点，这样可使刀具所受的弯矩较小，不易折损刀具。选择退刀点的原则选退刀点时，主要考虑曲面加工的连续性和尽量缩短加工时间，提高机床择的有效工作时间。3.5加工路线的确定加工路线的确定原则是：加工路线应保证被加工路线的精度和表面粗糙度，且效率较高。数值计算简便，以减少编

13、程工作量。应使加工路线最短，这样既可以减少程序段，又可以减少空刀时间。3.6典型零件的编程实例零件如图3-1所示，Z向程序原点位于上表面；刀具选用直径T0101T0303 22立铣刀；安全面高度20mm。图3-2加工程序详见附件。附件图3-1加工程序为：N010 G92 X0 Y0 Z20N020 M06 T0101 N720 G0 Z20.N730 M05N740 X0 Y0N750 M30致在本文的撰写过程中，要特别感我的导师的指导与督促，同时感她的谅解与包容。老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨。正是由于她在百忙之中多次审阅全文，对细节进行修改，并为本文的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见，本文才得以成型；感辅导员在大学期间的对我的学习和生活给予无微不至的关心和照顾;感所有的任课老师，他们治学严谨，学识渊博，视野广阔，为我营造了一种良好的学术氛围