数控加工工艺分析与程序编制

1、 本章内容：本章内容： 本章教学要求：本章教学要求： 2.1 数控加工工艺分析数控加工工艺分析 1. 对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。 2.在数控加工中无论是手工编程还是自动编程，编程以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。 3.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向十分重要的工作。 根据国内外数控机床技术应用实践，数控机床加工的适用范围可用图2-1和2-2定性分析。图2.1 零件复杂程度与零件批量的关系图2.1表明了随零件的

2、复杂程度和生产批量的不同，三种机床适用范围的变化。当零件不太复杂，生产批量不太大时，宜采用通用机床；当生产批量很大时，数控机床就显得更为适用了。 图2.2表明了随生产批量的不同，采用三种机床加工时，综合费用的比较。由图可知，在多品种、小批量（100件以下）的生产情况下，使用数控机床可获得较好的经济效益。零件批量的增大，对选用数控机床是不利的。 图2.2 零件批量与总加工费用的关系 数控机床通常适合加工具有以下特点的零件数控机床通常适合加工具有以下特点的零件（1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的 零件。（ 2）轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。（ 3）用普通机床加工时，需要有昂贵的

3、工艺装备 （工具、夹具和模具）的零件。（ 4）需要多次改型的零件。 （ 5）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。（ 6）需要最短生产周期的急需零件。 从数控加工的可能性和方便性两方面分析其工艺性。（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。（2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。 （1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。（2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小 。如图2-3 图2.3 数控加工工艺性对比 （3）零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大， 如图2.4所示。 （4）应采用统一的基准定位。 图2.4 零件底面圆弧对加工工艺的影响 1.结合

4、零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。 例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削。一般小尺寸的箱体孔宜选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。 2.考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。 如图2.7所示的片状凸轮，按定位方式可分为两道工序，第一道工序可在数控机床上也可普通机床上进行。以外圆表面的B平面定位加工端面A和直径22H7的内孔，然后再加工端面B和4H7的工艺孔；第二道工序以已加工过的两个孔和一个端面定位，在另一台数控铣床或加工中心上铣削凸轮外表面轮廓。 如图2.8所示批量生产的零件，第一道工序在数控车床

5、上进行粗车削时，应切除整个零件的大部分余量；第二道工序在另一台数控车床上进行半、精车削，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。 图2.8 车削加工的零件 （1）力求设计、工艺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中加工出全部待 加工面。 （ 3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案 （4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。 如图下图a薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。在夹紧图b所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上，或改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形,如

6、图c所示。 图图1 夹紧力作用点与夹紧变形的关系夹紧力作用点与夹紧变形的关系 a) b) c)夹紧力作用点与夹紧变形的关系夹紧力作用点与夹紧变形的关系 （ 新型数控夹具元件新型数控夹具元件 PCD焊接式车刀焊接式车刀PCD转位式刀片转位式刀片 v车削加工刀具车削加工刀具 ：常用机夹式可转位刀具 ，结构如图2.10所示。 图2.11为常见的几种车刀刀片形状 。 图图2.10 机夹式可转位车刀机夹式可转位车刀 图图2.11 常见可转位车刀刀片常见可转位车刀刀片 v铣削加工刀具铣削加工刀具 图图2.14 常用铣刀常用铣刀 a) 球头铣刀 b) 环形铣刀 c) 鼓形铣刀 d) 锥形铣刀 e)盘形铣刀

7、v孔加工刀具孔加工刀具 常用的有钻头、镗刀、铰刀和丝锥等。 直径880mm的麻花钻多为莫氏锥柄，可直接装在带有莫氏锥孔的刀柄内；直径为0.120mm的麻花钻多圆柱形，可装在钻夹头刀柄上，中等尺寸麻花钻两种形式均可选用。钻削直径在2060mm、孔的深径比小于等于3的中等浅孔时，可选用图2.15所示的可转位浅孔钻 。 图图2.15 可转位浅孔钻可转位浅孔钻 镗刀按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。镗削通孔、阶梯孔和盲孔可分别选用图2.16a、b、c所示的单刃镗刀。 图图2.16 单刃镗刀单刃镗刀a) 通孔镗刀 b）阶梯孔镗刀 c) 盲孔镗刀1调节螺钉 2紧固螺钉 图图2.17 微调镗刀微调镗刀1

8、刀体 2刀片 3调整螺母 4刀杆 5螺母 6拉紧螺钉 7导向键 数控机床上使用的铰刀多是通用标准铰刀。此外，还有机夹硬质合金刀片单刃铰刀和浮动铰刀等。 加工精度IT8IT9级、表面粗糙度Ra为0.81.6的孔时，多选用通用标准铰刀。加工精度IT5IT7级、表面粗糙度Ra为0.7m的孔时，可采用机夹硬质合金刀片的单刃铰刀。这种铰刀的结构如图2.18所示 。 图2.18 硬质合金单刃铰刀 图2.19 加工中心上使用的浮动铰刀1刀杆体 2可调式浮动铰刀体 3 圆锥端螺钉 4 螺母 5定位滑块 6螺钉 v数控机床的工具系统数控机床的工具系统 把通用性较强的几种装夹工具（例如装夹铣刀、镗刀、扩铰刀、钻头

9、和丝锥等）系列化、标准化就成为通常所说的。 我国除了已制定的标准刀具系列外，还建立了TSG82数控工具系统， 如教材图2.20所示。该系统是镗铣类数控工具系统，是一个联系数控机床（含加工中心）的主轴与刀具之间的辅助系统。TSG82工具系统各种辅具和刀具具有结构简单、紧凑、装卸灵活、使用方便、更换迅速等特点 。 图2.21a中的是将刀具装在刀座中之后用千分表或高度尺测量；而图2.21b是将刀具安装在刀座上之后，调整屏幕可以使米字刻线与刃口重合，同时在数字显示器上读出相应的直径和轴向尺寸值。 图图2.22 光学对刀仪光学对刀仪 2.23 HPA刀具测量系统刀具测量系统 ： 平头铣刀 球头铣刀 车刀

10、 钻头 v车削加工路线的确定车削加工路线的确定 图图2.24 粗车进给路线示例粗车进给路线示例 图图2.25大余量毛坯的阶梯切削路线大余量毛坯的阶梯切削路线 图2.29 车削螺纹时引入距离 v铣削加工路线的确定铣削加工路线的确定 图图2.30 刀具切入和切出外轮廓的加工路线刀具切入和切出外轮廓的加工路线 图图2.31 刀具切入和切出内轮廓的加工路线刀具切入和切出内轮廓的加工路线 a)b)c) v孔加工路线的确定孔加工路线的确定 刀具在z向的加工路线分为和。图2.36a为单孔加工路线。图2.36b为多孔加工路线。 零件的加工工艺设计完成后，就应该将有关内容填入各种相应的表格（或卡片）中。以便贯彻

11、执行并将其作为编程和生产前技术准备的依据，这些表格（或卡片）被称为。数控加工工艺文件除包括机械加工工艺过程卡、机械加工工艺卡、数控加工工序卡、数控加工刀具卡。另外为方便编程也可以将各工步的加工路线绘成文件形式的加工路线图。 1数控加工工序卡数控加工工序卡 2.2 图形的数学处理图形的数学处理 使所有逼近线段的长度相等，亦即每个程序段的长度相等。 曲线y= f(x)上任一点的曲率半径为： R = 令dR/dx = 0得：由 y=f(x) 求得 、 、 ，从而可得到x轴坐标，再代入曲率半径公式即可求得Rmin。222/32/1dxyddxdy013332222dxyddxdydxdydxyddxdy22dxyd33dxyd 允允min2minmin2222RRRl 。 其余各节点。 （2/321nnnyyR 图2.41 曲率圆法求节点 （2）求偏差圆与曲线的交点，即解联立方程组 (x -n)2