数控机床的加工工艺及编程步骤

2.2数控机床的加工工艺及编程步骤2.2.1工序的划分2.2.2编制加工程序的内容及步骤2.2.3零件的安装和对刀点的确定2.2.4确定加工路线2.2.5切削用量的选择和刀具的选择2.2.6数值计算数控加工程序编制的一般过程工艺处理2.2数控机床的加工工艺及编程步骤在编制数控程序时，首先必须根据零件图纸选择数控机床；进行工艺分析、处理，然后才能编制加工程序。必须注意数控机床的程序编制比普通机床的工艺规程复杂得多。普通机床的工艺规程对零件的加工过程不必规定得很详细，一部分内容可由操作人员自行决定，如工步的安排、走刀路线、刀具形状和切削用量等；而数控加工程序中必须包括零件加工的整个过程，如机床的运动、刀具的形状、切削用量及走刀路线等。这既要求程序员要有较高的素质，对数控机床、切削规范、标准工夹具等都很熟悉，只有对零件的加工过程进行全盘考虑，仔细研究，才能正确合理地编制加工程序。

2.2.1工序的划分一般在数控机床上加工零件，应尽量在一次装夹中完成全部工序，工序划分的根据如下：(1)按先面后孔的原则划分工序·在加工有面和孔的零件时，为了提高孔的加工精度，应先加工面，后加工孔，这一点与普通机床相同。(2)按粗、精加工划分工序对加工精度要求较高的零件，应将粗、精加工分开进行，这样可以使粗加工引起的各种变形得到恢复，也能及时发现毛坯上的各种缺陷，并能充分发挥粗加工的效率。考虑到粗加工时零件变形的恢复需要一段时间，粗加工后不要立即安排精加工。(3)按所用刀具划分工序在数控机床上，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，经常按集中工序的方法加工零件，即用同一把刀加工完零件上要求相同的部位后，再用另一把刀加工其他部位。2.2.2编制加工程序的内容及步骤一般数控加工程序的编制分三个阶段完成，即工艺处理、数学处理和编程调试。1．工艺处理阶段－－主要工作内容如下：(1)分析被加工零件图纸，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方式和走刀路线，确定切削用量等工艺参数。(2)制定零件的数控加工工艺过程。在已经确定工艺参数的前提下，考虑零件如何安装，对刀点位置如何确定，零件如何分步加工，如何使图样上的精度等技术要求得以实现等。(3)选择或设计刀、夹具。

编程调试阶段2.2.2编制加工程序的内容及步骤一般数控加工程序的编制分三个阶段完成，即工艺处理、数学处理和编程调试。2．数学处理阶段工艺处理阶导完成后，编程人员便可结合所使用的数控系统的输入要求，通过数学处理计算出应输入给控制系统的输人数据。这种计算工作量的大小，随被加工零件的形状、加工内容及控制系统的功能等有所不同。

编程调试阶段2.2.2编制加工程序的内容及步骤一般数控加工程序的编制分三个阶段完成，即工艺处理、数学处理和编程调试。

3．编程调试阶段----主要有下述三项工作内容：(1)编制程序单在工艺处理和数学处理的基础上，还要考虑某些辅助工艺处理，如确定准备功能，主轴的正转、反转，停车及变换速度等。然后便可按数控装置的输人格式要求编写出程序单。(2)程序单经过严格检查确认无误后，确认无误后方可交付生产部门使用。(3)首件试切削生产部门拿到纸带后，通常不立即加工零件．还要作进一步检查。方法是用划针或圆珠笔在机床上画线检查，即用划针在涂有颜料的玻璃扳(或纸)上画出零件的轮廓形状来检查。然后试切一个零件，经检验合格，该程序编制工作方可认为结束。编程调试阶段2.2.3零件的安装和对刀点的确定1．零件的安装与普通机床一样，在数控机床上安装零件也耍合理地选择定位基准和夹紧方式。安装工件时要考虑以下两个原则：(1)应尽量减少装夹次数，尽可能做到一次装夹后加工出全部待加工表面，以充分发挥机床的效率。(2)当有些零件需要二次装夹时，也要尽可能利用同一基准，以减少安装误差。2.2.3零件的安装和对刀点的确定数控机床上应尽量使用组合夹具，必要时才设计专用夹具。选用和设计夹具时应考虑数控机床的特点，一般应注意以下几点；(1)夹具结构力求简单(如选用标准夹具、组合夹具等)；(2)装卸迅速方便，以缩短辅助时间；(3)加工部位要敞开，夹紧机构等不能影响走刀，耍注盒夹紧力的作用点和方向；(4)夹具的安装要准确可靠，以保证正确加工零件；(5)夹具应具备足够的强度和刚度，尤其在切削用量较大时，应能保证零件的加工精度。2.2.3零件的安装和对刀点的确定3．确定对刀点和换刀点刀位点：即刀具的基准点，对于立铣刀来讲应是刀具轴线与刀具底面的交点，对于车刀则是刀尖，对于钻头则是钻尖，对于球头铣刀是球头部分的球心。2.2.3零件的安装和对刀点的确定3．确定对刀点和换刀点起刀点：是数控加工时刀具相对工件运动的起点（是指刀具起始运动的刀位点），亦即程序开始执行时的刀位点；对刀点：当用夹具时，常用与工件零点有固定联系尺寸的圆柱销等进行对刀，则用对刀点作为起刀点。见图2.2.1。2.2.3零零件的的安装和和对刀点点的确定定在编程时时应首先先考成对对刀点位位置的选选择，选选定的原原则如下下：应使程序序编制简简单。对刀点在在机床上上容易找找正。加正过程程中检查查方便；；””引起的加加工误差差小。对刀点应应尽量选选在零件件的设计计基准或或工艺基基准上。。对刀点可可以设在在被加工工零件上上，也可可以设在在夹具上上．但必必须与零零件的定定位基准准有一定定的尺寸寸关系，，这样才才能保证证机床坐坐标系与与零件坐坐标系的的相互关关系。2.2.3零零件的的安装和和对刀点点的确定定换刀点：：是为数控控车床、、数控钻钻鏜床以以及其他他自动换换刀数控控机床设设定的换换刀位置置，因为为这种机机床在加加工中途途要更换换刀具。。换刀点点的位置置要保证证换刀时时刀具不不得碰撞撞工件、、夹具或或机床，，因此换换刀点常常常设在在远离加加工零件件的位置置(见图图2.2.1)2.2.4确确定加加工路线线加工路线线是切削削过程中中铣刀中中心运动动的轨迹迹和方向向，也是是编程的的轨迹和和方向。。确定走刀刀路线，，主要是是确定粗粗加工及及空行程程的走刀刀路线，因为精精加工切切削过程程的走刀刀路钱基基本上都都是沿着着零件的的轮廓进进行的。。在数控加加工中，，加工路路线除了了要保证证工件的的加工精精度、表表面粗糙糙度外，，还要尽尽量缩短短空行程程时间，，并能简简化程序序。例如在铣铣削外轮轮廓时，，为防止止刀具在在切入，，切出时时产生刀刀痕，一一般采用用切线切切入、切切出方式式以保证证工件轮轮廓的光光滑过渡渡，如图图2.2.2所所示。2.2.4确确定加加工路线线为减少编编程的程程序段，，提高生生产率，，在确定定工艺路路线时，，应使进进给路线线最短。。如图2.2.3a所所示，按按习惯应应先加工工均匀分分布于同同一圆周周上的孔孔后，再再加工另另一圆孔孔。但对对于数控控机床来来说，这这种加工工路线长长，效率率低，按按图2.2.3b所示示的进给给路线加加工，使使走刀路路线总和和最短．．可以节节省定位位时间达达一倍左左右。2.2.4确确定加加工路线线在铣削内内轮廓时时，可以以采用三三种方案案。其中中图2.2.4a方案案采用行切法．由于这这种方法法最后轮轮廓表面面不是连连续加工工完成的的，所以以表面质质量较差差；图2.2.4b方方案采用用环切法，这种方方法加工工路线太太长，效效率较低低；图2.2.4c方方案克服服了前两两种方案案的不足足，先采用行行切法，，最后环环切一刀刀，光整轮轮廓表面面，获得得了较好好的效果果。从数数值计算算的角度度看，环环切法的的刀位计计算较为为复杂。。若从走走刀路线线的长短短比较，，行切法法略优于于环切法法。2.2.5切切削用量量及刀具具的选择择切削用量量包括主轴转速速、进给给速度和和切削深深度等。各种种机床切切削用量量的选择择根据数数控机床床使用说说明书、、手册，，并结合合实践经经验加以以确定。。1．主轴轴转速n主轴转速速主要根根据允许许的切削削速度确确定，公公式如下下：n＝1000v／πD其中：D为工件件或刀具具的直径径(mm)；v为切削削速度(m/min)由刀具耐用度度决定，，一般为为100一200m／／min；n为为主轴转转速(rpm)。根据计算算值选用用机床对对应的标标推主轴轴转速，，然后用用S代码码编入程程序。2.2.5切切削用量量及刀具具的选择择切削用量量包括主轴转速速、进给给速度和和切削深深度等。各种种机床切切削用量量的选择择根据数数控机床床使用说说明书、、手册，，并结合合实践经经验加以以确定。。2．进给给速度进给速度度根据零零件的加加工精度度、表面面粗糙度度和刀具具、工件件的材料料选择，，最大进进给速度度受机床床刚度和和进给系系统的性性能限制制，并与与脉冲当当量有关关。在精精度要求求较高时时，进给给量应选选小一些些，一般般在20mm/min一50mm／／min范围内内选取。。3．切削削深度主要根据据机床、、刀具、、夹具和和工件的的刚性确确定。在在机床刚刚度允许许的情况况下，尽尽量选择择较大的的切削深深度，以以提高加加工效率率。有时时为了改改善表面面粗糙度度和加工工精度，，要留一一点余量量，以便便最后精精加工一一次。2.2.5切切削用量量及刀具具的选择择4．刀具具的选择择与普通机机床相比比，数控控加工对对刀具提提出了更更高的要要求。数数控机床床要求刀刀具强度度、刚度度好，耐耐用度高高，尺寸寸稳定，，排屑性性能好，，安装调调整方便便等。同同时还应应考虑工工件材料料的性质质、机床床的加工工能力、、加工工工序、切切削用量量及有关关因素等等。在内轮廓廓加工中中，要注注意刀具具半径要要小于轮轮廓曲线线的最小小曲率半半径。在在自动换换刀机床床中，要要预先测测出刀具具的结构构尺寸和和调整尺尺寸，以以便在加加工时进进行刀具具补偿。。2.2.5切切削用量量及刀具具的选择择数控刀具具分类：：1）按照照刀具结结构分：：整体式：：钻头、立立铣刀等等镶嵌式：：包括刀片片采用焊焊接和机机夹式特殊形式式：复合式、、减振式式等机夹可转转位刀具具得到广广泛应用用，数量量上已达达到整个个数控刀刀具的30%~40%，金属属切除率率占总数数80%~90%。2.2.5切切削用量量及刀具具的选择择车削刀具具：外圆车刀刀内孔车刀刀螺纹车刀刀2.2.5切切削用量量及刀具具的选择择铣削刀具具：方肩铣刀仿形铣刀三面刃和和螺纹铣刀刀整体硬质质合金铣刀刀2.2.6数数值计计算1．基点点、节点点的含义义编程时的的数值计计算主要要是计算算零件加加工轨迹迹的尺寸寸，即计计算零件件轮廓基点和节点的坐标，，或刀具具中心轨轨迹基点点和节点点的坐标标。l数控机床床一般只只有直线线和圆弧弧插补功功能，因此，对对于由直直线和圆圆弧组成成的平面面轮廓，，编程时时主要是是求各基点点的坐标标。基点：就是构成成零件轮轮廓不同同几何素素线元素素的交点点或切点点。如直直线与直直线的交交点，直直线段和和圆弧段段的交点点、切点点及圆弧弧与圆弧弧的交点点、切点点等。根根据基点点坐标就就可以编编写出直直线和圆圆弧的加加工程序序。基点点的计算算比较简简单，选选定坐标标原点以以后，应应用三角角、几何何关系就就可以算算出各基基点的坐坐标，因因此采用用手工编编程即可可。2.2.6数数值计计算由于数控控机床无无法直接接加工除除直线和和圆弧以以外的曲曲线，加加工此类类曲线时时数值计计算较为为复杂，，包括曲线拟合合和曲线逼近近两部分。。曲线逼近近：对于平面面轮廓是是非圆方方程Y=f（X）组成成的曲线线，如渐渐开线、、阿基米米德螟线线等，必必须用直直线和圆圆弧逼近近该曲线线，即将将轮廓曲曲线按编编程允许许的误差差分割成成许多小小段，用用直线和和圆弧逼逼近这些些小段(可采用用等间距距直线、、等弦长长直线、、等误差差直线逼逼近法和和圆弧逼逼近法等等)。逼逼近直线线和圆弧弧小段与与轮廓曲曲线的交交点或切切点称为为节点。2.2.6数数值计计算曲线拟合合：对于用实实验或经经验数据据点表示示，没有有轮廓曲曲线方程程的平面面轮廓，，如果给给出的数数据点比比较密集集，则可可以用这这些点作作为节点点，用直直线或圆圆弧连接接起来逼逼近轮廓廓形状。。如果数数据点较较稀疏，，则必须须先用插插值法将将节点加加密，或或进行曲曲线拟合合(如牛牛顿插值值法、样样条曲线线拟合法法、双圆圆弧拟合合法等)，然后后再进行行曲线逼逼近。对于空间间曲面，，则用许许多平行行的平面面曲线逼逼近空间间曲面，，这时需需求出所所有的平平面曲线线，并计计算出各各平面曲曲线的基基点或节节点，然然后按基基点、节节点划分分各个程程序段，，编写各各节点、、基点之之间的直直线或圆圆弧加工工程序。。2.2.6数数值计计算有关曲线线逼近和和曲线拟拟合的计计算方法法很多。。其计算算非常繁繁琐，花花费的时时间也长长，如采采用手工工编程，，编程工工作将十十分艰巨巨，因此此必须借借助计算算机进行行计算。。目前许许多先进进国家都都已开发发了自动动编程技技术。自自动编程程的过程程分为两两个阶段段：第一阶段段是对零零件图纸纸进行工工艺分析析，用编编程语言言编写零零件的源源程序，，制作穿穿孔带；；第二阶段段是借助助计算机机对源程程序进行行处理，，然后自自动打印印零件加加工的程程序单和和穿孔带带。目前生产产企业已已把CAD/CAM技技术用于于数控编编程数控控加工中中。2.2.6数数值计计算节点坐标标计算手工编程程中，常常用的逼逼近计算算方法有有等间距距直线逼逼近法、、等弦长长直线逼逼近法及及三点定定圆法等等。等间距距法是是在一一个坐坐标轴轴方向向，将将需逼逼近的的轮廓廓进行行等分分，再再对其其设定定节点点，然然后进进行坐坐标值值计算算。等弦长长法是是设定定相邻邻两点点间的的弧长长相等等，再再对该该轮廓廓曲线线进行行节点点坐标标值计计算。。三点定定圆法法是一一种用用圆弧弧逼近近非圆圆曲线线时常常用的的计算算方法法，其其实质质是先先用直直线逼逼近方方法计计算出出轮廓廓曲线线的节节点坐坐标，，然后后再通通过连连续的的三个个节点点作圆圆，用用一段段段圆圆弧逼逼近曲曲线。。2.2.6数数值值计算算等间距距法直直线逼逼近节节点计计算方方法其特点点是使使每个个程序序段的的某一一坐标标增量量相等等，然然后根根据曲曲线的的表达达式求求出另另一坐坐标值值，即即可得得到节节点坐坐标。。在直直角坐坐标系系中，，可使使相邻邻节点点间的的x或或y坐坐标增增量相相等；；计算算方法法如图图2.2.5所所示。。这种方方法的的关键键是确确定间间距值值，该该值应应保证证曲线线Y＝＝f(x)相邻邻相邻邻两节节点间间的法法向距距离小小于允允许的的程序序编制制误差