《数控加工与编程技术》课件-数控加工工艺

第2章

数控加工工艺基础

《数控加工与编程技术》2.1数控加工工艺概述

2.2数控加工工艺分析

2.3数控加工工序设计

2.4数控加工的数学处理

2.5数控加工工艺文件的制定第2章

数控加工工艺基础一、数控加工工艺的基本概念二、数控加工的内容三、数控加工的步骤四、数控加工工艺的主要内容五、数控加工工艺的主要步骤2.1数控加工工艺概述2.1数控加工工艺概述数控加工是指根据被加工零件的图纸和工艺要求等原始条件，编写被加工零件的数控加工程序，并将数控加工程序输入到数控机床的数控系统，控制数控机床上刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。一、数控加工工艺的基本概念是指采用数控技术，加工机械零件所运用各种方法和技术手段的总和，其应用于整个零件的加工工艺过程。数控加工工艺2.1数控加工工艺概述

二、数控加工的内容2.1数控加工工艺概述

三、数控加工的步骤数控机床工艺处理零件图纸编制程序输入数控系统程序校验完成零件加工零件检验数值计算2.1数控加工工艺概述

第一步：分析零件图，了解工件的大致情况（几何形状，工件材料，工艺要求等）；第二步：确定零件的数控加工方案（加工的内容，加工的路线）；第三步：进行必要的数值计算（基点、节点的坐标计算）；第四步：编写程序单（不同机床会有所不同，遵守使用手册）；第五步：程序校验（将程序输入机床，并进行图形模拟，验证编程的正确）；第六步：对工件进行加工（好的过程控制能很好的节约时间和提高加工质量）；第七步：工件验收和质量误差分析（对工件进行检验，合格的流入下一道，不合格的则通过质量分析找出产生误差原因和纠正方法）。三、数控加工的步骤2.1数控加工工艺概述四、数控加工工艺的主要内容1.对零件图样进行数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求;2.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;3.具体设计数控加工工序，如工步的划分，工件的定位及夹具的选择，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。12.1数控加工工艺概述

五、数控加工工艺的主要步骤阅读分析图纸，确定工序内容，选择数控机床对零件进行数控加工的工艺性分析数控加工的工艺设计确定工艺路线数控工艺文件的制定选择刀具、夹具、量具确定切削用量数控加工工艺卡、工序卡数控刀具卡对零件图进行数学处理确定毛坯确定定位夹紧方案数控加工工艺分析刀位点的确定基点、节点的处理切入点、切出点的确定数控刀具明细表数控加工程序单确定走刀路线2.1数控加工工艺概述

2.2数控加工工艺分析

2.3数控加工工序设计

2.4数控加工的数学处理

2.5数控加工工艺文件的制定第2章

数控加工工艺基础一、数控加工工艺的特点二、数控机床加工内容的选择分析三、数控加工零件工艺性分2.2数控加工工艺分析2.2数控加工工艺分析一、数控加工工艺的特点

数控加工工艺不仅包括详细的切削加工步骤和装夹方案，还包括刀具的型号、规格、切削用量、工序图和其他特殊要求等。1、数控加工工艺内容要求十分具体、详细2、数控加工工艺要求更严密、精确

编程尺寸并不是零件图尺寸的简单再现，要根据零件尺寸公差要求和零件的几何关系重新调整。3、要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算2.2数控加工工艺分析一、数控加工工艺的特点4、要考虑进给速度对零件形状精度的影响选择合理的切削用量，避免由于插补原因影响零件形状精度。5、要重视刀具选择的重要性特别是采用自动编程方式时合理选择正确的刀具很重要。工序集中是数控加工工艺明显的特点。6、数控加工的工序相对集中2.2数控加工工艺分析二、数控机床加工内容的选择分析（1）普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容；（2）普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；（3）普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。11.适用于数控加工的内容2.不适合数控加工的内容？？？课堂思考问题2.2数控加工工艺分析

（1）图纸的完整性和正确性分析；（2）零件的技术要求分析；（3）零件材料分析；（4）零件尺寸标注分析。三、数控加工零件工艺性分析1.数控加工的零件图纸分析2.2数控加工工艺分析

零件的结构工艺性是指零件在满足使用性能的前提下，其制作的可行性和加工的经济性。好的结构工艺性会使零件加工容易，节省工时，节省材料。差的结构工艺性会使加工困难，浪费工时和材料，甚至无法加工。注意2.零件的结构工艺性分析三、数控加工零件工艺性分析2.2数控加工工艺分析

(a)错误

(a)错误

(a)错误

(b)正确

(b)正确

(b)正确(a)错误(b)正确2.1数控加工工艺概述

2.2数控加工工艺分析

2.3数控加工工艺设计

2.4数控加工的数学处理

2.5数控加工工艺文件的制定第2章

数控加工工艺基础一、毛坯的确定二、工艺路线确定三、定位夹紧方案的确定四、刀具的选择五、切削用量的确定六、走刀路线的确定2.2数控加工工艺设计2.3数控加工工艺设计

一、毛坯的确定1.毛坯种类◆铸件

◆锻件◆焊接件◆冲压件◆型材2.3数控加工工艺设计

毛坯的选择主要应考虑以下因素：毛坯的选择主要是确定毛坯的种类、制造方法和制造精度等级。2.毛坯的选择Tips：毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削余量就越小;从加工成本考虑，切削余量越小，余量加工的成本相对而言就越小，但制造毛坯难度就越大。所以选择毛坯时应从制造毛坯和机械加工两方面来综合考虑。◆零件的材料及其力学性能

◆生产类型◆零件的结构形状和外形尺寸◆考虑新工艺、新技术和新材料◆现有生产条件一、毛坯的确定2.3数控加工工艺设计

找出所有加工的零件表面并逐一确定各表面的加工方法划分加工阶段划分工序，安排顺序常规工序、热处理工序零件加工工艺路线基准的确定零件加工工序设计二、工艺路线确定2.3数控加工工艺设计

1.定位基准的选择基准的概念基准零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。设计基准零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。工艺基准零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。二、工艺路线确定2.3数控加工工艺设计

定位基准的选择原则——先选择精基准，再选择粗基准1.定位基准的选择二、工艺路线确定精基准的选择粗基准的选择重点考虑如何减少定位误差，提高加工精度和安装方便重点考虑如何保证各加工表面有足够的余量2.3数控加工工艺设计

粗基准的选择原则◆重要表面原则◆相互位置要求原则◆加工余量合理分配原则◆不重复使用原则◆便于装夹原则1.定位基准的选择二、工艺路线确定精基准的选择原则◆基准重合原则◆基准统一原则◆自为基准原则◆互为基准反复加工原则◆便于装夹原则2.3数控加工工艺设计

1)、经济加工精度和经济表面粗糙度

加工过程中，获得同一精度和粗糙度的加工方法可以有几种，在选择时应该考虑生产率和经济效益，还应根据零件的材料、结构形状、和尺寸、生产类型及企业的生产条件等因素，选择最佳的加工方法和方案。2)、典型表面加工方法◆外圆：车削、磨削◆内孔：钻、扩、绞、镗、磨、拉◆平面：刨削、铣削、磨削、车削2.表面加工方法的选择二、工艺路线确定2.3数控加工工艺设计

加工方法加工性质加工经济精度(IT)表面粗糙度Ra车粗车13-1280-10半精车11-1010-2.5精车8-75-1.25金刚石车6-51.25-0.02外磨粗磨9-810-1.25半精磨8-72.5-0.63精磨7-61.25-0.16研磨粗研6-50.63-0.16精研50.32-0.04超精加工精50.32-0.08精密50.16-0.01外圆加工的方法2.3数控加工工艺设计

孔的加工方法加工方法加工性质加工经济精度(IT)表面粗糙度Ra钻实心材料12-1120-2.5扩粗扩1220-10经扩1010-2.5铰半精铰11-1010-5精铰9-85-1.25细铰7-61.25-0.32拉粗拉10-95-2.5精拉9-72.5-0.63镗粗镗1220-10半精镗1110-5精镗10-85-1.25细镗7-61.25-0.322.3数控加工工艺设计

加工方法加工性质加工经济精度(IT)表面粗糙度Ra铣粗铣12-1120-5精铣10-95-0.63刨粗刨12-1120-10精刨10-910-2.5平磨半精磨8-72.5-1.25精磨70.63-0.16精密磨60.16-0.016研磨粗研7-60.63-0.32精研50.32-0.08平面加工方法2.3数控加工工艺设计

2.表面加工方法的选择二、工艺路线确定3)、选择表面加工方法应考虑的主要因素（2）工件材料的性质（3）生产类型（4）具体生产条件（1）加工表面的精度和粗糙度要求2.3数控加工工艺设计

2.表面加工方法的选择二、工艺路线确定（1）外圆表面的加工路线

①粗车—半精车—精车：常用材料（淬火钢除外），中等要求的表面；②粗车—半精车—精车—金刚石车：有色金属，要求较高的表面；③粗车—半精车—粗磨—精磨：需要淬硬的材料，要求较高的表面；④粗车—半精车—粗磨—光整加工或（超）精密加工：黑色金属材料，表面精度、粗糙度要求质量高的表面。2.3数控加工工艺设计

2.表面加工方法的选择二、工艺路线确定（2）孔加工路线

①钻孔—扩孔—铰—精铰：主要用于中、小直径（d＜50mm）的精密孔。②钻或扩（粗镗）—粗拉—精拉：用于大量生产中尺寸中等的孔、花键孔等。③钻或粗镗—半精镗—精镗—浮动镗—金刚镗：广泛用于箱体零件的孔系加工、有色金属零件的精密孔的加工。④钻或粗镗—半精镗—粗磨—精磨—珩磨或研磨：主要用于淬硬零件或要求高的零件。2.3数控加工工艺设计

2.表面加工方法的选择二、工艺路线确定（3）平面加工路线平面加工方法主要是铣削、刨削和磨削。①粗铣—半精铣—精铣—高速铣：用于精度和粗糙度要求高的平面加工，生产率高。②粗刨—半精刨—精刨—刮或研磨：多用于单件、小批生产，生产率低。③粗铣（刨）—半精铣（刨）—粗磨—精密磨、导轨磨、研磨、砂带磨：主要用于淬硬零件和精度要求高、表面粗糙度值要求小的平面加工。④粗拉—精拉：用于大量生产。2.3数控加工工艺设计

当加工质量要求较高时，应划分加工阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。当加工精度和表面质量要求特别高时，可增设光整加工和超精密加工。粗加工切除毛坯大部分余量，接近成品的形状和尺寸半精加工主要表面留下精加工余量并达到一定的精度，完成一些次要表面的加工光整加工精加工获得很高的尺寸精度、减小表面粗糙度值保证主要表面精度和表面粗糙度超精密加工获得微米级尺寸误差和形状误差3.加工阶段的划分二、工艺路线确定2.3数控加工工艺设计

3.加工顺序的安排二、工艺路线确定1）.工序划分原则◆工序集中原则◆工序分散原则

◆先粗后精原则◆基准先行原则◆先面后孔原则2）.工序划分方法◆按安装次数划分◆按所用刀具划分

◆按加工部位划分◆按粗、精加工划分2.3数控加工工艺设计

3）工序顺序的安排原则◆先粗后精原则

各表面均应按照粗加工——半精加工——精加工——光整加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。

◆基准先行原则

选为精基准的表面，应先进行加工，以便为后续工序提供可靠的精基准。

3.加工顺序的安排二、工艺路线确定2.3数控加工工艺设计

4）加工工序顺序的安排原则◆先主后次原则

先加工主要表面（如定位基面、装配面、工作面），后加工次要表面（如自由表面、键槽、螺孔等）。次要表面常穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前进行。

◆先面后孔原则

对于箱体、支架、连杆和机体类工件，一般应先加工平面后加工孔。这是因为先加工好平面后，就能以平面定位加工孔，定位稳定可靠，保证平面和孔的位置精度3.加工顺序的安排二、工艺路线确定2.3数控加工工艺设计

3.加工顺序的安排二、工艺路线确定5）热处理的安排◆预备热处理

消除应力、改善材料的切削性能。如退火、正火、时效、调质等。

◆最终热处理

提高零件的强度。如表面淬火、渗碳、渗氮等。

6）辅助工序的安排如检验、去毛刺、倒棱、去磁、清洗、涂防锈漆等。

2.3数控加工工艺设计

1、工件装夹的基本原则三、定位夹紧方案的确定力求基准统一尽量减少工件的装夹次数和辅助时间充分发挥数控机床的效能以缩短生产准备时间提高生产效率为前提成批生产采用专用夹具，力求结构简单工件装卸要迅速、方便、可靠夹具定位、加紧精度要高2、选择夹具的基本原则2.3数控加工工艺设计

3、机床夹具的基本组成（1）定位元件（2）夹紧装置（3）对刀与引导元件（4）夹具体（5）其它装置或元件1—夹具本2—螺杆3—钻模板4—活动V形块5—钻套6—开口垫圈7—定位心轴8—辅助支承三、定位夹紧方案的确定2.3数控加工工艺设计

4、工件的定位

六点定位原理

合理分布六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。三、定位夹紧方案的确定2.3数控加工工艺设计

5、工件的夹紧1）、夹紧装置的组成（1）动力源装置——是产生夹紧原始作用力的装置。（2）传力机构——是把力源装置产生的力传给夹紧元件的中间机构。其作用：1）改变夹紧作用力的方向

2）改变夹紧作用力的大小

3）具有一定的自琐性能（3）夹紧元件——是夹紧装置的最终执行元件，与工件直接接触，把工件夹紧。三、定位夹紧方案的确定2.3数控加工工艺设计

2）夹紧装置设计原则（1）工件不移动原则（2）工件不变形原则（3）工件不振动原则（4）安全可靠原则（5）经济实用原则3）工件的装夹在数控加工中，工件装夹的基本原则与普通机床相同，要根据具体情况合理选择夹紧方案。5、工件的夹紧三、定位夹紧方案的确定2.3数控加工工艺设计

1、数控刀具的分类四、数控刀具的选择刀具分类刀柄铣削刀具车削刀具面铣刀柄莫氏刀柄钻削刀具刀片辅件钻夹刀柄镗削刀柄侧固刀柄ER刀柄强力刀柄面铣刀盘棒铣刀方肩铣刀锥度铣刀三面刃铣刀盘R铣刀非标铣刀外圆车刀外圆槽刀外螺纹车刀端面槽刀内孔车刀内孔槽刀外螺纹车刀普通钻普通刀片高钻U钻槽刀刀片高精钻丝锥螺纹刀片镗刀头2.3数控加工工艺设计

1、数控刀具的分类四、数控刀具的选择2.3数控加工工艺设计

1、数控刀具的分类四、数控刀具的选择2.3数控加工工艺设计

1、数控刀具的分类四、数控刀具的选择2.3数控加工工艺设计

1、数控刀具的分类四、数控刀具的选择2.3数控加工工艺设计

2、数控刀具的选择方法四、数控刀具的选择2.3数控加工工艺设计

2、数控刀具的选择方法四、数控刀具的选择2.3数控加工工艺设计

2、数控刀具的选择方法四、数控刀具的选择2.3数控加工工艺设计

1、切削用量的概念五、切削用量的确定切削用量三要素：切削速度、背吃刀量、进给量。

切削速度Vc

是指刀具切削刃上选定点相对于工件待加工表面在主运动方的瞬时速度单位为M/min。

进给量f在主运动每转一转或每一行程时（或单位时间内），刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移，f—每转进给量（mm/r），单位mm/r。背吃刀量（切削深度）ap待加工表面与已加工表面之间的垂直距离，单位mm。2.3数控加工工艺设计

1)切削用量选择的原则切削用量三要素：切削速度、背吃刀量、进给量。

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、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。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；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。2、切削用量的选择五、切削用量的确定2.3数控加工工艺设计

2)切削用量的选择方法

（1）主轴转速S的确定：主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为：S=1000vc/πD式中vc----切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；S---主轴转速，单位为r/min；D----工件直径或刀具直径，单位为mm。

影响数控加工切削用量主要有下列因素：（1）机床转速（2）刀具规格（3）工件尺寸（4）切削液浓度2、切削用量的选择五、切削用量的确定2.3数控加工工艺设计

（3）背吃刀量的确定：

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。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.1——0.5mm。

（2）进给速度f的确定：1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100——200mm/min范围内选取。2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20——50mm/min范围内选取。3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20——50mm/min范围内选取。4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。2)切削用量的选择方法2、切削用量的选择五、切削用量的确定2.3数控加工工艺设计

表2-2数控车削用量推荐表2、切削用量的选择五、切削用量的确定2.3数控加工工艺设计

表1-3铣刀的切削速度(m/min)2)切削用量的选择方法2、切削用量的选择五、切削用量的确定2.3数控加工工艺设计

表1-4铣刀进给量(mm/每齿)2)切削用量的选择方法2、切削用量的选择五、切削用量的确定2.3数控加工工艺设计

1、对刀点与换刀点的确定六、走刀路线的确定对刀点，即是确定工件在机床上的位置，也就是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系时所使用的点。换刀点的确定：换刀时避免碰撞到工具、夹具、机床，同时，尽可能减少刀具的空行程。2.3数控加工工艺设计

行切+环切

刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。2、切入切出点的选择六、走刀路线的确定2.3数控加工工艺设计

确定走刀路线的原则(1)应保证被加工工件的精度和表面粗糙度；(2)在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作。(3)应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率；(4）选择使工件在加工后变形小的路线.3、走刀路线的确定六、走刀路线的确定2.3数控加工工艺设计

1）.孔加工路线：确保空行程路径最短c)路线2b)路线1a)零件图样3、走刀路线的确定六、走刀路线的确定2.3数控加工工艺设计

2).挖槽加工路线：兼顾加工质量和效率

c）a）b）行切环切行切+环切3、走刀路线的确定六、走刀路线的确定2.3数控加工工艺设计

3）曲面加工路线：考虑材料的纹理性质行切+环切3、走刀路线的确定六、走刀路线的确定2.4数控加工的数学处理2.1数控加工工艺概述

2.2数控加工工艺分析

2.3数控加工工序设计

2.4数控加工的数学处理

2.5数控加工工艺文件的制定第2章

数控加工工艺基础一、基点、节点、刀位点的概念二、基点、节点的数学计算处理三、切入、切出点的处理2.4数控加工的数学处理2.4数控加工的数学处理

一、基点、节点、刀位点的概念1.基点的含义：特点：基点可以直接作为运动轨迹的起点或终点；相邻基点间只能有一个几何元素。

基点直接计算的内容：

每条运动轨迹的起点和终点在选定坐标系中的坐标、圆弧运动轨迹的圆心坐标值。构成零件轮廓的几何元素的交点或切点称为基点。

特点：方法比较简单，一般可根据零件图样上给定的尺寸运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识，直接计算出数值。要注意小数点后的位数要留够，以保证足够的精度。

2.4数控加工的数学处理

2.节点的含义：

将组成零件轮廓的曲线按照数控系统插补功能的要求，在满足允许的编程误差的条件下，用若干直线或圆弧去逼近曲线并近似代替曲线，逼近线段的交点或切点称为节点。

节点的计算：常用的有直线逼近法和圆弧逼近法。

一、基点、节点、刀位点的概念2.4数控加工的数学处理

3.刀位点的含义：一、基点、节点、刀位点的概念刀位点：标志刀具所处位置的坐标点。数控系统就是从对刀点开始控制刀位点的运动，并由刀具的切削刃加工出不同要求的零件轮廓。立铣刀的刀位点：刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀刀位点：球心；钻头刀位点：钻尖或钻头底面中心；镗刀、车刀刀位点：刀尖或刀尖圆弧中心；2.4数控加工的数学处理

二、基点、节点的数学计算处理1.直线圆弧零件轮廓的基点坐标计算方法：（1）代数法:通过列方程组的方法来求解基点坐标。

其特点:方便计算机求解，但对于手工编程计算比较繁琐。（2）几何法:根据图形间的几何关系利用三角函数求解基点坐标。特点：与列方程组解法相比计算比较简单、方便。2.4数控加工的数学处理

二、基点、节点的数学计算处理1.直线圆弧零件轮廓的基点坐标计算方法：(1)采用代数法

轮廓铣削加工时的刀位点轨迹

从图上我们可以看出：刀位点轨迹实际就是零件轮廓的等距线，根据零件轮廓条件和刀具半径r刀，就可求出刀位点轨迹。2.4数控加工的数学处理

二、基点、节点的数学计算处理1.直线圆弧零件轮廓的基点坐标计算方法：

直线轮廓铣削加工时的刀位点轨迹

(2)采用几何法

2.4数控加工的数学处理

节点计算的核心思想：在误差允许范围内将节点的计算转换为基点的计算。二、基点、节点的数学计算处理2.非直线圆弧零件轮廓的节点坐标计算方法：直线段逼近:有等间距法、等弦长法和等误差法δ1)等间距法—以相等的某自变量步长计算离散点。

关键问题：如何根据允许误差δ确定步长Δx2.4数控加工的数学处理

二、基点、节点的数学计算处理2.非直线圆弧零件轮廓的节点坐标计算方法：2)等弦长法--所有逼近线段的弦长相等

关键问题：以轮廓曲线最小曲率半径处的逼近误差最大δmax确定弦长，证δmax<δ允。

δ允2.4数控加工的数学处理

二、基点、节点的数学计算处理2.非直线圆弧零件轮廓的节