数控加工工艺设计课件

數控加工工藝設計

在進行數控加工工藝設計時，一般應進行以下幾方面的工作：數控加工工藝內容的選擇；

數控加工工藝性分析；

數控加工工藝路線的設計。

2.1.1數控加工工藝內容的選擇

對於一個零件來說，並非全部加工工藝過程都適合在數控機床上完成,而往往只是其中的一部分工藝內容適合數控加工。這就需要對零件圖樣進行仔細的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進行數控加工的內容和工序。2.1數控加工工藝設計主要內容

1、適於數控加工的內容在選擇時，一般可按下列順序考慮：（1）通用機床無法加工的內容應作為優先選擇內容；

（2）通用機床難加工，品質也難以保證的內容應作為重點選擇內容；

（3）通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內容，可在數控機床尚存在富裕加工能力時選擇。2、不適於數控加工的內容加工內容採用數控加工後，在產品品質、生產效率與綜合效益等方面都會得到明顯提高。相比之下，下列一些內容不宜選擇採用數控加工：（1）占機調整時間長。如以毛坯的粗基準定位加工第一個精基準，需用專用工裝協調的內容；（2）加工部位分散，需要多次安裝、設置原點。這時，採用數控加工很麻煩，效果不明顯，可安排通用機床補加工；（3）按某些特定的製造依據（如樣板等）加工的型面輪廓。

2.1.2數控加工工藝性分析結合編程的可能性和方便性提出一些必須分析和審查的主要內容。1、尺寸標注應符合數控加工的特點在數控編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。因此零件圖樣上最好直接給出座標尺寸，或儘量以同一基準引注尺寸。2、幾何要素的條件應完整、準確在程式編制中，編程人員必須充分掌握構成零件輪廓的幾何要素參數及各幾何要素間的關係。因為在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義，手工編程時要計算出每個節點的座標，無論哪一點不明確或不確定，編程都無法進行。

3、定位基準可靠

在數控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要。因此往往需要設置一些輔助基準，或在毛坯上增加一些工藝凸臺。如左下圖所示的零件，為增加定位的穩定性，可在底面增加一工藝凸臺，如右下圖所示。4、統一幾何類型及尺寸零件的外形、內腔最好採用統一的幾何類型及尺寸，這樣可以減少換刀次數，還可能應用控制程式或專用程式以縮短程式長度。

2.1.3數控加工工藝路線的設計數控加工工藝路線設計與通用機床加工工藝路線設計的主要區別,在於它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數控加工工序工藝過程的具體描述。因此在工藝路線設計中一定要注意到，由於數控加工工序一般都穿插於零件加工的整個工藝過程中，因而要與其它加工工藝銜接好。常見工藝流程如下圖所示。

數控加工工藝路線設計中應注意以下幾個問題：

1、工序的劃分

根據數控加工的特點，數控加工工序的劃分一般可按下列方法進行：（1）以一次安裝、加工作為一道工序。（2）以同一把刀具加工的內容劃分工序（3）以加工部位劃分工序（4）以粗、精加工劃分工序

2、順序的安排

順序安排一般應按以下原則進行：（1）上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床加工工序的也應綜合考慮；（2）先進行內腔加工，後進行外形加工；（3）以相同定位、夾緊方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好連續加工，以減少重複定位次數、換刀次數與挪動壓板次數。3、數控加工工藝與普通工序的銜接數控加工工序前後一般都穿插有其他普通加工工序，如銜接得不好就容易產生矛盾。因此在熟悉整個加工工藝內容的同時，要清楚數控加工工序與普通加工工序各自的技術要求、加工目的、加工特點，如要不要留加工餘量，留多少；定位面與孔的精度要求及形位公差；對校形工序的技術要求；對毛坯的熱處理狀態等。

2.2數控加工工藝設計方法在選擇了數控加工工藝內容和確定了零件加工路線後，即可進行數控加工工序的設計。數控加工工序設計的主要任務是進一步把本工序的加工內容、切削用量、工藝裝備、定位夾緊方式及刀具運動軌跡確定下來，為編制加工程式作好準備。

2.2.1確定走刀路線和安排加工順序走刀路線就是刀具在整個加工工序中的運動軌跡，它不但包括了工步的內容，也反映出工步順序。走刀路線是編寫程式的依據之一。確定走刀路線時應注意以下幾點：1、尋求最短加工路線如加工下圖所示零件上的孔系。中圖的走刀路線為先加工完外圈孔後，再加工內圈孔。若改用右圖的走刀路線，減少空刀時間，則可節省定位時間近一倍，提高了加工效率。

2、最終輪廓一次走刀完成為保證工件輪廓表面加工後的粗糙度要求，最終輪廓應安排在最後一次走刀中連續加工出來。

如下圖為用行切方式加工內腔的走刀路線，這種走刀能切除內腔中的全部餘量，不留死角，不傷輪廓。但行切法將在兩次走刀的起點和終點間留下殘留高度，而達不到要求的表面粗糙度。所以如採用中圖的走刀路線，先用行切法，最後沿周向環切一刀，光整輪廓表面，能獲得較好的效果。右圖也是一種較好的走刀路線方式。

3、選擇切入切出方向

考慮刀具的進、退刀（切入、切出）路線時，刀具的切出或切入點應在沿零件輪廓的切線上，以保證工件輪廓光滑；應避免在工件輪廓面上垂直上、下刀而劃傷工件表面；儘量減少在輪廓加工切削過程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕，如右圖所示。4、選擇使工件在加工後變形小的路線對橫截面積小的細長零件或薄板零件應採用分幾次走刀加工到最後尺寸或對稱去除餘量法安排走刀路線。安排工步時，應先安排對工件剛性破壞較小的工步。

2.2.2確定定位和夾緊方案在確定定位和夾緊方案時應注意以下幾個問題：（1）盡可能做到設計基準、工藝基準與編程計算基準的統一；（2）儘量將工序集中，減少裝夾次數，盡可能在一次裝夾後能加工出全部待加工表面；（3）避免採用占機人工調整時間長的裝夾方案；（4）夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位。

如圖左圖薄壁套的軸向剛性比徑向剛性好，用卡爪徑向夾緊時工件變形大，若沿軸向施加夾緊力，變形會小得多。在夾緊中圖所示的薄壁箱體時，夾緊力不應作用在箱體的頂面，而應作用在剛性較好的凸邊上，或改為在頂面上三點夾緊，改變著力點位置，以減小夾緊變形,如右圖所示。

2.2.3確定刀具與工件的相對位置對於數控機床來說，在加工開始時，確定刀具與工件的相對位置是很重要的，這一相對位置是通過確認對刀點來實現的。對刀點是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點。對刀點可以設置在被加工零件上，也可以設置在夾具上與零件定位基準有一定尺寸聯繫的某一位置，對刀點往往就選擇在零件的加工原點。對刀點的選擇原則如下：

（1）所選的對刀點應使程式編制簡單；（2）對刀點應選擇在容易找正、便於確定零件加工原點的位置；（3）對刀點應選在加工時檢驗方便、可靠的位置；

（4）對刀點的選擇應有利於提高加工精度。

例如，加工右圖所示零件時，當按照圖示路線來編制數控加工程式時，選擇夾具定位元件圓柱銷的中心線與定位平面A的交點作為加工的對刀點。顯然，這裏的對刀點也恰好是加工原點。

在使用對刀點確定加工原點時，就需要進行“對刀”。所謂對刀是指使“刀位點”與“對刀點”重合的操作。每把刀具的半徑與長度尺寸都是不同的，刀具裝在機床上後，應在控制系統中設置刀具的基本位置。“刀位點”是指刀具的定位基準點。如下圖所示，圓柱銑刀的刀位點是刀具中心線與刀具底面的交點；球頭銑刀的刀位點是球頭的球心點或球頭頂點；車刀的刀位點是刀尖或刀尖圓弧中心；鑽頭的刀位點是鑽頭頂點。

換刀點是為加工中心、數控車床等採用多刀進行加工的機床而設置的，因為這些機床在加工過程中要自動換刀。對於手動換刀的數控銑床，也應確定相應的換刀位置。為防止換刀時碰傷零件、刀具或夾具，換刀點常常設置在被加工零件的輪廓之外，並留有一定的安全量。

2.2.4確定切削用量對於高效率的金屬切削機床加工來說，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。經濟的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。編程人員在確定每道工序的切削用量時，應根據刀具的耐用度和機床說明書中的規定去選擇。在選擇切削用量時要充分保證刀具能加工完一個零件，或保證刀具耐用度不低於一個工作班，最少不低於半個工作班的工作時間。背吃刀量主要受機床剛度的限制，在機床剛度允許的情況下，盡可能使背吃刀量等於工序的加工餘量，這樣可以減少走刀次數，提高加工效率。對於表面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工餘量，數控加工的精加工餘量可比通用機床加工的餘量小一些。

編程人員在確定切削用量時，要根據被加工工件材料、硬度、切削狀態、背吃刀量、進給量，刀具耐用度，最後選擇合適的切削速度。下表為車削加工時的選擇切削條件的參考數據。

2.3填寫數控加工技術檔填寫數控加工專用技術檔是數控加工工藝設計的內容之一。這些技術檔既是數控加工的依據、產品驗收的依據，也是操作者遵守、執行的規程。技術檔是對數控加工的具體說明，目的是讓操作者更明確加工程式的內容、裝夾方式、各個加工部位所選用的刀具及其它技術問題。數控加工技術檔主要有：數控編程任務書、工件安裝和原點設定卡片、數控加工工序卡片、數控加工走刀路線圖、數控刀具卡片等。以下提供了常用檔格式，檔格式可根據企業實際情況自行設計。

2.3.1數控編程任務書它闡明了工藝人員對數控加工工序的技術要求和工序說明，以及數控加工前應保證的加工餘量。它是編程人員和工藝人員協調工作和編制數控程式的重要依據之一，詳見附表。2.3.2數控加工工件安裝和原點設定卡片（簡稱裝夾圖和零件設定卡）它應表示出數控加工原點定位方法和夾緊方法，並應注明加工原點設置位置和座標方向，使用的夾具名稱和編號等，詳見附表。

2.3.3數控加工工序卡片

數控加工工序卡與普通加工工序卡有許多相似之處，所不同的是：工序簡圖中應注明編程原點與對刀點，要進行簡要編程說明（如：所用機床型號、程式編號、刀具半徑補償、鏡向對稱加工方式等）及切削參數（即程式編入的主軸轉速、進給速度、最大背吃刀量或寬度等）的選擇，詳見附表。2.3.4數控加工走刀路線圖

在數控加工中，常常要注意並防止刀具在運動過程中與夾具或工件發生意外碰撞，為此必須設法告訴操作者關於編程中的刀具運動路線（如：從哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等）。為簡化走刀路線圖，一般可採用統一約定的符號來表示，詳見附表。

2.3.5數控刀具卡片

數控加工時，對刀具的要求十分嚴格，一般要在機外對刀儀上預先調整刀具直徑和長度。刀具卡反映刀具編號、刀具結構、尾柄規格、組合件名稱代號、刀片型號和材料等。它是組裝刀具和調整刀具的依據，詳見附表。

2.2.4確定切削用量對於高效率的金屬切削機床加工來說，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。經濟的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。編程人員在確定每道工序的切削用量時，應根據刀具的耐用度和機床說明書中的規定去選擇。在選擇切削用量時要充分保證刀具能加工完一個零件，或保證刀具耐用度不低於一個工作班，最少不低於半個工作班的工作時間。背吃刀量主要受機床剛度的限制，在機床剛度允許的情況下，盡可能使背吃刀量等於工序的加工餘