1.数控加工的概念 根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。 2.数控加工的过程 3.数控加工的原理 4.数控加工工艺的概念 数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。 6.数控加工工艺设计的主要内容 7.数控加工工艺与普通加工工艺的区别及特点 (1)数控加工工艺内容的选择 ①适于数控加工的内容： a.通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； b.通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重 点选择内容； c.通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的 内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。 ② 不适于数控加工的内容： a.占机调整时间长。 b.加工部位分散，需要多次安装、设置原点。 c.按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。 此外，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。 (２) 数控加工工艺性分析 被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。 ① 尺寸标注应符合数控加工的特点 ② 几何要素的条件应完整、准确 ③ 定位基准可靠 ④ 统一几何类型及尺寸 (３)数控加工工艺路线的设计 数控加工工艺路线设计往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因而要与其它加工工艺衔接好，常见工艺流程如图。 数控加工工艺路线设计应注意以下几个问题： ①工序的划分 数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： a.以一次安装、加工作为一道工序。 b.以粗、精加工划分工序。 c.以加工部位划分工序。 d.以同一把刀具加工的内容划分工序。 ② 顺序的安排 顺序安排一般应按以下原则进行： a.上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑； b.先进行内腔加工，后进行外形加工； c.以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。 ③ 数控加工工艺与普通工序的衔接 数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样才能使各工序达到相互满足加工需 要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。 2.数控加工工序设计 在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。 工序设计内容： 确定走刀路线和安排加工顺序 确定定位和夹紧方案 确定刀具与工件的相对位置 确定切削用量 (1)确定走刀路线和安排加工顺序 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点： ① 寻求最短加工路线 ② 最终轮廓一次走刀完成 ③ 选择切入切出方向 （2)确定定位和夹紧方案 在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题： ① 尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的一； ② 尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面； 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。 夹紧力作用点与夹紧变形的关系 ： a) 薄壁套 b) 改进方法2 c)改进方法2 (3)确定刀具与工件的相对位置 对刀点：是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。 对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下： ① 所选的对刀点应使程序编制简单； ② 对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置； ③ 对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置； ④ 对刀点的选择应有利于提高加工精度。 在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。 “刀位点”是指刀具的定位基准点。 (4)确定切削用量 编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、刀具耐用度，先确定背吃刀量、进给量，最后选择合适的切削速度。 数控车削加工是数控加工中用得最多的加工方法之一，由于数控车床具有精度高、能做直线和圆弧插补以及在加工过程中能自动变速的特点，其工艺范围较普通机床宽得多。数控车床适合于车削具有以下要求和特点的回转类零件。 （1） 精度要求高的回转体零件 （2） 带特殊螺纹的回转体零件 （3） 表面形状复杂的回转体零件 (2)研究制定工艺方案 (3)编制加工程序 V 1、数控铣床的坐标系统 立式升降台铣床的坐标方向为：Z轴垂直（与主轴轴线重合），向上为正方向；面对机床立柱的左右移动方向为X轴，将刀具向右移动（工作台向左移动）定义为正方向；根据右手笛卡尔坐标系的原则，Y轴应同时与Z轴和X轴垂直，且正方向指向床身立柱。 卧式升降台铣床的坐标方向为：Z轴水平，且向里为正方向（面对工作台的平行移动方向）；工作台的平行向左移动方向为X轴正方向；Y轴垂直向上。 数控装置通电后通常要进行回参考点操作，以建立机床坐标系。参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过参数来指定机床参考点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC就建立起了机床坐标系。 对于很多复杂曲面零件及模具而言，刀具轨迹计算完成后，都需要对刀具轨迹进行编辑与修改。这是因为：在零件模型的构造过程中，往往处于某种考虑对待加工表面及约束面进行延伸并构造辅助面，从而使生成的刀具轨迹超出加工表面范围需要进行裁剪和编辑；由于生成的曲面不光滑，使刀位点出现异常，需对刀位点进行修改；采用的走刀方式经检验不合理，需改变走刀方式等等，都需进行刀具轨迹的编辑。 刀位轨迹编辑一般包括刀位点、切削段、切削行、切削块的删除、拷贝、粘贴、插入、移动、延伸、修剪、几何变换，刀位点的匀化，走刀方式变化时刀具轨迹的重新编排以及刀具轨迹的加载与存储等。 2.3.1 数控机床工件装夹及夹具选用 1.机床夹具概述 2.组合夹具的选用 3.通用夹具的选用 4.专用夹具 2.3.2 数控刀具的选用 1、数控刀具的基本特点 2、数控刀具的材料 3、可转位车刀的选用 4、旋转刀具的选择 5、工具系统选择 3、可转位车刀的选用 4、旋转刀具的选择 5、工具系统选择 数控加工技术文件主要有： 数控编程任务书、工件安装和原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。以下提供了常用文件格式，文件格式可根据企业实际情况自行设计。 1.数控编程任务书 它阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明，以及数控加工前应保证的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一 2.数控加工工件安装和原点设定卡片 （简称装夹图和零件设定卡） 3.数控加工工序卡片 4.数控加工走刀路线)螺纹铣刀 铣削的优点： 螺纹铣削免去了采用大量不同类型丝锥 的必要性； 加工具有相同螺距的任意螺纹直径； 加工始终产生的是短切屑，因此不存在 切屑处置方面的问题。 刀具破损的部分可以很容易地从零件中 去除。 不受加工材料限制，那些无法用传统方 法加工的材料可以用螺纹铣刀进行加工。 采用螺纹铣刀，可以按所需公差要求加工， 螺纹尺寸是由加工循环控制的。 与传统HSS(高速钢)攻丝相比，采用硬质 合金螺纹铣削可以提高生产率。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 螺纹铣刀分类 圆柱螺纹铣刀： 它的螺纹切削刃与丝锥不同，刀 具上无螺旋升程，加工中的螺旋 升程靠机床运动实现； 该刀具既可加工右旋螺纹，也可 加工左旋螺纹； 适用于钢、铸铁和有色金属材料 的中小直径螺纹铣削，切削平稳， 耐用度高。缺点是刀具制造成本 较高，结构复杂，价格昂贵。 机夹螺纹铣刀： 适用于较大直径(如D25mm)的内、外 螺纹加工； 刀片易于制造，价格较低，有的螺纹 刀片可双面切削； 抗冲击性能较整体螺纹铣刀稍差。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 丝锥的选择： 工件材料的可加工性是攻螺纹 难易的关键，对于高强度的工件 材料，丝锥的前角和下凹量（前 面的下凹程度）通常较小，以增 加切削刃强度。下凹量较大的丝 锥则用在切削扭矩较大的场合， 长屑材料需较大的前角和下凹量， 以便卷屑和断屑； 加工较硬的工件材料需要较大 的后角，以减小磨擦和便于冷却 液到达切削刃，加工软材料时， 太大的后角会导致螺孔扩大； 螺旋槽丝锥主要用于盲孔的螺 纹加工。加工硬度、强度高的工 件材料，所用的螺旋槽丝锥螺旋 角较小，这可改善其结构强度。 攻螺纹是在数控铣床 和加工中心上加工小 螺纹孔最常用的方法。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 数控车床 工具系统 镗铣类整体式工具系统 工具系统是针对数控 机床要求与之配套的 刀具必须可快换和高 效切削而发展起来的， 是刀具与机床的接口。 工具系统分类 镗式 铣工 类具 模系 块统 模块式刀柄通过将基本刀柄、接杆和 加长杆（如需要）进行组合，可以用 很少的组件组装成非常多种类的刀柄。 整体式刀柄用于刀具装配中装夹不改 变，或不宜使用模块式刀柄的场合。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 3 2 1 75 - XS16 - JT(BT)40 工具系统型号表示方法 1.柄部型式及尺寸 JT：表示采用国际标准ISO7388号 加工中心机床用锥柄柄部； BT：表 示采用日本标准MAS403号加工中心 机床用锥柄柄部；其后数字为相应的 ISO锥度号：如?50和40分别代表大端 直径69.85和44.45的7:24锥度。 2.刀柄用途及主参数 XD –装三面铣刀刀柄?? MW --无扁尾氏锥柄刀柄 XS –装三面刃铣刀刀柄 M – 有扁尾氏锥柄刀柄 Z（J）--装钻夹头刀柄（贾式锥度加J） XP – 装削平柄铣刀刀柄 用途后的数字表示工具的工作特性， 其含义随工具不同而异。 3.工作长度 §2.3 数控加工系统的工艺装备 常用刀柄 面铣刀刀柄 整体钻夹头刀柄 镗刀柄 莫式锥度刀柄 快换式丝锥刀柄 钻夹头刀柄 ER弹簧夹头刀柄 ER弹簧夹头 侧压式立铣刀柄 §2.3 数控加工系统的工艺装备 ISO 7388及DIN 69871的A型拉钉 ISO 7388及DIN 69871的B型拉钉 MAS BT的拉钉 拉钉是带螺纹的零件，常固定在各 种工具柄的尾端。机床主轴内的拉 紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。 数控机床刀柄有不同的标准，机床 刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有 多种型号和规格。 拉钉的选择： 根据数控机床说明书选择； 对机床自带的拉钉进行测量后来确定。 注意： 如果拉钉选择不当，装在刀 柄上使用可能会造成事故。 拉钉的种类及选择 §2.3 数控加工系统的工艺装备 §2.4 数控加工工艺文件的编制 液压 三爪卡盘：用于回转工件的自动装卡 四爪单动卡盘：用于非回转体或偏心件的装卡 §2.3 数控加工系统的工艺装备 平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活动侧用于夹紧。 正弦平口钳，通过钳身上的孔及滑槽来改变角度，可用于斜面零件的装夹 §2.3 数控加工系统的工艺装备 4、专用夹具 专用夹具:指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批大量生产 §2.3 数控加工系统的工艺装备 连杆加工专用夹具该夹具靠工作台T形槽和夹具体上定位键确定其在数控铣床上的位置，并用T形螺栓紧固。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 连杆加工专用铣槽夹具结构夹具 l一夹具体；2一压板；3、7一螺母；4、5一垫圈：6一螺栓；8一弹簧；9一定位键；10一菱形销；11一圆柱销 §2.3 数控加工系统的工艺装备 §2.3 数控加工系统的工艺装备 1、数控刀具的基本特征 （1）数控刀具应具有以下特点 ： ① 刀具有很高的切削，效率； ② 数控刀具有高的精度和重复定位精度； ③ 要求刀具有很高的可靠性和耐用度； ④ 实现刀具尺寸的预调和快速换刀 ； ⑤ 具有一个比较完善的工具系统 ； ⑥ 建立刀具管理系统 ； ⑦ 应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （2）数控刀具分类： 按照刀具结构分： 整体式：钻头、立铣刀等 镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式 特殊形式：复合式、减振式等 机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%—40%，金属切除率占总数80%—90%。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 按照切削工艺分： 车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等 铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等 钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等 镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等 §2.3 数控加工系统的工艺装备 车削刀具： 外圆车刀 内孔车刀 螺纹车刀 §2.3 数控加工系统的工艺装备 铣削刀具： 面铣刀 方肩 铣刀 仿形 铣刀 三面刃和 螺纹铣刀 整体硬质 合金铣刀 §2.3 数控加工系统的工艺装备 钻削刀具： 铰刀 钻头 丝锥 §2.3 数控加工系统的工艺装备 镗削刀具： 粗镗刀 精镗刀 §2.3 数控加工系统的工艺装备 切削刀具材料的硬度和韧性 1923年发明的硬质合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年开发了CVD技术，使涂层硬质合金快速普及。自1974年起，开发了 TiC-TiN系金属陶瓷 2、数控刀具的材料 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （1）高速钢刀具 高速钢(HSS)刀具过去曾经是切削工具的主流，随着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，高速钢凭藉其在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面优良的综合性能，在切削某些难加工材料以及在复杂刀具，特别是切齿刀具、拉刀和立铣刀造中仍有较大的比重。但经过市场探索一些高端产品逐步已被硬质合金工具代替。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （2）硬质合金刀具 普通 硬质 合金 新型 硬质 合金 超细晶粒 硬质合金 涂层硬 质合金 金属陶瓷 粒径在1μm以下，这种材料具有 硬度高、韧性好、切削刀可靠性 高等优异性能 保持了普通硬质合金机体的强度 和韧性，又使表面有很高的硬度 和耐磨性 TiC(N)基硬质合金，其性能介于 陶瓷和硬质合金之间 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （3）硬质合金的分类和标志 P类 蓝色（包括P01~P50),系高合金化的硬质合金牌 号。这类合金主要用于加工长切屑的黑色金属 M类，黄色（包括M10~M40），系中合化的硬质 合金牌号。这类合金为通用型，适于加工长切屑 或短切屑的黑色金属及有色金属 切削刀具用硬质合金根据国际 标准ISO分类，把所有牌号分 成用颜色标志的三大类，分别 用P、M、K表示 M类 红色（包括K10~K40），系单纯WC的硬质合金 牌号。主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金 属及非金属材料 K类 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （4）陶瓷刀具 不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和 毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工； 可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料； 刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数； 可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高3-10倍。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （5）超硬刀具 是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括：单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金刚石等。超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 市场经济不断地推进，现代企业在高目标和低成本的追求过程中，已逐渐改变了传统的“大而全”、“小而全”的模式，取而代之的是以投入最小的人力、物力获得最大效益的“主题”生产。体现在金属切削刀具领域，成本已不再是简单的购买刀具的费用，一方面，采用什么样的刀具会影响到产品工艺、机床的选型和配置、生产效率、产品质量等，因而受到越来越多的重视；另一方面，自制刀具是否划算？人力物力的投入也成为企业考虑的问题。企业内部的成本核算推进了生产过程的专业化服务。因此，对一般机械加工企业来说，刀具的配置，更多的是如何选、如何用，而不是在如何设计与制造上。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 上一页 下一页 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （1）刀片的夹紧方式 山特维克可乐满车刀的夹紧方式选择 各种夹紧方式是为适用于不同的应用范围设计的。为了帮助您选择具体工序的最佳刀具，按照适合性对它们分类，适合性有1-3 个等级，3为最佳 选择。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （2）刀片形状的选择 正型（前角）刀片： 对于内轮廓加工，小 型机床加工，工艺系 统刚性较差和工件结 构形状较复杂应优先 选择正型刀片。 负型（前角）刀片： 对于外圆加工，金属 切除率高和加工条件 较差时应优先选择负 型刀片。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （3）刀片形状的选择 根据加工轮廓 选择刀片形状 一般外圆车削常用80° 凸三角形、四方形和 80 °菱形刀片；仿形 加工常用55 °、35 ° 菱形和圆形刀片； 在机床刚性、功率允 许的条件下，大余量、 粗加工应选择刀尖角 较大的刀片，反之选 择刀尖角较小的刀片。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 不等棱边刀刃不仅刀刃锋利且强度也好 连续或继续加工均适合 ??????????????? HX 重切削 大进给粗加工 断续、黑皮切削 两面均有断屑槽 ???????????????????? GH 准重切削 适用于仿形向上切削加工 正角刀棱锋利 ?????????????????????? MV 中切削 适合用于小切深,大进给 大的前角刃口锋利 ???????????????????? SH 轻切削 精加工专用断屑槽 ???????????????????? FH 精加工切削 特点 断屑槽形状 代号 切削范围 MITSUBISHI推荐的适用 于加工钢材的断屑槽形 （4）断屑槽的参数直 接影响到切削的 卷曲和折断，目 前刀片的断屑槽 形式较多，各种 断屑槽刀片的使 用情况不尽相同， 选用时一般参照 具体的产品样本。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 可转位铣刀 的选用特点 可转位铣 刀的选用 类型的选择 可转位面铣刀、立铣刀、槽铣刀、专用铣刀等 可转位铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃 倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式。 刀片牌号和断 屑槽形的选择 可转位铣刀直径的选用主要取决于设备的规格和工件的 加工尺寸。 为满足不同用户的需要，同一直径的可转位铣刀一般有 粗齿、中齿、密齿三种类型。 齿数的选择 角度的选择 直径的选择 合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的 性能和硬质合金的性能。用于铣削的刀片槽形一般有轻 型、中型和重型。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （1）可转位铣刀类型的选择 可转位铣 刀的类型 可转位面铣刀：主要用于加工较大平面选择，主要有平面粗 铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合铣刀三种。 可转位槽铣刀：主要有三面刃铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀。 可转位立铣刀：主要用于加工凸台、凹槽、小平面、曲面等。 主要有立铣刀、孔槽铣刀、球头立铣刀、R立铣刀、T型槽铣 刀、倒角铣刀、螺旋立铣刀、套式螺旋立铣刀等。 可转位专用铣刀：用于加工某些特定零件，其型式和尺寸取决 于所用机床和零件的加工要求。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （2）可转位铣刀齿数（齿距）的选择 可转位铣 刀的齿数 粗齿铣刀：大余量粗加工、软材料、切削 宽度较大、机床功率较小。 中齿铣刀：通用系列，使用范围广泛，具 有较高的金属切除率和切削稳定性。 密齿铣刀：用于铸铁、铝合金和有色金属 的大进给速度切削加工。 不等分齿距铣刀：防止工艺系统出现共振， 使切削平稳 ，在铸钢、铸铁件的大余量粗 加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （3）可转位铣刀角度的选择 可转位铣 刀的角度 主偏角：可转位铣刀的主偏角有90°、88°、75°、 70°、60°、45°等几种。 前角：铣刀的前角可分解为径向前角和轴向前角。 常用的前角组合形式如下：双负前角、双正前角、 正负前角(轴向正前角、径向负前角)三种。 各种角度中最主要的是主偏角和前角 (制造厂的产品样本中对刀具的主偏角 和前角一般都有明确说明) 。 铣刀角度 的功能 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （4）可转位铣刀直径的选择 立铣刀直径选择：主要 考虑工件加工尺寸的要求，并 保证刀具所需功率在机床额定 功率范围以内。如系小直径立 铣刀，则应主要考虑机床的最 高转速能否达到刀具的最低切 削速度要求。 面铣刀直径选择：主要是根 据工件宽度选择，同时要考虑机 床的功率、刀具的位置和刀齿与 工件接触形式等，也可将机床主 轴直径作为选取的依据，面铣刀 直径可按D＝1.5d（d为主轴直径） 选取。一般来说，面铣刀的直径 应比切宽大20%～50%。 面铣刀的直径应比 切宽大20%～50% 两次走刀铣削平面，轨迹之间须有重叠部分 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （5）刀片牌号和断屑槽形的选择 可转位铣刀 刀片牌号和 断屑槽形 一般用户选用可 转位铣刀时，均 由刀具制造厂根 据用户加工的材 料及加工条件配 备相应牌号的硬 质合金刀片 P类合金（含金属陶瓷）：P01P05 P10P15P20P25P30P40P50 M类合金：M10M20M30M40 K类合金：K01 K10K20K30K40 断屑槽形的选择 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （5）制定加工中心加工工艺 零件的工艺分析 分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求 ； 检查零件图的完整性和正确性； 分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心加工时的可行性、经济性、方便性； 确定加工中心的加工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结构和表面 ； §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 工艺方案的设计 工艺设计包括完成加工任务所需要的设备、工装量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。 加工方法的选择 加工顺序的合理按排 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 工步设计 先粗加工，半精加工，再精加工。 既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。 采用相同设计基准集中加工的原则。 相同工位集中加工，邻近工位一起加工可提高加工效率。 按所用刀具划分工步。 有较高同轴度要求的孔系，应该单独完成，再加工其他形位。 在一次装夹定位中，能加工的形位全部加工完。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 进给路线的确定 孔加工路线的确定： 确定XY平面内的进给路线：定位要迅速，保证不发生碰撞的前提下缩短空行程；定位要准确。 确定Z向的进给路线 数控加工工艺分析与工艺设计 加工余量的确定 表面粗糙度 表面缺陷层深度 空间偏差 表面几何形状误差 装夹误差 影响加工余量大小的因素 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 工序尺寸及公差的确定 注意定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及公差的确定问题。 切削用量的选择 选择加工中心切削用量时，应根据加工类型方式和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）；坯料种类、硬度；刀具类型、转速、直径大小、刀刃材质等因素综合确定。参照理论切削用量，根据实际切削的具体情况，确定合适的切削用量。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （6）典型加工中心加工零件工艺分析 盖板零件在加工中心的加工工艺 盖板是机械加工中常见的零件，加工表面有平面和孔，通常需经铣平面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔及攻螺纹等工步才能完成。下面以右图所示盖板为例介绍其加工中心加工工艺。 盖板零件简图 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 零件工艺分析 选择加工中心 设计工艺： 选择加工方法 确定加工顺序 确定装夹方案和选择夹具 选择刀具 制定工艺步骤： 确定进给路线 选择切削用量 盖板零件在加工中心的加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （1）分析零件图样，选择加工内容 该盖板的材料为铸铁，故毛坯为铸件。由零件图可知，盖板的四个侧面为不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度为IT7级。从工序集中和便于定位两个方面考虑，选择B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，将A面作为主要定位基准，并在前道工序中先加工好。 盖板零件在加工中心的加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （2）选择加工中心 由于B面及位于B面上的全部孔，只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面不多，只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步，所需刀具不超过20把。选用国产XH714型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台尺寸为400mm×800mm，x轴行程为600mm， y轴行程为400mm，z轴行程为400mm，主轴端面至工作台台面距离为125～525mm，定位精度和重复定位精度分别为0.02mm和 0.01mm,刀库容量为18把,工件一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步的加工。 盖板零件在加工中心的加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （3） 设计工艺 ① 选择加工方法 B平面用铣削方法加工,因其表面粗糙度Ra为6.3μm,故采用粗铣——精铣方案； φ60H7 孔为已铸出毛坯孔，为达到IT7级精度和Ra0.8μm的表面粗糙度，需经三次镗削，即采用粗镗——半精镗——精镗方案；对φ12H8孔，为防止钻偏和达到IT8级精度，按钻中心孔——钻孔——扩孔——铰孔方案进行；φ16mm孔在φ12mm孔基础上锪至尺寸即可；M16mm螺纹孔采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法，即按钻中心孔——钻底孔——倒角——攻螺纹方案加工。 盖板零件在加工中心的加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ② 确定加工顺序 按照先面后孔、先粗后精的原则确定。具体加工顺序为粗、精铣B面——粗、半精、精镗φ60H7孔——钻各光孔和螺纹孔的中心孔——钻、扩、锪、铰φ12H8及φ16mm孔——M16mm螺孔钻底孔、倒角和攻螺纹，详见下表。 盖板零件在加工中心的加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 数控加工工序卡片 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ③ 确定装夹方案和选择夹具 该盖板零件形状简单，四个侧面较光整，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，故可选用通用台钳，以盖板底面A和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧。 盖板零件在加工中心的加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ④ 选择刀具 所需刀具有面铣刀、镗刀、中心钻、麻花钻、铰刀、立铣刀(锪φ16mm孔)及丝锥等，其规格根据加工尺寸选择。B面粗铣铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率；B面精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹，但要考虑到刀库允许装刀直径(XH714型加工中心的允许装刀直径：无相邻刀具为φ150mm，有相邻刀具为φ80mm )也不能太大。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。XH714型加工中心主轴锥孔为ISO40，适用刀柄为BT40(日本标准JISB6339)，利来国际登录故刀柄柄部应选择BT40型式。具体所选刀具及刀柄见下表。 盖板零件在加工中心的加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 数控加工刀具编号 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ⑤ 确定进给路线 B面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为φ100mm，故安排沿z方向两次进给(见下图)。所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，后面所示各图即为各孔加工工步的进给路线 数控加工工艺分析与工艺设计 盖板零件在加工中心的加工工艺 铣削B面进给路线孔进给路线 数控加工工艺分析与工艺设计 盖板零件在加工中心的加工工艺 钻中心孔进给路线孔进给路线 数控加工工艺分析与工艺设计 盖板零件在加工中心的加工工艺 锪φ16mm孔进给路线 钻螺纹底孔、攻螺纹进给路线 数控加工工艺分析与工艺设计 盖板零件在加工中心的加工工艺 支承套零件简图 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 盖板零件在加工中心的加工工艺 §2.3 数控加工系统的工艺装备 在机械制造中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品；可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。 1、机床夹具概述 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （1）夹具的组成 夹具 的组成 定位装置 夹紧装置 夹具体 其它装置或元件 作用是使工件在夹具中占据正确的位置。 作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置。 将夹具上的所有组成部分，联接成为一个整体的基础件。 包含对刀元件、导向元件、分度装置、连接元件等。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （2）夹具的分类 车床 夹 具 钻床 夹 具 铣床 夹 具 镗床 夹 具 磨床 夹 具 按适用机床分类 专 用 夹 具 按用途分类 通 用 夹 具 成 组 夹 具 组 合 夹 具 可 调 夹 具 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （1）组合夹具的特点 2、组合夹具的选用 组合夹具的优缺点： 优点：使用组合夹具可节省夹具的材料费、设计费、制造费，方便库存保管；另外，其组合时间短，能够缩短生产周期，反复拆装，不受零件尺寸改动限制，可以随时更换夹具定位易磨损件； 缺点：组合夹具需要经常拆卸和组装；其结构与专用夹具相比显得复杂、笨重；对于定型产品大批量生产时，组合夹具的生产效率不如专用夹具生产效率高。 组合夹具的适用范围： 1、组合夹具适用于新产品研制，单件、小批量生产，适用于产品品种多，生产周期短的产品结构。 2、机床设备适用于钻床、加工中心、镗床、铣床、磨床，也可以组合成装配工装、检查的检具和焊接夹具。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 （2）组合夹具的类型 组合夹具 的类型 孔系组合夹具 槽系组合夹具 根据零件的加工要求，用孔系列组合夹具元件即可快速地组装成机床夹具。该系列元件结构简单，以孔定位，螺栓连接，定位精度高，刚性好，组装方便。 夹具元件是靠基础板定位基准槽、键来连接各元件而组合成的夹具，所有元件可以拆卸、反复组装，重复使用。元件按其用途可分为基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、合件、其它件八大类进行组合。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 ① 孔系组合夹具 §2.3 数控加工系统的工艺装备 孔系组合夹具应用实例 §2.3 数控加工系统的工艺装备 ② 槽系组合夹具 槽系组合夹具 l一长方形基础板； 2一方形支撑件； 3一菱形定位盘； 4一快换钻套； 5一叉形压板； 6一螺栓； 7一手柄杆； 8一分度合件 §2.3 数控加工系统的工艺装备 槽系组合夹具应用实例 §2.3 数控加工系统的工艺装备 3、 通用夹具的选用 通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小批生产 。 §2.3 数控加工系统的工艺装备 二维型腔的切削方式 行切法 环切法 以一定角度方向进行平行走刀加工 走刀轨迹是沿型腔边界走环形等距线 数控加工工艺分析与工艺设计 行切加工方式 环切加工方式 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 曲面区域加工 曲面型腔加工 多曲面连续加工 曲面间过渡区域加工 裁减曲面加工 主要加工对象 ②多坐标数控铣削加工刀具轨迹生成 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 直纹面的加工刀具轨迹 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 参数线法 截平面法 回转截面法 投影法 常用的刀具轨迹生成方法 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ③参数线法加工 参数线法的基本思想是：任何一个曲面都可以写成参数方程[x,y,z]=[fx(u,v),fy(u,v),fz(u,v)]的形式。当u或v中某一个为常数时，形成空间的一条曲线。 参数线法计算简单，速度快，是曲面数控加工编程系统主要采用的方法，但当加工曲面的参数线不均匀时会造成刀具轨迹也不均匀，加工效率不高。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ④截面法加工 截面法加工的基本思想是：采用一组截面（可以是平面、也可以是回转柱面）去截取加工表面，截出一系列交线，将来刀具与加工表面的切触点就沿着这些交线运动，通过一定方法将这些交线连接在一起，就形成最终的刀具轨迹。 截面法主要适用于曲面参数线分布不太均匀及由多个曲面形成的组合曲面的加工。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ⑤投影法加工 投影法的基本思路是将一组事先定义好的曲线（也称导动曲线）或轨迹投影到曲面上，然后将投影曲线作为刀触点轨迹，从而生成曲面的加工轨迹。 投影法常用来处理其它方法难以获得满意效果的组合曲面和曲面型腔的加工。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 15.刀具轨迹编辑 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 刀具轨迹的平移 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 刀具轨迹的缩放 刀具轨迹的旋转 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （16）典型零件的数控加工工艺 毛坯为120㎜×60㎜×10㎜板材，5㎜深的外轮廓已粗加工过，周边留2㎜余量，要求加工出如图所示的外轮廓及φ20㎜的孔。工件材料为铝。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 确定工艺方案及加工路线 以底面为定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上 工步顺序： 钻孔φ20㎜ 按O’ABCDEFG线路铣削轮廓。 选择机床设备 根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用华中Ⅰ型（ZJK7532A型）数控钻铣床。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 选择刀具 采用φ20㎜的钻头，定义为T02,φ5㎜的平底立铣刀，定义为T01，并把该刀具的直径输入刀具参数表中。 由于华中Ⅰ型数控钻铣床没有自动换刀功能，按照零件加工要求，只能手动换刀。 确定切削用量 切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 确定工件坐标系和对刀点 在XOY平面内确定以0点为工件原点，Z方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图所示。 采用手动对刀方法把0点作为对刀点。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 编写程序 N0010 G92 X5 Y5 Z5 N0020 G91 N0030 G17 G00 X40 Y30 N0040 G98 G81 X40 Y30 Z-5 R15 F150 N0050 G00 X5 Y5 Z50N0060 M05N0070 M02 (1)加工φ20㎜孔程序(手工安装好φ20㎜钻头) 设置对刀点 相对坐标编程 在XOY平面内加工 钻孔循环 抬刀 主轴停转 程序结束 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 N0010 G92 X5 Y5 Z50N0020 G90 G41 G00 X-20 Y-10 Z-5 D01N0030 G01 X5 Y-10 F150N0040 G01 Y35 F150N0050 G91N0060 G01 X10 Y10 F150 N0070 G01 X11.8 Y0N0080 G02 X30.5 Y-5 R20N0090 G03 X17.3 Y-10 R20N0100 G01 X10.4 Y0N0110 G03 X0 Y-25N0120 G01 X-90 Y0N0130 G90 G00 X5 Y5 Z10N0140 G40N0150 M05N0160 M30 (2)铣轮廓程序(手工安装好ф5㎜立铣刀,不考虑刀具长度补偿) §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 2.2.4 加工中心加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 1、加工中心加工工件的安装、对刀与换刀 2、加工中心加工工艺 3、典型加工中心加工零件的工艺分析 （1）加工中心加工工件的安装 选择基准的三个基本要求： 所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠 所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单 保证加工精度 1、加工中心加工工件的安装、对刀与换刀 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 选择定位基准6原则： 尽量选择设计基准作为定位基准 定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度 工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工 所选基准要保证完成尽可能多的加工内容 批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合 （2）加工中心加工定位基准的选择 需要多次装夹时，基准应该前后统一 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （3）加工中心夹具的确定 对夹具的基本要求： 夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开 夹具在机床上能实现定向安装 夹具的刚性与稳定性要好 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 不影响进给的装夹示例 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 通用夹具 组合夹具 专用夹具 可调整夹具 多工位夹具 常用夹具种类 成组夹具 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 新型数控夹具体 孔系组合夹具 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 槽系组合夹具 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 加工中心夹具的选用原则： 在保证加工精度和生产效率的前提下，优先选用通用夹具 批量加工可考虑采用简单专用夹具 大批量加工可考虑采用多工位夹具和高效的气压、液压等专用夹具 采用成组工艺时应使用成组夹具 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （4）加工中心加工的对刀与换刀 对刀 机床上找正加紧后，确定工件坐标（编程坐标）原点的机床坐标 。 对刀点 工件在机床上找正夹紧后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点。 对刀点可选在工件上或装夹定位元件上，但对刀点与工件坐标点必须有准确、合理、简单的位置对应关系，方便计算工件坐标点在机床上的位置（工件坐标点的机床坐标）。对刀点最好能与工件坐标点重合。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 换刀 根据工艺需要，要用不同参数的刀具加工工件，在加工中按需要更换刀具的过程 。 换刀点 加工中更换刀具的位置。 加工中心有刀库和自动换刀装置，根据程序的需要可以自动换刀。换刀点应在换刀时工件、夹具、刀具、机床相互之间没有任何的碰撞和干涉的位置上，加工中心的换刀点往往是固定的。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 采用寻边器对刀 采用碰刀或试切方式对刀 外刀具预调+机上对刀 杠杆百分表对刀 机上对刀 水平方向对刀 Z向对刀 机外对刀仪对刀 对刀方法： §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 对刀点的选择原则 便于用数字处理和简化程序编制 在机床上找正容易，加工中便于检查 引起的加工误差小 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 对刀点与加工原点重合 铣削加工零件 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 对刀点与加工原点重合 对刀点在几何对称中心 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 对刀点在加工过程中便于检查 对刀点 × §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。 对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 对刀时应使对刀点与刀位点重合。 刀位点 是指确定刀具位置的基准点 如： 平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点取为球心；钻头为钻尖。 应根据工序内容来作安排，为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在距离零件较远的地方。 换刀点 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。 （5）选择走刀路线 数控加工工艺分析与工艺设计 ①确定走刀路线的一般原则 保证零件的加工精度和表面粗糙度 方便数值计算，减少编程工作量 缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间 尽量减少程序段数 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 切入切出点 切入点 。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ②切入点选择原则： 粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点。 精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。 总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。 ③切出点选择原则： 能连续完整的加工曲面。 非加工时间短。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 切入点的选择 。 。 。 A B C 应尽量避免在连续几何图素的中间切入 × 虽然是两几何图素的交点，但在这里刀具沿切线方向切出后将影响已加工表面精度 可沿图形轮廓切向切入切出，且保证轮廓封闭 × √ §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ④切入切出路径 在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 铣削外圆的切入切出路径 铣削外轮廓的切入切出路径 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 铣削内圆的切入切出路径 铣削内轮廓的切入切出路径 从尖点切入铣削内轮廓 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 以角点作为切入切出点 铣削内轮廓的切入切出路径 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 容易产生过切现象 铣削内轮廓的切入切出路径 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 走圆弧线切入 从直线中间切入 铣削内轮廓的切入切出路径 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应尽量选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。 为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时的余量，以减小切削力。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （6）避免引入反向误差 数控机床在反向运动时会出现反向间隙，如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 避免反向误差的加工路线 存在反向误差的加工路线 数控加工工艺分析与工艺设计 （7）刀具补偿的设置 在切入工件前应该已经完成刀具半径补偿，而不能在切入工件时同时进行刀具补偿，这样会产生过切现象。为此，应在切入工件前的切向延长线上另找一点，作为完成刀具半径补偿点. §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 刀具补偿的设置 切入工件同时补偿 切入工件前补偿 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （8）顺铣和逆铣加工 切削加工方式 顺铣 逆铣 在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相同 在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相反 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 为保证螺距的准确，应避免在进给机构的加速和减速过程中切削，所以应有引入距离和超越距离。 （9）车螺纹的引入和超越距离 引入距离 超越距离 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （10）避免刀具干涉 在连续切削的数控机床上，多数是使用立铣刀且几乎都是用侧刃进行切削，往往会产生刀具的干涉现象。 为了避免刀具的干涉，一般采用小直径的铣刀来加工，但在加工时则受力变形而产生的刀具弯斜量直接影响加工精度 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 虽然可把刀具的倒锥磨好以减轻刀具的弯斜量，但也不能最好地解决问题，特别在加工三维曲面更明显出现加工干涉区或加工盲区。 就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工；如果工件还存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床来加工了。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 立铣刀 工件 弯斜量 曲面工件 立铣刀 干涉区 · 立铣刀 工件 加工盲区 · · a b c 刀具干涉实例 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （11）数控铣削加工工艺参数的确定 步长 逼近误差 行距 切削速度 主轴转速 数控加工工艺参数 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ①两坐标数控铣削加工刀具轨迹生成 外形轮廓 封闭轮廓中的区域和岛 二维型腔 孔 二维字符 两坐标加工的对象 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 二维型腔的加工 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 (2)确定装夹方案： 内孔加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧。加工外轮廓时，为保证一次安装加工出全部外轮廓，需要设一圆锥心轴装置，用三爪卡盘夹持心轴左端，心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧以提高工艺系统的刚性。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 (3)确定加工顺序及走刀路线： 加工顺序的确定按由内到外、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。结合本零件的结构特征，可先加工内孔各表面，然后加工外轮廓表面。由于该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 (4)刀具选择： 将所选定的刀具参数填入表轴承套数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。 车M45螺纹 1 60°外螺纹车刀 T07 7 自左至右车外表面 1 93°左手偏刀 T06 6 25×25 0.2 自右至左车外表面 1 93°右手偏刀 T05 5 20×20 0.4 镗内孔各表面 1 镗刀 T04 4 钻底孔 1 φ26 mm钻头 T03 3 钻φ5mm中心孔 1 φ5中心钻 T02 2 25×25 0.5 车端面 1 45°硬质合金端面车刀 T01 1 备注 刀尖半径mm 加工表面 数量 刀具规格名称 刀具号 序号 Lathe-01 零件图号 轴承套 零件名称 产品名称或代号 轴承套数控加工刀具卡片 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 (5)切削用量选择：根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，计算结果填入表6-8工序卡中。 背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.l~0.4 mm较为合适。 (6)数控加工工艺卡片拟订：将前面分析的各项内容综合成如表所示的数控加工工艺卡片。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 课堂讨论1：活塞数控车加工工艺分析 端面和外轮廓粗车——端面和外轮廓精车 钻中心孔——端面和内轮廓粗车——端面和内轮廓精车 外轮廓精车——切槽 发动机活塞 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 课堂讨论2：数控车床加工实践——车酒杯 工件- 名称 : 酒杯 - 材料 : 铝 - 尺寸 : ? 65 x 130mm - 使用刀具数 : 5 - 加工时间 : 1 hr 48min - ? 0.1 800 - 切断 - 0.2 1,365 120 切槽 0.5 0.1 400 - 精车外轮廓 3.0 0.5 984 170 粗车外轮廓 0.5 0.1 1,557 220 精车内轮廓 3.0 0.3 1,203 170 粗车内轮廓 - 0.3 600 - 钻孔 (?41mm U-钻) Depth(mm) Feedrate(mm/rev) Spindle Speed(rpm) V(m/min) 工步名称 切削条件 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 2.2.3 数控铣削加工工艺 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 3、数控铣削加工工艺制定 2、数控铣削加工工件的装夹与对刀 1、数控铣床的坐标系统 机床坐标系 是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点。在机床经过设计制造和调整后这个原点便被确定下来，它是固定的点。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 迪卡尔 数控机床采用的是笛卡尔的直角三坐标系统，X、Y、Z三轴之间的关系遵循右手定则。如右图所示，右手三指尽量互成直角，拇指指向X轴正方向，食指指向Y轴正方向，中指指向Z轴正方向。 Z Y X 遵循右手笛卡尔直角坐标系原则 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 立式铣床的坐标系统 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 卧式铣床的坐标系统 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 2、数控铣削加工工件的安装 数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则： 尽量选择零件上的设计基准作为定位基准 定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容 定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合 必须多次安装时，应遵从基准统一原则 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 加工面的安装 加工内轮廓时的安装 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 加工外轮廓时的安装 不影响进给的装夹示例 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 对刀方式 标准芯轴和块规对刀 寻边器对刀 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 寻边器对刀 自动对刀 激光对刀 3、数控铣削加工工艺分析 数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，关系到机械加工的效果和成败，不容忽视。由于数控机床是按照程序来工作的，因此对零件加工中所有的要求都要体现在加工中，如加工顺序、加工路线、切削用量、加工余量、刀具的尺寸及是否需要切削液等都要预先确定好并编入程序中 。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （1）选择并确定进行数控加工的内容 数控加工内容的选择: 工件上的曲线轮廓 已给出数学模型的空间曲面 形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位 通用机床加工时难以测量和控制进给的内外凹槽 以尺寸协调的高精度孔或面 能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状 采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 立式数控铣床 卧式数控铣床 适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。 适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。 多坐标联动的卧式加工中心 用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 零件结构工艺性分析的主要内容： 审查与分析零件图纸中尺寸标注方法是否适合数控加工； 审查与分析图纸中几何元素的条件是否充分、正确； 审查与分析数控加工零件的结构合理性； §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 预防零件变形措施： 对于大面积的薄板零件，改进装夹方式，采用合适的加工顺序和刀具 采用适当的热处理方法 粗、精加工分开及对称去除余量等措施来减小或消除变形的影响 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 提高工艺性的措施 ： 减少薄壁零件或薄板零件 尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸 保证基准统一原则 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （2）零件图形的数学处理 编程尺寸确定的步骤： 基本尺寸换算成平均尺寸 保持原重要的几何关系不变并修改一般尺寸 计算未知结点坐标尺寸 编程尺寸的最后形成 数控加工的数值计算是程序编制中一个关键的环节。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 （3）工序的划分 在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部工序。 但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿命，降低数控机床的使用成本。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 导轨粗基准的加工 以加工后的床脚为基准加工导轨面 以导轨面为粗基准 加工床脚 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 数控铣削加工工序的划分 刀具集中分序法 粗、精加工分序法 按加工部位分序法 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 刀具集中分序法 即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。 特点： 这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 粗精加工分序法 这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。 注意： 粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 按加工部位分序法 即先加工平面、定位面，再加工孔； 先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状； 先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 零件材料变形小，加工余量均匀，可以采用刀具集中分序法，以减少换刀时间和定位误差； 例如： 若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精度要求较高，则应采用粗精加工分序法。 总之，在数控机床上加工零件，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况具体分析,许多工序的安排是综合了上述各分序方法的。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。 对刀点 指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。 （4）确定对刀点与换刀点 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 刀具与工件原点 Z 轴方向之距离 刀具与工件原点 X 轴方向之距离 刀具与工件原点 Y 轴方向之距离 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，其加工范围较普通车削广，不仅可以进行车削还可以铣削，具体见后 基本特征 数控车削时，工件做回转运动，刀具做直线或曲线运动，刀尖相对工件运动的同时，切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面。其中，工件的回转运动为切削主运动，刀具的直线或曲线运动为进给运动。两者共同组成切削成形运动 加工范围 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 2、数控车床的主要加工对象 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 高精度的机床主轴 高速电机主轴 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 车削视频实例 非标丝杠 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 凸轮轴 曲轴 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 钢制联接零件高压技术 阀门壳体零件石油工业 （4）其他形状复杂的零件 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 隔套 精密加工业 联接套 航天工业 （4） 其他形状复杂的零件 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 三爪自定心 卡盘装夹 两顶尖之间装夹 双三爪定心卡盘装夹 卡盘和顶尖装夹 常 用 装 夹 方 式 3、数控车削工件的装夹 通用夹具装夹 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 找正：找正装夹时必须将工件的加工表面回转轴线（同时也是工件坐标系Z轴）找正到与车床主轴回转中心重合。一般为打表找正。通过调整卡爪，使工件坐标系Z轴与车床主轴的回转中心重合 采用找正的方法 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。 薄壁零件容易变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受力，减小变形。 薄 壁零件的装夹 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 4、数控车削的对刀 对刀是确定工件在机床上的位置， 也即是确定工件坐标系与机床坐 标系的相互位置关系。对刀过程 一般是从各坐标方向分别进行， 它可理解为通过找正刀具与一个 在工件坐标系中有确定位置的点 (即对刀点)来实现 直接用刀具试切对刀 自动对刀 机外对刀仪对刀 常用对刀方式 对刀实例 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 (1)分析零件图样 5、数控车削的工艺分析 ① 分析零件的几何要素：首先从零件图的分析中,了解工件的外形、结构,工件上须加工的部位,及其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技术要求。从中找出工件经加工后，必须达到的主要加工尺寸和重要位置尺寸精度。 ②分析了解工件的工艺基准：包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使用要求，找准工件的工艺基准 。 ③了解工件的加工数量 ：不同的加工数量所采用的工艺方案也不同 。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 研究制定工艺方案的前提是：熟悉本厂机床设备条件，把加工任务指定给最适宜的工种，尽可能发挥机床的加工特长与使用效率。并按照分析上述零件图所了解的加工要求，合理安排加工顺序。 ①安排加工顺序的一般方法 ①安排工件上基准部位的辅助加工及其他准备工序。 ②安排工件工艺基准面的加工工序 。 ②根据工件的加工批量大小，确定加工工序的集中与分散 。 ③充分估计加工中会出现的问题，有针对性地予以解决。例如：对于薄壁工件要解决装夹变形和车削震动的问题。对有角度位置的工件要解决角度定位问题。对于偏心工件要解决偏心夹具或装夹问题 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ①零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定 ②根据工艺方案中工步内容及顺序的要求，逐项创建刀具路径并生成程序 ③程序校验 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 确定走刀路线的一般原则是： 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求； 缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间； 方便数值计算，减少编程工作量； 尽量减少程序段数 (4)走刀路线 数控加工工艺分析与工艺设计 数控车削的工艺分析 走刀路线的确定 车圆锥的加工路线分析 数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为D，小径为d ，锥长为L，车圆锥的加工路线如图所示。 按图a中的阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距S要作精确的计算，可有相似三角形得： D-d 2 L ＝ D-d 2 S - ap D-d 2 L（ ＝ D-d 2 S - ap） 此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；同时刀具切削运动的路线 数控加工工艺分析与工艺设计 车圆锥的加工路线)走刀路线的确定 按图b的相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S，同样由相似三角形可计算得出。按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短。 按图c的斜线加工路线，只需确定每次背吃刀量ap，而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的，且刀具切削运动的路线 数控加工工艺分析与工艺设计 (4)走刀路线的确定 车圆弧的加工路线）指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。 右图为车圆弧的阶梯切削路线。即先粗车成阶梯，最后一刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀吃刀量ap后，须精确计算出粗车的终刀距S，即求圆弧与直线的交点。此方法刀具切削运动距离较短，但数值计算较繁。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 (4）走刀路线的确定 车圆弧的加工路线分析 右图为车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量aP后，对90°圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。但按图b加工时，空行程时间较长。 右图为车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线 数控加工工艺分析与工艺设计 车圆弧的加工路线分析 螺球柱 端面加工、外轮廓粗加工 外轮廓粗、精加工 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 (4）走刀路线的确定 数控车削的工艺分析 （5）切削用量的确定 进给量 切削速度(V) 背吃刀量ap §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 = πX D X n 1000 (m/min) 式中：D 工件切削部分的最大直径（mm) n 主轴每分钟转数min-1。 切削速度： (例题)主轴转速2000min-1、车削直径?50，求此时的切削速度？ 答：π=3.14、D=125、n=2000代入公式V=(π×D×n)÷1000=(3.14×50×2000)÷1000=314(m/min)切削速度为314m/min §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 进给量的确定 每转进给量(fr)、每分进给量(Vf) 式中： Vf：每分钟进给量(mm/min) n：主轴转速(min-1) fr：每转进给量 (mm/r) Vf = n x fr (mm/min) (例题)主轴转速2000min-1、每分进给速度100mm/min，求此时每转进给量？ (例题)每转进给量0.1mm/r，主轴转速1600min-1,求每分进给速度? 答：Vf=n×fr=0.1×1600=160mm/min，求出每分进给速度为160mm/min。 答：fr=Vf÷n=100÷2000=0.05mm/r求出每转进给量为0.05mm/r §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 孔加工的计算式 vc(m/min)：切削速度π(3.14)：圆周率D1 (mm)：钻头直径n(min-1) ：主軸转速 vf(mm/min)：主轴（Z轴）进给速度fr(mm/rev)：每转进给量n(min-1) ：主轴转速 (答)代入公式vf=fr×n=0.2×1350=270mm/min由此得出主轴每分钟进给量为270mm/min。 (例题)主轴转速1350min-1、钻头直径?12，求切削速度。 主轴每分钟进给量(vf) 切削速度(vc) (答)将π=3.14 D1=12 n=1350代入公式vc=π×D1×n÷1000=3.14×12×1350=50.9m/min据此，得出切削速度为50.9m/min。 (例题)主轴转速1350min-1、钻头直径?12，求切削速度。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 用于工件刚性低易振动的场合； 用于切削不锈钢等难加工材料； 加工螺纹螺距4以上。 ?????????????????????????? 一般的螺纹切削； 加工螺纹螺距4以下。 ?????????????????????????? 侧向切入法 径向切入法 （6）螺纹切削方式 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ?????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????????????? ???????????????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????????????? 左手刀柄 右手刀柄 左螺纹 右螺纹 外螺纹 螺纹 加工方法 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 ?????????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????????? 左手刀柄 右手刀柄 左螺纹 右螺纹 内螺纹 螺纹 加工方法 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 数控车削的工艺分析 螺纹加工进刀次数及进刀量的选择 应根据螺距 来选择走刀 次数及进给 量，以保证 螺纹的精度 及质量 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 1、轴类零件的数控车削工艺 典型数控车削零件的工艺分析 图示是模具芯轴的零件简图。零件的径向尺寸公差为±0.01mm，角度公差为±0.1°，材料为45钢。毛坯尺寸为φ66mm×100 mm，批量 30件。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 2、轴类零件的数控车削工艺 经过分析可制定加工方案如下： 工序1： 用三爪卡盘夹紧工件一端，加工φ64×38柱面并调头打中心孔。 工序2：用三爪卡盘夹紧工件φ64一端，另一端用顶尖顶住。加工φ64×62柱面，如图所示。 工序3： ①钻螺纹底孔；②精车φ20表面，加工14°锥面及背端面；③攻螺纹，如图所示。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 工序4 加工SR19.4圆弧面、φ26圆柱面、角15°锥面和角15°倒锥面，装夹方式如图所示。工序4的加工过程如下： l）先用复合循环若干次一层层加工，逐渐靠近由E—F—C—H—I等基点组成的回转面。后两次循环的走刀路线都与B—C一D—E—F—C—H—I—B相似。完成粗加工后，精加工的走刀路线是B—C—D—E—F—G—H—I一B，如图所示。 2）再加工出最后一个15°的倒锥面，如图所示。 §2.2 数控加工工艺分析与工艺设计 3、轴套类零件数控车削加工工艺 (1)零件图工艺分析 该零件为轴承套。表面由内外圆柱面、内圆锥面、顺圆弧、逆圆弧及外螺纹等表面组成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。 通过上述分析，采取以下几点工艺措施： ① 零件图样上带公差的尺寸，因公差值较小，故编程时不必取其平均值，而取基本尺寸即可。 ② 左、右端面均为多个尺寸的设

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