Transcript 第2章数控加工工艺设计
第2章 数控加工工艺设计 2.1数控加工工艺设计主要内容 2.2数控加工工艺设计方法 2.3填写数控加工技术文件 第2章 数控加工工艺设计 课程导入 • 什么是数控加工工艺 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。 第2章 数控加工工艺设计 数控加工工艺的设计流程 选择并 确定进 行数控 加工的 数控加 工的工 艺分析 内容 零件图 形的数 学处理 及编程 尺寸设 定值的 制定数 控加工 工艺 方案 确定工 步和进 给路线 选择数 控机床 的类型 确定 数控加 工工艺 技术文 件的定 型与归 档 首件试 加工与 现场问 题处理 编写、 校验和 修改加 工程序 确定切 削参数 选择和 设计刀 具、夹 具与量 具 第2章 数控加工工艺设计 数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺内容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。 第2章 数控加工工艺设计 2.1 数控加工工艺设计主要内容 2.1.1数控加工工艺内容的选择 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, 这就需要对零件图样进行仔细的工 艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容 和工序。那么需要选择零件的哪些内容哪？ 第2章 数控加工工艺设计 仔细观察下列数控加工零件有什么特点？ 零件特点: 口小肚大 通用机床加工情况： 不能加工 图1 某套筒零件局部结构 第2章 数控加工工艺设计 零件特点: 平面曲面轮廓 通用机床加工情况： 加工非常困难 图2 工艺品 第2章 数控加工工艺设计 零件特点: 螺纹零件 通用机床加工情况： 能加工,效率低 图 3 螺纹零件 第2章 数控加工工艺设计 1、适于数控加工的内容 综上所述,在选择数控加工内容时，一般可按下列顺序 考虑： （1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）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； （3）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。 第2章 数控加工工艺设计 2、不适于数控加工的内容 加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综 合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容 不宜选择采用数控加工： （1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个 精基准，需用专用工装协调的内容； （2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采 用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工； （3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。 第2章 数控加工工艺设计 2.1.2 数控加工工艺性分析 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 局部分散尺寸 同一基准引注尺寸或直 接给出坐标尺寸 第2章 数控加工工艺设计 2、几何要素的条件应完整、准确 零件图样构成条件要充分,必要时要用绘图软件验证。 图4几何要素模糊 图5 几何要素矛盾 第2章 数控加工工艺设计 3、定位基准可靠 在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准 定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在 毛坯上增加一些工艺凸台。如左下图所示的零件，为增 加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如右下图 所示。 第2章 数控加工工艺设计 4、统一几何类型及尺寸 零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺 寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序 或专用程序以缩短程序长度。 第2章 数控加工工艺设计 凸轮加工内容是: 钻扩铰Φ22h7、Φ4H7孔； 粗精铣上下平面； 粗精铣凸轮外轮廓曲面。 问题：指出哪些内容是 数控机床的加工内容？ 第2章 2.1.3 数控加工工艺设计 数控加工工艺路线的设计 数控加工工艺路线设计 与通用机床加工工艺路线设 计的主要区别,在于它往往不 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。 因此在工艺路线设计中一定 要注意到，由于数控加工工 序一般都穿插于零件加工的 整个工艺过程中，因而要与 其它加工工艺衔接好。常见 工艺流程如右图所示。 第2章 数控加工工艺设计 数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题： 1、工序的划分 根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般 可按下列方法进行： （1）以一次安装、加工作为一道工序。 第2章 数控加工工艺设计 （1）以一次安装、加工作为一道工序。 凸轮加工内容是: 钻扩铰Φ22h7、Φ4H7孔； 粗精铣上下平面； 粗精铣凸轮外轮廓曲面。（数控） 将数控加工内容作为一 道工序，即零件加工以 安装来划分工序。 第2章 数控加工工艺设计 （1）以一次安装、加工作为一道工序 工件加工顺序： 加工外形时，以内形定位；加工内形时，以外形定位。 应用条件： 加工内容不多的简单工件，工件加工完毕后就可达 到待检状态。 第2章 数控加工工艺设计 （2）以所用刀具划分工序 当工件在一次安装中加工的内容较多时，如果按安 装划分工序，会使机床连续工作时间较长，加工程序 编制时间长，检查难度大，此时常按所用刀具划分工 序，即在一次安装中，尽可能用同一把刀具加工出可 以加工的所有部位，然后再换另一把刀具加工，这样 可以减少换刀次数，减少空行程时间。 应用：数控专用机床或加工中心 第2章 数控加工工艺设计 （2）以所用刀具划分工序 加工工艺：钻—扩—铰 按刀具划分的工序是： 钻4×φ10H7孔为φ8； 扩4×φ10H7孔为9.85； 铰4×φ10H7孔至图样尺寸。 第2章 数控加工工艺设计 （3）粗精加工划分工序 粗加工：去除大部分加工余量； 精加工：最后一刀连续走刀避免刀痕。 应用：加工后变形较大需要粗精加 工分开的场合。 本例轴较长，需要粗精加工分开。 （4）按加工部位划分工序 当零件轮廓结构差异较大时， 可按其结构特点将加工部位 分成几部分分别在几道工序 中进行加工，此时完成相同 型面的那一部分工艺过程为 一道工序。如可按内形、外 形、平面、曲面来划分多道 工序 第2章 数控加工工艺设计 2、加工顺序的安排 加工顺序安排一般应按以下原则进行： （1）先面后孔； （2）先粗后精； （3）先内后外，内外交叉； （4）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。 第2章 数控加工工艺设计 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，相互建立状态要求，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。 第2章 数控加工工艺设计 2.2 数控加工工艺设计方法 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。数控加工工 序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、 切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨 迹确定下来，为编制加工程序作好准备。 第2章 2.2.1 数控加工工艺设计 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 如加工下图所示零件上的孔系。中图的走刀路线为先加 工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用右图的走刀路线，减 少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。 第2章 数控加工工艺设计 2、最终轮廓一次走刀完成 为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应 安排在最后一次走刀中连续加工出来。 如下图为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能 切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将 在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的 表面粗糙度。所以如采用中图的走刀路线，先用行切法，最 后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。右 图也是一种较好的走刀路线方式。 第2章 数控加工工艺设计 第2章 数控加工工艺设计 3、选择切入切出方向 考虑刀具的进、退刀（切入、 切出）路线时，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，如右图 所示。 第2章 数控加工工艺设计 4、选择使工件在加工后变形小的路线 对横截面积小的细长零件或薄板零件应采 用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量 法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工 件刚性破坏较小的工步。 第2章 2.2.2 数控加工工艺设计 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 准的统一； （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。 第2章 数控加工工艺设计 如图左图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。 在夹紧中图所示的薄壁箱体时，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,如右图所示。 第2章 2.2.3 数控加工工艺设计 确定刀具与工件的相对位置 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，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。 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 点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位 基准有一定尺寸联系的某一位置，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。 第2章 数控加工工艺设计 例如，加工右图所示 零件时，当按照图示 路线来编制数控加工 程序时，选择夹具定 位元件圆柱销的中心 线与定位平面A的交 点作为加工的对刀点。 显然，这里的对刀点 也恰好是加工原点。 第2章 数控加工工艺设计 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。 每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后， 应在控制系统中设置刀具的基本位置。“刀位点”是指刀具 的定位基准点。如下图所示，圆柱铣刀的刀位点是刀具中心 线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或 球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀 位点是钻头顶点。 第2章 数控加工工艺设计 换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的 机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。 对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为 防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被 加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。 2.2.4 确定切削用量 对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、 切削刀具、切削用量是三大要素。经济的、有效的加工 方式，要求必须合理地选择切削条件。 第2章 数控加工工艺设计 在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度 和机床说明书中的规定去选择。在选择切削用量时要充 分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低 于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。 背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许 的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这 样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度 和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数 控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。 第2章 数控加工工艺设计 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、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后 选择合适的切削速度。下表为车削加工时的选择切削条件 的参考数据。 第2章 数控加工工艺设计 2.3 填写数控加工技术文件 填写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的 内容之一。这些技术文件既是数控加工的依据、产品验 收的依据，也是操作者遵守、执行的规程。技术文件是 对数控加工的具体说明，目的是让操作者更明确加工程 序的内容、装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其 它技术问题。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。 第2章 数控加工工艺设计 2.3.1 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，详见附表。 2.3.2 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） 它应表示出数控加工原点定位方法和夹紧方法，并应注明 加工原点设置位置和坐标方向，使用的夹具名称和编号等， 详见附表。 第2章 2.3.3 数控加工工艺设计 数控加工工序卡片 数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不 同的是：工序简图中应注明编程原点与对刀点，要进行简要 编程说明（如：所用机床型号、程序编号、刀具半径补偿、 镜向对称加工方式等）及切削参数（即程序编入的主轴转速、 进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择，详见附表。 2.3.4 数控加工走刀路线图 在数控加工中，常常要注意并防止刀具在运动过程中与夹 具或工件发生意外碰撞，为此必须设法告诉操作者关于编程 中的刀具运动路线（如：从哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是 斜下刀等）。为简化走刀路线图，一般可采用统一约定的符 号来表示，详见附表。 第2章 2.3.5 数控加工工艺设计 数控刀具卡片 数控加工时，对刀具的要求十分严格，一般要在机 外对刀仪上预先调整刀具直径和长度。刀具卡反映刀 具编号、刀具结构、尾柄规格、组合件名称代号、刀 片型号和材料等。它是组装刀具和调整刀具的依据， 详见附表。