1六、编制程序时的一般准则数控加工程序的编制原则数控工艺方案是程序编制的前提,也是编制程序的工艺依据。在编制加工程序之前首先要编好工艺方案。数控加工实践表明:工艺考虑不周是影响数控加工程序质量、进而影响生产效率的重要因素。一、决定数控程序的几个主要因素1.数控机床及数控系统的选择;2.加工方案的制定;3.产品的检验方式和依据以及公差带的分布;4.工装夹具的结构形式;5.刀具的选择和切削参数。二、加工方案的制定原则1.工序集中原则根据零件加工表面形状与所用数控机床的功能,应尽可能集中多种加工内容(特别是加工中心机床)在一次装夹中完成,以减少工序。对于大型零件更应尽可能在一次装夹中完成全部或主要表面的加工,以减少工序间的周转。2.要注意数控加工工序与常规机械加工工序的配合可以这样认为,凡是用普通机床等传统方法加工的零件,都可用数控机床加工。但就经济性、合理性及生产条件而言,特别是企业数控化率较低的情况下,并非所有的零件或一个零件的所有加工部分都用数控加工为好。因此,下列情况应考虑插入普通机床加工工序。3.应该用常规机床来完成的工序①铸、锻件毛坯的预加工。如去黑皮、不均匀或不稳定的余量切除。②粗定位基准的预加工。数控加工对定位基准(如箱体与平板凸轮零件的基准面与定位孔,轴类零件的装卡面与中心孔)的圆柱度、平面度、表面粗糙度有较高要求,可预先用普通机床加工,但要顾及加工面与非加工面的尺寸要求。③数控加工难以完成的个别或次要部位。例如:排屑不畅且易断刀的小直径螺孔或深孔的加工;由于所用数控机床的功能原因难以完成的个别部似如斜孔、衍磨孔及由于刀库容量不足无法完成的个别部位等等。④大型、复杂零件中的简单表面。例如模具的复杂型面,特别是用数学模型表示的曲线、曲面,只能用数控加工。而其型腔体的配合平面精度要求较高,除刨或铣外还要求平磨加工,常用普通机床来加工。上述示例中,插入必要的常规加工工序,可以更加有效地发挥现有数控机床的效能,延长数控机床的使用寿命,降低加工成本,是一种经济、合理的工艺路线方案。但在制订零件的工艺路线时,应以工艺文件的形式明确数控工序与非数控工序在定位、加工余量、质量要求等方面的衔接问题,以便协调与管理。4.不能做到工序集中的情况一般而言,只要数控机床选择适当,可在一次装夹中完成绝大多数零件的加工。但是如果粗加工的热变形或应力变形较大而影响零件精度时,则只能将粗、精加工分开。2三、数控机床的选用数控机床有高档型、普通型、经济型之分。目前,我国的经济型已有了质的提高,价格是普通型十几分之一,应尽可能选用。对高档型,为保持其精度应控制使用。对于曲面加工机床,有二轴半、三轴、四轴、五轴等之分,根据曲面形状、精度与生产率(决定于刀具形状)选用不同坐标轴数的机床。例如,同样的曲面用二轴半与三轴都可加工,只是二轴半的加工质量较差,但成本较低。在上述工序确定的过程中,就应考虑加工设备的选用问题。根据零件的表面加工方法、精度与粗糙度、工件形状与尺寸、需要机床的坐标轴数等要求来选择机床,并且需要考虑现有数控机床条件与负荷、加工成本等因素。1、对不太复杂、尺寸精度要求不高的孔系加工(如阀体),可选用数控钻床而不必用数控铣床或者加工中心。2、立式加工中心与卧式加工中心的选用:对四面体(要求多工位)并有平面的复杂孔系零件(如箱体),应选用卧式加工中心;对单面的孔系或曲面的板件与端面凸轮等零件,则选用立式加工中心,定位方便,加工成本低(立式的价格为卧式的l/2-l/3)。对于曲面加工若无数控铣床,也可用加工中心替代。3、五面体加工中心(龙门式加工中心):对大型箱体类零件的加工,在一次安装中能完成除定位面外的其它表面的加工。4、车铣加工中心:对结构复杂需要在轴上进行铣削、钻削加工的轴类零件加工。如何选择机床的坐标轴数两轴半行切法加工X、Y、Z三轴中任意两轴作插补联动,第三轴作单步的周期进刀,常称二轴半联动。将X向分成若干段,圆头铣刀沿平面所截的曲线进行铣削,每一段加工完启进给Δz,再加工另一相邻曲线,如此依次切削即可加工出整个曲面。由干是一个个狭截面的加工,故称‘行切法”。根据表面粗糙度及刀头不干涉相邻表面的原则选取Δx。行切法加工所用的刀具通常采用球头铣刀,计算比较简单。球头铣刀的刀头半径应选得大些,有利于减小表面粗糙度,增加刀具刚度、散热等。但刀头半径应小于曲面的最小曲率半径。(建议大家:尽量不要选购只能两轴半插补的机床)三坐标联动加工X、Y、Z三轴可同时插补联动。用三坐标联动加工曲面时,通常亦用行切方法。一组平行于坐标面的行切面,其与曲面的交线要求为一条平面曲线,则应使球头刀与曲面的切削点总是处在平面曲线上。以获得规则的残留沟纹。显然,这时的刀心轨迹不在一个平面上,而是一条空间折线,因此,需要X、Y、Z三轴联动加工。四坐标加工侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用圆头铣刀按行切法加工,不但生产效率低,而且粗糙度大。为此,采用圆柱铣刀周边切削,并用四坐标铣床加工。即除三个直角坐标运动外,为保怔刀具与工件曲面在全长始终贴合,刀具还应绕Y轴作摆角联动。由于摆角运动导致直角坐标(Y轴)需作附加运动,其编程计算较为复杂。(四坐标加工只适合曲面角度小的情况)五坐标加工航空零件大多具有着扭曲变化的内外形曲面,为保证铣刀侧刃始终与曲面贴合,铣刀应作坐标A和坐标B的摆角运动,在摆角的同时,还应作直角坐标的附加运动,以保证铣刀端面中心始终位3于编程值位置,所以需要五坐标加工(X、Y、Z、A、B或X、Y、Z、C、B或X、Y、Z、C、A)。这种加工的编程计算相当复杂,不过目前已经有很多软件可以做五坐标编程。四、数控加工的工序设计1、工步的划分与走刀路线的制订根据工序加工表面与毛坯的形状、尺寸以及粗、精加工要求,确定哪些表面用何种刀具加工,从而确定所需的工步;再根据一般工艺原则(如先粗后精、先主后次、先面后孔)确定工步顺序;然后确定每把刀具相对于工件的运动轨迹与方向(包括大余量切除的走刀次数与工作行程、空行程)及其切削参数。2、对于孔加工的工步,由于数控机床是按程序自动加工的,不同于常规加工中工人的手工操作,所以应注意刀具切入时的导向,如实心孔加工前的钻中心孔、攻螺纹前倒角等。对有同轴度要求的长距离的两个孔加工,除应将扩孔、铰孔改用镗孔外,还应采用调头镗方法。这是由于卧式加工中心不具备普通镗床的尾架,但有定位精度高的回转工作台。3、走刀路线的确定。确定走刀路线应考虑确保加工质量、尽可能缩短走刀路线、编程计算要简单、程序段数要少及“少换刀”等原则。l)寻求最短走刀路线与最佳进给方式。在大余量切除的粗加工阶段,每一次走刀应切除尽可能多的毛坯.尽量减少或缩短空行程。2)内、外圆与曲面的铣削应考虑切入和切出的延伸程序,确保平滑过渡,避免法向或Z向切入,由于弹性变形而引起刀痕。3)避免在进给中途停顿,因进给停顿时刀具仍继续运转,由于切削力逐渐减小导致刀具弹性恢复而形成刀痕。4)避免反向间隙对尺寸精度的影响。例如孔距精度要求高时,刀具应同向进行点定位。5)在确定走刀路线时应符合“少换刀”原则。即在一次换刀后尽可能完成一个零件上所有相同表面的加工(如一个零件上所有相同直径的钻孔).以减少空行程与辅助时间。对加工中心机床而言,更应避免在同一个零件的加工过程中重复换用同一把刀具,因其换刀动作对机构特别是主轴定位孔的寿命不利,且换刀的时间较长,因此,加工中心机床的加工往往是按所用刀具划分程序块的。五、数控加工刀具的选用1、数控加工对刀具的要求先进的数控机床必须有先进的刀具与之相适应,才能充分发挥数控机床的效能。数控加工是按预先编制的程序指令进行的,在加工中所使用的刀具类型、形状和尺寸等。都必须编入加工程序。如果在数控加工中刀具出现了某些与程序规定不一致的情况,操作者只能对有限的参数(如刀具的半径和刀具的长度等)进行修正。因此,数控机床所用刀具的标准化和系列化、编程前刀具的选用以及加工前刀具的预凋整等都显得尤为重要。2、数控加工刀具的应用情况1)广泛采用机夹可转位刀具。可转位刀具即不重磨刀具。它具有多个刀尖位置尺寸一致的切削刃,可减少换刀和对刀,特别适合于数控加工。2)尽量采用高效刀具和先进刀具。曲面加工,铣刀为镶硬质合金与可转位刀片的球头铣刀。球头铣刀适用于加工曲率较小的曲面加工。鼓形铣刀,多用于铣削飞机变斜角面零件。变斜角面零件若用圆柱铣刀加工,则需四、五坐标加工。鼓形铣刀与圆头刀相比,其残留高度较小,生产效率也高。另一种先进的波刃铣刀,能将狭长的切屑变为厚而短的碎切屑,使排屑流畅,且不易产生切削振动,耐用度高,但制造较难。4六、数控加工坐标系的确定a)当上述工艺准备工作完成之后,就进入了编程的阶段。在这个阶段,要根据已经制定好了的工艺方案实施编程工作。在这里主要讲一讲如何确立加工坐标系。b)坐标系尽可能与设计基准重合或保持稳定的关系(明确、不变);c)单件、单面加工的零件要保持一个坐标系;d)单件、双面或多面加工的零件各坐标系之间要保持可靠的关系,用于相互转换;e)成组加工的零件可建立多个坐标系,但是加工结束后要返回基础坐标系;f)当为了某种需要而必须建立新的坐标系时(如为了加工某一组孔),在这种情况下一定要加以详细的说明,以免混淆;g)要考虑到工艺系统的误差。操作时总要通过实物上的孔和面来建立坐标系。所以应该考虑所选择的孔和面的可操作性。如孔的位置、精度、方便与否。用不在与坐标轴平行的直线上的两个孔找正就有一定困难,误差增大。实际平面与理论平面也存在制造的误差以及变形等等。h)最后还要考虑坐标系的可再现性。坐标系应能在零件的成品阶段还能够再现,如果采用了工艺耳片等方法建立的坐标系,到成品阶段就没有了。这有时是无法避免的,但总不是好的方法。