数控加工工艺及刀具 第一章

第一章数控加工工艺概述1.1数控加工工艺概述1.2数控加工工艺设计1.1数控加工工艺概述1数控加工(如图1一1所示)就是将零件图形和工艺参数、加工内容等以数字信息的形式，编成程序代码输人到数控机床的控制系统中，再由其进行运算处理后转换成驱动伺服机构的指令信号，从而控制数控机床各执行部件协调动作，自动地加工零件1.1.1数控加工的特点1.数控机床加工的特点（1)适应性强。数控机床的一个运动方向定义为一个坐标轴，数控机床能实现多个坐标轴的联动，所以数控机床能完成复杂型面的零件加工，特别是对于可用数学方程式和坐标点表不的形状复杂的零件加工。下-页返回1，1数控加工工艺概述(2)加工质量稳定。对于同一批零件，由于使用同一类数控机床和刀具及同一个加工程序，刀具的运动轨迹完全相同，且数控机床是根据数控程序自动地进行加工的，可以避免人为的误差，因此这就保证了零件加工的一致性且质量稳定。(3)生产效率高。数控机床跟普通机床相比较，由于其刚度高、功率大、主轴转速和进给速度范围大且为无级变速，所以每道工序都可选择较大而合理的切削用量，大大减少了机动时间。(4）加工精度高。数控系统每输出一个脉冲时，机床移动部件的移动量就称为脉冲当量。数控机床的脉冲当量一般为0.001mm高精度的数控机床的脉冲当量可达0.0001mm，其运动分辨率远高于普通机床。上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述另外，数控机床可具有位置检测装置，可将移动部件的实际位移量或滚珠丝杆、伺服电机的转角反馈到数控系统中，并由数控系统自动进行补偿。因此数控加工可获得比机床本身精度还高的加工精度，所以零件加工尺寸的精度高。(5)工序集中一机多用。数控机床特别是带自动换刀的数控加工中心，在一次装夹的情况下，几乎可以完成零件的全部加工工序一台数控机床可以代替数台普通机床。这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测量和装夹等辅助时间，还可以节省加工车间的占地面积，从而带来较高的经济效益。上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述(6)减轻劳动强度。在输人数控程序并启动机床后，数控机床就自动地连续加工，直至零件加工完毕。只要对操作人员进行了专门的培训，操作人员就可以且只是观察机床的运行，就使工人的劳动强度大大降低。(7)易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控，便于现代化管理。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，易于建立与计算机间的通信联络一台计算机可以控制多台数控机床，即群控，便于现代化管理。上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述2.数控加工零件的特点在数控机床上加工的零件，可以是普通零件，但更多的零件是普通机床加工起来具有一定的难度或对操作人员的技术水平有相当高的要求一般在数控机床上加工的零件有如下的特点:(1)多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件、短期急需的零件。(2)轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。(3)用普通机床加工较困难或无法加工(需品贵的工艺装备)的零件。(4)价值品贵，加工中不允许报废的关键零件。上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述3.数控加工工艺的特点由于数控加工是利用程序进行加工，因此，数控加工工艺就必须有利于数控程序的编写并体现数控加工的特点一般数控加工工艺具有如下的特点:(1)数控加工工艺要充分考虑编程的要求。(2)数控加工工艺中工序相对集中，因此，工件各部位的数控加工顺序可能与普通机床上的加工顺序有很大区别。数控工艺规程中的工序内容要求特别详细。如加工部位、加工顺序、刀具配置与使用顺序，刀具加工时的对刀点、换刀点及走刀路线、夹具及工件的定位与安装、切削参数等，都要上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述清晰明确，数控加工工艺中的工序内容比普通机床加工工艺中的工序内容详细得多。1.1.2常用的数控加工方法1.平面孔系零件常用点位、直线控制数控机床(如数控钻床)加工，选择加工方法时，主要考虑加工精度和加工效率两个原则，即:用什么加工方法能保证零件的加工精度，用什么加工方法能提高零件的加工效率。2.旋转体类零件常用数控车床或数控磨床加工选择加工方法时，主要考虑加工效率和刀尖强度两个原则。上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述(1)考虑加工效率。在车床上加工时，通常加工余量大，必须合理安排粗加工路线，以提高加工效率。实际编程时一般不官’采用循环指令(否则，以工进速度的空刀行程太大)。比较好的方法是用粗车尽快去除材料，再精车。(2)考虑刀尖强度。数控车床上经常用到低强度刀具加工细小凹槽，在确定加工方法时必须考虑选用刀具的刀尖强度。3.平面轮廓零件常用数控铣床加工。选择加工方法时，主要考虑加工精度和加工效率两个原则，在确定加工方法时应注意:上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述2(1)刀具的切入与切出方向的控制。在图1一2中，铣削平面轮廓，刀具沿切削边的延长线方向切入、沿切削边的延长线方向切出，工件表面轮廓光滑。如果刀具不是沿切削边的延长线方向切入、切出，则在工件表面轮廓上会留下刀具切削的痕迹。(2)一次逼近方法的选择。用微小直线段或圆弧段逼近非圆曲线轮廓的方法称为一次逼近。在只具有直线和圆弧插补功能的数控铣床上加工非圆曲线轮廓时，微小直线段或圆弧段与被加工轮廓之间的误差称为一次逼近误差，选择一次逼近方法时，应该使工件的轮廓误差在合格范围内，同时程序段的数量以少为佳。上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述54.立体轮廓零件常用多坐标轴联动数控机床(加工中心)加工。选择加工方法时，主要考虑加工精度和加工效率两个原则，在确定加工方法时应考虑:①工件强度及表面质量。立体轮廓零件上的强度薄弱部位，常‘常难以承受粗加工时的切削量，同时对表面质量要求高的部位要采取相应的工艺措施。②机床的插补功能。如图1一1和图1一5所示。1.1.3数控机床的合理使用数控机床是高精度、高效率的加工母机。合理使用数控机床，有利于最大限度地发挥数控机床的功效。上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述61.数控机床的应用范围不同类型的机床有不同的用途，在选用数控机床前，应对其性能、规格、特点及应用范围作详细的了解。一般来说:数控车床适用于加工旋转体特征的轴类、盘类零件;数控铣床、立式加工中心适用于加工板类、箱体类、具有平面复杂轮廓的零件;卧式加工中心适用于加工复杂的箱体、泵体、阀体类零件，见图1一6。2.数控机床的正常使用条件数控机床的正常使用条件要求主要包括:机床位置的环境要求、电源要求、温度条件的要求;此外，还要按说明书的规定使用数控机床。上-页下-页返回1.1数控加工工艺概述(1)机床位置环境要求。机床的位置应远离振源和避免阳光直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。(2)电源要求。一般数控机床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大，使用条件差，而且各种机电设备多，致使电网电压波动大。因此，安装数控机床的位置，需要对电源电压有严格控制。(3)温度条件。一般来说，数控电控箱内部设有排风扇或冷风机，以保持电子元件，特别是中央处理器工作温度恒定或温差变化很小。(4)按说明书的规定使用数控机床。用户在使用数控机床时，不允许随意改变控制系统内制造厂设定的参数这些参数的设定直接关系到数控机床各部件的动态特征。上-页返回1.2数控加工工艺设计1.2.1数控加工工艺的主要内容数控加工工艺有以下九方面的内容:(1)选择并确定进行数控加工的零件及内容;(2)对零件图纸进行数控加工的工艺分析;(3)数控加工的工艺设计;(4)对零件图纸的数学处理;(5)编写加工程序单;(6)按程序单制作控制介质;(7)程序的校验与修改;下-页返回1.2数控加工工艺设计(8)首件试加工与现场问题处理;(9)数控加工工艺文件的定型与归档1.2.2数控加工工艺设计的具体内容1.数控加工内容的选择一般可按下列原则选择数控加工内容:(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内容，可在数控机床尚有加工能力的基础上进行选择。上-页下-页返回1.2数控加工工艺设计相比之下，下列一些加工内容则不宜选择数控加工:(1)需要用较长时间占机调整的加工内容。(2)加工余量极不稳定，且数控机床上又无法自动调整零件坐标位置的加工内容。(3)不能在一次安装中加工完成的零星分散部位，采用数控加工很不方便，效果不明显，可以安排普通机床补充加工。2.数控加工零件的工艺性分析对数控加工零件的工艺性分析，主要包括产品的零件图样分析和零件的结构工艺性分析两部分。上-页下-页返回1.2数控加工工艺设计3.数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线的设计工序有以下三步:(1)工序的划分;(2)加工顺序的安排;(3)数控加工工序与普通工序的衔接。这里所说的普通工序是指常规的加工工序、热处理工序和检验等辅助工序。数控加工工序前后一般都穿插其他普通工序，若衔接不好就容易产生矛盾。较好的解决办法是建立工序间的相互状态联系，在工艺文件中做到互审会签。例如是否预留加工余量，留多少、定位基准的要求、零件的热处理等，这些问题都需要前后衔接，统筹兼顾。上-页下-页返回1.2数控加工工艺设计4.数控加工工序的设计数控加工工序的设计概括如下:(1)确定走刀路线和工步顺序;(2)工件的定位与夹紧方案的确定;(3)夹具的选择。数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求:一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定;二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。(4)刀具的选择。刀具的选择是数控加工工艺中重要的内容之一不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。(5)切削用量的确定。上-页下-页返回1.2数控加工工艺设计b1b2b4b5b6数控车削切削条件见表1一1。铣刀刀具材料与许用最高切削速度可见表1-2。6.数控加工工艺文件的填写(1)数控加工工序卡(见表1一4)(2)数控加工刀具卡(见表1一5)(3)数控加工刀具明细(见表1一6)(4)数控加工路线图主要反映刀具的运动轨迹(5)数控加工程序单。1.2.3数控机床的坐标系上-页下-页返回1.2数控加工工艺设计81.坐标系统为了保证数控机床的正确运动，避免工作的不一致性，简化程序的编制方法，并使所编程序有互换性，ISO和我国国家标准都统一规定了数控机床坐标轴及其运动方向，这给数控系统和机床的设计、使用带来了方便。(1)机床坐标系与运动方向。为了确定机床的运动方向和移动距离，就要在机床上建立一个坐标系，该坐标系就叫机床坐标系，也叫标准坐标系。数控机床上的坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，如图1一8所示上-页下-页返回1.2数控加工工艺设计(2)工件坐标系。工件坐标系是由编程人员根据零件图样及加工工艺，以零件上某一固定点为原点建立的坐标系。又称为编程坐标系或工作坐标系。工件坐标系一般供编程使用，确定工件坐标系时不必考虑工件在机床上的实际装夹位置。(3)附加坐标系。为了编程和加工的方便，如果还有平行于X,Y,Z坐标轴的坐标，有时还需设置附加坐标系，可以采用的附加坐标系有:第二组U,V,W坐标，第三组P,Q,R坐标。2.几个重要术语(1)机床原点。机床原点又称为机械原点，是机床坐标系的原点。该点是机床上一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的.上-页下-页返回1.2数控加工工艺设计10(2)机床参考点。机床参考点是机床上的一个固定点，用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系统进行标定和控制。其位置由机械挡块或行程开关来确定。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值，也就是说，可以根据机床参考点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点的位置。一般数控车床、数控铣床的机床原点和机床参考点位置如图1一10所示(3)工件原点工件坐标系的原点称为工件原点或编程原点工件原点在工件上的位置虽可任意选择以利于编程，但一般应遵循的原则有