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数控加工工艺及编程第二章数控加工工艺基础2.1数控加工工艺概述2.1.1数控加工工艺的基本特点（1）内容十分明确、具体（2）工艺工作要相当准确、严密（3）采用多坐标联动加工复杂表面（4）采用先进的工艺装备（5）采用工序集中2.1.2数控加工工艺的主要内容（1）选择适合数控的零件，确定数控加工的内容。（2）对加工零件的图样进行数控工艺分析。（3）设计数控加工工序（工步的划分、工件的装夹、夹具的选用、刀具的选用、切削用量的确定）。（4）处理具体的数控工艺问题（对刀点、换刀点的选择，走刀路线的设计，刀具补偿的确定）。（5）编程误差及其控制。（6）处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件。下下下下下下2.1.3数控机床的合理选用（1）形状尺寸适应性（2）加工精度适应性（3）生产节拍适应性2.2数控加工工艺分析与工艺设计2.2.1数控加工工艺分析1.零件加工工艺分析决定零件数控加工的内容（1）优先选择通用机床无法加工的内容进行数控加工;（2）重点选择通用机床难以加工(保证)的内容进行数控加工;（3）用通用机床加工效率低、劳动强度大的加工内容在数控机床生产能力富裕时可考虑安排。下下下2.零件的结构工艺性分析（1）零件的内腔、外形尽可能采用统一的几何类型和尺寸；下（2）零件的内槽圆角不应过小；（3）零件的槽底圆角半径r不应过大；下（4）保证基准统一。下下2.2.2数控加工工艺设计（1）精基准的选择4）‘自为基准’原则1.定位基准的选择2）‘基准统一’原则3）‘互为基准’原则1）‘基准重合’原则下下下下下(在基准原则发生冲突时，优先考虑“基准统一”原则)下基准重合下基准统一下下自为基准机床导轨面的精加工（2）粗基准的选择4）粗基准一般只能使用一次。2）若要保证工件上某重要表面加工余量均匀，则应选择该平面作为粗基准。3）选作粗基准的表面应平整光洁，无飞边、浇口、冒口等缺陷。如工件上有多个不加工面，则以其中与加工面有较高位置精度的不加工面为粗基准。下下下1）工件上既有加工面又有不加工面，两者之间又有位置精度的要求时，应以不加工面为粗基准加工加工面；下下工件上既有加工面又有不加工面，两者之间又有位置精度的要求时，应以不加工面为粗基准加工加工面；粗基准一般只能使用一次。方案一：×方案二：∨下※（1）数控加工工艺安排中，尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工。（2）如一次装夹可完成工件上各表面加工，也可采用毛坯面作定位标准(毛坯的制造精度要求较高)。加工表面分为:平面、内外圆柱面、内外圆锥面、成形表面……。(1)加工方法的选择工件按形状结构可分为:轴套类、轮盘类、盖类、叉杆类、箱体类……。2.加工方法和加工方案的确定相同零件的加工方法与时代的技术水平、企业的加工装备、企业的工艺能力相关而有不同。不同加工表面的加工有各自的加工方法。①②③④回转体零件的加工方案:(2)加工方案的确定①②③④孔加工方案：粗车IT11~13Ra12.5~50半精车IT8~11Ra3.2~6.3精车IT7~8Ra0.8~1.6磨削IT6~8Ra0.2~0.8粗铣(粗刨)IT11~13Ra6.3~25精铣(精刨)IT8~10Ra1.6~6.3刮研IT6~7Ra0.1~0.8精磨IT6~7Ra0.025~0.4拉削IT7~9Ra0.2~0.8刮研IT5以上Ra0.006~0.1半精车IT8~11Ra3.2~6.3磨削IT6~8Ra0.2~0.8平面加工方案宽刃精刨IT7Ra0.2~0.8平面加工方案3.加工顺序的确定(1)合理进行工序组合，尽量采用工序集中。(2)定位基准面的粗、精加工应安排在工艺过程的首部进行。(3)要求高的主要工作表面的粗加工应安排在次要表面粗加工之前进行。(4)较大表面的加工应予先行安排；较小的次要表面的粗精加工可安排在一个工序内完成。(5)箱体零件应遵循“先面后孔”原则安排工序。(7)加工顺序的安排应尽量减少工件的装夹次数、工作台转动次数、换刀次数及空行程时间。(6)加工中易损伤的表面应安排在加工路线的尾端进行。(8)如零件的加工要求允许，可将粗加工、半精加工合为一道工序。1)粗铣顶面2)钻￠32、￠12孔中心孔3)钻￠32、￠12孔至￠11.54)扩￠32至￠306)粗铣￠60沉孔及沟槽7)钻4×M8底孔至￠6.88)镗￠32至￠31.75)钻3×￠6至尺寸9)精铣顶面10)铰￠12至尺寸11)精镗￠32至尺寸12)精铣￠60及沟槽至尺寸13)￠12孔口倒角14)3×￠6、4×M8孔口倒角15)攻4×M8螺纹4.对刀点与换刀点的确定对刀的作用——确定工件坐标系与机床坐标系相互的位置关系。对刀点——刀具相对工件运动的起点，又称程序起点。对刀点可以根据工件坐标系设定，也可以根据夹具对刀元件对刀点的找正准确度直接影响加工精度。机床原点对刀——直接或间接地使刀位点与对刀点重合。设定，但其必须与工件定位基准(工件坐标系)有一定关系。换刀点应选在距工件一定安全距离的工件外部，以免换刀时的干涉，但也不能太远(减小空行程)。(1)保证零件的加工精度和表面质量要求，对封闭的内轮廓面，切入、切出点最好选在两面的交界处。5.刀具走刀路线的确定原则(2)寻求最短加工路线，减少空行程以提高加工效率；(3)走刀路线的确定应方便数值计算，减少编程工作量，减少程序量。计算繁琐计算简单编程方便计算简单空行程长6.工件的装夹与夹具的选择(1)工件装夹的基本原则1)力求设计基准、工艺基准、编程基准统一。2)尽量减少装夹次数，尽可能一次装夹加工出全部加工内容。3)避免采用占机调整方案。4)工件在工作台上的安放位置要兼顾加工工艺要求(加工工位、刀具刚度等)。(2)选择夹具的基本原则1)单件小批量生产，尽量选用组合夹具、可调夹具、通用夹具。4)夹具定位、夹紧精度满足加工要求。3)采用的夹具要求工件的装卸迅速、方便、可靠，辅助时间短。5)夹具要求敞开，其定位、夹紧等各机构元件、部件不妨碍机床对工件的加工(无干涉情况)。2)批量生产考虑采用专用夹具，并力求结构简单。6)夹具便于切屑的清除。7.刀具的选择(1)数控加工常用刀具的种类及特点按结构分：整体式镶嵌式特殊型式下下下按刀具材料分：①高速钢刀具②硬质合金刀具③陶瓷刀具④其它材料刀具按切削工艺分：①车削刀具；②钻削刀具；③镗削刀具；④铣削刀具。整体式镶嵌式下数控加工刀具的特点：6)刀具系列化、标准化。2)互换性好，便于快速换刀。3)寿命高、切削性能稳定、可靠。4)刀具尺寸便于调整，减少换刀调整时间。5)刀具断屑、排屑可靠。1)刚性好、精度高、抗震性好、热变形小。(2)可转位刀具的种类和用途可转位刀具的优点:刀片为独立单元；切削性能优良；切削效率高；刀片定位精度高；更换刀片迅速便于对不同的材料可选择不同的刀片(3)刀具材料及其合理选用1)金属陶瓷(TiC)：硬度高、耐热性好、摩擦系数小、抗弯和抗冲击性高于陶瓷。用于高速切削的精加工。2)超细晶粒硬质合金：硬度、耐磨性、抗弯和抗冲击性都超过一般粒度硬质合金。用于高硬度材料的加工和制造精细加工刀具。3)涂层硬质合金刀片：强度、韧性由内部材料保证，表面材料又具更高的硬度和耐磨性，寿命大幅度提高。4)陶瓷材料：很高的硬度、耐磨性、耐热性、高速加工性，可获得高质量的加工质量。缺点:抗弯、抗冲击性能差。5)超硬刀具材料(金刚石、立方氮化硼)(4)硬质合金的分类ISO标准：1)P类（兰色）；2)M类（黄色）；3)K类（红色）；我国标准：1)钨鈷类（W--Co）；K类2)钨钛鈷类（WC—Ti—Co）；P类3)钨钛钽(铌)鈷类（WC—TiC—Ta—(NiC)—Co）；M类(5)数控加工刀具的选择刀具的选择选择总原则：精度高、刚性好、耐用度高、安装方便。立体型面、变斜角轮廓：选用(球头、环行、锥形)铣刀；尽量选择较短刀柄。平面工件的周边轮廓：选用立铣刀；凸台、凹槽：选用(普通、超细、涂层)硬质合金立铣刀；平面铣削：选用硬质合金铣刀；为提高切削效率优先选用平头刀具，球头刀用于曲面精加工；加工中心要使用标准刀柄的的刀具；※8.切削用量的确定(查手册)切削用量确定总原则：进给量(f)、适当的切削速度(Vc.n)；半精加工、精加工：确保加工质量。选用：较小的被吃刀量(ap)和进给量(f)、较高高的切削速度(Vc.n)。(2)被吃刀量ap(mm)：在系统刚性允许的情况下ap尽量取大(其为下一道工序保留的加工余量小于普通加工)。n=———1000VcπDr/min(1)主轴转速n(r/min)：(3)主轴转速n(r/min)：粗加工选用较大进给量，以保证加工效率；精加工选用较小进给量，以保证加工质量。粗加工：保证高生产率。选用：较大被吃刀量(ap)、较大“超程”与“欠程”现象及其解决：9.编程误差及其控制编程误差应控制在零件公差的10％～20％。编程误差(1)几何建模误差:零件轮廓只能用近似方式表示时所产生的误差。(2)逼近误差:用直线和圆弧逼近零件轮廓非圆曲线时产生的误差。(3)尺寸圆整误差:非圆曲线、曲面（三维曲面）存在编程误差。2.2.3数控编程中的数学处理1.基点坐标计算（基点：构成零件轮廓的不同几何要素的交点或切点）2.节点坐标计算（节点：逼近直线或逼近圆弧与轮廓曲线的交点或切点）计算繁杂，这个过程由计算机辅助编程完成。2.2.3数控加工工艺守则(P33)表2—42.3数控机床的工具系统整体式刀具系统——20世纪70年代；模块式刀具系统——20世纪80年代初；通用模块式刀具系统——20世纪80年代末；2.3.1数控镗铣加工用工具系统1.工具系统分类2.工具系统型号表示方法JT40—XS16—75柄部形式、尺寸刀柄用途及主参数工作长度3.TSG82工具系统图工具尺寸系列可查：JB/GO5010—83◆立式加工中心nXYZ图2-41立式加工中心1—床身2—滑座3—工作台4—立柱5—数控柜6—机械手7—刀库8—主轴箱9—驱动电柜10—操纵面板自动换刀装置1.结构类型回转刀架:结构简单.维护方便.刀数有限；刀库:机械手换刀.较复杂.标准刀柄.刀数量较多。2.刀库的形式链式刀库:刀库容量较大。鼓轮式刀库:刀具不超过32把，应用较多；3.自动换刀过程(1)选刀顺序选刀:按加工顺序将刀装在刀座中编码选刀:刀具编码元件编码或刀座编码；记忆选刀：机械手换刀(2)换刀2.3.2数控车削加工工具系统多刀位回转刀架四刀位卧式回转刀架2.4数控加工工艺文件的编制2.4.1数控加工工序卡2.4.2数控加工刀具卡2.4.3数控加工走刀路线图2.4.4数控加工程序单完难点：主运动控制，进给运动控制；数控机床的分类。本章重点与难点：重点：数控加工的特点；数控加工机床的工作原理。主轴移动式换刀立柱底座十字滑台工作台主轴箱自动换刀装置液压.气动加工中心技术参数——(表6—1)