数控加工与编程

1. 数控加工与编程 何永强

2. 第二章 数控编程中的工艺分析 2.1 数控加工工艺分析的特点及内容 2.2 数控加工的工艺分析与工艺设计 2.3 数控加工工艺文件 2.4 计算机辅助工艺设计

3. 2.1数控加工工艺分析的特点及内容 2.1.1 数控加工工艺的基本特点 2.1.2 数控加工工艺分析的基本内容

4. 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。它是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。 数控加工工艺过程：是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 2.1.1 数控加工工艺的基本特点 一、概念：

5. 2.1.1 数控加工工艺的基本特点 二、基本特点： 1、数控加工工艺内容要求更加复杂、具体、详细 普通加工工艺 许多具体工艺问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。 数控加工工艺 所有工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。数控工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括夹具型号、规格、切削用量和其它特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。

6. 2.1.1 数控加工工艺的基本特点 2、数控加工工艺要求更严密、精确 普通加工工艺 加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整。 数控加工工艺 自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑，否则导致严重的后果。

7. 攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否需要退刀清理一下切屑再继续加工。攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否需要退刀清理一下切屑再继续加工。 普通机床加工可以多次“试切”来满足零件的精度要求，而数控加工过程严格按规定尺寸进给，要求准确无误。 2.1.1 数控加工工艺的基本特点 例如

8. 选择适合在数控上加工的零件，并确定数控加工工序内容。选择适合在数控上加工的零件，并确定数控加工工序内容。 分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。在此基础上，确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与非数控加工工序的衔接等。 设计数控加工工序，如选取零件的定位基准，工步的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等。 调整数控加工工序的程序。如选择对刀点、换刀点、确定刀具的补偿。 处理数控机床上部分工艺指令。 2.1.2 数控加工工艺分析的基本内容

9. 2.2 数控加工的工艺分析与工艺设计 2.2.1 数控机床的合理选择 2.2.2 零件的加工工艺性分析 2.2.3 加工方法的选择与加工方案的确定 2.2.4 工艺路线设计 2.2.5 零件的装夹方法与夹具的选择 2.2.6 加工路线的确定 2.2.7 刀具的选择 2.2.8 切削用量的确定 2.2.9 对刀点与换刀点的确定

10. 多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件；多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件； 轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件； 用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备(工具、夹具和模具)的零件； 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸型腔的壳体或盒型零件； 必须在一次装夹中完成铣、镗、铰或攻丝等多工序的零件； 价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件； 需要最短生产周期的急需零件。 2.2.1 数控机床的合理选择 一、适合数控机床加工的零件

11. 两种情况： 2.2.1 数控机床的合理选择(续) 二、机床的选用 ①有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床； ②已经有了数控机床，要选择适合该机床加工的零件。

12. 根据零件图样选择机床 1. 平面孔系零件的加工 这类零件或孔数较多，或孔位置精度要求较高，宜用点位直线控制的数控钻床与镗床加工。 2. 旋转体类零件的加工 此类零件多选用数控车床或数控磨床加工。 3. 平面轮廓的加工 此类零件的轮廓多由直线和圆弧组成，一般选两坐标联动的数控铣床加工。 4. 立体轮廓表面的加工 一般选用具有三轴或三轴以上联动功能的数控铣床加工此类零件。

13. 根据机床选择加工零件 1. 数控车床 适合加工比较复杂的轴类零件和复杂曲线回转内型腔。 2.数控镗铣床、立式加工中心 适合加工箱体类零件、板类零件、具有平面复杂轮廓的零件。

14. 根据机床选择加工零件(续) 3.卧式加工中心 适合加工复杂箱体、泵体、阀体、壳体类零件。 4.多坐标联动的卧式加工中心 适合加工复杂的曲线曲面、叶轮等零件。

15. 三方面因素： 图2-1数控机床加工范围的定性分析 2.2.1 数控机床的合理选择(续) ①要保证被加工零件的技术要求，加工出合格的产品； ②有利于提高生产率； ③尽可能地降低生产成本。

16. 零件图样上给出的尺寸数据应便于编程 零件的结构工艺性应符合数控加工的要求 2.2.2 零件的加工工艺性分析

17. 零件图样上给出的尺寸数据应便于编程 图2-2 零件尺寸标注 1.零件图样上尺寸标注应符合数控加工的特点 对数控加工来说，最趋向于 “以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸”。 由于数控加工的精度和重复定位精度都很高，因而可将局部的分散坐标改为同一基准标注或直接给出坐标尺寸。

18. 零件图样上给出的尺寸数据应便于编程(续) 2.构成零件轮廓的几何元素的条件应充分 构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如：相切、相交、垂直、平行)是数控编程的重要依据。 自动编程要对构成轮廓的所有几何元素进行定义，而手工编程时，我们要依据这些条件来计算每一个节点的坐标。

19. 零件图样上给出的尺寸数据应便于编程(续) 3.认真分析零件的技术条件 零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理。 在满足这些要求保证零件的使用性能的前提下，应经济合理。 4.零件材料分析 在满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的材料。

20. 零件的结构工艺性应符合数控加工的要求 零件的结构工艺性：是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。 良好的结构工艺性，可以使得零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有的甚至无法加工。 1.零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸 可以减少刀具规格和换刀次数，使得编程方便，提高生产效率。

21. 零件的结构工艺性应符合数控加工的要求(续) 图2-3 内槽结构工艺性对比 2.内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，故内槽圆角半径不应太小。 R<0.2H时，零件该部位的工艺性不好。

22. 零件的结构工艺性应符合数控加工的要求(续) 图2-4 零件槽底平面圆弧对加工工艺的影响 3.零件铣槽底平面时，槽底圆角半径 r 不要过大。

23. 零件的结构工艺性应符合数控加工的要求(续) 4.应采用统一的基准定位 如没有统一的定位基准，就会因工件的二次装夹而造成加工后，工件两个面上的轮廓位置及尺寸不协调。 零件上最好有合适的孔作为定位基准孔，如没有则需要设置工艺孔作为定位基准孔。 如果无法制出工艺孔，则需要用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹产生的误差。

24. 2.2.3 加工方法的选择与加工方案的确定 (1)加工方法的选择 以“满足加工精度和表面粗糙度的要求”为原则。 在实际选择加工方法时，还要结合零件的形状、尺寸和热处理要求进行全面考虑。 (2)加工方案的设计原则 零件上比较精密的尺寸及表面的加工，是通过粗加工、半精加工、精加工逐步达到质量要求。 仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

25. 图2-5 斜面轮廓加工 2.2.3 加工方法的选择与加工方案的确定(续) (3)平面类零件斜面轮廓加工方案的选择

26. 2.2.3 加工方法的选择与加工方案的确定(续) (3)平面类零件斜面轮廓加工方案的选择 • 固定斜角的外形轮廓：可采用不同的刀具进行加工.在实际加工中，应根据零件的尺寸精度、倾斜角的大小、刀具的形状、零件的安装定位方法、编程的难易程度等因素，选择一个较好的加工方案。 • 变斜角的外形轮廓： 最好的加工方案是：采用多坐标联动的数控机床，生产率高，加工质量好。其缺点是：这种设备的投资大，生产费用高。 其它的加工方案：在两轴半坐标控制的数控铣床上，用锥形铣刀或鼓形铣刀，采用多次行切的方法进行加工。

27. (1)工序划分的原则 (2)工序划分的方法 (3)工步的划分 (4)加工顺序的安排 2.2.4 工艺路线设计

28. 加工顺序按照“粗加工 半精加工 精加工 光整加工”, 逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。 (1)工序划分的原则 • 基面先行原则 用作精基准的表面应优先加工,减小装夹误差. • 先粗后精原则 • 先主后次原则 先加工零件的主要工作表面、装配基准面, 次要表面放在主要加工表面加工到一定程度后、最终精加工之前穿插加工。

29. (1)工序划分的原则 (续) • 先面后孔原则 对箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，再加工孔和其它尺寸 。 优点：一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔时的轴线不易偏斜。

30. 图2-6 按零件的装夹定位方式划分工序 (2)工序划分的方法 • 按所用的刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩空行程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件。 • 按零件的装夹定位方式划分工序 一般加工外形时以内形定位，加工内形时以外形定位。

31. 图2-7 按粗、精加工划分工序 (2)工序划分的方法(续) • 按粗、精加工划分工序 根据零件的加工精度、刚度和变形因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则划分工序，即先粗加工再精加工。

32. (3)工步的划分 ①同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，整个加工表面按先粗加工后精加工分开进行。 ②对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。 ③当机床工作台回转时间比换刀时间短时，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。

33. (4)加工顺序的安排 ①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。 ②先进行内形内腔加工工序，然后进行外形加工工序。 ③以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连接进行。 ④在同一次装夹中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。

34. 2.2.5 零件的装夹方法与夹具的选择 (1)零件的装夹 (2)夹具的选择

35. 零件的装夹 六点定位原理:夹具用合理分布的六个支承点，分别限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为“六点定位原理”。 (1)零件的装夹 使工件相对于机床及刀具处于正确的位置 定位 工件定位后，将工件紧固，使工件在加工过程中不发生位置变化 夹紧

36. (1)零件的装夹(续) 零件安装定位的基本原则 • 力求设计基准、工艺基准和编程计算的基准统一。 设计基准：零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。 工艺基准：零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。 • 尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹定位后，加工出全部待加工表面。 • 避免采用占机人工调整式的加工方案，以便充分发挥数控机床的效能。 • 工件定位、夹紧部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。

37. 按用途分类 通 用 夹 具 通 用 可 调 夹 具 专 用 夹 具 组 合 夹 具 成 组 夹 具 拼 拆 式 夹 具 (2)夹具的选择 夹具的分类

38. 按动力源分类 手动 夹 具 气动 夹 具 液 压 夹 具 气 液 增 压 夹 具 电 动 夹 具 磁 力 夹 具 真 空 夹 具 离 心 力 夹 具 其 它 (2)夹具的选择(续)

39. 按使用机床分类 车床 夹 具 铣床 夹 具 钻 床 夹 具 镗 床 夹 具 磨 床 夹 具 齿 轮 机 床 夹 具 其 它 机 床 夹 具 (2)夹具的选择(续)

40. 1、保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；1、保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定； 2、要能协调零件与机床坐标系的尺寸。 (2)夹具的选择(续) 夹具的选择原则 两个基本要求 重点考虑以下5点 • 单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和通用夹具； • 在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单； • 零件的装卸要快速、方便、可靠，缩短机床的停顿时间； • 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工； • 批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液压夹具。

41. 图2-8a 新型数控夹具体

42. 图2-8b 新型数控夹具体

43. (1)加工路线的确定原则 (2)辅助程序段的设计 (3)孔加工路线的确定 (4)内型腔加工路线设计 (5)曲线加工路线的确定 2.2.6 加工路线的确定

44. (1)加工路线的确定原则 加工路线：在数控加工中，刀具刀位点相对工件运动的轨迹。 加工路线的确定应遵循以下原则： ①加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，而且效率高； ②数值计算简单，减少编程工作量； ③应使加工路线最短，既减少程序段又可减少空刀时间。

45. 切出方向 表面产生切痕 切入方向 径向切入 切入方向 切向切入 (2)辅助程序段的设计 ①轮廓加工的进退刀路径设计 (a)外轮廓加工,刀具的切入和切出： 原则：沿外轮廓曲线延长线的切向切入、切出

46. a b (2)辅助程序段的设计(续) ①轮廓加工的进退刀路径设计 (a)外轮廓加工,刀具的切入和切出： 图2-9 外轮廓加工,刀具的切入和切出

47. 图2-10(a) 内轮廓加工,刀具的切入和切出 (2)辅助程序段的设计(续) (b)内轮廓加工,刀具的切入和切出 I.内轮廓曲线允许外延，则遵循“沿切线方向切入切出”原则。 对于内圆弧的铣削也遵循此原则，而且最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，以提高内孔的加工精度和加工质量。

48. 图2-10(b) 内轮廓加工,刀具的切入和切出 (2)辅助程序段的设计(续) (b)内轮廓加工,刀具的切入和切出 II.内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出。刀具的切入切出点尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处；如内部几何元素相切无交点时，为防止刀具在轮廓拐角处留下凹口，刀具的切入切出应远离拐点。

49. 已加工面的钻镗铰孔△Z＝1～3mm， 毛面的钻、镗、铰孔△Z＝5～8mm， 铣削前攻螺纹时△Z＝5～10mm 图2-11 数控钻孔的尺寸关系 (2)辅助程序段的设计(续) ②孔加工时引申距离的确定 刀具轴向 位移量 刀具超越距离为1～3mm 钻孔深度 Zp＝0.5Dcotθ 刀具的引入距离 被加工孔的深度(mm)

50. 图2-12 车螺纹时引入距离δ1和超越距离δ2 (2)辅助程序段的设计(续) ③螺纹加工时引申距离的确定 一般δ1＝2～5mm，对大螺距和高精度的螺纹取大值；δ2＝1/4δ1。