數(shù)控加工工藝分析的一般步驟與方法

    程序編制人員在進行工藝分析時，要有機床說明書、編程手冊、切削用量表、標準工具、夾具手冊等資料，根據(jù)被加工工件的材料、輪廓形狀、加工精度等選用合適的機床，制定加工方案，確定零件的加工順序，各工序所用刀具，夾具和切削用量等。此外，編程人員應(yīng)不斷總結(jié)、積累工藝分析方面的實際經(jīng)驗，編寫出高質(zhì)量的數(shù)控加工程序。 
    一、機床的合理選用 
    在數(shù)控機床上加工零件時，一般有兩種情況。第一種情況：有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機床。第二種情況：已經(jīng)有了數(shù)控機床，要選擇適合在該機床上加工的零件。無論哪種情況，考慮的因素主要有，毛坯的材料和類、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。概括起來有三點：①要保證加工零件的技術(shù)要求，加工出合格的產(chǎn)品。②有利于提高生產(chǎn)率。③盡可能降低生產(chǎn)成本(加工費用)。 
    二、數(shù)控加工零件工藝性分析
    數(shù)控加工工藝性分析涉及面很廣，在此僅從數(shù)控加工的可能性和方便性兩方面加以分析。
(一)零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的給出應(yīng)符合編程方便的原則
1．零件圖上尺寸標注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點在數(shù)控加工零件圖上，應(yīng)以同一基準引注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種標注方法既便于編程，也便于尺寸之間的相互協(xié)調(diào)，在保持設(shè)計基準、工藝基準、檢測基準與編程原點設(shè)置的一致性方面帶來很大方便。由于零件設(shè)計人員一般在尺寸標注中較多地考慮裝配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的標注方法，這樣就會給工序安排與數(shù)控加工帶來許多不便。由于數(shù)控加工精度和重復(fù)定位精度都很高，不會因產(chǎn)生較大的積累誤差而破壞使用特性，因此可將局部的分散標注法改為同一基準引注尺寸或直接給出坐標尺寸的標注法。 
    2．構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分 
    在手工編程時要計算基點或節(jié)點坐標。在自動編程時，要對構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進行定義。因此在分析零件圖時，要分析幾何元素的給定條件是否充分。如圓弧與直線，圓弧與圓弧在圖樣上相切，但根據(jù)圖上給出的尺寸，在計算相切條件時，變成了相交或相離狀態(tài)。由于構(gòu)成零件幾何元素條件的不充分，使編程時無法下手。遇到這種情況時，應(yīng)與零件設(shè)計者協(xié)商解決。 
    (二)零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點 
    1)零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。這樣可以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，使編程方便，生產(chǎn)效益提高。 
    2)內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因而內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)過小。零件工藝性的好壞與被加工輪廓的高低、轉(zhuǎn)接圓弧半徑的大小等有關(guān)。 
    3)零件銑削底平面時，槽底圓角半徑r不應(yīng)過大。 
    4)應(yīng)采用統(tǒng)一的基準定位。在數(shù)控加工中，若沒有統(tǒng)一基準定位，會因工件的重新安裝而導(dǎo)致加工后的兩個面上輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。因此要避免上述問題的產(chǎn)生，保證兩次裝夾加工后其相對位置的準確性，應(yīng)采用統(tǒng)一的基準定位。 
    零件上最好有合適的孔作為定位基準孔，若沒有，要設(shè)置工藝孔作為定位基準孔(如在毛坯上增加工藝凸耳或在后續(xù)工序要銑去的余量上設(shè)置工藝孔)。若無法制出工藝孔時，最起碼也要用經(jīng)過精加工的表面作為統(tǒng)一基準，以減少兩次裝夾產(chǎn)生的誤差。 
    此外，還應(yīng)分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保證、有無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。 
    三、加工方法的選擇與加工方案的確定 
    (一)加工方法的選擇 
    加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。例如，對于IT7級精度的孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達到精度要求，但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱體孔選擇鉸孔，當(dāng)孔徑較大時則應(yīng)選擇鏜孔。此外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實際情況。常用加工方法的經(jīng)濟加工精度及表面粗糙度可查閱有關(guān)工藝手冊。 
    (二)加工方案確定的原則
    零件上比較精密表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。 
    確定加工方案時，首先應(yīng)根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步確定為達到這些要求所需要的加工方法。例如，對于孔徑不大的IT7級精度的孔，最終加工方法取精鉸時，則精鉸孔前通常要經(jīng)過鉆孔、擴孔和粗鉸孔等加工。
四、工序與工步的劃分
(一) 工序的劃分 
    在數(shù)控機床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。首先應(yīng)根據(jù)零件圖樣，考慮被加工零件是否可以在一臺數(shù)控機床上完成整個零件的加工工作，若不能則應(yīng)決定其中哪一部分在數(shù)控機床上加工，哪一部分在其他機床上加工，即對零件的加工工序進行劃分。一般工序劃分有以下幾種方式：（二)工步的劃分工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又細分為工步。下面以加工中心為例來說明工步劃分的原則： 
    1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分開進行。 
    2)對于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。按此方法劃分工步，可以提高孔的精度。因為銑削時切削力較大，工件易發(fā)生變形。先銑面后鏜孔，使其有一段時間恢復(fù)，減少由變形引起的對孔的精度的影響。
    3)按刀具劃分工步。某些機床工作臺回轉(zhuǎn)時間比換刀時間短，可采用按刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工效率。  
    總之，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等情況綜合考慮。
五、零件的安裝與夾具的選擇 
    (一)定位安裝的基本原則
1)力求設(shè)計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一。
2)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。
3)避免采用占機人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。 
    (二)選擇夾具的基本原則
    數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標系的尺寸關(guān)系。除此之外，還要考慮以下四點： 
    1)當(dāng)零件加工批量不大時，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間、節(jié)省生產(chǎn)費用。 
    2)在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 
    3)零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。
    4)夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要開敞其定位、夾緊機構(gòu)元件不能影響加工中的走刀(如產(chǎn)生碰撞等)。
六、刀具的選擇與切削用量的確定
(一)刀具的選擇
    刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。編程時，選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。
    與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。 
    選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀。銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀。選擇立銑刀加工時，刀具的有關(guān)參數(shù)，推薦按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取。曲面加工常采用球頭銑刀，但加工曲面較平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而應(yīng)采用環(huán)形刀。在單件或小批量生產(chǎn)中，為取代多坐標聯(lián)動機床，常采用鼓形刀或錐形刀來加工飛機上一些變斜角零件加鑲齒盤銑刀，適用于在五坐標聯(lián)動的數(shù)控機床上加工一些球面，其效率比用球頭銑刀高近十倍，并可獲得好的加工精度。 
    在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀工作。因此必須有一套連接普通刀具的接桿，以便使鉆、鏜、擴、鉸、銑削等工序用的標準刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。作為編程人員應(yīng)了解機床上所用刀桿的結(jié)構(gòu)尺寸以及調(diào)整方法，調(diào)整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心采用TSG工具系統(tǒng)，其柄部有直柄(三種規(guī)格)和錐柄(四種規(guī)格)兩種，共包括16種不同用途的刀。 
    (二)切削用量的確定 
    切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速(切削速度)、背吃刀量、進給量。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并應(yīng)編入程序單內(nèi)。
    合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。
七、對刀點與換刀點的確定 
    在編程時，應(yīng)正確地選擇“對刀點”和“換刀點”的位置�！皩Φ饵c”就是在數(shù)控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起點。由于程序段從該點開始執(zhí)行，所以對刀點又稱為“程序起點”或“起刀點”。 
    對刀點的選擇原則是：1.便于用數(shù)字處理和簡化程序編制；2.在機床上找正容易，加工中便于檢查；3.引起的加工誤差小。 
    對刀點可選在工件上，也可選在工件外面(如選在夾具上或機床上)但必須與零件的定位基準有一定的尺寸關(guān)系。 
    為了提高加工精度，對刀點應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計基準或工藝基準上，如以孔定位的工件，可選孔的中心作為對刀點。刀具的位置則以此孔來找正，使“刀位點”與 “對刀點”重合。工廠常用的找正方法是將千分表裝在機床主軸上，然后轉(zhuǎn)動機床主軸，以使“刀位點”與對刀點一致。一致性越好，對刀精度越高。所謂“刀位點”是指車刀、鏜刀的刀尖；鉆頭的鉆尖；立銑刀、端銑刀刀頭底面的中心，球頭銑刀的球頭中心。 
    零件安裝后工件坐標系與機床坐標系就有了確定的尺寸關(guān)系。在工件坐標系設(shè)定后，從對刀點開始的第一個程序段的坐標值；為對刀點在機床坐標系中的坐標值為(X0，Y0)。當(dāng)按絕對值編程時，不管對刀點和工件原點是否重合，都是X2、Y2；當(dāng)按增量值編程時，對刀點

與工件原點重合時，第一個程序段的坐標值是X2、Y2，不重合時，則為(X1十X2)、Y1+ Y2)。

    對刀點既是程序的起點，也是程序的終點。因此在成批生產(chǎn)中要考慮對刀點的重復(fù)精度，該精度可用對刀點相距機床原點的坐標值(X0，Y0)來校核。

    所謂“機床原點”是指機床上一個固定不變的極限點。例如，對車床而言，是指車床主軸回轉(zhuǎn)中心與車頭卡盤端面的交點。

    加工過程中需要換刀時，應(yīng)規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是佰刀架轉(zhuǎn)位換刀時的位置。該點可以是某一固定點(如加工中心機床，其換刀機械手的位置是固定的)，也可以是任意的一點(如車床)。換刀點應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以刀架轉(zhuǎn)位時不碰工件及其它部件為準。其設(shè)定值可用實際測量方法或計算確定。

八、加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：

    1)加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。

2)使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量。

3)應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。  度等情況，確定是一次走刀，還是多次走刀來完成加工以及在銑削加工中是采用順銑還是采用逆銑等。

對點位控制的數(shù)控機床，只要求定位精度較高，定位過程盡可能快，而刀具相對工件的運動路線是無關(guān)緊要的，因此這類機床應(yīng)按空程最短來安排走刀路線。除此之外還要確定刀具軸向的運動尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深來決定，但也應(yīng)考慮一些輔助尺寸，如刀具的引入距離和超越量。 

在數(shù)控機床上車螺紋時，沿螺距方向的z向進給應(yīng)和機床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴格的速比關(guān)系，因此應(yīng)避免在進給機構(gòu)加速或減速過程中切削。為此要有引入距離δ1超越距離δ2。和的數(shù)值與機床拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性有關(guān)，與螺紋的螺距和螺紋的精度有關(guān)。一般為2—5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；一般取的1／4左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時，收尾處的形狀與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，一般按45o收尾。

銑削平面零件時，一般采用立銑刀側(cè)刃進行切削。為減少接刀痕跡，保證零件表面質(zhì)量，對刀具的切入和切出程序需要精心設(shè)計。銑削外表面輪廓時，銑刀的切入和切出點應(yīng)沿零件輪廓曲線的延長線上切向切入和切出零件表面，而不應(yīng)沿法向直接切入零件，以避免加工表面產(chǎn)生劃痕，保證零件輪廓光滑。

銑削內(nèi)輪廓表面時，切入和切出無法外延，這時銑刀可沿零件輪廓的法線方向切入和切出，并將其切入、切出點選在零件輪廓兩幾何元素的交點處  加工過程中，工件、刀具、夾具、機床系統(tǒng)平衡彈性變形的狀態(tài)下，進給停頓時，切削力減小，會改變系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，刀具會在進給停頓處的零件表面留下劃痕，因此在輪廓加工中應(yīng)避免進給停頓。

曲面時，常用球頭刀采用“行切法”進行加工。所謂行切法是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定的。