數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)

    數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是為每一道工序選擇機(jī)床、夾具、刀具及量具，確定定位夾緊方案、走刀路線、工步順序、加工余量、工序尺寸及其公差、切削用量和工時(shí)定額等，為編制加工程序做好充分準(zhǔn)備。

(1) 確定走刀路線和工步順序

    走刀路線是刀具在整個(gè)加工工序中相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，不但包括了工步的內(nèi)容，而且也反映出工步的順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。在確定走刀路線時(shí)，主要遵循以下原則：

①保證零件的加工精度和表面粗糙度

    例如在銑床上進(jìn)行加工時(shí)，因刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向不同，可能是順銑或逆銑，其不同的加工路線所得到的零件表面的質(zhì)量就不同。究竟采用哪種銑削方式，應(yīng)視零件的加工要求、工件材料的特點(diǎn)以及機(jī)床刀具等具體條件綜合考慮，確定原則與普通機(jī)械加工相同。數(shù)控機(jī)床一般采用滾珠絲杠傳動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)間隙很小，并且順銑優(yōu)點(diǎn)多于逆銑，所以應(yīng)盡可能采用順銑。在精銑內(nèi)外輪廓時(shí)，為了改善表面粗糙度，應(yīng)采用順銑的走刀路線加工方案。

    對(duì)于鋁鎂合金、鈦合金和耐熱合金等材料，建議也采用順銑加工，這對(duì)于降低表面粗糙度值和提高刀具耐用度都有利。但如果零件毛坯為黑色金屬鍛件或鑄件，表皮硬而且余量較大，這時(shí)采用逆銑較為有利。

     加工位置精度要求較高的孔系時(shí)，應(yīng)特別注意安排孔的加工順序。若安排不當(dāng)，就可能將坐標(biāo)軸的反向間隙帶入，直接影響位置精度。如圖4-35，鏜削圖(a)所示零件上六個(gè)尺寸相同的孔，有兩種走刀路線。按圖(b)所示路線加工時(shí)，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，X向反向間隙會(huì)使定位誤差增加，從而影響5、6孔與其它孔的位置精度。按圖(c)所示路線加工時(shí)，加工完4孔后往上多移動(dòng)一段距離至P點(diǎn)，然后折回來(lái)在5、6孔處進(jìn)行定位加工，從而，使各孔的加工進(jìn)給方向一致，避免反向間隙的引入，提高了5、6孔與其它孔的位置精度。

 

              a)                    (b)                   (c) 

                     圖4-35  鏜削孔系走刀路線比較

                     (a) 零件圖    (b) 差    (c) 好

刀具的進(jìn)退刀路線要盡量避免在輪廓處停刀或垂直切入切出工件，以免留下刀痕。

②使走刀路線最短，減少刀具空行程時(shí)間，提高加工效率。

圖4-36所示為正確選擇鉆孔加工路線的例子。按照一般習(xí)慣，總是先加工均布于同一圓周上的一圈孔后，再加工另一圈孔，如圖4-36(a)所示，這不是最好的走刀路線。對(duì)點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床而言，要求定位精度高，定位過(guò)程盡可能快。若按圖4-36(b)所示的進(jìn)給路線加工，可使各孔間距的總和最小，空程最短，從而節(jié)省定位時(shí)間。

                              

            (a)                                     (b)  

                      圖4-36  最短加工路線選擇

③最終輪廓一次走刀完成

圖4-37(a)所示為采用行切法加工內(nèi)輪廓。加工時(shí)不留死角，在減少每次進(jìn)給重疊量的情況下，走刀路線較短，但兩次走刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)間留有殘余高度，影響表面粗糙度。圖(b)是采用環(huán)切法加工，表面粗糙度較小，但刀位計(jì)算略為復(fù)雜，走刀路線也較行切法長(zhǎng)。采用圖(c)所示的走刀路線，先用行切法加工，最后再沿輪廓切削一周，使輪廓表面光整。三種方案中，圖(a)方案最差，圖(c)方案最佳。

               (a)                           (b)                           (c) 

                             圖4-37 封閉內(nèi)輪廓加工走刀路線

(a) 行切法   (b) 環(huán)切法   (c) 先行切再環(huán)切

(2) 工件的定位與夾緊方案的確定

工件的定位基準(zhǔn)與夾緊方案的確定，應(yīng)遵循前面所述有關(guān)定位基準(zhǔn)的選擇原則與工件夾緊的基本要求。此外，還應(yīng)該注意下列三點(diǎn)：

①力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)統(tǒng)一，以減少基準(zhǔn)不重合誤差和數(shù)控編程中的計(jì)算工作量。

②設(shè)法減少裝夾次數(shù)，盡可能做到在一次定位裝夾中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以減少裝夾誤差，提高加工表面之間的相互位置精度，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效率。

③避免采用占機(jī)人工調(diào)整方案，以免占機(jī)時(shí)間太多，影響加工效率。

(3) 夾具的選擇   

數(shù)控加工的特點(diǎn)對(duì)夾具提出了兩個(gè)基本要求：一是保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對(duì)固定；二是要能協(xié)調(diào)零件與機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸。除此之外，重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：

①單件小批量生產(chǎn)時(shí)，優(yōu)先選用組合夾具、可調(diào)夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用；

②在成批生產(chǎn)時(shí)，才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

③零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機(jī)床的停頓時(shí)間，減少輔助時(shí)間；

④為滿足數(shù)控加工精度，要求夾具定位、夾緊精度高；

⑤夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對(duì)零件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊元件不能影響加工中的走刀(如產(chǎn)生碰撞等)；

⑥為提高數(shù)控加工的效率，批量較大的零件加工可采用氣動(dòng)或液壓夾具、多工位夾具。

(4) 刀具的選擇

刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要的內(nèi)容之一，不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。與傳統(tǒng)加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具的要求，尤其在剛性和耐用度方面更為嚴(yán)格。應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：既要求精度高、強(qiáng)度大、剛性好、耐用度高，又要求尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具的剛性。 

當(dāng)代所使用的金屬切削刀具材料主要有五類：高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶金剛石。

①根據(jù)數(shù)控加工對(duì)刀具的要求，選擇刀具材料的一般原則是盡可能選用硬質(zhì)合金刀具。只要加工情況允許選用硬質(zhì)合金刀具，就不用高速鋼刀具。

②陶瓷刀具不僅用于加工各種鑄鐵和不同鋼料，也適用于加工有色金屬和非金屬材料。使用陶瓷刀片，無(wú)論什么情況都要用負(fù)前角，為了不易崩刃，必要時(shí)可將刃口倒鈍。陶瓷刀具在下列情況下使用效果欠佳：短零件的加工；沖擊大的斷續(xù)切削和重切削；鈹、鎂、鋁和鈦等的單質(zhì)材料及其合金的加工(易產(chǎn)生親合力，導(dǎo)致切削刃剝落或崩刃)。

③金剛石和立方氮化硼都屬于超硬刀具材料，它們可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙度值小。一般可用切削液。

聚晶金剛石刀片一般僅用于加工有色金屬和非金屬材料。

立方氮化硼刀片一般適用加工硬度＞450HBS的冷硬鑄鐵、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、高速鋼、軸承鋼以及硬度≥350HBS的鎳基合金、鈷基合金和高鈷粉末冶金零件。

④從刀具的結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面，數(shù)控加工應(yīng)盡可能采用鑲塊式機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片以減少刀具磨損后的更換和預(yù)調(diào)時(shí)間。

⑤選用涂層刀具以提高耐磨性和耐用度。

(5) 切削用量的確定

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速(切削速度)、背吃刀量和進(jìn)給量(進(jìn)給速度)。主軸轉(zhuǎn)速要根據(jù)機(jī)床和刀具允許的切削速度來(lái)確定；背吃刀量主要受機(jī)床剛度的制約，在機(jī)床剛度允許的情況下，盡可能加大背吃刀量；進(jìn)給量要根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件材料來(lái)選。切削用量的合理選擇將直接影響加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，其確定原則與普通加工相似。具體數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)機(jī)床使用說(shuō)明書、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)加以修正確定。

切削用量的確定除了遵循“切削用量的選擇”的有關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)考慮如下因素：

①刀具差異 不同廠家生產(chǎn)的刀具質(zhì)量差異較大，因此切削用量須根據(jù)實(shí)際所用刀具和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)加以修正。

②機(jī)床特性 切削用量受機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率和機(jī)床剛性的限制，必須在機(jī)床說(shuō)明書規(guī)定的范圍內(nèi)選取。避免因功率不夠而發(fā)生悶車、剛性不足而產(chǎn)生大的機(jī)床變形或振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度。

③數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率 數(shù)控機(jī)床的工時(shí)費(fèi)用較高，刀具損耗費(fèi)用所占比重較低，應(yīng)盡量用高的切削用量，通過(guò)適當(dāng)降低刀具壽命來(lái)提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率。