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CNC數控加工工藝分析的一般步驟

    程序编制人员在进行工艺分析时,要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料,根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床,制定加工方案,确定零件的加工顺序,各工序所用刀具,夹具和切削用量等。此外,编程人员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验,编写出高质量的数控加工程序。

  

 一、機床的合理選用:

    在数控机床上加工零件时,一般有两种情况。第一种情况:有零件图样和毛坯,要选择适合加工该零件的数控机床。第二种情况:已经有了数控机床,要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况,考虑的因素主要有,毛坯的材料和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概括起来有三点:①要保证加工零件的技术要求,加工出合格的人人在线。②有利于提高人人在线率。③尽可能降低人人在线成本(加工费用)。

   

二、數控加工零件工藝性分析:

數控加工工藝性分析涉及面很廣,在此僅從數控加工的可能性和方便性兩方面加以分析。

(一)零件圖樣上尺寸數據的給出應符合編程方便的原則

1.零件圖上尺寸標注方法應適應數控加工的特點在數控加工零件圖上,應以同一基准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調,在保持設計基准、工藝基准、檢測基准與編程原點設置的一致性方面帶來很大方便。由于零件設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控加工帶來許多不便。由于數控加工精度和重複定位精度都很高,不會因産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爲同一基准引注尺寸或直接給出坐標尺寸的標注法。

    2.构成零件轮廓的几何元素的条件应充分

    在手工编程时要计算基点或节点坐标。在自动编程时,要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时,要分析几何元素的给定条件是否充分。如圆弧与直线,圆弧与圆弧在图样上相切,但根据图上给出的尺寸,在计算相切条件时,变成了相交或相离状态。由于构成零件几何元素条件的不充分,使编程时无法下手。遇到这种情况时,应与零件设计者协商解决。

    (二)零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点

    1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。这样可以减少刀具规格和换刀次数,使编程方便,人人在线效益提高。

    2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小,因而内槽圆角半径不应过小。零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关。

3)零件銑削底平面時,槽底圓角半徑r不應過大。

    4)应采用统一的基准定位。在数控加工中,若没有统一基准定位,会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。因此要避免上述问题的产生,保证两次装夹加工后其相对位置的准确性,应采用统一的基准定位。

    零件上最好有合适的孔作为定位基准孔,若没有,要设置工艺孔作为定位基准孔(如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔)。若无法制出工艺孔时,最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准,以减少两次装夹产生的误差。

    此外,还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证、有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。

   

三、加工方法的選擇與加工方案的確定:

    (一)加工方法的选择

    加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多,因而在实际选择时,要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如,对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求,但箱体上的孔一般采用镗削或铰削,而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔,当孔径较大时则应选择镗孔。此外,还应考虑人人在线率和经济性的要求,以及工厂的人人在线设备等实际情况。常用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度可查阅有关工艺手册。

 

    (二)加工方案确定的原则

    零件上比较精密表面的加工,常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的,还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

    确定加工方案时,首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求,初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。例如,对于孔径不大的IT7级精度的孔,最终加工方法取精铰时,则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。

 

四、工序與工步的劃分:

(一) 工序的划分

    在数控机床上加工零件,工序可以比较集中,在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据零件图样,考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作,若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工,哪一部分在其他机床上加工,即对零件的加工工序进行划分。一般工序划分有以下几种方式:(二)工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量,对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序,在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则:

    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开进行。

    2)对于既有铣面又有镗孔的零件,可先铣面后镗孔。按此方法划分工步,可以提高孔的精度。因为铣削时切削力较大,工件易发生变形。先铣面后镗孔,使其有一段时间恢复,减少由变形引起的对孔的精度的影响。

3)按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短,可采用按刀具划分工步,以减少换刀次数,提高加工效率。  

總之,工序與工步的劃分要根據具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮。

 

五、零件的安裝與夾具的選擇:

    (一)定位安装的基本原则

1)力求設計、工藝與編程計算的基准統一。

2)盡量減少裝夾次數,盡可能在一次定位裝夾後,加工出全部待加工表面。

3)避免采用占機人工調整式加工方案,以充分發揮數控機床的效能。

(二)選擇夾具的基本原則

數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;二是要協調零件和機床坐標系的尺寸關系。除此之外,還要考慮以下四點:

    1)当零件加工批量不大时,应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具,以缩短人人在线准备时间、节省人人在线费用。

    2)在成批人人在线时才考虑采用专用夹具,并力求结构简单。

    3)零件的装卸要快速、方便、可靠,以缩短机床的停顿时间。

4)夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工,即夾具要開敞其定位、夾緊機構元件不能影響加工中的走刀(如産生碰撞等)。

 

 

六、刀具的選擇與切削用量的確定:

(一)刀具的選擇

刀具的選擇是數控加工工藝中重要內容之一,它不僅影響機床的加工效率,而且直接影響加工質量。編程時,選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容、工件材料等因素。

與傳統的加工方法相比,數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,而且要求尺寸穩定、安裝調整方便。這就要求采用新型優質材料制造數控加工刀具,並優選刀具參數。

    选取刀具时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。人人在线中,平面零件周边轮廓的加工,常采用立铣刀。铣削平面时,应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时,选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时,可选镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时,刀具的有关参数,推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀,但加工曲面较平坦部位时,刀具以球头顶端刃切削,切削条件较差,因而应采用环形刀。在单件或小批量人人在线中,为取代多坐标联动机床,常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀,适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面,其效率比用球头铣刀高近十倍,并可获得好的加工精度。

    在加工中心上,各种刀具分别装在刀库上,按程序规定随时进行选刀和换刀工作。因此必须有一套连接普通刀具的接杆,以便使钻、镗、扩、铰、铣削等工序用的标准刀具,迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。作为编程人员应了解机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法,调整范围,以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统,其柄部有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两种,共包括16种不同用途的刀。

    (二)切削用量的确定

    切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法,需要选择不同的切削用量,并应编入程序单内。

合理選擇切削用量的原則是,粗加工時,一般以提高生産率爲主,但也應考慮經濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應在保證加工質量的前提下,兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊,並結合經驗而定。

 

七、對刀點與換刀點的確定:

在編程時,應正確地選擇“對刀點”和“換刀點”的位置。“對刀點”就是在數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行,所以對刀點又稱爲“程序起點”或“起刀點”。

    对刀点的选择原则是:1.便于用数字处理和简化程序编制;2.在机床上找正容易,加工中便于检查;3.引起的加工误差小。

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准有一定的尺寸關系。

爲了提高加工精度,對刀點應盡量選在零件的設計基准或工藝基准上,如以孔定位的工件,可選孔的中心作爲對刀點。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,然後轉動機床主軸,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、镗刀的刀尖;鑽頭的鑽尖;立銑刀、端銑刀刀頭底面的中心,球頭銑刀的球頭中心。

    零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐标系设定后,从对刀点开始的第一个程序段的坐标值;为对刀点在机床坐标系中的坐标值为(X0,Y0)。当按绝对值编程时,不管对刀点和工件原点是否重合,都是X2、Y2;当按增量值编程时,对刀点

与工件原点重合时,第一个程序段的坐标值是X2、Y2,不重合时,则为(X1十X2)、Y1+ Y2)。

    对刀点既是程序的起点,也是程序的终点。因此在成批人人在线中要考虑对刀点的重复精度,该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值(X0,Y0)来校核。

    所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。例如,对车床而言,是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。

    加工过程中需要换刀时,应规定换刀点。所谓“换刀点”是佰刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点(如加工中心机床,其换刀机械手的位置是固定的),也可以是任意的一点(如车床)。换刀点应设在工件或夹具的外部,以刀架转位时不碰工件及其它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。

 

八、加工路線的確定:

在數控加工中,刀具刀位點相對于工件運動的軌迹稱爲加工路線。編程時,加工路線的確定原則主要有以下幾點:

    1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度,且效率较高。

2)使數值計算簡單,以減少編程工作量。

3)应使加工路线最短,这样既可减少程序段,又可减少空刀时间。  度等情况,确定是一次走刀,还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣等。

對點位控制的數控機床,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緊要的,因此這類機床應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,但也應考慮一些輔助尺寸,如刀具的引入距離和超越量。 

在數控機床上車螺紋時,沿螺距方向的z向進給應和機床主軸的旋轉保持嚴格的速比關系,因此應避免在進給機構加速或減速過程中切削。爲此要有引入距離δ1超越距離δ2。和的數值與機床拖動系統的動態特性有關,與螺紋的螺距和螺紋的精度有關。一般爲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,收尾處的形狀與數控系統有關,一般按45o收尾。

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

铣削内轮廓表面时,切入和切出无法外延,这时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入和切出,并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处  加工过程中,工件、刀具、夹具、机床系统平衡弹性变形的状态下,进给停顿时,切削力减小,会改变系统的平衡状态,刀具会在进给停顿处的零件表面留下划痕,因此在轮廓加工中应避免进给停顿。

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迹是一行一行的,而行間的距離是按零件加工精度的要求確定的。


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