数控加工工艺编制探讨

　　当今数控技术正在快速发展，数控加工正在逐步取代传统加工。在现代制造领域中，现代制造工艺技术是现代制造技术的重要组成部分。加工技术的发展往往从工艺突破，工艺是机械加工基础，研究工艺技术，特别是研究数控加工工艺技术，提高数控加工工艺水平，是当前摆在我们面前一项重要任务。

　　一）工艺概念：

　　工艺：将原材料或半成品加工成产品的过程、方法、技术等，统称为加工工艺。

　　记录产品加工过程中方法、经验、技巧、加工技艺，能指导产品加工过程顺利进行称为加工工艺。

　　在加工工艺过程中，利用机械加工方法，改变毛坯形状、尺寸等，使之成为成品零件的过程称为机械加工过程。

　　工艺过程：工艺过程是生产过程的一部分。它是毛坯制造、零件加工、成品装配和试验的全部过程的总和。

　　工艺文件：工艺文件是在工艺过程中，指导工人操作和用于生产管理的各种技术文件的总和。工艺文件的种类和形式多种多样，繁简程度亦有很大差别，要根据生产类型而定。它包括工艺线、工艺方案、工艺规程等。

　　(1)工艺线

　　产品或零件在生产过程中，由毛坯准备到成品包装入库，经过企业各有关部门或工序的先后顺序称为工艺线。它往往用图表的形式表现，并用车间任务书的表格形式加以详细说明。

　　(2)工艺方案

　　根据产品设计要求、生产类型和企业的生产能力，提出工艺技术准备工作具体任务和措施的指导性文件，称为工艺方案。工艺方案可以是针对一个产品的，也可以是针对一个零件甚至是一道工序的。

　　(3)工艺规程

　　工艺规程是在一种确定的生产条件下，说明并具体毛坯生产、零件加工、产品装配过程的技术指导性文件。如铸造工艺规程、锻造工艺规程、零件加工工艺规程、部件装配工艺规程、总装配工艺规程等。

　　它是以卡片表格的形式出现的。一般都简称为铸造工艺、加工工艺等。它是车间里应用最多的一种工艺文件。

　　工艺规程的格式有过程卡片、工件加工工艺卡片、工序卡片。

　　①过程卡片：卡片中列出整个零件加工(包括制造毛坯、机械加工、热处理等)所经过的线。

　　②工艺卡片：是以工序为单位，简要说明加工零部件的工序号、工序名称、工序内容、工艺参数、操作要求及选用设备和工艺装备，卡片中注明毛坯类型、重量、零件数量，每道工序使用设备编号、夹具、刀具、量具编号、名称，每道工序尺寸、公差，并标出定额等。

　　③工序卡片：以工艺过程卡片为基础，按每道工序编制的一种工艺文件，有工艺简图，并详细说明每一个工序内容、工艺参数、操作要求，质量要求、切削用量、冷却润滑。工序简图用符号注明该工序定位部位、夹紧部位，并用粗实线表示加工表面，注明加工尺寸精度和光洁度等。

　　工艺系统：机床→夹具→刀具→工件构成了工艺系统。

　　工序和工步：

　　①工序：在一台机床上连续完成的那一部分加工内容，称为工序。

　　②工步：在加工表面、切削工具、转速和进给量都不变的情况下，所连续完成的那一部分工序工作，称为工步。

　　一种零件工艺过程不是固定不变的，零件工艺过程受零件技术要求的约束，同时又受到批量、设备条件、工艺水平等因素的制约，从生产发展和技术水平的提高角度上，工艺过程也是在不断提高和改进。

　　二）机械加工基础

　　1）基准：用以确定某些点、线、面的点、线、面称为基准。

　　基准分为类：设计基准和工艺基准。

　　设计基准：在零件图上，用来确定各表面间的尺寸或的点、线、面称为设计基准。

　　数控加工工艺与编程工艺基准：零件在加工、测量、装配过程中所采用的基准，都称为工艺基准。

　　工艺基准包括工序基准、定位基准、测量基准、装配基准、辅助基准。

　　①工序基准：在工序图上，用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形式、的基准。②定位基准：在加工中，用以确定加工表面对刀具相互关系的工件上的点、线、面称为定位基准。③测量基准：用以测量工件各表面的相互、形状和尺寸所采用的基准。测量基准往往就是设计基准。④装配基准：装配时用来确定零件或部件在产品中的相对所采用的基准。⑤辅助基准：零件上，不需要加工或加工精度要求较低表面，为了用作加工时的定位基准，而预先将它加工或提高到一定的精度，这样的表面称为辅助基准。例如：轴类零件的顶尖孔、铸件的凸台、大型板上的工艺孔等。辅助基准也是定位基准。

　　定位基准的选择：定位基准按其表面状况可分为粗基准和精基准。

　　①粗基准：用毛坯上未经加工过的表面作定位基准，称为粗基准。对粗基准的要求：首先要所有待加工表面都有足够的加工余量；其次要各加工表面对加工表面具有一定的精度。具体的选择原则：①用完全不需要加工的表面作为粗基准；②零件表面全部是加工表面时，要选用余量最小的表面作粗基准(举车床床身为例)；③要选择平整、光洁、尺寸足够大的表面作粗基准；④粗基准不应重复使用，一般情况下，同一尺寸方向上的粗基准只使用一次。

　　②精基准：用零件上已经加工过的表面作定位基准，称为精基准。

　　精基准的选择原则是：①尽可能用设计基准或装配基准作精基准。符合基准重合原则；②尽可能使零件工艺过程中各工序所用的基准统一化，符合基准统一的原则；③要选择面积大、装夹稳定可靠的表面作精基准；④自为基准：用被加工表面本身作为定位基准，可转到均匀的加工余量，如加工孔，由毛坯孔本身找正定位，四爪卡盘夹紧。这种定位方法叫做自为基准，多用于铰孔、拉孔、无心磨、镗孔等加工方法中；⑤互为基准：同一零件的不同表面，在加工中可互为基准，以相互精度。如淬火后的齿轮，是以齿面作定位基准磨内孔，然后再以磨好的孔作为定位基准磨齿面。再如，车床、铣床主轴的轴径和锥孔，也是互为基准反复加工而达到精度的。

　　2）夹具：机床夹具是用以使工件定位和夹紧的机床附加装置，简称夹具。

　　1、夹具种类：一般可将夹具分为三大类，即通用夹具、专用夹具和组合夹具。

　　①通用夹具：通用夹具是已经标准化的夹具。通常作为机床的附件。如：三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、平口虎钳、分度头、回转工作台等。②专用夹具：专用夹具是指为第一工件的第一工序而设计制造的夹具。③组合夹具：组合夹具是由一套预先制造号的标准元件和部件，根据要求组装成的专用夹具。

　　2、夹具作用：工件的加工质量、提高加工效率、降低加工成本、改善劳动条件、扩大机床的使用范围。

　　3、夹具的组成：夹具是由各种不同作用的夹具元件组成的。所谓夹具元件，是指夹具上用来完成一定作用的一个零件或一个简单的部件。

　　4、夹具元件种类：①定位元件及定位装置：用来确定工件在夹具中的的零件(或部件)，称为定位元件(或定位装置)。如：支承钉、支承板、调节支承、自位支承等。

　　②夹具装置：在夹具中起夹紧作用的一些元件或部件，用于紧固工件在定位后的。

　　③对刀元件：对刀元件的作用是确定夹具相对刀具的。④夹具本体：用来联接夹具上所有各种元件和装置成为一个整体的基础件。夹具本体与机床联接，确定夹具相对于机床的。⑤自动定心装置：可同时起定位与夹紧作用的一些元件或部件。⑥分度装置：用于改变工件与刀具的相对角度，以获得多个工位的一种装置。⑦夹具与机床联接用的零件，确定夹具与机床的导向件。⑧靠模装置、动力装置等。

　　注：①②④⑦是成为一个夹具所必须的。

　　3）定位：六点定位；①物体的度：任何一个物体在空间的变化，可以归结为沿空间直角坐标系，三个坐标轴0x、oy、0z的移动和绕这三个坐标轴的转动，即物体在空间具有六个度。②六点定位定则：用夹具上的适当设置的六个固定点(支撑点)来工件的六个度，确定工件唯一的，就是工件的六点定位定则，简称六点定则。

　　工件定位形式：①完全定位：用合理分布的六个固定支点，将工件的六个度住，从而使工件在夹具内的被完全确定，称为完全定位。②不完全定位：工件度数不是六个，但能满足工件加工的需要，称为不完全定位。：③欠定位：的度数少于需要的度数，称为欠定位。这是不允许的。④过定位：如果夹具内的固定点使零件的第一度受到重复，称为过定位。这是不允许的。

　　4）工件找正与夹紧：

　　找正：用相应的工具和量具，确定工件与刀具的正确和角度过程，称为工件找正。

　　夹紧：工件找正定位后，将工件固定，使其保持正确就是工件夹紧，为了工件加工质量，在夹紧过程中要注意以下事项：

　　①工件在夹紧过程中，不应改变找正定位时的正确，工件定位准确。

　　②夹紧力要稳定可靠，确保工件在加工过程中，工件不发生位移，即夹紧力不能太大，也不能太小。

　　③正确选择夹紧部位及夹压点，使工件在夹紧状态下，变形处于最小状态。

　　4能迅速完成工件夹紧注塑模毕业设计，并且装卸方便。

　　工件正确找正与夹紧，是完成零件加工首要工作，采取何种措施工件在夹紧状态下，变形处于最小是零件加工经常面临的又很难解决课题。

　　一般作法：选好基准；确定夹紧方式；如用压板压紧，压紧力方向应和基准面垂直，压紧力封闭，粗加工压紧力可靠，精加工压紧力稳妥。

　　三）编制数控加工工艺一般作法：

　　编制数控加工工艺编基本原则，是最大限度的发挥数控机床高速、高效、高精、优势。

　　1）分析图纸：根据数控机床所能达到精度指标，确定加工部位。特别应了解加工部位精度和其他尺寸精度的关系，了解加工部位在装配中的作用，确保加工精度指标实现。突出数控加工经济效益，满足加工节拍要求，在此基础上制作工艺简图。

　　其要求：明确加工部位、定位基准、工件零点、坐标、加工顺序、加工部位尺寸精度和精度。加工部位相关数据和公差腰圆形垫片冲裁模设计，加工方式和进给方向，在加工部位较多的零件中，绘制局部加工工序图，和对应的加工程序及必要的说明。

　　2）确定装夹方式夹：尽可能的选择气动和液压夹具，突出数控机床可以实现多工位、多加工部位的特点，充分利用数控机床有效空间，尽可能多装夹工件。

　　绘制夹具简图的要求：图中应注明定位方式、夹紧形式、多工位夹具中，应注明每个夹具分布情况，工件在夹具上、夹具零点、工件零点、对刀基准、工件零点设定程序、工件零点验证程序等。

　　3）选择刀具：推广采用高效，如复合、内冷、强力等，在此基础上确定刀具切削参数及必要的说明。

　　4）编制数控加工工艺卡要求：注明加工顺序、刀具名称规格、切削参数、数控加工参数、固定循环参数、子程序号、Z轴参数。（数控加工工艺卡见附表）

　　5）

　　等加工内容，可以缩短零件加工周期，消除了在加工过程中多次装夹造成的误差。箱体类、型腔类、需多轴控制加工的零件。程序编制贯彻工序集中原则，执行先主后次、先面后孔、先粗后精、至上而下的加工过程。

　　②工序分散原则。为了最大限度提高数控机床加工效率，加工质量，满足加工节拍要求，在大批量的零件加工中采用较多，特别是在汽车、摩托车、液压、纺织等零件加工中广泛被采用。

　　③混流加工原则。在中小批量零件中为了缓解加工件间能力平衡问题，有采用这种方式。其优点可充分发挥数控机床多工步加工优势，零件加工中配套性好。

　　④粗精加工分开原则。在一些零件中由于加工余量较大，为了减少粗加工中变形加工精度，有采用此种方式。

　　⑤根据机床特点确定工艺方法：

　　·刚性机床，安排粗加工和平面加工工序，此种工艺特点是：由于加工设备刚性好，加工方式单一，可以选择优质刀具，实现高效加工，并能加工质量。

　　·柔性机床，即数控机床，安排孔系加工和精加工，此种工艺特点是：适应性强，特别是精度要求较高的部件，如缸体精镗孔，都采用此种工艺方法。

　　五）编制程序基本原则：编制加工程序是数控加工工艺，一项重要内容。数控机床自动运行，执行的是预先编制的加工程序，编制方法有多种，但最终目的：是以最合理工艺方案；最有效的精度；最佳刀具径；在最短时间内，最佳经济手段完成零件加工。

　　①最合理工艺方案：是指自己最熟悉的加工方法，即最擅长工件装夹、熟炼的编程、最少的走刀次数，最快捷的去除方式，最方便工件自检，在时间内，完成零件加工的工艺方案。

　　②最有效的精度：精度是零件加工中最重要的指标，精度决定零件价值。加工精度是数控加工的主要目的。从实际出发合理的安排加工顺序和粗精加工余量，适时调整切削参数，注意装夹对工件加工精度的影响，充分利用量检具和数控系统功能，及时对工件进行直接或间接测量，工件加工精度和配合精度。

　　③最佳刀具径：是指在加工精度和表面粗糙度的前提下，数值计算最简单，走刀线最短、空行程少、编程量小、程序短、简单易行的刀具径。根据零件外形和夹压，选择刀具径，就近定位，减少空行程，在确保加工精度条件下，选择最短刀具运行轨迹。

　　④最短时间：熟炼快捷的操作，合理使用刀具，优选切削用量，、粗精加工分开，争取在最短时间内完成加工。

　　六）典型数控加工精度

　　1）铣平面精度；

　　平面加工：平面加工；封闭平面加工；台阶平面加工；

　　1）性平面加工

　　典型零件有：汽车发动机缸体缸盖平面、各类箱体平面、板类零件平面等。

　　铣削方式有覆盖铣削和轮廓铣削。

　　①

　　覆盖铣削：常用大直径面铣刀，铣刀直径选择通常为铣削宽度1.5～2倍。

　　例如：覆盖铣削宽度为200mm平面，应选择直径为Φ300～400mm面铣刀。

　　面铣刀齿数有疏齿和密齿两种，一般情况下疏齿用于粗加工，密齿用于精加工。铣刀刀片材质有：高速钢、硬质合金、金刚石、氮化硅陶瓷、CBN等。高速钢和金刚石刀片适用于铝和铜等有色金属，金刚石刀片适用于高速精加工。

　　硬质合金、氮化硅陶瓷、CBN刀片适用黑色金属加工，氮化硅陶瓷、CBN刀片适用于高速精加工。

　　覆盖铣削要点：铣刀中心和加工面中心应有10～30mm偏心量，目的减少铣削过程中产生的振动。精加工时铣刀应安装修光刃，。

　　②

　　台阶平面铣削：常用铣刀有：面铣刀、立铣刀和专用铣刀。

　　平面精度，主要体现为平面精度和接刀精度，，一般数控机床此项精度指标为0.005mm，数控机床验收加工平面规范是：用Φ50～Φ120mm端铣刀采用平行铣削方式，进行平面铣削，重复走刀范围为3～5mm，检测方法是用表接触测量接刀区域，产生误差原因有：①主轴振摆大，一般情况不太多见；②端铣刀振摆大，铣削中可能单齿切削，这种情况较为多见，解决办法是调整刀具；③机床垂直精度差，主要是安装调试中机床精度没有在最佳状态。铣削平面时产生带刀原因：机床垂直精度差，在机床安装调试中，各项精度未在最佳状态。铣刀前进方向刀具抬头，铣削时有带刀，铣出平面中间凸。带刀加快刀具磨损。铣刀前进方向刀具低头，铣削时不带刀，铣出平中间凹。面铣刀可以增加修光刃，安装时比普通齿高0.01-0.02mm。为了平面精度，精铣时应尽量选择顺铣，走刀方式避免平行铣，采用环铣方式，可以有效平面和接刀精度。

　　铣加工种类：面铣、方肩铣和槽铣。（山特铣刀加工示意图）粗加工至精加工。

　　铣削形式还有：薄壁间断铣、背铣、大悬伸普通方肩铣、周边/轮廓粗加工到高光洁度精加工。

　　粗加工切削参数选择：开始时切削速度应降低50%，以便确保正确地进行排屑。最大切削深度不应超过切削刃长度的一半。

　　2）铣侧面精度；

　　选择铣刀有：立铣刀、机夹立铣刀两种，立铣刀铣削直线性好精度高，机夹立铣刀加工效率高。

　　铣侧面精度主要指侧面间几何精度差，产生原因来自机床相互部件中垂直精度造成。

　　加工面有波纹震纹，波纹来自刀具和切削参数不尽合理造成的，震纹主要来自机床共振和伺服增益参数设置不匹配造成的。

　　3）铣圆精度；

　　①铣圆是考核数控机床切削精度主要指标，产生误差原因有：

　　反向间隙大；不稳定的弹性变形和摩擦阻尼不稳定，可能产生反向失动量，造成两个半圆错位和接刀处有突跳。

　　②45°方向椭圆产生原因可能是两轴不垂直，国产手机面板模具设计及快速成型仿真。和两轴系统误差不一致造成。可以适当调整速度反馈增益，环增益来改善。

　　③圆的顶端处有震纹，造成原因是爬行现象或润滑不好，应调整丝杠联轴节处轴承间隙，改善润滑，精加工不能选择太慢进给速度。

　　④全圆有波纹，但有周期性，造成原因可能是丝杠和电机定位有误差，两轴联动进给速度不均匀或机械负载不均匀、低速爬行、防护罩摩擦阻尼大、反馈元件传动不均匀等，丝杠和电机定位有误差。

　　⑤y轴有尖峰，可能由于电机不能连续工作到一定程度突然结果。

　　⑥机械方面调整不好，可能造成铣圆中产生误差，如压板间隙过大过小，镶条间隙不合适，主轴拉刀状态不好等原因。

　　⑦铣圆中出现圆心和设定零点不重合，即同轴度误差大。产生误差主要是机械误差。

　　⑧HRV功能正确调整，可以提高铣圆精度。

　　4）镗孔精度；

　　镗孔精度主要体现在尺寸精度、精度和表面粗糙度，其中尺寸精度和表面粗糙度与刀具和切削参数有关。如选用G86或G85镗孔时孔径尺寸有差异。镗孔时进给快和进给慢孔径尺寸有差异，镗孔时孔径壁厚壁薄孔径尺寸有差异。精度要求高，加工起来难度相对较大一些，因为涉及到机床定位精度和重复定位精度，而重复定位精度主要是机械方面问题，如导轨、镶条、压板、润滑等机械方面调整不好造成。精镗孔时定位速度要和检测坐标定位速度一致。一般状态下镗孔精度，是机床定位精度的1.5倍到2倍。

　　5）调头镗精度；

　　在半闭环情况下能达到0.02mm回转中心确定：在卧式加工中心回转工作台回转中心（注意不是转台中心），一般情况下转台中心和转台回转中心有一定误差。卧式加工中心回转中心是指转台回转中心和主轴中心重合点，X轴坐标。初检方法用主轴检棒配合磁力表座，找检测棒侧母线最高点，记下数值。Y轴升起→回转工作台180°→主轴转动180°压表检测不变，消除检棒振摆误差，记下数值MDI设定→回机床零点→重新设定坐标值→重复上述检测方法，最终得到回转中心坐标值。

　　①用试件验证。把工件要加工孔位定在回转中心上，调头镗。

　　②调头镗精度自检测。检测用表验证孔侧母线，如果孔有锥度，可采用滚表方式进行。

　　③回转中心精度即调头镗可能达到的精度，一般条件下在500mm范围内可达到0.02mm。

　　镗孔时应注意事项：

　　①精加工进给时切屑排出要流畅，防止对已加工孔的表面伤。刀尖半径的选择尤为重要，产生振动的原因：可能与刀片槽形、主偏角、刀尖半径等有关。通常，刀片应有一个正的前倾角、锋利的切削刃及小的刀尖半径。主偏角应尽可能地接近90度。推荐精镗的刀尖半径为0.2mm。

　　②刀片槽形的选择非常重要。使用修光刃的刀片，在高进给条件下，能够获得高的表面质量。但是修光刃刀片，将会产生较大的径向压力，从而加大了振动的可能性。

　　③切削深度选择，受振动影响有限。当使用小直径镗杆时，当选用了过大的切削深度时，切屑很可能会粘在工件和刀具之间，或导致切削刃破裂。

　　④在所有的镗削工序中尽可能使用切削液。以快速地将切屑从切削区域和孔中排出。

　　6）螺纹加工精度；

　　螺纹加工有多种方法，有弹性攻丝，刚性攻丝，G33螺纹加工方式，螺旋线插补方式，使用的刃具有丝锥，螺纹铣刀，螺纹镗刀等。丝锥有二种，一种是直槽丝锥其优点是刚性好。另一种是螺旋槽丝锥，优点是排屑好。当螺纹孔公差较严时，一般方法难以达到，采取措施是，底孔精度，加工顺序为：NC点钻，钻孔，铣扩孔，由于孔径小只能采用刚性攻丝方法，从主轴定向开始，加工起始点比一般攻丝方式要高。目的防止伺服系统运动滞后，造成Z轴运动误差大，影响加工精度，螺纹深度长径比达2.5，需采用分级攻丝，这样即利于排屑和防止丝锥折断，又能螺纹加工精度。

　　7）腔槽加工精度；

　　腔槽加工，在机械加工中，铣加工占有很大比例，一般零件都有腔槽加工部位，而模具特征之一也是腔槽加工，一般腔槽加工既有尺寸精度，又有精度。特别是异型腔槽，找正定位都很繁琐，当粗精加工在一次装夹中完成时，这给加工又增加了难度。如腔槽带有薄壁和其他形式结构，象过渡圆弧和斜面等。对编程和加工又提出了更高的要求。薄壁类零件加工，主要问题是加工部位变形，克服减少工件变形的做法，是适当增加加工部位的刚性，或采取一些工艺手段，减少刀具在切削过程中，与工件产生振动。

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