第2章數(shù)控加工工藝2.1數(shù)控加工工藝概述2.2數(shù)控車削工藝2.3數(shù)控銑削工藝2.4數(shù)控加工工藝文件小結(jié)思考與練習(xí)題2.1數(shù)控加工工藝概述2.1.1數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容如下：

(1)選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容。

(2)對零件圖樣的數(shù)控加工工藝性進(jìn)行分析。

(3)設(shè)計(jì)數(shù)控加工的工藝路線。

(4)對零件圖樣進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。

(5)編寫加工程序單。

(6)按程序單制作控制介質(zhì)。

(7)校驗(yàn)與修改程序。

(8)試加工首件與處理現(xiàn)場問題。

(9)定型與歸檔數(shù)控加工工藝文件。2.1.2數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇

1．宜選擇的數(shù)控加工內(nèi)容

(1)普通機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容。

(2)普通機(jī)床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容。

(3)普通機(jī)床加工效率低，工人手工操作勞動強(qiáng)度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機(jī)床尚有加工能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。

2．不宜選擇的數(shù)控加工內(nèi)容

(1)需要用較長時(shí)間占機(jī)調(diào)整的加工內(nèi)容。

(2)加工余量極不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上又無法自動調(diào)整零件坐標(biāo)位置的加工內(nèi)容。

(3)不能在一次安裝中加工完成的零星分散部位，采用數(shù)控加工很不方便，效果不明顯的，可以安排普通機(jī)床補(bǔ)充加工。此外，在選擇數(shù)控加工內(nèi)容時(shí)，還要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周轉(zhuǎn)情況等因素，要盡量合理使用數(shù)控機(jī)床，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率及綜合經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)都明顯提高的目的，并要防止將數(shù)控機(jī)床降格為普通機(jī)床使用。2.1.3數(shù)控加工工藝性分析的方法

1．零件圖樣分析

1)零件圖上尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)如圖2.1(a)所示，在數(shù)控加工零件圖上，應(yīng)以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。這種標(biāo)注方法既便于編程，也便于尺寸之間的相互協(xié)調(diào)，又有利于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和編程原點(diǎn)的統(tǒng)一。零件設(shè)計(jì)人員在尺寸標(biāo)注時(shí)，一般總是較多地考慮裝配等使用特性，因而常采用如圖2.1(b)所示的局部分散標(biāo)注法，這樣就給工序安排和數(shù)控加工帶來了諸多不便。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)生較大的累積誤差而破壞零件的使用特性，因此，可將局部的分散標(biāo)注法改為同一基準(zhǔn)標(biāo)注或直接標(biāo)注坐標(biāo)尺寸。圖2.1零件尺寸標(biāo)注分析(a)同一基準(zhǔn)標(biāo)注；(b)分散標(biāo)注

3)幾何元素條件準(zhǔn)確構(gòu)成零件輪廓的幾何元素(點(diǎn)、線、面)的條件(如相切、相交、垂直和平行等)，是數(shù)控編程的重要依據(jù)。手工編程時(shí)，要依據(jù)這些條件計(jì)算每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；自動編程時(shí)，則要根據(jù)這些條件對構(gòu)成零件的所有幾何元素進(jìn)行定義，任一個(gè)條件不明確，都會導(dǎo)致編程無法進(jìn)行。因此，在分析零件圖樣時(shí)，務(wù)必要分析幾何元素的給定條件是否充分，發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)人員協(xié)商解決。

2)定位基準(zhǔn)的選擇分析被加工零件的設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)標(biāo)注的尺寸公差和形位公差等相關(guān)信息，將加工表面區(qū)分為重要表面和次要表面，并找出其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，進(jìn)而遵循基準(zhǔn)選擇的原則，確定加工零件的定位基準(zhǔn)，分析零件的毛坯是否便于定位和裝夾，夾緊方式和夾緊點(diǎn)的選取是否會有礙刀具的運(yùn)動，夾緊變形是否對加工質(zhì)量有影響等。定位基準(zhǔn)的選擇為工件定位、安裝和夾具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2．零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

(1)統(tǒng)一零件的幾何類型及尺寸。零件的內(nèi)腔與外形應(yīng)盡量采用統(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)，方便編程，提高生產(chǎn)效益。

(2)內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)太小。內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，所以，對于圖2.2所示的零件，其結(jié)構(gòu)工藝性的好壞與被加工輪廓的高低、轉(zhuǎn)角圓弧半徑的大小等因素有關(guān)。圖2.2(b)與圖2.2(a)相比，轉(zhuǎn)角圓弧半徑R大，可以采用直徑較大的立銑刀來加工。加工平面時(shí)，進(jìn)給次數(shù)也相應(yīng)減少，表面加工質(zhì)量也會好一些，因而工藝性較好；反之，工藝性較差。通常，當(dāng)R＜0.2H(H為被加工工件輪廓面的最大高度)時(shí)，可以判定零件該部位的工藝性不好。圖2.2內(nèi)槽結(jié)構(gòu)工藝性

(3)零件銑槽底平面時(shí)，槽底圓角半徑r不要過大。如圖2.3所示，銑刀端面刃與銑削平面的最大接觸直徑d＝D－2r(D為銑刀直徑)，當(dāng)D一定時(shí)，r越大，銑刀端面刃與銑削平面的最大接觸面積越小，加工平面的能力越差，工藝性就越差。當(dāng)r大到一定程度時(shí)，甚至必須用球頭銑刀加工，這是應(yīng)該盡量避免的。

(4)應(yīng)盡可能在一次裝夾中完成所有能加工表面的加工。要選擇便于各個(gè)表面都能加工的定位方式；若需要二次裝夾，應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。在數(shù)控加工中若沒有統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，會因工件重新安裝產(chǎn)生定位誤差而使加工后的兩個(gè)面上的輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)，因此，為保證二次裝夾加工后其相對位置的準(zhǔn)確性，應(yīng)采用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。圖2.3零件底面圓弧半徑對工藝性的影響

1．工序的劃分

1)按安裝次數(shù)劃分工序按安裝次數(shù)劃分工序是指以一次安裝完成的那一部分工藝過程為一道工序。該方法一般適合于加工內(nèi)容不多的工件，加工完畢就能達(dá)到待檢狀態(tài)。

2)按所用刀具劃分工序按所用刀具劃分工序是指以同一把刀具完成的那一部分工藝過程為一道工序。這種方法適用于工件的待加工表面較多，機(jī)床連續(xù)工作時(shí)間過長，加工程序的編制和檢查難度較大等情況。在專用數(shù)控機(jī)床和加工中心上常用這種方法。2.1.4數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計(jì)數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計(jì)與普通機(jī)床加工的常規(guī)工藝路線擬定的區(qū)別主要在于它僅是幾道數(shù)控加工工藝過程的概括，而不是指從毛坯到成品的整個(gè)工藝過程。由于數(shù)控加工工序一般均穿插于零件加工的整個(gè)工藝過程之中，因此在工藝路線設(shè)計(jì)中，一定要兼顧常規(guī)工序的安排，使之與整個(gè)工藝過程協(xié)調(diào)吻合。

3)按粗、精加工劃分工序考慮工件的加工精度要求、剛度和變形等因素來劃分工序時(shí)，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即以粗加工中完成的那部分工藝過程為一道工序，精加工中完成的那部分工藝過程為另一道工序。一般來說，在一次安裝中不允許將工件的某一表面粗、精不分地加工至精度要求后再加工工件的其他表面。

4)按加工部位劃分工序按加工部位劃分工序是指以完成相同型面的那一部分工藝過程為一道工序。有些零件加工表面多而復(fù)雜，構(gòu)成零件輪廓的表面結(jié)構(gòu)差異較大，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(如內(nèi)型、外形、曲面或平面等)劃分成多道工序。綜上所述，在劃分-工序時(shí)，一定要視零件的結(jié)構(gòu)與工藝性、機(jī)床的功能、零件數(shù)控加工內(nèi)容的多少、安裝次數(shù)以及生產(chǎn)組織等實(shí)際情況靈活掌握。

2．加工順序的安排加工順序安排得合理與否，將直接影響到零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和加工成本。應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，結(jié)合定位及夾緊的需要綜合考慮，重點(diǎn)應(yīng)保證工件的剛度不被破壞，盡量減少變形。加工順序的安排應(yīng)遵循下列原則：

(1)盡量使工件的裝夾次數(shù)、工作臺轉(zhuǎn)動次數(shù)、刀具更換次數(shù)及所有空行程時(shí)間減至最少，提高加工精度和生產(chǎn)率。

(2)先內(nèi)后外原則，即先進(jìn)行內(nèi)型內(nèi)腔加工，后進(jìn)行外形加工。

(3)為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯的內(nèi)在缺陷，精度要求較高的主要表面的粗加工一般應(yīng)安排在次要表面粗加工之前；大表面加工時(shí)，因內(nèi)應(yīng)力和熱變形對工件影響較大，一般也需先加工。

(4)在同一次安裝中進(jìn)行的多個(gè)工步，應(yīng)先安排對工件剛性破壞較小的工步。

(5)為了提高機(jī)床的使用效率，在保證加工質(zhì)量的前提下，可將粗加工和半精加工合為一道工序。

(6)加工中容易損傷的表面(如螺紋等)，應(yīng)放在加工路線的后面。

3．?dāng)?shù)控加工工序與普通工序的銜接普通工序是指常規(guī)的加工工序、熱處理工序和檢驗(yàn)等輔助工序。數(shù)控工序前后一般都穿插其他普通工序，若銜接不好就容易產(chǎn)生矛盾。較好的解決辦法是建立工序間的相互狀態(tài)聯(lián)系，在工藝文件中做到互審會簽。例如是否預(yù)留加工余量、留多少、定位基準(zhǔn)的要求、零件的熱處理等，這些問題都需要前后銜接，統(tǒng)籌兼顧。2.1.5數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)方法數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)方法的主要任務(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．走刀路線和工步順序的確定走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。走刀路線是刀具在整個(gè)加工工序中相對于工件的運(yùn)動軌跡，不但包括了工步的內(nèi)容，而且也反映出工步的順序。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。在銑床上進(jìn)行加工時(shí)，因刀具的運(yùn)動軌跡和方向不同，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，其運(yùn)動間隙很小，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2.4(a)所示的零件上六個(gè)尺寸相同的孔，有兩種走刀路線。按圖2.4(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向反向間隙會使定位誤差增加，從而影響5、6孔與其他孔的位置精度。按圖2.4(c)所示路線加工時(shí)，加工完4孔后往上多移動一段距離至P點(diǎn)，然后折回來在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孔與其他孔的位置精度。圖2.4鏜削孔系走刀路線比較(a)零件圖；(b)走刀路線差；(c)走刀路線好刀具的進(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，提高加工效率。如圖2.5(a)所示的零件上的孔系是先加工均布于同一圓周上的一圈孔后，再加工另一圈孔，這不是最好的走刀路線。對點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床而言，要求定位精度高，定位過程盡可能短。若按圖2.5(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。圖2.5最短加工路線選擇

(3)最終輪廓一次走刀完成。圖2.6(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2.6(b)所示為采用環(huán)切法加工，表面粗糙度值較小，但刀位計(jì)算略為復(fù)雜，走刀路線也較行切法長。采用圖2.6(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2.6(a)的方案最差，圖2.6(c)的方案最佳。圖2.6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)該注意下列幾點(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)，應(yīng)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(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。選擇刀具要注意以下幾點(diǎn)：

(1)根據(jù)數(shù)控加工對刀具的要求，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于加工硬度大于450HBS的冷硬鑄鐵、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、高速鋼、軸承鋼以及硬度大于等于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)床使用說明書、切削用量手冊，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)刀具差異由于不同廠家生產(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)場經(jīng)驗(yàn)加以修正。

2)機(jī)床特性切削用量受機(jī)床電動機(jī)的功率和機(jī)床剛性的限制，必須在機(jī)床說明書規(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，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，通過適當(dāng)降低刀具壽命來提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率。2.2數(shù)控車削工藝2.2.1數(shù)控車削加工工藝性分析

1．?dāng)?shù)控車削的主要加工對象

1)要求高的回轉(zhuǎn)體零件

(1)精度要求高的零件。由于數(shù)控車床的剛性好、制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償甚至自動補(bǔ)償，因此它能夠加工尺寸精度要求高的零件。

(2)表面粗糙度好的回轉(zhuǎn)體。因?yàn)閿?shù)控車床的剛性和制造精度高，并且具有恒線速度切削功能，所以數(shù)控車床能加工出表面粗糙度值小的零件。

2)超精密、超低表面粗糙度的零件磁盤、錄像機(jī)磁頭、激光打印機(jī)的多面反射體、復(fù)印機(jī)的回轉(zhuǎn)鼓、照相機(jī)等光學(xué)設(shè)備的透鏡及其模具，以及隱形眼鏡等要求超高的輪廓精度和超低的表面粗糙度，它們適合于在高精度、高功能的數(shù)控車床上加工。超精加工的輪廓精度可達(dá)0.1μm，表面粗糙度可達(dá)0.02μm。超精加工所用數(shù)控系統(tǒng)的最小設(shè)定單位應(yīng)達(dá)到0.01μm。

3)表面形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線插補(bǔ)功能，因此可以車削由任意直線和平面曲線組成的形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件與難以控制尺寸的零件。

4)帶橫向加工的回轉(zhuǎn)體零件帶有鍵槽或徑向孔，或端面有分布的孔系以及有曲面的盤套或軸類零件(如帶法蘭的軸套、帶有鍵槽或方頭的軸類零件等)，宜選車削加工中心加工。

5)帶一些特殊類型螺紋的零件傳統(tǒng)車床只能車等節(jié)距的直、錐面公/英制螺紋，數(shù)控車床不但能車任何等節(jié)距的直、錐和端面螺紋，而且能車增節(jié)距、減節(jié)距以及要求等節(jié)距、變節(jié)距之間平滑過渡的螺紋和變徑螺紋。

2．零件圖工藝分析

1)構(gòu)成零件輪廓的幾何條件構(gòu)成零件輪廓的幾何條件應(yīng)充分、完整。在車削加工中手工編程時(shí)，要計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；在自動編程時(shí)，要對構(gòu)成零件輪廓所有的幾何元素進(jìn)行定義。因此在分析零件圖時(shí)應(yīng)注意：

(1)零件圖上是否漏掉某尺寸，使其幾何條件不充分，影響到零件輪廓的構(gòu)成。

(2)零件圖上的圖線位置是否模糊或尺寸標(biāo)注不清，使編程無法下手。

(3)零件圖上給定的幾何條件是否不合理，造成數(shù)學(xué)處理困難。

(4)零件圖上的尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控車床加工的特點(diǎn)，以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。

2)尺寸精度的要求分析零件圖樣尺寸精度的要求，以判斷能否利用車削工藝達(dá)到，并確定控制尺寸精度的工藝方法。

3)形狀和位置精度的要求零件圖樣上給定的形狀和位置公差是保證零件精度的重要依據(jù)。加工時(shí)，要按照其要求確定零件的定位基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)，還可以根據(jù)數(shù)控車床的特殊需要進(jìn)行一些技術(shù)性處理，以便有效地控制零件的形狀和位置精度。

4)表面粗糙度的要求表面粗糙度是保證零件表面微觀精度的重要要求，也是合理選擇數(shù)控車床、刀具及確定切削用量的依據(jù)。

5)材料與熱處理的要求零件圖樣上給定的材料與熱處理要求是選擇刀具、數(shù)控車床型號、確定切削用量的依據(jù)。2.2.2數(shù)控車削加工工藝過程的擬定

1．工序的劃分

1)按所用刀具劃分工序采用按所用刀具劃分工序的方式可提高車削加工的生產(chǎn)效率。

2)按粗、精加工劃分工序采用按粗、精加工劃分工序的方式可保證數(shù)控車削加工的精度。如圖2.7所示的零件，應(yīng)先切除整個(gè)零件的大部分余量，再將表面精車一遍，以保證加工精度和表面粗糙度的要求。圖2.7車削加工的零件

2．確定零件裝夾方法數(shù)控車床上零件的安裝方法與普通車床的一樣，要盡量選用已有的通用夾具裝夾，且應(yīng)注意減少裝夾次數(shù)，盡量做到在一次裝夾中能把零件上所有要加工的表面都加工出來。零件定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差對尺寸精度的影響。

3．夾具選擇數(shù)控車床多采用三爪自定心卡盤夾持工件。軸類工件還可采用尾座頂尖支持工件。由于數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速極高，為便于工件夾緊，多采用液壓高速動力卡盤。因它在生產(chǎn)廠已通過了嚴(yán)格平衡，所以具有高轉(zhuǎn)速(極限轉(zhuǎn)速可達(dá)4000～6000r/min)、高夾緊力(最大推拉力為2000～8000N)、高精度、調(diào)爪方便、通孔、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。還可使用軟爪夾持工件，軟爪弧面由操作者隨機(jī)配制，可獲得理想的夾持精度。通過調(diào)整油缸壓力，可改變卡盤夾緊力，以滿足夾持各種薄壁和易變形工件的特殊需要。為減少細(xì)長軸加工時(shí)受力變形，提高加工精度，在加工帶孔軸類工件內(nèi)孔時(shí)，可采用液壓自動定心中心架，其定心精度可達(dá)0.03mm。

1)用于軸類零件的夾具用于軸類零件的夾具有自動夾緊撥動卡盤、撥齒頂尖、三爪撥動卡盤和快速可調(diào)萬能卡盤等。用數(shù)控車床加工軸類零件時(shí)，坯件裝夾在主軸頂尖和尾座頂尖之間，由主軸上的撥盤或撥齒頂尖帶動旋轉(zhuǎn)。這類夾具在粗車時(shí)可以傳遞足夠大的轉(zhuǎn)距，以適應(yīng)于主軸的高速旋轉(zhuǎn)車削。

2)用于盤類零件的夾具用于盤類零件的夾具主要有可調(diào)卡爪式卡盤和快速可調(diào)卡盤。這類夾具適用于無尾座的卡盤式數(shù)控車床。

4．加工順序的確定數(shù)控車削的加工順序一般按照以下原則進(jìn)行：

(1)先粗后精。為了提高生產(chǎn)效率并保證零件的精加工質(zhì)量，在切削加工時(shí)，應(yīng)先安排粗加工工序，在較短的時(shí)間內(nèi)，將精加工前大量的加工余量(如圖2.8虛線所示部分)去掉，同時(shí)盡量滿足精加工的余量均勻性要求。當(dāng)粗加工工序安排完后，應(yīng)接著安排換刀后進(jìn)行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，當(dāng)粗加工后所留余量的均勻性滿足不了精加工要求時(shí)，則可安排半精加工作為過渡性工序，以便使精加工余量小而均勻。圖2.8先粗后精示例當(dāng)安排可以一刀或多刀進(jìn)行的精加工工序時(shí)，其零件的最終輪廓應(yīng)由最后一刀連續(xù)加工而成。這時(shí)，加工刀具的進(jìn)退刀位置要考慮妥當(dāng)，盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切入和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。

(2)先近后遠(yuǎn)加工，減少空行程時(shí)間。這里所說的遠(yuǎn)與近，是按加工部位相對于對刀點(diǎn)的距離大小而言的。在一般情況下，特別是在粗加工時(shí)，通常安排離對刀點(diǎn)近的部位先加工，離對刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具的移動距離，減少空行程時(shí)間。對于車削加工，先近后遠(yuǎn)有利于保持毛坯件或半成品件的剛性，改善其切削條件。例如，當(dāng)加工如圖2.9所示的零件時(shí)，如果按φ38mm→

φ36mm→φ34mm的次序安排車削，不僅會增加刀具返回對刀點(diǎn)所需的空行程時(shí)間，而且還可能使臺階的外直角處產(chǎn)生毛刺(飛邊)。對這類直徑相差不大的臺階軸，當(dāng)?shù)谝坏兜那邢魃疃?圖中最大切削深度可為3mm左右)未超限時(shí)，宜按φ34mm→φ36mm→φ38mm的次序先近后遠(yuǎn)地安排車削。圖2.9先近后遠(yuǎn)示例

(3)內(nèi)外交叉。對既有內(nèi)表面(內(nèi)型腔)又有外表面需加工的零件，安排加工順序時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工，后進(jìn)行內(nèi)外表面精加工。切不可將零件上一部分表面(外表面或內(nèi)表面)加工完畢后，再加工其他表面(內(nèi)表面或外表面)。

(4)基面先行原則。用作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)優(yōu)先加工出來，因?yàn)槎ㄎ换鶞?zhǔn)的表面越精確，裝夾誤差就越小。例如軸類零件加工時(shí)，總是先加工中心孔，再以中心孔為精基準(zhǔn)加工外圓表面和端面。2.2.3數(shù)控車削加工工藝進(jìn)給路線的確定

1．加工路線與加工余量的關(guān)系在數(shù)控車床還未達(dá)到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯件上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工的，則要注意程序的靈活安排，可安排一些子程序?qū)τ嗔窟^多的部位先作一定的切削加工。

1)對大余量毛坯進(jìn)行階梯切削時(shí)的加工路線圖2.10所示為車削大余量工件的兩種加工路線，圖(a)是錯(cuò)誤的階梯切削路線，圖(b)按1→5的順序切削，每次切削所留余量相等，是正確的階梯切削路線。因?yàn)樵谕瑯颖吵缘读康臈l件下，按圖(a)方式加工所剩的余量過多。根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，還可以放棄常用的階梯車削法，改用依次從軸向和徑向進(jìn)刀、順工件毛坯輪廓走刀的路線，如圖2.11所示。圖2.10車削大余量毛坯的階梯切削路線圖2.11雙向進(jìn)刀走刀路線

2)分層切削時(shí)刀具的終止位置當(dāng)某表面的余量較多需分層多次走刀切削時(shí)，從第二刀開始就要注意防止走刀到終點(diǎn)時(shí)切削深度的猛增。如圖2.12所示，設(shè)以90°主偏角刀分層車削外圓，合理的安排應(yīng)是每一刀的切削終點(diǎn)依次提前一小段距離e(例如可取e＝0.05mm)。如果e＝0，則每一刀都終止在同一軸向位置上，主切削刃就可能受到瞬時(shí)的重負(fù)荷沖擊。當(dāng)?shù)毒叩闹髌谴笥?0°，但仍然接近90°時(shí)，也宜做出層層遞退的安排，經(jīng)驗(yàn)表明，這對延長粗加工刀具的壽命是有利的。圖2.12分層切削時(shí)刀具的終止位置

2．刀具的切入、切出在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工時(shí)，要安排好刀具的切入、切出路線，盡量使刀具沿輪廓的切線方向切入、切出。尤其是車螺紋時(shí)，必須設(shè)置升速段δ1和降速段δ2(如圖2.13所示)，這樣可避免因車刀升降而影響螺距的穩(wěn)定。圖2.13車螺紋時(shí)的引入距離和超越距離

3．最短空行程路線的確定確定最短的走刀路線，除了依靠大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)善于分析，必要時(shí)輔以一些簡單的計(jì)算。

1)巧用起刀點(diǎn)圖2.14(a)為采用矩形循環(huán)方式進(jìn)行粗車的一般情況示例。其起刀點(diǎn)A的設(shè)定是考慮到精車等加工過程中需方便地?fù)Q刀，故設(shè)置在離坯料較遠(yuǎn)的位置處，同時(shí)將起刀點(diǎn)與對刀點(diǎn)重合在一起，按三刀粗車的走刀路線安排如下：第一刀為A→B→C→D→A；第二刀為A→E→F→G→A；第三刀為A→H→I→J→A。圖2.14(b)則是巧將起刀點(diǎn)與對刀點(diǎn)分離，并設(shè)于圖示B點(diǎn)位置，仍按相同的切削用量進(jìn)行三刀粗車。起刀點(diǎn)與對刀點(diǎn)分離的空行程為A→B，其走刀路線安排如下：第一刀為B→C→D→E→B；第二刀為B→F→G→H→B；第三刀為B→I→J→K→B。顯然，圖2.14(b)所示的走刀路線短。圖2.14巧用起刀點(diǎn)(a)起刀點(diǎn)與對刀點(diǎn)重合；(b)起刀點(diǎn)與對刀點(diǎn)分離

2)巧設(shè)換刀點(diǎn)為了考慮換(轉(zhuǎn))刀的方便和安全，有時(shí)將換(轉(zhuǎn))刀點(diǎn)也設(shè)置在離坯件較遠(yuǎn)的位置處(如圖2.14中A點(diǎn))，那么，當(dāng)換第二把刀后，進(jìn)行精車時(shí)的空行程路線必然也較長；如果將第二把刀的換刀點(diǎn)也設(shè)置在圖2.14(b)中的B點(diǎn)位置上，則可縮短空行程距離。

3)合理安排“回零”路線在手工編制較復(fù)雜輪廓的加工程序中，為使其計(jì)算過程盡量簡化，既不易出錯(cuò)又便于校核，編程者(特別是初學(xué)者)有時(shí)將每一刀加工完后的刀具終點(diǎn)通過執(zhí)行“回零”(即返回對刀點(diǎn))指令，使其全都返回到對刀點(diǎn)位置，然后再進(jìn)行后續(xù)程序。這樣會增加走刀路線的距離，從而大大降低生產(chǎn)效率。因此，在合理安排“回零”路線時(shí)，應(yīng)使其前一刀終點(diǎn)與后一刀起點(diǎn)間的距離盡量減短，或者為零，即可滿足走刀路線為最短的要求。

4．最短切削進(jìn)給路線的確定切削進(jìn)給路線短，可有效地提高生產(chǎn)效率、降低刀具損耗等。在安排粗加工或半精加工的切削進(jìn)給路線時(shí)，應(yīng)同時(shí)兼顧到被加工零件的剛性及加工的工藝性等要求，不要顧此失彼。圖2.15為粗車工件時(shí)幾種不同切削進(jìn)給路線的安排示例。其中，圖2.15(a)表示利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復(fù)合循環(huán)功能而控制車刀沿著工件輪廓進(jìn)行走刀的路線；圖2.15(b)為利用其程序循環(huán)功能安排的“三角形”走刀路線；圖2.15(c)為利用其矩形循環(huán)功能而安排的“矩形”走刀路線。圖2.15走刀路線示例(a)沿工件輪廓走刀；(b)“三角形”走刀；(c)“矩形”走刀2.2.4數(shù)控車削刀具

1．對刀具的要求數(shù)控車床能兼作粗、精車削。為使粗車能大吃刀、大走刀，要求粗車刀具強(qiáng)度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時(shí)間和方便對刀，應(yīng)盡可能多地采用機(jī)夾刀。數(shù)控車床還要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具壽命管理功能。

2．對刀座(夾)的要求刀具很少直接裝在數(shù)控車床的刀架上，它們之間一般用刀座(也稱刀夾)作過渡。刀座的結(jié)構(gòu)主要取決于刀體的形狀、刀架的外形和刀架對主軸的配置方式這三個(gè)因素?，F(xiàn)今刀座的種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)化程度很低。機(jī)夾刀體的標(biāo)準(zhǔn)化程度比較高，所以種類和規(guī)格并不太多，刀架對機(jī)床主軸的配置方式總共只有幾種，唯有刀架的外形(主要是指與刀座連接的部分)形式太多，用戶在選擇時(shí)，應(yīng)盡量減少種類、形式，以利管理。2.2.5切削用量的選擇切削用量(ap、f、v)選擇是否合理，對于能否充分發(fā)揮機(jī)床潛力與刀具切削性能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本和安全操作具有很重要的作用。粗車時(shí)，首先考慮選擇一個(gè)盡可能大的背吃刀量ap，其次選擇一個(gè)較大的進(jìn)給量f，最后確定一個(gè)合適的切削速度v。增大背吃刀量ap

可使走刀次數(shù)減少，增大進(jìn)給量f有利于斷屑，因此根據(jù)以上原則選擇粗車切削用量對于提高生產(chǎn)效率、減少刀具消耗、降低加工成本是有利的。

1．背吃刀量ap的確定在工藝系統(tǒng)剛度和機(jī)床功率允許的情況下，盡可能選取較大的背吃刀量，以減少進(jìn)給次數(shù)。當(dāng)零件精度要求較高時(shí)，則應(yīng)考慮留出精車余量，其所留的精車余量一般比普通車削時(shí)所留余量小，常取0.1～0.5mm。

2．進(jìn)給量f的選取進(jìn)給量f(有些數(shù)控機(jī)床用進(jìn)給速度Vf)的選取應(yīng)該與背吃刀量和主軸轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。在保證工件加工質(zhì)量的前提下，可以選擇較高的進(jìn)給速度(2000mm/min以下)。在切斷、車削深孔或精車時(shí)，應(yīng)選擇較低的進(jìn)給速度。當(dāng)?shù)毒呖招谐烫貏e是遠(yuǎn)距離“回零”時(shí)，可以設(shè)定盡量高的進(jìn)給速度。粗車時(shí)，一般取f＝0.3～0.8mm/r；精車時(shí)，常取f＝0.1～0.3mm/r；切斷時(shí)，一般取f＝0.05～0.2?mm/r。

3．主軸轉(zhuǎn)速的確定主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具材料以及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了通過計(jì)算和查表選取外，還可以根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。需要注意的是，交流變頻調(diào)速的數(shù)控車床低速輸出力矩小，因而切削速度不能太低。切削速度確定后，用公式n＝1000?vc/πd計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。表2-1為數(shù)控車削用量推薦表。如何確定加工時(shí)的切削速度，除了可參考表2-1列出的數(shù)值外，主要還應(yīng)根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。表2-1數(shù)控車削用量推薦表工件材料加工方式背吃刀量/mm切削速度/(m/min)進(jìn)給量/(mm/r)刀具材料碳素鋼

b＞600MPa粗加工5～760～800.2～0.4YT類粗加工2～380～1200.2～0.4精加工0.2～0.3120～1500.1～0.2車螺紋70～100導(dǎo)程鉆中心孔500～800r/minW18Cr4V鉆孔20～300.1～0.2切斷(寬度＜5mm)70～1100.1～0.2YT類在車削螺紋時(shí)，車床的主軸轉(zhuǎn)速將受到螺紋的螺距P(或?qū)С?大小、驅(qū)動電機(jī)的升降頻特性以及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素的影響，故對于不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦不同的主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍。大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床推薦車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)為

(2-1)式中：P——被加工螺紋螺距，單位為mm；

k——保險(xiǎn)系數(shù)，一般取為80。此外，在安排粗、精車削用量時(shí)，應(yīng)注意機(jī)床說明書給定的允許切削用量范圍。對于主軸采用交流變頻調(diào)速的數(shù)控車床，因主軸在低轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩降低，故尤其應(yīng)注意此時(shí)的切削用量選擇。2.3數(shù)控銑削工藝2.3.1數(shù)控銑削加工工藝性分析

1．?dāng)?shù)控銑削的主要加工對象

1)平面類零件平面類零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面與水平面的夾角為一定值的零件，這類加工面可展開為平面。圖2.16所示的三個(gè)零件均為平面類零件。其中，曲線輪廓面A垂直于水平面，可采用圓柱立銑刀加工；凸臺側(cè)面B與水平面成一定角度，這類加工面可以采用專用的角度成型銑刀來加工；對于斜面C，當(dāng)工件尺寸不大時(shí)，可用斜板墊平后加工，當(dāng)工件尺寸很大，斜面坡度又較小時(shí)，常用行切加工法加工，這時(shí)會在加工面上留下進(jìn)刀時(shí)的刀鋒殘留痕跡，要用鉗修方法加以清除。圖2.16平面類零件(a)輪廓面A；(b)輪廓面B；(c)輪廓面C

2)曲面類零件曲面類零件包括直紋曲面類零件、立體曲面類零件和箱體類零件。

(1)直紋曲面類零件：指由直線依某種規(guī)律移動所產(chǎn)生的曲面類零件。如圖2.17所示零件的加工面就是一種直紋曲面，當(dāng)直紋曲面從截面(1)至截面(2)變化時(shí)，其與水平面間的夾角從3°10'?均勻變化為2°32'?，從截面(2)到截面(3)變化時(shí)，其夾角又均勻變化為1°20'?，最后到截面(4)，斜角均勻變化為0°。直紋曲面類零件的加工面不能展開為平面。圖2.17直紋曲面當(dāng)采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控銑床加工直紋曲面類零件時(shí)，加工面與銑刀圓周接觸的瞬間為一條直線。這類零件也可在三坐標(biāo)數(shù)控銑床上采用行切加工法實(shí)現(xiàn)近似加工。

(2)立體曲面類零件：指加工面為空間曲面的零件。這類零件的加工面不能展成平面，一般使用球頭銑刀切削，加工面與銑刀始終為點(diǎn)接觸。若采用其他刀具加工，易因產(chǎn)生干涉而銑傷鄰近表面。加工立體曲面類零件一般使用三坐標(biāo)數(shù)控銑床，采用以下兩種加工方法：①行切加工法：即刀具與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，行間距按零件加工精度要求而確定，需三坐標(biāo)聯(lián)動或軸聯(lián)動，如圖2.18所示。圖2.18行切加工法②三坐標(biāo)聯(lián)動加工法：采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床三軸聯(lián)動加工，即進(jìn)行空間直線插補(bǔ)。如半球形，可用行切加工法加工，也可用三坐標(biāo)聯(lián)動加工法加工。這時(shí)，數(shù)控銑床用X、Y、Z三坐標(biāo)聯(lián)動的空間直線插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)球面加工，如圖2.19所示。

(3)箱體類零件：指具有一個(gè)以上孔系，內(nèi)部有一定型腔或空腔，在長、寬、高方向有一定比例的零件。這類零件在機(jī)械、汽車、飛機(jī)制造等行業(yè)用得較多，如汽車的發(fā)動機(jī)缸體、變速箱體，機(jī)床的床頭箱、主軸箱，柴油機(jī)缸體、齒輪泵殼體等。圖2.19三坐標(biāo)聯(lián)動加工法

2．零件圖工藝分析針對數(shù)控銑削加工的特點(diǎn)，下面列舉一些經(jīng)常遇到的工藝性問題作為對零件圖工藝性分析的要點(diǎn)來加以分析。

(1)構(gòu)成工件輪廓圖形的各種幾何元素的條件要充分，各幾何元素的相互關(guān)系(如相切、相交、垂直和平行等)應(yīng)明確，無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸，圖紙尺寸的標(biāo)注方法要方便編程等。

(2)零件尺寸所要求的加工精度、尺寸公差應(yīng)得到保證，特別要注意過薄的腹板與緣板的厚度公差，因?yàn)榧庸r(shí)產(chǎn)生的切削拉力及薄板的彈性退讓，極易產(chǎn)生切削面振動，使薄板厚度尺寸公差難以保證，其表面粗糙度也將惡化或變壞。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)面積較大的薄板厚度小于3mm時(shí)就應(yīng)充分重視這一問題。

(3)內(nèi)槽及緣板之間的內(nèi)轉(zhuǎn)接圓弧不應(yīng)過小。

(4)零件銑削面的槽底圓角或腹板與緣板相交處的圓角半徑r不應(yīng)太大。

(5)零件圖中各加工面的凹圓弧(R與r)不要過于零亂，應(yīng)盡量統(tǒng)一。因?yàn)樵跀?shù)控銑床上多換一次刀要增加不少新問題，如增加銑刀規(guī)格、計(jì)劃停車次數(shù)和對刀次數(shù)等，不但會給編程帶來許多麻煩，增加了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間而降低了生產(chǎn)效率，而且也會因頻繁換刀增加工件加工面上的接刀階差而降低表面質(zhì)量。所以，一個(gè)零件上的這種凹圓弧半徑在數(shù)值上的一致性問題對數(shù)控銑削的工藝性顯得相當(dāng)重要。一般來說，即使不能尋求完全統(tǒng)一，也要力求將數(shù)值相近的圓弧半徑分組靠攏，達(dá)到局部統(tǒng)一，以盡量減少銑刀規(guī)格與換刀次數(shù)。

(6)零件上有無統(tǒng)一基準(zhǔn)以保證兩次裝夾加工后其相對位置的正確性。有些工件需要在銑完一面后再重新安裝銑削另一面，如圖2.20所示。由于數(shù)控銑削時(shí)不能使用通用銑床加工時(shí)常用的試削方法來接刀，因此往往會因工件的重新安裝而接不好刀(即與上道工序加工的面接不齊或造成本來要求一致的兩對應(yīng)面上的輪廓錯(cuò)位)。為了避免上述問題的產(chǎn)生，減小兩次裝夾誤差，最好采用統(tǒng)一基準(zhǔn)定位，因此零件上最好有合適的孔作為定位基準(zhǔn)孔。如果零件上沒有基準(zhǔn)孔，也可以專門設(shè)置工藝孔作為定位基準(zhǔn)(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)基準(zhǔn)孔)。如實(shí)在無法制出基準(zhǔn)孔，則要用經(jīng)過精加工的面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。如果無法用精加工的面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，則最好只加工其中一個(gè)最復(fù)雜的面，另一面放棄數(shù)控銑削而改由通用銑床加工。圖2.20必須兩次安裝加工的零件

(7)分析零件的形狀及原材料的熱處理狀態(tài)，哪些部位最容易變形，應(yīng)當(dāng)考慮采取一些必要的工藝措施進(jìn)行預(yù)防變形，如對鋼件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，對鑄鋁件進(jìn)行退火處理，對不能用熱處理方法解決的，也可考慮粗、精加工及對稱去余量等常規(guī)方法。此外，還要分析加工后的變形問題以及采取什么工藝措施來解決加工后的變形。2.3.2數(shù)控銑削加工工藝路線的設(shè)計(jì)

1．工序的劃分在數(shù)控銑床上加工零件，工序比較集中，一般只需一次裝卡即可完成全部工序的加工。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，為了提高數(shù)控機(jī)床的使用壽命、保持?jǐn)?shù)控銑床的精度、降低零件的加工成本，通常是把零件的粗加工，特別是零件的基準(zhǔn)面和定位面在普通機(jī)床上加工。數(shù)控銑床經(jīng)常使用以下幾種工序的劃分方法：

(1)刀具集中分序法：就是按所用刀具來劃分工序，用同一把刀具加工完成所有可以加工的部位，然后再換刀。這種方法可以減少換刀次數(shù)，縮短輔助時(shí)間，減少不必要的定位誤差。

(2)粗、精加工分序法：根據(jù)零件的形狀、尺寸精度等因素，按粗、精加工分開的原則，先粗加工，再半精加工，最后精加工。

(3)加工部位分序法：即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工形狀簡單的幾何形狀，再加工復(fù)雜的幾何形狀；先加工精度比較低的部位，再加工精度比較高的部位。

2．零件裝夾方法的確定在數(shù)控加工中，為了保證加工質(zhì)量、減少輔助時(shí)間、提高加工效率，應(yīng)選用能準(zhǔn)確和迅速定位并夾緊工件的裝夾方法。零件的定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)及測量基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差。在數(shù)控銑床上的工件裝夾方法與普通銑床一樣，所使用的夾具往往并不很復(fù)雜，只要有簡單的定位、夾緊機(jī)構(gòu)就行。為了不影響進(jìn)給和切削加工，在裝夾工件時(shí)一定要將加工部位敞開，選擇夾具時(shí)應(yīng)盡量做到在一次裝夾中將零件要求加工的表面都加工出來。

3．加工順序的安排一般數(shù)控銑削采用工序集中的方式，通常按照從簡單到復(fù)雜的原則，先加工平面、溝槽、孔，再加工內(nèi)腔、外形，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。在安排數(shù)控銑削加工工序的順序時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

(1)上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機(jī)床加工工序的也要綜合考慮。

(2)一般先進(jìn)行內(nèi)腔加工工序，后進(jìn)行外形加工工序。

(3)以相同定位、夾緊方式或同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)進(jìn)行，以減少重復(fù)定位次數(shù)與換刀次數(shù)。

(4)在同一次安裝中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對工件剛性破壞較小的工序。總之，順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況以及定位安裝與夾緊的需要綜合考慮。

4．進(jìn)給路線的確定合理地選擇進(jìn)給路線不但可以提高切削效率，還可以提高零件的表面精度。對于數(shù)控銑床，在確定進(jìn)給路線時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求；使走刀路線最短，既可簡化程序段，又可減少刀具空行程時(shí)間，提高加工效率；應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。

1)銑削平面類零件的進(jìn)給路線銑削平面類零件的外輪廓時(shí)，一般采用立銑刀側(cè)刃進(jìn)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進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。銑削外表面輪廓時(shí)(如圖2.21所示)，銑刀的切入、切出點(diǎn)應(yīng)在沿零件輪廓曲線的延長線上，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。銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，若內(nèi)輪廓曲線允許外延，則應(yīng)沿切線方向切入和切出。若內(nèi)輪廓曲線不允許外延(見圖2.22)，則刀具只能沿內(nèi)輪廓曲線的法向切入和切出，并將其切入、切出點(diǎn)選在零件輪廓兩幾何元素的交點(diǎn)處。當(dāng)內(nèi)部幾何元素相切無交點(diǎn)時(shí)(見圖2.23)，為防止刀補(bǔ)取消時(shí)在輪廓拐角處留下凹口(見圖2.23(a))，刀具切入、切出點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離拐角(見圖2.23(b))。圖2.21刀具切入和切出時(shí)的外延

圖2.22內(nèi)輪廓加工刀具的切入和切出圖2.23無交點(diǎn)內(nèi)輪廓加工刀具的切入和切出如圖2.24所示為圓弧插補(bǔ)方式銑削外整圓時(shí)的走刀路線。當(dāng)整圓加工完畢時(shí)，不要在切點(diǎn)處2退刀，而應(yīng)讓刀具沿切線方向多運(yùn)動一段距離，以免取消刀補(bǔ)時(shí)，刀具與工件表面相碰，造成工件報(bào)廢。銑削內(nèi)圓弧時(shí)也要遵循從切向切入的原則，最好安排從圓弧過渡到圓弧的加工路線(如圖2.25所示)，這樣可以提高內(nèi)孔表面的加工精度和加工質(zhì)量。圖2.24外圓銑削圖2.25內(nèi)圓銑削

2)銑削曲面類零件的加工路線在機(jī)械加工中，常會遇到各種曲面類零件，如模具、葉片螺旋槳等。由于這類零件型面復(fù)雜，需用多坐標(biāo)聯(lián)動加工，因此多采用數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。

(1)直紋面加工。對于邊界敞開的直紋曲面，加工時(shí)常采用球頭刀進(jìn)行“行切法”加工。如圖2.26所示的發(fā)動機(jī)大葉片，可采用兩種加工路線。若采用圖2.26(a)所示的加工方案時(shí)，每次沿直線加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。當(dāng)采用圖2.26(b)所示的加工方案時(shí)，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其他表面限制，因此曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開始加工。圖2.26直紋曲面的加工路線(a)沿直線進(jìn)給；(b)沿曲線進(jìn)給

(2)曲面輪廓加工。立體曲面加工應(yīng)根據(jù)曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削方法。①二軸半坐標(biāo)聯(lián)動加工。X、Y、Z三軸中任意二軸作聯(lián)動插補(bǔ)，第三軸作單獨(dú)的周期進(jìn)刀，稱為二軸半坐標(biāo)聯(lián)動加工。如圖2.27所示，將X向分成若干段，圓頭銑刀沿YZ面所截的曲線進(jìn)行銑削，每一段加工完成進(jìn)給ΔX，再加工另一相鄰曲線，如此依次切削即可加工整個(gè)曲面。在行切法中，要根據(jù)輪廓表面粗糙度的要求及刀頭不干涉相鄰表面的原則選取ΔX。行切法加工中通常采用球頭銑刀。球頭銑刀的刀頭半徑應(yīng)選得大些，有利于散熱，但刀頭半徑不應(yīng)大于曲面的最小曲率半徑。圖2.27曲面行切法用球頭銑刀加工曲面時(shí)，總是用刀心軌跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。圖2.28為二軸半坐標(biāo)聯(lián)動加工的刀心軌跡與切削點(diǎn)軌跡示意圖。ABCD為被加工曲面，PYZ平面為平行于YZ坐標(biāo)面的一個(gè)行切面，其刀心軌跡O1O2為曲面ABCD的等距面IJKL與平面PYZ的交線，顯然O1O2是一條平面曲線。在此情況下，曲面的曲率變化會導(dǎo)致球頭刀與曲面切削點(diǎn)的位置改變，因此切削點(diǎn)的連線ab是一條空間曲線，從而在曲面上形成扭曲的殘留溝紋。由于二軸半坐標(biāo)聯(lián)動加工的刀心軌跡為平面曲線，故編程計(jì)算比較簡單，數(shù)控邏輯裝置也不復(fù)雜，常在曲率變化不大及精度要求不高的粗加工中使用。圖2.28二軸半坐標(biāo)聯(lián)動加工②三坐標(biāo)聯(lián)動加工。X、Y、Z三軸可同時(shí)插補(bǔ)聯(lián)動。用三坐標(biāo)聯(lián)動加工曲面時(shí)，通常也用行切方法。如圖2.29所示，PYZ平面為平行于YZ坐標(biāo)面的一個(gè)行切面，它與曲面的交線為ab，若要求ab為一條平面曲線，則應(yīng)使球頭刀與曲面的切削點(diǎn)總是處于平面曲線ab上(即沿ab切削)，以獲得規(guī)則的殘留溝紋。顯然，這時(shí)的刀心軌跡O1O2不在PYZ平面上，而是一條空間曲面(實(shí)際是空間折線)，因此需要X、Y、Z三軸聯(lián)動。三坐標(biāo)聯(lián)動加工常用于復(fù)雜空間曲面的精確加工(如精密鍛模)，但編程計(jì)算較為復(fù)雜，所用機(jī)床的數(shù)控裝置還必須具備三軸聯(lián)動功能。圖2.29三坐標(biāo)聯(lián)動加工③四坐標(biāo)加工。如圖2.30所示的工件，側(cè)面為直紋扭曲面。若在三坐標(biāo)聯(lián)動的機(jī)床上用圓頭銑刀按行切法加工，不但生產(chǎn)效率低，而且表面粗糙度大。為此，采用圓柱銑刀周邊切削，并用四坐標(biāo)銑床加工，即除三個(gè)直角坐標(biāo)運(yùn)動外，為保證刀具與工件型面在全長始終貼合，刀具還應(yīng)繞O1(或O2)作擺角運(yùn)動。由于擺角運(yùn)動導(dǎo)致直角坐標(biāo)(圖中Y軸)需作附加運(yùn)動，因此其編程計(jì)算較為復(fù)雜。圖2.30四坐標(biāo)加工④五坐標(biāo)加工。螺旋槳是五坐標(biāo)加工的典型零件之一，其葉片的形狀和加工原理如圖2.31所示。半徑為R1的圓柱面與葉面的交線AB為螺旋線的一部分，螺旋升角為Ψi，葉片的徑向葉型線(軸向割線)EF的傾角α為后傾角。螺旋線AB用極坐標(biāo)加工法，并且以折線段逼近。逼近段mn是由C坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)Δθ與Z坐標(biāo)位移ΔZ的合成。當(dāng)AB加工完成后，刀具徑向位移ΔX(改變R1)，再加工相鄰的另一條葉型線，依次加工即可形成整個(gè)葉面。由于葉面的曲率半徑較大，因此常采用面銑刀加工，以提高生產(chǎn)率并簡化程序。為保證銑刀端面始終與曲面貼合，銑刀還應(yīng)作坐標(biāo)A和坐標(biāo)B的擺角運(yùn)動。在擺角的同時(shí)，還應(yīng)作直角坐標(biāo)的附加運(yùn)動，以保證銑刀端面始終位于編程值所規(guī)定的位置上，即在切削成形點(diǎn)，銑刀端平面與被切曲面相切，銑刀軸心線與曲面該點(diǎn)的法線一致，所以需要五坐標(biāo)加工。這種加工的編程計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，一般采用自動編程。圖2.31螺旋槳五坐標(biāo)加工2.3.3刀具的選擇銑削加工選取刀具時(shí)，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)。在生產(chǎn)中加工平面零件周邊輪廓時(shí)，常采用立銑刀。銑削平面時(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時(shí)，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時(shí)，可選鑲硬質(zhì)合金的立銑刀或玉米銑刀；對一些立體形面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭刀、環(huán)形刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀。曲面加工時(shí)常采用球頭刀，但在加工曲面較平坦部位時(shí)，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(biāo)聯(lián)動機(jī)床，常采用鼓形刀或錐形刀來加工一些變斜角零件。加鑲齒盤銑刀(盤形刀)適用于在五坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床上加工一些球面，其效率比用球頭銑刀高近10倍，并可獲得好的加工精度，如圖2.32所示。常用立銑刀具的有關(guān)參數(shù)，可按下述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。圖2.32銑刀類型及其尺寸關(guān)系

(1)刀具半徑r應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑ρ，一般取r＝(0.8～0.9)ρ。

(2)零件的加工高度H＝(1/4～1/6)r，以保證刀具有足夠的剛度。

(3)對深槽孔，選取l＝H＋(5～10)mm。l為刀具切削部分長度，H為零件高度。

(4)加工外形及通槽時(shí)，選取l＝H＋re＋(5～10)mm。re為刀尖轉(zhuǎn)角半徑。

(5)粗加工內(nèi)輪廓面時(shí)，銑刀最大直徑D粗可按下式計(jì)算:式中：

D——輪廓的最小凹圓角半徑；

——圓角鄰邊夾角等分線上的精加工余量；

1——精加工余量；

——圓角兩鄰邊的最小夾角。

(6)加工肋時(shí)，刀具直徑為D＝(5～10)b(b為肋的厚度)。在加工中心上，各種刀具分別安裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時(shí)進(jìn)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(kuò)、鉸、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)刀具迅速、準(zhǔn)確地裝到機(jī)床主軸或刀庫上去。作為編程人員應(yīng)了解機(jī)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(shí)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)，其柄部有直柄和錐柄兩類。2.3.4切削用量的確定

1．背吃刀量ap或側(cè)吃刀量ae背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm。端銑時(shí)，ap為切削層深度；而圓周銑削時(shí)，為被加工表面的寬度。側(cè)吃刀量ae為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm。端銑時(shí)，ae為被加工表面寬度；而圓周銑削時(shí)，ae為切削層深度，見圖2.33。圖2.33銑削加工的切削用量背吃刀量或側(cè)吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質(zhì)量的要求決定。

(1)當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra＝12.5～25μm時(shí)，如果圓周銑削加工余量小于5mm，端面銑削加工余量小于6mm，粗銑一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但是在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動力不足的情況下，可分為兩次進(jìn)給完成。

(2)當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra＝3.2～12.5μm時(shí)，應(yīng)分為粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量的選取同前。粗銑后留0.5～1.0mm的余量，在半精銑時(shí)切除。

(3)當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra＝0.8～3.2μm時(shí)，應(yīng)分為粗銑、半精銑、精銑三步進(jìn)行。半精銑時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量取1.5～2mm；精銑時(shí)，圓周銑側(cè)吃刀量取0.3～0.5mm，面銑刀背吃刀量取0.5～1mm。

2．進(jìn)給量f與進(jìn)給速度vf的選擇銑削加工的進(jìn)給量f(mm/r)是指刀具轉(zhuǎn)一周，工件與刀具沿進(jìn)給運(yùn)動方向的相對位移量；進(jìn)給速度vf(mm/min)是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對位移量。進(jìn)給速度與進(jìn)給量的關(guān)系為vf

＝nf(n為銑刀轉(zhuǎn)速，單位為r/min)。進(jìn)給量與進(jìn)給速度是數(shù)控銑床加工切削用量中的重要參數(shù)，可根據(jù)零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等