一、數(shù)控加工工藝一般過程
圖2-2-1 數(shù)控加工工藝過程示意圖
制訂數(shù)控加工工藝過程，首先，要確定工件數(shù)控加工的內(nèi)容、要求；然后，設(shè)計(jì)加工過程，選擇機(jī)床和刀具，確定工件定位裝夾，確定數(shù)控工序中工步和次序，確定每個工步的刀具路線、切削參數(shù)；最后，填寫工藝文件和加工程序及程序校驗(yàn)等。數(shù)控加工工藝過程如圖2-2-1所示。
二、數(shù)控加工內(nèi)容的選擇
當(dāng)選擇并決定對某個零件進(jìn)行數(shù)控加工后，并非其全部加工內(nèi)容都采用數(shù)控加工，宜選擇那些適合、需要的內(nèi)容和工序進(jìn)行數(shù)控加工，注意充分發(fā)揮數(shù)控的優(yōu)勢。
1.選擇數(shù)控加工內(nèi)容：
(1)選擇普通機(jī)床無法加工的復(fù)雜異形零件結(jié)構(gòu)作為數(shù)控加工內(nèi)容。如，數(shù)控機(jī)床依靠數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)控制和多坐標(biāo)聯(lián)動，形成復(fù)合運(yùn)動，可以進(jìn)行復(fù)雜型面的加工.。
(2) 選擇普通機(jī)床加工質(zhì)量難以保證的內(nèi)容作為數(shù)控加工內(nèi)容。如，尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求高的零件
(3) 選擇普通機(jī)床加工效率低、工人手工操作勞動強(qiáng)度大的內(nèi)容作為數(shù)控加工內(nèi)容。如，形狀復(fù)雜，尺寸繁多，劃線與檢測困難，普通機(jī)床上加工難以觀察和控制的零件。
(4) 選擇一致性要求好的零件作為數(shù)控加工內(nèi)容。在批量生產(chǎn)中，由于數(shù)控機(jī)床本身的定位精度和重復(fù)定位精度都較高，能夠避免在普通機(jī)床加工時人為因素造成的多種誤差，數(shù)控機(jī)床容易保證成批零件的一致性，使其加工精度得到提高，質(zhì)量更加穩(wěn)定。
2.不宜選擇數(shù)控加工內(nèi)容：
(1) 需要用較長時間占機(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，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，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，合理使用數(shù)控機(jī)床.
三、數(shù)控加工要求分析
對適合數(shù)控加工的工件圖樣進(jìn)行分析，以明確數(shù)控機(jī)床加工內(nèi)容的加工要求。分析工件圖是其加工工藝的開始，工件圖提出的要求又是加工工藝的結(jié)果和目標(biāo)。
(1) 對尺寸標(biāo)注的分析
工件圖樣用尺寸標(biāo)注確定零件形狀、結(jié)構(gòu)大小和位置要求，是正確理解零件加工要求的主要的依據(jù)。數(shù)控加工工藝人員對零件尺寸標(biāo)注的分析應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①分析圖樣尺寸標(biāo)注方法是否適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)。對數(shù)控加工來說，尺寸從同一基準(zhǔn)標(biāo)注，便于工藝編程時保持設(shè)計(jì)、工藝、檢測基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)設(shè)置的一致。而采取不同基準(zhǔn)的局部分散尺寸標(biāo)注，常常給加工工藝設(shè)計(jì)帶來諸多不便。
②分析圖樣中加工輪廓的幾何元素是否充分。由于零件設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中考慮不周或被疏忽，常常出現(xiàn)構(gòu)成零件輪廓的幾何元素條件不充分，有錯、漏、矛盾、模糊不清的情況。當(dāng)發(fā)生以上各項(xiàng)缺陷時，應(yīng)向圖樣的設(shè)計(jì)人員或技術(shù)管理人員及時反映，解決后方可進(jìn)行程序編制工作。
③分析設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝定位基準(zhǔn)的統(tǒng)一問題，分析定位基準(zhǔn)面的可靠性，以便設(shè)計(jì)裝夾方案時，采取措施減少定位誤差。
(2) 公差要求分析
分析零件圖樣上的公差要求，以確定控制其尺寸精度的加工工藝。影響到尺寸加工精度的工藝因素有機(jī)床的選擇、刀具對刀方案、工件裝夾定位選擇及確定切削用量等因素。
尺寸公差，從零件的設(shè)計(jì)角度看，是表示工件尺寸所允許的誤差的范圍，它的大小影響零件的使用性能；從工件加工工藝的角度來解讀公差，它首先是生產(chǎn)的命令之一，它規(guī)定加工中所有加工因素引起加工因素誤差大小的總和必須在該公差范圍內(nèi)，或者說所有的加工因素‘分享’了這個公差，公差是所有加工因素公共的允許誤差。
對數(shù)控加工而言，由機(jī)床、夾具、刀具和工件所組成的統(tǒng)一體稱為“工藝系統(tǒng)”。工藝系統(tǒng)的種種誤差，是零件產(chǎn)生加工尺寸誤差的根源。工藝系統(tǒng)誤差有控制系統(tǒng)的誤差，機(jī)床伺服系統(tǒng)的誤差，零件定位誤差，對刀誤差以及機(jī)床、工件、刀具的剛性等引起的其他誤差等。除工藝系統(tǒng)誤差外，還包括程序編制的坐標(biāo)數(shù)據(jù)值、刀具補(bǔ)償值、刀具磨損補(bǔ)償值的誤差等。
對于數(shù)控切削加工，零件的形狀和位置誤差主要受機(jī)床主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動機(jī)械運(yùn)動副幾何精度的影響。如沿X坐標(biāo)軸運(yùn)動的方向線與其主軸軸線不垂直時，則無法保證垂直度這一位置公差要求。
(3) 表面粗糙度要求
表面粗糙度是保證零件表面微觀精度的重要要求，也是合理選擇機(jī)床、刀具及確定切削用量的重要依據(jù)。機(jī)械加工時，表面粗糙度形成的原因，主要有兩方面，一是幾何因素，二是物理因素。
影響表面粗糙度的幾何因素，主要是刀具相對工件作進(jìn)給運(yùn)動時，在加工表面留下的切削層殘留面積。殘留面積越大，表面越粗糙。殘留面積的大小與進(jìn)給量、刀尖圓弧半徑及刀具的主副偏角有關(guān)。
物理因素是與被加工材料性質(zhì)和與切削機(jī)理相關(guān)的因素。如：當(dāng)?shù)毒咧兴偾邢魉苄圆牧蠒r產(chǎn)生積屑瘤與鱗刺，使加工表面的粗糙程度高；工藝系統(tǒng)中的高頻振動，使刀刃在加工表面留下振紋，增大了表面粗糙度值
(4) 其它要求分析
圖樣上給出的零件材料要求，是選擇刀具(材料、幾何參數(shù)及使用壽命)和選擇機(jī)床型號及確定有關(guān)切削用量等的重要依據(jù)。
零件的加工件數(shù)，對裝夾與定位、刀具選擇、工序安排及走刀路線的確定等都是不可忽視的因素。
四、選用數(shù)控機(jī)床
合理選用機(jī)床，才能以合理的投入，獲得最佳生產(chǎn)效果。考慮零件特點(diǎn)和加工要求，全面衡量數(shù)控機(jī)床特征，是選用合適的數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵。數(shù)控設(shè)備的選用應(yīng)從以下幾個方面考慮。
(1) 考慮機(jī)床的加工目標(biāo)
選用數(shù)控機(jī)床時總是有一定的出發(fā)點(diǎn)，目的是解決生產(chǎn)中的某一個或幾個問題，選是為了用，選中的數(shù)控機(jī)床應(yīng)能較好地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。例如考慮數(shù)控機(jī)床的加工目標(biāo)是為了加工復(fù)雜的零件？還是為了提高加工效率？是為了提高精度？還是為了集中工序，縮短周期？或是實(shí)現(xiàn)柔性加工要求？有了明確的目標(biāo)，有針對性地選用機(jī)床，才能以合理的投入，獲得最佳效果。
(2) 考慮機(jī)床工藝范圍、類型
不同工藝類型的數(shù)控機(jī)床或加工中心，其使用范圍也有一定的局限性，只有加工在其工藝范圍內(nèi)的工件，才能達(dá)到良好的效果。
各種加工機(jī)床都有其最佳加工的典型零件。如，立式數(shù)控銑床及鏜銑加工中心適用于加工平面凸輪、樣板、箱蓋、殼體等形狀復(fù)雜單面加工零件，以及模具的內(nèi)、外型腔等；臥式銑床和加工中心配合回轉(zhuǎn)工作臺適用于加工箱體、泵體、殼體有多面加工任務(wù)的零件，如果對箱體的側(cè)面與頂面要求在一次裝夾中加工，可選用五面體加工中心。
大多數(shù)工件可以用二軸半聯(lián)動的機(jī)床來加工，有些工件需要用三軸、四軸甚至五軸聯(lián)動加工。機(jī)床聯(lián)動功能的冗余是也是一種浪費(fèi)，而且給使用、維護(hù)、修理帶來不必要的麻煩。例如：當(dāng)工件只要鉆削或銑削加工時，就不要選用加工中心；能用數(shù)控車床完成的工件，就不必選用數(shù)控車削中心。對機(jī)床工藝范圍和類型的選擇，應(yīng)以夠用為度，不宜盲目地追求“先進(jìn)性”。
(3)考慮機(jī)床規(guī)格
主要是指機(jī)床的工作臺尺寸以及運(yùn)動范圍等。工件在工作臺上安裝時要留有適當(dāng)?shù)男ＵA緊的位置；各坐標(biāo)的行程要滿足加工時刀具的進(jìn)、退刀要求；工件較重時，要考慮工作臺的額定荷重；尺寸較大的工件，要考慮加工中不要碰到防護(hù)罩，也不能妨礙換刀動作；對數(shù)控車床主要考慮卡盤直徑、頂尖間距、主軸孔尺寸、最大車削直徑及加工長度等。
(4) 考慮主電機(jī)功率及進(jìn)給驅(qū)動力等
使用數(shù)控機(jī)床加工時，常常是粗、精加工在一次裝夾下完成。因此，選用時要考慮主電動機(jī)功率是否能滿足粗加工要求，轉(zhuǎn)速范圍是否合適；鉸孔和攻螺紋時要求低速大扭矩；鉆孔時，尤其鉆直徑較大的孔，要驗(yàn)算進(jìn)刀力是否足夠。對有恒切削速度控制的機(jī)床，其主電機(jī)功率要相當(dāng)大，才能實(shí)現(xiàn)實(shí)時速度跟隨，例如f360mm的數(shù)控機(jī)床，主電動機(jī)功率達(dá)27kW。
(5)考慮加工精度及精度保持性
影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素很多，如編程精度、插補(bǔ)精度、伺服系統(tǒng)跟隨精度、機(jī)械精度等，在機(jī)床使用過程中還會有很多影響加工精度的因素發(fā)生，如溫度的影響、力、振動、磨損的影響等等。對用戶選用機(jī)床而言，主要考慮的是綜合加工精度，即加工一批零件，然后進(jìn)行測量，統(tǒng)計(jì)、分析誤差分布情況。
選擇機(jī)床的精度等級應(yīng)根據(jù)被加工工件關(guān)鍵部位的加工精度要求來確定，一般來說，批量生產(chǎn)零件時，實(shí)際加工出的精度公差數(shù)值為機(jī)床定位精度公差數(shù)值的1.5～2倍。
(5) 考慮設(shè)備運(yùn)行的可靠性
設(shè)備故障是最令人頭痛的問題，特別是同類設(shè)備臺數(shù)少時，設(shè)備故障將直接影響生產(chǎn)。機(jī)床穩(wěn)定可靠性高，既有數(shù)控系統(tǒng)的問題，也有機(jī)械部分的問題，尤其是數(shù)控系統(tǒng)部分。選擇的設(shè)備一個是要少出故障，同時還要考慮排除故障要及時。
衡量設(shè)備可靠性的兩個指標(biāo)。
①平均無故障時間（MTBF），其值可表示成：MTBF=總工作時間/總故障次數(shù)（小時）。
②平均排除故障時間（MTTR），即從出現(xiàn)故障直到故障排除恢復(fù)正常為止的平均時間。
(6) 考慮機(jī)床配置
機(jī)床配置主要包括換刀裝置、冷卻裝置、排屑裝置等。
數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)塔刀架有4~12把刀，大型機(jī)床還多些，有的機(jī)床具有雙刀架或三刀架。按加工零件的復(fù)雜程度，一般選取8~12把刀已足夠（其中包括備用刀）。加工中心的刀庫容量有10~40把、60把、80把、120把等配置。選用時以夠用為原則，同時考慮換刀時間、相配的刀具系統(tǒng)。
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都使用大流量的冷卻液，不僅可以降低切削區(qū)的溫度，保證高效率地切削，而且可以起著沖屑的作用。
配有排屑裝置時，可以保證加工自動連續(xù)地進(jìn)行。
五、數(shù)控加工方案
數(shù)控機(jī)床的加工方案的內(nèi)容包括：
對選用的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，以滿足加工的精度要求；對數(shù)控加工工序內(nèi)容進(jìn)行合理劃分，確定安裝次數(shù)和工步數(shù)目，確定加工的先后順序；確定裝夾方案、定位基準(zhǔn)、工件坐標(biāo)系；確定工步，包括工步的刀具的選用、刀具的路線、刀具的切削用量等內(nèi)容；確定對刀方案和刀具的補(bǔ)償方案并對刀具預(yù)調(diào)。
(1)裝夾方案：
選用合適夾具，保證定位和夾緊要求，做到工件裝夾快速有效。
(2)選擇合適的刀具
根據(jù)工件加工要求、材料性能、切削用量、機(jī)床特性等因素，正確選擇刀具的刀具類型、刀具材料、刀具幾何參數(shù)，并使刀具安裝調(diào)整方便等。
(3)工步劃分和加工余量的選擇
數(shù)控機(jī)床加工面余量的大小等于加工同一表面的各工步或工序加工余量的總和，加工同一表面的各工步或工序間的加工余量的選擇可根據(jù)下列方法進(jìn)行：
①盡量采用最小的加工余量總和，以便縮短加工時間，降低零件加工費(fèi)用。
②加工余量又要足夠，保證加工同一表面的各工步或工序的最終的加工能得到圖紙上所規(guī)定的精度和表面粗糙度要求；
③加工余量要與加工零件的尺寸大小相適應(yīng)，一般來說零件越大，由于切削力、內(nèi)應(yīng)力所引起的變形也越大，故加工余量也相應(yīng)大些；
④決定加工余量時應(yīng)考慮到零件熱處理引起的變化，以免產(chǎn)生廢品；
⑤決定加工余量時應(yīng)考慮加工方法和加工設(shè)備的剛性，以免零件發(fā)生變形。
(4)選擇合理的刀具路線
刀具路線是加工過程中，刀具點(diǎn)相對工件進(jìn)給運(yùn)動軌跡和方向。合理地選擇刀具路線要兼顧到刀具進(jìn)給運(yùn)動的安全性、加工質(zhì)量、加工效益。
(5)確定合理的切削用量
合理確定刀具切削運(yùn)動過程中主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動的大小，即合理選用切削速度、背吃刀量及進(jìn)給量，以滿足加工質(zhì)量要求，充分發(fā)揮加工潛能，力求降低加工成本。
(6)數(shù)控機(jī)床加工方案合理制定和方案優(yōu)化：
在數(shù)控機(jī)床加工過程中，加工對象復(fù)雜多樣，由于工件結(jié)構(gòu)形狀大小、技術(shù)要求的不同、毛坯的不同、材料不同、批量不同等因素的變化，具體零件在制定加工方案時，除參考典型工件的數(shù)控加工方案，還應(yīng)針對具體加工內(nèi)容、要求具體分析，靈活處理或特別對待，只使所制定的加工方案更為合理。
確定加工方案時，對于同一工件的加工方案可以有很多個，應(yīng)選擇最經(jīng)濟(jì)、最合理、最完善的加工工藝方案，從而達(dá)到質(zhì)量優(yōu)、效率高和成本低的目的，即對加工方案存在優(yōu)化的要求。
六、加工程序編寫與校驗(yàn)
1.數(shù)學(xué)處理
為了向機(jī)床計(jì)算機(jī)描述刀具路線（刀具路線數(shù)據(jù)化），有必要設(shè)定適當(dāng)?shù)墓ぜ鴺?biāo)系，計(jì)算組成刀具運(yùn)動軌跡各個線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
對于由直線和圓弧組成的比較簡單的零件加工，要計(jì)算出零件輪廓相鄰幾何元素的切點(diǎn)或交點(diǎn)(統(tǒng)稱為基點(diǎn))的坐標(biāo)值，獲得各幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓弧的圓心坐標(biāo)，作為進(jìn)給運(yùn)動軌跡描述的依據(jù)。
對于形狀復(fù)雜的零件(如特殊曲線、曲面組成的零件)的加工，如果數(shù)控系統(tǒng)本身沒有此類曲線的插補(bǔ)功能時，需采用小直線段或圓弧段擬合逼近法，根據(jù)加工精度的要求計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)(逼近線段的交點(diǎn)或切點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn))坐標(biāo)值，這往往需要借助于計(jì)算機(jī)輔助完成。
2．填寫加工程序
刀具路線、工藝參數(shù)(如切削用量等)以及刀位數(shù)據(jù)確定后，按數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的功能指令代碼和程序段格式，編寫零件加工程序單，并把加工程序輸入到CNC。
3．加工程序校驗(yàn)與調(diào)整
編制好的程序必須經(jīng)過校驗(yàn)和試切才能用于正式加工。可在帶有刀具軌跡動態(tài)模擬顯示功能的數(shù)控系統(tǒng)上，切換到CRT圖形顯示狀態(tài)下模擬運(yùn)行所編程序，據(jù)自動報(bào)警內(nèi)容及所顯示的刀具軌跡或零件圖形是否正確來調(diào)試、修改。還可采用不裝刀具、工件，開車空運(yùn)行來檢查、判斷程序執(zhí)行中機(jī)床運(yùn)動是否符合要求。
以上方法只能檢驗(yàn)機(jī)床運(yùn)動是否正確，而不能檢驗(yàn)被加工零件的實(shí)際加工質(zhì)量，因此需要進(jìn)行零件的首件試切。對于較復(fù)雜的零件，可先采用塑料或鋁等易切削材料進(jìn)行首件試切。當(dāng)首件試切有誤差時，應(yīng)分析產(chǎn)生原因并加以修改。
零件程序通過校驗(yàn)和首件試切合格后，可進(jìn)行正式批量加工生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，由于刀具磨損等原因，要適時檢測所加工零件尺寸，進(jìn)行刀具補(bǔ)償。操作者還要注意觀察運(yùn)行情況，以免發(fā)生意外。對經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的加工工藝進(jìn)行整理修改并定稿存檔。
七、數(shù)控加工技術(shù)文件歸檔
編寫數(shù)控加工專用技術(shù)文件是數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容之一。這些專用技術(shù)文件既是數(shù)控加工及產(chǎn)品驗(yàn)收的依據(jù)，也是需要操作者遵守、執(zhí)行的規(guī)程，有的則是加工程序的具體說明或附加說明，目的是讓操作者更加明確程序的內(nèi)容、裝夾方式、各個加工部位所選用的刀具及其他問題。下面介紹幾種數(shù)控加工專用技術(shù)文件，供參考使用。
1、數(shù)控加工工序卡
數(shù)控加工工序卡簡明扼要地說明數(shù)控工序的加工工藝。包括：安裝次數(shù)、工步數(shù)目、加工順序；各工步的主要加工內(nèi)容、要求；各工步所用刀具及刀號、切削參數(shù)。其它工藝信息如：所用機(jī)床型號、刀具補(bǔ)償、程序編號等信息。參見第八章表8-10-2的數(shù)控加工工序卡片。
2、數(shù)控刀具調(diào)整單
數(shù)控加工時，對刀具管理十分嚴(yán)格，一般要對刀具組裝、編號，并在機(jī)外對刀儀或機(jī)內(nèi)，事先調(diào)整好刀具直徑和長度。數(shù)控刀具調(diào)整單主要包括數(shù)控刀具明細(xì)表(簡稱刀具表)和數(shù)控刀具卡片(簡稱刀具卡)兩部分。
數(shù)控刀具明細(xì)表，表明數(shù)控加工工序所用刀具的刀號、規(guī)格、用途，是操作人員調(diào)整刀具的主要依據(jù)。參見第八章表8-10-1的刀具明細(xì)表。
刀具卡主要反映刀具編號、刀具結(jié)構(gòu)、尾柄規(guī)格、組合件名稱代號、刀片型號和材料等，它是組裝刀具的依據(jù)。數(shù)控刀具卡片的格式見表2-2-1。
表2-2-1數(shù)控刀具卡片例
|
零件圖號 |
ISO102—4 |
數(shù)控刀具卡片 |
使用設(shè)備 |
| |||||
|
刀具名稱 |
鏜刀 |
TC—30 | |||||||
|
刀具編號 |
T13003 |
換刀方式 |
自動 |
程序編號 |
|||||
|
刀
具
組
成 |
序號 |
編號 |
刀具名稱 |
規(guī)格/mm |
數(shù)量 |
備注 | |||
|
1 |
7013960 |
拉釘 |
l |
||||||
|
2 |
390.140-5063050 |
刀柄 |
1 |
||||||
|
3 |
391.35-4063110M |
鏜刀桿 |
l |
||||||
|
4 |
448S-405628-ll |
鏜刀體 |
l |
||||||
|
5 |
2148C –371103 |
精鏜單元 |
φ50～φ72 |
l |
|||||
|
6 |
TRMRll0304-2lSIP |
刀片 |
l |
||||||
3、數(shù)控加工程序及說明
實(shí)踐證明，僅依據(jù)加工程序單和數(shù)控加工工序卡來進(jìn)行實(shí)際加工還有許多不足之處。由于操作者對程序的內(nèi)容不夠清楚，對編程人員的意圖不夠理解，經(jīng)常需要編程人員在現(xiàn)場進(jìn)行口頭解釋、說明與指導(dǎo)，這種做法對單件加工情況還能應(yīng)付，而對于長期批量的生產(chǎn)，會遇到許多麻煩。因此，對加工程序進(jìn)行必要的詳細(xì)說明是很有用的，特別是對于那些需要長時間保留和使用的程序尤其重要。
在數(shù)控加工中，常常要注意并防止刀具在運(yùn)動中與夾具、工件等發(fā)生意外的碰撞，為此必須設(shè)法告訴操作者關(guān)于編程中的刀具運(yùn)動路線，使操作者在加工前就有所了解，同時應(yīng)計(jì)劃好夾緊位置并控制夾緊元件的高度，這樣可以減少事故的發(fā)生。此外，對有些被加工零件由于工藝性問題必須在加工中挪動夾緊位置的，也需要事先告訴操作者，以防出現(xiàn)安全問題。
粵公網(wǎng)安備 44030402000745號 