数控编程与工艺参数(精)

2.2 数控编程与工艺参数

根据数控加工原理，按工件图纸的技术和加工要求，用数控机床规定的格式和标准的指令，把工件的工艺过程、工艺参数及其辅助操作，按动作顺序编成加工程序，然后输入数控系统，通过伺服系统控制刀具切削工件。由此可见，数控加工工艺在编写程序中是何等的重要。

2.2.1 编程的一般步骤

1.确定工艺过程

数控机床与普通机床的加工工艺有许多相似之处，通过对工件进行工艺分析，拟定加工工艺路线，划分加工工序；选择机床、夹具和刀具；确定定位基准和切削用量。不同之处主要体现在控制方式上，前者操作者把加工工艺过程、工艺参数等操作步骤编成程序，记录在控制介质上，通过数控系统控制数控机床对工件切削加工，后者则由操作工人根据加工工艺操作机床对工件进行切削加工。

2.计算刀具轨迹坐标值

为方便编程和计算刀具轨迹坐标值，先设定工件坐标系，随后根据零件的形状和尺寸计算零件待加工轮廓上各几何元素的起点、终点坐标以及圆和圆弧的起点、终点和圆心坐标，从而确定刀具的加工轨迹。

3.编写加工程序

对于形状简单的工件采用手工编程，对于形状复杂的工件（如空间曲线和曲面）则需要采用CAD/CAM方法进行自动编程。

4.程序输入数控系统

将程序输入到数控系统的方法有二种：一种是通过操作面板上的按钮直接把程序输入数控系统，另一种是通过计算机RS232接口与数控机床连接传送程序。

5.程序检验

通过图形模拟显示刀具轨迹或用机床空运行来检验机床运动轨迹，检查刀具运动轨迹是否符合加工要求。可用单步执行程序的方法试切削工件，即按一次按钮执行一个程序段，发现问题及时处理。

2.2.2 切削用量的选择原则

数控机床加工的切削用量包括切削速度V c (或主轴转速n)、切削深度a p和进给量f，其选用原则与普通机床基本相似，合理选择切削用量的原则是：粗加工时，以提高劳动生产率为主，选用较大的切削量；半精加工和精加工时，选用较小的切削量，保证工件的加工质量。

1.数控铣床切削用量选择

数控铣床的切削用量包括切削速度v c 、进给速度v f 、背吃刀量a p和侧吃刀量a c。切削

用量的选择方法是考虑刀具的耐用度，先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。

1)背吃刀量a p（端铣）或侧吃刀量a c（圆周铣）

如图2-2-1所示，背吃刀量a p为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时a p为切削层深度，圆周铣削时a p为被加工表面的宽度。侧吃刀量ac为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时a c为被加工表面宽度，圆周铣削时a c为切削层深度。端铣背吃刀量和圆周铣侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量要求决定。

①工件表面粗糙度要求为Ra3.2~12.5µm，分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.5 ~ 1.0mm。

图2-2-1 铣刀铣削用量

②工件表面粗糙度要求为Ra0.8~3.2µm，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工。半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣削侧吃刀量取1.5~2mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm，端铣背吃刀量取0.5~1mm。

2)进给速度v f

进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量f z(单位为mm/z)有关。

进給速度的计算公式： v f = f z Z n

式中: 每齿进给量f z的选用主要取决于工件材料和刀具材料的机械性能、工件表面粗糙度等因素。当工件材料的强度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件刚性差或刀具强度低，f z值取小值。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀的选用值，每齿进给量的选用参考表见表2-2-4。

表2-2-4 铣刀每齿进给量f z参考表

3)切削速度

铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。其原因是fz、ap、ae、Z增大时，使同时工作齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大铣刀直径则可以改善散热条件，相应提高切削速度。表2-2-5列出了铣削切削速度的参考值。

表2-2-5 铣削时的切削速度参考表

2.3 数控加工工艺过程

2.3.1 数控机床加工工艺分析

数控机床加工工艺涉及面广，而且影响因素多，对工件进行加工工艺分析时，更应考虑数控机床的加工特点。

1.分析零件图中的尺寸标注方法

以同一基准引注尺寸或直接标注坐标尺寸的方法为统一基准标注方法，这种标注方法（图2-3-1所示）最符合数控机床的加工特点，既方便编程，又保持了设计基准、工艺基准、测量基准与工件原点设置的一致性。而设计人员在标注尺寸时较多考虑装配与使用特性方面的因素，常采用局部分散的标注方法（图2-3-2所示），这种标注方式给工序安排与数控编程带来许多不便，宜将局部分散的标注方法改为统一基准标注方法，由于数控加工精度及重复定位精度很高，统一基准标注方法不会产生较大的累积误差。

2.分析构成零件轮廓的几何元素条件

构成零件轮廓的几何元素条件是数控编程的重要依据。手工编程时要计算构成零件轮廓的每一个节点坐标，自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，如果某一条件不充分，则无法计算零件轮廓的节点坐标和表达零件轮廓的几何元素，导致无法进行编程，因此图纸应当完整地表达构成零件轮廓的几何元素。

图2-3-1统一基准标注方法

图2-3-2分散基准标注方法

3.分析工件结构的工艺性

1）工件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸

如：同一轴上直径差不多的轴肩退刀槽的宽度应尽量统一尺寸，这样可以减少刀具的规格和换刀的次数，方便编程和提高数控机床加工效率。

2）工件内槽及缘板间的过渡圆角半径不应过小

过渡圆角半径反映了刀具直径的大小，刀具直径和被加工工件轮廓的深度之比与刀具的刚度有关，如图2-3-3 a所示，当R＜0.2H时(H为被加工工件轮廓面的深度)，则判定该工件该部位的加工工艺性较差；如图2-3-3b所示，当R＞0.2H时，则刀具的当量刚度较好，工件的加工质量能得到保证。

3）工件槽底圆角半径不宜过大

如图2-3-4所示，铣削工件底平面时，槽底的圆角半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力就越差，铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r (D为铣刀直径)，当D一定时，r越大，铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力相应减小。

图2-3-3 内槽过渡半径

图2-3-4槽底的圆角半径

4）分析零件定位基准的可靠性

数控加工应尽量采用统一的基准定位，否则会因工件的安装定位误差而导致工件加工的位置误差和形状误差。如果在数控机床上需要对工件调头加工，最好选用已加工的外圆或已加工的内孔作为定位基准。如果没有则应设置辅助基准，必要时在毛坯上增加工艺凸台或制作工艺孔，加工结束后再处理所设的辅助基准。