典型零件的数控加工工艺分析与手工编程

典型零件的数控加工工艺分析与手工编程

授课教师：李柏青副教授

授课班级：机电05131

授课时间：2007年5月

内容提要

•数控铣削零件的工艺分析；

•数控铣削刀具及切削用量的选择；•典型实例的工艺分析与手工编程。

知识回顾

（一）已学的编程指令和编程方式

•MSFT指令

•常见G指令

•刀具半径补偿与刀具长度补偿指令

•子程序编程与简化编程指令

•孔加工固定循环指令

•宏程序编程

（二）保证零件加工尺寸和工艺合理性的方法

XOY面：编程时使用刀具半径补偿指令G41/G42/G40保证尺寸精度，通过加工时变化刀具的刀偏值不断切除XOY面的加工余量。

Z方向：编程时使用刀具长度补偿指令G43/G44/G49保证尺寸精度，通过宏程序与子程序编程相结合，实现Z方向分层循环切入，不断去除高度方向加工余量。

引言

•前面讲授的是单个编程指令（方式）的格式、含义和应用实例；

•本次课通过双面加工零件的综合实例分析，重点介绍较复杂零件数控铣削的工艺分析方法，以及手工编程的应用。

一、数控铣削零件的工艺分析

数控铣削加工的工艺设计是在普通铣削加工工艺设计的基础上，考虑和利用数控铣床的特点，充分发挥其优势。关键在于合理安排工艺路线，协调数控铣削工序与其他工序之间的关系，确定数控铣削工序的内容和步骤，并为程序编制准备必要的条件。

数控铣削工艺设计的主要内容

1）选择并确定零件的数控铣削内容；

2）对零件图纸进行数控加工工艺性分析；3）数控加工工艺路线的设计；

4）数控加工的工序设计；

5）数控加工专用技术文件的编写。

一.选择并确定零件的数控加工内容

适宜数控加工的场合:

①普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容；

②普通铣床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；

③普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。

不宜选择采用数控加工的场合：

①占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；

②加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；

③按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。

二.零件图的工艺分析

首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。

主要包括：①零件加工表面的形状分析；②零件轮廓线段的尺寸分析；③零件图的完整性与正确性分析；④零件的技术要求分析；⑤定位基准的选择。

◆尺寸标注方法分析

首先，对零件轮廓各线段进行尺寸分析，看各线段的尺寸是否标注齐全？是否需要间接计算？在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的，因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。如下图所示，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。

◆零件图的完整性与正确性分析

构成零件轮廓的几何元素（点、线、面）条件（如相切、相交、垂直和平行）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。

◆定位基准的分析

分析了解工件的工艺基准：包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使用要求，找准工件的工艺基准。在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要，有时需要设置辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图2-1 a所示的零件，为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如图2-1 b所示。在完成定位加工后再除去。

a)改进前的结构b)改进后的结构

图2-1 工艺凸台的应用

◆零件技术要求分析

零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等。这些要求在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高。

◆零件材料分析

在满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的材料。而且，材料选择应立足国内、不要轻易选用贵重或紧缺的材料。

◆零件的结构工艺性分析

零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易、节省工时和材料。而较差的零件结构工艺性，会使加工困难、浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。

◆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b）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。