第二章 数控加工工艺

第二章 数控加工工艺
第2章 数控加工工艺
学习要点
数控机床作为一种高效的自动化加工设备，它的优势能否充分发挥 出来还需要在数控机床的检测与验收、数控机床夹具、数控机床用刀具、 数控工艺、数控加工操作等方面有效的配合。数控加工技术的普及与提 高已成为推动数控技术应用与发展的重要环节。 数控加工系统工具种类繁多，而且不断出现新的工具。加工过程中 在能满足零件的加工要求的前提下，要多选用低成本通用或现有的通用 工具。要做到合理配置数控加工的工具，就要对它们的性能有详尽的掌 握。 本章通过基础知识的学习，将获得以下知识。 (1) 数控加工工艺基础知识。 (2) 数控车床加工工艺分析设计的方法。 (3) 数控车床加工工艺分析设计的方法。
数控车削的主要加工对象
精度要求高的零件


表面粗糙度好的回转体零件
轮廓形状复杂的零件


带一些特殊类型螺纹的零件
超精密、超低表面粗糙度的零件
数控车削常用刀具
图2.2 数控车刀主要类型
数控车床切削用量选择
1) 切削深度ap(mm) 切削深度主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。在刚 度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净 余量，以便提高生产率。在数控机床上，精加工余量可小于普通机床， 一般取0.2～0.5mm。 2) 主轴转速n(r/min) 主轴转速主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取。 3) 进给量(进给速度) f (mm/min或mm/r) 进给量(进给速度)是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据 零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。 当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给量数值应选小些，一般在 20～50mm/min范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性 能限制，并与脉冲当量有关。硬质合金外圆车刀切削速度参考表见表 2.1，硬质合金车刀粗车外圆及端面进给量见表2.2。
进给量f/(mm/r)
20
碳素结构 钢 合金结构 钢 耐 热 钢 40
0.3～0.4
0.4～0.5 0.5～0.7 0.6～0.9
—
0.3～0.4 0.4～0.6 0.5～0.7
—
— 0.3～0.5 0.5～0.6
—
— — 0.4～0.5
—
— — —
16X25
60 100
数控铣床加工对象
数控铣削常用铣加工刀具
2) 进给速度Vf的选择 进给速度Vf(mm/min)与每齿进给量fz有关，即 Vf＝nzfz 式中：n——铣刀主轴转速，r/min； z ——铣刀齿数。 粗加工时，每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、 刀具材料和铣刀类型。工件材料强度和硬度越高，选取的fz越小，反之 则越大；硬质合金铣刀的每齿进给量fz应大于同类高速钢铣刀；而对于 面铣刀、圆柱铣刀、立铣刀，由于它们刀齿强度不同，其每齿进给量fz 按面铣刀→圆柱铣刀→立铣刀排列顺序依次递减。 精加工时，每齿进给量fz的选取要考虑工件表面粗糙度的要求，表 面粗糙度值越低，每齿进给量fz越小。表2.5所示为面铣刀的每齿进给量 fz推荐值。 3) 切削速度Vc的选择 切削速度与刀具耐用度、吃刀量、每齿进给量、刀具齿数成反比， 与铣刀直径成正比，此外还与工件材料、刀具材料、铣刀材料、加工条 件等因素有关。表2.6所示为铣削速度Vc推荐范围值。
低碳钢 易切钢 工件材料 中碳钢
热轧 热轧 调质 热轧 调质 退火
热处理状态
合金工具钢 工具钢 灰铸铁 高锰钢 铜及铜合金 铝及铝合金 铸铝合金
HBS<190 HBS=190～225
表2.2 硬质合金车刀粗车外圆及端面进给量参考表
切削深度ap/(mm) 工件材料 刀杆尺 寸 B×H/m m2 工件 直径 d/mm ≤3 >3～5 >5～8 >8～12 &g艺设计，选择合适的夹具、 刀具及检测用具。本书提倡遵循实际制造(加工)的工艺顺序工作，这 样不仅能训练数控加工能力，同时还可以讨论机械制造方法。因此， 按照实际制造(加工)的工艺顺序，设计花盘零件的工艺准备工作过程 如下。 (1) 学习并理解相关的基础知识。 (2) 小组讨论该零件制造(加工)的工艺顺序，作为数控编程的依据， 供第3章学习使用。 (3) 为了提高工作效率，制订工作计划。 (4) 填写加工工艺卡片。 (5) 对设计花盘零件的加工工作准备过程进行检查与评估。
表2.5 面铣刀的每齿进给量fz(推荐值) 工件材料 高速钢刀齿
mm/z 硬质合金刀齿
钢材
铸铁
0.02～0.06
0.05～0.1
0.10～0.25
0.15～0.30
每齿进给量fz和切削速度Vf，一般情况下从《切削用量手册》中查出。 表2.6 铣削速度Vc推荐范围值
工件材料 20钢 45钢 40Cr调质 灰铸铁 Ｈ62 铝合金 不锈钢 抗弯强度/MPa 420 610 1000 150 330 20 55 硬度/HBS ≤156 ≤229 220～250 163～229 56 ≥60 ≤170 刀具材料/(m/min) 硬质合金 150～190 120～150 60～90 70～100 120～200 400～600 50～100 高速钢 20～45 20～35 15～25 14～22 30～60 112～300 16～25
本章小结
至此完成了本章的基础知识学习和项目训练,主要内容有以下5个 方面. (1) 学习数控加工工艺的基本概念。 (2) 理解数控加工工艺分析设计的内容和步骤，掌握一般数控加 工工艺分析设计的方法。 (3) 学习数控车床加工工艺分析设计的方法。 (4) 学习数控铣床加工工艺分析设计的方法。 (5) 通过实训项目的巩固，掌握数控加工工艺分析设计的方法这 些数控加工工艺分析设计的方法和流程是有规律可循的，一定要通过 不断地思考和练习，注意总结和归纳，以加强理解，为以后的编程打 下良好的基础。
基础知识
数控加工工艺的特点
• 数控加工的工序内容复杂。 • 数控加工工艺的内容十分具体。 • • 数控加工工艺必须严密。 • 工序相对集中。
数控加工工艺的主要内容
根据数控加工的实践，数控加工工艺主要包括以下几个方面。 (1) 选择适合在数控机床上加工的零件和确定工序内容。 (2) 零件图纸的数控工艺性分析，明确加工内容和技术要求。 (3) 制定数控工艺路线，如工序划分、加工顺序的安排、基准选择、 与非数控加工工艺的衔接等。 (4) 数控工序的设计，如工步、刀具选择、夹具定位与安装、走刀路 线确定、测量、切削用量的确定等。 (5) 处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点确定，加工路线确定， 刀具补偿，分配加工误差等。 (6) 数控加工技术文件的编写。
三面刃铣刀的加工范围
数控铣床常用孔加工刀具
带柄式铣刀与机床主轴连接
铣削切削用量选择
1) 背吃刀量ap(端铣)或侧吃刀量ae(圆周铣)的选择 铣削加工分为粗铣、半精铣和精铣。粗铣时，在机床动力足够(经 机床动力校核确定)和工艺系统刚度许可的条件下，应选取尽可能大的 吃刀量(端铣的背吃刀量ap或圆周铣的侧吃刀量ae)。一般情况下，在留 出精铣和半精铣的余量0.5～2mm后，其余的余量可作为粗铣吃刀量，尽 量一次切除。半精铣吃刀量可选为0.5～1.5mm。精铣吃刀量可选为 0.2～0.5mm。 (1) 在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5～25mm时，如果圆周铣削的 加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到 要求。但在余量较大、工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次 进给完成。 (2) 在工件表面粗糙度值要求为Ra3.2～12.5mm时，可分粗铣和半精 铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.5～ l.0mm余量，在半精铣时一次切除。 (3) 在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8～3.2mm时，可分粗铣、半精 铣、精铣3步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5～2mm；精铣时 圆周铣侧吃刀量取0.3～0.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5～1mm。半精铣、 精铣所确定的吃刀量即是上工序所留加工余量。
项目案例导入
花盘的数控加工工艺设计
在零件的加工过程中工艺分析是尤其重要的，而数控加工工艺分析 与处理是数控编程的前提和依据，没有符合实际的数控加工工艺，就不 可能有真正可行的数控加工程序。结合数控加工工艺要求，对图2.1（下 一页）所示的花盘零件进行数控加工工艺设计。
图2.1 花盘零件
项目分析任务
表2.1 硬质合金外圆车刀切削速度参考表
切削深度ap /mm 0.3～2 工件材料 热处理状态 0.08～0.3 0.3～2 140～180 0.08 ～ 0.3 130～ 160 100～130 100～130 80～110 90～120 90～120 80～110 2～ 6 进给量f/(mm/r) 0.3～0.6 切削深度ap /mm 切削速度Vc /(m/min) 2～6 100 ～120 进给量 f/(mm/r) 0.3 ～ 0.6 90～ 110 切削速度V /(m/min) 70 90 c～ 70～90 50～70 60～80 60～80 50～70 10～20 200～250 300～600 100～180 120～180 200～400 80～150 90～120 150～200 60～100 50～70 40～60 50～70 50～70 40～60 0.6～1 6～10 70～90 0.6 ～ 1 60 ～ 80 50～70 6～10
技能目标
通过花盘零件数控加工前的准备，训练出配置数控加工工艺系统的 能力，熟练掌握常用夹具、刀具的工作原理和使用方法。通过拓展实训 和课后训练，进一步强化数控加工准备的能力，同时提升分析问题和解 决问题的能力，具体如下。 (1) 熟知数控加工工艺分析设计的内容和步骤。 (2) 具备数控车床加工工艺分析设计的能力。 (3) 具备数控铣床加工工艺分析设计的能力。