车削加工路线确定

第3章 3．数控加工工序卡
数控加工工艺与图形的数学处理
第3章 4．数控加工刀具卡
数控加工工艺与图形的数学处理
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
3.2 图形的数学处理
图形的数学处理就是根据零件图样的要求，按 照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数 控系统所需输入的数据。 图形数学处理的内容主要有三个方面，即基 点和节点计算、刀位点轨迹计算和辅助计算。
与曲线方程联立：y - y0 = k（x - x0）
y = f ( x)
求得第一个节点的坐标（x1，y1），再重复计算可得其余各节点。
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
4．圆弧逼近轮廓的节点计算
零件轮廓曲线可用一段段的圆弧逼近，常用的有曲率圆 法、三点圆法和相切圆法等。本书介绍曲率圆法，它是一种 等误差圆弧逼近法，应用于曲线 y = f (x) 为单调的情形。若不 是单调曲线则可以在拐点处分段，使每段曲线为单调。 （1）从轮廓曲线y = f (x) 的起点(xn，yn)开始作曲率圆（图3-42）
2 3 d 2 y dy dy d y dx2 dx 1 dx dx3 0 令dR/dx = 0得： 3 dy d2y d3y 由 y=f(x) 求得 dx 、 dx2 、 3 ，从而可得到x轴坐标，再代入 dx
从起点开始沿x轴 方向△x取为等间距长， 由曲线方程 y = f (x) 求 得yi，设xi+1 = xi +△x， yi+1 = f (xi+△x)，可求 出一系列节点坐标值 作为编程数据。
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
△x取决于曲线的曲率和允许误差δ允，常根据加工精 度凭经验选取，一般选取△x=0.1mm，再进行误差验算。
第3章 （5）车削螺纹加工路线
数控加工工艺与图形的数学处理
在车螺纹时，沿螺距方向的进给要有引入距离δ1和超越 距离δ2。如图3-30所示。一般δ1为2~5mm，对大螺距和高精 度的螺纹取大值；δ2一般取δ1的1/4左右。若螺纹收尾处没有 退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按45°退刀 收尾。
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
（1 ）以起点（ x0，y0）为圆心， δ 允为半径作圆，方程为： (x - x0) 2+ (y - y0) 2 = δ允2 （ 2 ）求圆与轮廓曲线公切 线的斜率k 设公切线方程为： y = kx + b 式中：k = (Y1 - Y0) / (X1 - X0)。 因此求k即相当于求出两切 点的坐标，即（X0，Y0）， （X1，Y1）。
图3-31 刀具切入和切出外轮廓的加工路线
第3章
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（3）铣削内轮廓的加工路线
同铣削外轮廓一 样，刀具同样不能 沿轮廓曲线的法向 切入和切出。此时 刀具可以沿一过渡 圆弧切入和切出工 件轮廓。图3-32所 示为铣切内圆的加 工路线。
图3-32 刀具切入和切出内轮廓的加工路线
在满足允许编程误差的条件下，用若干直线段或 圆弧端分割逼近给定的曲线。相邻直线段或圆弧段的 交点或切点称为节点。
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
1．等间距法直线逼近节点计算 特点：每个程序段的某一个坐标增量相等。在直角坐标系中 可使相邻节点的x坐标增量或y 坐标增量相等；在极坐标系中， 可使相邻节点间的转角坐标增量或径向增量相等 。
在上图中， mn 为一逼近直线段，作 m′n′ 平行于 mn 且与曲 线的距离为逼近允许误差δ允，则mn的方程为：
Ax + By + C = 0 式中：A = yn - ym，B = xn - xm，C = ymxn - xmyn。 m′n′的方程为： Ax + By = C ±δ 式中：δ为直线mn与m′n′间的距离。δ ≤δ允，一般取δ允为 零件公差的1/5~1/10。 联立上述二方程得： Ax + By = C ±δ y= f(x)
第3章
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2．等步长法直线逼近节点计算 特点：使所有逼近线段的长度相等，亦即每个程序段的长度 相等。 （1）求曲线最小曲率半径Rmin 曲线y= f(x)上任一点的曲 率半径为： 2 3/ 2 R=
dy 1 dx d 2 y / dx2
第3章
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3.2.1 基点计算
各几何元素间的连接点称为基点。如两直线的交 点，直线与圆弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或 切点，圆弧或直线与二次曲线的切点或交点等。 基点计算方法：根据图纸给定条件，用几何法、 解析几何法、三角函数法或用AutoCAD画图求得。
3.2.2 节点计算
第3章 联立方程得：
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Y1 - Y0 = f′(X1) ·(X1 - X0) （曲线切线方程）
(X0 - x0)2 + (Y0- y0)2 = δ允2 （圆方程） Y1 - Y0 = F′(X0) ·(X1- X0) （圆切线方程）
Y1 = f (X1)
（曲线方程）
其中F(x)表示圆的方程。由此可解得 (X0，Y0)，(X1，Y1)。 （3）求节点 过起点（x0，y0）作斜率为k的直线y - y0 = k (x - x0)
图3-26 大余量毛坯的阶梯切削路线
第3章
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（ 3 ）完整轮廓的连续切削进给路线
零件精加工时，其完整轮廓应由最后一刀连续加工而 成，加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连 续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力 突然变化而造成弹性变性，致使光滑连接轮廓上产生表面 划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。
2
曲率半径公式即可求得Rmin。
第3章 （2）确定步长
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以Rmin为半径作曲率圆（图3-40）。δ允对应的弦长l为：
l 2 R 2 min Rmin 允 2 2 Rmin 允
2
图3-40 等步长法求节点
第3章
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（3）求节点 以曲线起点a为圆心，以l半径作圆，求出该 圆与已知曲线的交点b，即解方程组：
表3-4 刀具切入切出距离
表面状态 加工方式 钻孔 已加工表面 毛坯表面 表面状态 加工方式 车削
2~3
5~8
2~3
5~8
扩孔
镗孔
3~5
3~5
5~8
5~8
铣削
攻螺纹
3~5
5~10
5~10
5~10
铰孔
3~5
5~8
车削螺纹 （切入）
2~5
5~8
第3章
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3.1.9 工艺文件的制定
图3-34 铣曲面的两种加工路线
第3章 孔加工路线的确定
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孔加工时，一般是首先将刀具在xy平面内快速定位运动到 孔中心线的位置上，然后刀具再沿z向（轴向）运动进行加工。 （1）确定xy平面 内的加工路线 ①定位迅速、 空行程时间 短。如加工 图3-35所示 零件。
图3-35 最短加工路线设计示例
第3章
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②定位准确、避免反向间隙对孔位精度的影响。例如，镗 削下图3-36a所示零件上的4个孔。图3-36c所示加工路线避 免反向间隙的引入，提高了4孔的定位精度。
第3章
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（2）确定z向（轴向）的加工路线 刀具在z向的加工路线分为快移进给路线和工作进给路 线。图3-37a为单孔加工路线。图3-37b为多孔加工路线。
图3-37 刀具z向加工路线设计示例
—→—快速移动进给路线 ---→---工作进给路线
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
加工不通孔时，工作进给距离：ZF = Za + H + Tt 加工通孔时，工作进给距离：ZF = Za + H + Zo + Tt
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理 （mm）
已加工表面 毛坯表面
零件的加工工艺设计完成后，就应该将有关 内容填入各种相应的表格（或卡片）中。以便贯 彻执行并将其作为编程和生产前技术准备的依据， 这些表格（或卡片）被称为工艺文件。数控加工 工艺文件除包括机械加工工艺过程卡、机械加工 工艺卡、数控加工工序卡、数控加工刀具卡。另 外为方便编程也可以将各工步的加工路线绘成文 件形式的加工路线图。
源自文库
第3章
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a)行切法
b)环切法
图3-33 铣内槽的三种加工路线
c)先行切后环切
第3章 （5）铣削曲面的加工路线
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采用图3-34a加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算 简单，程序少，加工过程复合直纹面的形成，可以准确保证 母线的直线度；采用图3-34b加工方案时，符合这类零件数据 给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。
( x - x0 ) 2 + ( y - y0 ) 2 = l 2
y = f(x) 其解作为节点b的坐标。顺次以b、c …为圆心，重复（3） 及可求出各节点的坐标值。 3．等误差法（变步长法）直线逼近节点计算 特点：使零件轮廓曲线上各逼近线段的逼近误差相等，且小 于或等于δ允，各逼近线段的长度不相等 。
图3-30 车削螺纹时引入距离
第3章 铣削加工路线的确定 （1）顺铣和逆铣
数控加工工艺与图形的数学处理
当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣； 当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应采用逆铣。
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
（2）铣削外轮廓的加工路线
刀具切入零件时，应沿切削起始点延伸线（图3-31a）或切线方向（图331b）逐渐切入工件，保证零件曲线的平滑过渡。同样，在切离工件时，也 要沿着切削终点延伸线（图3-31a）或切线方向（图3-31b）逐渐切离工件。
（4）特殊的加工路线 例如，当采用尖形车刀加工大圆弧内表面零件时，安 排两种不同的进给方法如图3-27所示，其结果是不相同的。 图3-28 有嵌刀现象 ，图3-29所示进给方案是较合理的。
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
图3-27 两种不同的进给方法
图3-28 嵌刀现象
图3-29 合理的进给方案
第3章 车削加工路线的确定
数控加工工艺与图形的数学处理
（1）最短的切削加工路线
图3-25为粗车几种不同切削进给路线的安排示意图。在同等 条件下，图3-25c其切削所需时间（不含空行程）最短，刀具 的损耗最少。
图3-25 粗车进给路线示例
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
（2）大余量毛坯的阶梯切削加工路线 图3-26所示为车削大余量工件两种加工路线，图3-26a是 错的阶梯切削路线，图b按1~5的顺序切削，每次切削所 留余量相等，是正确的阶梯切削路线。
第3章 （4）铣削内槽的加工路线
数控加工工艺与图形的数学处理
图3-33所示为加工内槽的三种加工路线。图3-33a 和图 3-33b分别用行切法和环切法加工内槽。共同点是都能切净 内腔中全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复 进给的搭接量。不同点是行切法的加工路线比环切法短，但 行切法将在每两次进给的起点与终点间留下了残留面积，而 达不到所要求的表面粗糙度；用环切法获得的表面粗糙度要 好于行切法，但环切法需要逐次向外扩展轮廓线，刀位点计 算稍微复杂一些。综合行、环切法的优点，采用图3-33c所 示的加工路线，即先用行切法切去中间部分余量，最后用环 切法切一刀，既能使总的加工路线较短，又能获得较好的表 面粗糙度。
第3章 1．机械加工工艺过程卡
数控加工工艺与图形的数学处理
机械加工工艺过程卡是以工序为单位，简要地列出整个零件加工所经 过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等）。它是制订其它工 艺文件的基础，也是生产准备、编排作业计划和组织生产的依据。在这种 卡片中，由于各工序的说明不够具体，故一般不直接指导工人操作，而多 作为生产管理方面使用。但在单件小批生产中，由于通常不编制其它较详 细的工艺文件，而就以这种卡片指导生产。
2．机械加工工艺卡片
机械加工工艺卡片是以工序为单位，详细地说明整个工艺过程的一种 工艺文件。它是用来指导工人生产和帮助车间管理人员和技术人员掌握整 个零件加工过程的一种主要技术文件，是广泛用于成批生产的零件和重要 零件的小批生产中。机械加工工艺卡片内容包括零件的材料、毛坯种类、 工序号、工序名称、工序内容、工艺参数、操作要求以及采用的设备和工 艺装备等。