CNC加工工艺概述 第一节 CNC的主要加工对象 第二节 CNC加工工件的安装 第三节 CNC加工的对刀与换刀 第四节 制定CNC加工工艺 选择并确定CNC加工的内容 CNC加工工艺性分析 加工工序的划分 选择走刀路线 CNC加工工艺参数的确定 第1节 CNC的主要加工对象 CNC的主要加工对象 铣削是机械加工中最常用的加工方法之一，主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰和镗孔加工与攻丝等。适于采用CNC的零件有： （1）平面类零件 平面类零件的特点是各个加工表面是平面，或可以展开为平面。目前在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。平面类零件是CNC]加工对象中最简单的一类，一般只须用三轴数控铣床的两轴联动（即两轴半坐标加工）就可以加工。 ????????????? ??????????????????? 带平面轮廓的平面类零件 带斜平面的平面类零件 带正台和斜筋平面类零件 ????????????????????? 图3.2.1 平面类零件 （2）变斜角类零件 ??????????????????? ?????????????????? 图3.2.2飞机上变斜角梁缘条 加工面与水平面的夹角成连续变化的零件称为变斜角类零件。加工变斜角类零件最好采用四轴或五轴数控铣床进行摆角加工，若没有上述机床，也可在三轴数控铣床上采用两轴半控制的行切法进行近似加工，但精度稍差。 （3）曲面类（立体类）零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。曲面类零件的加工面与铣刀始终为点接触，一般采用三轴联动数控铣床加工，常用的加工方法主要有下列两种： A、采用两轴半联动行切法加工。行切法是在加工时只有两个坐标联动，另一个坐标按一定行距周期行进给。这种方法常用于不太复杂的空间曲面的加工。 B、采用三轴联动方法加工。所用的铣床必须具有X、Y、Z三轴联动加工功能，可进行空间直线插补。这种方法常用于发动机及模具等较复杂空间曲面的加工。 第二节 CNC加工工件的安装1、CNC加工选择定位基准应遵循的原则 （1）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准 选择设计基准作为定位基准定位，不仅可以避免因基准不重合引起的定位误差，保证加工精度，而且可以简化程序编制。在制定零件的加工方案时，首先要按基准重合原则选择最佳的精基准来安排零件的加工路线。这就要求在最初加工时，就要考虑以哪些面为粗基准把作为精基准的各面加工出来。 （2）当零件的定位基准与设计基准不能重合，且加工面与设计基准又不能在一次安装内同时加工时，应认真分析零件图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。 （3）当在数控铣床上无法同时完成包括设计基准在内的全部表面加工时，要考虑用所选基准定位后，一次装夹能够完成全部关键精度部位的加工。 （4）定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容。为此，需考虑便于各个表面都能被加工的定位方式。对于非回转类零件，最好采用一面两孔的定位方案，以便刀具对其它表面进行加工。若工件上没有合适的孔，可增加工艺孔进行定位。 （5）批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准（对刀后，工件坐标系原点与定位基准间的尺寸为定值）重合。 批量加工时，工件采用夹具定位安装，刀具一次对刀建立工件坐标系后加工一批工件，建立工件坐标系的对刀基准与零件定位基准重合可直接按定位基准对刀，减少定位误差。 （6）当必须多次安装时，应遵从基准统一原则。 第三节 CNC加工的对刀与换刀 对刀点与换刀点的确定 对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。“对刀点”是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。在程序编制时，不管实际上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，都把工件看作静止，而刀具在运动。对刀点往往也是零件的加工原点。 选择对刀点的原则是： （1）方便数学处理和简化程序编制； （2）在机床上容易找正，便于确定零件的加工原点的位置； （3）加工过程中便于检查； （4）引起的加工误差小。 对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。 对刀时应使对刀点与刀位点重合。所谓刀位点，是指确定刀具位置的基准点，如平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点取为球心；钻头为钻尖。 “换刀点”应根据工序内容来作安排，其位置应根据换刀时刀具不碰到工件、夹具和机床的原则而定。换刀点往往是固定的点，且设在距离工件较远的地方。 2、对刀方法 对刀的准确性将直接影响加工精度，因此对刀操作一定要仔细，对刀方法一定要同零件的加工精度要求相适应。 零件加工精度要求较高时，可采用千分表找正对刀，是刀位点与对刀点一致。但这种方法效率较低。 目前有些工厂采用光学或电子装置等新方法来减少工时和提高找正精度。 常用的几种对刀方法有： （1）工件坐标系原点（对刀点）为圆柱孔（或圆柱面）的中心线 A、采用杠杆百分表（或千分表）对刀 这种操作方法比较麻烦，效率较低，但对刀精度较高，对被测孔的精度要求也较高，最好是经过铰或镗加工的孔，仅粗加工后的孔不宜采用。 B、采用寻边器对刀 这种方法操作简便、直观，对刀精度高，但被测孔应有较高精度。 （2）工件坐标系原点（对刀点）为两相互垂直直线的交点A、采用碰刀（或试切）方式对刀 这种操作方法比较简单，但会在工件表面留下痕迹，对刀精度不高。为避免损伤工件表面半岛电竞，可以在刀具和工件之间加入塞尺进行对刀，这时应将塞尺的厚度减去。以此类推，还可以采用标准芯轴和块规来对刀。 B、采用寻边器对刀 其操作步骤与采用刀具对刀相似，只是将刀具换成了寻边器，移动距离是寻边器触头的半径。这种方法简便，对刀精度较高。 （3）刀具Z向对刀 刀具Z向对刀数据与刀具在刀柄上的装夹长度及工件坐标系的Z向零点位置有关，它确定工件坐标系的零点在机床坐标系中的位置。 可以采用刀具直接碰刀对刀，也可利用Z向设定器进行精确对刀，其工作原理与寻边器相同。 对刀时也是将刀具的端刃与工件表面或Z向设定器的侧头接触，利用机床的坐标显示来确定对刀值。当使用Z向设定器对刀时，要将Z向设定器的高度考虑进去。 另外，当在加工工件中用刀不同刀具时，每把刀具到Z坐标零点的距离都不相同，这些距离的差值就是刀具的长度补偿值，因此需要在机床上或专用对刀仪上测量每把刀具的长度（即刀具预调），并记录在刀具明细表中，共机床操作人员使用。 第四节 制定CNC加工工艺 选择并确定CNC加工的内容 CNC加工有着自己的特点和适用对象，若要充分发挥数控铣床的优势和关键作用，就必须正确选择数控铣床类型、数控加工对象与工序内容。通常将下列加工内容作为CNC加工的主要选择对象：（1）工件上的曲线轮廓，特别是有数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线）已给出数学模型的空间曲面；（3）形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；（4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；（5）以尺寸协调的高精度孔或面；（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状；（7）采用CNC后能成倍提高生产率半岛电竞，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。 此外，立式数控铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等；卧式数控铣床和卧式加工中心适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体半岛电竞网站、壳体等；多坐标联动的卧式加工中心还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。 CNC加工工艺性分析 （一）零件图形分析 1、检查零件图的完整性和正确性由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此（1）各图形几何要素间的相互关系（如相切、相交、垂直、平行和同心等）应明确。（2）各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。 2、检查自动编程时的零件数学模型 建立复杂表面数学模型后，须仔细检查数学模型的完整性、合理性及几何拓扑关系的逻辑性。 完整性——指是否表达了设计者的全部意图。 合理性——指生成的数学模型中的曲面是否满足曲面造型的要求。 几何拓扑关系的逻辑性——指曲面与曲面之间的相互关系（如位置连续性、切失连续性ＣＮＣ加工、曲率连续性等）是否满足指定的要求，曲面的修剪是否干净、彻底等。 要生成合理的刀具运动轨迹，必须首先生成准确无误的数学模型。因此，数控编程所需的数学模型必须满足以下要求： （1）数学模型是完整的几何模型，不能由多余的或遗漏的曲面；（2）数学模型不能有多义性，不允许有曲面重叠现象存在； （3）数学模型应是光滑的几何模型； （4）对外表面的数学模型，必须进行光顺处理，以消除曲面内部的微观缺陷； （5）数学模型中的曲面参数曲线分布合理、均匀，曲面不能有异常的凸起或凹坑。 （二）零件结构工艺性分析及处理 1、零件图纸上的尺寸标注应方便编程 在实际生产中，零件图纸上尺寸标注对工艺性影响较大，为此对零件设计图纸应提出不同的要求半岛电竞。 2、分析零件的变形情况，保证获得要求的加工精度 过薄的底板或肋板，在加工时由于产生的切削拉力及薄板的弹力退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也增大。零件在CNC加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续下去。 预防措施：（1）对于大面积的薄板零件，改进装夹方式，采用合适的加工顺序和刀具；（2）采用适当的热处理方法：如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理；（3）粗、精加工分开及对称去除余量等措施来减小或消除变形的影响。 3、尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸（1）轮廓内圆弧半径R常常限制刀具的直径。 在一个零件上，凹圆弧半径在数值上一致性的问题对CNC的工艺性显得相当重要。零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数。 一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格和换刀次数，并避免因频繁换刀而增加了零件加工面上的接刀阶差，降低表面质量。（2）转接圆弧半径值大小的影响 转接圆弧半径大，可以采用较大指精铣刀加工，效率高，且加工表面质量也较好，因此工艺性较好。 铣削面的槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低。当r达到一定程度时甚至必须用球头铣刀加工，这是应当避免的。 当铣削的底面面积较大，底部圆弧r也较大时，我们只能用两把r不同的铣刀分两次进行切削。 4、保证基准统一原则 有些零件需要在加工中重新安装，而CNC不能使用“试切法”来接刀，这样往往会因为零件的重新安装而接不好刀。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定为基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定为基准。 （三）零件毛坯的工艺性分析 1、毛坯应有充分、稳定的加工余量 毛坯主要指锻件、铸件。锻件在锻造时欠压量与允许的错模量会造成余量不均匀；铸件在铸造时因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量不均匀。此外，毛坯的挠曲和扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。 为此，在对毛坯的设计时就加以充分考虑，即在零件图样注明的非加工面处增加适当的余量。 2、分析毛坯的装夹适应性 主要考虑毛坯在加工面。对不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。 3、分析毛坯的变形、余量大小及均匀性 分析毛坯加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施和补救措施。如对于热轧中、厚铝板，经淬火时效后很容易加工变形，这是最好采用经欲拉伸处理的淬火板坯。 对毛坯余量大小及均匀性，主要考虑在加工中要不要分层铣削，分几层铣削。在自动编程中，这个问题尤为重要。 加工工序的划分 在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部工序。但是零件的粗加工ＣＮＣ加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿命，降低数控机床的使用成本。在数控机床上加工零件其工序划分的方法有： 1、刀具集中分序法 即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。 2、粗、精加工分序法 这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。粗精加工之间，最好隔一段时时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次安装中加工出较多表面。对不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。 3、分析毛坯的变形、余量大小及均匀性 分析毛坯加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施和补救措施。如对于热轧中、厚铝板，经淬火时效后很容易加工变形，这是最好采用经欲拉伸处理的淬火板坯。 对毛坯余量大小及均匀性，主要考虑在加工中要不要分层铣削，分几层铣削。在自动编程中，这个问题尤为重要。 选择走刀路线 走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。确定走刀路线）保证零件的加工精度和表面粗糙度； （2）方便数值计算，减少编程工作量； （3）缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间； （4）尽量减少程序段数。 另外，在选择走刀路线时还要充分注意以下所讲解的几个方面的内容。 CNC加工工艺参数的确定 确定工艺参数是工艺制定中重要的内容，采用自动编程时更是程序成功与否的关键。 （一）用球铣刀加工曲面时与切削精度有关的工艺参数的确定 1、步长l（步距）的确定步长l（步距）——每两个刀位点之间距离的长度，决定刀位点数据的多少。 曲线轨迹步长l的确定方法： 直接定义步长法：在编程时直接给出步长值，根据零件加工精度确定 间接定义步长法：通过定义逼近误差来间接定义步长 2、逼近误差er的确定 逼近误差er——实际切削轨迹偏离理论轨迹的最大允许误差 三种定义逼近误差方式（如图16-4所示）： 指定外逼近误差值：以留在零件表面上的剩余材料作为误差值 （精度要求较高时一般采用，选为0.0015~0.03mm） 指定内逼近误差值：表示可被接受的表面过切量 同时指定内、外逼近误差 e er er er 图3.2.6 指定逼近误差 （a） （b） （c） ???????? 3、行距S（切削间距）的确定 行距S（切削间距）——加工轨迹中相邻两行刀具轨迹之间的距离。影响： 行距小：加工精度高，但加工时间长，费用高 行距大：加工精度低，零件型面失真性较大，但加工时间短。 两种方法定义行距：（1）直接定义行距 算法简单、计算速度快，适于粗加工、半精加工和形状比较平坦零件的精加工的刀具运动轨迹的生成。（2）用残留高度h来定义行距 残留高度h——被加工表面的法矢量方向上两相邻切削行之间残留沟纹的高度。 h大：表面粗糙度值大 h小：可以提高加工精度，但程序长，占机时间成倍增加，效率降低 选取考虑： 粗加工时，行距可选大些，精加工时选小一些。有时为减小刀峰高度，可在原两行之间加密行切一次，即进行曲刀峰处理，这相当于将S减小一半，实际效果更好些。 （二）与切削用量有关的工艺参数确定1、背吃刀量ap与侧吃刀量ae 背吃刀量ap——平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。 侧吃刀量ae——垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。 从刀具耐用度的角度出发，切削用量的选择方法是： 先选取背吃刀量ap或侧吃刀量ae，其次确定进给速度，最后确定切削速度。 如果零件精度要求不高，在工艺系统刚度允许的情况下，最好一次切净加工余量，以提高加工效率；如果零件精度要求高，为保证精度和表面粗糙度，只好采用多次走刀。 2、与进给有关参数的确定 在加工复杂表面的自动编程中，有五种进给速度须设定，它们是： （1）快速走刀速度（空刀进给速度） 为节省非切削加工时间，一般选为机床允许的最大进给速度，即G00速度。 （2）下刀速度（接近工件表面进给速度） 为使刀具安全可靠的接近工件，而不损坏机床、刀具和工件，下刀速度不能太高，要小于或等于切削进给速度。对软材料一般为200mm/min；对钢类或铸铁类一般为50mm/min。 （3）切削进给速度F 切削进给速度应根据所采用机床的性能、刀具材料和尺寸、被加工材料的切削加工性能和加工余量的大小来综合的确定。 一般原则是：工件表面的加工余量大，切削进给速度低；反之相反。 切削进给速度可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手工调整，以获得最佳切削状态。切削进给速度不能超过按逼近误差和插补周期计算所允许的进给速度。 建议值： 加工塑料类制件：1500 mm/min 加工大余量钢类零件：250 mm/min 小余量钢类零件精加工：500 mm/min 铸件精加工：600 mm/min （4）行间连接速度（跨越进给速度） 行间连接速度——刀具从一切削行运动到下一切削行的运动速度。 该速度一般小于或等于切削进给速度。 （5）退刀进给速度（退刀速度） 为节省非切削加工时间，一般选为机床允许的最大进给速度，即G00速度。 3、与切削速度有关的参数确定 （1）切削速度υc 切削速度υc的高低主要取决于被加工零件的精度和材料、刀具的材料和耐用度等因素。 （2）主轴转速n 主轴转速n根据允许的切削速度υc来确定：n=1000υc/πd 理论上，υc越大越好，这样可以提高生产率，而且可以避开生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，使用国内机床、刀具时允许的切削速度常常只能在100～200m/min范围内选取。

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