数控铣床加工工艺与编程操作教学配套课件第三章数控加工工艺分析与设计.doc

第三章数控加工工艺分析与设计主编 第三章数控加工工艺分析与设计1)分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。2)确定零件的加工方案，制订数控加工工艺路线，如划分工序，安排加工顺序，处理非数控加工工序等。3)加工工序的设计，如选取零件的定位基准，确定夹具方案，选取刀辅具，划分工步，确定切削用量等。4)数控加工程序的调整，如选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工路线。5)处理数控机床上的部分工艺指令。数控铣床的工艺内容比较广泛，而且其成本价格比较高，因此，选择数控铣削加工内容时，应从实际需要和经济性两个方面考虑。虽然数控加工工艺内容较多，但部分内容与普通机床加工工艺还是很相似的，因此普通机床加工工艺可以作为参考。 第三章数控加工工艺分析与设计第一节数控加工工艺文件数控加工工艺文件比较多，比较常用的主要有数控加工工序卡、数控刀具调整单、机床调整单、零件加工程序单等。这些文件并没有统一的标准，主要是各企业根据本单位的自身特点制订的。一、工序卡数控加工工序卡是在普通机加工工序卡的基础上增加了使用的辅具、刃具切削参数、切削液等。它是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性工艺资料，工序卡应按已确定的工步顺序填写。数控加工工序卡片见表31。 第三章数控加工工艺分析与设计表3-1 数控加工工序卡片 第三章数控加工工艺分析与设计二、数控刀具调整单数控刀具调整单主要包括数控刀具明细表（简称刀具表，见表32）和数控刀具卡片（简称刀具卡，见表33）两部分。数控加工过程中机床对数控整体式刀具的要求十分严格，一般要在机外对刀仪上对刀获得参数，并且要事先调整好刀具直径和长度。数控刀具明细表是调刀人员调整刀具输入的主要依据，而刀具卡片主要用来反映刀具名称、编号、锥柄规格、刀具结构、刀片型号和材料等内容，它是工作人员选择、组装刀具和调整刀具的依据。 第三章数控加工工艺分析与设计表3-2 数控刀具明细表 第三章数控加工工艺分析与设计表3-3 数控刀具卡片 第三章数控加工工艺分析与设计表3-4 工件安装和零点设定卡片 第三章数控加工工艺分析与设计数控加工程序单是编程人员根据工艺分析结果和设计情况，按照机床特点和机床编程格式要求的指令代码编制的。它是记录数控加工工艺参数、工艺过程、位移数据的清单以及手动数据输入（MDI/MDA）和实现数控加工的主要依据，如表35所示。 第三章数控加工工艺分析与设计表3-5 程序清单 第三章数控加工工艺分析与设计四、数控加工走刀路线图在数控加工的过程中，要注意并防止刀具与夹具或工件发生意外碰撞，为此必须设法明示操作者关于编程中的刀具运动路线（例如，程序起点、从哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等）。为简化走刀路线图，一般可采用统一约定的符号来表示，不同的机床可以采用不同的图例与格式，表36为一种常用格式。在某些企业里还会增设有编程任务书，如表37所示。 第三章数控加工工艺分析与设计表3-6 数控加工走刀路线图 第三章数控加工工艺分析与设计表3-7 编程任务书年月日 第三章数控加工工艺分析与设计第二节加工路线的制订确定加工路线的主要内容是指确定粗加工及空行程的走刀路线，而精加工切削过程的走刀路线都是沿工件轮廓进行的，不同的是采用何种进、退刀，顺、逆铣等加工方式。在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，对于二维轮廓加工，通常采用的加工路线为： 第三章数控加工工艺分析与设计1)从起刀点快速定位至下刀点。2)下刀至背吃刀量。3)建立刀具补偿，沿切向切入工件。4)执行刀具补偿，进行轮廓切削。5)沿切向切出工件。6)退离工件，取消刀具补偿。7)刀具向上抬刀至安全平面。8)快速返回起刀点。 第三章数控加工工艺分析与设计由数控加工原理可知，编程时，加工路线的确定原则归纳起来主要有以下几点：1)加工路线要保证被加工工件的精度和表面粗糙度，且要求效率较高。2)应尽量使数值计算简便，从而减少编程的工作量。3)应尽量使加工路线最短，从而减少空刀时间，并减少程序段，节约存储空间。要在编程中实现最短的进给路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些简单的计算。 第三章数控加工工艺分析与设计一、最短的空行程路线1.巧用起刀点如图31a所示为采用行切循环方式进行铣削平面的一般情况实例，其对刀点A的设定是考虑到精铣等加工过程中需要方便地换刀，故设置在离坯料较远的位置，同时将起刀点与其对刀点重合在一起，按三刀精铣的进给路线安排如下：图3-1 巧用起刀点 第三章数控加工工艺分析与设计2.巧设换刀点为了考虑换刀的方便与安全，有时会将换刀点设置在离坯料较远的位置处（如图31a所示的A点），那么，当换第二把刀后，进行精加工的空行程路线必然比较长。如果将第二把刀的换刀点设置在图31b中的B位置上方，则可缩短空行程距离，此过程中必须保证换刀的安全。3.合理安排“回零”、空行程路线在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的间隔尽量减短，或者为零，即可满足进给路线为最短的要求。 第三章数控加工工艺分析与设计二、最短的切削进给路线在安排切削进给路线时，要考虑被加工工件的刚性及加工的工艺性等要求，不要一味追求加工路线最短。图3-2 镗孔加工路线示意图 第三章数控加工工艺分析与设计三、确定Z向(轴向)的加工路线刀具在Z向的加工路线分为快速定位进给路线和工作进给路线。如图33a、b所示，刀具先从初始平面快速运动至距离工件加工表面上方一定距离的R平面（安全平面），然后按编程的工作进给速度运动进行加工。图33b所示为加工单个孔时刀具的加工路线。对多孔加工，为了减少刀具空行程进给时间，加工中间孔时，刀具不必退回到初始平面，只要退回到R平面即可，其加工路线如图33c所示。刀具在Z向的加工路线常用的有三种下刀方式：垂直下刀、斜线下刀和螺旋下刀。在确定Z向的加工路线时要注意高度参数，高度参数包括Clearance（安全高度）、Retract（参考高度）、Feedplane（下刀位置）、Top of stock（工件顶面）和Depth（切削深度）等。 第三章数控加工工艺分析与设计在某些系统编程时还会表示为起始平面、返回平面、进刀平面、切削平面、退刀平面和安全平面，其说法不一，但基本意义相同，其定义如图34所示。图3-3 刀具在Z向进给路线设计示例 第三章数控加工工艺分析与设计图3-4 Z向加工路线各“面”的设置 第三章数控加工工艺分析与设计1.起始平面(安全高度)起始平面是程序开始时刀具在的Z平面的初始位置，在此高度上刀具可以在任何位置平移而不会与工件或夹具发生碰撞。一般定义在被加工表面的最高点之上100200mm左右。此平面应该高于返回平面，其对应的高度称为安全高度。在返回平面上刀具一般以G00的速度运行，如图33a所示。2.返回平面(参考高度)返回平面是指在程序结束时，刀具刀尖处所在的Z平面。一般在被加工表面的最高点之上50100mm左右的某个位置上。在某些编程中一般与起始平面重合，在返回平面上刀具以G00的速度运行，返回平面应高于下刀位置。 第三章数控加工工艺分析与设计3.进刀平面(进给下刀位置)在铣削加工中，刀具先以G00的速度快速运行到零件开始切削位置处，然后转换为切削进给速度进入加工，此速度转折点的位置为进刀平面，一般定义在被加工表面的最高点之上510mm左右的某个位置上。4.切削平面(切削深度)在铣削加工中，刀具下刀至零件切削深度然后转为切削加工的平面，一般是指编程时Z值的深度，但因加工分层铣削时下刀深度不尽相同，所以其切削平面也不是唯一的。 第三章数控加工工艺分析与设计5.退刀平面在数控铣削加工结束后，刀具以切削进给速度离开工件表面一段距离（510mm）后，转换为以快速 G00返回到安全平面和被加工零件的开始切削位置，此转折位置为退刀平面，一般情况下可以等同于进刀平面。6.安全平面安全平面是指当一个曲面切削好后，刀具沿着刀轴方向返回运行一段距离后，刀尖所在的Z平面，安全平面一般定义在高出被加工零件最高点25mm左右的某个位置上。 第三章数控加工工艺分析与设计四、进刀/退刀方式的确定对于铣削加工而言，刀具切入工件的方式不仅会影响到被加工工件的加工质量，还直接关系到加工的安全。对于二维轮廓加工，一般要求从侧向进刀或沿切线方向进刀，尽量避免垂直进刀，退刀方式也应从侧向或切向退刀。刀具从安全平面下降到切削高度时，应离开工件毛坯一个距离（一般要求为35mm），不能直接贴着加工零件即理论轮廓处直接下刀，以免发生危险、损坏刀具和划伤工件。下刀运动过程不能用快速运动指令G00，一般选用直线插补运动指令G01。 第三章数控加工工艺分析与设计1.铣削平面工件的进给路线铣削平面工件时一般采用立铣刀侧刃进行切削，而且在铣削加工过程中，一般要求刀具不允许在工件表面上停顿，以免留下刀痕，为减少接刀痕迹和保证工件表面质量，在编写刀具的切入和切出程序时均需要精心设计。如图35a、b、c所示，在数控铣削加工中，铣削内、外表面轮廓时，铣刀一般应沿工件轮廓曲线的延长线切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入工件，以避免因弹性变形而在加工表面产生刀痕，从而保证工件轮廓光滑。 第三章数控加工工艺分析与设计图3-5 切入切出方式a)铣削外圆 b)铣削外轮廓 c)铣削内圆轮廓 第三章数控加工工艺分析与设计图3-6 螺旋、圆弧方式进退刀 第三章数控加工工艺分析与设计2.铣削内轮廓表面的进给路线铣削内表面轮廓时，铣刀的切入点和切出点无法外延，这时应尽量采用圆弧过渡到圆弧或圆弧过渡到直线的方法，如图35c、图37b所示。在无法实现时上述外延方法时可安排一切入点，使铣刀沿工件轮廓的切线方向切入和切出，并将其切入、切出点选在工件轮廓两几何元素的交点处。图37为无交点内轮廓加工铣刀的切入和切出效果。图3-7 内轮廓加工铣刀的切入点和切出点效果图a)法向切入时在轮廓拐角处留下刀痕 b)圆弧过渡到直线的切入切出 第三章数控加工工艺分析与设计图3-8 加工凹槽的进给路线a)行切法 b)环切法 c)综合法图3-9 常用的铣削加工路线 第三章数控加工工艺分析与设计(1)行切加工法如图3-10所示，面铣刀沿XY平面进行直线插补加工，当一段直线加工完后，沿Y方向进给Y再加工相邻的另一直线，如此依次增加距离重复加工。1)矩形平面的行切区域计算。假定工件尺寸如图310所示，采用60面铣刀加工，步距50mm，上、下边界刀具各伸出10mm，则行切区域尺寸为800mm×560mm（560mm=（600+10×2-60）mm）。2)矩形下陷凹槽的行切区域计算。 第三章数控加工工艺分析与设计图3-11 矩形下陷凹槽图3-10 矩形平面的行切路线图 第三章数控加工工艺分析与设计如图311所示，假定下陷尺寸100mm×80mm，由圆角R6制约故选取12立铣刀，设定精加工余量05mm，步距10mm，则半精加工形成的矩形为（100-12×2-05×2）mm×（80-12×2-05×2）mm=75mm×55mm。如行切上、下边界刀具各伸出1mm，则实际切削区域尺寸=75mm×（55+2-12）mm=75mm×45mm。3)行切的子程序实现。4)切削次数与子程序重复次数计算进刀次数n=总进刀距离/步距=45/10=4.5，实际需切削6刀，进刀5次。子程序重复次数m=n/2=5/2=2，剩余一刀进行补刀。步距的调整：步距=总进刀距离/切削次数。 第三章数控加工工艺分析与设计实际应用说明1.当实际切削次数约为偶数刀时，应对步距进行调整，以方便程序编写。2.当实际切削次数约为奇数刀时，可加1成偶数刀，再对步距进行调整，或直接将剩下的一刀放在行切后的补刀中，此时不需调整步距。3.由于行切最后一刀总是进刀动作，故行切后一般需补刀。编程举例对图311所示零件，编程零点设在工件中央，下刀点选在左下角点，加工程序（FANUC系统）如下： 第三章数控加工工艺分析与设计(2)环切加工法环切加工是利用已有精加工刀补程序，通过修改刀具半径补偿值的方式，控制刀具从内向外或从外向内，一层一层去除工件余量，直至完成零件加工。1)环切刀具半径补偿值的计算。确定刀具直径、走刀步距和精加工余量。确定半精加工和精加工刀补值。确定环切第一刀的刀具中心相对零件轮廓的位置(第一刀刀补值)。根据步距确定中间各刀刀补值。例如，用环切方案加工图312零件内槽，环切路线为从内向外。环切刀补值确定过程如下： 第三章数控加工工艺分析与设计图3-12 环切零件 第三章数控加工工艺分析与设计根据内槽圆角半径R6mm，选取12mm键槽铣刀，精加工余量为0.5mm，走刀步距取10mm。由刀具半径R6mm，可知精加工和半精加工的刀补半径分别为6mm和6.5mm。如图3-12所示，为保证第一刀的左右两条轨迹按步距要求重叠，则两轨迹间距离等于步距，则该刀刀补值=(30-10/2)mm=25mm。根据步距确定中间各刀刀补值，第二刀刀补值=(25-10)mm=15mm，第三刀刀补值=(15-10)mm=5mm，该值小于半精加工刀补值，说明此刀不需要。由上述过程可知，环切共需4刀，刀补值分别为25mm、15mm、6.5mm、6mm。2)环切刀补程序工步起点(下刀点)的确定。 第三章数控加工工艺分析与设计一般而言，当选择轮廓上凸出的角作为切削起点时，刀补程序的下刀点应在该角的角平分线上（45°方向），当选取圆弧与直线的相切点或某水平/垂直直线上的点作为切削起点时，刀补程序的下刀点与切削起点的连线应与直线部分垂直。在一般的刀补程序中，为缩短空刀距离，下刀点与切削起点的距离比刀具半径略大一点，下刀时刀具与工件不发生干涉即可。但在环切刀补程序中，下刀点与切削起点的距离应大于在上一步骤中确定的最大刀具半径补偿值，以避免产生刀具干涉。对图312所示零件，取R30mm圆弧圆心为编程零点，取R30mm圆弧右侧端点为切削起点，如刀补程序仅用于精加工，下刀点取在（22，0）即可，该点至切削起点的距离=8mm。 第三章数控加工工艺分析与设计3.铣削曲面的加工路线对于边界敞开的曲面加工，可采用图313所示的三种加工路线，对于发动机大叶片，当采用图313a所示方案加工时，符合这类零件数据给出的情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序段较多。当采用图313b所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可准确保证母线的直线度。当采用图313c所示方案加工时，综合a、b两种加工方案的优点，刀位点计算较简单，程序较少，而且加工叶形的准确度较高，同时便于加工后检验。 第三章数控加工工艺分析与设计图3-13 曲面加工走刀路线 第三章数控加工工艺分析与设计1.对行距的影响规律1)球头刀加工时，零件形状与安装方位及走刀进给方向的变化对走刀行距的影响较小。2)平底刀加工时，行距对零件形状、安装方位及走刀进给方向的变化非常敏感。3)环形刀加工时，其影响规律介于平底刀与球头刀之间。4)鼓形刀加工时，行距对零件形状、安装方位及走刀进给方向的变化也很敏感，但与平底刀和环形刀加工时的规律相反。2.编程时可采用的优化措施1)合理选择刀具。2)合理选择工件安装方位。3)合理选择进给方向。 第三章数控加工工艺分析与设计五、孔加工进给路线的确定加工孔时，一般要求较高的孔间距定位精度，即将刀具在XY平面内快速定位运动至对准孔中心线的位置，所以编程时一般按空行程最短安排进给路线，然后刀具在轴向进给进行加工。图3-14 孔间距尺寸公差 第三章数控加工工艺分析与设计1.孔位确定及其坐标值的计算(1)孔间距尺寸公差的转换在零件图上一般都会给出孔位尺寸，但有时孔距尺寸的公差或对基准尺寸距离的公差是非对称性尺寸公差，此时为了加工精度应将其转换为对称性公差。(2)孔位尺寸的两种表示方法孔的位置(坐标)尺寸有两种表示方法，如图3-15所示。 第三章数控加工工艺分析与设计图3-15 孔位尺寸绝对值与增量值的坐标系a)绝对值方式的坐标系 b)增量值方式的坐标系 第三章数控加工工艺分析与设计2.孔加工轴向有关距离尺寸的确定孔加工编程时还需要知道如下两种尺寸数据：刀具快速靠近距离ZS和刀具工作进给距离Zf。1)刀具快速靠近距离ZS的计算可按下式进行(参考图3-16)：ZS=Z0-（ZT+Zd+Z）2)刀具工作进给距离Zf的计算可按下式进行(参考图3-17)：Zf=Zp +Z + Zd+Z 第三章数控加工工艺分析与设计图3-17 刀具工作进给距离的计算图3-16 刀具快速靠近距离计算 第三章数控加工工艺分析与设计3.孔系加工工艺的设计1)加工精度为IT9级的孔，工件材料为淬火钢以外的各种金属，可采用如下方案：当孔径小于10mm时，可采用钻-铰方案；当孔径小于30mm时，可采用钻-扩方案；当孔径大于30mm时，可采用钻-镗方案。2)加工精度为IT8级的孔，工件材料为淬火钢以外的各种金属，可采用如下方案：当孔径小于20mm时，可采用钻-铰方案；当孔径大于20mm时，可采用钻-扩-铰方案；但孔径应在2080mm之间，此外也可采用最终工序为精镗或拉削的方案，而淬火钢可采用磨削加工。 第三章数控加工工艺分析与设计3)加工精度为IT7级的孔，当孔径小于12mm时，可采用钻-粗铰-精铰方案；当孔径在1260mm时，可采用钻-扩-粗铰-精铰方案或钻-扩-拉方案；若毛坯上已铸出或锻出孔，可采用粗镗-半精镗-精镗方案或粗镗-半精镗-磨孔方案。4)加工精度为IT6级的孔，最终工序采用手铰、精细镗、研磨或珩磨等均能达到，视具体情况选择。图3-18 典型零件孔加工方法选择 第三章数控加工工艺分析与设计4.内孔表面加工方法实例如图318所示零件，要加工内孔40H7、阶梯孔13mm和22mm三种不同规格和精度要求的孔。零件材料为HT200。根据零件图示可知40mm内孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度要求较高，根据上述孔的加工方案，可选择钻孔粗镗（或铰孔）半精镗精镗方案。阶梯孔13mm和22mm没有尺寸公差要求，可按自由尺寸公差处理，表面粗糙度要求不高，因而可选择钻孔锪孔方案。 第三章数控加工工艺分析与设计第三节数控加工工艺设计过程零件加工常见工艺流程如图319所示。一、数控加工工艺设计准备图3-19 工艺流程 第三章数控加工工艺分析与设计工艺准备工作的主要内容包括：零件图样的分析、刀具及夹具的选择、加工手段的选择、对设备的检查及其有关数据的测定等。(一)适合数控加工的内容1)通用机床无法加工的轮廓。2)形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部件。3)用普通机床加工难以观察、测量和控制进给的内外凹槽。4)以尺寸协调的高精度孔或轮廓面。5)能在一次安装中顺带加工出来的简单表面。6)通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可采用数控铣削或能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。 第三章数控加工工艺分析与设计(二)对零件图进行数控加工工艺性分析分析零件图是工艺准备中的首要工作，分析的结果将直接影响零件加工程序的编制及加工效果。1.分析与审查零件图样中的尺寸分析零件图主要是便于编程人员选择工件坐标系，选取编程尺寸（相对、绝对）、加工工作平面等。2.分析与审查零件图样中构成轮廓的几何元素手工编程时要计算出每一个基点坐标，无论是哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。所以，在审查与分析图样时，一定要仔细认真，发现问题及时找设计人员更改。 第三章数控加工工艺分析与设计3.分析与审查定位基准数控加工特别强调用同一个基准定位，尤其是正反两面都采用数控加工的零件，以同一基准定位十分必要，否则很难保证两次定位安装后两个面上的轮廓位置及尺寸协调。所以，如果零件本身有合适的孔，最好就用它来作定位基准孔，即使零件上没有合适的孔，也要想办法专门设置工艺孔作为定位基准。如果零件上实在无法加工工艺孔，可以考虑以零件轮廓的基准边或在毛坯上增加工艺凸耳，钻出工艺孔，在完成定位加工后再除去的方法。4.分析与审查零件所要求的加工精度、尺寸公差数控机床加工与普通机械加工一样，在加工过程中都会遇到同样的受力变形困扰。因此，对薄壁件、刚性差的零件进行加工时一定要注意加强零件加工部件的刚性，防止工件产生变形。 第三章数控加工工艺分析与设计5.注意的问题(1)灵活处理零件图样尺寸图3-20 零件尺寸公差带的调整 第三章数控加工工艺分析与设计(2)统一内壁圆弧的尺寸加工轮廓上内壁圆弧的尺寸往往制约着刀具的尺寸选取。1)内壁转接圆弧半径R。2)内壁与底面转接圆弧半径r。图3-22 R较小时图3-21 R较大时 第三章数控加工工艺分析与设计如果要求底面铣削面积大，转接圆弧半径r也较大，则可设计成先用一把r较小的铣刀加工，再用符合要求r的刀具加工，分两次完成切削加工。图3-23 r较小图3-24 r较大 第三章数控加工工艺分析与设计(三)零件毛坯的工艺性分析对零件图图样进行工艺性分析后，还应结合数控加工的特点，对毛坯（常为板料、铸件、自由锻及模锻件）进行工艺性分析，零件毛坯的工艺性分析主要是根据零件毛坯的分析结果分配粗、精加工背吃刀量，选取切削用量等。1)毛坯的加工余量充分与稳定性。2)毛坯在装夹定位方面的适应性。3)分析毛坯的变形、余量大小及均匀性。 第三章数控加工工艺分析与设计二、机床的选择在进行机床的选择时，要根据零件的特点和设计要求选择与之相适应的机床，即不同类型的零件应选择在不同的数控机床上加工。例如，立式数控铣床和立式加工中心比较适用于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面或立体零件以及模具的内外型腔。 第三章数控加工工艺分析与设计三、加工工序的划分在数控机床上加工工件，需要考虑工件整个加工工艺的安排，即工序的划分，工序划分的主要原则是：(1)保证加工质量一般分为粗加工、半精加工及精加工逐步完成加工任务，从而提高工件的加工精度，降低表面粗糙度值，保证加工质量。(2)合理使用设备在进行安排工件加工时要考虑充分利用数控设备的效能，即可考虑安排其中的一部分内容在数控机床上完成加工，另外一部分内容在普通机床上完成加工。 第三章数控加工工艺分析与设计数控加工工序的划分方法比较多，一般可按下列方法进行：(1)刀具集中分序法即按所用刀具划分工序，尽量用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位，再用第二把、第三把刀完成其他部位的加工。(2)以加工部位分序法对于加工内容比较多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。(3)以粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，在经过粗加工后可能发生变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。 第三章数控加工工艺分析与设计四、加工顺序的安排1)先粗后精。2)先主后次。3)先基准后其他。4)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。5)先进行内型、内腔加工工序，后进行外形加工工序。6)尽量减少换刀次数，以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。7)在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。 第三章数控加工工艺分析与设计五、工件装夹方式的确定(一)夹具的选择对夹具的选择有两个基本要求：一是要保证机床的坐标方向与夹具的坐标方向相对固定；二是要协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，还可考虑下列几点：1)为了满足数控加工精度的要求，夹具本身要具有较高的精度。2)力求夹具结构简单，且尽量采用通用夹具、可调式夹具及其他专用夹具，以缩短生产准备周期。3)力求夹紧元件的位置固定不变，同时要使加工部位敞开。 第三章数控加工工艺分析与设计4)应力求夹紧力通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内，且靠近切削部位，并安排在刚性较好的地方。如图325a所示薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，采用卡爪径向夹紧时工件变形较大，若改为采用沿轴向施加夹紧力，则变形会小得多。在夹紧图325b所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上，或改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形，如图325c所示。5)装卸工件要方便可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的工件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。6)容易排除和清理切屑。 第三章数控加工工艺分析与设计图3-25 夹紧力作用点与夹紧变形的关系a)薄壁套 b)薄壁箱体改进方法一 c)薄壁箱体改进方法二 第三章数控加工工艺分析与设计(二)工件在夹紧时注意事项1)夹紧过程中，不能改变工件定位后的位置。2)夹紧力的大小要适中，既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。(三)工件的装夹在数控铣床上加工工件时，常用的装夹方式有：机用平口钳装夹、组合夹具装夹、机用三爪自定心卡盘装夹、压板装夹和专用夹具装夹等，如图326所示。 第三章数控加工工艺分析与设计图3-26 常用的铣床装夹夹具a)机用平口钳 b)组合夹具 c)机用三爪自定心卡盘 d)压板 第三章数控加工工艺分析与设计1.采用机用平口钳装夹工件采用机用平口钳装夹工件是数控铣床装夹中使用最为广泛的一种方法，适用于工件尺寸较小、形状比较规则、生产批量较小的情况，机用平口钳的结构如图327所示。其装夹工件的操作步骤如下：1)先清理干净数控铣床工作台面和平口钳座底面，如出现高点或毛刺等情况可用磨石打磨。2)把平口钳放在数控铣床的工作台面上前后推拉几下(推拉的目的也是清理)，安放位置应处在工作台长度方向的中心偏左、宽度方向的中心，以方便操作。 第三章数控加工工艺分析与设计3)把T形块插入工作台中央的T形槽内，双手推动钳体，使两定位键的同一侧侧面靠在中央T形槽内的一侧面上，然后将双头螺柱的另一端卡入平口钳两侧的U形槽内，放上垫圈，拧入螺母至手拧不动为止，把机用平口钳的钳口张大，拧紧平口钳转盘螺钉。图3-27 机用平口钳的结构1钳体 2固定钳口 3活动钳口 4活动钳身5丝杠方头 6底座 7定位键 8 钳体零线 第三章数控加工工艺分析与设计4)把装有百分表或杠杆百分表(如果采用普通百分表，则要把机用平口钳的钳口张到最大)的磁性表座吸在主轴箱上。5)用手轮调整X、Y、Z轴的位置(同时调整磁性表座位置)，使百分表的触头与机用平口钳固定钳口的光滑侧面尽可能垂直接触，如图3-28所示。6)摇手轮移动X(或Y)轴，观察百分表的指针摆动情况(一般只要注意一下百分表触头在钳口靠两端时的读数即可)，用弹性锤如木锤轻敲机用平口钳不致损坏的某些部位，根据百分表指针的摆动情况逐渐调整，最后使百分表的指针在一个格子内摆动(且使摆动量尽可能小)至调整完毕，这一步通常叫夹具的找正。 第三章数控加工工艺分析与设计7)用扳手把机用平口钳两侧双头螺柱上的螺母拧紧，移动X(或Y)轴，再观察一下百分表指针的摆动情况，如超出一个格子，则用弹性锤敲击平口钳的某些部位作微量调整，直至满足要求为止，最后彻底拧紧螺母。8)根据工件的高度情况，在机用平口钳钳口内放入垫铁，放入工件，拧紧机用平口钳。9)移动机床使表头与工件上表面接触，移动X、Y轴，观察指针摆动情况，用弹性锤敲击工件的上表面，如图3-29所示，使工件的上表面与X、Y平面平行(在调整时有时要稍微拧松台虎钳)。10)取下磁性表座，夹紧钳口，工件装夹完毕。 第三章数控加工工艺分析与设计图3-29 调整工件平面与导轨面平行图3-28用百分表找正固定钳口 第三章数控加工工艺分析与设计1)安装机用平口钳时，应擦净钳座底面、工作台面；安装工件时，应擦净钳口平面、钳体导轨面及工件表面。2)工件在机用平口钳上装夹时，放置的位置应适当，夹紧后钳口的受力应均匀。3)工件在机用平口钳上装夹时，如果加工要求的是铣外轮廓，则要保证待铣去的余量层应高出钳口上平面，以防止加工时铣到钳口。4)工件底面不能悬空，否则工件在受到切削力时位置可能发生变化，甚至可能发生打刀事故。5)需要加工通孔时，要注意垫铁的安放位置，即通孔下方不能安放垫铁，防止在加工时刀具加工到垫铁。6)批量生产时，应将固定钳口面确定为基准面，与固定钳口面垂直方向可在工作台上固定一挡铁作为基准。 第三章数控加工工艺分析与设计2.采用压板装夹工件采用压板装夹工件的方法，一般适合于工件尺寸较大、工件底面较规则、生产批量较小的情况。在铣床上用压板装夹工件，所用的工具比较简单，主要有压板、垫铁、T形螺栓（或T形螺母）及螺母等。压板有很多形状，可适应各种不同形状工件装夹的需要，如图所示。1)工件装夹时，要注意确定基准边的位置，并用百分表进行找正。2)需要加工通孔时，在工件底面要垫上等高垫铁，并要注意垫铁的位置，防止在加工时加工到垫铁。3)编程时，就要考虑压板的位置，避免加工时碰到它。4)压板的位置要和垫铁的位置上下一一对应。 第三章数控加工工艺分析与设计3.采用专用夹具和组合夹具装夹工件1)清理干净工作台面、夹具底面，防高点或毛刺，必要时用磨石打磨。2)安装、找正和夹紧夹具，夹具上应该有找正基准。3)按照夹具的使用方法，安装、夹紧工件。(四)刀具的装夹数控铣床的刀具一般通过刀柄自带的夹头进行装夹。在装夹时，要保证在加工过程中不与工件及夹具干涉的情况下，应尽量使刀具伸出长度短一些，以提高加工时刀具的刚度。 第三章数控加工工艺分析与设计六、对刀点与换刀点的确定对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。所谓刀位点，是指刀具的定位基准点。对于各种立铣刀，一般取刀具轴线与刀具底端面的交点；圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点；镗刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点，如图330、图331所示。在装夹好的工件上确定工件原点的方法叫对刀，是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。 第三章数控加工工艺分析与设计1)所选的对刀点应尽量使程序编制简单。2)对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置。3)对刀点应尽可能使对刀误差变小，有利于提高加工精度。4)对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。图3-30 常见铣刀a)平底立铣刀 b) 面铣刀 c) 球头刀 d) 环形刀 e) 鼓形刀 f) 锥形刀 第三章数控加工工艺分析与设计图3-31 刀位点a) 钻头的刀位点 b) 镗刀的刀位点 c) 平底立铣刀的刀位点d)圆柱铣刀的刀位点 e)球头铣刀的刀位点 第三章数控加工工艺分析与设计1)减少空行程时间。 2)防止刀具换刀时与工件相碰撞。图3-32 对刀点 第三章数控加工工艺分析与设计七、切削用量的确定切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量（或侧吃刀量）、进给量（进给速度），也统称为切削三要素。为了达到最好的切削效果，根据不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编写入加工程序清单内。(一)铣削的基本运动铣床主要是通过铣刀和工件的相对工作运动实现切削加工的，其工作运动包括主运动和进给运动两种。 第三章数控加工工艺分析与设计(1)主运动形成机床切削速度和消耗主要动力的工作运动。(2)进给运动进给运动简称进给，它是指使工件的多余材料不断被切除的工作运动，包括连续进给和断续进给。1)连续进给：沿着所要形成的工件表面的进给运动，俗称走刀。2)断续进给：控制刀刃切入切削层深度的进给运动，俗称吃刀深度。进给运动按运动方向又有沿工作台面长度方向的纵向进给、沿工作台面宽度方向的横向进给以及沿主轴方向的垂向进给等。 第三章数控加工工艺分析与设计(二)铣削方式1.顺铣在铣刀与工件已