毕业论文数控加工工艺规程编制、编程的应用探讨.doc
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1、数控加工工艺规程编制、编程的应用探讨摘要: 进入20世纪90年代以来,数控加工技术呈突飞猛进之势,正朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化、信息网络化及CIMS方向发展。与传统加工比较,数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺在方法与内容上有许多相似之处,但在数控机床上加工零件比在通用机床上加工零件的工艺要复杂的多,并且在控制方式上也有所不同。在数控加工前,要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序,这就要求程序设计人员具有多方面知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员,否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程,以及正确、合理地编制零件的加工程
2、序。关键词:数控加工技术,数控加工工艺,信息网络化,CIMS 目 录第一章 数控加工工艺的分析与设计 2第二章 数控加工工艺的设计方式 3第三章 数控加工技术文件 4第四章 数控销床的程序编制 5第五章 图形的数学处理 8第六章 数控铣削加工综合举例 9结束语 14参考文献 15第一章 数控加工工艺的分析与设计一、数控加工工艺内容的选择对于一个零件来说,并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析,选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时,应结合本企业设备的实际,立足解决难题、攻克关键问题和
3、提高生产效率,充分发挥数控加工的优势。在选择时,一般可按下列顺序考虑:(1) 通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容;(2) 通用机床难加工,质量也难以保证的内容应作为重点选择内容;(3) 通用机床加工效率低、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.二、数控加工工艺性分析被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广,下面结合编程的可能性和方便性提出一些必需分析和审查的主要内容:尺寸标注应符合数控加工的特点;几何要素的条件应完整、准确;定为基准可靠;统一几何类型及尺寸。三、数控加工工艺路线的设计 数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指
4、从毛坯到成品的整个工艺过程,而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到,由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中,因而要与其它加工工艺衔接好。数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题:1. 工序的划分根据数控加工的特点,数控加工工序的划分一般可按下列方法进行:1) 以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件,加工完后就能达到待检状态。2) 以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面,但考虑到程序太长,会受到某些限制,机床连续工作时间的限制等。此外,程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长
5、,一道工序的内容不能太多。3) 以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件。可按其结构特点将加工部位分成几个部分,如内腔、外形,曲面或平面,并将每一部分的加工作为一道工序。4) 以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件,由于对粗加工后可能发生的变形需要进行较形。故一般来说,凡要进行粗、精加工的过程,都要将工序分开。2. 顺序的安排 顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况,以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行:1) 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应综合考虑;2) 先进行内腔加工,后进行外形加工;3) 以相同定位,加紧方
6、式加工或用同一把刀具加工的工序,最好连续加工,以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。4) 数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序,如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时,要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、结构特点,如是否留加工余量,留多少;定位面与孔的精度要求及形位公差;对校形工序的技术要求;对毛坯的热处理状态等,这样才能使各工序达到相互满足加工需要,且质量目标及技术要求明确,交接验收有依据。第二章 数控加工工艺设计方法一、确定走刀路线和安排加工顺序 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹,它不但包括了工
7、步的内容,也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点:1) 寻求最短加工路线2) 最终轮廓一次走刀完成为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求,最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。3) 选择切入切出方向考虑刀具的进、退刀路线时,刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上,以保证工件轮廓光滑;应避免在工件轮廓面垂直上下刀而划伤工件表面;尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停,以免留下刀痕。4) 选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对去除余量法安排走刀路线。安排工步时,应先安排对工件刚性破坏较小的工步。二、确
8、定定位和夹紧方案在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题:1) 尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一;2) 尽量将工序集中,减少裝夹次数,尽可能在一次裝夹后能加工出全部待加工表面;3) 避免采用占机人工调整时间长的装夹方案;4) 夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位。三、确定刀具与工件的相对位置 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,相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上,也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置,对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则
9、如下:1) 所选的对刀点应使程序编制简单;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) 对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置;4) 对刀点的选择应有利于提高加工精度。四、确定切削用量 对于高效率的金属切削机床加工来说,被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式,要求必须合理地选择切削条件。编程人员在确定每道工序的切削用量时,应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件,或保证刀具耐用度不低于一个工作班,最少不低于半个工作班
10、的工作时间。背吃刀量主要受机床刚度允许的情况下,尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件,要留有足够的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。编程人员在确定切削用量时,要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量以及刀具耐用度,最后选择合适的切削速度。 第三章 数控加工技术文件一、数控编程任务书它阐明了工艺人员对数控加工工艺的技术要求和工序说明,以及数控加工前应保证的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一。二、数控加工工件安装和原点设定卡片它应表示出数控加工原点定位方法和夹紧方法,并应注明
11、加工原点设置位置和坐标方向,使用的夹具名称和编号等。三、数控加工工序卡片数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处,所不同的是:工序简图中应注明编程原点与对刀点,要进行简要编程说明及切削参数的选择。四、数控加工走刀路线图在数控加工中,常常要注意并防止刀具在运动过程中与夹具或工件发生意外碰撞,为此必须设法告诉操作者关于编程中的刀具运动路线。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。五、数控刀具卡片 数控加工时,对刀具的要求十分严格,一般要在机外对刀仪上预先调整刀具直径和长度。刀具卡反映刀具编号、刀具结构、尾柄规格、组合件名称代号、刀片型号和材料等。它
12、是组装刀具和调整刀具的依据。 不同的检查或不同的结构矛盾可能会需要不同形式的数控加工专用技术文件。在工作中,可根据具体情况设计文件格式。第四章 数控铣床的程序编制一、数控铣床的主要功能 各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同,但各种数控系统的功能,除一些特殊功能不尽相同外,其主要功能基本相同。 1、点位控制功能 此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。 2、连续轮廓控制功能 此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。 3、刀具半径补偿功能 此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程,而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸,从而减少编程时的复杂数值计算。 4、刀具长度补偿功能 此功
13、能可以自动补偿刀具的长短,以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。 5、比例及镜像加工功能 比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工,如果一个零件的形状关于坐标轴对称,那么只要编出一个或两个象限的程序,而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。 6、旋转功能 该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。 7、子程序调用功能 有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状,将这一轮廓形状的加工程序作为子程序,在需要的位置上重复调用,就可以完成对该零件的加工。 8、宏程序功能 该程序可以用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令,并能对变量进行运算,使
14、程序更具灵活性和方便性。二、数控铣床的加工工艺范围 铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一,它主要包括平面铣削和轮廓铣削,也可以对零件进行钻、扩、铰、鏜及螺纹加工等。数控铣削主要适合于下列几类零件的加工: 1、平面类零件 面类零件是指加工面平行或垂直于水平面,以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件,这类加工面可展开为平面。 2、直纹曲面类零件 直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。 当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时,加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。这类零件也可在三坐标数控铣床上采用行切加工法实现近似加工。 3、立体曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称
15、为立体曲面类零件。这类零件的加工面不能展成平面,一般使用球头铣刀切削,加工面与铣刀始终为点接触,若采用其他刀具加工,易于产生干涉而铣伤临近表面。加工立体曲面类零件一般使用三坐标轴数控铣床,采用以下两种加工方法。 (1)行切加工法 (2)三坐标联动加工三、数控铣床的工艺装备 数控铣床的工艺装备较多,这里主要分析夹具和刀具。 1、夹具 数控机床主要用于加工形状复杂的零件,但所使用夹具的结构往往不复杂,数控铣床夹具的选用可首先根据生产的批量来确定。对单件、小批量、工作量较大的模具加工来说,一般可直接在机床工作台面上通过调整实现定位于夹紧,然后通过加工坐标系的设定来确定零件的位置。 对有一定批量的零件
16、来说,可选用结构较简单的夹具。 2、刀具 数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等,选择刚性好。耐用度高的刀具。 (1)铣刀的类型选择 被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。1) 加工曲面类零件时,为了保证刀具切削刃于加工轮廓在切削点相切,而避免刀刃与工件轮廓发生干涉,一般采用球头刀,粗加工用两刃铣刀,半精加工和精加工用四刃铣刀。2) 铣较大平面时,为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀。3) 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀。4) 铣键槽时,为了保证槽的尺寸精度,一般用两刃键槽铣刀。5) 孔加工
17、时,可采用钻头、鏜刀等孔加工类刀具。 (2)铣刀结构选择 铣刀一般由刀片、定位单元、夹紧元件和刀体组成。由于刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式,刀片定位元件的结构又有不同类型,因此铣刀的结构形式有多种,分类方法也较多。选用时,主要可根据刀片排列方式。刀片排列方式可分为平装结构和立装结构两大类。1) 平装结构(刀片径向排列) 平装结构铣刀的刀体结构工艺性好,容易加工,并可采用无孔刀片。由于需要夹紧元件,刀片的一部分被覆盖,容屑空间较小,且在切削力方向上的硬质合金截面较小,故平装结构一般用于轻型和中量型的铣削加工。 2) 立装结构(刀片切向排列) 立装结构铣刀的刀片只用一个螺钉固定在刀槽上,结构简单
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