1.6　數(shù)控加工工藝

（1）數(shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系

數(shù)控加工工藝分析與處理是數(shù)控編程的前提和依據(jù)，沒有符合實際的、科學(xué)合理的數(shù)控加工工藝，就不可能有真正可行的數(shù)控加工程序。而數(shù)控編程就是將制定的數(shù)控加工工藝內(nèi)容程序化。

（2）數(shù)控加工工藝特點

數(shù)控加工工藝的內(nèi)容十分具體。數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求詳細(xì)、具體和完整，因為加工過程嚴(yán)格按程序指令自動進(jìn)行，如工件在機(jī)床（或夾具）上裝夾位置、工序內(nèi)工步的安排、刀具選用、切削用量、走刀路線等，都必須在工藝設(shè)計中認(rèn)真考慮和明確規(guī)定。

數(shù)控加工的工藝處理相當(dāng)嚴(yán)密。數(shù)控加工工藝處理應(yīng)十分嚴(yán)密、準(zhǔn)確，因為數(shù)控加工自行調(diào)整能力較差，必須注意到加工中的每一個細(xì)節(jié)，如每個坐標(biāo)尺寸的計算、對刀點和換刀點的確定、攻螺紋時的排屑動作等。程序須經(jīng)驗證正確后，方可進(jìn)行正式加工。

（3）數(shù)控加工工藝分析的內(nèi)容

①選擇適合在數(shù)控機(jī)床上加工的零件，確定進(jìn)行數(shù)控加工的數(shù)控機(jī)床的類型。

②分析被加工零件的圖紙，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，確定零件的加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線，如劃分工序、安排加工順序、與傳統(tǒng)加工工序的銜接等。

③加工工序的設(shè)計，如選取零件的定位基準(zhǔn)、工步的劃分、裝卡與定位方案的確定、刀輔具的選取、切削用量的確定等。

④數(shù)控加工程序的調(diào)整，如選取對刀點和換刀點，確定刀具補(bǔ)償?shù)取?/p>

⑤處理數(shù)控機(jī)床上的部分工藝指令。

（4）加工工序劃分

在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比較集中，一次裝夾應(yīng)盡可能完成全部工序。與普通機(jī)床加工相比，加工工序劃分有其自己的特點，常用的工序劃分原則有以下兩種。

①保證精度的原則　數(shù)控加工要求工序盡可能集中，常常粗、精加工在一次裝夾下完成，為減小熱變形和切削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，應(yīng)將粗、精加工分開進(jìn)行。對軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，來保證表面質(zhì)量要求。同時，對一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應(yīng)先加工表面而后加工孔。

②提高生產(chǎn)效率的原則　數(shù)控加工中，為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時間，應(yīng)將需用同一把刀加工的加工部位全部加工完后，再換另一把刀來加工其他部位。同時應(yīng)盡量減少空行程，用同一把刀加工工件的多個部位時，應(yīng)以最短的路線到達(dá)各加工部位。

實際中，數(shù)控加工工序要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等情況綜合考慮。

（5）選擇合適的對刀點和換刀點

①刀位點　每把刀具的半徑與長度尺寸都是不同的，刀具裝在機(jī)床上后，應(yīng)在控制系統(tǒng)中設(shè)置刀具的基本位置。在實際的數(shù)控編程和加工過程中，都是把刀具當(dāng)作一點來考慮，用于表示刀具特征的點也是對刀和加工的基準(zhǔn)點，該點稱為刀位點。數(shù)控車刀的刀位點如圖1-39所示，尖形車刀的刀位點通常是指刀具的刀尖；圓弧形車刀的刀位點是指圓弧刃的圓心。數(shù)控銑刀及鉆頭的刀位點如圖1-40所示，立銑刀和端銑刀的刀位點是刀具中心線與刀具底面的交點；球頭銑刀的刀位點是球頭的球心點或球頭頂點；鉆頭的刀位點是鉆頭頂點。

②對刀點　刀具究竟是從什么位置開始移動到指定的位置的呢？所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開始運(yùn)動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工件運(yùn)動的起點，所以稱為程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設(shè)置原則是：便于數(shù)值處理和簡化程序編制，易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對刀點可以設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上；為了提高零件的加工精度，對刀點應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。實際操作機(jī)床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，將刀位點與對刀點重合。手動對刀操作的對刀精度較低，且效率低。因此有些工廠采用光學(xué)對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。

③換刀點　加工過程中需要換刀時，應(yīng)規(guī)定換刀點。所謂換刀點是指刀架轉(zhuǎn)動換刀時的位置，換刀點應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其他部件為準(zhǔn)。換刀點是為加工中心、數(shù)控車床等采用多刀進(jìn)行加工的機(jī)床而設(shè)置的，因為這些機(jī)床在加工過程中要自動換刀。對于手動換刀的數(shù)控銑床，也應(yīng)確定相應(yīng)的換刀位置。換刀點應(yīng)根據(jù)工序內(nèi)容的安排進(jìn)行設(shè)置。為防止換刀時碰傷零件、刀具或夾具，換刀點常常設(shè)置在被加工零件的輪廓之外，并留有一定的安全量。

（6）加工路線

加工路線就是刀具（嚴(yán)格來說是刀位點）在整個加工工序中的運(yùn)動軌跡，即刀具從對刀點開始運(yùn)動起，直至結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程，也稱為刀具運(yùn)動軌跡或走刀路線。加工路線是編寫數(shù)控程序的主要依據(jù)之一。

加工路線選擇原則是指在保證加工精度和表面粗糙度的前提下，數(shù)值計算最簡單、走刀路線最短、空行程少、編程量小、程序短、簡單易行的刀具路徑。粗加工時走刀路線一般選擇高效走刀路線，即最短走刀路線。精加工時一般選擇較高的轉(zhuǎn)速和較小的進(jìn)給量，采用精度較高的走刀路線。此外，確定加工路線時，還要考慮工件的加工余量和機(jī)床、刀具的剛度等情況，確定是一次還是多次走刀來完成加工，以及在銑削加工中是采用順銑還是逆銑等。

①車削加工路線的確定

a.最短的切削加工路線。圖1-41為粗車時幾種不同切削進(jìn)給路線的安排示意圖。在同等條件下，圖1-41（c）所示切削方式所需時間（不含空行程）最短，對刀具的損耗最少。

b.大余量毛坯的階梯切削加工路線。圖1-42所示為車削大余量工件的兩種加工路線。圖1-42（a）所示是錯的階梯切削路線；圖1-42（b）所示按1～5的順序切削，每次切削所留余量相等，是正確的階梯切削路線。

c.車削外圓錐切削加工路線。按圖1-43（a）所示的階梯切削路線進(jìn)行切削，兩刀粗車，最后一刀精車。該加工路線刀具切削運(yùn)動的路線最短，粗車時刀具背吃刀量相同，但精車時背吃刀量不同。

按圖1-43（b）所示的相似斜線切削路線進(jìn)行切削，刀具切削運(yùn)動的距離較短。

按圖1-43（c）所示的斜線加工路線進(jìn)行切削，只需確定了每次背吃刀量a_p，而不需計算終刀距，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運(yùn)動的路線較長。

d.車削圓弧加工路線。應(yīng)用G02（或G03）指令車圓弧，若用一刀就把圓弧加工出來，則吃刀量太大，容易打刀。所以，實際車圓弧時，需要多刀加工，先將大多余量切除，最后才車得所需圓弧。

圖1-44所示為車圓弧的階梯切削路線，即先粗車成階梯，最后一刀精車出圓弧。該方法在確定了每刀吃刀量a_p后，須精確計算出粗車的終刀距S，即求圓弧與直線的交點。階梯切削方法刀具切削運(yùn)動距離較短，但數(shù)值計算較繁瑣。

圖1-45所示為車圓弧的同心圓弧切削路線，即用不同的半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。此方法在確定了每次吃刀量a_p后，對90°圓弧的起點、終點坐標(biāo)較易確定，數(shù)值計算簡單，編程方便，常采用。但按圖1-45（b）所示方法加工時，空行程時間較長。

圖1-46所示為車圓弧的車錐法切削路線，即先車一個圓錐，再車圓弧。注意車錐時的起點和終點的確定，若確定不好，則可能損壞圓弧表面，也可能將余量留得過大。確定方法如圖1-46所示，連接OC交圓弧于D，過D點作圓弧的切線AB。由幾何關(guān)系得CD=OC-OD=R-R≈0.414R，這是車錐時的最大切削余量，即車錐時加工路線不能超過AB線。由圖1-46所示關(guān)系，可得AC=BC≈0.586R，這樣可確定出車錐時的起點和終點，當(dāng)R不太大時，可取AC=BC≈0.5R。車錐法車圓弧刀具切削路線短，但數(shù)值計算較繁瑣。

e.完整輪廓的連續(xù)切削進(jìn)給路線。零件精加工時，其完整輪廓應(yīng)由最后一刀連續(xù)加工而成，加工刀具的進(jìn)、退刀位置要考慮妥當(dāng)，盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切入和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變性，致使光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等缺陷。

f.特殊的加工路線。當(dāng)采用尖形車刀加工大圓弧內(nèi)表面零件時，安排兩種不同的進(jìn)給方法如圖1-47所示，其結(jié)果是不相同的。圖1-47（a）所示方案有嵌刀現(xiàn)象，圖1-47（b）所示進(jìn)給方案是較合理的。

g.車削螺紋加工路線。在車螺紋時，刀具沿螺紋方向的進(jìn)給應(yīng)與工件主軸旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系。考慮到刀具從停止?fàn)顟B(tài)到達(dá)指定的進(jìn)給速度或從指定的進(jìn)給速度降至零，驅(qū)動系統(tǒng)必有一個過渡過程，沿軸向進(jìn)給的加工路線長度，除保證加工螺紋長度外，還應(yīng)增加導(dǎo)入空刀量δ₁（取1～2倍螺距值）和導(dǎo)出空刀量δ₂（取大于0.5倍螺距的值），如圖1-48所示（f表示進(jìn)給方向）。這樣來保證切削螺紋時，在升速完成后使刀具接觸工件，刀具離開工件后再降速。

②銑削加工路線的確定

a.順銑和逆銑。銑刀旋轉(zhuǎn)切線方向與工件進(jìn)給方向相同稱為順銑，如圖1-49（a）所示（f表示進(jìn)給方向）。當(dāng)工件表面無硬皮，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)無間隙時，應(yīng)選用順銑。

銑刀旋轉(zhuǎn)切線方向與工件進(jìn)給方向相反稱為逆銑，如圖1-49（b）所示。當(dāng)工件表面有硬皮，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有間隙時，應(yīng)采用逆銑。

b.銑削外輪廓的加工路線。刀具切入零件時，應(yīng)沿切削起始點延伸線［圖1-50（a）］或切線方向圖［圖1-50（b）］逐漸切入工件，保證零件曲線的平滑過渡，避免在工件輪廓面上垂直上、下刀而劃傷工件表面；應(yīng)盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕。同樣，在切離工件時，也要沿著切削終點延伸線圖［圖1-50（a）］或切線方向［圖1-50（b）］逐漸切離工件，以免取消刀具補(bǔ)償時，刀具與工件表面相碰撞，造成工件報廢。

c.銑削內(nèi)輪廓的加工路線。同銑削外輪廓一樣，刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出。此時刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。圖1-51所示為銑削內(nèi)圓的加工路線。

d.銑削內(nèi)槽的加工路線。圖1-52所示為加工內(nèi)槽的三種加工路線。圖1-52（a）、（b）所示為分別用行切法和環(huán)切法加工內(nèi)槽。這兩種方法的共同點是：都能切凈內(nèi)腔中全部面積，不留死角，不傷輪廓，同時盡量減少重復(fù)進(jìn)給的搭接量。這兩種方法的不同點是：行切法的加工路線比環(huán)切法短，但行切法將在每兩次進(jìn)給的起點與終點間留下殘留面積，而達(dá)不到所要求的表面粗糙度；用環(huán)切法獲得的表面粗糙度要好于行切法，但環(huán)切法需要逐次向外擴(kuò)展輪廓線，刀位點計算稍微復(fù)雜一些。綜合行、環(huán)切法的優(yōu)點，采用圖1-52（c）所示的加工路線，即先用行切法切去中間部分余量，最后用環(huán)切法切一刀，既能使總的加工路線較短，又能獲得較好的表面粗糙度。

e.銑削曲面的加工路線。銑削曲面時，常用球頭刀采用“行切法”進(jìn)行加工。所謂行切法是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求進(jìn)行確定的。對于邊界敞開的曲面加工，可采用兩種加工路線。如圖1-53所示，對于發(fā)動機(jī)大葉片，當(dāng)采用圖1-53（a）所示的加工方案時，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。當(dāng)采用圖1-53（b）所示的加工方案時，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其他表面限制，因此曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開始加工。

③孔加工路線的確定　孔加工時，一般是首先將刀具在XY平面內(nèi)快速定位運(yùn)動到孔中心線的位置上，然后刀具再沿Z向（軸向）運(yùn)動進(jìn)行加工。

a.確定XY平面內(nèi)的加工路線

? 定位迅速，空行程時間短。如加工圖1-54（a）所示零件的10個孔，圖1-54（b）所示加工路線最短，但定位精度相對較差；而圖1-54（c）所示加工路線較長，但定位精度較高。

? 定位準(zhǔn)確，避免反向間隙對孔位精度的影響。對于位置精度要求精度較高的孔系加工，特別要注意孔的加工順序的安排，安排不當(dāng)時，就有可能將沿坐標(biāo)軸的反向間隙帶入，直接影響位置精度。圖1-55（a）為零件圖，對于在該零件上加工的四個尺寸相同的孔，有兩種加工路線。當(dāng)按圖1-55（b）所示路線加工時，由于4孔與1、2、3孔定位方向相反，在Y方向反向間隙會使定位誤差增加，而影響4孔與其他孔的位置精度。按圖1-55（c）所示路線，加工完3孔后，往上移動一段距離到P點，然后再折回來加工4孔，這樣方向一致，可避免反向間隙的引入，提高4孔與其他孔的位置精度。

b.確定Z向（軸向）的加工路線。刀具在Z向的加工路線分為快移進(jìn)給路線和工作進(jìn)給路線。如圖1-56（a）所示為單孔加工路線，如圖1-56（b）所示為多孔加工路線，圖中所示快速移動進(jìn)給路線用實線表示，工作進(jìn)給路線用虛線表示。

加工如圖1-57（a）所示不通孔時，工作進(jìn)給距離。加工如圖1-57（b）所示通孔時，工作進(jìn)給距離，其中，為刀具直徑。