第3章 數(shù)控加工工藝與圖形的數(shù)學(xué)處理

1、 本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：本章學(xué)習(xí)目標(biāo)： 本章教學(xué)學(xué)時(shí)：本章教學(xué)學(xué)時(shí)：8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 本章教學(xué)要求本章教學(xué)要求 3.1 數(shù)控加工工藝數(shù)控加工工藝 1.對于一個(gè)零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在 數(shù)控機(jī)床上完成，而往往只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù) 控加工。 2.在數(shù)控加工中無論是手工編程還是自動(dòng)編程，編程以 前都要對所加工的零件進(jìn)行工藝分析，擬定加工方案，選擇 合適的刀具，確定切削用量。 3.在編程中，對一些工藝問題（如對刀點(diǎn)、加工路線等） 和圖形（如圖形的基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)等）也需做一些處理。因此程 序編制中的工藝分析是一向十分重要的工作。 根據(jù)國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，數(shù)控機(jī)床加工的適 用范圍可用圖3-1

2、和3-2定性分析。 圖3-1 零件復(fù)雜程度與零件批量的關(guān)系 圖3-2 零件批量與總加工費(fèi)用的關(guān)系 圖3-1表明了隨零件的復(fù)雜程度和生產(chǎn)批量的不同，三種 機(jī)床適用范圍的變化。 當(dāng)零件不太復(fù)雜，生產(chǎn)批量不太大時(shí)，宜采用通用機(jī)床； 當(dāng)生產(chǎn)批量很大時(shí)，數(shù)控機(jī)床就顯得更為適用了。 圖3-2表明了隨生產(chǎn)批量的不同，采用三種機(jī)床加工時(shí)， 綜合費(fèi)用的比較。 由圖可知，在多品種、小批量（100件以下）的生產(chǎn)情 況下，使用數(shù)控機(jī)床可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。零件批量的 增大，對選用數(shù)控機(jī)床是不利的。 數(shù)控機(jī)床通常最適合加工具有以下特點(diǎn)的零件數(shù)控機(jī)床通常最適合加工具有以下特點(diǎn)的零件 1）多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試

3、制中的零件。 2）輪廓形狀復(fù)雜，對加工精度要求較高的零件。 3）用普通機(jī)床加工時(shí)，需要有昂貴的工藝裝備（工具、夾具 和模具）的零件。 4）需要多次改型的零件。 5）價(jià)值昂貴，加工中不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件。 6）需要最短生產(chǎn)周期的急需零件。 從數(shù)控加工的可能性和方便性兩方面分析其工藝性。 （1）零件圖上尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)。 （2）構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分。 （1）零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。 （2）內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因而內(nèi)槽圓角 半徑不應(yīng)過小 。如圖3-3 圖3-3 數(shù)控加工工藝性對比 （3）零件銑削底平面時(shí)，槽底圓角半徑r不應(yīng)過大， 如

4、圖 3-4所示。 （4）應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。 圖3-4 零件底面圓弧對加工工藝的影響 1.結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。 例如，對于IT7級精度的孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法 均可達(dá)到精度要求，但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削。一般 小尺寸的箱體孔宜選擇鉸孔，當(dāng)孔徑較大時(shí)則應(yīng)選擇鏜孔。 2.考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實(shí) 際情況。 根據(jù)主要表面的精度和表面的粗糙度的要求，初 步確定為達(dá)到這些要求所需要的加工方法。 例如，對于孔徑不大的IT7級精度的孔，最終加工 方法取精鉸時(shí)，則精鉸孔前通常要經(jīng)過鉆孔、擴(kuò) 孔和粗鉸孔等加工。 表3-13-3列出了鉆、鏜、鉸

5、等幾種加工方法所能 達(dá)到的精度等級及其工序加工余量。 如圖3-7所示的片狀凸輪， 按定位方式可分為兩道工序，第 一道工序可在數(shù)控機(jī)床上也可普 通機(jī)床上進(jìn)行。以外圓表面的B 平面定位加工端面A和直徑 22H7的內(nèi)孔，然后再加工端面 B和4H7的工藝孔；第二道工序 以已加工過的兩個(gè)孔和一個(gè)端面 定位，在另一臺數(shù)控銑床或加工 中心上銑削凸輪外表面輪廓。 如圖3-8所示批量生產(chǎn)的零件，第一道工序在數(shù)控 車床上進(jìn)行粗車削時(shí)，應(yīng)切除整個(gè)零件的大部分余量； 第二道工序在另一臺數(shù)控車床上進(jìn)行半、精車削，以保 證加工精度和表面粗糙度的要求。 圖3-8 車削加工的零件 1）力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。 2

6、）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾中加工出全部 待加工面。 3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整時(shí)間長的裝夾方案 4）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。 如圖下圖a薄壁套的軸向剛性比徑向剛性好，用卡爪徑向夾緊時(shí)工件 變形大，若沿軸向施加夾緊力，變形會(huì)小得多。在夾緊圖b所示的薄壁箱 體時(shí)，夾緊力不應(yīng)作用在箱體的頂面，而應(yīng)作用在剛性較好的凸邊上，或 改為在頂面上三點(diǎn)夾緊，改變著力點(diǎn)位置，以減小夾緊變形,如圖c所示。 圖圖1 夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系 a) b) c) 夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系 新型數(shù)控夾具元件 新型數(shù)控夾具元件 v車削

7、加工刀具車削加工刀具 ：常用機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具 ，結(jié)構(gòu)如圖3-10 所示。 圖圖3-10 機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位車刀機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位車刀 刀片是機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具的一 個(gè)最重要組成元件。按照國家標(biāo) 準(zhǔn)GB/T 2076-1987切削刀具用 轉(zhuǎn)位刀片型號表示規(guī)則，可轉(zhuǎn) 位刀片的形狀和表達(dá)特性如圖3- 11所示。 v銑削加工刀具銑削加工刀具 圖圖3-14 常用銑刀常用銑刀 a) 球頭銑刀 b) 環(huán)形銑刀 c) 鼓形銑刀 d) 錐形銑刀 e)盤形銑刀 v孔加工刀具孔加工刀具 常用的有鉆頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。 直徑880mm的麻花鉆多為莫氏錐柄，可直接裝在帶 有莫氏錐孔的刀柄內(nèi)；直徑為0.120mm的麻花鉆多圓柱形，可

8、 裝在鉆夾頭刀柄上，中等尺寸麻花鉆兩種形式均可選用。鉆削 直徑在2060mm、孔的深徑比小于等于3的中等淺孔時(shí)，可選 用圖3-15所示的可轉(zhuǎn)位淺孔鉆 。 圖圖3-15 可轉(zhuǎn)位淺孔鉆可轉(zhuǎn)位淺孔鉆 鏜刀按切削刃數(shù)量可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。鏜削通孔、 階梯孔和盲孔可分別選用圖3-16a、b、c所示的單刃鏜刀。 圖圖3-16 單刃鏜刀單刃鏜刀 a) 通孔鏜刀 b）階梯孔鏜刀 c) 盲孔鏜刀 1調(diào)節(jié)螺釘 2緊固螺釘 圖圖3-17 微調(diào)鏜刀微調(diào)鏜刀 1刀體 2刀片 3調(diào)整螺母 4刀桿 5螺母 6拉緊螺釘 7導(dǎo)向鍵 數(shù)控機(jī)床上使用的鉸刀多是通用標(biāo)準(zhǔn)鉸刀。此外，還有機(jī) 夾硬質(zhì)合金刀片單刃鉸刀和浮動(dòng)鉸刀等。

9、加工精度IT8IT9級、 表面粗糙度Ra為0.81.6的孔時(shí)，多選用通用標(biāo)準(zhǔn)鉸刀。加工精 度IT5IT7級、表面粗糙度Ra為0.7m的孔時(shí)，可采用機(jī)夾硬質(zhì) 合金刀片的單刃鉸刀。這種鉸刀的結(jié)構(gòu)如圖3-18所示 。 圖3-18 硬質(zhì)合金單刃鉸刀 圖3-19 加工中心上使用的浮動(dòng)鉸刀 1刀桿體 2可調(diào)式浮動(dòng)鉸刀體 3 圓錐端螺釘 4 螺母 5定位滑塊 6螺釘 v數(shù)控機(jī)床的工具系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的工具系統(tǒng) 把通用性較強(qiáng)的幾種裝夾工具 （例如裝夾銑刀、鏜刀、擴(kuò)鉸刀、 鉆頭和絲錐等）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化就 成為通常所說的。 我國除了已制定的標(biāo)準(zhǔn)刀具系列 外，還建立了TSG82數(shù)控工具系統(tǒng)， 如教材圖3-20所示。該系統(tǒng)是鏜銑類 數(shù)控工具系統(tǒng)，是一個(gè)聯(lián)系數(shù)控機(jī) 床（含加工中心）的主軸與刀具之 間的輔助系統(tǒng)。TSG82工具系統(tǒng)各種 輔具和刀具具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、 裝卸靈活、使用方便、更換迅速等 特點(diǎn) 。 圖3-21(a) 是將刀具安裝在刀座上后，調(diào)整鏡頭，就可以在屏幕上見到 放大的刀具刃口部分的影像，此時(shí)調(diào)整屏幕使米字刻線與刃口重合，即完成 對刀，同時(shí)在數(shù)字顯示器上可讀出相應(yīng)的直徑和軸向尺寸值。 圖3-21(b)是將刀具接觸壓力傳感器的對刀面，通過壓力傳感器的指示燈 和機(jī)床坐標(biāo)顯示來進(jìn)行對刀的。 加工中心自動(dòng)對刀 系統(tǒng)是由對刀器、APT 信號轉(zhuǎn)換器及通訊電纜 及測頭組成。