數控加工工藝規(guī)程設計

學習目的和要求：1、了解數控加工工藝過程基本概念2、了解制訂數控加工工藝主要內容及步驟3、學會進行數控加工工藝分析4、學會進行數控加工工藝路線設計5、學會填寫數控加工工藝文件第4章數控加工工藝規(guī)程設計4.1數控加工工藝過程基本概念第4章數控加工工藝規(guī)程設計本章主要內容如下：4.2制訂數控加工工藝主要內容及步驟4.3數控加工工藝分析4.4數控加工工藝路線設計4.5數控加工工序設計4.6填寫數控加工工藝文件4.1數控加工工藝過程基本概念4．1．1生產過程和工藝過程1．生產過程

機械產品的生產過程是將原料轉變?yōu)槌善返娜^程，它一般包括原材料的運輸和保管、生產技術準備、毛坯制造、機械加工、熱處理、產品的裝配、機器的檢驗調試及油漆和安裝等。2．工藝過程

工藝過程是指生產過程中直接改變生產對象的形狀、尺寸、相對位置和性質等，使其成為成品或半成品的過程。采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質量，使其成為零件的過程稱為機械加工工藝過程。4.1.2數控加工工藝過程的組成

1．工序

一個或一組工人，在一個工作地點對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程，稱為工序。劃分工序的主要依據是設備(或工作地點)是否變動和加工是否連續(xù)，若改變其中任意一個就構成另一個工序。階梯軸簡圖階梯軸加工工藝過程（單件小批生產）

工序號工序內容設備1車端面打中心孔，調頭車另一端面打中心孔車床2車大端外圓、車槽和倒角，調頭車小端外圓、車槽和倒角車床3銑鍵槽、去毛刺銑床4磨外圓磨床5終檢

階梯軸加工工藝過程（中批生產）

工序號工序內容設備1兩邊同時銑端面、鉆中心孔銑端面、鉆中心孔機床2車一端外圓、車槽、倒角車床3車另一端外圓、車槽、倒角車床4銑鍵槽銑床5去毛刺鉗工臺6磨外圓磨床7終檢

2.安裝

安裝是指工件在加工之前，在機床或夾具上占據正確的位置（即為定位），然后加以夾緊的過程。在一個工序中，工件可能安裝一次，也可能需要安裝幾次。3.工位

為完成一定的工序內容，一次裝夾工件后，工件（或裝配單元）與夾具或機床的可動部分一起相對刀具或機床的固定部分所占據的每一個位置，稱為工位。為了減少工件的安裝次數，常采用各種回轉工作臺、回轉夾具或移動夾具，使工件在一次安裝中，先后處于幾個不同的位置進行加工，不僅縮短了裝夾工件的時間，而且提高了加工精度和生產效率。4.工步

在加工表面（或裝配時的連接面）和加工（或裝配）工具都不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序稱為工步。劃分工步的依據是加工表面和工具是否變化。一次安裝中連續(xù)進行的若干相同的工步看作是一個工步。用幾把刀具同時加工一個零件上的幾個表面的工步，稱為復合工步。在數控加工中，有時將在一次安裝下用一把刀具連續(xù)切削零件的多個表面劃分為一個工步。5.進給

進給也稱走刀。在一個工步中，由于余量較大或其他原因，需要用同一把刀具對同一表面進行多次切削，這樣，刀具對工件每切削一次就稱為一次進給。多工位加工

利用回轉工作臺在一次安裝中順次完成裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔四工位加工實例。簡化相同工步的實例復合工步實例

工序與安裝、工位及工步、進給之間的關系

4.2制訂數控加工工藝主要內容及步驟4．2．1數控加工工藝的主要內容1.選擇適合在數控機床上加工的零件，確定數控機床加工內容。2.進行數控加工工藝分析，確定加工內容及技術要求。3.具體設計數控加工工序，如工步的劃分、工件的定位與夾具的選擇、刀具的選擇、切削用量的確定等。4.處理特殊的工藝問題，如對刀點、換刀點的選擇，加工路線的確定，刀具補償等。5.處理數控機床上部分工藝指令，編制工藝文件。4．2．2數控加工工藝規(guī)程的編制1．工藝規(guī)程的作用

（1）工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件

（2）工藝規(guī)程是生產組織和管理工作的基本依據（3）工藝規(guī)程是新建或擴建工廠或車間的基本資料

（1）產品裝配圖和零件工作圖。（2）產品的生產綱領。（3）產品驗收的質量標準。（4）現(xiàn)有的生產條件和資料。（5）國內、外同類產品的有關工藝資料等。

2．工藝規(guī)程制訂時所需的原始資料4.3數控加工工藝分析

4．3．1數控加工內容的選擇

1.適于數控加工的內容(1)通用機床無法加工的內容應作為優(yōu)先選擇內容；(2)通用機床難加工，質量也難以保證的內容應作為重點選擇內容；(3)通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內容，可在數控機床尚存在富裕加工能力時選擇。

(1)占機調整時間長的加工內容。如以毛坯的粗基準定位來加工第一個精基準的工序。(2)加工部位分散，不能在一次安裝中完成加工的其他零星加工表面，需要多次安裝、設置原點。這時，采用數控加工很麻煩，效果不明顯，可安排通用機床加工；(3)按某些特定的制造依據(如樣板等)加工的型面輪廓。主要原因是獲取數據困難，易于與檢驗依據發(fā)生矛盾，增加了程序編制的難度。(4)加工余量大而又不均勻的粗加工。此外，在選擇和決定加工內容時，也要考慮生產批量、生產周期、工序間周轉情況等等。

2.不適于數控加工的內容4．3．2數控加工零件的工藝性分析（1）產品的零件圖和裝配圖分析①零件圖的完整性與正確性分析②零件技術要求分析③尺寸標注方法分析④零件材料分析汽車板彈簧與吊耳的配合

1.零件的工藝性分析人們把零件在滿足使用要求的前提下所具有的制造可行性和加工經濟性叫做零件的結構工藝性。a)結構工藝性不好b)結構工藝性好（2）零件的結構工藝性分析

2.毛坯的確定

毛坯的確定包括確定毛坯的種類和制造方法兩個方面。常用的毛坯種類有鑄件、鍛件、型材、焊接件等。如鑄鐵材料毛坯均為鑄件，鋼材料毛坯一般為鍛件或型材等。各種毛坯的制造方法很多。確定毛坯時主要考慮下列因素：（1）零件的材料及其力學性能（2）生產類型（3）零件的結構形狀和外形尺寸。

4．4.1定位基準的選擇1.基準及其分類

基準，就是零件上用來確定其它點、線、面的位置所依據的點、線、面。根據基準功用不同，分為設計基準和工藝基準兩大類。

設計基準是在零件設計圖紙上用來確定其它點、線、面的位置的基準。

(1)設計基準

4.4數控機床加工工藝路線的設計設計基準示例

(2)

工藝基準

工藝基準是在工藝過程（加工和裝配過程）中所采用的基準。它包括：（a）工序基準是在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準。所標注的被加工面位置尺寸稱為工序尺寸。工序基準示例（b）定位基準是在加工中用于工件定位的基準。定位基準示例（c）測量基準

是測量工件的形狀、位置和尺寸誤差時所采用的基準。

工件上已加工表面的測量基準

（d）裝配基準

是在機器裝配時，用來確定零件或部件在產品中的相對位置所采用的基準。

裝配基準示例(1)粗基準的選擇原則機加工的第一道工序中，只能用毛坯上未加工過的表面作定位基準，稱為粗基準。

在隨后的工序中，用加工過的表面作定位基準，稱為精基準。有時，為方便裝夾或易于實現(xiàn)基準統(tǒng)一，在工件上專門制出一種定位基準，稱為輔助基準。2.定位基準的選擇

若工件必須首先保證加工表面與不加工表面之間的位置要求，則應選不加工表面為粗基準，以達到壁厚均勻，外形對稱等要求。若有好幾個不加工表面，則粗基準應選取位置精度要求較高者。套筒粗基準的選擇

（a）相互位置要求原則若工件上每個表面都要加工，則應以余量最小的表面作為粗基準，以保證各加工表面有足夠的加工余量。階梯軸的粗基準選擇

（b）加工余量合理分配原則床身導軌面的粗基準的選擇(a)正確(b)不正確

為保證重要表面的加工余量均勻，應選擇重要加工面為粗基準。（c）重要表面原則粗基準未經加工，表面比較粗糙且精度低，二次安裝時，其在機床上(或夾具中)的實際位置可能與第一次安裝時不一樣，從而產生定位誤差，導致相應加工表面出現(xiàn)較大的位置誤差。因此，粗基準一般不應重復使用。（d）不重復使用原則(2)精基準的選擇原則直接選擇加工表面的設計基準為定位基準，稱為基準重合原則。采用基準重合原則可以避免由定位基準與設計基準不重合而引起的定位誤差(稱為基準不重合誤差)。

設計基準與定位基準的關系(a)基準重合原則同一零件的多道工序盡可能選擇同一個定位基準，稱為基準統(tǒng)一原則。這樣既可保證各加工表面間的相互位置精度，避免或減少因基準轉換而引起的誤差，而且簡化了夾具的設計與制造工作，降低了成本，縮短了生產準備周期。（b）基準統(tǒng)一原則某些要求加工余量小而均勻的精加工或光整加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準，稱為自為基準原則。床身導軌面自為基準的實例（c）自為基準原則為使各加工表面之間具有較高的位置精度，或為使加工表面具有小而均勻的加工余量，可采取兩個加工表面互為基準反復加工的方法，稱為互為基準反復加工原則。1—卡盤2—滾柱3—齒輪

（d）互為基準反復加工原則

所選精基準應能保證工件定位準確穩(wěn)定，裝夾方便可靠，夾具結構簡單適用，操作方便靈活。同時，定位基準應有足夠大的接觸面積，以承受較大的切削力。因此，精基準應選擇尺寸精度、形狀精度較高而表面粗糙度值較小、面積較大的表面。

支座的定位

（e）便于裝夾原則

輔助基準典型實例(3)輔助基準的選擇

(1)力求設計基準、工藝基準與編程計算的基準統(tǒng)一。

(2)盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后就能加工出全部或大部分待加工表面，以減少裝夾誤差，提高加工表面之間的相互位置精度。(3)避免采用占機人工調整式方案，以免占機時間太多，影響加工效率。(4)選擇定位基準定位基準選擇實例車床進刀軸架零件精基準選擇原則，三種不同的方案

(1)底面限制三個自由度，K面限制兩個自由度此方案加工兩孔采用了基準統(tǒng)一原則。夾具比較簡單。設計尺寸4±0．1基準重合；尺寸51±0.1的工序基準是孔Φ32H7的中心線，而定位基準是K面，定位尺寸為6±0.1，存在基準不重合誤差，其大小等于0.2mm；兩孔平行度0.02mm也有基準不重合誤差，其大小等于0.03mm?？梢?，此方案基準不重合誤差已經超過了允許的范圍，不可行。(2)Φ32H7孔限制四個自由度，底面限制一個自由度此方案對尺寸4±0．1有基準不重合誤差，且定位銷細長，剛性較差，所以也不好。(3)底面限制三個自由度，Φ32H7孔限制兩個自由度此方案可將工件套在一個長的菱形銷上來實現(xiàn)，對于三個設計要求均為基準重合，只有Φ32H7孔對于底面的平行度誤差將會影響兩孔在垂直平面內的平行度，應當在鏜Φ32H7孔時加以限制綜上所述，第三方案基準基本上重合，夾具結構也不太復雜，裝夾方便，故應采用。4.4.2選擇數控加工方法1．平面加工

平面的加工方法常用的有：刨削、銑削、磨削、車削和拉削。精度要求高的平面還需要經過研磨或刮削加工。組合磨削多刀銑削

2．外圓面加工

外圓面的加工方法常用的有車削和磨削。當表面粗糙度要求較高時，還要經光整加工。①車削是加工外圓表面的主要方法。小批量生產時，在臥式車床上進行；大批量生產時，多采用高效率的液壓仿形車床或多刀半自動車床。最終工序為車削的加工方案，適用于除淬火鋼以外的各種金屬。②磨削是精加工外圓表面的重要方法。最終工序為磨削的加工方案，適用于淬火鋼、未淬火鋼和鑄鐵，不適用于有色金屬。③對于精度要求高的如精密的主要外圓面還需要光整加工，如研磨、超精磨及超精加工等，為提高生產效率和加工質量，一般在光整加工前進行精磨。④最終工序為精細車或金剛車的加工方案，適用于要求較高的有色金屬的精加工。⑤對表面粗糙度要求高，而尺寸精度要求不高的外圓，可采用滾壓或拋光。3.內孔加工單孔的加工方法有鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、拉孔、磨孔和光整加工。一般采用鉆、擴、鉸，D>20mm的孔采用鏜削加工，有些盤類的孔采用拉削加工。精度要求高的孔有時采用磨削加工。①加工精度為IT9級的孔，當孔徑小于10mm時，可采用鉆—鉸方案；當孔徑小于30mm時，可采用鉆—擴方案；當孔徑大于30mm時，可采用鉆—鏜方案。工件材料為淬火鋼以外的各種金屬。②加工精度為IT8級的孔，當孔徑小于20mm時，可采用鉆—鉸方案；當孔徑大于20mm時，可采用鉆—擴—鉸方案，適用于加工淬火鋼以外的各種金屬，但孔徑應在20～80mm之間，此外也可采用最終工序為精鏜或拉削的方案。淬火鋼可采用磨削加工。③加工精度為IT7級的孔：當孔徑小于12mm時，可采用鉆—粗鉸—精鉸方案；當孔徑小于12～60mm范圍時，可采用鉆—擴—粗鉸—精鉸方案或鉆—擴—拉方案。若毛坯上已鑄出或鍛出孔，可采用粗鏜—半精鏜—精鏜方案或粗鏜—半精鏜—磨孔方案。④加工精度為IT6級的孔，最終工序采用手鉸、精細鏜、研磨或珩磨等均能達到，視具體情況選擇。韌性較大的有色金屬不宜采用珩磨，可采用研磨或精細鏜。研磨對大、小直徑孔均適用，而珩磨只適用于大直徑孔的加工?？紫担河邢嗷ノ恢镁纫蟮目椎慕M合，稱為孔系。平行孔系孔距精度可以用找正法、鏜模法、坐標法及數控法等保證，同軸孔系的同軸度主要由鏜模保證：交叉孔系有關孔的垂直度，在普通鏜床上主要靠機床工作臺上的90度對準裝置來保證?？紫捣诸恆)平行孔系b)同軸系c)交叉孔系

內孔表面加工方法選擇實例

●加工內孔Φ40H7、階梯孔Φ13mm和Φ22mm等三種不同規(guī)格和精度要求的孔，可選擇鉆孔一粗鏜(或擴孔)一半精鏜一精鏜方案?！耠A梯孔Φ13mm和Φ22mm沒有尺寸公差要求，可按自由尺寸公差ITll～ITl2處理，表面粗糙度要求不高，為12．5μm，因而可選擇鉆孔一锪孔方案。（1）平面輪廓

平面輪廓常用的加工方法有數控銑削、線切割及磨削等。

平面輪廓類零件

a)內平面輪廓b)外平面輪廓

4．平面輪廓和曲面輪廓的加工（2）立體曲面輪廓曲面的行切法加工

立體曲面輪廓的加工方法主要是數控銑削，多用球頭銑刀，以“行切法”加工，如圖4—11所示。根據曲面形狀、刀具形狀以及精度要求等通常采用二軸半聯(lián)動或三軸聯(lián)動。對精度和表面粗糙度要求高的曲面，當用三軸聯(lián)動的“行切法”加工不能滿足要求時，可用模具銑刀，選擇四坐標或五坐標聯(lián)動加工。4．4．3加工階段的劃分

(1)粗加工階段在這一階段中要切除大量的加工余量，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品，因此主要目標是提高生產率。

(2)半精加工階段在這一階段中應為主要表面的精加工作好準備(達到一定加工精度，保證一定的加工余量)，并完成一些次要表面的加工(鉆孔、攻螺紋、銑鍵槽等)，一般在熱處理之前進行。（3）精加工階段保證各主要表面達到圖樣規(guī)定的尺寸精度和表面粗糙度要求，主要目標是全面保證加工質量。（4）光整加工階段對于零件上精度要求很高，表面粗糙度值要求很小(1T6及IT6以上，Ra≤0.2μm)的表面，還需進行光整加工。1.加工階段的劃分2.劃分加工階段的原因

（1）保證加工質量粗加工造成的加工誤差可通過半精加工和精加工逐步得到糾正，保證加工質量。（2）有利于合理使用設備粗加工余量大、切削用量大，要求功率大、剛性好、生產率高，精度要求不高的設備。精加工切削力小，對機床破壞小，可采用精度高的設備。

（3）便于安排熱處理工序使冷、熱加工工序配合得更好例如，粗加工后工件殘余應力大，一般要安排去應力熱處理（如時效處理），以消除殘余應力。精加工前要安排淬火等最終熱處理，熱處理引起變形又可在精加工中予以消除。

（4）便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷對毛坯的各種缺陷，如鑄件的氣孔、夾砂和余量不足等，在粗加工各表面后即可發(fā)現(xiàn)，便于及時報廢或修補。（5）精加工、光整加工安排在最后，可保護精加工后的表面不受損傷。4．4．4工序的劃分（1）工序集中原則就是指每道工序包括盡可能多的加工內容。將工件的加工，集中在少數幾道工序內完成。

特點：①減少了設備的數量，減少了操作工人和生產面積。②減少了工序數目，減少了運輸工作量，簡化了生產計劃工作，縮短了生產周期。③減少了工件的裝夾次數，有利于提高生產率，也易于保證這些表面的位置精度。1．工序劃分原則（2）工序分散原則

就是將工件的加工分散在較多的工序內進行。每道工序的加工內容很少，最少時即每道工序僅完成一個簡單的工步。特點：①采用比較簡單的機床和工藝裝備。②對工人的技術要求低。③生產準備工作量小，容易變換產品。④設備數量多，工人數量多，生產面積大。

2．工序劃分方法在數控機床上加工的零件按工序集中原則劃分工序的方法：

（1）按所用刀具劃分即以同一把刀具完成的那一部分工藝過程為一道工序。加工中心常用這種方法劃分工序。

（2）按安裝次數劃分即以每一次裝夾完成的那一部分工藝過程作為一道工序。這種方法適合于加工內容不多的工件，加工完成后就能達到待檢狀態(tài)。（3)按粗、精加工劃分即以粗加工中完成的那一部分工藝過程為一道工序，精加工中完成的那一部分工藝過程為一道工序。這種劃分方法適用于加工后變形較大，需粗、精加工分開的零件，如毛坯為鑄件、焊接件或鍛件。（4）按加工部位劃分即以完成相同型面（如內形、外形、曲面和平面等）的那每一部分工藝過程為一道工序。用于加工表面多而復雜的零件。4．4．5加工順序的安排

（1）基面先行原則

（2）先粗后精原則

（3）先主后次原則

（4）先面后孔原則

（5）先內后外原則1.切削加工順序的安排原則

2.熱處理工序的安排

（1）預備熱處理安排在機械加工之前，以改善材料的切削性能及消除內應力為主要目的。常用的方法有退火、正火和調質。（2）去除內應力熱處理主要是消除毛坯制造或工件加工過程中產生的殘余應力。一般安排在粗加工之后，精加工之前，常用的方法有人工時效、退火等。（3）最終熱處理以達到圖樣規(guī)定的零件的強度、硬度和耐磨性為主要目的，常用的方法有表面淬火、滲碳、滲氮和調質、淬火等應安排在半精加工之后，磨削加工之前。滲氮處理可以放在半精磨之后，精磨之前。熱處理工序的安排

3．輔助工序的安排輔助工序的種類很多，如檢驗、去毛刺、倒棱邊、去磁、清洗、動平衡、涂防銹漆和包裝等。其中檢驗工序是主要的輔助工序，它是監(jiān)控產品質量的主要措施，除在每道工序的進行中操作者都必須自行檢查外，還須在下列情況下安排單獨的檢驗工序：（1）粗加工階段結束之后。（2）重要工序之后。（3）零件從一個車間轉到另一個車間時。（4）特種性能(磁力擦傷、密封性等)檢驗之前。（5）零件全部加工結束之后。4．5數控加工工序設計4．5．1機床的選擇

（1）工序節(jié)拍適應性

機床的類型應與工序的劃分原則相適應，再根據加工對象的批量和生產節(jié)拍要求來決定。（2）形狀尺寸適應性

機床的主要規(guī)格尺寸應與工件的外形尺寸和加工表面的有關尺寸相適應。（3）加工精度適應性

機床的精度與工序要求的加工精度相適應。4.5.2工件的定位與夾緊方案的確定

(1)力求設計基準、工藝基準與編程計算的基準統(tǒng)一。

(2)盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后就能加工出全部或大部分待加工表面，以減少裝夾誤差，提高加工表面之間的相互位置精度。(3)避免采用占機人工調整式方案，以免占機時間太多，影響加工效率。

1.工件的定位與夾緊方案的確定

4.5.3夾具的選擇數控加工的特點對夾具個基本要求：

1、要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；2、是要能協(xié)調零件與機床坐標系的尺寸關系。3、當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調夾具和其它通用夾具。4、在成批生產時才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單，并應有足夠的剛度和強度。5、因為在數控機床上通常一次裝夾完成工件的全部工序，因此應防止工件夾緊引起的變形造成工件加工不良影響。夾緊力應靠近主要支承點，力求靠近切削部位。6、夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要開敞，加工部位開闊，夾具的定位、夾緊機構元件不能影響加工中的進給(如產生碰撞等)。7、裝卸零件要快速、方便、可靠，以縮短準備時間，批量較大時應考慮氣動或液壓夾具、多工位夾具。4.5.4數控刀具的選擇

安裝調整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短刀柄，以提高刀具加工的剛性。

刀具選擇的總原則是：在刀具性能上，還應考慮以下幾個方面：

（1）切削性能好為適應刀具在粗加工或對難加工材料的工件加工