数控加工路线的确定原则及方法.docx

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数控加工路线的确定原则及方法

毕业论文（设计）

题目典型零件的数控铣编程设计

学生姓名单硕学号10022009

班级090204

专业数控技术专业

分院工程技术分院

指导教师杜迎宇

2011年11月20日

毕业设计（论文）任务书

主要内容：

（一）工序的划分加工顺序的安排

（二）数控机床加工工序和加工路线的设计

（三）工件的安装与夹具的选择

基本要求

（一）设计者必须发挥独立思考能力，创造性地完成设计任务，在设计中应遵循设计规范，尽量利用国内外先进技术与经验；

（二）设计者对待设计计算、绘图等工作应具有严肃认真一丝不苟的工作作风，以使设计成果达到较高的水平；

（三）设计者必须明确设计任务，在规定时间内圆满完成要求的设计内容，成果包括：

设计说明书一份（按规范格式）A1图纸4-5份。

主要参考资料等：

相关的设计手册、图册、设计规范和论文资料等，例如：

（一）《机械设计》邱宣怀等编，高等教育出版社

（二）《机械设计大典》江西科技技术出版社

（三）《机械设计手册》机械工业出版社

（四）《新编机械设计师手册》上下册徐灏机械工业出版社出

论文）

开题报告表

摘要

数控加工工艺决策是数控加工过程中较为复杂又非常重要的环节，与加工程序的编制、零件加工的质量、效益都有着密切的关系。

工艺决策的好坏，不仅会影响机床效率的发挥，而且还将直接影响零件的加工质量。

因此，数控加工工艺决策的研究对提高被加工零件的精度，提高工作效率，从而提高企业的经济效益，是非常必要的。

本文通过对数控加工工艺特性的理论分析和研究，建立了基于数控加工基元CNC．ME（CNC）的创成式CAPP系统中具有层次化结构的数控加工工艺决策模型，阐述了数控加工工艺决策过程中正向离散和反向集中的原理及工步、工序优先级工艺路线生成的原则。

在数控加工中，正确合理地选择切削参数对确保产品质量、提高生产率、降低生产成本起着十分重要的作用。

近年来，随着数控技术的普遍应用，以及各种先进制造技术的迅速发展，生产辅助时间大大降低，相应地，切削时间所占的比重就大大提高。

因此缩短切削加工时间，对提高生产率起着重要的作用。

目前，大多数工厂在生产中凭经验或参考切削用量手册来选择切削用量，这往往达不到切削参数的最优选。

运用现代切削理论、数学建模和模型分析方法寻求切削参数的最优组合，是切削参数选择的一个重要方向。

本文采用一种基于特征的数控加工工艺生成方式，阐述了与该方式相关的特征技术、数控加工工艺知识与资源库、数控加工方法链以及相匹配的数控加工参数、刀具、夹具等的产生方式。

关键词：

数控加工/工艺决策/切削参数/夹具

Ⅱ

目录

任务书

开题报告

中文摘要

英文摘要

1数控技术的发展…………………………………………………1

2影响数控加工工艺决策和切削参数的主要因素………………2

3数控加工工艺设计………………………………………………4

3．1数控加工工艺的特点………………………………………5

3．2零件的数控加工工艺性分析………………………………5

3．2．1零件数控加工的合理性分析………………………5

3．2．2零件数控加工的工艺性分析………………………6

3．3零件数控加工的工艺设计原则…………………………6

3．3．1零件加工工序的划分方法…………………………6

3．3．2零件加工的数控加工工艺设计原则………………7

3．3．3数控机床加工零件的工艺分析必须注意事项……9

4数控加工工艺路线设计…………………………………………11

4.1数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题…………11

4．2零件数控加工的走刀路线设计原则……………………12

4．2.1确定走刀路线原则……………………………………12

4.2.2铣削加工中加工路线的选择要点…………………12

4．2.3钻削加工加工路线的选择要点………………………14

4．2.4其它情况的选择要点…………………………………15

5刀具的选择及进给路线的确定…………………………………16

5．1数控加工常用刀具的种类及性能…………………………16

5．2选择数控刀具的原则………………………………………16

5.3数控加工编程时进给路线的确定…………………………18

5.3.1粗加工进给路线的确定……………………………19

5.3.2空行程进给路线的确定……………………………19

本章小结…………………………………………………………20

6数控机床加工工序和加工路线的设计…………………………20

6.1概述…………………………………………………………20

6．2数控机床加工路线…………………………………………21

6.2.1数控车床加工路线…………………………………21

6.2.2数控铣床加工路线…………………………………22

6.2.3孔加工定位路线……………………………………22

6.2.4工件的安装与夹具的选择…………………………23

6.3切削用量的选择……………………………………………23

6.3.1数控车床切削用量……………………………………23

6.3.2数控铣床切削用量选择……………………………24

6.4对刀点和换刀点的选择……………………………………25

6.5工进给路线的确定…………………………………………26

7加工中心加工进给路线的确定………………………………27

7.1XY平面的进给路线的确定……………………………27

7.2Z向进给路线的确定……………………………………28

8实例：

模型数控加工模型…………………………………………29

致谢………………………………………………………………33

参考文献…………………………………………………………34

附录…………………………………………………………………35

1数控技术的发展

数控加工技术是以计算机集成制造技术、数控机床技术、机械加工技术为基础，实现产品自动化加工的现代制造技术，是现代制造业的代表性技术。

广义的讲，数控加工技术包含了从产品造型设计（CAD）、工艺过程设计（CAPP）、计算机辅助制造过程（CAM）、虚拟加工、数控机床实际加工等。

数控加工技术是20世纪40年代后为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术其研究起源于飞机制造业。

1952年世界上第一台数控机床——三坐标立式铣床问世，它可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。

国外十分重视数控加工技术的研究。

日本自70年代起便把许多精力投入到数控加工技术的开发和应用上，并取得了巨大的经济效益。

近年来由于国际市场的竞争日益激烈，工业发达国家纷纷投入巨资发展数控加工技术，并取得了丰硕的研究成果。

我国数控加工技术方面的研究工作自“七五”以来取得了一大批研究成果。

在数控加工自动化工艺设计方面，我国研究人员从零件特征信息的获取、表达、输入到多工艺方案的设计与决策等各方面开展了大量的研究工作。

目前，主要在曲面造型、刀的位置规划、刀具的路线仿真、干涉检查等方面取得了较多的成果。

自主开发了一批软件系统，其中有些系统已接近国际先进水平，投入市场并在生产中发挥了重大作用。

虽然我国的数控加工技术有了较大的发展，但与世界先进水平相比仍有很大差别。

一方面国内还没有比较成熟、功能全、适应性强的数控加工系统。

另一方面表现在应用水平落后，不仅绝大多数生产厂家主要依靠国外引进软件进行复杂曲面的多坐标数控加工，而且还表现在数控加工的效率低，加工表面质量差等方面。

数控机床的利用率不高，远未发挥出现有数控机床应有的技术经济效益。

许多技术方面的问题如数控工艺数据准备、供状设计、刀具使用、机床操作及设备维护等，需要进一步解决。

数控加工设备的生产能力没能得到充分发挥，而且机床的许多功能也没充分利用。

特别是加工中心机床，由于工装夹具、编程技术的不配套，其生产能力远没有被发挥，和国际先进水平相比差距较大。

数控切削加工工艺参数的选择仍主要以经验判断为主，在一定程度上制约了数控加工技术的发展。

数控加工技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。

应用数控加工可大大提高生产率，稳定加工质量，缩短加工周期，增加生产柔性，实现对各种复杂零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少，节省人力，改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应，使零件的计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性自动化水平不断提高。

对制造业而言，每个企业都面临持续多变和不可完全预测的全球化市场竞争，竞争的核心是以知识为基础的新产品的竞争。

为提高竞争力，制造业必须以最快的上市速度

（1）、最好的质量（Q）、最低的成本（C）、最优的服务（S）及最清洁的环境（E）来满足不同顾客对新产品的需求和社会可持续发展的需要。

一个工厂数控加工能力的大小已成为进行新产品开发，参与国内外市场竞争的主要前提和条件，因而使现代企业数控设备的投资一般占整个工厂固定资产的l／3～1／4以上。

数控技术和数控装备是制造业工业现代化的重要基础。

这个基础是否牢固直接影响到国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。

数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。

因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施。

2影响数控加工工艺决策和切削参数的主要因素

工艺决策知识是人们在工艺设计实践中所积累的认识和经验的总和。

工艺设计经验性强，技巧性高，工艺设计理论也不成熟。

使工艺决策知识的获取更加困难。

当然，工艺设计也有一定的原则和方法可供遵循．一些工艺决策知识可以从书本或资料中直接获取，而大多数工艺决策知识，必须从具有丰富实践经验的工艺设计师那里获取。

数控加工工艺的决策支持，其中包括数控加工方法的选择，确定夹具、刀具、数控加工参数以及数控加工设备。

数控工艺工序内容需详细描述，在工艺决策时应遵循工序、工步内容详尽的规则，即详细制定工艺决策中机床、刀具、切削参数、走刀路线自动选择匹配等规则，使决策后的工序内容简洁详尽。

数控加工工艺决策规则与普通机床加工工艺决策规则的区别主要体现在：

a）加工阶段划分的决策规则不同；b）工序、工步集中与分散的决策规则不同；c）工序、工步合并与排序的决策规则不同；d）工序、工步内容详尽与简略要求不同；e）刀具、切削参数、走刀路线决策规则不同。

数控切削参数是在数控加工过程中直接反映产品加工状态的数据信息，主要包括；机床主轴转速，机床进给速度，切屑宽度，切屑深度，切屑速度，每齿进给量速度，材料去除率（Q），切削力和加工功率等。

切削参数的规范化主要包括切削速度、切削深度、切削宽度和进给量，这些参数确定的好坏不仅关系到整个零件加工的效率和成本，同时也决定了零件加工的表面质量。

因此，在数控加工中，对于确定的工艺装备和工艺路线，如何选择切削参数是非常关键的问题。

数控切削参数是数控加工过程中的关键因素，取决于数控加工环境中各种相关信息资源，如产品设计信息、数控机床设备、数控切削刀具，加工材料等众多要素。

这些复杂的信息资源分布于数控加工环境中，呈现分散性、关联性、多样性的特点，因此首先必须进行有效地管理，才能高效、准确地进行数控加工工艺决策与切削参数的规范化。

切削参数规范化是制造业向自动化发展的必然要求。

注意以下几个方面：

（1）以零件数控加工工艺设计过程为研究对象，通过特征技术，为零件的数控加工工艺设计提供了方便高效的手段。

（2）研究在数控加工工艺设计中汇集数控加工工艺专家智慧，并且充分利用这些数控加工工艺知识，进行逻辑判断推理，以期探索出一条有效提高数控加工工艺设计质量，缩短时间的途径，从而辅助数控加工工艺设计人员的数控加工工艺决策过程。

（3）主要对影响零件加工质量的要素进行分析，讨论相应加工参数的确定原则，并对影响这些参数选择的因素进行了综合分析，初步得出了一些理想的选择方案和确定原则。

（4）分析切削参数规范化的方法和过程，实现以单工序最低成本为目标的切削参数的优化。

现代数控加工与传统加工技术相比，无论在加工工艺，加工的自动控制，还是在加工设备与工装等诸多方面均有所不同。

用数控机床加工零件比用普通机床加工零件更应重视加工之前的工艺分析。

实现数控加工的关键在编程。

但光有编程还不行，数控加工还包括编程前必须要做的一系列准备工作及编程后的善后处理工作。

数控加工中的工艺设计和工艺决策是数控编程中重要的环节，处理正确与否，直接关系到数控机床的使用效率、零件的加工质量、刀具数量和经济性等问题。

数控加工的工艺设计与工艺决策是数控加工中的重要环节，处理正确与否，关系到所编制零件加工程序的正确性与合理性，其工艺方案的好坏，直接影响数控加工的质量、效益以及程序编制的效率。

选择合理、高效的工艺方法和加工路线，对编制高质量的数控加工程序，提高零件的加工质量、数控机床的生产效率和经济效益都有重要意义。

数控加工工艺设计与工艺决策对工艺设计人员的要求很高，不仅需要懂得数控加工设备和编程技术，而且还必须具有丰富的数控工艺工装知识和具有较丰富的实际操作经验。

只有在此基础上，运用正确的设计方法，通过认真细致的工作，才能完成高质量的数控加工工艺设计。

这样，才能在数控机床上完成零件的正确加工，避免产生不必要的废品。

工艺决策是数控加工过程中较为复杂又非常重要的环节，与加工程序的编制、零件加工的质量、效益都有着密切的关系。

工艺决策的好坏，不仅会影响机床效率的发挥，而且还将直接影响零件的加工质量。

因此，对数控加工中的工艺决策问题进行研究，具有十分重要的意义。

数控加工切削参数是数控切削加工过程中的基本控制量。

数控加工切削参数规范化是数控切削加工工艺过程优化的基础，它不仅决定着数控加工技术水平和效率，也决定着产品的制造质量和使用效果。

以提高数控切削加工效率，降低加工成本，获得高质量的产品为目的，进行数控切削参数规范化的研究，具有重要的现实意义和深远的历史意义。

切削参数数据库的建立带来的经济效益是非常可观的。

美国在CUTDATA建库初期就为工业部门节约了L6亿美元。

德国的Ⅱ师Os可使单件生产时间下降10％，生产成本下降10％。

据CIRP对切削数据库经济效益的调查表明，切削数据库可使加工成本下降10％以上。

本文的研究首先是针对企业实际问题的解决，遭过建立高效率、实用的数控加工工艺决策系统及切削参数规范化系统，采取其相应的措施，大大提高了数控生产效率，切削参数应用研究水平，改变目前落后、低效的数控加工决策和切削参数分析方式，从而提高数控加工工艺决策和切削参数决策的准确性、合理性和智能化水平。

3数控加工工艺设计

3．1数控加工工艺的特点

根据大量加工实例分析，数控加工中失误的主要原因多为工艺方面考虑不周和计算与编程时粗心大意。

在编制数控工艺和数控程序中必须注意加工过程中的每一个细节。

若数控加工的工艺设计方案不合理，往往要成倍增加工作量，有时甚至要推翻重来，造成～些不必要的损失。

因此数控加工的工艺设计是数控加工中的重要环节，处理正确与否，关系到所编制零件加工程序的正确性与合理性，其工艺方案的好坏，直接影响数控加工的质量、效益以及程序编制的效率。

数控加工工艺的特点：

（1）数控加工工艺的“内容十分具体、工艺设计工作相当严密”数控机床加工工艺与普通机床加工工艺相比较，由于采用数控机床加工具有加工工序少，所需专用工装数量少等特点，克服了普通传动工艺方法的弱点，一般说来，数控加工的工序内容要比普通机床加工的工序内容复杂。

从编程来看，加工程序的编制要比普通机床编制工艺规程复杂。

（2）数控加工的工艺“复合性”。

采用数控加工后，工件在一次装夹下能完成镗、

铣、铰、攻丝等多种加工，因此，数控加工工艺具有复合性特点，也可以说数控加工工艺的工序把传统工艺中的工序“集成”了，这使得零件加工所需的专用夹具数量大为减少，零件装夹次数及周转时间也大大减少了，从而使零件的加工精度和生产效率有了较大的提高。

数控加工工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，无论是手工编程还是自动编程，这项工作必须在程序编制工作以前完成。

为了优化数控程序设计、提高编程效率、合理使用数控机床，我们有必要对数控加工工艺设计等技术问题加以分析、研究，以做好数控机床加工前的技术准备工作。

3．2零件的数控加工工艺性分析

3．2．1零件数控加工的合理性分析

审核零件数控加工的合理性，选择数控机床加工内容时不可“大材小用”，要防止把数控机床降格为普通机床使用。

当选择并决定某个零件进行数控加工后，并不等于把它所有的加工内容都包下来，而可能只是其中一部分进行数控加工。

应选择那些最合适、最需进行数控加工的内容和工序进行数控加工。

通常零件数控加工的合理性考虑的因素是：

（1）零件的复杂程度高，精度要求高，多品种、小批量的生产，采用数控加工会获得较高的经济效益。

（2）根据机床性能的不同和对零件要求的不同，对数控加工零件进行分类，不同类别的零件分配在不同类型的机床上加工，以获得较高的生产效率和经济效益。

应尽量在普通机床上完成零件的大切削量粗加工，以提高数控机床加工效率。

3．2．2零件数控加工的工艺性分析

数控加工前，必须首先对零件图纸进行仔细的数控加工工艺性分析，应重点从数控加工的方便性与可能性两个角度进行审查和分析。

例如：

（1）首先分析零件图纸中的尺寸数据的给出是否符合编程方便的原则。

①零件图纸中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点：

②构成零件轮廓的几何元素的条件是否充分。

因为在手工编程时，要计算构成零件轮廓的每一个基点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，如果某一条件不充分，则无法计算零件轮廓的基点坐标，无法表达零件轮廓的几何元素，导致无法进行编程，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。

（2）其次分析零件各加工部位的结构工艺性是否符合数控加工的特点。

①零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。

因为这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便。

②分析零件定位基准的可靠性。

数控加工应尽量采用统一的基准定位，否则会因工件的安装定位误差而导致工件加工的位置误差和形状误差。

（3）应分析零件所要求的加工精度等是否可以得到保证。

总之，在数控机床上加工零件时，应先根据零件图样对零件进行全面分析，弄清零件的结构形状、尺寸和技术要求，由此确定零件加工的工艺过程和工艺路线。

3．3零件数控加工的工艺设计原则

3．3．1零件加工工序的划分方法

设计零件的工艺过程，就是确定零件的哪些表面需要数控加工，经过哪些工序以及怎么安排这些工序顺序等等。

一般在数控机床上划分零件加工工序有以下几种方法：

（1）按所用刀具划分工序。

为了减少换刀次数和空程时间，可以采用刀具集中的原则划分工序。

在一次装夹中用一把刀完成可以加工的全部加工部位，然后再换第二把刀，加工其它部位。

在专用数控机床或加工中心上大多采用这种方法。

（2）按粗、精加工划分工序。

对易产生加工变形的零件，考虑到工件的加工精度、变形等因素，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗后精。

（3）按加工部位划分工序。

这种方法一般适应加工内容不多的工件，主要是将加工部位分为几个部分，每道工序加工其中一部分。

如加工外形时，以内腔夹紧；加工内腔时，以外形夹紧。

在工序的划分中，一定要视零件的结构与工艺性、工件的安装方式、数控机床的功能、零件数控加工内容的多少、安装次数及工厂生产组织与管理状况等因素，灵活掌握，力求合理。

加工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重要性来考虑，重点在于工件的刚性不被破坏，以保证整体零件的加工精度。

3．3．2零件加工的数控加工工艺设计原则

设计零件数控加工的工艺过程时应遵循以下原则：

（1）工序最大限度集中、一次定位的原则。

一般在数控机床上，特别是在加工中心上加工零件，工序可以最大限度集中，即零件在一次装夹中应尽可能完成本台数控机床所能加工的大部分或全部工序。

数控加工倾向于工序集中，可以减少机床数量和工件装夹次数，减少不必要的定位误差，生产率高。

对于同轴度要求很高的孔系加工，应在一次安装后，通过顺序连续换刀来完成该同轴孔系的全部加工，然后再加工其它坐标位置的孔，以消除重复定位误差的影响，提高孔系的同轴度。

（2）先粗后精的原则。

在进行数控加工时，根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，应遵循粗、精加工分开原则来划分工序，即先粗加工全部完成之后再进行半精加工、精加工。

对于某一加工表面，应按粗加工——半精加工——精加工顺序完成。

粗加工时应当在保证加工质量、刀具耐用度和机床——夹具——刀具——工件工艺系统的刚性所允许的条件下，充分发挥机床的性能和刀具切削性能，尽量采用较大的切削深度、较少的切削次数得到精加工前的各部余量尽可能均匀的加工状况，即粗加工时可快速切除大部分加工余量、尽可能减少走刀次数，缩短粗加工时间。

精加工时主要保证零件加工的精度和表面质量，故通常精加工时零件的最终轮廓应由最后一刀连续精加工而成。

为保证加工质量，一般情况下，精加工余量以留0．2～0．6mm为宜。

粗、精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。

（3）先近后远、先面后孔的原则。

按加工部位相对于对刀点的距离大小而言，在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时问。

对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。

对于既有铣平面又有镗孔的零件的加工中，可按先铣平面后镗孔顺序进行。

因为铣平面时切削力较大，零件易发生变形，先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，待其恢复变形后再镗孔，有利于保证孔的加工精度，其次，若先镗孔后铣平面，孔口就会产生毛刺、飞边，影响孔的装配。

（4）先内后外、内外交叉原则。

对既有内表面（内型、内腔），又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，通常应安排先加工内表面，后加工外表面，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。

通常在一次装夹中，切不可将零件上某一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后。

再加工零件上的其它表面（内表面或外表面）。

（5）刀具最少调用次数原则。

在数控加工时，为了减少换刀次数，压缩空程时间，应按所用刀具来划分工序和工步。

即可按刀具集中工序的方法加工零件。

为了减少换刀时间。

同一把刀具工序尽可能集中，尽可能用同一把刀具加工完零件表面上的相同切削部分，以避免同一把刀具的多次调用、安装。

即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工完工件上所有需要用该刀具加工的各个部位后，再换第二把刀具加工其它部位。

（6）附件最少调用次数原则。

在保证加工质量的前提下，一次附件调用后，每次最大限度进行加工切削，以避免同一附件的多次调用、安装。

（7）走刀路线最短原则。

在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省加工时间，还能减少一些不必要的刀具磨损及其它消耗。

走刀路径的选择主要在于粗加工及空行程的走刀路径的确定，因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿着其零件轮廓顺序进行的。

一般情况下，若能合理选择起刀点、换刀点，合理安排各路径问空行程衔接，都能有效缩短空行程长度。

（8）程序段最少原则。

在加工程序的编制工作中，总是希望以最少的程序段数即可实现对零件的加工，以使程序简洁，减少出错的几率及提高编程工作的效率，而且能减少程序段输入的时间及计算机内存容量的占有数。

（9）数控加工工序和普通工序的衔接原则。

数控加工工序前后一般都穿插有其