加工工艺.docx

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加工工艺

加工工艺

本章知识点：

数控加工的工艺流程，数控机床的选用`，数控加工刀具的介绍及应用，控加工切削用量的确定。

一：

数控加工的工艺流程

数控编程是从CAD数据模型或图纸开始到提交数控加工程序和加工工艺文件整个过程。

其工作内容和基本流程如图24-1。

数字机何模型处理

设备选择

决定装夹方法

设计加工方案

生成轨迹（刀位点计算）

检查

后置处理

递交工艺清单和数据

（一）数字机和模型处

数字机和模型处理是指在CAD/CAM中构建的机何模型。

数字机和模型是数控加工的基础。

对数字机和模型的处理是数控编程的首要工作，如果数字模型有错误，那么加工出的零件必然是错误的，这足以说明数字模型的重要。

不同的机床和模具，对数字模型有着不同的要求。

例如，为数控线切割机床编程，两维的数字几何模型已经可以满足需要，例如在数控铣床（加工中心）上加工模架，一般也只需要两维的数字几何模型。

而注塑模具的零部件如型芯、型腔、镶件、滑块的形状都比较复杂，需要在数控铣（加工中心上加工），因此需要三维的数字几何模型。

本章的内容是数控铣加工的数控编程。

在生产过程中，数控编程是模具设计的后续工序，因设计者和客户的不同情况，数控编程这个工序得到的是各种不同形式的数字几何模型。

对此需要做不同的处理

在现实中数据形式主要有以下几中：

1）提供两维模具图。

这是一种传统的方法，只能用在形状不复杂的模具的制造中。

这种模具的形状主要由平面组成，或者由其曲面可以用标准的二次函数表示。

对于这类模具，没有必要构造整个零件的完整的三维数字几何模型，只要根据需要，针对需要数控加工的部位根据模具图纸造型，这样可以减少许多工作量。

2）提供两维模具图和最终产品的三维数字几何模型。

这种形式在企业中大量存在。

根据数控编程需要对最终产品的三维数字几何模型进行处理。

内容包括：

收缩率处理、分型面构造过、检查原产品模型是否有足够的脱模斜度。

根据数控加工工艺需要对三维数字几何模型进行处理。

3）具有模具的三维数字几何模型。

在这种条件下，在数控编程工序处理数字几何模型的工作主要是根据数控加工工艺需要对三维数字几何模型进行处理。

（二）设备选择

选择哪中数控铣加工的哪些内容，也是数控编程的工作内容。

选择的原则是：

1）可能用不同的机床做粗加工和精加工，粗加工用精度稍低、刚性好的机床；精加工用精

度高的机床。

2）避免大机床加工小零件的现象发生。

3）合理选用立式或卧式机床。

（三）决定加工方法

合理的装夹方法是加工出合格零件的重要条件之一。

之所以把数控铣加工中决定装夹方案的工作列为数控编程工序的工作的内容，是因为在生成刀具加工轨迹是必须考虑到装夹方法。

1决定装夹方案中必须考虑的要求

1）装夹方案能够保证高效率加工和质量。

2）螺栓的位置不能与加工轨迹干涉。

3）安全可靠，加工中零件不能发生振动和走动。

4）零件不能因装夹方生变形。

2数控铣加工中常用的装夹方法

1）用压板直接将领固定在机床工作台上。

这种方法适用于大型的零件、薄板类零件和型腔加工。

采用压板固定首先要确定压板的位置，从可靠安装的角度考虑，希望压板能够均匀分布，但是不能放在刀具加工轨迹通过的位置。

如果这种情况无法避免，只能采取两次加工。

第一次加工时，采用安装条件较好的方案，尽可能多地去处余量，完成可以加工的部位，然后换另一种压板位置，把余下的部位加工掉。

固定薄板零件应特别注意合理使用支撑和压板防止零件变形。

在编程中不仅要考虑刀具轨迹是否与压板干涉，还要防止刀把与压板干涉。

在某些数控编程系统的轨迹仿真检验功能中能把刀和压板这些因素都加进去进行检查。

这是选择数控编程系统时需要考虑的因素。

2）把零件固定在工艺板上，然后用压板把工艺板固定在工作台面上。

这种方法适用于型芯类零件和外围需要加工的零件。

工艺板不能太小要留有压板和刀具通过的空间。

如果零件的外围加工需要用球头铣刀加工到底面，那么，要使用有台阶的工艺板，台阶高度要大于球头半经。

3）用平口钳夹住零件。

这种方法只能用于小零件和切削力不大的零件加工。

在平口钳上加工零件时要使加工部位靠近钳口，避免在平口钳上加工过高的零件，这是因为零件在平口钳上只有两个方向的运动被限制，非常容易倾斜。

在数控铣床加工中，压板压装、工艺板装夹和机用虎钳装夹的三种方法同样多地在采用着，它们的界线是分明的。

型腔加工多用压板压装，型芯加工多用工艺板装夹，而小零件加工多用机用虎钳装夹。

前两种装夹方法必须有一个不需要加工的底平面。

那么，对于一些滑块、镶件之类的零件，数控铣加工时怎么装夹有时就比较麻烦了。

论个儿它可能不大也不小，论形状它可能不复杂也不简单，但是它的底面甚至于所有的面都要加工，它也没有留出打工艺螺孔的地方，而且六个面之间的尺寸关系都有要求。

这种情况下，合理地选择每一步加工的装夹方法，对于做好这个工件将是至关重要的。

（四）决定加工方案

加工方案的主要内容是加工步骤、走刀方法和刀具。

在数控编程中这是一部分重要而又有难度的工作。

其重要性在于加工步骤、走刀方法和刀具选用合理与否与加工效率和加工质量密切相关。

其难度体现在现阶段计算机辅助制造系统的功能是解决造型和刀位点计算，CAM系统仅提供了多种刀具轨迹的形式（一般称之为走刀方法）供使用者选择，但是它并不能为用户提出加工的方案。

方案需要编程者自己决定，编程者的能力是方案质量的决定因素。

编程者决定走刀方法和各种参数后，刀位点计算是由编程系统完成的。

制定一个好的加工方案需要编程者具备以下条件：

1）有一定的金属切削和刀具的理论知识。

2）熟练掌握CAM系统各种形式刀具轨迹的应用范围和特点。

3）具有丰富的机械加工经验。

4）充分了解注塑模的结构和要求。

（五）数控加工程序的编制

程序的编制一般分为手工编程和自动编程，手工编程主要用于车床程序的编制及铣床简单程序的编制。

对于复杂零件和模具加工通常都采用自动编程。

自动编程的软件比较多，这里以Mastercam为例来加以说明。

1）将绘制好的图形调出或从其它软件调入文件。

2）分析工件形状，确定加工方法。

3）确定程序原点及工件坐标系。

4）选择合适的加工用刀具、合理的加工方式及切削用量。

5）生成刀具轨迹。

6）数控加工仿真。

利用系统提供的数控仿真技术对编制好的刀具轨迹进行加工模拟，从而对有可能过切、干涉与碰撞的刀位点进行检验，发现问题及时修正。

7）后置处理。

就是根据所选用的数控系统，调用其机床数据文件，进行数控编程系统提供的后置处理程序，将刀具原文件转换成数控加工程序。

六（六）编制数控加工程序工艺清单，交付机床操作员进行加工程序编制完成，检验无错误后，就要编制加工程序工艺清单，它是一份非常重要的工艺文件。

这份文件功能是编程者向机床操作者传达自己对一个零件的整个加工过程的思路。

数控加工程序必须和加工联络书配合使用，才可能达到加工要求。

不同的单位数控加工程序工艺清单形式也可能不一样，但是下列内容是必须具有的：

零件名称和编号；

使用机床；

基准说明；

编程员姓名；

工艺清单制作日期；

按照加工顺序列出每一条数控加工程序的有关信息；

程序名；

在本企业规定存放数控加工程序的计算机中的存放位置；

使用刀具说明（直径、长度、类型、材质和牌号）；

是否使用刀具补偿？

如果使用刀具补偿，注明补偿值以及补偿值存放编号；

加工性质（粗加工、半精加工、精加工）；

本次加工的余量；

走刀方式，尽可能化出简图；

用简图指示本程序加工部位在整个零件中的位置。

二、数控加工刀具的介绍与选择

（一）数控加工常用刀具的种类及特点

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。

刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。

1）数控刀具的分类有多种方法。

根据刀具结构可分为：

、整体式；

、镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两

种；

、特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。

2）根据制造刀具所用的材料可分为：

、高速钢刀具；

、硬质合金刀具；

、金刚石刀具；

、其它材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

3）从切削工艺上可分为：

、车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；

、钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；

镗削刀具；铣削刀具等。

4）为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%—40%，金属切除量占总数的80%—90%。

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：

刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高、抗振及热变形小；

互换性好，便于快速换刀；

寿命高，切削性能稳定、可靠；

刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；

刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；

系列化，标准化，以利于编程和刀具管理

（二）数控铣床和加工中心常用刀具

公制刀具（㎜）规格有：

0.5、1、2、2、5、3、4、5、6、8、10、12、16、20、25、30、32、40等。

1）按材质区分：

高速钢刀，有公制或英制，这种刀最常用，特别是加工钢公，加工模料也常用，这种刀是数控铣（广东称电脑锣）最常用的刀具，价格便宜，易买，但易磨损，易损耗，进口的高速钢刀含有Co，Mn等合金，较耐用，精度也高，如LBK，YG等。

合金刀，也称CAB刀，刀具是用合金材料制成。

耐高温，耐磨损，能加工高硬度材料（与烧焊过的模），这种刀比较贵，一般厂都不会大量用，这种因耐高温，所以转速通常会比较高，加工效率及质量都比高速钢刀要好，但低转速时容易崩刀，转速通常要快。

舍弃式刀粒，这种刀因刀粒是可以更换的，而刀粒是合金材料做成的，刀粒通常又有涂层，耐用，价格也便宜，加工钢料最好用这种刀。

刀粒有方形、菱形、圆形的、方形、菱形刀粒只能用二个角，而圆形刀粒一圈都可以用，当然更耐用一些，常用的有直径25×R5，直径12×R0.4，直径30×R5，直径32×R5，直径32×R6，直径32×R0.8，直径16×R0.6，直径20×R0.6，直径25×R0.8，直径×R0.8等。

还有一种半圆刀粒，即球形刀粒用于曲面光刀很好用，常用的有R5，R6，R8，R10，R12.5等。

2）按刀具区分：

平头铣刀，公制，英制，刀把都有，各种尺寸的刀都有。

球头铣刀，即R刀，公制，英制，刀把都有，各种尺寸的刀都有，因电脑锣经常要加工曲面，所以这种刀很常用。

斜度刀，公制，英制都有，这种刀用于加工斜度，有0.5度、1度、1.5度、2度、3度、4度、5度、8度、10度、15度等，斜度刀的大小以小头大小表示，直径10×1度表示，即小头为10的1度刀，这种刀磨过以后就不准了。

T形刀，因形状似T形而得名，用于加工行位槽。

螺纹刀（也称粗皮刀）这种刀专用于开粗，刀侧锋上有波浪纹，易排铁屑，粗皮刀一般比标准尺寸大，直径3/4刀，其刀锋直径通常有碍19.3，要注意编程时刀具尺寸的设定。

（三）数控加工刀具的选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。

应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。

刀具选择总的原则是：

安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

生产中平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，故球头常用于曲面的精加工。

而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。

另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

在加工中心，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。

因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴和刀库上去。

编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。

目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括16种不同用途的刀柄。

在经济型数控加工中，由于刀具的刃模、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。

一般应遵循以下原则：

尽量减少刀具数量；

一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；

粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同规格的刀具；

先铣后钻；

先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；

在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

（四）数控铣和加工中心刀具的选用

下面按各种材料分别叙述。

1）铜、铝

这种材料比较软，是比较好加工的材料，一般各种刀具都能加工。

铜比较软，但性大，如果刀不锋利会起毛，另外如果不方便螺旋进刀时可以垂直下刀（进刀量H<0.5）刀一般不会断，加工钢时刀具的转速要高一些，这样走刀就可以快，从而提高加工效率。

2）钢料

钢的种类比较多，分三种介绍。

软，如进口王牌，国产45钢，50钢，这种料也算比较好加工，用国产的高速钢刀如AIA，进口的如LBK，STK，YG等可便地加工。

硬，如738，p20等，用AIA刀较难加工，用进口的如YG可以加工，最好用合金刀或刀把加工。

很硬，如718，S136，油钢，及五金模用的合金钢，很硬，用AIA刀很难加工，用YG类可以加工，最好用合金刀把加工。

3）淬火或烧焊模料

一般不允许用高速钢刀加工，改用合金刀或刀把加工

表面24-1

铜铝

钢料

烧焊，淬火

高速钢

好

一般

不

合金刀

好

好

好

舍弃式刀粒

一般

好

好

上面是根据加工材料选择刀具种类，但每一种刀具，都有大小各种刀，怎么选择刀的大小与种类呢？

尽可能选择大刀，因为刀大则钢性好，不易断，加工质量有保证

根据加工深度选刀，深度越深，刀越大，简单地讲深度大于50㎜，刀具要大于直径的1/2，深度大于30㎜，刀具要大于直径的1/4。

根据工件大小选刀，工件大的，选大刀，反之选取小刀。

加工钢料，尽量选刀把，这种刀钢性好，耐磨，吃刀量大，加工效率高，也比较经济，是加工钢料的第一选择。

根据加工种类选择刀具，开粗要用平头锣刀（即刀把），不允许用R刀，光曲面则尽量用球刀，用平刀光曲面效果不好。

根据加工效率选择刀具，如光平面当然用平刀或圆鼻刀效率高些，光斜度面好些。

四、数控加工切削用量的确定

（一）、切削用量的选用原则

刀具的选用和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

CAD\CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的连接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算上完成，一般不需要输出专门工艺文件。

现在许多CAD\CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中题诗工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。

因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，则与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，再编程时充分考虑数控加工的特点。

本书对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。

合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。

具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

1）切削深度t。

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。

为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。

数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

2）切削宽度L。

一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。

经济型数控加工中，一般L的取值范围为：

L=（0.6～0.9）d。

3）切削速度v。

提高v也是提高城产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。

随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。

另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金钢30CrNi2MoVA时，v可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m/min以上。

4）主轴转速n（r/min）。

主轴转速一般根据切削速度v来选定。

计算公式为：

V=∏dn/1000

式中，d为刀具或工件直径，mm.∏为圆周率。

数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。

5）进给速度vf。

vf应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。

Vf的增加也可以提高生产效率。

加工表面粗糙度要求低时，vf可选择的大些。

在加工过程中，vf也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。

在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下及时选择刀具和确定切削用量。

因此编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

（二）数控铣和加工中心的切削加工参数的选择

下面所述只是一般情况下的选择，具体加工时的情况是千变万化的，要根据材料的硬度，要求精度及刀具情况调整。

1）外形加工

外形加工是一种常见、实用又简单的加工方式，一般用平底铣刀、圆鼻刀、斜度刀，不用球刀，开粗平面进刀量可以到刀具直径的2/3到3/4，深度进刀见表

表24-2

深度H

0.1

0.1～0.3

0.1～0.4

0.2～0.5

0.3～0.8

0.5～1

1～2

刀具直径d

<1.0

1.0～2

2～3

3～5

5～8

8～12

>12

加工铝料，H可以取大一点，加工钢料H取小一点，上表只是一个大概的范围，实际加工时，应适当变通。

2）挖槽`挖槽的进刀量和外形差不多，但外形可加工以在料外边进刀，而挖槽则只能在料上面进刀，有个怎么下刀的问题，一般是螺旋下刀或斜下刀，不允许直接踩刀，常用来回或zigzag走刀。

要注意；

每一层都要走一次光刀；

螺旋或斜线的深度等于每次槽深度下刀量。

3）曲面加工之开粗所用加工刀具同挖槽一样，平刀或圆鼻刀，不用球刀，平面进刀量同挖槽一样，常用公差为0.05-0.2，工件大一些，公差可以大一点，小工件，公差可以取小点。

4）曲面精加工

一般都用平行式，用刀具为球刀，平刀很少用，如用平刀，要记住不能用负加工余量，变通的办法是将刀的直径设小点，设小加工负余量的二倍，如加工幼公用直径1/2，可以将刀设为12.5，常用公差范围为：

0.005－0.02，进刀量0.1－0.5。

视工件大小及工作要求精度而定，如一般加工铜公可以设为公差0.01，进刀量为0.2。

表24－3为曲面开粗误差及曲面光刀误差。

曲面开粗误差

钢料为0.1

铜料为0.1

曲面光刀误差

钢料

铜料

前模0.01

粗公0.05

后模0.02

精工0.01

5）直纹加工直纹加工是一种不用做面的加工的方法，操作简单，是低版本的Mastercam的功能，进刀量范围为0.1－0.5，可以用球刀或平刀，而平刀也可以设负加工余量。

表24－3

6）扫描加工

特别是2D扫描加工是一种简单实用的方法，进刀量范围为：

0.1－0.5㎜。

7）曲面加工的环状加工

进刀量是以角度计算的，角度的大小要换算成平面进刀量0.1－0.5㎜。

8）陡斜面加工

进刀量是指垂直方向的进刀量，而不是沿斜面的进刀量，进刀量随斜面进刀量0.1－0.5㎜。

以上是八种常用的加工刀路的公差、进刀量的选择。

下面再从不同刀具大小的公差、进刀量叙述一下，平头锣刀的进刀量可以达到刀径的3/4，深度见表24－4，球头刀进刀量和刀径的关系不是很大。

表24－4

进刀量

0.05～0.2

0.1～0.35

0.1～0.5

刀径

R1～R2

R3～R5

R5以上

进给率

100～300

500～1000

1000～1200

主轴转速

2000～4000

1000～2500

1000～2000

以上经验数据仅供参考。

开粗主轴转速可小一些，进给率大一些。

以上讲述了刀具的选用及进刀量的选择，下面再简要概述一下：

1）粗加工情况下选用大点的刀；

2）加工钢料尽量用圆鼻刀；

3）工件表面要求高，则公差、进刀量就要小，走刀速度也要慢，反之亦然；

4）合理的应用刀具。

第二十四章《加工工艺》于2005年11月22日下午完成张丽娜王辉

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2D刀路补充

经加工余量根据工件的精度要求，一般为0.1～0.05，索性材料不伤刀，可适当留0.2～0.3进修量。

1、进退刀方式

1）垂直尽到：

以直线