第2章数控机床加工程序的编制(5)

在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是合理选择定位基准和夹紧方案。在选择时应注意以下几点：

1）力求设计、工艺和编程计算的基准统一。

2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。 （2）选择夹具的基本原则

数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下几点：

1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。

2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。

4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。

5．刀具的选择与切削用量的确定 （1）刀具的选择

刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。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，应选用硬质合金刀片铣刀；加工凸轮、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。

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、鼓形刀、锥形刀和盘形刀，如图2-19所示。

a) b) c) d) e)

图2-19 常用铣刀

a）球铣刀 b）环形刀 c）鼓形刀 d）锥形刀 e）盘形刀

曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为了取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上的一些变斜角零件，如图2-20所示。加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。

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图2-20 变斜角斜面加工

（2）切削用量的确定

切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。

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、切削手册，并结合经验而定。

1）切削深度ap（㎜） 主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产率。在数控机床上，精加工余量可小于普通机床，一般取（0.2～0.5）㎜

2）主轴转速n（r/min） 主要根据允许的切削速度νc（m/min）选取。 n?1000vc/?D

式中，νc——切削速度，由刀具的耐用度决定； D——工件或刀具直径（㎜）。

主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中。

3）进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r） 是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给量数值应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。

6．数控机床的坐标系和坐标原点

数控机床的坐标系分为机床坐标系和工件坐标系（编程坐标系）。机床坐标系是机床固有的坐标系，它是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。机床坐标系在出厂前已经调整好，一般情况下，不允许用户随意变动。机床原点为机床的零点，它是机床上的一个固定点，由生产厂家在设计机床时确定。

工件坐标系又称编程坐标系，是编程时使用的坐标系，用来确定工件几何形体上各要素的位置。工件坐标系的原点即为工件零点。工件零点的位置是任意的，它由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。在选择工件零点的位置时应注意：

（1）工件零点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少错误。 （2）工件零点尽量选在精度较高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度。 （3）对于对称的零件，工件零点应设在对称中心上。

（4）对于一般零件，工件零点设在工件外轮廓的某一角上。 （5）Z轴方向上的零点，一般设在工件表面。

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机床坐标系与工件坐标系的关系如图2-21所示。

在加工时，工件随夹具在机床上安装后，测量工件原点与机床原点之间的距离，这个距离称为工件原点偏置，如图示。该偏置值需预存到数控系统中，在加工时，工件原点偏置值便能自动加到工件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的绝对坐标值。因此，编程人员可以不必考虑工件在机床上的安装位置和安装精度，而利用数控系统的原点偏置功能，通过工件的原点偏置值，来补偿工件在工作台上的位置误差,使用起来十分方便，现在大多数数控机床均有这种功能。

7．对刀点和换刀点的确定

在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“程序起点”或“起刀点”。对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）。但必须与零件的定位基准有一定的关系。如图2-22中的x0和y0，这样才能确定机床坐标系与工件坐标系的关系。

图2-21 坐标原点偏置 图2-22 对刀点和换刀点

若对刀精度要求不高时，可直接选用零件上或夹具上的某些表面作为对刀面。

若对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面的中心，球头铣刀的球头中心。

对刀点即是程序的起点又是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值（x0，y0）来校核。

加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如车床）。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。

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8．工艺路线的确定

在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：

（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。 （2）应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间。

（3）应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能的快，而刀具相对于工件的运动路线是无关紧要的，因此这类机床应按空程最短来安排走道路线。除此之外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深来决定，但也应考虑一些辅助尺寸，如刀具的引入距离和超程量。

对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。如图2-23所示，图a为零件图，在该零件上镗六个尺寸相同的孔，有两种加工路线。当按b图所示的路线加工时，由于5、6孔与1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向反向间隙会使定位误差增加，而影响5、6孔与其他孔的位置精度。

a） b） c）

图2-23 镗孔加工路线示意图

按c图所示路线，加工完4孔后往上多移动一段距离到P点，然后再折回来加工5、6孔，这样方向一致，可避免反向间隙的引入，提高5、6孔与其他孔的位置精度。

在数控机床上车螺纹时，沿螺距方向的Z向进给应和机床主轴的旋转保持严格的速比关系，因此应避免在进给机构加速或减速过程中切削。为此要有引入距离δ1和超越距离δ2。如图2-24所示，δ1和δ2的数值与机床拖动系统的动态特性有关，与螺纹的螺距和螺纹的精度有关。一般δ1为2～5㎜，对大螺距和高精度的螺纹取大值；δ2一般取的1/4左右。若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按45°退刀收尾。

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图2-24 切削螺纹引入距离

铣削平面零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，

对刀具的切入和切出程序需要精心设计。如图2-25所示，铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。

铣削内轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。图2-26所示为加工凹槽的三种加工路线。

图2-25 切入切出方式

a） b） c）

图2-26 凹槽加工路线

图a和b分别为用行切法和环切法加工凹槽的走刀路线；图c为先用行切法最后环切一刀光整轮廓表面。三种方案中，a图方案最差，C图方案最好。

在轮廓铣削过程中要避免进给停顿，否则会因铣削力的突然变化，将在停顿处轮廓表面上留下刀痕。

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