数控加工的工艺路线的确定模板.doc

理想加工程序不仅应确保加工出符合图样合格工件，同时应能使数控机床功效得到合理应用和充足发挥。数控机床是一个高效率自动化设备，它效率高于一般机床23倍，所以，要充足发挥数控机床这一特点，必需熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必需在编程之前正确地确定加工方案。因为生产规模差异，对于同一零件加工方案是有所不一样，应依据具体条件，选择经济、合理工艺方案。一、加工工序划分在数控机床上加工零件，工序能够比较集中,一次装夹应尽可能完成全部工序。和一般机床加工相比，加工工序划分有其自己特点，常见工序划分标准有以下两种。1确保精度标准数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为降低热变形和切削力变形对工件形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少许余量精加工，来确保表面质量要求。同时，对部分箱体工件，为确保孔加工精度，应先加工表面以后加工孔。2 提升生产效率标准数控加工中，为降低换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽可能降低空行程，用同一把刀加工工件多个部位时，应以最短路线抵达各加工部位。实际中，数控加工工序要依据具体零件结构特点、技术要求等情况综合考虑。二、加工路线确实定 在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过路径，包含切削加工路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线确实定首先必需确保被加工零件尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽可能短，效率较高等。下面举例分析数控机床加工零件时常见加工路线。1车圆锥加工路线分析数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为D，小径为d ，锥长为L，车圆锥加工路线图2-1所表示。按图2-1a阶梯切削路线，二刀粗车，最终一刀精车；二刀粗车终刀距S要作正确计算，可有相同三角形得： 此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不一样；同时刀具切削运动路线最短。按图2-1b相同斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S，一样由相同三角形可计算得： 按此种加工路线，刀具切削运动距离较短。按图2-1c斜线加工路线，只需确定了每次背吃刀量ap，而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是改变，且刀具切削运动路线较长。2车圆弧加工路线分析应用G02（或G03）指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这么吃刀量太大，轻易打刀。所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多出量切除，最终才车得所需圆弧。下面介绍车圆弧常见加工路线。 图2-2 为车圆弧阶梯切削路线。即先粗车成阶梯，最终一刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀吃刀量ap后，须正确计算出粗车终刀距S，即求圆弧和直线交点。此方法刀具切削运动距离较短，但数值计算较繁。图2-3 为车圆弧同心圆弧切削路线。即用不一样半径圆来车削，最终将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量ap后，对90圆弧起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采取。但按图2-3b加工时，空行程时间较长。 图2-4 为车圆弧车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时起点和终点确实定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法图2-4所表示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧切线AB。由几何关系CD=OC-OD= -R=0.414R，此为车锥时最大切削余量，即车锥时，加工路线不能超出AB线。由图示关系，可得AC=BC=0.586R，这么可确定出车锥时起点和终点。当R不太大时，可取AC=BC=0.5R。此方法数值计算较繁，刀具切削路线短。 3车螺纹时轴向进给距离分析车螺纹时，刀具沿螺纹方向进给应和工件主轴旋转保持严格速比关系。考虑到刀具从停止状态抵达指定进给速度或从指定进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，沿轴向进给加工路线长度，除确保加工螺纹长度外，还应增加1（5mm）刀具引入距离和2（2mm）刀具切出距离，图2-5所表示。这么来确保切削螺纹时，在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。4轮廓铣削加工路线分析对于连续铣削轮廓，尤其是加工圆弧时，要注意安排好刀具切入、切出，要尽可能避免交接处反复加工，不然会出现显著界限痕迹。图2-6所表示，用圆弧插补方法铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完成后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向，以免取消刀具赔偿时，刀具和工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入标准，安排切入、切出过渡圆弧，图2-7所表示，若刀具从工件坐标原点出发，其加工路线为12345，这么，来提升内孔表面加工精度和质量。 5位置精度要求高孔加工路线分析对于位置精度要求精度较高孔系加工，尤其要注意孔加工次序安排，安排不妥时，就有可能将沿坐标轴反向间隙带入，直接影响位置精度。图2-8所表示，图a为零件图，在该零件上加工六个尺寸相同孔，有两种加工路线。当按b 图所表示路线加工时，因为5、6孔和1、2、3、4孔定位方向相反，在Y方向反向间隙会使定位误差增加，而影响5、6孔和其它孔位置精度。按图c所表示路线，加工完4孔后，往上移动一段距离到P点，然后再折回来加工5、6孔，这么方向一致，可避免反向间隙引入，提升5、6孔和其它孔位置精度。 6铣削曲面加工路线分析铣削曲面时，常见球头刀采取“行切法”进行加工。所谓行切法是指刀具和零件轮廓切点轨迹是一行一行，而行间距离是按零件加工精度要求确定。对于边界敞开曲面加工，可采取两种加工路线。图2-9所表示，对于发动机大叶片，当采取图2-9a加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面形成，能够正确确保母线直线度。当采取图2-9b加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形正确度高，但程序较多。因为曲面零件边界是敞开，没有其它表面限制，所以曲面边界能够延伸，球头刀应由边界外开始加工。 以上经过几例分析了数控加工中常见加工路线，实际生产中，加工路线确实定要依据零件具体结构特点，综合考虑，灵活利用。而确定加工路线总标准是：在确保零件加工精度和表面质量条件下，尽可能缩短加工路线，以提升生产率。 被涂刀具表面应是光亮磨光面，刀具各工作表面上不得有锈斑、磨糊、氧化、崩刃等缺点，要求刃口上无毛刺。前、后刀面上表面粗糙度应达成Ra0.81.25m。表面粗糙度值愈小，涂层结合度愈好。另外，刀具表面清洗质量也十分关键。刀具基体材料 涂层刀具基体材料和涂层材料应合理匹配，须依据不一样加工要求选择。涂层高速钢刀具基体，既可用W6Mo5Cr4V2(M2)通用型高速钢，也可用含钴超硬高速钢和粉末冶金高速钢(PM HSS)。因粉末冶金基体均匀，故使用效果好。加工钛合金时，推荐用含钴超硬高速钢如W2Mo9Cr4VCo8(M42)作为刀具基体材料。对於涂层滚刀，当以正常切削速度( 1 000 000次）模具应使用高硬度钢，其硬度为4865 HRC。 中等长时间使用（100 000到1 000 000次）模具应使用预硬钢，其硬度为3045 HRC。 短时间使用（100 000次）模具应使用软钢，其硬度为160250 HB。 表面粗糙度 很多塑料模具制造商对好表面粗糙度感爱好。 当添加硫改善金属切削性能时，表面质量会所以下降。 硫含量高钢也变得更脆。2) 影响材料可切削性首要原因是什么？ 钢化学成份很关键。 钢合金成份越高，就越难加工。 当碳含量增加时，金属切削性能就下降。 钢结构对金属切削性能也很关键。 不一样结构包含： 铸造、铸造、挤压、轧制和已切削加工过。 锻件和铸件有很难于加工表面。 硬度是影响金属切削性能一个关键原因。 通常规律是钢越硬，就越难加工。 高速钢（HSS）可用于加工硬度最高为330-400 HB材料；高速钢+钛化氮（TiN）涂层，可加工硬度最高为45 HRC材料； 而对于硬度为65-70 HRC材料，则必需使用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼（CBN）。 非金属参杂通常对刀具寿命有不良影响。 比如Al2O3 （氧化铝），它是纯陶瓷，有很强磨蚀性。 最终一个是残余应力，它能引发金属切削性能问题。 常常推荐在粗加工后进行应力释放工序。3) 模具制造生产成本由哪些部分组成？粗略地说，成本分布情况以下： 切削 65工件材料 20热处理 5 装配/调整 10 这也很清楚地表明了良好金属切削性能和优良总体切削处理方案对模具经济生产关键性。4) 铸铁切削特征是什么？通常来说，它是： 铸铁硬度和强度越高，金属切削性能越低，从刀片和刀具可预期寿命越低。 用于金属切削生产铸铁其大部分类型金属切削性能通常全部很好。 金属切削性能和结构相关，较硬珠光体铸铁其加工难度也较大。 片状石墨铸铁和可锻铸铁有优良切削属性，而球墨铸铁相当不好。 加工铸铁时碰到关键磨损类型为： 磨蚀、粘结和扩散磨损。 磨蚀关键由碳化物、沙粒参杂物和硬铸造表皮产生。 有积屑瘤粘结磨损在低切削温度和切削速度条件下发生。 铸铁铁素体部分最轻易焊接到刀片上，但这可用提升切削速度和温度来克服。 在其次，扩散磨损和温度相关，在高切削速度时产生，尤其是使用高强度铸铁牌号时。 这些牌号有很高抗变型能力，造成了高温。 这种磨损和铸铁和刀具之间作用相关，这就使得部分铸铁需用陶瓷或立方氮化硼（CBN）刀具在高速下加工，以取得良好刀具寿命和表面质量。 通常对加工铸铁所要求经典刀具属性为： 高热硬度和化学稳定性，但也和工序、工件和切削条件相关；要求切削刃有韧性、耐热疲惫磨损和刃口强度。 切削铸铁满意程度取决于切削刃磨损怎样发展： 快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工件破损、表面质量差、过大波纹度等。 正常后刀面磨损、保持平衡和锋利切削刃正是通常需要努力做到。5) 什么是模具制造中关键、共同加工工序？切削过程最少应分为3个工序类型： 粗加工、半精加工和精加工，有时甚至还有超精加工（大部分是高速切削应用）。 残余量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备。 在每一个工序中全部应努力做到为下一个工序留下均匀分布余量，这一点很关键。 假如刀具路径方向和工作负载极少有快速改变，刀具寿命就可能延长，并愈加可估计。 假如可能，就应在专用机床上进行精加工工序。 这会在更短调试和装配时间内提升模具几何精度和质量。6) 在这些不一样工序中应关键使用何种刀具？ 粗加工工序： 圆刀片铣刀、球头立铣刀及大刀尖圆弧半径立铣刀。 半精加工工序： 圆刀片铣刀（直径范围为1025 mm圆刀片铣刀），球头立铣刀。 精加工工序： 圆刀片铣刀、球头立铣刀。 残余量铣削工序：圆刀片铣刀、球头立铣刀、直立铣刀。 经过选择专门刀具尺寸、槽形和牌号组合，和切削参数和适宜铣削策略，来优化切削工艺，这很关键。 相关可使用高生产率刀具，见模具制造用样本C-1102:17) 在切削工艺中有没有一个最关键原因？ 切削过程中一个最关键目标是在每一个工序中为每一个刀具创建均匀分布加工余量。 这就是说，必需使用不一样直径刀具（从大到小），尤其是在粗加工和半精加工工序中。 任何时候关键标准应是在每个工序中和模具最终形状尽可能地相近。 为每一个刀具提供均匀分布加工余量确保了恒定而高生产率和安全切削过程。 当ap/ae（轴向切削深度/径向切削深度）不变时，切削速度和进给率也可恒定地保持在较高水平上。 这么，切削刃上机械作用和工作负载改变就小，所以产生热量和疲惫也少，从而提升了刀具寿命。 假如后面工序是部分半精加工工序，尤其是全部精加工工序，就可进行无人加工或部分无人加工。 恒定材料加工余量也是高速切削应用基础标准。 恒定加工余量另一个有利效应是对机床导轨、球丝杠和主轴轴承不利影响小。8) 为何最常常将圆刀片铣刀作为模具粗加工刀具首选？ 假如使用方肩铣刀进行型腔粗铣削，在半精加工中就要去除大量台阶状切削余量。 这将使切削力发生改变，使刀具弯曲。 其结果是给精加工留下不均匀加工余量，从而影响模具几何精度。 假如使用刀尖强度较弱方肩铣刀（带三角形刀片），就会产生不可估计切削效应。 三角形或菱形刀片还会产生更大径向切削力，而且因为刀片切削刃数量较少，所以她们是经济性较差粗加工刀具。 其次，圆刀片可在多种材料中和各个方向上进行铣削，假如使用它，在相邻刀路之间过渡较平滑，也能够为半精加工留下较小和较均匀加工余量。 圆刀片特征之一是她们产生切屑厚度是可变。 这就使它们可使用比大多数其它刀片更高进给率。 圆刀片主偏角从几乎为零（很浅切削）改变到90度，切削作用很平稳。 在切削最大深度处，主偏角为45度，当沿带外圆直壁仿形切削时，主偏角为90度。 这也说明了为何圆刀片刀具强度大切削负载是逐步增大。 粗加工和半粗加工应该总将圆刀片铣刀，如CoroMill 200（见模具制造样本C-1102:1）作为首选。 在5轴切削中，圆刀片很适合，尤其是它没有任何限制。 经过使用良好编程，圆刀片铣刀在很大程度上可替换球头立铣刀。 跳动量小圆刀片和精磨、正前角和轻切削槽形相结合，也能够用于半精加工和部分精加工工序。9) 什么是有效切削速度（ve）和为何它对高生产率很关键？ 切削中，实际或有效直径上有效切削速度基础计算总是很关键。 因为台面进给量取决于一定切削速度下转速，假如未计算有效速度，台面进给量就会计算错误。 假如在计算切削速度时使用刀具名义直径值（Dc），当切削深度浅时，有效或实际切削速度要比计算速度低得多。如圆刀片CoroMill 200刀具（尤其是在小直径范围）、球头立铣刀、大刀尖圆弧半径立铣刀和CoroMill 390立铣刀之类刀具（这些刀具请参见山特维克可乐满模具制造样本 C-1102:1）。由此，计算得到进给率也低得多，这严重降低了生产率。 更关键是，刀具切削条件低于它能力和推荐应用范围。 当进行3D切削时，切削时直径在改变，它和模具几何形状相关。 此问题一个处理方案是定义模具陡壁区域和几何形状浅零件区域。 假如对每个区域编制专门CAM程序和切削参数，就能够达成良好折中和结果。 10) 对于成功淬硬模具钢铣削来说，关键应用参数有哪些？ 使用高速铣对淬硬模具钢进行精加工时，一个需遵守关键原因是采取浅切削。 切削深度应不超出0.2/0.2 mm（ap/ae：轴向切削深度/径向切削深度）。这是为了避免刀柄/切削刀具过大弯曲和保持所加工模具拥有小公差和高精度。 选择刚性很好夹紧系统和刀具也很关键。 当使用整体硬质合金刀具时，采取有最大关键直径（最大抗弯刚性）刀具很关键。 一条经验法则是，假如将刀具直径提升20，比如从10 mm提升到12 mm，刀具弯曲将减小50。 也能够说，假如将刀具悬伸/伸出部分缩短20，刀具弯曲将减小50。 大直径和锥度刀柄深入提升了刚度。 当使用可转位刀片球头立铣刀（见模具制造样本 C-1102:1）时，假如刀柄用整体硬质合金制造，抗弯刚性能够提升34倍。 当用高速铣对淬硬模具钢进行精加工时，选择专用槽形和牌号也很关键。 选择像TiAlN这么有高热硬度涂层也很关键。11) 什么时候应采取顺铣，什么时候应采取逆铣？关键提议是： 尽可能多使用顺铣。 当切削刃刚进行切削时，在顺铣中，切屑厚度可达成其最大值。 而在逆铣中，为最小值。 通常来说，在逆铣中刀具寿命比在顺铣中短，这是因为在逆铣中产生热量比在顺铣中显著地高。 在逆铣中当切屑厚度从零增加到最大时，因为切削刃受到摩擦比在顺铣中强，所以会产生更多热量。 逆铣中径向力也显著高，这对主轴轴承有不利影响。 在顺铣中，切削刃关键受到是压缩应力，这和逆铣中产生拉力相比，对硬质合金刀片或整体硬质合金刀具影响有利得多。 当然也有例外。 当使用整体硬质合金立铣刀（见模具样本C- 1102:1中刀具）进行侧铣（精加工）时，尤其是在淬硬材料中，逆铣是首选。 这更轻易取得更小公差壁直线度和愈加好90度角。 不一样轴向走刀之间假如有不重合话，接刀痕也很小。 这关键是因为切削力方向。 假如在切削中使用很锋利切削刃，切削力便趋向将刀“拉”向材料。 能够使用逆铣另一个例子是，使用传统手动铣床进行铣削，传统铣床丝杠有较大间隙。 逆铣产生消除间隙切削力，使铣削动作更平稳。12) 仿形铣削还是等高线切削？ 在型腔铣削中，确保顺铣刀具路径成功最好方法是采取等高线铣削路径。 铣刀（比如球头立铣刀，见模具制造样本C-1102:1）外圆沿等高线铣削常常得到高生产率，这是因为在较大刀具直径上，有更多齿在切削。 假如机床主轴转速受到限制，等高线铣削将帮助保持切削速度和进给率。 采取这种刀具路径，工作负载和方向改变也小。 在高速铣应用和淬硬材料加工中，这尤其关键。这是因为假如切削速度和进给量高话，切削刃和切削过程便更轻易受到工作负载和方向改变不利影响，工作负载和方向改变会引发切削力和刀具弯曲改变。 应尽可能避免沿陡壁仿形铣削。 下仿形铣削时，低切削速度下切屑厚度大。 在球头刀中央，还有刃口崩碎危险。 假如控制差，或机床无预读功效，就不能足够快地减速，最轻易在中央发生刃口崩碎危险。 沿陡壁上仿形铣削对切削过程很好部分，这是因为在有利切屑速度下，切屑厚度为其最大值。 为了得到最长刀具寿命，在铣削过程中应使切削刃尽可能长时间地保持连续切削。 假如刀具进入和退出太频繁，刀具寿命会显著缩短。 这会使切削刃上热应力和热疲惫加剧。 在切削区域有均匀和高温度比有大波动对现代硬质合金刀具更有利。 仿形铣削路径常常是逆铣和顺铣混合（之字形），这意味切削中会频繁地吃刀和退刀。 这种刀具路径对模具质量也有不好影响。 每次吃刀意味刀具弯曲，在表面上便有抬起标识。 当刀具退出时，切削力和刀具弯曲减小，在退出部分会有轻微材料“过切削”。13) 为何有铣刀上必需有不一样齿距？ 铣刀是多切削刃刀具，齿数（z）是可改变，有部分原因能够帮助确定用于不一样加工类型齿距或齿数。 材料、工件尺寸、总体稳定性、悬伸尺寸、表面质量要求和可用功率就是和加工相关原因。 和刀含相关原因包含足够每齿进给量、最少同时有两个齿在切削和刀具切屑容量，这些仅是其中一小部分。 铣刀齿距（u）是刀片切削刃上点到下一个切削刃上同一个点距离。 铣刀分为疏、密和超密齿距铣刀，大部分可乐满铣刀全部有这3个选项，见模具制造样本C-1102:1。密齿距是指有较多齿和合适容屑空间，能够以高金属去除率切削。 通常见于铸铁和钢中等负载铣削。 密齿距是通用铣刀首选，推荐用于混合生产。 疏齿距是指在铣刀圆周上有较少齿和有大容屑空间。疏齿距常常见于钢粗加工到精加工，在钢加工中振动对加工结果影响很大。 疏齿距是真正有效问题处理方案，它是长悬伸铣削、低功率机床或其它必需减小切削力应用首选。 超密齿距刀具容屑空间很小，能够使用较高工作台进给。 这些刀具适合于间断铸铁表面切削、铸铁粗加工和钢小余量切削，比如侧铣。 它们也适合于必需保持低切削速度应用。 铣刀还能够有均匀或不等齿距。 后者是指刀具上齿间隔不相等，这也是处理振动问题有效方法。 当存在振动问题时，推荐尽可能采取疏齿不等齿距铣刀。因为刀片少，振动加剧可能性就小。 小刀具直径也可改善这种情况。 应使用能很好适应槽形和牌号组合锋利切削刃和韧性好牌号组合。14) 为了取得最好性能，铣刀应怎样定位？ 切削长度会受到铣刀位置影响。 刀具寿命常常和切削刃必需负担切削长度相关。 定在工件中央铣刀其切削长度短，假如使铣刀在任一方向偏离中心线，切削弧就长。 要记住，切削力是怎样作用，必需达成一个折中。 在刀具定在工件中央情况下，当刀片切削刃进入或退出切削时，径向切削力方向就随之改变。 机床主轴间隙也使振动加剧，造成刀片振动。 经过使刀具偏离中央，就会得到恒定和有利切削力方向。 悬伸越长，克服全部可能振动也就越关键。 伴随科技发展和社会进步，大家对产品性能和质量要求越来越高，从而使数控机床应用已得到一定程度普及，而高性能高效率加工中心也逐步成为社会所需。经过几年加工中心实际应用和教学实践及探索，笔者将自己体会和经验总结出来，期望对广大读者有所启迪。 1 暂停指令 G04X（U）_/P_ 是指刀具暂停时间（进给停止，主轴不停止），地址P或X后数值是暂停时间。X后面数值要带小数点，不然以此数值千分之一计算，以秒（s）为单位，P后面数值 不能带小数点（即整数表示），以毫秒（ms）为单位。 比如，G04 X2.0;或G04 X;暂停2秒 G04 P; 但在一些孔系加工指令中（如G82、G88及G89），为了确保孔底精糙度，当刀具加工至孔底时需有暂停时