《数控技术》第二章(第一、二节)(2-3次课)

夹紧力朝向主要的定位面
夹紧力与工件刚性的关系
夹紧力作用点靠近加工面
斜锲夹紧机构
单螺旋夹紧机构
螺旋压板夹紧机构
偏心夹紧机构
2、工步与走刀路线
加工线路的选择应遵从的原则：
尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率； 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求； 保证零件的工艺要求； 利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作
数控技术
武汉科技大学 机械自动化学院
第二章 数控加工工艺及数学处理
• 数控加工的工艺设计 • 数控加工的工具系统 • 程序编制中的数值计算
第一节数控加工的工艺设计
一、数控工艺特点
1、工艺详细 工艺内容具体、完整。必须详细到每一步走刀和每 一个操作的细节；有完整的加工程序。 2、工序集中 设备刚度大、精度高、刀库容量大、切削参数范围 广、多坐标、多工位，一次装夹中完成多种加工方 法和由粗到精的过程。 3、加工方法特点 用多坐标联动自动控制加工方法，加工质量与生产 效率显著高。
4 3 2 1
可先按图中的方法进行1~4 次粗加工，再精加工成形
。
平面轮廓零件的加工方法汇总 这类零件常用NC铣床加工。在编程时则应注意，为保
证加工平滑，应增加切入和切出程 序段，若平面轮廓为数控 机床所不具备插补功能的 曲线时，则应先采用NC机 床所具备的插补线型（直线、 圆弧）去逼近该零件的轮廓。
对以上三种切削进给路线，经分析和判断后 可知矩形循环进给路线的进给长度总和最短。因 此．在同等条件下，其切削所需时间(不含空行程 )最短， 刀具的损耗最少。
大余量毛坯的阶梯切削进给路线 图4—12所示为车削大 余量工件两种加工路线，图4—12a是错误的阶梯切削路线， 图4－12b按1—5的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正 确的阶梯切削路线，因为在同样背吃刀量的条件下，按图4 －12a的方式加工所剩的余量过多。
个移动轴（X、Y、Z）外，还应作螺旋角（与
R有关），与后倾角（与有关）的 摆动运动。并且还要作相应的附加 j(后倾角）
Z
m4
补偿运动（摆动中心与铣刀的刀位
m3 m2
点不重合）。综上所述，叶面的加
m1
工需要五轴（X、Y、Z、A、B） 联动，这种编程只能利用自动编程 系统。
i (螺旋角）
O Rj
j
几种不同切削进给路线的安排
上图4－11为粗车图4－8所示例零件时几种不 同切削进给路线的安排示意图。其中图4—11a表 示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制 车刀沿着工件轮廓进行进给的路线；图4－11b为 利用其程序循环功能安排的“三角形”进给路线； 图4—11c为利用其矩形循环功能而安排的“矩形” 进给路线。
数控加工流程
加工图样
加工方案
装夹方法
刀具选择
标准夹具
特殊夹具
标准刀具
特殊刀具
加工中心数据表
设计加工程序
刀具对刀
编制程序表
试运行、试切削
程序输入
工件毛坯
数控机床
加工零件
二、工序划分与机床选用
1、工序集中原则 2、零件数控加工与普通加工工序的划分 下列情况应考虑插入普通机床加工工序： ①铸、锻件毛坯的预加工； ②粗定位基准的预加工； ③数控加工难以完成的个别或次要部位； ④大型、复杂零件中的简单表面； 3、数控加工部位的工序划分 ①车间的机床不能满足一个零件的全部加工部位；批量 较大时，可分散在几台数控机床上加工； ②粗加工的热变形或力变形较大时，粗精加工分开；
是相同的。以数控铣床夹具为例，
下图2—1所示为在数控铣床上铣连杆槽夹具。 该夹具靠工作台T形槽和夹具体上定位键9确定其 在数控铣床上的位置，用T形螺钉紧固。加工时， 工件在夹具中的正确位置靠夹具体1的上平面、 圆柱销11和菱形销10保证。夹紧时，转动螺母7， 压下压板2，压板2一端压着夹具体，另一端压紧 工件，保证工件的正确位置不变。
连杆铣槽夹具结构
数控机床夹具由以下儿部分组成： 定位装置：定位装置是由定位元件及其组合而构 成，用于确定工件在夹具中的正确位置不变。 夹紧装置：用于保证工件在夹具中的既定位置， 使其外力作用下不致产生移动。它包括夹紧元件、 传动装置及动力装置等。如图2－l中的压板2、螺 母3和7、垫圈4利5、螺栓6及弹簧8等元件组成的 装置就是夹紧装置。 夹具体：用于连接夹具各元件及装置，使其成为 一个整体的基础件，以保证夹具的精度和刚度。 其它元件及装置：如定位键、操作件和分度装置， 以及标准化连接元件等。)
行切法示意图
下左图为两轴联动三坐标行切法加工的刀心 轨迹与切削点轨迹示意图：
刀心轨迹 是一条平面曲线，曲面曲率变化时，
会导致球头刀与曲面切削点的位置改变，切削点 的连线是一条空间折线，在曲面上形成扭曲的残 留沟纹。 （2）三坐标联动加工
X、Y、Z三轴同时插补联动，应使球头刀与 曲面的切削点总是处在平面曲线ab上，获得规则 的残留沟纹。刀心轨迹是一条空间折线。
BY
A
X
外圆表面的加工方案
外圆表面的加工方法主要是车削和磨削。当表面 粗糙度要求较小时，还要经光整加工。
若采用三座标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低
，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱
铣刀周边切削方式在四轴联 动机床上进行加工。由
O1 Z
于计算较复杂，故一般
采用自动编程。
O2
五轴联动加工
船用螺旋桨是五座标联动加工的典型零件之一。由于
其曲率半径较大，一般采用端铣刀进行加工，为了保证端
铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三
径向切入 切向切入
Y
Z
刀具运动轨迹
工件轮廓
R50 f20
C
X R30 R20
铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刀切削。
刀具切入零件时，应避免沿零件外轮廓的法向切入，以避 免在切入处产生刀具的刻痕，而应沿切削起始点延伸线(图 5—14a)或切线方向(图5—14b)逐渐切人工件，保证零件曲 线的平滑过渡。同样，在切离工件时，也应避免在切削终 点处直接抬刀，要沿着切削终点延伸线(图5—14a)或切线 方向(图5－14b)逐渐切离工件。
上图2－3所示的长方形工件，底面A放置在不 在同一直线上的三个支承上，限制了工件的Z(直线)、 X（旋转）、Y（旋转）三个自由度；工件侧面紧靠 在沿长度方向布置的两个支承点上，限制了X(直线)、 Z（旋转）两个自由度；端面C紧靠在一个支承点上， 限制了Y(直线)自由度。
上图2—4所示为盘状工件的六点定位情况。平 面放在三个支承点上，限制了Z(直线)、X（旋转） 、Y（旋转）三个自由度；圆柱面靠在侧面的两个 支承点上，限制了X(直线)、Y(直线)两个自由度； 在槽的侧面放置一个支承点，限制了Z(旋转)自由度 。
③程序过长、可能超过系统内存容量或一个工作班，或 一个加工面的中途刀具磨损失效，此时按刀具或加工表 面划分工序。
4、机床的选用 ①对不太复杂、尺寸不大的孔系加工，用数控钻 床；
②对四面体（多工位）并有平面的复杂孔系零件， 选用卧式加工中心；对单面的孔系或曲面的板件 与端面凸轮等，选用立式加工中心（价格为卧式 的1/2~1/3）; ③按需选择机床的高档型、普通型、经济型，对 高档型，为保持其精度应控制使用；
➢ 孔类加工（钻孔、镗孔） 原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减 少空行程：
b a n个
红线长 = b + 2(n -1)a +切入/出段 黄线长 =（n -1)(a + b) +切入/出段
点位加工路线示例
车削或铣削
原则： 尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于 切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。
第 二 道 工 序 ( 见 图 4 － 7c) ， 用 12mm 外 圆 及 20mm 端 面 装 夹 ， 工 序 内 容 有 ： 先 车 削 包 络 SR7mm球 面的 30º 圆锥 面 ， 然后 对 全 部圆 弧 表 面 半精车(留少量的精车余量)，最后换精车刀将全部 圆弧表面一刀精车成型。
根据数控车床加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削 法，改用依次从轴向和径向进刀，顺工件毛坯轮廓进给的路 线。
旋转体类零件的加工方法汇总
这类零件常用数控车床或数控磨床来加工，特别 是在车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大 且不均匀，因此在编程中，粗车的加工线路是主要要 考虑的问题。
先用直线程序进行粗加工， 再按零件轮廓进行精加工
两轴半和三轴联动的对比
O1 Z
O2
直纹扭曲面四轴联动加工
（3）四坐标加工 零件侧面为直纹扭曲面。采用圆柱铣刀周边
铣削。除三个直角坐标轴运动外，为保证刀具与 工件型面在全长始终贴合，刀具还应绕O1（ O2） 作摆角联动。
三、工序设计
1、零件的装夹与夹具 机床夹具的组成：
虽然机床夹具种类很多，但它们的基本组成
④根据曲面形状、精度与生产率选用不同坐标轴 数的机床。
5、曲面加工与坐标轴数的选用 对于母线为任意曲线的平面轮廓和立体曲面
的加工，数控系统仅有直线和圆弧插补功能，可
用多个微小的直线段与圆弧段取逼近。逼近误差 一般取零件公差的1/5－1/10。 （1）两坐标联动的三坐标行切法加工
X、Y、Z三轴中任意2 两轴作插补联动，第三 轴作单独的周期进刀，常称二轴半或2 ½坐标联 动。下图中将X向分成若干段，圆头铣刀沿YZ面 所截的曲面铣削，是一个个狭截面的加工，称 “行切法”。
空间轮廓表面的加工方法汇总 空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机
床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不 同加工方法。
三轴两联动加工-----“行切法”
以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（
轴）作周期性进给。这时一般采用球
头或指状铣刀，在可能的条件