1、 第5章 加工程序编制基础 第5章 加工程序编制基础 主要内容n 概述n 数控机床坐标系n 手工编程的基础知识 n 数控加工工艺设计 n 手工编程中的数值计算 n 数控加工工艺文件的编写 n 自动编程 的概念5.1 概述在数控机床加工前，需要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等编入加工程序，因而要求程序设计人员具有切削加工等多方面的知识基础。数控加工技术不仅涉及数控加工设备，还涉及数控加工工艺、工装和加工过程的自动控制等。5.1 概述合格的程序员不仅应对数控机床的性能、特点、切削范围和标准刀具系统等有较全面的了解，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案，进行工艺设
2、计，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程以及正确、合理地编制零件的加工程序，再好的数控加工设备也难以发挥其所长。图5-1描述了零件数控加工的基本过程。5.1 概述数控加工工艺是使用数控机床进行零件加工的一种工艺方法。数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用方法和手段的总和。一般来说，数控加工工艺主要包括以下几方面的内容：数控加工的合理性分析，选择并确定数控加工的内容；对零件图进行的数控加工工艺分析；进行数控加工的工艺设计；根据编程的需要，对零件图形进行数学处理；编写零件的加工程序单；加工程序的校验与修改；首件试加工与现场问题处理；数控加工工艺技术文件的完善与归档。5.2 数控机床坐标
3、系n 机床坐标系n 工件坐标系n 机床原点与参考点 5.2 数控机床坐标系 5.2.1 机床坐标系为了确定机床的运动方向、移动的距离，要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就是标准坐标系，也叫机床坐标系。为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名，国际标准化组织制订了统一的标准，我国机械工业部颁布了JB3051-82数字控制机床坐标和运动方向的命名（1）坐标和运动方向命名的原则n永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动，即假定工件静止原则。n机床运动部件方向的规定：运动正方向是增大刀具和工件距离的方向，即刀具远离原则。（2）坐标系的规定1）数控机床的每个进给轴定义为坐标系中的一个
4、坐标轴；2）数控机床坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统。基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。坐标轴相互关系：由右手定则决定。回转座标：绕X.Y.Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。（3）运动方向的确定n z坐标的运动n x坐标的运动n y坐标的运动n A.B.C旋转运动（3）运动方向的确定 1）Z 坐标的运动位置：由传递切削动力的主轴所规定，始终与主轴平行的坐标被规定为Z坐标轴。正方向：刀具远离工件的方向为Z轴的正向。主轴带动零件回转：(如车床、磨床)主轴带动刀具回转：(如立式铣床、卧式铣床)（3）运动方向的确定 2）X 坐标的运动位置：平行
5、于工件的装夹表面，是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对于主轴带动工件旋转机床，X轴在工件的径向水平面内，且平行于横向滑板；对于主轴带动刀具旋转机床，平行于工件装夹面（长轴方向）。正方向：工件旋转刀具远离工件为X轴的正方向。（如卧式车床）刀具旋转主轴垂直，面向立柱选定主轴右侧为X正方向。（如立式铣床）主轴水平，面对主轴选定主轴左侧为X正方向。（如卧式铣床）（3）运动方向的确定 ）坐标的运动通过已知的Z轴、X轴的方向，根据右手笛卡儿原则确定。（3）运动方向的确定 4）转动 坐标绕X.Y.Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A.B.C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。注意：移动轴和转动轴的对应关
6、系 XA YB ZC 5.2 数控机床坐标系 5.2.2 工件坐标系 是编程人员在编程时根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系，又称编程坐标系。确定时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。5.2 数控机床坐标系 5.2.3 参考点参考点是一个固定的或任意选择的位置，它可以在机床上，也可以在刀具或工件上。固定参考点是生产或调试过程中设定的沿两根或更多轴的精确位置，另一些参考点是程序员在编程中确定的。机床上的参考点机床零点或原点。工件上的参考点程序原点或工件原点。5.2 数控机床坐标系 5.2.3 参考点（1）机床上的参考点 参考点是一个固定的或任意选择的位置，它可以在机床上，也可以在刀具或工件上
7、。固定参考点是生产或调试过程中设定的沿两根或更多轴的精确位置，另一些参考点是程序员在编程中确定的。机床上的参考点机床零点或原点。工件上的参考点程序原点或工件原点。5.2 数控机床坐标系 5.2.3 参考点（1）机床上的参考点 机床参考点为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个固定的参考点（测量起点）。通常该点是刀具退离到一个固定不变的极限点，其位置由机械挡块或行程开关来确定。数控车床的机床参考点数控车床的机床参考点机床原点机床坐标系参考点5.2 数控机床坐标系 5.2.3 参考点（1）机床上的参考点n机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，有的厂家的机床也
8、可以通过参数指定机床参考点到机床零点的距离。n数控装置上电时并不知道机床零点，每个坐标轴的机械行程是由最大和最小限位开关来限定的。机床起动时通常要进行机动或手动回参考点以建立机床坐标系。n机床回到了参考点位置，也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC 就建立起了机床坐标系。5.2 数控机床坐标系 5.2.3 参考点（2）工件上的参考点工件上的参考点程序原点或工件原点程序原点编程人员选择工件上的某一已知点为工件坐标系的原点，即编程原点又称程序原点、工件原点或工件零点。5.2 数控机床坐标系 5.2.3 参考点（2）工件上的参考点工件坐标系原点选择时应注意以下几点 编程原点应选
9、在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，减少错误；编程原点尽量选在精度较高的加工表面，以提高被加工零件的加工精度；对于对称的零件，工件编程原点应设在对称中心上；对于一般编程原点，通常设在工件外廓的某一角上；Z轴方向上的编程原点，一般设在工件表面。+Z卧式数控车床卧式数控车床X+Y+Z+X卧式数控车床的坐标系图 +Z+X+Y+Z+X+Y立式数控铣床的坐标系图立式数控铣床的坐标系图立式数控铣床立式数控铣床卧式数控铣床卧式数控铣床Z+X+Y+Y+Z+XZ 5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.1 加工程序编制的基本概念 5.3.2 手工编程的方法及步骤 5.3.3 加工程序的结构与格式 5.3
10、.4 加工程序指令代码 5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.1 加工程序编制的基本概念1）加工程序编制 所谓加工程序编制就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移量等信息用数控语言记录在程序单上，并经校核的全过程。2）加工程序编制的方法 主要分为手工编程与自动编程两种 5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.1 加工程序编制的基本概念手工编程 手工编程是指从零件图分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、直到程序校核等各步骤的数控编程工作均由人工完成的全过程。适用：手工编程适合于编写进行点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工程序，以及程序坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实
11、现的场合。特点：这种方法比较简单，容易掌握，适应性较强。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.1 加工程序编制的基本概念 自动编程 自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下，自动生成加工程序的过程。适用：对于形状复杂，具有非圆曲线轮廓、三维曲面等零件编写加工程序，采用自动编程方法效率高，可靠性好。特点：其特点是采用简单、通用的语言对加工对象的几何形状、加工工艺、切削参数及辅助信息等内容按规则进行描述，再由计算机自动地进行数值计算、刀具中心运动轨迹计算、后置处理，产生零件加工程序单，还可对加工过程进行模拟。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.2 手工编程的方法与步骤手工编程的主要内容有
12、：分析零件图确定工艺过程、数值计算、编写加工程序、校对程序及首件试切。手工编写加工程序流程参见图5-1所示。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3 加工程序的结构与格式（1）加工程序结构一个完整的加工程序必须由程序开始部分、若干个程序段和程序结束部分组成。O 0123 程序名N01 G92 X40 Y30;程序内容N02 G90 G00 X28 T01 S800 M03 ;程序内容N03 G01 X-8 Y8 F200;程序内容N04 X0 Y0 ;程序内容N05 X28 Y30;程序内容N06 G00 X40;程序内容N07 M02;程序结束符5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3
13、加工程序的结构与格式（1）加工程序结构 1）程序段程序段是代码格式编程的基本单位，程序被执行时程序段通常可指令数控机床完成一个动作。一个程序段是由一个或若干个指令“字”组成，指令代表某一信息单元；一个指令“字”由地址符和数字（包括正/负号）组成，它代表机床的一个位置或一个动作；每个程序段结束处应有程序段结束标志符，表示该程序段的结束。2）字符字符是数控系统能进行存储或传送的记号。常规加工程序用的字符分四类：文字，即大写的26个英文字母；数字和小数点，即09共10个阿拉伯数字和小数点；符号，即正号（）和负号（）；功能字符，即程序开始（结束）符、程序段结束符、跳步符、机床控制暂停符和机床控制恢复符
14、等。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3 加工程序的结构与格式（1）加工程序结构5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3 加工程序的结构与格式（1）加工程序结构 3）程序字的结构与功能 程序字的结构 字是程序字的简称，在这里它是机床数字控制的专用术语。字是由地址以及该地址后面的符号和若干位数字组成，字作为一个信息单元存储、传递和操作；例如X35就是一个“字”。这个英文字母称为地址字符。地址字符与后续数字之间可加正、负号，正号可以省略。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3 加工程序的结构与格式（1）加工程序结构 3）程序字的结构与功能 程序字的功能 程序字按其功能的不同分为不同的功
15、能字类型，它们分别称为顺序号字、准备功能字、尺寸字、进给功能字、主轴转速功能字、刀具功能字和辅助功能字等。n应当注意，不同的系统，其所用的地址字符及其定义不尽相同。n常用地址字符及其含义如表5-1所示。表5-1 常用地址字符中英文字母的含义表 地址地址功能功能含义含义地址地址功能功能含义含义A坐标字绕X轴旋转N顺序号程序段顺序号B坐标字绕Y轴旋转O程序号程序号、子程序号的指定C坐标字绕Z轴旋转P暂停时间或程序中某功能中开始使用的顺序号D补偿号刀具半径补偿指令Q固定循环终止段号或固定循环中的定距离E第二进给功能R坐标字圆弧半径的指定或固定循环中指定距离F进给功能进给速度指令S主轴功能主轴转速的指
16、定G准备功能指令动作方式T刀具功能刀具编号的指定H补偿号长度补偿号指定U坐标字与X轴平行的附加轴或增量坐标值I坐标字圆弧中心X轴向坐标矢量V坐标字与Y轴平行的附加轴或增量坐标值J坐标字圆弧中心Y轴向坐标矢量W坐标字与Z轴平行的附加轴或增量坐标值K坐标字圆弧中心Z轴向坐标矢量X坐标字X轴的坐标值或暂停时间L重复次数固定循环及子程序的重复次数Y坐标字Y轴的坐标值M辅助功能机床开/关指令Z坐标字Z轴的坐标值5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3 加工程序的结构与格式（1）加工程序结构 4）程序名程序名由程序名地址符和程序的编号（或程序的名称）组成，程序名必须放在程序的开头位置。对每一个完整的独立
17、加工程序必须要进行命名（编号），以便区别于其它程序，供操作者在数控机床程序存储器的程序目录中查找、调用。不同的数控系统，程序名地址符也有所差别。FANUC系列数控系统中，程序名地址是用英文“O”表示；SIEMENS系列数控系统中，程序名地址是用符号“”表示；还有些数控系统程序名地址符为“P”等。程序名一定要根据系统的规定编写，否则程序无法被运行。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3 加工程序的结构与格式（1）加工程序结构 5）子程序加工程序可分为主程序和子程序。当在一个加工程序中的若干位置上有连续若干段程序在写法及格式上完全相同的内容，为了简化编程，可将这些重复出现的程序段单独提取出来，
18、并按一定的格式编写，这样的程序称为子程序。子程序的编写格式与主程序完全相同。子程序的应用范围：工件上有若干个相同的轮廓形状。加工中经常出现或具有相同的加工路线轨迹。某一个轮廓或形状需要分层加工。独立的加工工步。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3 加工程序的结构与格式（2）程序段格式程序段格式是指令字在程序段中的书写方式和排列的顺序，以及每一个程序段的长度限制和规定。数控系统的种类较多，它们的指令代码并不完全统一，不同数控系统往往有不同的程序段格式。在具体编制某一型号机床的程序时，若程序格式不符合规定，数控系统就会报警，停止运行。目前广泛采用的是使用地址符的可变程序段格式。国际上采用的是
19、ISO 10561975E标准，我国制定了与该标准等效的JB/T32081999标准。N-G-X-Y-Z-F-S-T-M-;N-G-X-Y-Z-F-S-T-M-;()程程序序段段号号字字准准备备功功能能字字辅辅助助功功能能字字程程序序段段结结束束符符尺寸字尺寸字进进给给功功能能字字主主轴轴功功能能字字刀刀具具功功能能字字注注释释字地址程序段的一般格式：5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.3 加工程序的结构与格式（2）程序段格式格式特点 程序段的长短、字数、和字长（位数）都是可变的;字的排列顺序没有严格要求;续效字可以不写；多重字地址；程序段号用来表示程序执行的顺序。序号可以自由排列，但不能
20、重复。中间跳过、在重要程序段上加段号或每个程序段加上段号都可以。程序段号前标注“/”，根据操作员的选择通过面板设置，可以跳过。程序段的末尾必须有一个程序段结束符号，不同的系统程序结束符号可能不同，例：FANUC是分号“；”。注释用以对程序段加工内容进行说明，可作为对操作者的提示显示在屏幕。可以省略。注释信息须用括号括起来（ISO格式）。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.4 加工程序指令代码（1）程序段号（简称顺序号）程序段号位于程序段之首，它的地址符是N，后续数字通常是N1N9999。程序段号可以用在主程序、子程序和宏程序中。在数控加工中的顺序号实际上是程序段的名称。程序段号的作用：第一
21、，在加工轨迹图的几何基点处标上相应程序段序号，可以直观地检查加工程序；第二，可作为加工程序中条件转向的目标；第三，可用于对加工程序的校对和检索；第四，标注了程序段号，当发生程序语法等错误时，数控系统可以提示存在语法问题的程序段位置，第五，在编辑方式和自动运行中供检索目标用，等等。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.4 加工程序指令代码（2）准备功能字G Gn准备功能字的地址符是G，又称G功能或G指令。它是建立机床或控制数控系统工作方式的一种命令，一般用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿和坐标偏置等多种加工操作，以及厂家自定义的多种固定循环指令和宏指
22、令调用等。n它由地址符G及其后的两位数字或三位数字组成。G功能指令的定义我国已有行业标准。表5-3是我国JB/T32081999标准G指令的功能定义表。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.4 加工程序指令代码（3）主轴转速功能字S S n主轴转速功能字的地址符是S，所以又称S功能或S指令。它由主轴转速地址符S及数字组成，数字表示主轴转数，其单位按系统说明书的规定。现在一般数控系统主轴已采用主轴控制单元，能使用直接指定方式，即可用地址符S的后续数字直接指定主轴转数。例如，若要求1200 r/min，则编程指令为S1200。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.4 加工程序指令代码（4）进给
23、功能字F Fn它由进给地址符F及数字组成，数字表示切削时所指定的刀具中心（车床是假想刀尖点）运动的速度。即可用地址符F的后续数字直接指定进给速度。对于车床系统，可分为每分钟进给和主轴每转进给两种方式，一般分别用G94、G95指定；对于铣床系统，一般只用每分钟进给方式表示。选择何种进给速度，与实际加工的工件材料、刀具及工艺要求有关。作为切削用量三要素之一，能否合理地选择进给速度对加工的质量、效率影响很大。nF地址在螺纹切削程序段中用于指定螺纹导程。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.4 加工程序指令代码（5）刀具功能字T Tn它用以指定切削时使用的刀具的刀号及刀具自动补偿时的组号。其自动补偿
24、的内容有：刀具对刀后的刀位偏差、刀具长度及刀具半径补偿。n在编程中，其指令格式因数控系统不同而异。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.4 加工程序指令代码（6）辅助功能字M Mn它由辅助功能地址符M和两位数字组成，主要用于指定数控程序停止、主轴启动及顺和逆、主轴停止、换刀、程序结束并返回、冷却液开与关，以及各种进给操作时的辅助动作及其状态。n辅助功能指令也有M00M99，共计100种，我国JB/T32081999标准M指令的功能定义见表5-4。5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.4 加工程序指令代码（7）坐标字坐标字在程序段中主要用来指令机床上刀具运动到达的坐标位置，表示暂停时间功能等
25、也列入其中。它由坐标地址符及数字组成，且按一定的顺序进行排列。各坐标轴的地址符按下列顺序排列：X、Y、Z、U、V、W、Q、R、A、B、C、D、E 5.3 手工零件编程的基础知识 5.3.4 加工程序指令代码（8）程序段结束标志符n在程序段的最后一个有用的字符之后应有结束标志符表示程序段的结束。用EIA标准代码时，结束符为“CR”；用ISO标准代码时，结束符为“LF”。书面符号无规定时，可用符号“；”或“*”表示，或不书写任何符号。在编写程序单时可选择不书写程序段结束符号，当手工输入程序换行时，CNC系统会自动加上，数控系统的显示屏幕上可以看到。5.4 数控加工工艺设计n 数控加工工艺分析n 数
26、控加工工艺的设计 5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析数控加工工艺分析主要包括以下几个方面内容 n数控加工的工艺合理性分析n数控机床的选择 n零件图工艺性分析n零件加工条件分析与确定零件毛坯n选择定位基准、拟定零件加工工艺路线 5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（1）数控加工的工艺合理性分析对于某个零件来说，并非全部加工工艺内容都适合在数控机床上完成。形状复杂，加工精度要求高，通用机床无法加工或虽然能加工，但质量难以保证的零件；用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件；必须在一次装夹中合并完成铣
27、（车）、镗、钻、铰或攻螺纹等多工序加工的零件；在通用机床上加工效率低、工人手工操 5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（2）数控机床的选择 数控机床的种类繁多，不同类型的数控机床的使用范围都有一定的局限性。所以，不同零件需要选择适宜的机床才能够完成加工。5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（3）零件图工艺性分析 通过认真分析与研究产品的零件图和装配图，了解零件在产品中的作用、位置和装配关系，搞清各项技术要求对装配质量和使用性能的影响，然后对零件图进行分析，找出主要的、关键的技术要求。5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（3）零件图工艺性分析
28、 1)加工精度及技术要求分析给定的加工精度、表面粗糙度及技术要求是否合理；本工序所使用的数控机床的实际加工精度能否达到零件图要求。若达不到，需要采取其它工艺措施进行弥补时，应给后续工序留有加工余量；找出零件图上有位置精度要求的表面，这些表面能否在一次安装中完成加工。5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（3）零件图工艺性分析 2)零件轮廓几何要素分析在分析零件图时，要分析零件图中几何要素的给定条件是否完整、准确。在手工编程时，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系，计算出每个基点坐标值。有时零件在设计过程中考虑不周，会出现给出参数不全或不清楚、给出的
29、构成加工轮廓的条件不充分的情况，也可能是零件图尺寸标注不完整，甚至有自相矛盾之处。例如图5-3所示的圆弧与斜线的关系要求为相切，但经计算后却为相交关系，而并非相切。图中描述的一些几何关系不确切，无法理解所标注的尺寸。如图5-4所示，零件图上给定几何条件自相矛盾，其给出的各段长度之和不等于其总长。所以，在审查与分析零件图时，一定要仔细认真，发现问题后及时找设计人员协商解决。5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（3）零件图工艺性分析 3)零件图中尺寸标注分析零件图中的尺寸标注数据应符合数控加工编程的特点。在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此，在零件
30、图中最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准标注尺寸。这种标注法，既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计、工艺、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（3）零件图工艺性分析 3)零件零件结构的工艺性分析零件结构的工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下加工制造的可行性和经济性。零件的结构工艺性分析是指分析零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型。在数控机床上加工零件时，应根据数控机床的特点，认真审视零件结构的合理性。例例如图5-5所示零件，在数控机床加工中需要三把不同宽度的切槽刀具或使用一把切槽刀具多次
31、进行切削来完成切槽工作。如无特殊需要时，这显然是不合理的。若改成图5-6所示结构，只需一把切槽刀即可切出三个槽。这样即减少了刀具数量，少占了刀架刀位，又节省了加工中的运行和换刀时间。当然，这种改动的前提条件是不影响使用或装配 5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（4）零件加工条件分析与确定零件毛坯 零件的加工条件与零件的毛坯选择是密不可分的。在进行工艺分析时应根据被加工零件的材料、结构形状、生产条件、机床特点等因素，综合分析和选择被加工零件的毛坯类型与制造方法。零件毛坯选择的合理与否将直接影响零件的加工质量、生产率、材料消耗和加工成本。毛坯类型一般包括：型材、铸件、锻件、冲压
32、件、挤压件、粉末冶金件和焊接件等，而同一类毛坯又有不同的制造方法。5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（4）零件加工条件分析与确定零件毛坯 分析加工工艺方案时，应对零件加工条件有充分的了解和分析，区分不同的加工条件，才能更切合实际地确定加工工艺参数。表5-5中给出的加工条件仅仅是一个大致地划分。加工条件加工条件车车 削削铣铣 削削良好的加工条件连续切削，较高的切削速度，预加工表面或轻度铸锻硬皮，工件装夹安全稳固切深25%，刀具悬伸2倍直径，连续加工，预加工表面一般的加工条件半精加工的轻负荷的断续切削，中等切削速度，铸造和锻造毛坯，工件装夹良好切深50%，刀具悬伸3倍直径，每转
33、12次断续切削，表面有轻度铸锻硬皮不好的加工条件断续切削或重负荷粗加工，低切削速度，工件表面是厚而难切削的铸锻硬皮，工件装夹稳固性较差切深75%，刀具悬伸3倍直径，有2次断续切削，表面有轻度铸锻硬皮 5.4 数控加工工艺设计 5.4.1 数控加工工艺分析（5）选择定位基准、拟定零件加工工艺路线数控加工应采用统一的基准定位。在数控加工中，加工工序往往较集中，可对零件进行双面、多面的顺序加工，所以用同一基准定位十分必要，否则很难保证两次安装加工后两个面上的轮廓位置以及尺寸协调。数控机床上使用的定位基准应在前面普通机床或数控加工工序中加工完成，这样容易保证各个工序加工表面相互之间的精度关系。5.4
34、数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计n零件数控加工方案的确定过程，也就是数控加工工艺的设计过程。n其主要内容有：确定各工序的工艺路线（加工顺序）和具体内容；确定加工中所使用的装夹方案，如果需要设计专用夹具，则应编写设计任务书；确定各工序的加工余量，计算工序尺寸与公差；选择加工刀具、确定切削用量；确定走刀路线、确定对刀点、换刀点；刀具的补偿；计算加工的工时定额。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计n 数控加工工艺路线的设计n 加工夹县的选择n 定位基准选择n 对刀点与换刀点的确定n 走刀路线的确定n 加工余量的确定 5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设
35、计（1）数控加工工艺路线的设计工艺路线设计中需要解决的主要问题包括：表面加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序的安排以及工序的合理组合等。根据数控机床加工的特点，可以考虑以下几点：表面加工方法的选择加工阶段的划分加工工序的划分加工工步的划分 数控加工工序与普通工序的衔接 5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（1）数控加工工艺路线的设计 1）表面加工方法的选择 设计工艺路线时，首先要确定零件上各加工表面的加工方法。机械零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面、曲面或成形面等基本表面构成的。每一种表面都有多种加工方法，具体选择时，应根据零件的加工精度、表
36、面粗糙度、结构形状、尺寸及生产类型等因素选择相应的加工方法。表5-6表5-8中的数据是实践中得出的不同加工方法的经济加工精度。表5-6 外圆表面的加工路线及经济加工精度和表面粗糙度加工方案加工方案经济精度经济精度IT表面粗糙度表面粗糙度Ra（um）适用范围适用范围粗车粗车半精车粗车半精车精车1113897820806.312.51.63.2除淬火钢以外的金属材料粗车半精车磨削粗车半精车粗磨精磨粗车半精车粗磨精磨超精磨786750.81.60.160.80.020.16主要用于淬火钢粗车半精车精车金刚石车670.050.63有色金属粗车半精车粗磨精磨镜面磨粗车半精车精车精磨研磨粗车半精车精车精磨
37、抛光5550.010.04主要用于高精度钢件表5-7 内孔表面的加工路线及经济加工精度和表面粗糙度 加工方案加工方案经济精度经济精度IT表面粗糙度表面粗糙度Ra（um）适用范围适用范围钻钻扩钻（扩）铰钻（扩）粗铰精铰钻（扩）粗铰精铰珩磨11121011897672012.5253.26.31.63.20.040.32加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可以用于加工有色金属钻（扩）拉钻（扩）拉珩磨79670.41.60.040.32大批大量生产粗镗（扩）粗镗（扩）半精镗粗镗（扩）半精镗精镗粗镗（扩）半精镗精镗浮动镗111289786712.5253.26.31.63.20.81.6除淬火钢以外的各种
38、钢材，毛坯上已铸出孔粗镗（扩）半精镗磨粗镗（扩）半精镗粗磨精磨78670.321.60.160.32主要用于淬火钢粗镗半精镗精镗金刚镗670.080.8主要用于有色金属表5-8 平面的加工路线及经济加工精度和表面粗糙度 加工方案加工方案经济精度经济精度IT表面粗糙度表面粗糙度Ra（um）适用范围适用范围粗车粗车半精车粗车半精车精车粗车半精车精车磨111389786206.312.51.63.20.321.25适用于端面加工粗刨（粗铣）粗刨（粗铣）精刨（精铣）粗刨（粗铣）精刨（精铣）刮研1113796720803.212.50.161.25适用于不淬硬的平面批量大时粗刨（粗铣）精刨（精铣）磨粗刨
39、(粗铣)精刨(精铣)粗磨精磨7670.321.60.040.8适用于精度要求较高的平面粗铣精铣磨研磨粗铣精铣磨研磨抛光5650.010.320.010.16高精度平面 5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计 （1）数控加工工艺路线的设计 2）加工阶段的划分 数控机床的加工阶段可以划分为：粗加工阶段 高效地去除各表面上的大部分余量，使毛坯的形状和尺寸接近成品零件。半精加工阶段 降低粗加工时产生的误差，使工件达到一定精度，为精加工做好准备，并完成一些次要表面（如钻孔、攻丝、铣键槽等）的加工。精加工阶段 使各主要加工表面达到设计零件图规定的精度要求。光整加工阶段 其主要任务是降低表面
40、粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计 （1）数控加工工艺路线的设计 3）加工工序的划分加工工序划分一般采用两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。根据数控加工的特点，数控加工机床一般采用按工序集中原则划分工序。工序划分方法：按定位方式划分工序 按所用刀具划分工序 按粗、精加工划分工序 按加工部位划分工序 5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计 （1）数控加工工艺路线的设计 4）加工工步的划分加工工步的划分是指对零件加工顺序的安排。零件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需要来考虑。数控机床加
41、工顺序的安排原则一般是：基面先行原则 先粗后精原则 先主后次原则 先面后孔原则 先近后远原则 内外交叉原则 5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（2）加工夹具的选择根据数控机床加工的特点，在选择夹具与夹紧方案时应注意以下几点：当工件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。力求设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一，要能协调零件与机床坐标系的尺寸关系。要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定，即使在程序原点与工件的对刀点相重合的场合，也要求对工件在机床坐标轴线上的角度进行准确调整。尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹
42、后就能加工出全部待加工表面。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（2）加工夹具的选择根据数控机床加工的特点，在选择夹具与夹紧方案时应注意以下几点：夹具要开敞，必须给刀具运动留出足够的运行空间，其定位、夹紧机构元件不能影响各部位的加工、更换刀具以及测量。尤其要注意不要在刀具与工件、刀具与夹具之间发生干涉。夹具必须保证工件最小的夹紧变形。夹紧力应力求靠近主要支撑点，并靠近切削部位及刚性好的地方。夹具要有足够的刚性，避免出现受力后变形和自激振动的情况。零件的装夹和定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工尺寸的一致性。夹具装卸必须方便，以缩短准备时间。5.4
43、数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（3）定位基准的选择n所谓基准就是零件上用来确定其它点、线、面的点、线和面。基准的类型分为设计基准和工艺基准。n工艺基准按其用途的不同又分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。n定位基准是加工时工件定位所用的基准，它是工件上与定位支承直接接触的一个具体表面，是某工序直接获得加工尺寸的起点。n定位基准又分为粗定位基准和精定位基准，粗定位基准是在加工过程的最初工序中用于工件定位的未经加工的毛坯面，精定位基准是在加工中用于工件定位的已经过加工的工件表面。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（3）定位基准的选择 1）粗定位基准的选择原
44、则选择粗定位基准主要考虑两点：一是合理分配各加工表面的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置关系。具体选择时应参考下列原则：相互位置要求原则 选取与加工表面相互位置精度要求较高的不加工表面作为粗定位基准，以保证不加工表面与加工表面的位置要求。如图5-9a)所示。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（3）定位基准的选择 1）粗定位基准的选择原则选择粗定位基准主要考虑两点：一是合理分配各加工表面的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置关系。具体选择时应参考下列原则：重要表面原则若需保证某一重要表面的加工余量小而均匀，应选该表面为粗定位基准。如图5-9b)所示，
45、该零件有3个不加工表面，若表面3与表面2所组成的壁厚均匀度要求较高时，则应选择表面2作为粗定位基准来加工台阶孔。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（3）定位基准的选择 1）粗定位基准的选择原则选择粗定位基准主要考虑两点：一是合理分配各加工表面的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置关系。具体选择时应参考下列原则：加工余量合理分配原则为使毛坯上多个表面的加工余量分配较为均匀，应选择能使其余毛坯面至所选粗定位基准的位置误差得到均分的毛坯面为粗定位基准，如长阶梯轴的轴向粗定位基准应选中间阶梯的端面。在没有要求保证重要表面，且加工余量均匀的情况下，若零件的每个表面都需加工
46、，则应选加工余量小的表面为粗定位基准。如图5-9c)所示，应选择55圆柱面为粗定位基准。粗定位基准的选择举例图图5-9 粗定位基准的选择abc 5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（3）定位基准的选择 1）粗定位基准的选择原则选择粗定位基准主要考虑两点：一是合理分配各加工表面的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置关系。具体选择时应参考下列原则：便于工件装夹原则粗定位基准应尽可能平整、光洁，便于定位、装夹和加工；有飞边、浇口、冒口的表面以及分型面、分模面不应选作粗定位基准。不重复使用原则同一定位自由度方向的粗定位基准一般只允许使用一次。5.4 数控加工工艺设计 5.
47、4.2 数控加工工艺设计（3）定位基准的选择 2）精定位基准的选择原则工艺规程设计时精定位基准的选择应有利于保证工件的加工精度，便于定位、装夹等操作。选择精定位基准时可参考以下诸项原则：基准重合原则 基准统一原则 互为基准原则 自为基准原则 5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（4）对刀点与换刀点的确定 u在工艺设计中，要根据刀具类型和加工路线等因素合理选择对刀点、换刀点。u对刀点就是加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。u选择对刀点的原则可参考如下：对刀点应尽量选在被加工零件的设计基准或工艺基准上。如以孔定位的零件，可将孔的中心作为对刀点，以提高零件的加工精度；对刀点应选在
48、便于观察和检测，对刀方便的位置上；对于使用了绝对位置检测器的数控机床，对刀点最好选在该坐标系的原点上，或者选在已知坐标值的点上，以便于坐标值的计算和简化程序编制；对刀点可以采用试切法确定，对刀点误差可以通过试切加工的结果进行调整。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（5）走刀路线的确定 走刀路线是指加工过程中刀具（严格说是刀位点）相对于被加工零件的运动轨迹和方向。它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序，而且与零件的加工精度和表面粗糙度密切相关。走刀路线是编写程序的依据之一。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（5）走刀路线的确定 在确定走刀路线时，主要考虑
49、以下几点：使工件表面获得所要求的加工精度和表面粗糙度；应尽量减少进、退刀时间和其它辅助时间，减少空进给时间；选择合理的进、退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切入或进给中停顿以免留下刀痕；尽量使进给路线最短，使程序段数减少，以提高加工效率；为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来；使刀位点数值计算容易，以减少编程工作量；一般先加工外轮廓，再加工内轮廓，先完成对零件刚性影响小的工步，后完成对零件刚性影响大的工步，以免工件刚性不足影响加工精度；要选择工件加工变形尽可能小的路线，对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或按对称去余量法安排走刀
50、路线。5.4 数控加工工艺设计 5.4.2 数控加工工艺设计（6）加工余量的确定 加工余量的计算 影响加工余量的因素 确定加工余量的方法 5.5 数控加工工艺文件的编写 5.5.1 数控加工工艺文件的格式 几种常用的数控加工工艺文件格式如下：1）数控加工编程任务书（厂名）（厂名）数控编程任务书数控编程任务书任务书编号任务书编号零件名称零件名称零件图号零件图号机床型号机床型号数控系统数控系统工序名称工序名称工序号工序号加工内容加工内容填写主要工序说明及对数控加工工序的技术要求编制编制校对校对审核审核 年年 月月 日日共共 页第页第 页页 5.5 数控加工工艺文件的编写 5.5.1 数控加工工艺文
