数控加工技术的发展史

数控加工技术的发展史内容摘要：

面。 GB1804M。 ： 45调质（φ 70 65）。 第 22 页 产品工艺分析 零件 的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。 一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解，这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的产品质量问题，造成无谓的人力、物力等资源的浪费。 全面合 理的 零件 加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。 零件 加工 工艺性分析是数控规划的第一步，在此基础上，方可确定零件数控加工所需的数控机床、加工刀具、工艺装备、切削用量、数控加工工艺路线，从而获得最佳的加工工艺方案，最终满足零件工程图纸和有关技术文件的要求。 零件 的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。 零件图的工艺性分析 对 零件图的分析和研究主要是对零件进行工艺审查，如检查设计图纸的视图、尺寸标注、技术要求是否有 错误、遗漏之处，尤其对结构工艺性较差的零件，如果可能应和设计人员进行沟通或提出修改意见，由设计人员决定是否进行必要的修改和完善。 第 23 页 ① 零件图的完整性和正确性分析 零件的视图应符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素（点、线、面）之间的关系（如相切、相交、平行）应准确；尺寸标注应完整、清晰。 ② 零件技术要求分析 零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热表处理要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。 进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合 理性以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。 同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度加大，增加不必要的成本。 ③ 尺寸标注方法分析 零件图的尺寸标注方法有局部分散标注法、集中标注法和坐标标注法等。 对在数控机床上加工的零件，零件图上的尺寸在能够保证使用性能的前提下，应尽量采取集中标注或以同一基准标注（即标注坐标尺寸）的方式，这样既方便了数控程序编制，又有利于设计基准、工艺基准与编程原点的统一。 ④ 零件材料分析 第 24 页 在满足零件功能的前提下，应选用廉价的材料，选择材料时应立足于国内，不要轻易选择贵重和紧缺的材料。 ⑤ 零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件，在能够满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。 好的结构工艺性会使零件加工容易，节省成本，节省材料；而较差的结构工艺性会使加工困难，加大成本，浪费材料，甚至无法加工。 通过对零件的结构特点、精度要求和复杂程度进行分析的过程，可以确定零件所需的加工方法和数控机床的类型和规格。 通过分析零件图纸，可以看出配合件一和配合件二 为相互配合零件，两件都属于轴类零件，配合件一的零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注。 零件的技术要求，零件的毛坯材料为 45 号调质钢圆棒料，无热处理和硬度要求，加工数量为小批量生产。 并且端面允许打中心孔。 零件的加工内容包括内、外表面组成，包括内外螺纹、内外圆柱、端面、锥度、倒角、圆弧面、端面槽。 两件是分别加工的，加工好后要达到相应的配合要求。 零件的尺寸分析 该组合件尺寸完整，主要尺寸精度分析如下： （ 1） 配合件一 φ 48(,0) ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT9 第 25 页 φ 28(0,+) ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT9 φ 25(,0) ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT9 M24 ：尺寸精度等级为 IT6 15177。 ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT8 10（ ， 0）：经查表 ,尺寸精度等级为 IT10 （ 0， ）：经查表 ,尺寸精度等级为 IT10 16177。 ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT12 （ 2） 配合件二 φ 57(,0) ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT8 φ 48(+,0) ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT8 φ 28(,0) ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT8 φ 68(,0) ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT9 M24 ：尺寸精度等级为 IT6 27177。 ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT8 8（ ,0）：经查表 ,尺寸精度等级为 IT9 64（ ,0）：经查表 ,尺寸精度等级为 IT10 15177。 ：经查表 ,尺寸精度等级为 IT8 在确定零件的加工工艺时，必须分析零件图的尺寸公差要求，才能合理安排车削工艺、正确选择刀具及确定合理的切削用量等。 对于尺寸精度要求较高的零件，若采用一般车削工艺达不到精度要求时，可采取其他措施（如磨削）弥补，并注 意给后续工序留有余量。 一般来说，对于淬火钢以外的第 26 页 各种金属，粗车后的尺寸公差等级为 IT12－ IT11，半精车后为 IT10－ IT9，精车后为 IT8－ IT6。 分析以上主要尺寸精度等级，最高的尺寸精度等级为 IT6 的内外螺纹，所以从尺寸尺寸分析的角度方面适用的加工方案是：粗车→半精车→精车 表面粗糙度分析 表面粗糙度是零件表面质量的重要技术要求，也是合理安排车削工艺，选择机床、刀具及确定切削用量的重要依据。 例如，对于表面质量要求较高的表面，应该选择刚性好的机床并用恒线速度切削。 一般的，粗车后表面粗糙度 Ra 值可以达 到 25－ ，半精车后表面粗糙度 Ra 值可以达到 － ，精车后表面粗糙度 Ra 值可以达到 －。 粗镗后表面粗糙度 Ra 值可以达到 － ，半精镗后表面粗糙度 Ra 值可以达到 － ，精镗后表面粗糙度 Ra 值可以达到 －。 分析零件图，配合件一中有四处表面的表面粗糙度为，有三处表面的表面粗糙度为 ，其余表面的表面粗糙度为。 配合件二中有两处表面的表面粗糙度为 ，有三处表面的表面粗糙度为 ，其 余表面的表面粗糙度为。 根据分析，该组合的所有表面都可以在数控车床上加工出来，并且加工经济性良好。 第 27 页 总体加工工艺方案 工序号 工序名称 作业内容 加工设备 1 下料 φ 55mm 90mm 锯床 2 加工配合件一左端 粗、精加工左端内外轮廓 （ 1）钻底孔 （ 2）粗加工内轮廓 （ 3）粗加工外轮廓 （ 4）精加工外轮廓 （ 5）精加工内轮廓 数控车床 CK6130 3 加工配合件一右端 粗、精加工右端外轮廓 （ 1）车端面，打中心孔 （ 2）粗加工外轮廓 （ 3）精加工外轮廓 4 下料 φ 70mm 65mm 锯床 5 加工配合件二左端 粗、精加工左端内外轮廓 （ 1）钻底孔 （ 2）粗加工内轮廓 （ 3）粗加工外轮廓 （ 4）精加工外轮廓 （ 5）精加工内轮廓 数控车床 CK6130 6 加工配合件二右端 粗、精加工右端外轮廓 （ 1）粗加工外轮廓 （ 2）精加工外轮廓 7 配合检验 第 28 页 加工配合件一左端工序的分析与设计 本道工序主要加工配合件一零件的左端，包括内轮廓的加工和外轮廓加工至 30mm 处，把本道工序放到最前面加工是以为该零件右端没有适合面用于装夹的圆柱面。 所以只能先加工零件的左端。 零件的左端有 15mm 的圆柱面，可以用于装夹，零件的技术要求上端面允许打中心孔，所以，可以利用该面装夹。 零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注。 零件毛坯材料为 φ 55mm 90mm 圆棒料、材料为 45 号调制钢 ，切削加工性能较好，需要进行调制处理，无硬度要求。 零件的左、右两端面均为尺寸设计基准，加工数量为小批量生产。 对于尺寸精度要求，主要通过准确对刀、正确设置刀补、设置磨耗和正确制定合适的加工工艺来保证。 零件在加工过程中安排工序数量的多少，可遵循工序集中或分散的原则来确定。 工序集中就是零件的加工集中在少数 工序内完成，而每一道工序的加工内容却很多；工序分散则相反，整个工艺工程中工序的数量多，每一道工序的加工内容却很少。 在拟定工艺路线时，工序是集中还是分散，即工序数量是多是少，主要取决于生产规模和零件的结构特点及技术要第 29 页 求。 就本零件而言，加工批量为小批量生产，根据数控机床加工零件的特点，应按工序集中的原则划分工序，即在一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。 以一次装夹加工和加工的部位，装夹的次数来划分工序。 为了提高生产效率并保证零件的精加工质量在切削加工过程中，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精 加工前大量的加工余量去掉。 当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求是时，应安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。 精加工时，零件的最终轮廓应该连续加工完成。 先利用复合循环指令将整个零件的大部分余量粗车去除，再将表面精车一遍，以此来保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。 对于本工序还应该遵循内外交替的加工原则，对于既有内型腔又有外表面大的回转零件，如果零件壁较厚，刚性相对较好，可以按照先粗后精的加工顺序进行加工；如果零件壁较薄，为了防止零件变形；保证零件尺寸精度，则应该先进行内外表面的粗加工 ，后进行内外表面精加工。 切不可将零件上一部分表面 — （外表面或内表面）加工完毕后，再加工其他表面。 在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离起刀点远的部位后加工，以便缩短刀具第 30 页 移动距离，减少空行程的时间。 对于车削加工而言，先近后远有利于保证坯件或半成品的刚性，改善切削条件。 热处理可以提高材料的力学性能，改善金属的切削性能以及消除残余应力。 在制定工序时，根据零件的技术要求，材料的毛坯为 φ 70mm 65mm 圆棒料、材料为 45 号调制钢。 调制，是对零件淬火后再高温回火，能消除内应力、改善加工性能并能获得较好的综合力学性能。 一般安排在粗加工之后进行。 对一些性能要求不高的零件，可以作为最终的热处理。 因为加工的零件属于配合件，所以零件的加工精度要求较高，为了防止在加工内孔时，外轮廓有变形，所以先φ 12的钻头钻底孔 22mm，然后用镗孔刀对内轮廓进行粗加工，加工到 20mm处。 在内孔粗加工完成后，再对零件的外轮廓进行粗加工，外轮廓加工到 30mm 处，因为该零件的左端有 的圆弧面，如果放在该零件右端的加工工序中加工，刀具可能撞到卡盘，比较危险，所以放在左端的加工工序中加工。 为 了防止零件掉头加工时出现加工的接痕，所以在加工左端时，加工到 30mm处，因为这里是凹槽，不会产生痕迹。 对该零件的左端外轮廓粗加工完成后，再对外轮廓进行精加工。 最后对内轮廓进行精加工。 在对内轮廓时加工，应该注意，椭圆的不能单独加工，第 31 页 不能为了编程方便就直接分两段走刀，如果先加工φ 21 的内孔，然后再加工半个椭圆的轮廓，这样会产生很多的空走刀，浪费时间，所以要先计算出顶点的坐标。 第 32 页 加工配合件一右端工序的分析与设计 本道工序加工配合件一的右端，主要的加工内容包括螺纹的加工，槽 的加工，圆弧的加工，抛物线的加工和圆柱面的加工。 零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注。 零件毛坯材料为 φ 55mm 90mm 圆棒料、材料为 45 号调制钢 ，切削加工性能较好，需要进行调制处理，无硬度要求。 零件的左、右两端面均为尺寸设计基准，加工数量为小批量生产。 对于尺寸精度要求，主要通过准确对刀、正确设置刀补、设置磨耗和正确制定合适的加工工艺来保证。 首先车端面，用手动的方式控制，将零件的总长度控制到 (,0)。 在车端面时应该注意，此时的装夹面不能是上道工序的加工面，因为零件总长 ，而上道工序加工的装夹面只有 15mm。 如果只装夹 15mm，在车端面时工件会抖动的非常严重，因为车端面时工件承受的力主要是径向力，这样很难将端面车平，还容易将工件顶弯，达不到加工要求，导致零件报废。 所以可以先装夹毛坯面，来车端面。 因为毛坯表面可以作为粗加工的定位基准，将零件的总长度加工到尺寸后，再用中心钻打中心孔（顶尖孔）。 在打中心孔之前，应该先将中心钻安装在数控车床的尾座上，将尾座第 33 页 推到零件附近，先大致用肉眼分别尾座有没有偏心，因为可能在之前的加工过程中可能使尾座做偏心处理，所以在大中心孔之前应该确定没有偏 心。 打中心不必太深，只要在端面上点出痕迹就可以了，打好顶尖孔后就可以装夹零件左端的15mm 的圆柱面，然后将尾座顶住零件的右端面的中心孔进行加工。 在编程时应该考虑尾座的位置，在退刀或换刀时，应该选择安全的位置。 因为该零件的加工中有凹的圆弧面，所以在粗加工编程中使用外圆粗车复合循环（ G71）时，应该包括 E 值。