程序编制中的工艺处理
出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2933页（8123字）
6．2．1 数控加工对象的合理选择和加工工序的安排
为充分发挥数控机床的作用，采用数控机床加工的零件可按下述原则选择：采用通用机床加工时，需复杂的专用夹具或很长的调整时间的零件；形状复杂、加工精度高或必须用数学方法确定的曲线、曲面零件；要求精密复制的零件；需多次改型设计的零件；需要钻、镗、铰、锪、攻丝、铣削等多种加工的零件；价值高的零件；需百分之百检验的零件；批量小的零件(如100件以下)。
数控加工程序，可以是整个工艺规程中某一道工序的加工程序，也可以是多道工序的加工程序。对于多道工序，需进行工序划分时，其划分的方法可归纳为三种：1．根据装夹定位划分工序，即将加工部位分成若干部分。每次装夹加工所有可能加工的部分；2．按所用刀具划分工序，即按刀具进行工序集中，在一次装夹中用一把刀加工其所能加工的所有部位，然后换第二把刀，这种方法广泛用于自动换刀数控机床；3．按加工变形因素，将各加工表面分成粗、精加工阶段，先粗加工，再精加工。
6．2．2 装夹方法和对刀点的确定
数控机床所用夹具，除必须专门设计者外，应尽量采用通用或组合夹具。确定装夹的定位基准时，也应尽可能与原始基准(或测量基准)重合，以避免尺寸换算和公差压缩。
数控加工中需确定对刀点。对刀点就是刀具相对零件运动(加工)的起点，也就是程序的起点。对刀点可以选在被加工零件上，也可以选在夹具上，但必须与零件的定位基准保持一定精度的坐标关系。对刀精度要求不高时，可直接用零件或夹具上的某些表面作对刀面。当对刀精度要求较高时，最好在零件上或夹具上制定一个对刀用的工艺孔。这在设计数控加工用夹具时应予注意。
如果在各程序段中需要换刀，有时还需要规定换刀点。为了防止换刀时刀具碰伤零件，换刀点通常规定在零件的外面。
6．2．3 加工路线的确定
加工路线，就是数控加工中刀具中心运动的轨迹。确定加工路线，应首先考虑保证零件的加工精度和表面光洁度，另外还应使数值计算工作简单、程序短，以减少编程工作量和纸带长度。为充分发挥数控机床的效能，应使加工路线最短。
在轮廓铣削时，为保证加工表面的光洁度，切出时最好超过切入点一小段距离后退刀。为保证加工表面的光洁度，还要根据工件材料的不同和铣刀的结构，正确确定加工路线的走向。如对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，最好按顺铣的原则确定加工路线的走向，这样对于提高加工光洁度和刀具耐用度都有利。
对于点位控制，一般要求定位精度较高，定位过程尽可能快，空程最短。在点位控制中，不但要确定孔距的坐标路线，而且要确定刀具加工时的轴向尺寸，即轴向加工路线的长度。该长度主要由被加工零件的孔深来决定，但还应考虑有关的辅助尺寸。如图8．5－136所示，其
=Zd+ΔZ+Zρ。式中的Zf为Z向坐标尺寸；Zd为孔深度；ΔZ为引入间距，光面一般取2mm，毛面取5mm；Zρ≈0．3D。为钻尖锥长，D为钻头直径。
图8．5－136 轴向加工路线长度的确定
用数控车床加工螺纹时，沿螺距方向(Z向)的进给应和工件(主轴)转动保持严格关系，考虑到Z向从停止状态到达指令指定的进给量(mm／转)，以及从指令指定的进给量到停止状态，拖动系统总存在一过渡过程。因此，在安排Z向加工路线时，应设定一定的引入距离l1和超越距离l2，如图8．5－137所示。一般取l1＞2mm，l2=l1／K；K是系数，一级螺纹取4．3，二级螺纹取3．6。对于大螺距和高精度螺纹，l1应取较大值。
图8．5－137 螺纹加工中引入距离和超越距离的设定
6．2．4 加工余量的选择
零件的加工余量为各中间工序加工余量的总和。选择工序加工余量，通常应考虑以下因素：
①零件越大，由于切削力、内应力引起的变形也会变大，因此应留有较大的加工余量。
②零件经热处理，会引起变形，故应留有足够的加工余量。
③为能保证达到图纸所规定的表面粗糙度和精度，应留有足够的加工余量，这在最后一道工序尤为重要。
④所采用的加工方法所用设备的刚性以及零件可能发生的变形。过大的切削量会由于切削抗力的增加而引起零件的变形。
为了缩短加工时间，降低零件加工成本，加工余量应尽量取小值。各种加工方法的参考加工余量及所能达到的精度等级见表8．5－40～8．5－46。
表8．5－40 表面加工的余量选择 mm
注：①精铣时，最后一次行程前留的余量应≥0．5mm。
②热处理的零件磨削前的加工余量系将表中值乘以1．2。
表8．5－41 H7孔的加工方式及余量 mm
注：在铸铁上加工直径为30与32mm的孔可用Φ28与Φ30钻头钻一次。
表8．5－42 H8孔的加工方式及余量 mm
注：在铸铁上加工直径为30与32mm的孔可用Φ28与Φ30钻头钻一次。
表8．5－43 按H8和H7级精度加工预先铸出或热冲出的孔 mm
注：①如果铸出的孔有很大的加工余量时，则第一次粗镗可以分成两次或多次粗镗。
②如仅用一次铰孔时，则铰孔的余最为本表中粗精铰孔余量之和。
③镗孔直径大于500mm时，所用的工序间加工余量与直径500mm的孔相同。
表8．5－44 用金刚石细镗H6或H7孔的加工余量 mm
注：当采用一次细镗时，加工余量应为粗精加工余量之和。
表8．5－45 H13～H9孔的加工方式
注：当孔径≤30mm、直径余量≤4mm和孔径＞30～80mm、直径余量≤6mm时，采用一次扩孔或一次镗孔。
表8．5－46 攻丝前钻孔的孔径(钻头直径)
注：①钻英制螺纹底孔栏中，Ⅰ栏所示直径适用于攻丝时螺纹的牙尖挤高不大的材料上钻孔；Ⅱ栏所示直径适用于攻丝时螺纹的牙尖挤高较大的材料上钻孔。
6．2．5 切削用量的选择
切削深度αp(mm)根据机床、工件、刀具的刚度确定。在刚度允许的情况下，尽可能使t选得等于零件的加工余量。有时为了保证零件加工的光洁度，可留出最后光一刀的余量。
主轴转速n(r／min)根据允许的切削速度v选取，即：
式中的D为工件(或刀具)直径(mm)。v由刀具的耐用度决定。
进给量(mm／r)或进给速度(mm／min)是数控机床切削用量中的重要参数，可根据零件的加工精度和表面光洁度的要求，以及刀具和工件的材料选取。如精铣时可取20～25mm／min，精车时可取0．10～0．20mm／r。最大进给量受机床刚性和拖动系统性能的限制。
应该指出，选择切削用量时应充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具的耐用度不低于一个工作班，至少不低于半个班的工作时间。切削用量对刀具耐用度的影响可用如下经验公式表示：
式中的指数z、y、x反映了切削速度V、进给量s、切削深度ap对刀具耐用度影响的程度。影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是走刀量，切深的影响最小。此外，刀具耐用度还受刀具本身材料、被加工零件的材料和材质、刀具的几何角度及刃磨质量等因素的影响。常用的切削用量见表8．5－47～8．5－66，供编程时参考。
表8．5－47 用高速钢钻头加工铸铁的切削用量
注：1．采用硬质合金钻头加工铸铁时取V=20～30m／min。
表8．5－48 用高速钢钻头加工钢件的切削用量
表8．5－49 用高速钢钻孔加工铝件的切削用量
表8．5－50 用高速钢钻头加工黄铜和青铜的切削用量
表8．5－51 用高速钢扩孔钻扩孔的切削用量
注：采用硬质合金扩孔钻加工铸铁时V=30～40m／min，加工钢时V=35～60m／min。
表8．5－52 用高速钢铰刀铰孔的切削用量
注：采用硬质合金铰刀铰铸铁时V=8～10m／min；铰铝时V=12～20m／min。
表8．5－53 镗孔的切削用量
注：当采用高精度的镗头镗孔时，由于余量较小，直径余量不大于0．2mm，切削速度可提高一些，铸铁件为100～150m／min，钢件为150～250m／min，铝合金为200～400m／min，巴氏合金为250～500m／min。每转走刀量可在s0=0．03～0．1mm范围内。
表8．5－54 攻丝的切削速度
表8．5－55 采用硬质合金端面铣刀的铣削用量
表8．5－56 车削碳钢和合金钢的切削速度(美国行业推荐)
注：上列切削速度对应于切深t=3mm，走刀量s=0．3mm／r当t、s变化后，V要修正。
表8．5－57 车削铸铁和铸钢件的切削速度(美国行业推荐)
表8．5－58 车削不锈钢的切削速度(美国行业推荐)
表8．5－59 车削轻金属的切削速度(美国行业推荐)
表8．5－60 车削工具钢、耐热合金及钛合金的切削速度(美国行业推荐)
表8．5－61 车削深度、进给量变化后切削速度的修正系数K(美国)
注：①s0以mm／r计，t以mm计。
②用于对表8．5－56～8．5－59中的切削速度进行修正。
表8．5－62 铣削时的切削速度(美国行业推荐)
表8．5－63 采用高速钢铣刀时的每齿进给量(mm／z)(美国行业推荐)
表8．5－64 采用硬质合金铣刀时的每齿进给量(mm／z)(美国行业推荐)
表8．5－65 钻孔的进给量(美国行业推荐)
表8．5－66 钻孔与铰孔的切削速度(美国行业推荐)
刀具磨损，应及时更换。更换的时间可根据经验确定。当工件表面光洁度显着下降，或加工表面产生发亮的刀痕，或在切削过程中产生不正常的振动等，都表示刀具已磨钝。还可根据刀具的磨钝限度值定期更换刀具。常用刀具的磨钝限度值见表8．5－67。
表8．5－67 常用刀具的磨钝限度值 mm
6．2．6 工具系统及刀具
TSG系统是数控镗铣床及加工中心所用工具(部颁标准)，其中包括三种规格7∶24锥柄的19种不同用途的刀柄，如图8．5－138所示。TSG系统中各种工具型号的编制方法如下：
图8．5－138 TSG工具系统
左栏表示柄部型式及尺寸，其中JT表示加工中心用锥柄柄部(带有机械手夹持槽)，其后的数字为相应的ISO锥度号，如50、45和40分别代表大端直径为69．85、57．15和44．45mm的7∶24锥度；ST表示一般数控机床用锥柄柄部(没有机械手夹持槽)，数字意义同上；MTW表示无扁尾莫氏锥柄，其后数字为莫氏锥度号；MT表示有扁尾莫氏锥柄，其后数字为莫氏锥度号；ZB表示直柄接杆，后面的数字表示其直径尺寸；KH表示7∶24锥柄接杆，其后数字为锥柄ISO代号。中间栏表示用途，其中J表示装接长杆用刀柄；Q表示弹簧夹头；KH表示7∶24锥度快换夹头；Z(J)表示用于装钻夹头(贾氏锥度加注J)；MW表示装无扁尾莫氏锥柄刀具；M表示装带扁尾莫氏锥柄刀具；G表示攻丝夹头；C表示切内槽工具；KJ表示用于装扩、铰刀；BS表示倍速夹头；Ⅱ表示倒锪端面刀；TZ表示直角镗刀；TQW表示倾斜式微调镗刀；TQC表示倾斜式粗镗刀；TZC表示直角型粗镗刀；TF表示浮动镗刀；TK表示可调镗刀；XS表示装三面刃铣刀用；XM表示装面铣刀用；XDZ表示装直角端铣刀用：XD表示装端铣刀用。右栏表示规格，用数字表示，其含义随工具的不同而异，对有些工具表示轮廓尺寸DL，而有些工具则表示应用范围。
选用刀具时，从总体上通常要求其安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好。对于铣削加工所用刀具，当铣削平面时，应选用镶不重磨多面硬质合金刀片的端铣刀或立铣刀。选用立铣刀加工时，刀具的结构尺寸应根据被加工零件的形状、尺寸和精度确定。加工内型面，刀具半径r应小于零件内型面的最小曲率半径ρ，一般取r=(0．8～0．9)ρ，
零件的高度H≤(
～
))r，以保证刀具具有足够的刚性。对于深槽，刀具切削部分长度l和零件高度H之间可按下式考虑：
l=H+(5～10)(mm) (8．5－121)加工通槽或外形时，则按下式考虑：
l=H+re+(5～10)(mm) (8．5－122)其中re为刀尖角半径。粗加工内型面时，如图8．5－139所示，可按下式确定刀具直径。
图8．5－139 粗加工内型面示意图
式中的δ1为槽的精加工余量；δ为加工内型面时允许的最大精加工余量；Φ为两几何元素的最小交角。加工肋时，如图8．5－140所示，刀具直径D和肋的厚度b之间可按下式估算：
D=(5～10)b (8．5－124)
图8．5－140 铣削肋的情况
铣刀的螺旋角
，以切削面积不变为条件，由下式确定：
C=BZtg
／πD (8．5－125)
式中 C=1，2，3，…，为任意整数；B为切削宽度或零件高度；Z为刀刃数。
对于钻削加工所用刀具，当钻削细长孔时，容易折断钻头，除应注意冷却和倒屑外，在钻孔前最好用中心钻钻中心孔，或用刚性较好的短钻头划窝引正(还可代替孔口倒角)。若加工表面较硬，在钻中心孔前可先用硬质合金立铣刀在欲钻孔部位先铣一小平面。加工较大直径的孔时，可用高效率扁钻。加工箱体零件的孔，可采用镶三面刃机夹刀片的钻头，钻削时冷却液可从钻头中心引入，因而可进行高速钻削。还可采用阶梯式钻头，这种钻头的每一阶梯都有自己的螺旋槽，因此比带螺旋槽的复合钻头更容易排屑。
对于镗孔加工所用刀具，在精镗孔时，常采用精镗微调镗刀杆。镗孔除采用单刃镗刀外，还有双刃机夹镗刀，其镗刀头通过接杆与刀柄相连，更换刀片方便，尺寸可调，刚性好，可以进行对称切削。还有供大孔镗削的镗刀系统，其镗刀头部分可在较大范围内进行调整，最大镗孔直径可达1000mm。镗削一组精度不高的孔，可用一把刀完成所有孔的加工之后，再换刀进行第二道镗孔工序，直至最后一道工序。镗削精度高的孔，则须单独完成，以避免坐标移动而带来的误差。
编程时，多数情况要规定刀具的结构尺寸和调整尺寸，尤其是自动换刀数控机床，在刀具安装之前，应根据编程时确定的参数，用预调装置(对刀仪)调整到要求的尺寸。对刀仪的精度级别及测量方式分别见表8．5－68和8．5－69。
表8．5－68 对刀仪的精度级别 mm
注：重复精度为对刀尺寸精度的一半。通常在一次装夹中，重复测量7次。
表8．5－69 对刀仪的测量方式
