數(shù)控加工的工藝路線分析

理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖樣的合格工件，同時(shí)應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用和充分的發(fā)揮。數(shù)控機(jī)床是一種高效率的自動(dòng)化設(shè)備，它的效率高于普通機(jī)床的2～3倍，所以，要充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的這一特點(diǎn)，必須熟練掌握其性能、特點(diǎn)、使用操作方法，同時(shí)還必須在編程之前正確地確定加工方案。
　　由于生產(chǎn)規(guī)模的差異，對(duì)于同一零件的加工方案是有所不同的，應(yīng)根據(jù)具體條件，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的工藝方案。
一、加工工序劃分
　　在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比較集中,一次裝夾應(yīng)盡可能完成全部工序。與普通機(jī)床加工相比，加工工序劃分有其自己的特點(diǎn)，常用的工序劃分原則有以下兩種。
1．保證精度的原則
　　數(shù)控加工要求工序盡可能集中，常常粗、精加工在一次裝夾下完成，為減少熱變形和切削力變形對(duì)工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，應(yīng)將粗、精加工分開進(jìn)行。對(duì)軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，來保證表面質(zhì)量要求。同時(shí)，對(duì)一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應(yīng)先加工表面而后加工孔。
2． 提高生產(chǎn)效率的原則
　　數(shù)控加工中，為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時(shí)間，應(yīng)將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其它部位。同時(shí)應(yīng)盡量減少空行程，用同一把刀加工工件的多個(gè)部位時(shí)，應(yīng)以最短的路線到達(dá)各加工部位。
　　實(shí)際中，數(shù)控加工工序要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求等情況綜合考慮。
二、加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具（嚴(yán)格說是刀位點(diǎn)）相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向稱為加工路線。即刀具從對(duì)刀點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)起，直至結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線的確定首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，其次考慮數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，走刀路線盡量短，效率較高等。
　　下面舉例分析數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)常用的加工路線。
1．車圓錐的加工路線分析
　　數(shù)控車床上車外圓錐，假設(shè)圓錐大徑為D，小徑為d ，錐長(zhǎng)為L(zhǎng)，車圓錐的加工路線如圖2-1所示。
　　按圖2-1a的階梯切削路線，二刀粗車，最后一刀精車；二刀粗車的終刀距S要作精確的計(jì)算，可有相似三角形得：

　　此種加工路線，粗車時(shí)，刀具背吃刀量相同，但精車時(shí)，背吃刀量不同；同時(shí)刀具切削運(yùn)動(dòng)的路線最短。
　　按圖2-1b的相似斜線切削路線，也需計(jì)算粗車時(shí)終刀距S，同樣由相似三角形可計(jì)算得：

　　按此種加工路線，刀具切削運(yùn)動(dòng)的距離較短。
　　按圖2-1c的斜線加工路線，只需確定了每次背吃刀量a_p，而不需計(jì)算終刀距，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運(yùn)動(dòng)的路線較長(zhǎng)。
2．車圓弧的加工路線分析
　　應(yīng)用G02（或G03）指令車圓弧，若用一刀就把圓弧加工出來，這樣吃刀量太大，容易打刀。所以，實(shí)際車圓弧時(shí)，需要多刀加工，先將大多余量切除，最后才車得所需圓弧。
　　下面介紹車圓弧常用加工路線。

　　圖2-2 為車圓弧的階梯切削路線。即先粗車成階梯，最后一刀精車出圓弧。此方法在確定了每刀吃刀量a_p后，須精確計(jì)算出粗車的終刀距S，即求圓弧與直線的交點(diǎn)。此方法刀具切削運(yùn)動(dòng)距離較短，但數(shù)值計(jì)算較繁。
　　圖2-3 為車圓弧的同心圓弧切削路線。即用不同的半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。此方法在確定了每次吃刀量a_p后，對(duì)90°圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)較易確定，數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，編程方便，常采用。但按圖2-3b加工時(shí)，空行程時(shí)間較長(zhǎng)。

圖2-4 為車圓弧的車錐法切削路線。即先車一個(gè)圓錐，再車圓弧。但要注意，車錐時(shí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的確定，若確定不好，則可能損壞圓錐表面，也可能將余量留得過大。確定方法如圖2-4所示，連接OC交圓弧于D，過D點(diǎn)作圓弧的切線AB。
　　由幾何關(guān)系CD=OC-OD=-R=0.414R，此為車錐時(shí)的最大切削余量，即車錐時(shí)，加工路線不能超過AB線。由圖示關(guān)系，可得AC=BC=0.586R，這樣可確定出車錐時(shí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。當(dāng)R不太大時(shí)，可取AC=BC=0.5R。此方法數(shù)值計(jì)算較繁，刀具切削路線短。

3．車螺紋時(shí)軸向進(jìn)給距離的分析
　　車螺紋時(shí)，刀具沿螺紋方向的進(jìn)給應(yīng)與工件主軸旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系?？紤]到刀具從停止?fàn)顟B(tài)到達(dá)指定的進(jìn)給速度或從指定的進(jìn)給速度降至零，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必有一個(gè)過渡過程，沿軸向進(jìn)給的加工路線長(zhǎng)度，除保證加工螺紋長(zhǎng)度外，還應(yīng)增加δ₁（２～5mm)的刀具引入距離和δ₂（１～2mm)的刀具切出距離，如圖2-5所示。這樣來保證切削螺紋時(shí)，在升速完成后使刀具接觸工件，刀具離開工件后再降速。
4．輪廓銑削加工路線的分析
　　對(duì)于連續(xù)銑削輪廓，特別是加工圓弧時(shí)，要注意安排好刀具的切入、切出，要盡量避免交接處重復(fù)加工，否則會(huì)出現(xiàn)明顯的界限痕跡。如圖2-6所示，用圓弧插補(bǔ)方式銑削外整圓時(shí)，要安排刀具從切向進(jìn)入圓周銑削加工，當(dāng)整圓加工完畢后，不要在切點(diǎn)處直接退刀，而讓刀具多運(yùn)動(dòng)一段距離，最好沿切線方向，以免取消刀具補(bǔ)償時(shí)，刀具與工件表面相碰撞，造成工件報(bào)廢。銑削內(nèi)圓弧時(shí)，也要遵守從切向切入的原則，安排切入、切出過渡圓弧，如圖3-7所示，若刀具從工件坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，其加工路線為1→2→3→4→5，這樣，來提高內(nèi)孔表面的加工精度和質(zhì)量。

5．位置精度要求高的孔加工路線的分析
　　對(duì)于位置精度要求精度較高的孔系加工，特別要注意孔的加工順序的安排，安排不當(dāng)時(shí)，就有可能將沿坐標(biāo)軸的反向間隙帶入，直接影響位置精度。如圖2-8所示，圖a為零件圖，在該零件上加工的六個(gè)尺寸相同的孔，有兩種加工路線。當(dāng)按b 圖所示路線加工時(shí)，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，在Y方向反向間隙會(huì)使定位誤差增加，而影響5、6孔與其它孔的位置精度。按圖c所示路線，加工完4孔后，往上移動(dòng)一段距離到P點(diǎn)，然后再折回來加工5、6孔，這樣方向一致，可避免反向間隙的引入，提高5、6孔與其它孔的位置精度。

6．銑削曲面的加工路線的分析
　　銑削曲面時(shí)，常用球頭刀采用“行切法”進(jìn)行加工。所謂行切法是指刀具與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定。對(duì)于邊界敞開的曲面加工，可采用兩種加工路線。如圖2-9所示，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)大葉片，當(dāng)采用圖2-9a的加工方案時(shí)，每次沿直線加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。當(dāng)采用圖2-9b的加工方案時(shí)，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其他表面限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開始加工。

    　以上通過幾例分析了數(shù)控加工中常用的加工路線，實(shí)際生產(chǎn)中，加工路線的確定要根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮，靈活運(yùn)用。而確定加工路線的總原則是：在保證零件加工精度和表面質(zhì)量的條件下，盡量縮短加工路線，以提高生產(chǎn)率。