考点1 数控典型零件加工工艺编制《数控车、铣编程与加工》四川省（对口招生）智能制造类 知识点讲解

四川省智能制造类对口高考复习讲义 《数控车、铣编程与加工》 考点1 数控典型零件加工工艺编制 ■考纲要求 1.会编制中等难度的数控车削、数控铣削工艺。 ■知识网络 一、知识树 图7-1-1 知识树 二、重点知识梳理 （一）数控加工工艺相关术语 数控加工工艺相关概念及术语如表7-1-1所示。 表7-1-1 数控加工工艺相关概念及术语 序号 名称 概念 1 生产过程 指将原材料转变为成品的全过程。 2 工艺过程 指利用生产设备、工具及一定的方法改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其变为成品件的过程。 3 辅助过程 指与原材料改变为成品件有间接关系的全过程，如运输、保管、检验、设备维修及购销等。 4 单件生产 指产品品种很多，同一产品的产量很少，各个工作地的加工对象经常改变，而且很少重复生产。 5 成批生产 指一年中分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的加工对象周期性地重复。 6 大量生产 指产品的产量很大，大多数工作地按照一定的生产节拍（在流水生产中，相继完成两件制品之间的时间间隔）进行某种零件的某道工序的重复加工。 7 设计基准 它是在零件设计图纸上用来确定其他点、线、面的位置的基准。 8 工艺基准 工艺基准是工件在加工或产品装配中确定其他点、线、面位置所依据的基准。 9 定位基准 在加工中用来确定工件在机床或夹具上正确位置的基准，称为定位基准。 10 测量基准 它是测量工件的形状、位置和尺寸误差时采用的基准。 11 装配基准 它是在机器装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。 12 工序 指一个或一组工人，在一个工作地点（或同一设备），对同一个或同时几个工件加工，所连续完成的那一部分工艺过程。 13 安装 工件（或装配单元）经一次定位与装夹后所完成的那部分工序称为安装。 14 工位 工位是指为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每个位置。 15 工步 工步是指在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变情况下，所连续完成的那一部分工序。 16 走刀 在同一工步中，由于加工余量大等原因，需要用同一刀具，在相同的转速和进给量条件下，对同一加工面进行多次切削，每一次切削就是一次走刀（行程）。 （二）生产过程基础知识 1.生产过程 生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。对机械产品的制造而言，其生产过程主要包括下列过程。 （1）原材料购买、半成品和成品（产品）的运输和保管。 （2）生产和技术准备工作。如产品的开发和设计、工艺设计、专用工艺装备的设计和制造、各种生产资料的准备以及生产组织等方面的准备工作。 （3）毛坯制造，如铸造、锻造、冲压和焊接等。 （4）零件的机械加工、热处理和其他表面处理等。 （5）部件和产品的装配、调整、检验、试验、油漆和包装等。 生产过程分为工艺过程和辅助过程两部分。 （1）工艺过程：指利用生产设备、工具及一定的方法改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其变为成品件的过程。如铸造、锻压、焊接、热处理、切削加工及装配等。 （2）辅助过程：指与原材料改变为成品件有间接关系的全过程，如运输、保管、检验、设备维修及购销等。 2.生产类型 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。 一般分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。 （1）单件生产 产品品种很多，同一产品的产量很少，各个工作地的加工对象经常改变，而且很少重复生产。 （2）成批生产 一年中分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地的加工对象周期性地重复。例如，机床、机车、电机和纺织机械的制造常属成批生产。成批生产根据生产数量分为小批生产、中批生产和大批生产。 （3）大量生产 产品的产量很大，大多数工作地按照一定的生产节拍（在流水生产中，相继完成两件制品之间的时间间隔）进行某种零件的某道工序的重复加工。 （三）基准的选择 制定机械加工工艺规程时，正确选择定位基准对零件加工的尺寸精度和相互位置精度、加工顺序的安排、余量的合理分配、工艺装备的结构都有很大影响。 1.基准 基准是零件上用来确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。 2.基准的分类 根据基准功能不同可将基准分为设计基准和工艺基准。 （1）设计基准 它是在零件设计图纸上用来确定其他点、线、面的位置的基准。 （2）工艺基准 工艺基准是工件在加工或产品装配中确定其他点、线、面位置所依据的基准。工艺基准按用途分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 ①工序基准：它是在工序图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。所注的被表面位置尺寸称为工序尺寸。 ②定位基准：在加工中用来确定工件在机床或夹具上正确位置的基准，称为定位基准。 定位基准包括粗基准和精基准。 ③测量基准：它是测量工件的形状、位置和尺寸误差时采用的基准。 ④装配基准：它是在机器装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。 （四）工艺装备的选择 选择工艺装备就是确定各工序所需的刀具、夹具和量具等。 1.夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定，二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑以下几点：① 当零件加工批量小时，尽量选用通用夹具，有条件的可采用组合夹具或可调式夹具。 ②当零件成批生产时，应考虑采用专用夹具，但要力求结构简单。③大批大量生产应采用液压或气动夹具、多工位夹具等， 保证装卸零件方便、可靠、迅速，以提高生产率。④夹具要尽量敞开，其定位、夹紧机构元件在加工中不能与刀具产生干涉，以免发生碰撞。 2.刀具的选择 刀具的选择主要取决于各工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求、生产率和经济性等因素。因此，刀具必须具有较高的精度、刚度和耐用 度安装调整方便的特点。应尽量采用新型高效刀具，并使刀具标准化和通用化，以减少刀具的种类，便于刀具管理。同时要注重推广新型刀具材料和先进刀具。 3.量具的选择 量具主要根据生产类型和工件的加工精度来选取。单件小批量生产中，应尽量选用通用量具，如游标卡尺、百分表等；大批大量生产应采用各种量规和高效的专用检具。 （五）切削加工工艺过程的组成 零件的切削加工工艺过程是由一系列工序组成。工序由工步、安装和工位等单元组成。 1.工序 工序是指一个或一组工人，在一个工作地点（或同一设备），对同一个或同时几个工件加工，所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是零件在加工过程中的工作地点（机床）是否变动，该工序的工艺过程是否连续完成。 2.安装 工件（或装配单元）经一次定位与装夹后所完成的那部分工序称为安装。安装包括定位和夹紧两项内容。 3.工位 工位是指为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每个位置。 4.工步 工步是指在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变情况下，所连续完成的那一部分工序。 5.走刀（行程） 在同一工步中，由于加工余量大等原因，需要用同一刀具，在相同的转速和进给量条件下，对同一加工面进行多次切削，每一次切削就是一次走刀（行程）。 （六）数控加工工艺过程的制订 1.工艺规程 （1）工艺规程的概念 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。它是在具体的生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。 （2）工艺规程的作用 工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺试验后制订的， 反映了加工中的客观规律。因此，工艺规程是指导工人操作和用于生产、工艺管理工作的主要技术文件，又是新产品投产前进行生产准备和技术准备的依据，以及新建、扩建车间或工厂的原始资料。此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进经验的作用。工艺规程不是一成不变的，随着科学技术的进步和生产的发展，工艺规程会出现某些不相适应的问题，因而工艺规程应定期整顿，及时吸取合理化建议、技术革新成果、 新技术新工艺，使工艺规程更加完善和合理。 （3）制订机械加工工艺规程的步骤 1）收集和熟悉制定工艺规程的主要依据，确定零件的生产纲领及生产类型，进行零件的结构工艺性分析。 2）确定毛坯的类型及制造方法。 3）拟定工艺路线。 4）确定各工序的工序余量，计算工序尺寸及其公差。 5）确定各主要工序的技术要求及检验方法。 6）确定各工序的切削用量及时间定额。 7）确定主要工序的技术要求及检验方法。 8）进行技术经济分析，选择最佳方案。 9）填写工艺文件。 （七）工艺路线的拟定 1.加工方法的选择 （1）平面加工方法 ①端面：粗车→半精车→精车 ②平面：粗铣→精铣 （2）外圆柱面加工方法 粗车→半精车→精车→精细车 （3）孔加工方法 钻→扩→粗铰→精铰 2.加工阶段的划分 （1）粗加工阶段 切除各加工表面大部分的加工余量，并作出精基准。此时零件加工精度和表面质量都较 低，加工余量大，因此应采取措施尽可能提高生产率。 （2）半精加工阶段 半精加工阶段是介于粗加工和精加工的切削加工过程，通过切削加工消除主要表面粗加工留下来的较大误差，为精加工做好准备(达到一定的加工精度，并保证一定的精加工余量)，同时完成一些次要表面的加工(如钻孔、攻丝、铣键槽等)。 （3）精加工阶段 保证各主要表面达到图纸规定的质量要求。 （4）光整加工阶段 对于尺寸精度要求很高和表面粗糙度要求很细的表面，还需要进行光整加工阶段。一般不能，用来提高位置精度和形状精度。 3.工序的安排原则 （1）基准先行原则 用作精基准的表面，首先要加工出来。因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工总是首先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工。 （2）先主后次原则 零件的加工应先安排加工主要表面，后加工次要表面。主要表面一般为精度和表面质量要求都比较高的装配表面、工作表面和定位基面等；次要表面一般为精度要求较低的自由表面、键槽、紧固用的光孔或螺纹孔表面等。 （3）先面后孔原则 零件上的平面必须先加工，然后再加工孔。因为先加工平面，安放和定位比较稳定可靠， 再以平面定位加工孔，以保证平面和孔的相互位置精度。 （4）先内后外原则 即先进行内型内腔加工工序，后进行外形加工工序。 （5）先粗后精原则 根据零件加工阶段划分的原则和依据，先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工或光整加工，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。 （6）先近后远原则 在生产制造过程中，根据加工部位的相对位置来决定优先加工哪些部分。具体来说，靠近对刀点的部位优先被加工，而远离对刀点的部位则延后加工。这一原则有助于缩短刀具的移动距离，减少空行程时间，并且能够提高加工效率和质量。 （7）内外交叉原则 在遇到既有内表面又有外表面需要加工的零件，我们在安排加工顺序时，可先开展内、外表面粗加工，后开展内、外表面精加工，切不可将零件上一部分表面一次性加工完毕后，再加工其他表面。 ■例题分析 一、台阶轴（图7-1-2） 图7-1-2 台阶轴零件图 1.图样分析 该零件名称为台阶轴，毛坯尺寸为Φ40X80mm的棒料。零件右半部分由螺纹退刀槽、外锥面、普通外螺纹等轮廓组成，左半部分由圆柱、外沟槽和内螺纹孔等轮廓组成。通过分析，需两次装夹才能完成本零件加工且保证零件总长为78±0.05。加工表面粗糙度为Ra1.6μm，零件材料为45钢，轮廓描述清楚且标注完整，无热处理和硬度要求，适合车削加工。 2.工艺分析 （1）确定装夹方案 零件毛坯为棒料，完全加工完整个台阶轴需要分两次装夹。一旦产生第二次装夹势必会影响零件的同轴度，故本次装夹采用三爪自定心卡盘配合百分表找正方式最大程度上减小误差。先加工右侧再加工左侧，最大伸出长度大于50mm（应考虑机床Z向限位，刀架侧面与卡爪端面需保证一定的安全距离），完成零件加工。 （2）建立工件坐标系 分别以工件左、右端面与轴线交点为原点，建立工件坐标系（采用试切法进行对刀操作并建立）。 （3）加工工艺路线 为使得加工出的零件符合图纸要求，加工应按粗、精加工分开原则进行。首先用三爪自定心卡盘夹持毛坯外圆，粗、精加工零件右端轮廓，再加工外螺纹。其次掉头加工用百分表找正以保证零件左右端的同轴度，同样先粗、精加工左端轮廓，再加工内螺纹。具体加工工艺路线如下： ①右端轮廓 手动加工Φ40mm端面→粗加工Φ24mm外圆、1：5锥度、Φ32mm外圆和Φ38mm外圆（留0.5mm精加工余量）→精加工Φ24mm外圆、1：5锥度、Φ32mm外圆和Φ38mm外圆→粗、精加工螺纹退刀槽→加工M24X2外螺纹→锐边倒钝、检测。 ②左端轮廓 掉头装夹后手动加工Φ40mm端面（保证78±0.05总长）→用中心站钻中心孔→用Φ14mm麻花钻钻深约29mm盲孔→粗加工Φ24mm外圆、Φ28mm外圆和Φ38外圆（留0.5mm精加工余量）→精加工Φ24mm外圆、Φ28mm外圆和Φ38mm外圆→粗、精加工外圆沟槽→粗、精加工退刀槽→粗、精加工Φ16mm螺纹底孔→加工M18X2内螺纹→锐边倒钝、检测。 3.编制数控加工工艺卡片（表7-1-2） 表7-1-2 阶梯轴数控加工工艺卡片 加工项目 台阶轴 零件图号 7-1-2 系统 FANUC 材料 45 零件装夹简图 （右端） 零件装夹简图 （左端） 工步号 工步内容 准备功能代码 刀具号 切削用量 主轴转速/(r/min) 进给速度/(mm/r) 背吃刀量/mm 右端 1 装夹Φ40mm外圆，伸出长度约50mm 2 百分表找正 3 手动平端面 G00/G01 T0101 1000 0.1 0.5 4 粗加工Φ24mm外圆、锥面、Φ32mm外圆和Φ38mm外圆 G71 T0101 800 0.2 1 5 精加工Φ24mm外圆、锥面、Φ32mm外圆和Φ38mm外圆 G70 T0101 1500 0.08 0.25 6 粗加工退刀槽6mmX2mm G00/G01 T0202 600 0.1 1 7 精加工退刀槽6mmX2mm G00/G01 T0202 1000 0.08 0.3 8 加工M24X2外螺纹 G92 T0303 600 2 - 9 锐边倒钝、检测 左端 10 掉头装夹Φ32mm外圆，伸出长度约40mm 11 百分表找正 12 手动平端面，保证78±0.05总长 G00/G01 T0101 1000 0.1 0.5 13 手动钻中心孔 300 14 手动钻深约29mm盲孔 300 15 粗加工Φ24mm外圆、Φ28mm外圆和Φ38外圆 G71 T0101 800 0.2 1 16 精加工Φ24mm外圆、Φ28mm外圆和Φ38外圆 G70 T0101 1500 0.08 0.25 17 粗加工Φ30mm外圆沟槽 G00/G01 T0202 600 0.1 1 18 精加工Φ30mm外圆沟槽 G00/G01 T0202 1000 0.08 0.3 19 粗加工Φ20mm退刀槽 G00/G01 T0202 500 0.08 0.5 20 精加工Φ20mm退刀槽 G00/G01 T0202 1000 0.05 0.25 21 粗加工Φ16mm螺纹底孔 G71 T0404 600 0.15 1 22 精加工Φ16mm螺纹底孔 G70 T0404 1200 0.06 0.25 23 加工M18X2内螺纹 G92 T0303 600 2 - 24 锐边倒钝、检测 二、凸台件（图7-1-3） 图7-1-3 凸台件零件图 1.图样分析 该零件名称为凸台件，毛坯尺寸为55X55X35mm的方料。需要加工的部分为:44X45mm的外形轮廓铣削，深为8mm；48X48mm的外形轮廓铣削，深为16mm；宽为10mm的开口槽，深为13mm；3X中8的孔，深为15mm。 2.工艺分析 （1）确定装夹方案 零件毛坯为方料，根据图纸分析只需一次装夹就能完成零件加工，本次采用平口钳装夹完成零件加工。 （2）建立工件坐标系 选择零件中心为编程原点，水平向右的方向为X的正向，垂直纸面向上的方向为Z的正向，工件的上表面定为Z0。建立工件坐标系（采用试切法进行对刀操作并建立）。 （3）加工工艺路线 ①用虎钳装夹零件，铣平零件上表面，将零件中心和零件上表面设为G54的原点。 ②加工路线是:钻中心孔→扩3X中7.8孔→粗铣44X 45的外形轮廓→粗铣48 X 48mm的外形轮廓→粗铣开口槽→粗铣腰形槽→精铣腰形槽→半精铣44X45mm的外形轮廓→精铣44X45mm的外形轮廓→精铣48X48mm的外形轮廓→精铣开口槽→铰3Xφ8的孔。 3.编制数控加工工艺卡片（表7-1-3） 表7-1-3 凸台件数控加工工艺卡片 加工项目 凸台件 零件图号 7-1-3 系统 FANUC 材料 硬铝 零件装夹简图 （右端） 工步号 工步内容 准备功能代码 刀具号 切削用量 主轴转速r/min 径向进给量mm/min 轴向进给量mm/min 1 装夹55X55mm放料，高出钳口约20mm 2 百分表找正 3 手动铣平面 T1 1300 200 100 4 钻中心孔 G83 T3 2000 80 5 扩3X中7.8孔 G81 T4 2000 80 6 粗铣44X 45的外形轮廓 G01/G02/G03 T1 1300 200 100 7 粗铣48 X 48mm的外形轮廓 G01/G02 T1 1300 200 100 8 粗铣开口槽 G01/G02 T1 1300 200 100 9 粗铣腰形槽 G01/G02 T1 1300 200 100 10 精铣腰形槽 G01/G02 T2 2000 250 100 11 半精铣44X45mm的外形轮廓 G01/G02/G03 T2 2000 250 100 12 精铣44X45mm的外形轮廓 G01/G02/G03 T2 2000 250 100 13 精铣48X48mm的外形轮廓 G01/G02 T2 2000 250 100 14 精铣开口槽 G01/G02 T2 2000 250 100 15 铰3Xφ8的孔 G81 T5 300 50 16 锐边倒钝、检测 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $