工艺分析对加工效率的影响.docx

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工艺分析对加工效率的影响

河南职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

工艺分析对加工效率的影响

系（分院）：

学生姓名：

学号：

专业名称：

指导教师：

2010年4月10日

河南职业技术学院机械电子工程系（分院）

毕业设计（论文）任务书

姓名

专业

数控加工

班级

074

毕业设计（论文）

题目

工艺分析对加工效率的影响

毕业设计（论文）选题的目的与意义：

经过这次毕业论文的选题与整理，让我深刻的了解了在数控机床加工过程中对加工工艺分析与效率的影响的重要性，在以后的工作过程中再遇到类似问题可以及时有效的作出应对措施。

毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）

1.熊光华主编《数控机床》机械工业出版社2001

2.秦立高主编《机床维修手册》国防工业出版社1997

3.刘希金主编《机床数控系统故障检测及维修》兵器工业出版社1995

4.苗志毅，刘宏伟主编《数控加工编程技术》河南科学技术出版社2006

毕业设计（论文）工作进度计划：

2009年11月9日，确定论文题目，交由老师审阅通过

2009年12月11日至2010年1月20日，查阅相关资料，

2010年2月13日，初稿，电子稿完成

2010年4月5日，完稿

接受任务日期：

2009年11月9日

要求完成日期：

2009年4月12日

学生签名：

年月日

指导教师签名：

年月日

系（分院）

主任（院长）签名：

年月日

毕业设计（论文）指导教师评阅意见表

姓名

学号

性别

男

专业

机电一体化（数控加工方向）

班级

数控074

毕业设计（论文）

题目

工艺分析对加工效率的影响

评

阅

意

见

成绩

指导教师签字

年月日

毕业设计（论文）答辩意见表

姓名

学号

性别

男

专业

机电一体化（数控加工方向）

班级

数控074

毕业设计（论文）

题目

工艺分析对加工效率的影响

答辩时间

地点

答辩

小组

成员

姓名

职称

学历

从事专业

组长

成员

秘书

答

辩

小

组

意

见

答辩成绩：

答辩小组组长签名：

年月日

数控加工工艺分析对加工效率的影响

赵超

摘要：

工艺分析对加工效率的影响在加工过程中起着至关重要的作用，工艺分析要严格要求，效率的影响要严格把控，这样工件的尺寸和精度才能保证。

关键词：

数控机床工艺效率故障诊断

数控机床加工中所有工步的刀具选择、走刀轨迹、切削用量、加工余量等都要预先确定好并编入加工程序。

一个合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，他对数控机床的性能、特点和应用、切削规范和标准工具系统等要非常熟悉，否则就无法做到全面、周到地考虑加工的全过程，并正确、合理地编制零件的加工程序。

一、零件加工工艺分析决定零件进行数控加工的内容

当某个零件采用数控加工时，并不等于它所有的加工内容都要由数控加工来完成，而进行数控加工的内容可能只是其中的一部分。

因此，必须对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要数控加工的内容和工序进行数控加工。

在选择时，应结合实际生产情况，立足于解决难题和提高生产率，充分发挥数控加工的优势，一般可按下列顺序考虑：

1.优先选择通用机床无法加工的内容进行数控加工。

2.重点选择通用机床难以加工或质量难以保证的内容进行数控加工。

3.采用通用机床加工效率较低，劳动强度较大的内容，在数控机床尚存富裕能力的基础上选择数控加工。

通常，上述加工内容采用数控加工后，在加工质量、生产率与综合经济效益等方面都会得到明显的提高。

此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期和工序间周转情况等。

总之，要尽量做到“优质、高产、低消耗”，要防止把数控机床降格为通用机床使用。

二、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满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。

良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。

而较差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。

因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。

1.零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，提高生产效率。

2.内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。

其结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转角圆弧半径的大小等因素有关。

3.铣削零件槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大。

铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径d＝D－2r（D为铣刀直径），当D一定时，r越大，铣刀端面刃铣削平面的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性也越差。

当r大到一定程度时，甚至必须用球头铣刀加工，这是应该尽量避免的。

4.应采用统一的基准定位。

在数控加工中若没有统一的定位基准，则会造成因工件重复定位和基准变换所引起的定位误差以及生产率的降低。

如果零件上没有合适的定位基准，则应在零件上设置辅助基准，以保证数控加工的定位准确、可靠、迅速方便。

三、零件槽底平面圆弧对加工工艺性的影响

数控加工工艺设计首先需要选择定位基准；再确定所有加工表面的加工方法和加工方案；然后确定所有工步的加工顺序，把相邻工步划为一个工序，即进行工序划分；最后再将需要的其他工序如普通加工工序、辅助工序、热处理工序等插入，并衔接于数控加工工序序列之中，就得到了要求零件的数控加工工艺路线。

四、定位基准的选择

1.精基准的选择

精基准的选择应从保证零件的加工精度，特别是加工表面的相互位置精度来考虑，同时也必须尽量使装夹方便，夹具结构简单可靠。

精基准的选择应遵循以下原则：

①“基准重合”原则即应尽可能选用设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合而引起的误差。

②“基准统一”原则即在加工工件的多个表面时，尽可能使用同一组定位基准作为精基准，这样便于保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并能简化夹具的设计与制造。

③“互为基准”原则当两个加工表面相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以采用互为基准的原则，反复多次进行加工。

④“自为基准”原则有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准，而该表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证。

2.粗基准的选择

粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面之间的相互位置精度以及加工表面的余量分配。

粗基准的选择应遵循的原则是：

①如果必须保证工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置精度要求，则应以不加工表面为粗基准。

如果工件上有多个不加工表面，则应以其中与加工表面要求较高的表面作为粗基准。

②若必须首先保证工件上某重要表面加工余量均匀，则应选择该表面作为粗基准。

③选作粗基准的表面应尽量平整光洁，不应有飞边、浇冒口等缺陷。

④粗基准一般只使用一次。

五、加工方法和加工方案的确定

1.加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。

由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多，因而在实际选择时，要结合零件的结构形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。

例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上较大的孔一般采用镗削，较小的孔宜选择铰削，而箱体上的孔不宜采用磨削。

此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及现有实际生产情况等。

常用加工方法的经济加工精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册。

2.加工方案的确定确定加工方案时，首先应根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法，然后再确定其前面一系列的加工方法，即获得该表面的加工方案。

例如，对于箱体上孔径不大的IT7级精度的孔，先确定最终加工方法为精铰，而精铰孔前则通常要经过钻孔、扩孔和粗铰等工序的加工。

在确定表面的加工方案时，可查阅有关工艺手册。

六、加工顺序的安排零件的加工工序

通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序（如表面处理、清洗和检验等），这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。

这里重点介绍切削加工工序的顺序安排原则。

1.基面先行原则用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。

例如轴类零件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。

又如箱体类零件总是先加工定位用的平面和两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。

2.粗后精原则各个表面的加工顺序按照“粗加工——半精加工——精加工——光整加工”的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。

3.主后次原则零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。

4.面后孔原则对箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，这样安排加工顺序，一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔，孔的轴线不易偏斜。

5.近后远原则在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。

对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。

七、对刀点与换刀点的确定

所谓对刀就是确定工件在机床的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。

对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点（即对刀点）来实现。

选择对刀点的原则是：

便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置；在机床上容易找正，加工过程中便于检查；引起的加工误差小。

对刀点可选在工件上，也可选在夹具上或机床上，但必须与工件的定位基准（相当于与工件坐标系）有已知的准确尺寸关系，这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的关系。

当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选择零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。

刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。

工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。

一致性越好，对刀精度越高。

对刀时直接或间接地使对刀点与刀位点重合。

所谓“刀位点”，是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点，对于平头立铣刀、面铣刀类刀具，刀位点一般取为刀具轴线与刀具底端面的交点；对球头铣刀，刀位点为球心；对于车刀、镗刀类刀具，刀位点为刀尖；钻头则取为钻尖等。

对数控车床、加工中心等数控机床，加工过程中需要换刀时，在编程时应考虑选择合适的换刀点。

所谓“换刀点”是指刀架转位换刀时的位置。

该点可以是某一固定点（如加工中心上换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如数控车床）。

换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部位为准。

八、刀具走刀路线的确定

走刀路线是指数控加工过程中刀具（刀位点）相对于被加工工件的运动轨迹。

设计好走刀路线是编制合理加工程序的条件之一。

确定走刀路线的原则是：

1.应能保证零件的加工精度和表面质量要求当铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。

刀具切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件外廓曲线平滑过渡。

同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，而应该沿零件轮廓延长线的切线逐渐切离工件。

铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入、切出。

若内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入、切出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。

2.应尽量缩短走刀路线，减少刀具空行程时间或切削进给时间，提高生产率按照一般习惯，总是先加工均布于同一圆周上的八个孔，再加工另一圆周上的孔，。

但是对点位控制的数控机床而言，要求定位精度高，定位过程尽可能快，因此这类机床应按空行程最短来安排走刀路线。

3.应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量在实际应用中，往往要根据具体的加工情况灵活应用以上原则选择合适的走刀路线。

下面以数控车床车削圆弧为例作简要分析。

数控车床上加工圆弧时，一般需要多次走刀，先粗车将大部分余量切除，最后精车成形。

先粗车成阶梯形，最后一次走刀精车出圆弧，该方法在确定了每刀背吃刀量ap后，须精确计算出每次走刀的Z向终点坐标，即求出圆弧与直线的交点。

因此，数值计算较繁，但刀具切削加工路线短空行程时间较长。

九、工件的装夹与夹具的选择

在数控加工时，无论数控机床本身具有多高的精度，如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜，就会因此降低零件加工精度。

要正确装夹工件。

1.工件装夹的基本原则

数控加工时，工件装夹的基本原则与普通机床相同，都要根据具体情况合理选择定位基准和夹紧方案。

在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点：

①力求设计基准、工艺基准和编程计算的基准统一。

②尽量减少工件的装夹次数和辅助时间，即尽可能在工件的一次装夹中加工出全部待加工表面。

③避免采用占机人工调整方案，以充分发挥数控机床的效能。

④对于加工中心，工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。

2.选择夹具的基本原则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；二是要协调工件和机床坐标系的尺寸关系。

除此以外，还要考虑以下几点：

①在单件小批生产条件下，应尽量采用组合夹具、可调夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间，提高生产率。

②在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

③采用辅助时间短的夹具，即工件的装卸要迅速、方便、可靠。

④为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高，便于清扫切屑。

十、刀具的选择

数控编程时，正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容。

选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、切削用量以及其他相关因素。

刀具选择总的原则是：

安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

生产中，平面工件周边轮廓的加工，常采用立铣刀（铣刀半径应小于零件外部轮廓的最小曲率半径）；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选普通硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层或高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，故球头刀常用于曲面的精加工。

而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。

另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

在加工中心上，各种刀具分别装在刀库中，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。

因此必须采用标准刀柄，以便使钻、扩、镗、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库中去。

编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。

十一、削用量的确定

切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量和进给量（或进给速度）。

切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。

数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。

十二、编误差及其控制

1.几何建模误差这是用近似方法表达零件轮廓形状时所产生的误差。

例如，当需要仿制已有零件而又无法考证零件外形的准确数学表达式时，只能实测一组离散点的坐标值，用样条曲线或曲面拟合后编程。

近似方程所表示的形状与原始零件之间有误差，但一般情况下较难确定这个误差的大小。

2.逼近误差包括两个方面：

一是用直线或圆弧段逼近零件轮廓曲线或复杂刀具轨迹所产生的误差，减小这个误差的最简单方法是减小逼近线段的长度，但这将增加程序段数量和计算时间。

另一方面的误差是在三维曲面加工时采用行切加工方法对实际型面进行近似包络成形，减小这个误差的最简单方法是减小走刀行距，但这不仅会成倍增加程序段数量和计算时间，更重要的是将成倍降低加工效率。

3.尺寸圆整误差它是指计算过程中由于计算精度而引起的误差。

在点位数控加工中，程编误差只包含尺寸圆整误差。

在轮廓加工中，尺寸圆整误差所占的比例较小，相对于其他误差来说，该项误差一般可以忽略不计。

对于点位加工和由直线、圆弧构成的二维轮廓加工，基本上不存在程编误差问题。

但在复杂轮廓加工特别是三维曲面加工时，程编误差（主要是逼近误差）的合理控制是必须充分重视的问题之一。

结束语

在校期间，学习了多门公共基础课、专业基础课和专业课，涉及大量的基础理论和原理性问题。

在指导教师的指导下，在广泛收集资料，大量阅读有关文献的基础上，总结前人成就，分析前人观点的基础上，加以总结，找出以往研究的薄弱之处，并提出些自己的见解。

参考文献：

1熊光华：

《数控机床》，机械工业出版社2001。

2秦立高：

《机床维修手册》，国防工业出版社1997。

3刘希金：

《机床数控系统故障检测及维修》，兵器工业出版社1995。

4苗志毅，刘宏伟：

《数控加工编程技术》，河南科学技术出版社2006。