cnc加工技术综述
第一节cnc主要加工对象
第二节cnc加工工件安装
第三节cnc加工刀具交换
第四节cnc加工技术的发展
cnc加工内容的选择与确定
cnc加工技术分析
cnc加工过程分割
cnc加工选择路径
cnc加工工艺参数的确定
cnc系统的主要加工对象
铣削是机械加工中最常用的加工方法之一。主要用于端面铣削和轮廓铣削，以及零件的钻孔、延伸、铰孔、镗孔和攻丝。适用于数控的零件包括：
(1)平面零件
平面零件的特点是每个加工表面可以是平面的或平面的。目前，在数控铣床上加工的大部分零件都是平面零件。展平零件是数控加工对象中最简单的一类，通常可以通过三轴数控铣床的两轴联动加工(即两轴半坐标加工)来加工。
具有平面轮廓的平面零件具有斜面的平面零件具有正平面零件和肋平面零件
(2)可变倾斜零件
加工表面和水平面之间角度不断变化的零件称为可变角度零件。加工可变倾斜零件时，最好使用四轴或五轴数控铣床进行角度加工。如果没有这样的机床，2轴半控制线加工可以在3轴数控铣床上产生近似值，但精度稍低。
(3)表面(3D)零件
加工表面为空间表面的零件称为曲面零件。曲面零件和铣刀的加工面总是点接触的。通常采用三轴数控铣床加工，常用的加工方法有两种：
加工采用2轴半联动线切割方法。切线法是在加工过程中只连接两个坐标，其他坐标以一定的行距周期性地进行。这种方法通常用于处理不太复杂的空间曲面。
b、三轴联动加工。所用的铣床必须具有X、Y、z三轴联动加工功能，才能进行空间直线插补。这种方法通常用于处理更复杂的空间曲面，如引擎或模具。
第二节cnc加工工件安装
1.cnc加工定位基准选择应遵循的原则
(1)在零件中，尽可能选择设计标准作为位置标准
选择设计基准作为定位基准的位置，可以防止基准不匹配引起的定位误差，保证加工精度，简化编程。为零件制定加工计划时，首先根据符合条件的原则选择最佳精加工条件，以指定零件的加工路径。因此，在初始加工过程中，必须将待加工表面视为粗糙标准。
(2)当零件的定位基准和设计基准不匹配，且加工面和设计基准不是在一个安装中同时加工时，必须仔细分析零件的图纸，以确定零件设计基准的设计功能。通过尺寸链的计算，严格规定了定位基准与设计基准之间的公差范围，以保证加工精度。
(3)如果数控铣床不能同时完成包括设计基准在内的整个表面加工，应考虑所选基准可用于定位，然后所有主要精密零件可一次加工完成。
(4)定位标准的选择应保证尽可能多的加工内容的完成。为此，我们必须考虑单个表面可以加工的定位方法。对于非旋转零件，最好使用一个和两个孔的定位方案，以便工具可以加工另一个曲面。如果工件没有合适的孔，可以添加和放置加工孔。
(5)在批量加工过程中，零件位置参照应尽可能与工件坐标系匹配刀具参照(加工后工件坐标系原点与位置参照之间的尺寸值)。
在批处理过程中，夹具用于定位和安装工件。该工具一次设置一个工件坐标系，然后处理一系列工件。如果设置工件坐标系的刀具参考与零件定位参考匹配，则直接传递定位参考，从而减少定位误差。
(6)如果需要多重安装，必须遵守统一标准的原则。
第三节cnc加工刀具交换
关于刀点和刀点的决定
对于数控机床，在加工开始时确定刀具和工件的相对位置是非常重要的，这是为刀点执行的“到刀点”是指通过刀具设置确定刀具相对于工件的位置的参考点。在编程过程中，无论刀具实际上相对于工件移动还是工件相对于刀具移动，工件都被认为是静止的，刀具也在移动。刀点也是零件加工的发源地
刀点的选择原则如下：
(1)便于数学处理，简化编程。
(2)在机床上很容易找到确定零件加工原点的位置；
(3)加工过程中检查方便。
(4)造成的加工误差小。
您可以在零件、夹具或机床上设置刀点示例，但它必须与零件的位置基准有已知的精确关系。如果工具的精度要求很高，则应在零件的设计或技术基础中尽可能选择刀点。对于作为孔放置的零件，孔的中心可以用作一对刀点
如果面向刀具，刀具点必须与刀具的位置相匹配。刀具位置是确定刀具位置的基准点。例如，如果平铣刀的加工位置是正常平面的中心。球头立铣刀的车刀是球心。钻头是钻头的尖端。
更换点必须按照工艺内容进行配置，在更换刀具时不遵守工件、夹具、机床的原则。刀具点始终是固定点，位于远离工件的位置。
2.工具设定方法
由于刀具精度直接影响加工精度，刀具运动必须谨慎，刀具方法必须符合零件加工精度的要求。
如果零件的加工精度较高，可以使用千分表找到正确的刀具路径。刀具的位置与刀具点一致。但是，这种方法效率不高。
目前，一些工厂为了减少工作时间、提高准确性，采用了光学、电子仪器等新方法。
通常的刀具设定方法如下所示
(1)工件坐标系的原点(刀具点)是圆柱孔(或圆柱面)的中心线
a、杆千分表(或千分表)工具
该工作方法比较麻烦，效率低，但工具精度高，被测试孔的精度要求也高。请勿仅使用铰链或镗孔孔加工的孔或粗加工的孔。
b、使用边缘搜索刀
该方法操作简单，直观，刀具精度高，但测量孔要求精度高。
(2)工件坐标系的原点(在工具点)是相互正交的两条直线的交点
a.如何使用触摸感应(或测试切割)
该作业方法比较简单，但工件表面留有痕迹，剑的精度较低。必须在刀具和工件之间添加比例，以减去刀具的厚度，以免损坏工件的曲面。这样，标准芯轴和密封规的配合刀也可以使用。
此步骤类似于与刀具匹配的刀具，但刀具移动到取景器接触点的半径除外。该方法简单，刀刃精度高。
(3)工具z方向工具
刀具z方向刀具数据由刀柄上刀具的修剪长度和工件坐标系的z方向零点位置决定，位于工件坐标系的工件坐标系零点位置。
可以使用刀具直接接触刀具，也可以使用z方向设置管理器创建精确的刀具。它的工作方式与“查找边缘”相同。刀具也用于使刀具的端点与工件的曲面或z方向设置器的侧面接触，并使用机床坐标显示来确定刀具的值。使用z方向设定管理器拟合刀具时，请考虑z方向设定器的高度。
此外，如果在加工工件时使用不同的刀具作为刀具，则每个刀具到z坐标零点的距离也不同。由于这些距离的差异是刀具的长度补偿值，因此必须使用机床或特殊刀具测量每个刀具的长度(例如刀具的预调整)，并记录在刀具明细表中以供机床工人使用。第四节cnc加工技术的发展
由于CNC加工具有独特的特性和应用对象，为了充分利用CNC铣床的优点和重要作用，必须正确选择CNC铣床类型、CNC加工对象和工艺内容。以下空白通常用作CNC加工的主要选取对象
(1)工件中曲线的轮廓，特别是数学式指定的非圆形曲线或列表曲线等曲线的轮廓
(2)给出了数学模型的空间曲面。
(3)复杂形状、大小多样，刻划和困难部分的测试
(4)用通用铣床加工时，进给内外槽观察测定控制困难
(5)调整为尺寸的高精度孔或面
(中顺可单独安装铣削的简单表面或形状
(7)采用CNC，提高生产效率，大幅度减少体力劳动强度的一般加工内容。
垂直CNC铣床和垂直加工中心也适用于加工箱、盖、平面凸轮、模板、形状复杂的平面或三维部件、模具的内部、外部等。卧式数控铣床和卧式加工中心适用于加工复杂的箱体部件、泵体、车身、外壳等。多坐标联动水平加工中心还可用于加工各种复杂曲线、曲面、叶轮、模具等。
cnc加工技术分析
(a)零件模式分析
1.验证零部件图的完整性和准确性
加工程序是用正确的坐标点写的
(1)各几何要素(切线、交点、垂直、平行、同心等)之间的相互关系必须明确。
(2)各种几何条件必须充分，没有引起矛盾的多馀尺寸和影响工艺配置的闭合尺寸等。
2.自动编程部件数学模型的确认
建立了复杂曲面数学模型后，需要仔细研究数学模型的完整性、合理性、几何拓扑关系的逻辑。
完整性——指示设计者的总体意图是否表现出来。
合理性——指示所创建的数学模型的曲面是否满足曲面建模的要求。
拓扑关系逻辑——可用于创建合理的工具运动路径，例如曲面与曲面之间的相互关系(例如，位置连续性、切线连续性、曲率连续性等)是否满足指定要求、曲面修剪是否干净、完整等，初始教师可以使用正确的数学模型因此，NC编程所需的数学模型必须满足以下要求
(1)数学模型是完整的几何模型，不能使曲面重复或缺失。
(2)数学模型没有多样性，不存在表面重叠的现象
(3)数学模型必须是光滑的几何模型。
(4)外表面的数学模型必须平滑，去除曲面内部的微细缺陷
(5)数学模型中曲面参数曲线分布合理，曲面无异常隆起或凹陷。
(6)部件结构的工艺分析和处理；
1.零件图纸尺寸应易于编程。
在实际生产中，部件绘图尺寸对过程有很大影响，因此应当对部件设计绘图提出不同的要求。
2.分析零件的变形，确保必要的加工精度
薄基板和肋在加工中产生的切削力和薄板的弹性后退使加工面的振动非常大，因此难以保证薄板厚度尺寸公差，表面粗糙度增加。在CNC加工中，零件的变形不仅影响加工质量，而且变形大时不能继续加工。
预防措施：
(1)针对宽幅薄板零件，改进夹紧方法，使用适当的加工步骤和工具。
(2)使用适当的热处理方法：钢件调质，铝铸件退火
(3)为了减少或消除变形效果，粗加工分离和对称去除。
3.尽量统一零件外形中圆弧的相关尺寸
(1)在轮廓内，圆弧半径r总是限制工具的直径。
在部件中，凹圆弧半径的数值一致性问题对CNC的工艺性能至关重要。为了减少刀具更换的次数，零件的外形和凹槽最好使用统一的几何学类型和尺寸。
一般来说，即使不要求完全统一，也要对具有类似值的圆弧半径进行分组，实现部分统一，最小化立铣刀的规格和刀具更换次数，防止因频繁的刀具更换而导致零件加工面的出货次数增加和表面质量下降。
(2)转换圆弧半径值大小的影响
转换圆弧的半径较大，使用较大的手指精加工铣削刀具可提高效率，提高加工面的品质，从而提高工艺效率。
铣削面的槽底圆角或底板与肋相交的圆角半径r越大，铣削刀具铣削平面的功能越差，效率越低。当r达到一定程度时，必须用球头立铣刀加工。
如果铣削的底面面积大，底部圆弧r也大，则只能切削两个r不同的立铣刀部分。
4.确保标准统一原则
虽然某些零件在加工过程中必须重新安装，但由于CNC无法拾取刀具，因此重新安装零件时刀具经常不接触。在这种情况下，最好使用统一基准位置，因此零件必须包含适当的孔作为基准孔。如果零件没有基准孔，也可以将处理孔设置为基准，特别是基准。
(c)零件空白的工艺分析
1、毛坯应具有充分稳定的加工馀量。
毛坯主要指锻造、铸件。锻造在锻造过程中，由于没有压力和公差系数，馀量可能不均匀。铸件在铸件中砂的误差、收缩量及金属液体流动性差异不能满足中空，残留量不均匀。此外，空白变形和变形变形之间的差异可能会导致剩馀处理量不适当和不稳定。
因此，在设计以零件阵列表示的未加工面加上适当馀量的空白时，必须充分考虑。
2.空白剪辑适用性分析
主要考虑毛坯在加工面上的位置。对于没有剪辑的空白，建议将剪辑的剩馀量或辅助标准(如流式计划或流式计划)添加到空白中。
3.空白变形、裕度大小和均匀性分析
分析空白加工中及加工后的变形程度，考虑是否需要采取预防措施和改进措施。热轧中，厚板在淬火时效后容易加工变形，优选经拉伸处理的淬火板。
对于毛坯馀量的大小和均匀性，主要考虑在加工过程中是否进行切片铣削以及是否进行切片铣削。这个问题在自动编程中尤为重要。
分割加工流程
在Cnc机床中，加工中心加工部件的过程尤其集中，许多部件只需安装卡即可完成所有工序。但是，零件的粗加工，特别是原材料零件的基准平面、定位面等加工，必须在通常的机床上完成，安装在CNC机床上进行加工。这可以发挥数控机床的特性，维持数控机床的精度，延长数控机床的寿命，降低数控机床的使用成本。用Cnc机床加工零件的方法如下
1.刀具组的排序方法
用同一把刀加工零件的所有可能部分，用第二把刀和第三把刀分成其他部分的工具。此分割顺序方法可减少刀具更换的次数，压缩空路时间，减少不必要的定位错误。2.粗糙度、精加工排序方法
此排序方法根据粗加工、精加工分类原则(如零件形状、尺寸精度等)进行排序。粗加工、半精加工和精加工零件或零件的放置。在粗加工期间，希望随时区别布局和夹具的可靠性和便利性，通过一次安装加工更多的表面。对于没有剪辑的空白，建议将剪辑的剩馀量或辅助标准(如流式计划或流式计划)添加到空白中。3.空白变形、裕度大小和均匀性分析
选择路径路径
刀路路径是刀具在NC加工期间加工零件的运动路径和方向。刀路与零件的加工精度和表面质量密切相关，因此非常重要。确定路径的一般原则包括：
(1)保证零件的加工精度和表面粗糙度。
(2)数值计算容易，编程麻烦少。
(3)减少通道路径，减少提前期及其他辅助时间。
(4)尽量减少程序段数。
此外，在选择路径时，请注意以下几点：
cnc加工工艺参数的确定
确定过程参数在过程开发中是重要的，使用自动编程比程序是否成功更重要。
(a)用球头立铣刀加工曲面时，确定有关切削精度的工艺参数
1，步长决定l(步)
步长l(步骤)——各两个刀具地址之间的距离长度决定加工地址数据的数量。
如何确定曲线轨迹步长l:
直接定义步长方法：通过在编程时直接提供步长的值，由零件的加工精度决定
间接定义步长方法：定义近似错误间接定义步长
2.确定近似误差er
近似误差er——实际切削轨迹偏离理论轨迹的最大允许公差
定义近似错误的三种方法(参见图16-4):
指定外部近似错误值：使用零件表面上剩馀的材料作为错误值
(如果需要精度，通常选择0.~0.03mm)指定内部近似错误值。表示允许的曲面过切检查量
还指定内部和外部的近似误差
3、确定行距s(切割间距)
行距s(切削间距)——加工轨迹与相邻两个刀具轨迹之间的距离。
影响：行距小：处理精度高，但处理时间长，成本高
行距大：加工精度低，零件类型面歪斜，但处理时间短。
有两种定义行距的方法
(1)直接定义行间
算法简单，计算速度快，适用于为粗加工、半精加工和形状比较平整零件精加工创建刀具运动轨迹。
(2)用剩馀的高度h定义行间距
其馀高度h——是沿加工曲面的法向向量方向相邻的两个切削行之间的其馀凹槽高度。h大：表面加工值大
h小：加工精度提高，但程序长，机械时间加倍效率降低
选择注意事项。
粗加工时行间变大，结束时行间变小。在某些情况下，可以在原始两行之间剪切加密行，以减小最小高度。也就是说，进行曲峰值处理将s减少一半，更加有效。
(b)确定有关切削量的工艺参数；
1.后摄取量AP和侧摄取量AE
后刀具量ap——是平行于铣削刀具轴测量的加工层的尺寸。
侧面加工量ae——是垂直于立铣刀轴测量的加工层的尺寸。
从刀具耐久性的角度选择切削量的方法如下
首先选取后刀具体积块AP或侧刀具体积块AE，确定进给速度，最后确定切削速度。
如果在不要求零件精度的情况下允许工艺系统的刚性，则建议一次性加工馀量以提高加工效率。如果零件的精度较高，则必须使用多个通道来确保精度和表面粗糙度。
2.确定有关进给的参数
对于加工复杂曲面的自动编程，必须设置五个进给速度
(1)高速通道速度(空进给率)
为了节省非切削时间，通常选择G00速度，即机床允许的最大进给速度。
(2)底刃速度(接近工件表面进给速度)
为了使工具在不损伤机床、工具、工件的情况下安全地接近工件，加工速度不得提高，切削进给速度必须在切削进给速度以下。对于柔软材质，通常为mm/min；好的。在钢或铸铁中，通常为50mm/min。
(3)切削进给率f
切削进给速度必须根据所用机床的性能、刀具材料和尺寸、加工材料的切削性能和加工馀量的大小来综合决定。
一般原则是工件表面加工馀量大，切削进给率低。相反。加工进给速度可由加工人员根据加工中工件的曲面状况手动调整，以获得最佳切削状态。切削进给速度不能超过根据近似错误和插值周期计算的允许进给速度。
建议值：
加工塑料部件：mm/min
加工大量钢材零件：mm/min
小间隙钢部件精加工：mm/min
铸件精加工：mm/min
(4)行间连接速度(进给速度跨度)
线间连接速度——刀具从切削线移动到下一条切削线的速度。
通常，该速度在切削进给速度以下。
(5)退刀进给率(退刀速度)
为了节省非切削时间，通常选择G00速度，即机床允许的最大进给速度。
3.确定有关切削速度的参数
(1)切削速度c
切削速度c的高低主要取决于加工部件的精度和材料、工具的材料和耐久性等。(2)主轴转速n
主轴转速n根据容许切削速度c决定。n=c/d
理论上，c越大，生产率越高，避免了芯片肿瘤的临界速度，得到了较低的表面粗糙度值。但是，由于实际的机床、工具等的限制，使用国内的机床、工具时允许的切削速度通常只能在~m/min的范围内选择。
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