2.3 数控综合实训
实训任务一 数控车削加工编程工艺综合实训
在CK6140数控车床上加工如图2－33所示的轴类零件，毛坯为φ40 mm×100 mm的圆钢，材料为45钢，不需要热处理。
一、实训目的
掌握前面所学的数控车削加工工艺的知识，并把这些知识应用于实际编程中。
二、实训要求
（1）进行车削加工零件的工艺性分析，正确划分数控加工工序与工步。
（2）选用正确的零件装夹方案及加工过程中所需要的刀具。
（3）合理确定加工余量、切削用量、加工顺序、走刀路线、切削液等。
（4）学会编制数控加工工艺文件。
三、实训条件
实训条件包括数控车床、各种刀具、测量工具等。
四、实训的具体步骤与详细内容
1.零件工艺性分析
该零件如图2－33所示，是一个实心轴，长度不长，且毛坯有余量，适合于数控车床加工，可采用三爪卡盘直接夹紧工件毛坯外圆面定位，一次装夹将工件连续加工完成，不用顶尖顶夹。圆钢装夹时伸出卡盘端面80 mm，取工件的右端面中心为工件坐标系的原点。
此工件的车削加工包括车外圆、圆锥面、圆弧面、切槽、车螺纹和切断。
为了保证零件加工后的尺寸精度要求，要将零件的标注尺寸换算成中间尺寸及对称公差。
如：φ38 0－0.039改为φ37.9805±0.0195，编程时应用尺寸为φ37.981；
φ25 0－0.033改为φ24.9835±0.0165，编程时应用尺寸为φ24.984；
68±0.05本身为中间尺寸及对称公差，编程时应用尺寸为68。
同时注意，当尺寸精度要求较高，图纸尺寸标注基准与编程基准不重合时，应进行尺寸链换算。
图2－33 数控车削加工编程工艺综合实训件
2.工序与工步的划分
此工件的工序与工步可分为粗车外轮廓、精车外轮廓、切槽、车螺纹、切断等。
3.零件装夹方案的制订
直接用三爪卡盘夹紧工件毛坯外圆面定位，不用顶尖顶夹。
4.刀具的选用
加工此工件需要三把刀具，具体如下。1号刀具：93°外圆刀，粗车、精车外轮廓。2号刀具：60°普通螺纹刀，车螺纹孔M20×2。3号刀具：切槽刀（宽4 mm），切退刀槽、切断。
5.加工余量的确定
（1）由于毛坯直径为φ40 mm，而球面SR 8过工件中心，所以单边最大加工余量为20 mm，需要多次粗车外轮廓，每次粗车的背吃刀量为3 mm，最后给精车留下加工余量为0.25 mm。
（2）车螺纹的加工余量确定方法如下。
由于螺纹刀具是成形刀具，刀刃与工件接触线较长，切削力较大，而切削力过大会损坏刀具或在切削中容易引起振动，因此在切削螺纹时需要多次进刀，每次进刀的深度按递减规律分配，具体每次的背吃刀量见表2－6。
表2－6 常用螺纹切削进给次数与背吃刀量
螺纹的大径、小径和牙高可按下式近似计算。
螺纹大径：D大＝D公称直径－0.1×螺距；
螺纹小径：D小＝D公称直径－1.3×螺距；
螺纹牙高：H牙高＝（D大－D小）／2。
6.切削用量的确定
粗车外轮廓时主轴转速取650 r／min，进给速度取80 mm／min，背吃刀量取3 mm。
精车外轮廓时主轴转速取1000 r／min，进给速度取40 mm／min，背吃刀量取0.25 mm。
切槽和切断时主轴转速取500 r／min，进给速度取30 mm／min。
车螺纹时主轴转速取300 r／min，进给速度取2 mm／r，每次的背吃刀量分别取0.9 mm、0.6 mm、0.6 mm、0.4 mm、0.1 mm。
7.零件加工顺序的确定
零件按粗车外轮廓→精车外轮廓→切槽→车螺纹→切断的顺序依次加工。
8.走刀路线的确定
走刀路线如图2－34所示，图中换刀点P设在离工件坐标系原点X方向100 mm、Z方向100 mm处。
图中循环起点A设在工件毛坯尺寸之外X方向5 mm、Z方向5 mm处。粗车外轮廓循环时，每一层切削深度（半径值）为3 mm，退刀量为1 mm；精车时X方向加工余量（直径值）为0.5 mm，Z方向加工余量为0.3 mm。
图中螺纹切入长度为2倍螺距，螺纹切出长度为1倍螺距。
9.切削液的确定
选用浓度为5%的乳化液作为切削液。
10.数控加工工序卡片和数控加工刀具卡片的制定
数控加工工序卡片和数控加工刀具卡片见表2－7和表2－8。
图2－34 走刀路线
表2－7 数控加工工序卡片
表2－8 数控加工刀具卡片
实训任务二 数控铣削加工编程工艺综合实训
在XK714B数控铣床上加工如图2－35所示的凸轮零件，已经加工好上下平面、φ35H7和φ12H7两孔、φ280 mm外圆和φ65 mm凸台，工件材料为HT200，本工序只铣削28 mm的槽轮廓。
一、实训目的
掌握前面所学的数控铣削加工工艺的知识，并把这些知识应用于实际编程中。
二、实训要求
（1）进行铣削加工零件的工艺性分析，正确划分数控加工工序与工步。
（2）选用正确的零件装夹方案及加工过程中所需要的刀具。
图2－35 凸轮
（3）合理确定加工余量、切削用量、加工顺序、走刀路线、切削液等。
（4）学会编制数控加工工艺文件。
三、实训条件
实训条件包括XK714B数控铣床、φ20 mm麻花钻、φ20 mm硬质合金立铣刀、测量工具等。
四、实训的具体步骤与详细内容
1.零件工艺性分析
该零件为一个平面槽形凸轮，其结构简单，加工工艺性较好，但凸轮槽表面粗糙度要求较高，需要分为粗铣和精铣两步完成。
2.工序与工步的划分
分为钻工艺孔、粗铣、精铣等三步。
3.零件装夹方案的制订
采用“一面两孔”定位专用夹具，如图2－36所示。
图2－36 “一面两孔”定位专用夹具
4.刀具的选用
φ20 mm麻花钻和φ20 mm硬质合金立铣刀。
5.加工余量的确定
粗加工后凸轮槽两侧面轮廓留1 mm的精加工余量。
6.切削用量的确定
凸轮槽宽度28 mm，深度10 mm，粗加工时，Z向每次切削深度取4.5 mm，精加工两侧轮廓面时，Z向一次下刀1 mm到位。具体切削用量见表2－9。
表2－9 切削用量
7.零件加工顺序的确定
零件按钻工艺孔→凸轮槽粗加工→凸轮槽精加工的顺序依次加工。
8.走刀路线的确定
为保证凸轮槽工作表面有较好的表面质量，采用顺铣方式走刀。铣削凸轮槽时XY平面内的走刀先沿凸轮槽中心铣一圈，然后向凸轮槽两侧壁方向分别进给3 mm后各走刀一圈，最后沿凸轮槽内、外工作表面分别精加工。
9.切削液的确定
因被加工材料为铸铁，且采用硬质合金铣刀，所以不需加切削液。
10.数控加工工序卡片的制定
数控加工工序卡片见表2－10。
表2－10 数控加工工序卡片
实训任务三 数控加工中心加工工艺综合实训
在XH714立式加工中心上加工如图2－37所示的底模，零件材料为HT200，已经进行过粗加工，各部分单边余量为5 mm，本工序要将其余所有内容加工完成。
图2－37 底模
一、实训目的
了解综合件加工的工艺知识，掌握刀具和切削用量的选择，能够填写工艺卡片，并为加工中心编程做好准备。
二、实训要求
（1）进行加工中心加工时零件的工艺性分析，正确划分数控加工工序与工步。
（2）选用正确的零件装夹方案及加工过程中所需要的刀具。
（3）合理确定加工余量、切削用量、加工顺序、走刀路线、切削液等。
（4）学会编制数控加工工艺文件。
三、数控综合实训的条件
数控综合实训的条件包括XH714立式加工中心、φ100 mm硬质合金端面铣刀、φ20 mm硬质合金立铣刀、φ8 mm键槽铣刀、φ5 mm中心钻、φ5.8 mm钻头、φ8.5×4.5 mm锪钻、φ6 mm铰刀、测量工具等。
四、实训的具体步骤与详细内容
1.零件工艺性分析
该零件主要由平面、孔系、型腔及外轮廓组成。上表面及两台阶面要求粗糙度Ra为1.6μm，其他面要求粗糙度Ra为3.2μm，上、下平面的平行度要求为0.02 mm，上、下表面可采用粗铣—精铣的加工方案。
台阶孔φ6H7的表面粗糙度Ra为1.6μm，要求较高，选择钻孔—铰孔的加工方案；φ8.5孔无尺寸公差要求，可按自由尺寸公差IT12处理，表面粗糙度Ra为12.5μm，要求不高，用锪钻锪孔即可。
型腔内表面及外轮廓表面粗糙度Ra要求为3.2μm，采用粗铣→精铣的加工方案。
2.工序与工步的划分
底模的加工分为两道工序：第一道工序，在数控铣床上粗加工和精加工定位基准面A及四周的外轮廓面；第二道工序，在加工中心上粗、精加工上表面，粗加工两台阶面，粗加工型腔，粗、精加工孔系，精加工两台阶面，精加工型腔。
3.零件装夹方案的制订
根据基准重合原则，即设计基准与定位基准重合，加工该零件时，首先以上面为基准加工底面及四周的外轮廓，在数控铣床上完成。然后，在加工中心上，以底面定位，采用平口钳一次装夹，将所有余下的表面和轮廓全部加工完成，这样就可以保证图样要求的尺寸精度和位置精度。
4.刀具的选用
为提高加工精度和效率，并减少每次进给之间的接刀痕迹，零件上、下表面采用端铣刀加工，铣刀直径应以尽量包容零件整个加工宽度为原则。零件外轮廓、两台阶面采用立铣刀加工。零件型腔采用键槽铣刀（方便垂直进刀）加工，由于是内轮廓加工，因此铣刀直径要受轮廓最小曲率半径（Rmin）限制，Rmin为5 mm，根据经验，取刀具半径R＝（0.8～0.9）Rmin，即采用φ8键槽铣刀。加工φ6H7孔时，先用φ5.8 mm的钻头钻孔，然后用φ6 mm的铰刀铰孔；加工φ8.5 mm孔时，采用φ8.5×4.5锪钻锪孔。所选刀具详见表2－11。
表2－11 数控加工刀具卡片
5.加工余量的确定
由于各部分单边余量为5 mm，两台阶面的总余量较大，要分几次进给，铣削台阶面时每次背吃刀量为5 mm，精加工余量为0.5 mm，一次走刀完成。
6.切削用量的确定
由于该零件材料为HT200，切削性能较好，因此铣削平面、台阶面、型腔时，留0.5 mm的精加工余量；铰孔4×φ6H7时，留0.1 mm的铰削余量。
确定主轴转速时，为了兼顾刀具的耐用度和机床的加工刚度，确保零件的加工质量，根据背吃刀量，先查切削用量手册，确定切削速度，然后按公式vc＝πDn／1000计算主轴转速。
确定进给速度时，根据铣刀齿数、主轴转速及切削用量手册中给出的每齿进给量，利用公式vf＝f×n＝fz×Z×n计算进给速度。具体数据见表2－12。
表2－12 数控加工工序卡片
7.零件加工顺序的确定
根据基准先行、先面后孔、先粗后精的加工原则，确定各面的加工顺序如下：粗、精加工定位基准面A及四周的外轮廓面（数控铣床）→粗、精加工上表面→粗加工两台阶面→粗加工型腔→粗、精加工孔系→精加工两台阶面→精加工型腔。
8.走刀路线的确定
内外轮廓的加工，刀具均沿切线方向切入与切出。
9.切削液的确定
因被加工材料为铸铁，且采用硬质合金铣刀，所以不需加切削液。
10.数控加工工序卡片的制定
数控加工工序卡片见表2－12。
【思考题】
2－1 数控加工工艺与传统加工工艺相比有哪些特点？
2－2 在数控机床上加工零件时，划分加工工序有哪几种方式？
2－3 数控加工中，通常按哪些原则安排加工顺序？
2－4 为了提高数控机床的效率，在确定零件定位基准与夹紧方案时应注意什么？
2－5 在数控机床上加工零件时，划分工步应遵循哪些原则？
2－6 确定走刀路线时应考虑哪些问题？
2－7 分析图2－38所示套筒的数控车削加工工艺。
图2－38 套筒
2－8 分析图2－39所示凹模板的数控铣削加工工艺。
图2－39 凹模板
2－9 分析图2－40所示垫板的数控加工中心加工工艺。
图2－40 垫板