1.2 数控铣削的加工过程

有了上面的预备知识后，下面我们就看一看一个真正的数控铣削零件加工过程是怎样完成的。

1.2.1 加工工艺分析

试想一下在一个普通零件加工之前，我们都会提出下面几个问题：

（1）我们要加工什么？—对加工对象进行分析。

（2）怎样进行加工？—确定加工方案。

（3）选择什么工具完成加工？—确定工艺装备。

而这些与加工息息相关的分析过程，决定了加工过程每个环节的任务、要求和采用的具体方法。我们将这些任务、要求和方法统称为加工工艺，而为了便于指导加工，往往将这些工艺分析的结果文档化，就是工艺规程。下面我们以一个实例简单介绍加工工艺的制订过程。

1.分析零件样图，并确定毛坯

在加工之前首先要对加工对象进行分析，获取与加工有关的信息。而加工对象往往不会是一个现成的实物，呈现在你的面前，多数情况下我们必须面对的是一张清楚描述零件外观的机械零件样图。因此，作为机械加工人员，第一项要掌握的技能就是“识图”，就是要求能够准确地将图纸信息转换成零件的加工信息，如零件的被加工部分的形状、尺寸、材料、精度、表面粗糙度和零件的数量等。例如，如果进行下面零件的加工，如图1-6所示，我们应该从零件样图中获得哪些与加工有关的信息？

由图1-6 可以看出，该零件的材料为45 号钢，数量为50 件，而主要被加工部位为零件六个主要平面和环形轮廓及两个孔，对于加工部位的精度，除两个孔有位置精度的要求，其余部分并未规定。而零件的表面粗糙度Ra=12.5 μm。

由此我们可以确定：零件毛坯为110 mm×70 mm×30 mm的45号钢，并绘制出毛坯零件图，如图1-7所示。

2.确定加工方案

确定加工方案就是依据样图上的加工信息（材料、数量、精度等），确定加工方法和加工过程，如铣削、车削、磨削或是其他加工方法。在此还要确定使用的机床。可以看出，要想正确地选择加工方法，我们还应具备一定的机械加工基础知识。具体而言，包括以下两个方面。

1）确定加工方法

有了以前我们对数控铣削方面介绍的预备知识，经过分析，显然此零件平面及环形轮廓的加工应该采用铣削，而孔的加工应该采用钻削。无疑，50件的批量非常适合于数控加工。

2）确定加工过程，制订工序

此步骤是制订加工工艺的重要环节，其决定了加工过程如何进行，先做什么，后做什么，并要求制订出每一步的任务和要求即工序卡。

此零件采用三道工序：先加工六个平面，再加工环形轮廓，最后完成孔加工。由于采用加工中心作为加工机床，后两道工序可以合为一道，即利用加工中心具有的自动换刀功能可以实现一次装夹完成两道工序的加工。

3.确定工艺装备

当加工过程制订完成之后，就要针对每道工序确定所需要的加工装备，包括刀具、夹具等。

1）刀具的选择

根据本例中的零件材料和加工情况选择适当的刀具类型、刀具材料，如表1-1 所示。使用多把刀具实现自动换刀时，还需要确定刀具在刀库中的位置（刀号）及刀具补偿值。

2）设计装夹、定位方式

此步骤用于确定在每道工序下，工件如何定位？如何夹紧？在考虑工件定位精度的同时，应该充分注意加工的可能性，即夹具是否影响加工过程，是否与刀具产生干涉？批量生产时，还应考虑是否便于对刀，以及如何提高装夹效率等问题。

由于本例各平面精度要求不高，根据加工情况，采用平口钳装夹。装夹时要注意零件应高于平口钳钳口，以便于轮廓加工。为了便于定位零件，还可以采用拷板定位等方法。

4.确定加工工艺参数及走刀路线

根据每道工序的要求，还需要确定每道工序所需的必要工艺参数，包括进给速度、主轴转速等。工艺参数的选择是否合适，直接影响到零件加工的精度、质量和效率。

此外，为了便于编程，在制订工艺过程中，往往要对加工路线做出预先规划，确定编程原点、起刀点、抬刀点、走刀路线等，并绘制出相应走刀路线图。下面以该零件环形轮廓加工为例，绘制走刀路线图，如表1-2所示。

5.制订工艺规程

当整个加工方案确定之后，要将所有加工工序及要求文档化，制订出工艺规程，包括制作工序卡、工件安装和原点设定卡、数控加工走刀路线图、数控刀具卡等。

总之，数控加工的首要工作就是工艺分析，即要在加工之前对零件样图进行分析，明确加工的内容和要求，制订工艺规程，制作工艺卡片。内容包括：确定加工方案，确定毛坯尺寸、材料，选择适合的数控机床，选择或设计刀具和夹具，确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件样图的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。

1.2.2 编制数控加工程序

在完成上述工艺处理工作后，即可根据工艺规程的要求和零件样图的尺寸编写零件加工程序；数控加工程序是使数控机床执行一个确定的加工任务且具有特定代码和其他符号编码的一系列指令。而编程的过程，就是用代码模拟加工轨迹和状态的过程。根据采用的数控系统不同，数控加工程序采用的格式和代码有所不同，因此程序编制人员熟知数控机床的功能、程序指令及代码是非常必要的。本书主要以国内广泛使用的FANUC 0i系统和SIEMENS 802D数控系统为例，如果采用其他系统请参照随机的编程手册。

一般零件程序的生成有两种途径：手工编程和计算机辅助编程。

● 手工编程：程序编制人员根据加工轨迹，使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。

● 计算机辅助编程：利用CAM软件或其他辅助编程软件，辅助生成符合规定的数控加工程序。

下面是采用FANUC 0i系统编制的零件环形轮廓的数控加工程序。刀具轨迹和编程原点如表1-3所示，刀库中01号刀为φ8 mm立铣刀，02号刀为φ12 mm钻头。

数控加工程序的执行顺序：按照从上至下，逐段执行。

数控加工程序的组成结构：一般数控加工程序的结构由程序号、程序内容、程序结束标志三部分组成。程序号是程序的索引；程序内容是数控加工程序的主体，是由若干程序段组成的，而每一行为一个程序段；程序结束标志一般使用M02或M30指令。

1.2.3 输入数控加工程序

编制好的数控加工程序要以文本文件（ASCII码）的形式存储在数控系统之中，以便加工时调用，一般可以利用数控系统提供的编辑功能将程序输入并存储；也可以利用数控系统的通信功能直接将数控加工程序文件传输至数控系统之中。

1.2.4 校验与试切

一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。

对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果。当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。

1.2.5 零件加工

当程序校验合格后，就可以通过对机床的正确操作，运行程序，完成批量零件的加工。值得注意的是：为了能够正确地建立工件坐标系，即确立工件和机床的位置关系，在加工前还需要进行对刀工作。通常采用的方法是试切法，这将在后边的章节中介绍。

通过这个压板零件的加工实例，可以看到一个完整的数控铣削零件的加工，需要如下五个步骤才能完成，如图1-8 所示，包括零件工艺分析、编程、输入程序、校验与试切、加工零件；而这五个步骤是环环相扣的，每一部分都会影响到零件的最终加工质量和效果。而在初识数控铣削加工的同时，也会感到数控知识的综合性、广泛性。