典型数机床加工工艺

第第4 4章章 典型数控机床加工工艺典型数控机床加工工艺4.1 4.1 数控车床加工工艺数控车床加工工艺4.1.1车削的定义o 普通车削也叫单点切削，其基本定义是用单点刀具生成圆柱形状，车削是刀具的进给运动和工件的旋转运动的组合。可分为纵向车削、端面车削和仿形车削三种。4.1.2 数控车床的加工对象1表面形状复杂的回转体零件2精度要求高的回转体零件3带特殊螺纹的回转体零件 4淬硬工件的加工4.1.3 数控车床加工工艺的制定o1零件图工艺分析（1）构成零件轮廓的几何要素分析（2）精度、粗糙度要求（3）尺寸标注方法分析2加工作业的划分车削加工作业基本上可分成四种类型：表4-1 车削加工作业划分 重型加工 粗加工 半精加工 精加工 切削进给量（mm/r）1 0.41 0.20.5 0.10.3 径向进刀量（mm）620 410 24 0.52 3 3装夹方法选择装夹方法选择o（1）在三爪自定心卡盘上装夹 其特点是不需找正、装夹工件快、但夹紧力较小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。液压高速动力卡盘具有高转速、高夹紧力、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。（2）在两顶尖之间装夹 两顶尖装夹工件方便，不需找正，装夹精度高，适于长度尺寸较大或工序较多的轴类工件。（3）用卡盘和顶尖装夹 能承受较大的轴向切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用比较广泛。（4）用四爪单动卡盘装夹 卡盘夹紧力较大，装夹精度高，但找正比较费时，适用于大型或形状不规则的单件小批生产的工件。4 4加工顺序原则加工顺序原则o（1）先粗后精用较短的时间将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求，可提高生产效率。（2）先近后远通常安排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。（3）内外交叉应先进行内、外表面粗加工，后进行内、外表面精加工。（4）基面先行定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。车削时应先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。5 5加工进给路线的确定加工进给路线的确定o 进给路线是刀具在工序中相对于工件的运动轨迹，是编程的依据。（1）对大余量毛坯进行多次切削时，可以是常用的阶梯车削法，也可采用依次从轴向和径向进刀、顺工件毛坯轮廓走刀的路线。（2）当某表面的余量较多，需分层多次走刀切削时，要注意防止走刀到终点时切削深度的猛增。（3）确定最短的空行程路线 巧用对刀点。将起刀点与对刀点分离，以减少空行程路线。巧设换刀点。将第二把刀的换刀点设置在离工件较近的位置上，则可缩短空行程距离。合理安排“回零”路线。应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零。6 6切削用量的选择切削用量的选择o 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、切削速度vc和进给量f。粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。精车时，应选用较小背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度vc，保证产品精度和表面粗糙度。4.1.4 轴类零件数控车削工艺举例 o图4-1 典型轴类零件o1.零件图工艺分析（1）对图样上几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸。（2）为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选60mm棒料。2.选择设备 选用TND360数控车床。3.确定零件的定位基准和装夹方式（1）定位基准。确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。（2）装夹方法。左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。o4.加工顺序及进给路线o按由粗到精、由近到远的原则确定，即先从右到左进行粗车（留0.25mm精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。5.刀具选择产品名称或代号 X X X 零件名称 典型轴 零件图号 X X X 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 备注 1 T01 5 中心钻 1 钻5 中心孔 2 T02 硬质合金 90外圆车刀 1 车端面及粗车轮廓 右偏刀 2 T03 硬质合金 90外圆车刀 1 精车轮廓 右偏刀 3 T04 硬质合金 60外螺纹车刀 1 车螺纹 编制 X X X 审核 X X X 批准 XX X 共 页 第 页 产品名称或代号 零件名称 零件图号 单位名称 X X X X X X 典型轴 X X X 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 001 X X X 三爪卡盘和活动顶尖 TND360 数控车床 X X X 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格/mm 主轴速度/(r/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm 备注 1 车端面 T02 25X25 500 手动 2 钻中心孔 T01 5 950 手动 3 粗车轮廓 T02 25X25 500 200 3 自动 4 精车轮廓 T03 25X25 1200 180 0.25 自动 5 粗车螺纹 T04 25X25 320 960 0.4 自动 6 精车螺纹 T04 25X25 320 960 0.1 自动 编制 X X X 审核 X X X 批准 X X X 年 月 日 共 页 第 页 6.切削用量选择4.1.6 盘类零件数控车削工艺举例X45X45X45X45图4-5带孔圆盘 o1零件图工艺分析选用圆钢为毛坯，为保证在进行数控加工时工件能可靠定位，可在数控加工前将左侧端面、95mm外圆加工出来，同时将55mm内孔钻为53mm孔。2确定零件的定位基准和装夹方式（1）定位基准：已加工出的95mm外圆及左端面为工艺基准。（2）装夹方法：采用三爪自定心卡盘自定心夹紧。3制定加工方案（1）粗车外圆及端面；（2）粗车内孔；（3）精车外轮廓及端面；（4）精车内孔。产品名称或代号 X X X 零件名称 带孔圆盘 零件图号 X X X 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 备注 1 T01 硬质合金外圆车刀 1 粗车端面、外圆 2 T02 硬质合金内孔车刀 1 粗车内孔 3 T03 硬质合金外圆车刀 1 精车端面、外轮廓 4 T04 硬质合金内孔车刀 1 精车内孔 编制 X X X 审核 XX X 批准 XX X 共 页 第 页 表4-8 带孔圆盘数控加工刀具卡片 产品名称或代号 零件名称 零件图号 单位名称 X X X X X X 轴 2 X X X 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 001 X X X 三爪卡盘 Vturn-20 数控车床 数控中心 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格/mm 主轴速度/(r/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm 备注 1 粗车端面 T01 20X20 400 80 2 粗车外圆 T01 20X20 400 80 3 粗车内孔 T02 20 400 60 4 粗车外轮廓及端面 T03 20X20 1100 110 5 精车内孔 T04 32 1000 110 编制 XXX 审核 XXX 批准 X X X 年 月 日 共 页 第 页 表4-9 带孔圆盘数控加工工艺卡片 4.2 4.2 数控铣床加工工艺数控铣床加工工艺4.2.1铣削的定义o 铣削主要通过旋转的多切削刃刀具，刀具的每个切削刃都可以去除一定数量的金属，沿着工件在几乎任何方向上执行可编程的进给运动，从而使其成为切削。4.2.2数控铣床的加工对象o 数控铣床是机床设备中应用非常广泛的加工机床，它可以进行平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削，还可进行钻削、镗削、螺纹切削等孔加工。o 立式数控铣床一般适用于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。o 卧式数控铣床适用于加工箱体、泵体、壳体等零件。1 1平面类零件平面类零件o 平面类零件是指加工面平行或垂直于定位面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件。一般可用三坐标铣床的二坐标轴联动即可加工。a）带平面轮廓的平面零件 b）带斜平面的平面零件 c）带圆台和斜肋的平面零件2 2变斜角类零件变斜角类零件3 3曲面类零件曲面类零件o 加工面为空间曲面的零件。这类零件的加工面不能展成平面，切削时加工面与铣刀始终为点接触，一般使用球头铣刀在三坐标数控铣床上加工，复杂时可用四坐标或五坐标铣床加工。4.2.3 数控铣床加工工艺的制定o1零件图工艺分析 2工序和装夹方法的确定 3加工顺序和进给路线的确定（1）加工顺序的安排通常按照从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽、孔，再加工内腔、外形，最后加工曲面，先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。o（2）进给路线的确定对于数控铣床，应考虑以下几点：加工精度和表面粗糙度的要求；走刀路线最短，既简化程序段，又减少刀具空行程时间；数值计算简单，程序段数量少。o（3）铣削平面类零件时的进给路线 铣削外表面轮廓时，采用立铣刀侧刃进行切削。铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线切入和切出零件表面，以避免接刀痕，保证零件轮廓光滑（图4-9）。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，则刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处（图4-10）；当内部几何元素相切无交点时，刀具的切入、切出点应远离拐角（图4-11）。o图4-9刀具切入和切出时的外延起刀点、正确错误起刀点图4-11无交点内轮廓加工刀具的切入和切出图4-10内轮廓刀具的切入和切出o（4）铣削直纹曲面类零件时的加工路线o 可采用两种加工路线。采用图4-12（a）的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以保证母线的直线度；当采用图4-12（b）所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序代码较多。oXYZ 图 4-12（a）沿直线进给 ZYXo 图 4-12（b）沿曲线进给 o5 5切削用量的选择切削用量的选择 先选择背吃刀量或侧吃刀量，后选择进给速度，最后确定切削速度。（1）背吃刀量ap或侧吃刀量ae 背吃刀量为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。端铣时，ap为切削层深度；圆周铣削时，为被加工表面的宽度。侧吃刀量为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。端铣时，ae为被加工表面宽度；圆周铣削时，ae为切削层深度（图4-13）。图4-13 铣削加工的切削用量o（2）进给量f与进给速度vf的选择铣削加工的进给量f（mm/r）是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量；进给速度vf（mm/min）是指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系为：vf=nf（n为铣刀转速，单位r/min）。通过选取每齿进给量fz，由公式f=zfz（z为铣刀齿数）计算得出f。工件材料强度和硬度越高，fz就越小；工件表面粗糙度要求越高，fz就越小。工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。o（3）切削速度vc铣削的切削速度与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当fz、ap、ae和Z增大时，刀刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。为提高刀具耐用度，允许使用较低的切削速度，但是加大铣刀直径则可改善散热条件，可以提高切削速度。铣削加工的切削速度vc可参考表4-11选取。4.2.4 平面凸轮数控铣削工艺举例图4-14 槽形凸轮零件o1零件图工艺分析该零件凸轮轮廓由HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF所组成。组成轮廓的各几何元素关系清楚，条件充分，所需要基点坐标容易求得。凸轮内、外轮廓面对X面有垂直度要求。材料为铸铁，切削工艺性较好。o 采取的工艺措施为：凸轮槽内、外轮廓及35、12两个孔的加工应分粗、精加工两个阶段进行，以保证表面粗糙度要求，同时，以底面X定位，提高装夹刚度以满足垂直度要求。o2确定定位基准和装夹方案（1）采用“一面两孔”定位，即用圆盘X面和两个基准孔作为定位基准。（2）根据工件特点，用一块320mm320mm40mm的垫块，在垫块上分别精镗35mm及12mm两个定位孔（配定位销），孔距离为800.015mm，垫板平面度为0.05mm。在加工该零件前，先固定夹具的平面，使两定位销孔的中心连线与机床X轴平行，夹具平面要保证与工作台面平行（图4-15）。1开口垫圈；2带螺纹圆柱销；3压紧螺母；4带螺纹削边销；5垫圈；6工件；7垫块 图 4-15 凸轮加工装夹示意图 o3确定加工顺序及走刀路线 加工顺序按照基面先行、先粗后精的原则确定。因此应先加工用作定位基准的35mm及12mm两个定位孔、X面，再加工凸轮槽内外轮廓表面。o 走刀路线包括平面内进给走刀和深度进给走刀两部分。平面内进给，对外轮廓是从切线方向切入；对内轮廓是从过渡圆弧切入。深度进给有两种方法：一种是在XZ（或YZ）平面内来回铣削逐渐进刀到既定深度；另一种是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到既定深度。表4-12槽形凸轮数控加工刀具卡片4刀具选择 o5切削用量的选择凸轮槽内、外轮廓精加工时留0.2mm铣削用量，确定切削速度与每齿进给量，后利用公式：n=1000vc/(D)（4-2）计算主轴转速n，后用公式计算进给速度vf：vf=nzfz （4-3）产品名称或代号 零件名称 零件图号 单位名称 X X X X X X 槽形凸轮 X X X 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 X X X X X X 螺旋压板 XK5025 数控中心 工序号 工步内容 刀具号 刀具规格/mm 主轴速度/(r/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm 备注 1 来回铣削，逐渐加深铣削深度 T01 18 800 60 分两层铣削 2 粗铣凸轮槽内轮廓 T01 18 700 60 3 粗铣凸轮槽外轮廓 T01 18 700 60 4 精铣凸轮槽内轮廓 T02 18 1000 100 5 精铣凸轮槽外轮廓 T02 18 1000 100 编制 XXX 审核 XXX 批准 X X X 年 月 日 共 页 第 页 表4-13槽形凸轮的数控加工工艺卡片4.3 4.3 加工中心加工工艺加工中心加工工艺4.3.1 加工中心简介o 加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。4.3.2 主要加工对象o1既有平面又有孔系类零件（1）箱体类零件当既有面又有孔时，应先铣面，后加工孔。所有孔系都先完成粗加工，再进行精加工。一般情况下，直径大于30mm的孔都应铸造出毛坯孔。对于跨距较大的箱体的同轴孔加工，尽量采取调头加工的方法，以缩短刀辅具的长径比，增加刀具刚性，提高加工质量。（2）盘、套、板类零件端面有分布孔系、曲面的盘类零件宜选择立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。图4-19 十字盘 图4-20 连杆锻压模简图 图4-21 轴向压缩机涡轮 图4-22 支架 o2结构形状复杂、普通机床难以加工的零件 复杂曲面类零件是指各种凸轮类、整体叶轮类、各种曲面成形模具类零件。o3外形不规则的异形件4.3.3 加工中心工艺的制定o2安排加工顺序的原则 定位基准的选择是决定加工顺序的重要因素。半精加工和精加工的基准表面，应提前加工好。而这些作为基准的表面加工，又有其加工所需的定位基准，而这些定位基准，又要在更前面工序中加以安排。3加工余量的确定 在保证加工质量的前提下，尽量减少加工余量。4切削用量的确定 在机床刚度允许的情况下，应尽可能使切削深度接近零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对精度要求高和表面粗糙度要求低的零件，要留有足够的精加工余量。加工中心的加工余量可较普通机床加工余量小。4.3.5 拨杆加工中心加工工艺举例。o 某机床变速箱体中操纵机构上的拨动杆（图4-24），用于把转动变为拨动，实现操纵机构的变速功能。该零件的材料为HT200，生产类型为中批量生产，试分析其数控加工工艺a aMNBa图4-24o1零件图工艺分析（1）以尺寸16H7为主的加工表面，包括：25h8外圆、端面以及与之相距74mm0.3mm的孔10H7。其中，16H7孔中心与10H7孔中心的连线，是确定其他各表面方位的设计基准，以下简称为两孔中心连线。（2）表面粗糙度Ra6.3m平面M，以及平面M上的角度为130槽。（3）P、Q两平面及相应的2M8螺纹孔。2设备的选择 采用立式加工中心。o3确定零件的定位基准o 以M平面和两孔为精基准（设计基准）。以25mm外圆（四个自由度）、N面（一个自由度）、R14mm（一个自由度）为粗基准定位。4工艺路线的拟订（1）工序1：工步内容为：铣M面；“粗铣精铣”尺寸为130的槽；铣P、Q面到尺寸；“钻扩铰”加工16H7、10H7两孔。（2）工序2：以M面、16H7和10H7（一面两孔）定位，车25mm外圆到尺寸，车N面到尺寸。（3）工序3：以M面、16H7和10H7（一面两孔）定位，“钻攻螺纹”加工2M8螺孔。5.刀具选择（见表4-16）表4-16数控加工刀具卡片产品名称或代号 X X X 零件名称 拨动杆 零件图号 X X X 序号 刀具号 刀具规格名称/mm 数量 加工表面 刀长 备注 1 T01 面铣刀120 1 铣 M 平面 实测 2 T02 成型铣刀 1 粗、精铣 130槽 实测 3 T03 中心钻 I34-4 1 钻10、16 中心孔 实测 4 T04 麻花钻15 1 钻16 孔至尺寸15 实测 5 T05 麻花钻9 1 钻10 孔至尺寸9 实测 6 T06 立铣刀15 1 铣 P、Q 面到尺寸 实测 7 T07 扩孔钻15.85 1 扩16 孔至尺寸15.85 实测 8 T08 扩孔钻9.8 1 扩10 孔至尺寸9.8 实测 9 T09 铰刀16H7 1 铰16H7 孔成 实测 10 T010 铰刀10H7 1 铰10H7 孔成 实测 编制 XXX 审核 XXX 批准 XXX 共 页 第 页 6.切削参数（见表4-17）表4-17 拨动杆数控加工工艺卡片产品名称或代号 零件名称 零件图号 单位名称 X X X X X X 拨动杆 X X X 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 001 X X X 组合夹具 立式加工中心 数控中心 工序号 工步内容 刀具号 刀具规格/mm 主轴速度/(r/min)进给速度 背吃刀量/mm 备注 1 铣 M 平面 T01 面铣刀120 600 60 2 2 铣 130槽，留余量 0.5 T02 成型铣刀 600 60 3 精铣 130槽成 T02 成型铣刀 800 50 4 钻16 中心孔 T03 中心钻 I34-4 1000 80 5 钻10 中心孔 T03 中心钻 I34-4 1000 80 6 钻16 孔至尺寸15 T04 麻花钻15 500 80 7 钻10 孔至尺寸9 T05 麻花钻9 800 60 8 铣 P 面到尺寸 T06 立铣刀15 800 60 9 铣 Q 面到尺寸 T06 立铣刀15 800 60 10 扩16 孔至尺寸15.85 T07 扩孔钻15.85 800 60 11 扩10 孔至尺寸9.8 T08 扩孔钻9.8 800 60 12 铰16H7 孔成 T09 铰刀16H7 100 50 13 铰10H7 孔成 T10 铰刀10H7 100 50 编制 XXX 审核 XXX 批准 X X X 年 月 日 共 页 第 页