数控加工工艺设计讲义课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章数控加工工艺设计,第,132,页共,105,页,退出,目录页,返回,3.1数控车削加工工艺设计,3.2数控铣削加工工艺设计,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,南華大學,UNIVERSITY OF SOUTH CHINA,数控技术,第四章数控加工工艺设计,第,*,页共,70,页,退出,目录页,返回,第三章数控加工工艺设计,目录,3.1数控车削加工工艺设计,一、数控车床的加工对象,二、数控车削加工工艺性分析,三、数控车削刀具的选用,四、加工工艺路线的确定,五、加工工艺参数的确定,3.2数控铣削加工工艺设计,一、数控铣床及加工中心的加工对象,二、数控铣削加工工艺性分析,三、数控铣床及加工中心刀具系统,四、加工工艺路线的确定,五、加工工艺参数的确定,概述,数控机床的加工工艺与普通机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将,机床的运动过程,、,零件的工艺特点、刀具的形状、切削用量和走刀路线,等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。,数控加工工艺设计的主要内容：,1、根据待加工零件的特征选择数控加工机床。2、分析零件加工工艺，确定零件的装夹方式。3、选择加工刀具。4、确定走刀路线。5、确定数控加工工艺参数。6、数控加工工艺卡的编写。,3.1数控车削加工工艺设计,一、数控车床的加工对象,数控车床典型加工类别,车外圆,车端面,钻孔/铰孔/攻螺纹,切槽,切断,车内孔/镗孔,车型面,车螺纹,车锥面,数控车床主要加工对象,1、精度要求高的回转体零件,高精度的机床主轴,高速电机主轴,加工尺寸精度高达0.001mm或更小，特种精密数控车床可加工出几何轮廓精度高达0.0001mm、表面粗糙度Ra达0.02m的零件。,2、表面形状复杂的回转体零件,3.带特殊螺纹的回转体零件,滚珠丝杠,车削变（增/减）螺距螺纹、要求等螺距与变螺距之间平滑过渡的螺纹，以及高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺旋零件等。,主要内容,按工艺方法分,（）配自动装卸机械手的六轴,数控车床,4.以特殊方式加工的零件,(1)双主轴双刀架六轴数控车床,二、数控车削加工工艺性分析,分析零件图是工艺制定中的首要工作，直接影响零件加工程序的编制及加工结果。主要有:,1、零件的结构工艺性分析,零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型，如工件的装夹、对刀、测量等等。,结构工艺性不好会使加工困难，浪费材料和工时，有时甚至无法加工。所以应该对零件的结构进行工艺性审查。如图3.5 所示，,图 b所示结构工艺性较好,。,（a）不合理（b）合理,图3.5结构工艺性示例,2、零件轮廓几何要素分析,手工编程要计算基点(,图纸中，基本线型的交点,)坐标，自动编程中要对零件轮廓进行CAD造型。因此，在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。,由于设计等多方面的原因，可能在图样上出现构成加工轮廓的条件不充分，,尺寸模糊不清及缺陷，增加了编程的难度，有的甚至无法编程。,（a） （b）,图3.6几何要素的缺陷,如图3.6a所示的圆弧R10与斜线的关系要求为相切，但经计算后却为相交关系。,又如图3.6b所示，图样上给定几何条件自相矛盾，图上标出的各段长度之和不等于其总长。,3、精度及技术要求分析,（1）分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理。,（2）分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其他措施（如磨削）弥补的话，则应给后续工序留有加工余量；另外，要对一些编程尺寸进行简单换算（,数控编程常对零件要求的尺寸取 “中值”，如图3.7所示,）。,（a）（b）,图3.7零件精度分析,（3）分析图样上的形状和位置公差要求。,（4）分析表面粗糙度要求。,（5）分析零件材料与热处理要求。,以上分析的目的是安排加工阶段划分和选择加工方法(如:粗车半精车精车或磨削等)以及选择夹具与刀具等。,4、定位和装夹,（1）定位基准的选择,1）粗基准的选择原则是：,如图3.9，同时有加工表面和不加工表面时，为保证工件的壁厚均匀，应选择不加工表面外圆为粗基准；有多个不加工表面，应选择其中与加工表面相互位置要求高的表面为粗基准。,如图3.10，几处毛面均要加工时，应以余量小的表面为粗基准，图3.10选,55；若要保证某重要表面余量均匀，则以该表面为粗基准 。,作为粗基准的表面应尽量平整，不应有飞翅、浇口、冒口及其他缺陷，这样可减少定位误差，并使零件夹紧可靠。,除第一道工序采用粗基准外（同一尺寸方向上），其余工序都应使用精基准。如图3.11，只能用,30(毛面)定位一次 。,图3.9图3.10图3.11,数铣工艺设计,2）精基准的选择主要从保证工件的位置精度和装夹方便这两方面来考虑。其选择原则是：,基准重合原则：可避免基准不重合而产生的定位误差。,基准统一原则：基准统一可避免或减少因基准转换而带来的加工误差，有利于保证工件各加工表面的位置精度，并可以简化夹具的设计和制造。,自为基准原则：有时精加工或光整加工工序要求余量小且均匀，则应以加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。,如拉孔、铰孔、研磨、无心磨,等。,互为基准原则：当被加工工件上有两个相互位置精度要求很高的表面时，采用这两个表面互相作为定位基准，反复加工另一表面，称为互为基准。,互为基准可使两加工表面间获得较高的相互位置精度,，且加工余量小而均匀。如加工精密齿轮的,磨齿,工序，先以齿面为定位基准磨内孔；然后以孔为定位基准磨齿面，这样不仅使加工余量均匀，并能保证齿面与孔之间较高的相互位置精度。,所选精基准应能保证工件定位准确，装夹方便，夹具结构简单、适用。,（2）夹具的选用,数控车床夹具有二大类：轴类工件的夹具和盘类工件的夹具。,数控车床上常用的夹具：通用三爪自定心卡盘，四爪单动卡盘，液压、电动及气动等自动控制夹具；,1）用于轴类工件的夹具：自动夹紧拨动卡盘(图3.12,)、拨齿顶尖(图3.13,) 、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等。,图3.12自动夹紧拨动卡盘图3.13拨齿顶尖结构图,2）用于盘类工件的夹具这类夹具适用于无尾座卡盘式数控车床，主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。,图3.14可调卡爪式卡盘图3.15快速可调卡盘,三、数控车削刀具的选用,数控加工对刀具的要求,1）刚度好和强度高，以适应粗加工时的大切深和快速进给要求,2）高精度，以适应数控加工的精度和自动换刀要求,3）较高的可靠性和耐用度，保证加工质量和提高生产率,4）具有好的断屑和排屑性能,保证机床正常运转,5）安装调整方便,1、数控加工对刀具的要求,数控加工刀具的基本特征,数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此数控刀具已逐渐标准化和系列化。,2、数控刀具的分类,按照刀具结构分：,整体式：,钻头、立铣刀等,镶嵌式：,包括刀片采用焊接和机夹式,特殊形式：,复合式、减振式等,机夹式又分为不转位和可转位二种，可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%40%，金属切除率占总数的80%90%。,数控刀具的分类,按照刀具材料分：,高速钢刀具,硬质合金刀具,金刚石刀具,其他：立方氮化硼、陶瓷刀具等,数控刀具的分类,按照切削工艺分：,车削刀具：,外圆、内孔、螺纹、成形车刀等,铣削刀具：,面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等,钻削刀具：,钻头、铰刀、丝锥等,镗削刀具：,粗镗刀、精镗刀等,车削刀具图片,钻削刀具图片,镗削刀具图片,铣削刀具图片,3、刀具材料选择,切削刀具材料的硬度和韧性,1923年发明的硬质合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年开发了CVD技术，使涂层硬质合金快速普及。自1974年起，开发了 TiC-TiN系金属陶瓷,对于金属切削用刀具材料，一般有硬度、强度、红硬性、导热性等指标要求。其中硬度和强度是二项极其重要的指标，理想的刀具材料当然是硬度、强度兼备。因此,，,数控加工中,刀具材料应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀具。,刀具材料选择,1.高速钢刀具,红硬温度：600,0,C,硬度：63-70HRC,高速钢(HSS，钢中含较多的钨、铬、铂、钡钒等合金元素)刀具过去曾经是切削工具的主流，随着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，高速钢在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面有着优良的综合性能。高速钢刀具,在,形状复杂的刀具制造,中，特别是切齿刀具、拉刀制造中仍有较大的比重。,高速钢刀具因其切削效率低，所以在其他类型的刀具中已被硬质合金刀具所替代。,刀具材料选择,2.硬质合金刀具,红硬温度：1000,0,C,硬度：7882HRC或13001800HV,1)普,通硬,质合,金,2)新,型硬,质合,金,超细晶粒,硬质合金,涂层硬,质合金,金属陶瓷,粒径在1m以下，这种材料具有,硬度高、韧性好、切削可靠性,高等优异性能,保持了普通硬质合金机体的强度,和韧性，又使表面有很高的硬度,和耐磨性,TiC(N)基硬质合金，其性能介于,陶瓷和硬质合金之间,由碳化物组成（WC、TiC、TaC、NbC等）,硬质合金的分类和标志,硬质合金的分类和标志,P类,蓝色,（,包括P01P50),系高合金化的硬质合金牌号。这类合金主要用于加工长切屑的黑色金属(硬度高,韧性差),黄色,（包括M10M40），系中合化的硬质合金牌号。这类合金为通用型，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属及有色金属(中等),切削刀具用硬质合金根据国际标准ISO分类，把所有牌号分成用颜色标志的三大类，分别用P、M、K表示,M类,K类,红色,（包括K10K40），系单纯WC的硬质合金牌号。主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料(韧性好,硬度差),课堂思考,根据国际标准ISO分类的硬质合金牌号P、M、K ，分别相当于我国国家标准的哪一类硬质合金？,国标硬质合金牌号,相近ISO牌号,国标硬质合金牌号,相近ISO牌号,国标硬质合金牌号,相近ISO牌号,YG3,K01,YT30,P01,YW,1,M10,YG6,K20,YT15,P10,YW,2,M20,YG8,K30,YT14,P20,YT5,P30,我国的部分硬质合金牌号与ISO硬质合金牌号对照表,刀具材料选择,3.陶瓷刀具,红硬温度：1450,0,C,硬度:78HRC,不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工；,可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；,刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数；,可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高,3-10,倍。,有：氧化铝Al,2,O,3,、氮化硅si,2,N,4,等,刀具材料选择,4.超硬刀具,是指比陶瓷材料更硬的刀具材料,。包括：单晶金刚石、聚晶金刚石(,PCD,)、聚晶立方氮化硼(,PCBN,)和,CVD,金刚石(是低压下人造的)等。超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而兴起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要工具。,1)立方氮化硼：,红硬温度1500,0,C ，,硬度:73009000HV,2)人造金刚石:,红硬温度800,0,C ，,硬度:5000HV,3)天然金刚石:,红硬温度800,0,C ，,硬度:10000HV,金刚石中的C与铁的亲和力强,所以不能加工黑色金属,3.数控车削刀具的选用,数控车削刀具的分类,按照车刀刀尖形状分,尖形车刀,圆弧形车刀,成形车刀,外圆车刀,端面车刀,车/断槽刀,内孔车刀,螺纹车刀,成形车刀,按用,途分,数控车削刀具类型,右偏外圆车刀,：,刀具从右到左车削工件外圆。,左偏外圆车刀：刀具从左到右车削工件外圆。,可转位车刀的选用,刀片的夹紧方式,各种夹紧方式是为,适用于不同的应用,范围设计的。为了,帮助您选择具体工,序的最佳刀具，按,照适合性对它们分,类，适合性有1-3,个等级，3为最佳,选择。,山特车刀的夹紧方式选择,可转位车刀的选用,刀片形状的选择,正型（前角）刀片：,对于内轮廓加工，小,型机床加工，工艺系,统刚性较差和工件结,构形状较复杂应优先,选择正型刀片。,负型（前角）刀片：,对于外圆加工，金属,切除率高和加工条件,较差时应优先选择负,型刀片。,可转位车刀的选用,刀片形状的选择,根据加工轮廓,选择刀片形状,一般外圆车削常用80,凸三角形、四方形和,80 菱形刀片；仿形,加工常用55 、35 ,菱形和圆形刀片；,在机床刚性、功率允,许的条件下，大余量、,粗加工应选择刀尖角,较大的刀片，反之选,择刀尖角较小的刀片。,可转位车刀的选用,可转位车刀的选用,思考题,刀具的主要角度有哪些？对切削加工有何影响？,前角,、,后角,、,主偏角,、,副偏角,、,刃倾角,可转位车刀的选用,大负前角用于,切削硬材料,需切削刃强度大，以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件,大正前角用于,切削软质材料,易切削材料,被加工材料及机床刚性差时,前角,对切,削力、切,屑排出、,切削、刀,具耐用度,影响都很,大,前角的影响,正前角大，切削刃锋利,前角每增加,1,，切削功率减少,1,正前角大，刀刃强度下降；负前角过大，切削力增加,刀具前角的作用,车刀主要角度的选择,前角的合理选择,在刀具强度允许下，应尽可能取较大的前角。对成型刀具应采用较小的前角或零前角，以减少刀具刃磨后产生的误差。具体选择原则如下：,（1）工件材料加工塑性材料时，为减小切削变形，降低切削力和切削温度，应选较大的前角；而加工脆性材料时，为增加刃口强度，应取较小的前角。工件的强度低、硬度低，应选较大的前角；反之，应取较小的前角一。用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时，应取负前角。,（2）刀具材料刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较高时，应取较大的前角。如高速钢刀具的前角比硬质合金的前角约大510陶瓷刀具的韧性差，其前角应更小多在15,4范围)；立方氮化硼由于脆性更大，都采用负前角高速切削。,前角的合理选择,（3）加工性质粗加工，特别是断续切削时，为提高切削刃的强度，应选择较小的前角。精加工时，为使刀具锋利，提高表面加工质量，应选择较大的前角。,（4）机床功率和工艺系统刚度当机床功率不足或工艺系统的刚度较差时。应取较大的前角，以减小切削力和切削功率，减轻振动。,（5）成型刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具为保证工作的稳定性（如不发生崩刃等）和刀具耐用度，应选较小的前角或零度前角。,另外，前角的选择还与刀面形状及其他几何参数有关，尤其是和刃倾角有密切关系。带负倒棱的刀具允许采用较大前角；大前角刀具常与负刃倾角匹配来保证切削刃强度和抗冲击能力。,硬质合金车刀合理前角的参考数值,工件,材料,合理前角,工件,材料,合理前角,粗车,精车,粗车,精车,低碳钢,510,2530,灰铸铁,1015,510,中碳钢,1015,1520,铜及合金,1015,510,合金钢,1015,1520,铝及合金,3035,3540,淬火钢,-15-5,钛合金,510,奥氏体不锈钢,1520,2025,后角的影响,后角大，后刀面磨损小,后角大，刀尖强度下降,小后角用于,切削硬材料,需切削刃强度高时,大后角用于,切削软材料,切削易加工硬化的材料,车刀主要角度的选择,刀具后角的作用,可转位车刀的选用,后角的合理选择,实验证明，合理的后角主要取决于切削厚度。具体选择原则如下：,（1）工件材料工件的强度、硬度较高时，为增加切削刃的强度，应选择较小的后角。工件材料的塑性、韧性较大时，为减小刀具后刀面的摩擦，可取较大的后角。加工脆性材料时，切削力集中在刃口附近，应取较小的后角。,（2）加工性质粗加工或断续切削时，为了强化切削刃，应选择较小的后角（4,6,）；精加工或连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选择较大的后角（,812,）。,后角的合理选择,(3)工艺系统刚性当工艺系统刚性较差，易出现振动时，应适当减小后角，以增强刀具对振动的阻尼作用；对于尺寸精度要求较高的精加工刀具，应选较小的后角，以减小刀具重磨后尺寸的变化。通常，为了提高刀具耐用度，可加大后角，但为了降低重磨费用，对重磨刀具可适兴减小后角。,副后角的选择原则,副后角可减少副后面与己加工表面间的摩擦。为了使制造、刃磨方便，一般车刀、刨刀等的副后角等于主后角。对特殊刀具，为了保证其强度，只能取较小的副后角。例如切断刀、锯片刀等，副后角通常取（ 812 ）,硬质合金车刀合理后角的参考数值,工件,材料,合理前角,工件,材料,合理前角,粗车,精车,粗车,精车,低碳钢,810,1012,灰铸铁,46,68,中碳钢,57,68,铜及合金,46,68,合金钢,57,68,铝及合金,810,1012,淬火钢,810,钛合金,1015,奥氏体不锈钢,68,810,主偏角的作用,主偏角的影响,进给量相同时，余偏角大，刀片与切屑接触的,长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长,的刀刃上，刀具耐用度得以提高,主偏角小，分力,a,也随之增加，加工细长轴时，,易发生挠曲,主偏角小，切屑处力性能变差,主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使,切屑难以碎断,大主偏角用于,切深小的精加工,切削细而长的工件,机床刚性差时,小主偏角用于,工件硬度高，切削温度大时,大直径零件的粗加工,机床刚性高时,余偏角,等于,90减,主偏,角,，其作用,是缓和冲击,力，对进给,力，背向力，,切削厚度都,有影响,可转位车刀的选用,车刀主要角度的选择,主偏角及副偏角的功用,（1）减小主偏角和副偏角，可降低残留面积高度，减小已加工表面的粗糙度值。,（2）减小主偏角和副偏角，可提高刀尖强度.改善散热条件.提高刀具耐用度。,（3）减小主偏角和副偏角，均使径向力增大，容易引起工艺系统的振动，加大工件的加工误差和表面粗糙度值,，,主偏角合理选择,在一般情况下，只要工艺系统刚度允许，主偏角应尽量选取较小的值。,（1）粗加工和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角，有利于减小振动，提高刀具的耐用度，易于断屑，例如效果显著的强力切削车刀的主偏角取75。,（2）当工艺系统的刚度较好时，主偏角可取小值（3045）；当工艺系统的刚度较差或强力切削时，一般取（6075）例如，车削细长轴、薄壁套简时，为减小背向力，取90Kr93，以降低工艺系统的弹性变形和振动。,主偏角合理选择,（3）在加工高强度、高硬度的工件，例如淬硬钢和冷硬铸铁时，主偏角应取1030，以增加刀头的强度、减少单位长度切削刃上的切削力和提高刀具的耐用度。,（4）选择主偏角还要视工件形状及加工条件而定。例如，车削阶梯轴时，可选主偏角为90的车刀；单件小批生产时，希望用一把车刀车削外圆、端面和倒角等所有表面，可选通用性好的主偏角45或90车刀；需从工件中间切入的车刀或仿形加工的车刀，则应适当增加主偏角和副偏角。,副偏角的作用,副偏角,具有减少,已加工表面与刀,具摩擦的功能。,一般为515,副偏角的影响,副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖易发热,副偏角小，背向力增加，切削时易产生振动,粗加工时副偏角宜小些 ；而精加工时副偏角则宜大些,车刀主要角度的选择,可转位车刀的选用,副偏角合理选择,主要根据工件已加工表面粗糙度的要求和刀具强度来选择，在不引起振动的情况下，尽量取小值。,（1）一般刀具的副偏角，在不引起振动的情况下，可取较小的值。例如，车刀、刨刀均可取（510）。,（2）精加工时。副偏角应取得更小些（510）；而粗加工时，取1015,（3）当工艺系统的刚度较差或从工件中间切入时，可取3045。,（4）在加工高强度、高硬度材料或断续加工时，应取较小的副偏角 （46），以提高刀尖强度，改善散热条件。,（5）切断刀、锯片刀和槽铣刀等刀具，为了保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，只能取很小的副偏角（12）。,（6）在精加工时，可在副切削刃上磨出一段副偏角为0、长度为（1.21.5）f（进给量）的修光刃，以减小己加工表面的粗糙度值。,硬质合金车刀合理主、副偏角的参考数值,加工情况,参考值,主偏角,副偏角,粗车,工艺系统刚度好,45、60 75 ,510,工艺系统刚度差,65、75 90,1015,车削细长轴、薄壁零件,90、93,610,精车,工艺系统刚度好,45,05,工艺系统刚度差,60 75 ,05,车削淬硬钢、冷硬铸铁,1030,410,从工件中间切入,4560,3045,切断刀、切槽刀,6090,12,刃倾角的作用,刃倾角的影响,刃倾角为负时，切屑流向工件；为正,时，反向排出,刃倾角为负时，切削刃强度增大，但切,削背向力也增加，易产生振动,刃倾角,是前刀面,倾斜的角度。重,切削时，切削开,始点的刀尖上要,承受很大的冲击,力，为防止刀尖,受此力而发生脆,性损伤，故需有,刃倾角。推荐车,削时为35；,铣削时1015,车刀主要角度的选择,可转位车刀的选用,刀尖圆弧半径的影响,刀尖圆弧半径大，表面粗糙度下降,刀尖圆弧半径大，刀刃强度增加,刀尖圆弧半径过大，切削力增加，易产生振动,刀尖圆弧半径大，刀具前、后面磨损减小,刀尖圆弧半径过大，切屑处理性能恶化,刀尖圆弧半径,对刀尖的强度,及加工表面粗,糙度影响很大，一般适宜值选,进给量的23,倍,刀尖圆弧小用于,切深小的精加工,细长轴加工,机床刚性差时,刀尖圆弧大用于,需要刀刃强度高的黑皮切削，断续切削,大直径工件的粗加工,机床刚性好时,刀尖圆弧半径的选择,可转位车刀的选用,切削范围,代号,断屑槽,形状,特 点,精加工切削,FH,精加工专用断屑槽,轻切削,SH,适合用于小切深,大进给,大的前角刃口锋利,中切削,MV,适用于仿形向上切削加工,正角刀棱锋利,准重切削,GH,大进给粗加工,断续、黑皮切削,两面均有断屑槽,重切削,HX,不等棱边刀刃不仅刀刃锋利且强度也好,连续或继续加工均适合,断屑槽,的参数直,接影响到切削的,卷曲和折断，目,前刀片的断屑槽,形式较多，各种,断屑槽刀片的使,用情况不尽相同，,选用时一般参照,具体的产品样本,MITSUBISHI推荐的适,用,于加工钢材的断屑槽形,可转位车刀的选用,断屑槽型的选择,四、加工工艺路线的确定,1、工序的划分,（1）按零件加工表面质量划分工序,对于位置精度要求较高的表面应安排在一次装夹下完成，以免多次装夹所产生的安装误差影响位置精度。,（2）按粗、精加工划分工序,对毛坏余量较大和加工精度要求较高（标注精度和粗糙度要求）的零件，特别是对于经加工后易发生变形的工件，应将粗、精车加工分开，划分为两道或更多的工序。,若粗加工后余量不均匀，则要安排半精加工;若要求精度很高,则还需要安排磨削。,（3）内外交叉,对于内、外表面均需要加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。切不可将零件上的一部分表面粗、精全部加工完毕后，再加工其他表面。,2、确定走刀路线,（1）最短的空行程走刀路线,1）合理选择切削加工起点，使切入、切出路线最短。,2）合理选择换刀点，以减少换刀时间。,3）在不发生加工干涉现象的前提下，空行程走刀宜尽量采用快速移动指令（G00）。,4）合理安排“回零”路线。,（2）最短的切削走刀路线,如图3.20所示，,经分析和判断后可知图3.20c）所示的矩形循环走刀路线的进给长度总和最短。,因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）也最短，刀具的损耗也最少。,a）沿工件轮廓走刀 b)”三角形”走刀 c）”矩形”走刀,图3.20粗车进给路线示例,（3）大余量毛坯的走刀路线,1）阶梯切削走刀路线在保证后续工序的加工余量前提下，应尽可能多地去除毛坯材料。在同样背吃刀量的条件下，图3.21a余量不均匀,图3.21b,余量均匀,较好。,根据数控加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用依次从轴向和径向进刀、,顺工件毛坯轮廓走刀的路线（如图3.22所示）更好,。,图3.21阶梯切削走刀路线图3.22双向进刀走刀路线,2）分层切削对于大余量的阶梯轴要注意刀具的终止点。,（4）最后完工时切削走刀路线,最后一刀应连续切削，轮廓表面才不会有接刀的刀痕。,（5）刀具的切入与切出,进刀时应尽量使刀具沿工件的轮廓的切线方向切入、切出，避免出现接刀的刀痕。,五、加工工艺参数的确定,数控车削加工切削用量包括：背吃刀量,a,p,、主轴转速,n,或切削速度,V,（数控车削多采用恒线速切削）、进结速度,V,f,或进给量,f,。,合理选择切削用量的原则：粗加工时，一般以提高生产率为主，同时应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量(精度和粗糙度)的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。,确定切削用量的方法：根据刀具材料、工件材料、加工方法（粗或精加工）及工件表面粗糙度要求，以机床说明书（机床功率限制）、切削用量手册或刀具制造商产品样本的刀具切削参数推荐值为依据，用查表计算法确定；或者根据实际加工经验确定。,1背吃刀量ap,在机床刚性及功率允许的条件下，粗车尽可能选取较大的背吃刀量。粗车时(Ra50-12.5um),a,p,为123mm;,半精车时,(,Ra6.3-3.2um)，,ap为20.5mm;,精车时(Ra1.6-0.8um)，ap为,0.40.1mm,;,2切削速度,V,切削速度：刀具切削加工时的线速度，与主轴转速的关系为：,式中：V切削速度，单位m/min；n主轴转速，单位r/min；,D工件直径，单位mm。,常规车削时的切削速度根据,零件的直径、材料和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定,。恒线速切削功能直接使用切削速度值，否则应计算出出主轴转速。,注意：交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。,3进给速度,V,f,或进给量,f,进给速度是指单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离,（,V,f,nf,，单位：mmmin）。有些数控车床也可以选用每转进给量（单位：mmr）表示进给速度。,确定进给速度应遵循以下的原则：,（1）在保证工件加工质量前提下，为提高生产率，可选择较高的进给速度（2000mmmin）。,（2）切断、车削深孔或精车削加工时，宜选择较低的进给速度。,（3）刀具空行程，可以设定尽量高的进给速度或使用快速移动速度（用G00指令）。,（4）进给速度应与主轴转速和背吃刀量相适应。,进给速度即进给量,f,的确定：单向进给速度（X方向进给或Z方向进给），,粗车时一般取0.30.8mmr，精车时常取0.10.3mmr，切断时常取0.050.2mmr,。如表3.2和表3.3分别为硬质合金车刀粗车外圆、端面的进给量参考值和半精车、精车的进给量参考值。,补充:车螺纹加工的工艺知识,1.螺纹加工方法,由于螺纹加工属于成型加工，为了保证螺纹的导程，加工时主轴旋转一周，车刀的进给量必须正好等于螺纹的导程，因此进给量较大；另外，螺纹车刀的强度一般较差，故螺纹牙型往往不是一次加工而成的，需要多次进行切削。,螺纹加工方法有直进法和斜进法。,（a）斜进法 （b）直进法,直进法适合加工导程较小的螺纹，用G32、G92指令；斜进法适合加工导程较大的螺纹，用G76指令,。,2.车螺纹前外圆直径尺寸的确定,普通螺纹各基本尺寸：,螺纹大径d=D（螺纹大径的基本尺寸与公称直径相同）,中径 d,2,=D,2,=d-0.6495P （P螺纹的螺距）,螺纹小径d,1,=D,1,=d-1.0825P,但在车削三角形螺纹时，大径受车刀的挤压会胀大，故车螺纹前的实际外圆直径应小于螺纹大径 d,一般小0.20.4mm(当螺距为1.53.5mm时)。,式中：,1,切入空刀行程量，一般取25mm；,2,切出空刀行程量，一般取,1,/4,4.车螺纹时进给次数和吃刀量的确定,查表。,5.车螺纹时主轴转速的确定(原则上,有二种转速,低速和高速,一般选用低速车螺纹),1）经济型车床 n=1200/P-k(51),2）高精度车床 n=n,允,/P,其中:n,允,车床车螺纹时的允许最高转速,P,螺纹导程（mm），,k保险系数，一般取80,3.螺纹导入与导出量的确定,在数控车床上加工螺纹时，由于机床伺服系统本身具有滞后特性，会在螺纹起始段和停止段发生螺距不规则现象，所以实际加工螺纹的长度W应包括切入和切出的空行程量。即：,六、数控车削加工工艺设计举例,典型轴类零件如图所示，零件材料为45钢，无热处理和硬度要求，试对该零件进行数控车削加工工艺设计。,（1）零件图工艺分析,该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S50的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。该零件图尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。,对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时可不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。,为便于装夹，坯件左端先用普通车床（也可在数控车床上手动车削）预先车出夹持部分（双点画线部分）及粗车右端面并钻好中心孔。毛坯选60棒料,长200mm。,（2）选择加工设备,根据被加工零件的外形和材料等条件，选用CK6140数控车床。,（3）确定零件的定位基准和装夹方式,定位基准的确定 将坯料轴线和左端大端面（设计基准）作为定位基准。,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。,（4）确定加工顺序及进给路线,零件图上有尺寸精度和表面粗糙度的要求，因此工件需要粗车和精车,。,加工顺序按照从粗到精、由近至远（从右到左）的原则确定，即先从右到左进行粗车（需留精车余量），然后从右到左进行精车，再后车槽，最后车削螺纹。,具体安排为：1）定位与安装 对这种细长轴类零件，以轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘夹持56外圆一头的双点划线部分，使工件伸出卡盘175，用顶尖顶持左端中心孔，一次装夹完成粗、精加工（注：切断时将顶尖退出）。,2） 加工顺序自右向左粗车外圆。留0.25的精车余量。 自右向左精车外圆（含螺纹段右倒角）。 车526螺纹退刀槽。 车螺纹。切断。,（5）刀具选择,选用5中心钻钻削中心孔。粗车及平端面选用90,0,硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可用作图法检验）副偏角不宜太小，选,r,=35,0,。精车选用90,0,硬质合金右偏刀，选择宽度为5mm的切断刀, 车螺纹选用硬质合金60外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取r,=0.150.2。将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见下表）。,产品名称或代号,零件名称,典型轴,零件图号,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 mm中心孔,2,T02,硬质合金,90,0,外圆车刀,1,车端面及粗车轮廓、精车轮廓,右偏刀,2,T03,硬质合金,5mm,车槽刀,1,车螺纹退刀槽,3,T04,硬质合金,60,0,外螺纹刀,1,车螺纹,编制,审核,批准,共 页,第 页,数控加工刀具卡片,（6）切削用量选择,背吃刀量的选择,此零件车削余量不大，轮廓粗车时，选a,p,=2 ，精车时，选a,p,=0.25；螺纹车削应查螺纹切削用量表。,主轴转速的选择,由45钢（热轧），查表3-1选粗车切削速度,v,c,=90m/min、,精车切削速度,v,c,=130m/min,，然后利用公式,n,=1000,v,c,/,D,计算主轴转速,n,（粗车直径,D,=60 ，精车直径取平均值D=45mm）,得，粗车:500r/min、精车:1000 r/min。车螺纹时，主轴转速,n=1200/P-k(51),=1200/2-80*2.5=320 r/min(经济型数控车床).,进给速度的选择,由P102推荐值或下页表，选择粗车、精车每转进给量为：粗车为0.4/r，精车为0.15/r，最后根据公式,v,f,= nf,计算粗车、精车进给速度分别为200 /min和150 /min。,数控车削用量推荐表,综合前面分析的各项内容，并将其填入数控加工工艺卡片。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。,单位名称,产品名称或代号,零件名称,零件图号,典型轴,工序号,程序编号,夹具名称,使用设备,车间,001,三爪卡盘和活动顶尖,CK6140数控车床,数控中心,工步号,工步内容,刀具号,刀具规格,/,mm,主轴转速,/r.min,1,进给速度,/mm. min,1,背吃刀量,/,mm,备注,1,平端面,T02,2525,500,100,2,手动,2,钻中心孔,T01,5,950,50,2.5,手动,3,粗车轮廓,T02,2525,500,200,2,自动,4,精车轮廓,T03,2525,1000,150,0.25,自动,5,车槽,T04,2525,500,0.1,5,6,车螺纹,T05,2525,320,查表,自动,7,切断,T06,2525,500,0.1,5,自动,编制,审核,批准,年 月 日,共 页,第 页,典型轴类零件数控加工工艺卡片,3.2数控铣削加工工艺设计,一、数控铣床、加工中心的主要功能及加工对象,直线插补,平面直线空间直线逼近直线,1、数控铣床主要功能,圆弧插补,平面圆弧逼近圆弧,孔加工固定循环,钻孔铰孔锪孔镗孔攻丝,刀具补偿,刀具半径补偿平面轮廓加工刀具长度补偿设置刀具长度刀具空间位置补偿曲面加工,镜向、旋转、缩放、平移,加工程序的控制，简化程序编制。,自动加减速控制,自动调整进给速度，保持正常而良好的加工状态,数据输入输出及DNC功能,输入输出数据执行大的加工程序计算机直接数控,子程序功能自诊断功能,自诊断是数控系统在运转中的自我诊断，它是数控系统的一项重要功能，对数控机床的维修具有重要的作用。,用子程序方式加工的零件,2、数控铣床主要加工对象,加工精密、复杂的平面类、曲面类零件,数控铣削加工的零件,箱体类零件、复杂曲面、异形件、盘、套、板类零件,二、数控铣削加工工艺性分析,1适合数控铣削加工的内容,（1）尺寸精度要求较高或形位精度要求较高的孔或面。,（2）零件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式描绘的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓。,（3）不便于普通机床加工的复杂曲线、曲面。,（4）形状复杂、尺寸繁多，划线与检测困难的零件部位。,（5）用普通机床加工难以观察、测量和控制进给的内外凹槽。,（6）能够适合于加工中心集中加工的孔、面。,（7）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面。,（8）采用数控铣、加工中心能成倍提高生产率，大大减轻劳动强度的一般加工内容。,2、零件结构工艺性分析,（1）零件图样的尺寸标注应符合数控加工的特点,例如，对于用同一把铣刀、同一个刀具半径补偿值在编写零件加工程序时，由于零件轮廓各处尺寸公差带不同，如下图所示，加工时很难同时保证各处尺寸在尺寸公差范围内。这时一般采取的方法是：兼顾各处尺寸公差，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带，改为,对称公差,。如图中括号内的尺寸，其公差带均作了相应改变，计算与编程时用括号内尺寸来进行。,即：尺寸改为中值，公差改为对称公差进行编程。,（2） 保证获得要求的加工精度,虽然数控机床加工精度很高，但在一些特殊情况下，例如过薄的底板与肋板零件，切削加工时所产生的切削拉力及薄板的弹性退让使切削面极易产生振动，薄板的厚度尺寸公差难以保证，表面粗糙度也将增大。实践经验表明：,厚度小于3mm,而面积较大的薄板零件，在加工工艺上应有特殊的措施。,（3）尽量统一零件轮廓内壁圆弧的尺寸,（）R 较大时,（）R 较小时,图3.31 轮廓内壁圆弧半径R、高度H 对加工工艺的影响,（b）r 较大时,（a）r 较小时,图3.32 内壁与底面过渡圆弧半径r对加工工艺的影响,(4）定位基准统一原则尽量使设计、加工、检测、使用基准统一，必要时，增加工艺头或工艺凸台，在完成定位加工后再除去该部位。,图3.33 工艺凸台的应用,（5）分析零件的变形情况铣削加工时的变形，将影响加工质量，可采用常规方法（如粗、精加工分开及对称去余量法等）、也可采用热处理的方法（如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理等）等工艺措施预防变形。,3、定位和装夹,（1）定位基准的选择,复习数控车定位基准的选择,（2）夹具的选用数控铣床、加工中心常用的夹具类型：通用夹具、专用夹具、组合夹具、可调夹具和成组夹具(见后页)。,选择夹具，首先要掌握机床的加工特点，同时还要考虑加工零件的精度、批量、制造周期和制造成本。,选择夹具的一般顺序为：单件生产,中尽量用虎钳、螺钉压板等通用夹具；,批量生产,时优先考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后才考虑选用专用夹具或成组夹具。,并,考虑采用多工位夹具和气动、液压夹紧方式。,1）通用夹具：,螺钉压板、精密平口钳、机用虎钳、角铁、V形块等。这类夹具适用于单件或小批量生产。,用螺钉压板装夹零件,通用夹具(机用虎钳),2）组合夹具,孔系组合夹具槽系组合夹具,3）专用夹具,专用夹具主要针对特定的工件形状或批量而设计，结构较简单，生产效率高。使用这类夹具安装工件，定位方便准确，夹紧迅速可靠。例如，加工下图a)所示的凸轮零件的凸轮曲面时，可采用图b)中所示的凸轮夹具。其中，两个定位销3、5与定位块4组成一面两销的六点定位，压板6与夹紧螺母7实现夹紧。,1-凸轮零件 2-夹具体 3-圆柱定位销 4-定位块,5-菱形定位销 6-压板 7-夹紧螺母,（4）定位与装夹应注意的问题:,尽可能做到,设计基准、工艺基准与编程计算,基准统一,。,零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换及重要部位的测量。,尽量将工序集中,，减少装夹次数。,夹紧力应靠近主要支承点,或在支承点所组成的三角形内，且靠近切削部位，并在刚性较好的地方。 ,夹具结构简单,。 ,对于小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹多件进行加工，以提高加工效率,。,如左图所示的薄壁箱体夹紧时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上。 若无凸边的右图，可改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形。,三、数控铣床及加工中心刀具系统,1、铣刀的种类,铣削刀具的类型,面铣刀,球头铣刀,立铣刀,键槽铣刀,成形铣刀,鼓形铣刀,2、可转位刀具的选择,可转位铣刀的选用,类型的选择,可转位面铣刀、立铣刀、槽铣刀、专用铣刀等,可转位铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃,倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式,刀片牌号和断屑槽形的选择,可转位铣刀直径的选用主要取决于设备的规格和工件的,加工尺寸,为满足不同用户的需要，同一直径的可转位铣刀一般有,粗齿、中齿、密齿三种类型,齿数的选择,角度的选择,直径的选择,合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能。用于铣削的刀片槽形一般有轻型、中型和重型,可转位铣刀类型的选择,可转位铣,刀的类型,可转位面铣刀：,主要用于加工较大平面选择，主要有平面粗,铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合铣刀三种,可转位槽铣刀：,主要有三面刃锯片铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀,可转位立铣刀：,主要用于加工凸台、凹槽、小平面、曲面等。,主要有普通立铣刀、孔槽铣刀、球头立铣刀、R立铣刀、T型,槽铣刀、倒角铣刀、螺旋立铣刀、套式螺旋立铣刀等,可转位专用铣刀：,用于加工某些特定零件，其型式和尺寸取决,于所用机床和零件的加工要求,被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据,可转位铣刀齿数（齿距）的选择,可转位铣,刀的齿数,粗齿铣刀：,大余量粗加工、软材料、切削,宽度较大、机床功率较小,中齿铣刀：,通用系列，使用范围广泛，具,有较高的金属切除率和切削稳定性,密齿铣刀：,用于铸铁、铝合金和有色金属,的大进给速度切削加工,不等分齿距铣刀,：,防止工艺系统出现共振，,使切削平稳 ，,在铸钢、铸铁件的大余量粗,加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀,可转位铣刀角度的选择,可转位铣,刀的角度,主偏角：,可转位铣刀的主偏角有90、88、75、,70、60、45等几种,前角：,铣刀的前角可分解为径向前角和轴向前角。,常用的前角组合形式如下：双负前角、双正前角、,正负前角(轴向正前角、径向负前角)三种,各种角度中最主要的是主偏角和前角,(制造厂的产品样本中对刀具的主偏角,和前角一般都有明确说明),面铣刀切削刃,各角度的功能,基本刃形,前角的正负,基本刃形的组合,可转位铣刀直径的选择,立铣刀直径选择：,主要,考虑工件加工尺寸的要求，并,保证刀具所需功率在机床额定,功率范围以内。如系小直径立,铣刀，则应主要考虑机床的最,高转速能否达到刀具的最低切,削速度要求,面铣刀直径选择：,主要是根,据工件宽度选择，同时要考虑机,床的功率、刀具的位置和刀齿与,工件接触形式等，也可将机床主,轴直径作为选取的依据，面铣刀,直径可按D1.5d（d为主轴直径）,选取。一般来说，面铣刀的直径,应比切宽大20%50%,面铣刀的直径应比,切宽大20%50%,多次走刀铣削加工时，轨迹之间须有重,叠部分，切削宽度通常75%刀具半径,3、工具系统选择,镗铣类整,体式工具系统,工具系统,：即刀柄。,有：模块式和整体式,工具系统分类,镗,式,铣,工,类,具,模系,块统,模块式刀柄,通过将基本刀柄、接杆和,加长杆（如需要）进行组合，可以用,很少的组件组装成非常多种类的刀柄。,整体式刀柄,用于刀具装配中装夹不改,变，或不宜使用模块式刀柄的场合。,工具系统选择,JT(BT)40,-,XS16,-,75,1,2,3,工具系统型号表示方法,1.柄部型式及尺寸,JT：,表示采用国际标准ISO7388号加工中心机床用锥柄柄部；,BT：,表示采用日本标准MAS403号加工中心机床用锥柄柄部；其后数字为相应的ISO锥度号：如50和40分别代表大端直径69.85和44.45的7:24锥度。,2.刀柄用途及主参数,XD 装三面铣刀刀柄,MW -无扁尾氏锥柄刀柄,XS 装三面刃铣刀刀柄,M 有扁尾氏锥柄刀柄,Z（J）-装钻夹头刀柄（贾式锥度加J）,XP 装削平柄铣刀刀柄,用途后的数字表示工具的工作特性，其含义随工具不同而异。,3.工作长度,工具系统选择,常用刀柄,面铣刀刀柄,整体钻,夹头刀柄,ER弹簧夹头刀,柄,ER弹簧夹头,侧压式立铣刀柄,工具系统中的配件,ISO 7388及DIN 69871的A型拉钉,ISO 7388及DIN 69871的B型拉钉,MAS BT的拉钉,拉钉,是带螺纹的零件，常固定在各,种工具柄的尾端。机床主轴内的拉,紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。,数控机床刀柄有不同的标准，机床,刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有,多种型号和规格,拉钉的选择：,根据数控机床说明书选择；,对机床自带的拉钉进行测量后来确定,注意：,如果拉钉选择不当，装在刀,柄上使用可能会造成事故。,拉钉的种类及选择,四、加工工艺路线的确定,1、加工顺序的安排,1）先粗后精,：一般零件加工都经粗加工和精加工两个阶段。高精度零件加工应采用粗加工半精加工精加工，如果精度要求更高，还应进行光整加工。,2）基面先行：,即用作精基准的表面、定位孔应先进行粗加工和精加工。,3）先面后孔：,一般来说零件的平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定，对于孔其深度尺寸是以平面为基准的，故应先加工平面，后加工孔。,4）先主后次：,即先加工主要表面，后加工次要表面。,在加工中心上加工零件，为了达到好的加工精度、加工效率、经济效益，并减少刀具数量，安排加工顺序时应遵循上述原则外，还应考虑：减少换刀次数，节省辅助时间。尽量减少刀具的空行程量，按最短路线安排加工表面的加工顺序。,加工顺序安排应注意：,上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；先进行内腔加工，后进行外形加工；以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。,数控加工工艺与普通工序