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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,2020/12/7,#,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,数控加工技术,吴明友,编,第 三 十 讲,（,90 Min,、,2,节课）,2024/11/15,1,第七章 加工中心工艺设计（一）第一节 加工中心加工工艺分析（,90Min,）,一、加工中心加工工艺概述,（,35Min,）,1,加工中心的主要加工对象,加工中心适用于复杂、工序多、精度要求较高、需用多种类型普通机床和众多刀具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的零件。其主要加工对象有以下几类。,2024/11/15,2,既有平面又有孔系的零件。,加工中心具有自动换刀装置，在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削、孔系的钻削、镗削、铰削、铣削及攻螺纹等多工步加工。加工的部位可以在一个平面上，也可以不在一个平面上。五面体加工中心一次装夹可以完成除安装基面以外的五个面的加工。因此，加工中心的首选加工对象是既有平面又有孔系的零件，如箱体类零件和盘、套、板类零件。,1,）箱体类零件。,一般是指具有多个孔系，内部有型腔或空腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。这类零件在机床、汽车、飞机等行业用得较多，如汽车的发动机缸体、变速箱体、机床的床头箱、主轴箱、柴油机缸体以及齿轮泵壳体等。,2024/11/15,3,箱体类零件一般都需要进行孔系、轮廓、平面的多工位加工，公差要求特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、镗、钻、扩、铰、锪、攻螺纹等工序，使用的刀具、工装较多，在普通机床上需多次装夹、找正，测量次数多，导致工艺复杂，加工周期长，成本高，更重要的是精度难以保证。这类零件在加工中心上加工，一次装夹可以完成普通机床,60,95,的工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，同时可缩短生产周期，降低生产成本。当加工工位较多，工作台需多次旋转角度才能完成的零件时，一般选用卧式加工中心。当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。,2024/11/15,4,2,）盘、套、板类零件。,是指带有键槽或径向孔，或端面有分布孔系以及有曲面的盘套或轴类零件，如带法兰的轴套、带有键槽或方头的轴类零件等；具有较多孔加工的板类零件，如各种电机盖等。端面有分布孔系、曲面的盘、套、板类零件宜选用立式加工中心，有径向孔的可选用卧式加工中心。,复杂曲面类零件。,对于由复杂曲线、曲面组成的零件，如凸轮类、叶轮类和模具类等零件，加工中心是加工这类零件的最有效的设备。,1,）凸轮类。,这类零件有如图,7-1,所示的各种曲线的盘形凸轮、圆柱凸轮、圆锥凸轮和端面凸轮等，加工时，可根据凸轮表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴联动的加工中心。,2024/11/15,5,2024/11/15,6,图,7-1,盘形凸轮,2,）整体叶轮类。,整体叶轮常见于航空发动机的压气机、空气压缩机、船舶水下推进器等，它除具有一般曲面加工的特点外，还存在许多特殊的加工难点，如通道狭窄，刀具很容易与加工表面和邻近曲面发生干涉。如图,7-2,所示是叶轮，它的叶面是一个典型的三维空间曲面，加工这样的型面，可采用四轴以上联动的加工中心。,2024/11/15,7,2024/11/15,8,图,7-2,叶轮,2024/11/15,9,3,）模具类。,常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。如图,7-3,所示为连杆及其凹模。采用加工中心加工模具，由于工序高度集中，动模、静模等关键件的精加工基本上是在一次安装中完成全部机加工内容，尺寸累积误差及修配工作量小。同时，模具的可复制性强，互换性好。,对于复杂曲面类零件，就加工的可能性而言，在不出现加工过切或加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工，加工精度较高，但效率较低。如果工件存在加工过切或加工盲区（如整体叶轮等），就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床。,仅仅加工复杂曲面时并不能发挥加工中心自动换刀的优势，因为复杂曲面的加工一般经过粗铣、（半）精铣、清根等步骤，所用的刀具较少，特别是像模具一类的单件加工。,2024/11/15,10,2024/11/15,11,图,7-3,连杆锻压模具,a,）,发动机,连杆,b,）,发动机连杆锻模的上模,c,）,发动机连杆锻模的下模,外形不规则零件。,异形件是外形不规则的零件，大多数需要进行点、线、面多工位混合加工，如支架、基座、样板、靠模支架等。由于异形件的外形不规则，刚性一般较差，夹紧及切削变形难以控制，加工精度难以保证，因此在普通机床上只能采取工序分散的原则加工，需用较多的工装，周期较长。这时可充分发挥加工中心工序集中，多工位点、线、面混合加工的特点，采用合理的工艺措施，一次或二次装夹，完成大部分甚至全部加工内容。,2024/11/15,12,周期性投产的零件。用加工中心加工零件时，所需工时主要包括基本时间和准备时间，其中准备时间占很大比例。例如工艺准备、程序编制、零件首件试切等，这些时间往往是单件基本时间的几十倍。采用加工中心可以将这些准备时间的内容储存起来，供以后反复使用。这样对周期性投产的零件，生产周期就可以大大缩短。,2024/11/15,13,加工精度要求较高的中小批量零件。,针对加工中心加工精度高、尺寸稳定的特点，对加工精度要求较高的中小批量零件，选择加工中心加工，容易获得所要求的尺寸精度和形状位置精度，并可得到很好的互换性。,2024/11/15,14,新产品试制中的零件。,在新产品定型之前，需经反复试验和改进。选择加工中心试制，可省去许多用通用机床加工所需的试制工装。当零件被修改时，只需修改相应的程序及适当地调整夹具、刀具即可，节省了费用，缩短了试制周期。,2024/11/15,15,2,加工中心的工艺特点,加工中心是一种功能较全的数控机床，它集铣削、钻削、铰削、镗削、攻螺纹和切螺纹于一身，使其具有多种工艺手段，综合加工能力较强。与普通机床加工相比，加工中心具有如下的工艺特点。,2024/11/15,16,可减少工件的装夹次数，消除因多次装夹带来的定位误差，提高加工精度。,当零件各加工部位的位置精度要求较高时，采用加工中心加工能在一次装夹中将各个部位加工出来，避免了工件多次装夹所带来的定位误差，有利于保证各加工部位的位置精度要求。同时，加工中心多采用半闭环，甚至全闭环的位置补偿功能，有较高的定位精度和重复定位精度，在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿，与普通机床相比，能获得较高的尺寸精度。另外，采用加工中心加工，还可减少装卸工件的辅助时间，节省大量的专用和通用工艺装备，降低生产成本。,2024/11/15,17,可减少机床数量，并相应减少操作工人，节省占用的车间面积。,可减少周转次数和运输工作量，缩短生产周期。,在制品数量少，简化生产调度和管理。,使用各种刀具进行多工序集中加工，在进行工艺设计时要处理好刀具在换刀及加工时与工件、夹具甚至机床相关部位的干涉问题。,若在加工中心上连续进行粗加工和精加工，夹具既要能适应粗加工时切削力大、高刚度、夹紧力大的要求，又须适应精加工时定位精度高，零件夹紧变形尽可能小的要求。,2024/11/15,18,由于采用自动换刀和自动回转工作台进行多工位加工，决定了卧式加工中心只能进行悬臂加工。由于不能在加工中设置支架等辅助装置，应尽量使用刚性好的刀具，并解决刀具的振动和稳定性问题。另外，由于加工中心是通过自动换刀来实现工序或工步集中的，因此受刀库、机械手的限制，刀具的直径、长度、重量一般都不允许超过机床说明书所规定的范围。,多工序的集中加工，要及时处理切屑。,2024/11/15,19,在将毛坯加工为成品的过程中，零件不能进行时效处理，内应力难以消除。,技术复杂，对使用、维修、管理要求较高，要求操作者具有较高的技术水平。,加工中心一次性投资大，还需配置其他辅助装置，如刀具预调设备、数控工具系统或三坐标测量机等，机床的加工工时费用高，如果零件选择不当，会增加加工成本。,2024/11/15,20,3,加工中心加工内容的选择,分析了加工中心的主要加工对象，选定适合加工中心加工的零件之后，需要进一步选择确定适合加工中心加工的零件表面。通常选择下列表面。,尺寸精度要求较高的表面。,相互位置精度要求较高的表面。,不便于普通机床加工的复杂曲线曲面。,能够集中加工的表面。,2024/11/15,21,二、数控加工工艺文件,（,5Min,）,1,数控加工工序卡,2,数控加工刀具卡,3,数控加工走刀路线图,4,数控加工程序单,加工中心加工工艺文件与第三章第二节中的有关内容基本相同，这里不再赘述。加工中心加工工序卡及加工中心加工刀具卡的格式见本章第五节,2024/11/15,22,三、零件的工艺分析（,5Min,）,零件的工艺分析是制订加工中心加工工艺的首要工作。其任务是分析零件图的完整性、正确性和技术要求、分析零件的结构工艺性和定位基准等。其中，零件图的完整性、正确性和技术要求分析与数控铣削加工类似，这里不再赘述。,零件的结构工艺性分析。,从机械加工的角度考虑，在加工中心上加工的零件，其结构工艺性应具备以下几点要求。,2024/11/15,23,1,）零件的切削加工量要小，以便减少加工中心的切削加工时间，降低零件的加工成本。,2,）零件上光孔和螺纹的尺寸规格尽可能少，减少加工时钻头、铰刀及丝锥等刀具的数量，以防刀库容量不够。,3,）零件尺寸规格尽量标准化，以便采用标准刀具。,4,）零件加工表面应具有加工的方便性和可能性。,5,）零件结构应具有足够的刚性，以减少夹紧变形和切削变形。,2024/11/15,24,定位基准的选择。,加工中心定位基准的选择，主要有以下几方面。,1,）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。,2,）一次装夹就能够完成全部关键精度部位的加工。为了避免精加工后的零件再经过多次非重要的尺寸加工，多次周转，造成零件变形、磕碰划伤，在考虑一次完成尽可能多的加工内容（如螺孔、自由孔、倒角、非重要表面等）的同时，一般将加工中心上完成的工序安排在最后。,2024/11/15,25,3,）当在加工中心上既加工基准又完成各工位的加工时，其定位基准的选择需考虑完成尽可能多的加工内容。为此，要考虑便于各个表面都能被加工的定位方式，如对于箱体，最好采用一面两削的定位方式，以便刀具对其他表面进行加工。,2024/11/15,26,4,）当零件的定位基准与设计基准难以重合时，应认真分析装配图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。对于带有自动测量功能的加工中心，可在工艺中安排坐标系测量检查工步，即每个零件加工前由程序自动控制用测头检测设计基准，系统自动计算并修正坐标系，从而确保各加工部位与设计基准间的几何关系。,2024/11/15,27,四、零件数控加工工艺路线的拟定,（,45Min,）,1,加工方法的选择,在加工中心上可以采用铣削、钻削、扩削、铰削、镗削和攻螺纹等加工方法，完成平面、平面轮廓、曲面、曲面轮廓、孔和螺纹等加工，所选加工方法要与零件的表面特征、所要达到的精度及表面粗糙度相适应。,2024/11/15,28,平面、平面轮廓及曲面在镗铣类加工中心上只能采用铣削方式加工。粗铣平面，其尺寸精度可达,IT12,IT14,级（指两平面之间的尺寸），表面粗糙度,R,a,值可达,12.5,50,m,。粗、精铣平面，其尺寸精度可达,IT7,IT9,级，表面粗糙度,R,a,值可达,1.6,3.2,m,。,孔加工方法比较多，有钻削、扩削、铰削和镗削等。大直径孔还可采用圆弧插补方式进行铣削加工。钻削、扩削、铰削及镗削所能达到的精度和表面粗糙度如图,7-4,所示。,2024/11/15,29,2024/11/15,30,图,7-4,孔加工方案,对于直径大于,30mm,的已铸出或锻出毛坯孔的孔加工，一般采用粗镗半精镗孔口倒角精镗加工方案；孔径较大时可采用立铣刀粗铣精铣加工方案。有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后、精镗之前铣削完成，也可用镗刀进行
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