数控加工工艺教案：数控镗铣、加工中心工艺制定

.四 川 工 程 职 业 技 术 学 院 课 时 授 课 教 案/ 学年第 期课程名称： 数控加工工艺 授课班级： （三专）数控 01-1、2 授课时间： 第 周星期 第 节 课 题： 数控镗铣、加工中心工艺制定 教学目的： 理解零件图的工艺分析掌握铣削方式、加工方法的选择掌握加工顺序的安排进给路线的确定 重点、难点：铣削方式、加工方法、进给路线的确定 使用教具： 课件 课后作业： 1 课后记录：年 月 日.授课主要内容一、零件图的工艺分析数控镗铣、加工中心对零件图进行工艺分析的主要内容包括：1 选择数控镗铣、加工中心的加工内容 数控铣床、加工中心与普通铣床相比，具有加工精度高、加工零件的形状复杂、加工范围广等特点。但是数控铣床价格较高，加工技术较复杂，零件的制造成本也较高。因此，正确选择适合数控铣削加工的内容就显得很有必要。通常选择下列部位为其加工内容：1） 零件上的曲线轮廓 指要求有内、外复杂曲线的轮廓，特别是由数学表达式等给出其轮廓为非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓；2）空间曲面 由数学模型设计出的，并具有三维空间曲面的零件。3）形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；4）用通用铣床加工难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；5）高精度零件 尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求较高的零件。如发动机缸体上的多组高精度孔或型面。6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面；7）采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。虽然数控铣床加工范围广泛，但是因受数控铣床自身特点的制约，某些零件仍不适合在数控铣床上加工。如简单的粗加工面，加工余量不太充分或不太稳定的部位，以及生产批量特别大，而精度要求又不高的零件等。2零件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。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。在数控加工时应考虑零件的变形。变形不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续进行下去。这时就应当采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的，也可考虑粗、精加工及对称去余量等常规方法。2 零件毛坯的工艺性分析 .零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，使余量的大小、如何装夹等问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去。因此，在对零件图进行工艺分析后，还应结合数控铣削的特点，对零件毛坯进行工艺分析。1）毛坯的加工余量 毛坯的制造精度一般都很低，特别是锻、铸件。因模锻时的欠压量与允许的错模量会造成余量的多少不等；铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型胶等造成余量的不等。此外，锻造、铸造后，毛坯的烧曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分或不均匀。毛坯加工余量的大小，是数控铣削前必须认真考虑的问题。因此，除板料外，不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均应有较充分的余量。2）毛坯的装夹 主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次安装中加工出较多表面。对不便于装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。3）毛坯的余量的均匀性 主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削以及加工中及加工后的变形程度等因素，考虑是否应采取相应的预防或补救的措施。如对于热轧中、厚铝板，经淬火时效后很容易在加工中与加工后变形，最好采用经预拉伸处理的淬火板坯。二、铣削方式1 逆铣与顺铣的概念 铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣。2 逆铣与顺铣的特点 如图所示，逆铣时，刀具从已加工表面切入，切削厚度从零逐渐增大。铣刀刃口有一钝圆半径 ，当 大于瞬时切削厚度时，实际切削前角为负值，刀齿在加r工表面上挤压、滑行，切不下切屑，使这段表面产生严重的冷硬层。下一个刀齿切入时，又在冷硬层表挤压、滑行，使刀齿容易磨损，使工件表面粗糙度增大。同时刀齿切离工件时垂直方向的分力 的方向使工件脱离工作台，需较大的夹紧力。VF但刀齿从已加工表面切入，不会造成就从毛坯面切入而打刀的问题。顺铣时，如图所示，刀具从待加工表面切入，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压、滑行现象的产生。同时垂直方向的分力 始终压向工作台，减小了工件上下的振动，因V而能提高铣刀耐用度和加工表面质量。铣床工作台的纵向进给运动一般是依靠工作台下面的丝杠和螺母来实现的，螺母固定不动，丝杠一面转动一面带动工作台移动。如果在丝杠与螺母传动副中存在着间隙情况下采用顺铣， 当纵向分力 逐渐增大超过工作台摩擦力时， 使工作台带lF动丝杠向左窜动， 丝杠与螺母传动副右侧面出现间隙， 如图所示， 严重时会使铣刀崩刃。 此外， 在进行顺铣时遇到加工表面有硬皮， 也会加速刀齿磨损甚至打刀。 在逆铣时， 纵向分力风与纵向进给方向相反， 使丝杠与螺母间传动面始终紧贴， 如图所示，故工作台不会发生窜动现象， 铣削较平稳。.逆铣与顺铣l 一螺母； 2 一丝杠3 逆铣、顺铣的确定 根据上面分析，当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刃；机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行，因此粗铣时应尽量采用逆铣。当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣。因为顺铣加工后，零件表面质量好，刀齿磨损小因此，精铣时，尤其是零件材料为铝镁合金、钛合金或耐热合金时，应尽量采用顺铣。三、加工方法的选择加工中心加工零件的表面不外乎平面、平面轮廓、曲面、孔和螺纹等。所选加工方法要与零件的表面特征、所要求达到的精度及表面粗糙度相适应。1 面加工方案分析 平面、平面轮廓及曲面在镗铣类加工中心上唯一的加工方法是铣削。经粗铣的平面，尺寸精度可达 IT12IT14 级（指两平面之间的尺寸） ，表面粗糙度 Ra 值可达12.550m。经粗、精铣的平面，尺寸精度可达 IT7IT9 级，表面粗糙度 Ra 值可达里，1.63.2m。1）平面轮廓加工 平面轮廓多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用三坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。2）固定斜角平面加工 固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面，常用如下的加工方法。.（1）当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工；如果机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工。当零件尺寸很大，斜面斜度又较小时，常用行切法加工。（2）对于正圆台和斜筋表面，一般可用专用的角度成型铣刀加工。其效果比采用五坐标数控铣床摆角加工好。3）变斜角面加工常用的加工方案有下列二种：（1）对曲率变化较小的变斜角面，选用 x、y、z 和 A 四坐标联动的数控铣床，采用立铣刀以插补方式摆角加工。（2）对曲率变化较大的变斜角面，用四坐标联动加工难以满足加工要求，最好用 x、y、z、 A 和 B（或 C 转轴）的五坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工。2 孔加工方法分析有钻削、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。1）对于直径大于 30mm 的已铸出或锻出毛坯孔的孔加工，一般采用粗镗一半精镗一孔口倒角一精镗加工方案，孔径较大的可采用立铣刀粗铣一精铣加工方案。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，也可用镗刀进行单刀镗削，但单刀镗削效率低。2）对于直径小于 30nnn 的无毛坯孔的孔加工，通常采用锪平端面一打中心孔一钻一扩一孔口倒角一铰加工方案，有同轴度要求的小孔，须采用锪平端面一打中心孔一钻一半精镗一孔口倒角一精镗（或铰）加工方案。为提高孔的位置精度，在钻孔工步前须安排锪平端面和打中心孔工步。孔口倒角安排在半精加工之后、精加工之前，以防孔内产生毛刺。3）螺纹的加工根据孔径大小，一般情况下，直径在 M6M20mm 之间的螺纹，通常采用攻螺纹方法加工。直径在 M6mm 以下的螺纹，在加工中心上完成底孔加工，通过其它手段攻螺纹。因为在加工中心上攻螺致节能源机控制加工状态，小直径丝锥容易折断。直径在 M20mm 以上的螺纹，可采用镗刀片镗削加工。四、加工阶段的划分在加工中心上加工的零件，其加工阶段的划分主要根据零件是否已经过粗加工、加工质量要求的高低、毛坯质量的高低以及零件批量的大小等因素确定。若零件已在其它机床上经过粗加工，加工中心只是完成最后的精加工，则不必划分加工阶段。对加工质量要求较高的零件，若其主要表面在上加工中心加工之前没有经过粗加工，则应尽量将租、精加工分开进行。使零件粗加工后有一段自然时效过程，以消除残余应力和恢复切削力、夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形，必要时还可以安排人工时效处理，最后通过精加工消除各种变形。对加工精度要求不高，而毛坯质量较高，加工余量不大，生产批量很小的零件或新产品试制中的零件，利用加工中心的良好的冷却系统，可把粗、精加工合并进.行。但粗、精加工应划分成两道工序分别完成。粗加工用较大的夹紧力，精加工用较小的夹紧力。五、加工顺序的安排在加工中心上加工零件，一般都有多个工步，使用多把刀具，因此加工顺序安排得是否合理，直接影响到加工精度、加工效率、刀具数量和经济效益。在安排加工顺序时同样要遵循“基面先行” 、 “先粗后精” 、 “先主后次”及“先面后孔”的一般工艺原则。此外还应考虑：1减少换刀次数，节省辅助时间。一般情况下，每换一把新的刀具后，应通过移动坐标，回转工作台等将由该刀具切削的所有表面全部完成。2每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序。安排加工顺序时可参照采用粗铣大平面一粗镗孔、半精健孔一立铣刀加工一加工中心孔一钻孔一攻螺纹一平面和孔精加工（精铣、铰、镗等）的加工顺序。六、进给路线的确定确定进给路线时，要在保证被加工零件获得良好的加工精度和表面质量的前提下，力求计算容易，走刀路线短，空刀时间少。进给路线的确定与工件表面状况、要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具耐用度以及零件轮廓形状等有关。确 定 进 给 路 线 主 要 考 虑 以 下 几 个 方 面 ：1铣削零件表面时，要正确选用铣削方式。2进给路线尽量短，以减少加工时间。3进刀、退刀位置应选在零件不太重要的部位，并且使刀具沿零件的切线方向进刀、退刀，以避免产生刀痕。在铣削内表面轮廓时，切入切出无法外延，铣刀只能沿法线方向切入和切出，此时，切入切出点应选在零件轮廓的两个几何元素的交点上。4先加工外轮廓，后加工内轮廓。