最新数控机床及加工工艺课件.ppt

1、编 制： 过 勇数控加工与数控工艺数控加工过程 数控加工的概念数控加工就是根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。 数控加工的基本原理与加工过程虽然数控加工与传统的机械加工相比，在加工的方法和内容上有许多相似之处，但由于采用了数字化的控制形式和数控机床，许多传统加工过程中的人工操作被计算机和数控系统的自动控制所取代。数控加工过程具体步骤为：第一步：首先阅读零件图纸，充分了解图纸的技术要求，如尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、工件的材料、硬度、加工性能以及工件数量等；第二步：根据零件图纸的要求进行

2、工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等；第三步：根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息如：加工工艺路线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡；第四步：根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码及程序格式进行数控编程；第五步：将编写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。调整好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零件。v数控加工工艺概念与工艺过程数控加工工艺的概念数控加工工艺是采用数控机床加工零件

3、时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。 数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。数控加工工艺过程的概念数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。v 数控加工工艺的主要内容v数控加工中进行数控加工工艺设计的主要内容包括以下：1、选择并确定进行数控加工的内容；2、对零件图纸进行数控加工的工艺分析；3、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定；4、数控加工工艺方案的制定；5、工步、进给路线的确定；6、选择数控机床的类型；7、刀具、夹

4、具、量具的选择和设计；8、切削参数的确定；9、加工程序的编写、校验和修改；10、首件试加工与现场问题处理；11、数控加工工艺技术文件的定型与归档。1.3 数控加工工艺的特点 数控加工工艺与普通加工工艺的区别及特点 由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点。在数控加工工艺上也与普通加工工艺具有一定的差异。 v1、数控加工工艺内容要求更加具体、详细 普通加工工艺：许多具体工艺问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和

5、决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。 数控加工工艺：所有工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。数控工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括工夹具型号、规格、切削用量和其它特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。v2、数控加工工艺要求更严密、精确 普通加工工艺：加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整。 数控加工工艺：自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑，否则导致严重的后果。 如：（1）攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否需要退刀清理一下

6、切屑再继续加工。 （2）普通机床加工可以多次“试切”来满足零件的精度要求，数控加工过程严格按规定尺寸进给，要求准确无误。因此，数控加工工艺设计要求更加严密、精确。v5、强调刀具选择的重要性 复杂形面的加工编程通常采用自动编程方式，自动编程中必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹，因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说，若刀具预先选择不当，所编程序只能推倒重来。 v6、数控加工工艺的特殊要求（1）由于数控机床比普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因此在同等情况下，数控机床切削用量比普通机床大，加工效率也较高。（2）数控机床的功能复合化程度越来越高，因此现代数控加工工艺的明显特点是工序相对集中，表

7、现为工序数目少，工序内容多，并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序，所以数控加工的工序内容比普通机床加工的工序内容复杂。（3）由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。 v3、制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算 编程尺寸并不是零件图上设计的尺寸的简单再现，在对零件图进行数学处理和计算时，编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关系重新调整计算，才能确定合理的编程尺寸。 v4、考虑进给速度对零件形状精度的影响 制定数控加工工艺时，选择切削用量要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响。在数控加工中

8、，刀具的移动轨迹是由插补运算完成的。根据差补原理分析，在数控系统已定的条件下，进给速度越快，则插补精度越低，导致工件的轮廓形状精度越差。尤其在高精度加工时这种影响非常明显。v7、数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容 普通工艺中，划分工序、选择设备等重要内容对数控加工工艺来说属于已基本确定的内容，所以制定数控加工工艺的着重点在整个数控加工过程的分析，关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。复杂表面的刀具运动轨迹生成需借助自动编程软件，既是编程问题，当然也是数控加工工艺问题。这也是数控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。 v 数控加工与工艺技术的新发展随着计算机技术突飞猛进的

9、发展，数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展。整体数控加工技术向着CIMS（计算机集成制造系统）方向发展。v高速切削受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。主要表现在：v1、数控机床主轴高转速 作用：主轴高转速减少了切削力，也减少了切削深度，有利于克服机床振动，排屑率大大提高，热量被切屑带走，故传入零件中的热量减低，热变形大大减小，提高了加工精度，也改善了加工面粗糙度。因此，经过高速加工的工件一般不需要精加工。 提高主轴转速的手段：采用电主轴（内装式主轴电动机），即主轴电动机的转子轴就是

10、主轴部件，从而可将主轴转速大大提高。 日本的超高速数控立式铣床：主轴最高转速达100,000r/minv2、工作台高快速移动和高进给速度 当今知名数控系统的进给率都有了大幅度的提高。目前的最高水平是 分辨率为1m时： 最大快速进给速度可达240m/min，当程序段设定进给长度大于1mm时：最大进给速度达80m/min （并且具有1.5g的加减速率）。 v 3、高精加工 高精加工是高速加工技术与数控机床的广泛应用结果。以前汽车零件的加工精度要求在0.01mm数量级，现在随着计算机硬盘、高精度液压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1m ，加工精度进入了亚微米世界 v4、提高数控设备

11、加工精度的方法：v（1）提高机械设备的制造精度和装配精度 （2）减小数控系统的控制误差提高数控系统的分辨率 以微小程序段实现连续进给使CNC控制单位精细 提高位置检测精度，位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制 （3）采用补偿技术：齿隙补偿、丝杆螺距误差补偿、刀具误差补偿、热变形误差补偿、空间误差综合补偿等技术。 v制定数控铣削加工工艺v数控铣削加工有着自己的特点和适用对象，若要充分发挥数控铣床的优势和关键作用，就必须正确选择数控铣床类型、数控加工对象与工序内容。通常将下列加工内容作为数控铣削加工的主要选择对象：（1）工件上的曲线轮廓，特别是有数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓；（2）

12、已给出数学模型的空间曲面；（3）形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；（4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；（5）以尺寸协调的高精度孔或面；（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状；（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。 此外，立式数控铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、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；卧式数控铣床和卧式加工中心适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等；多坐标联动的卧式加工中心还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。 数控铣削加工工艺性分析v（一）零件图形分析1、

13、检查零件图的完整性和正确性由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此（1）各图形几何要素间的相互关系（如相切、相交、垂直、平行和同心等）应明确。（2）各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。 v（二）零件结构工艺性分析及处理 1、零件图纸上的尺寸标注应方便编程 在实际生产中，零件图纸上尺寸标注对工艺性影响较大，为此对零件设计图纸应提出不同的要求。 v2、分析零件的变形情况，保证获得要求的加工精度 过薄的底板或肋板，在加工时由于产生的切削拉力及薄板的弹力退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也增大。零件在数控铣削加工时的变形，不仅影

14、响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续下去。 预防措施：（1）对于大面积的薄板零件，改进装夹方式，采用合适的加工顺序和刀具；（2）采用适当的热处理方法：如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理；（3）粗、精加工分开及对称去除余量等措施来减小或消除变形的影响。v3、尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸（1）轮廓内圆弧半径R常常限制刀具的直径。 在一个零件上，凹圆弧半径在数值上一致性的问题对数控铣削的工艺性显得相当重要。零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数。 一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格和

15、换刀次数，并避免因频繁换刀而增加了零件加工面上的接刀阶差，降低表面质量。 v（2）转接圆弧半径值大小的影响 转接圆弧半径大，可以采用较大指精铣刀加工，效率高，且加工表面质量也较好，因此工艺性较好。 铣削面的槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低。当r达到一定程度时甚至必须用球头铣刀加工，这是应当避免的。 当铣削的底面面积较大，底部圆弧r也较大时，我们只能用两把r不同的铣刀分两次进行切削。 v4、保证基准统一原则 v有些零件需要在加工中重新安装，而数控铣削不能使用“试切法”来接刀，这样往往会因为零件的重新安装而接不好刀。这时，最好采用统一基准定位，因

16、此零件上应有合适的孔作为定为基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定为基准。 （三）零件毛坯的工艺性分析 v1、毛坯应有充分、稳定的加工余量 毛坯主要指锻件、铸件。锻件在锻造时欠压量与允许的错模量会造成余量不均匀；铸件在铸造时因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量不均匀。此外，毛坯的挠曲和扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。 为此，在对毛坯的设计时就加以充分考虑，即在零件图样注明的非加工面处增加适当的余量。 v2、分析毛坯的装夹适应性 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。对不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯

17、另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。3、分析毛坯的变形、余量大小及均匀性 分析毛坯加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施和补救措施。如对于热轧中、厚铝板，经淬火时效后很容易加工变形，这是最好采用经欲拉伸处理的淬火板坯。 对毛坯余量大小及均匀性，主要考虑在加工中要不要分层铣削，分几层铣削。在自动编程中，这个问题尤为重要。 零件图形的数学处理v1、零件手工编程尺寸及自动编程时建模图形尺寸的确定 数控铣削加工零件时，手工编程尺寸及自动编程零件建模图形的尺寸不能简单的直接取零件图上的基本尺寸，要进行分析，有关尺寸应按下述步骤进行调整：（1）精度高的尺寸的处理：将基本尺寸换算成平

18、均尺寸；（2）精度低的尺寸的调整：通过修改一般尺寸，保持零件原有几何关系；（3）几何关系的处理：保持原重要的几何关系，如角度、相切等不变；（4）节点坐标尺寸的计算：按调整后的尺寸计算有关未知节点的坐标尺寸；（5）编程尺寸的修正：按调整后的尺寸编程并加工一组工件，测量关键尺寸的实际分散中心并求出常值系统性误差，再按此误差对程序尺寸进行调整，修改程序。v2、圆弧参数计算误差的处理 按零件图纸计算圆弧参数时，一般会产生误差，特别是在两个或两个以上的圆连续相交时，会产生较大误差累积，其结果使圆弧起点相对于圆心的增量值I、J的误差较大。此时，可以根据实际零件图形改动一下圆弧半径值或圆心坐标（在许可范围内

19、），或采用互相“借”一点误差的方法来解决。v3、转接凹圆弧的处理 对于直线轮廓所夹的凹圆弧，一般可由铣刀半径直接形成，而不必走圆弧轨迹。但对于与圆弧相切或相交的转接凹圆弧，通常都用走圆弧轨迹的方法解决。 由于转接凹圆弧一般都不大，选择铣刀直径时往往受其制约。另如果按放大刀具半径补偿法加工时，若仍沿用图纸给出的转接凹圆弧半径，就可能受到限制。 因此，最好把图纸中最小的转接凹圆弧半径放大一些（在许可范围内），在原刀具不变的情况下，可以扩大刀具半径补偿范围。当其半径较小时，则可先按大圆弧半径来编，再安排补加工。 制定加工中心加工工艺v零件的工艺分析1.零件的工艺分析就是，检查零件图的完整性和正确性，

20、分析零件的技术要求、结构工艺性，选择加工中心的加工内容等。 2. 分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求，检查零件图的完整性和正确性 3.分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心加工时的可行性、经济性、方便性。零件结构应具有足够刚性以减少装夹变形和切削变形。4.确定加工中心的加工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结构和表面。 加工中心加工零件的工艺方案的设计v工艺设计包括完成加工任务所需要的设备、工装量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。加工中心工艺方案主要如下几方面： 加工方法的选择：铣削：外形轮廓、平

21、面、曲面采用铣削方法加工，根据精度和表面质量要求可先粗铣、半精铣、再精铣。钻、扩、镗、铰：用于孔的加工。 加工顺序的合理按排。加工中心加工的工步设计v加工中心的工步设计主要从精度和效率两方面考虑，主要原则为：（1）先粗加工，半精加工，再精加工。（2）既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。（3）采用相同设计基准集中加工的原则。（4）相同工位集中加工，邻近工位一起加工可提高加工效率。（5）按所用刀具划分工步。（6）有较高同轴度要求的孔系，应该单独完成，再加工其他形位。（7） 在一次装夹定位中，能加工的形位全部加工完。 加工中心加工进给路线的确定 v加工中心刀具的进给路线包括孔加工和表面铣削的进给路线。

22、 孔加工路线的确定：1.确定XY平面内的进给路线：定位要迅速，保证不发生碰撞的前提下缩短空行程；定位要准确。2.确定Z向的进给路线加工余量的确定v确定加工余量应在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量，最小加工余量的数值应保证能将具有各种缺陷和误差的金属层切去，得到所需要的尺寸精度和表面质量。影响加工余量大小的因素：表面粗糙度，表面缺陷层深度，空间偏差，表面几何形状误差，装夹误差等v 工序尺寸及公差的确定注意定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及公差的确定问题。v加工中心加工切削用量的选择选择加工中心切削用量时，应根据加工类型方式和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）；坯料种类、硬度；刀具类型、转速、直径大小、刀刃材质等因素综合确定。参照理论切削用量，根据实际切削的具体情况，确定合适的切削用量。