《数控加工工艺与设备》电子教案课件.ppt
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1、第五章 数控铣削加工工艺及设备数控铣削加工工艺及设备 本章应知 本章应会1.1.数控铣床的组成及典型结构2.数控铣床的常用刀具 数控铣削加工工艺的制定第一节 数控铣床概述第 章五 数控铣削加工工艺及设备一、数控铣床的分类一、数控铣床的分类(1)数控立式铣床(2)数控卧式铣床(3)数控龙门铣床 图5-2 数控卧式铣床图5-1 数控立式铣床 第 章图5-3 数控龙门铣床a)工作台移动式 b)龙门架移动式第一节 数控铣床概述五 数控铣削加工工艺及设备 一般采用经济型数控系统,采用开环控制,可以实现三坐标联动。2按数控系统的功能分类(1)经济型数控铣床(2)全功能数控铣床(3)高速铣削数控铣床 第 章
2、第一节 数控铣床概述五 数控铣削加工工艺及设备二、数控铣床的组成二、数控铣床的组成 即床身部分、铣头部分、工作台部分、横进给部分、升降台部分、冷却、润滑部分。图5-4 XK5040A型数控铣床的布局图1底座 2强电柜 3变压器箱 4垂直升降(Z轴)进给伺服电机5主轴变速手柄和按钮板 6床身 7数控柜 8、11保护开关(控制纵向行程硬限位)9挡铁(用于纵向参考点设定)10操纵台 12横向溜板 13纵向(X轴)进给伺服电动机 14横向(Y轴)进给伺服电动机 15升降台 16纵向工作台 由7.5kW、1450r/min的主电机驱动,I 轴间的三联滑移齿轮变速组、轴间的三联滑移齿轮变速组、轴间的双联滑
3、移齿轮变速组和轴间的圆锥齿轮副29/29及V轴间的齿轮副67/67传到主轴,使之获得18级转速,转速范围为301500r/min。第 章第一节 数控铣床概述五 数控铣削加工工艺及设备三、数控铣床的传动系统三、数控铣床的传动系统图5-5 XK5040A型数控铣床传动系统图 1.主运动2.进给运动第 章第一节 数控铣床概述五 数控铣削加工工艺及设备四、数控铣床主传动系统的变速方式四、数控铣床主传动系统的变速方式 1.无级变速其配置方式通常有两种 主轴电机通过带传动驱动主轴转动 主轴电机直接驱动主轴转动 图5-6 齿轮间隙消除机构 1螺母 2弹簧 3电动机 4齿轮图5-7 数控铣床主传动无级变速配置
4、方式第 章第一节 数控铣床概述五 数控铣削加工工艺及设备2.分段无级变速图5-8 数控铣床主传动分段无级变速配置方式 五、数控铣床主轴端部结构形状五、数控铣床主轴端部结构形状 图5-9 数控铣床主轴端部结构第 章第一节 数控铣床概述五 数控铣削加工工艺及设备六、升降台自动平衡装置六、升降台自动平衡装置XK5040A型数控铣床台自动平衡装置如图5-10所示 图5-10 XK5040A型数控铣床升降台自动平衡装置1-锥齿轮 2-星轮 3-滚子 4-超越离合器的外壳 5-螺母 6-锁紧螺钉第 章第一节 数控铣床概述五 数控铣削加工工艺及设备七、数控铣床的加工工艺范围七、数控铣床的加工工艺范围1平面类
5、零件图5-11 平面类零件a)带平面轮廓的平面零件 b)带斜平面的的平面零件 c)带正圆台和斜筋的平面零件2变斜角类零件图5-12 变斜角零件 第 章第一节 数控铣床概述五 数控铣削加工工艺及设备3曲面类(立体类)零件1)采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工 2)采用三坐标数控铣床三坐标联动加工空间曲面 图5-13 二轴半坐标行切加工曲面 第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备一、分析零件图纸一、分析零件图纸 在搞清零件材料、零件全部的加工内容、工艺过程和技术要求的基础上,确定和明确数控铣床的加工内容和要求,并拟定加工方案。二、选择合适的数控机床二、选择合适的数控机
6、床 与加工中心相比,数控铣床除了缺少自动换刀功能及刀库外,其它方面均与加工中心类同,可以对零件进行铣、钻、铰、锪、镗孔与攻丝等。一般说来,数控立式铣床适于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件,以及模具的内、外型腔等。数控卧式铣床适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。三、合理安排加工顺序三、合理安排加工顺序1先粗后精 2基准面先行原则 3先面后孔 4先主后次 第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备四、选择夹具与零件的装夹方法四、选择夹具与零件的装夹方法 1定位基准的选择l应注意减少装夹次数。l多选择工件上不需数控铣削的平面和孔作定位基准。l对薄板件定位基准
7、应有利于提高工件的刚性,以减小切削变形。l定位基准应尽量与设计基准重合。2数控铣床常用夹具 应尽量采用组合夹具和标准化通用夹具。单件小批量生产零件的常用台虎钳和压铁。当工件批量较大、精度要求较高时,可以设计专用夹具,但结构应尽可能简单。第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备1)零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。2)夹紧力尽量通过或靠近主要支撑点或在支承点所组成的三角形内。3)零件的重复装夹、定位一致性要好,以减少对刀时间,提高零件加工的一致性。3零件装夹方法五、拟定加工工艺路线五、拟定加工工艺路线1.数控铣削加工方案的选择(1)平面轮
8、廓的加工方法 通常采用3坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。图5-14 平面轮廓铣削 第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备(2)固定斜角平面的加工方法 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(见图5-15)。可用专用的角度成型铣刀加工,其效果比采用5坐标数控铣床摆角加工好。图5-15 主轴摆角加工固定斜面 a)主轴垂直端刃加工 b)主轴摆角后侧刃加工c)主轴摆角后端刃加工 d)主轴水平侧刃加工当零件尺寸很大,斜面斜度又较小时,常用行切法加工,但加工斜面的最佳方法是采用5坐标数控铣床。第 章第二节 数控铣削加工
9、工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备(3)变斜角面的加工 对曲率变化较大的变斜角面,用4坐标联动加工难以满足加工要求,最好用5坐标联动数控铣床,以圆弧插补方式摆角加工。对曲率变化较小的变斜角面,选用Z、Y、Z和A的4坐标联动的数控铣床,采用立铣刀(但当零件斜角过大、超过机床主轴摆角范围时,可用角度成型铣刀加以弥补)以插补方式摆角加工。图5-16 4、5坐标数控铣床加工零件变斜角面a)曲率变化较大 b)曲率变化较小 第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备(4)曲面轮廓的加工方法图5-17 用鼓形铣刀分层铣削变斜角 采用3坐标数控铣床两坐标联动,利用球头铣刀和鼓形铣刀,以直
10、线或圆弧插补方式进行分层铣削加工。对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工,常用Z、Y、Z 3坐标联动插补的行切法加工。图5-18 3轴联动行切法加工曲面的切削点轨迹第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备 对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工,常用两轴半坐标的行切法加工,即X、Y、Z 3轴中任意两轴作联动插补,第三轴作单独的周期进给。图5-19 两轴半坐标行切法加工曲面图5-20 两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备 对像叶轮、螺旋桨这样的零件,因其叶片形状复杂,刀具容易与相邻表面干涉,常用5坐标联动
11、加工,其加工原理如图5-21所示。图5-21 曲面的5坐标联动加工第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备2.进给路线的确定(1)顺铣和逆铣的选择 当工件表面无硬皮,机床进给机构无间隙时,应选用顺铣,按照顺铣安排进给路线。当工件表面有硬皮,机床的进给机构有间隙时,应选用逆铣,按照逆铣安排进给路线。图5-22 顺铣与逆铣(2)铣削外轮廓的进给路线 铣削平面零件外轮廓时,一般采用立铣刀侧刃切削。当用圆弧插补方式铣削外整圆时,如图5-24所示,要安排刀具从切向进入圆周铣削加工。5-23 外轮廓加工刀具的切入和切出 图5-24 外圆铣削 第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数
12、控铣削加工工艺及设备(3)铣削内轮廓的进给路线 铣削封闭的内轮廓表面,同铣削外轮廓一样,刀具同样不能沿轮廓曲线的法向切入和切出。此时若内轮廓曲线允许外延,则应沿延伸线或切线方向切入、切出。若内轮廓曲线不允许外延(图5-25所示)图5-25 内轮廓加工刀具的切入和切出 当用圆弧插补铣削内圆弧时也要遵循从切向切入、切出的原则,最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线,如图5-27所示:图5-26 无交点内轮廓加工刀具的切入和切出a)刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口 b)刀具切入、切出点应远离拐角第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备(5)铣削曲面轮廓的进给路线(4)铣削内槽的进给路
13、线(6)孔系加工的进给路线加工位置精度要求较高的孔系图5-31 最短加工路线选择 加工孔数量较多的孔系图5-30 镗孔加工路线示意图a)不合理的加工路线 b)合理的加工路线第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备六、选择刀具六、选择刀具1.常用铣刀的种类(1)面铣刀 可转位面铣刀的直径已经标准化,采用公比1.25的标准直径(mm)系列:16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630,参见GB 5342-85。图5-33 硬质合金面铣刀a)整体焊接式 b)机夹焊接式 c)可转位式图5-32 面铣刀 第
14、章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备(2)立铣刀 一般粗齿立铣刀齿数Z34,细齿立铣刀齿数Z58,套式结构Z1020 标准立铣刀的螺旋角为4045(粗齿)和3035(细齿),套式结构立铣刀的为1525。图5-34 立铣刀 a)硬质合金立铣刀 b)高速钢立铣刀 直径大于(4060)mm的立铣刀可做成套式结构。第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备(3)键槽铣刀 直柄键槽铣刀直径d=222mm,锥柄键槽铣刀直径d1450mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。(4)模具铣刀 图5-35 键槽铣刀 有圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种
15、 图5-36 高速钢模具铣刀a)圆锥形立铣刀 b)圆柱形球头立铣刀 c)圆锥形球头立铣刀第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备图5-37 硬质合金模具铣刀(5)鼓形铣刀 加工时控制刀具上下位置,相应改变刀刃的切削部位,可以在工件上切出从负到正的不同斜角。只越小,鼓形刀所能加工的斜角范围越广,但所获得的表面质量也越差。(6)成型铣刀 成型铣刀一般是为特定形状的工件或加工内容专门设计制造的。图5-38 鼓形铣刀第 章第二节 数控铣削加工工艺的定制五 数控铣削加工工艺及设备2.铣刀的选择 铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀;加工凹槽、较小的台阶
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