数控机床编程第2版教学课件第3章数控机床的加工工艺xin.ppt

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2、问题（如对刀点、加工路线等）和图形（如图形的基点、节点等）也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一向十分重要的工作。根据国内外数控机床技术应用实践，数控机床加工的适用范围可用图3-1和3-2定性分析。图3-1 零件复杂程度与零件批量的关系 图3-2 零件批量与总加工费用的关系 图3-1表明了随零件的复杂程度和生产批量的不同，三种机床适用范围的变化。当零件不太复杂，生产批量不太大时，宜采用通用机床；当生产批量很大时，数控机床就显得更为适用了。图3-2表明了随生产批量的不同，采用三种机床加工时，综合费用的比较。由图可知，在多品种、小批量（100件以下）的生产情况下，使用数控机床可获得较好的经济

3、效益。零件批量的增大，对选用数控机床是不利的。数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。2）轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。3）用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备（工具、夹具 和模具）的零件。4）需要多次改型的零件。5）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。6）需要最短生产周期的急需零件。从数控加工的可能性和方便性两方面分析其工艺性。（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。（2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。（1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。（2）内槽圆角的大小决

4、定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。如图3-3 图3-3 数控加工工艺性对比 （3）零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大，如图3-4所示。（4）应采用统一的基准定位。图3-4 零件底面圆弧对加工工艺的影响 1.结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削。一般小尺寸的箱体孔宜选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。2.考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。根据主要表面的精度和表面的粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的IT7

5、级精度的孔，最终加工方法取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。表3-13-3列出了钻、镗、铰等几种加工方法所能达到的精度等级及其工序加工余量。如图3-7所示的片状凸轮，按定位方式可分为两道工序，第一道工序可在数控机床上也可普通机床上进行。以外圆表面的B平面定位加工端面A和直径22H7的内孔，然后再加工端面B和4H7的工艺孔；第二道工序以已加工过的两个孔和一个端面定位，在另一台数控铣床或加工中心上铣削凸轮外表面轮廓。如图3-8所示批量生产的零件，第一道工序在数控车床上进行粗车削时，应切除整个零件的大部分余量；第二道工序在另一台数控车床上进行半、精车削，以保证加工精度和表面粗糙度

6、的要求。图3-8 车削加工的零件 1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹中加工出全部 待加工面。3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案 4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。如图下图a薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。在夹紧图b所示的薄壁箱体时，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，或改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形,如图c所示。图图1 夹紧力作用点与夹紧变形的关系夹紧力作用点与夹紧变形的关系 a)b)c)夹紧力作用点与夹紧变形的关系夹紧力作用点与

7、夹紧变形的关系 新型数控夹具元件新型数控夹具元件 PCD焊接式车刀焊接式车刀PCD转位式刀片转位式刀片 v车削加工刀具车削加工刀具：常用机夹式可转位刀具，结构如图3-10所示。图图3-10 机夹式可转位车刀机夹式可转位车刀 刀片是机夹可转位刀具的一个最重要组成元件。按照国家标准GB/T 2076-1987切削刀具用转位刀片型号表示规则，可转位刀片的形状和表达特性如图3-11所示。v铣削加工刀具铣削加工刀具 图图3-14 常用铣刀常用铣刀 a)球头铣刀 b)环形铣刀 c)鼓形铣刀 d)锥形铣刀 e)盘形铣刀v孔加工刀具孔加工刀具 常用的有钻头、镗刀、铰刀和丝锥等。直径880mm的麻花钻多为莫氏锥

8、柄，可直接装在带有莫氏锥孔的刀柄内；直径为0.120mm的麻花钻多圆柱形，可装在钻夹头刀柄上，中等尺寸麻花钻两种形式均可选用。钻削直径在2060mm、孔的深径比小于等于3的中等浅孔时，可选用图3-15所示的可转位浅孔钻。图图3-15 可转位浅孔钻可转位浅孔钻 镗刀按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。镗削通孔、阶梯孔和盲孔可分别选用图3-16a、b、c所示的单刃镗刀。图图3-16 单刃镗刀单刃镗刀a)通孔镗刀 b）阶梯孔镗刀 c)盲孔镗刀1调节螺钉 2紧固螺钉 图图3-17 微调镗刀微调镗刀1刀体 2刀片 3调整螺母 4刀杆 5螺母 6拉紧螺钉 7导向键数控机床上使用的铰刀多是通用标准铰刀。此

9、外，还有机夹硬质合金刀片单刃铰刀和浮动铰刀等。加工精度IT8IT9级、表面粗糙度Ra为0.81.6的孔时，多选用通用标准铰刀。加工精度IT5IT7级、表面粗糙度Ra为0.7m的孔时，可采用机夹硬质合金刀片的单刃铰刀。这种铰刀的结构如图3-18所示。图3-18 硬质合金单刃铰刀 图3-19 加工中心上使用的浮动铰刀1刀杆体 2可调式浮动铰刀体 3 圆锥端螺钉 4 螺母 5定位滑块 6螺钉 v数控机床的工具系统数控机床的工具系统 把通用性较强的几种装夹工具（例如装夹铣刀、镗刀、扩铰刀、钻头和丝锥等）系列化、标准化就成为通常所说的。我国除了已制定的标准刀具系列外，还建立了TSG82数控工具系统，如教

10、材图3-20所示。该系统是镗铣类数控工具系统，是一个联系数控机床（含加工中心）的主轴与刀具之间的辅助系统。TSG82工具系统各种辅具和刀具具有结构简单、紧凑、装卸灵活、使用方便、更换迅速等特点。图3-21(a)是将刀具安装在刀座上后，调整镜头，就可以在屏幕上见到放大的刀具刃口部分的影像，此时调整屏幕使米字刻线与刃口重合，即完成对刀，同时在数字显示器上可读出相应的直径和轴向尺寸值。图3-21(b)是将刀具接触压力传感器的对刀面，通过压力传感器的指示灯和机床坐标显示来进行对刀的。加工中心自动对刀系统是由对刀器、APT信号转换器及通讯电缆及测头组成。可自动进行刀具长度对刀、直径对刀；自动进行刀具长度

11、及直径的补偿，并进行自动修正；工件坐标原点的位置测量。如果机床主轴并未采用高速轴承，即不是陶瓷主轴，则可采用此刀具自动对刀系统。图图3-22 光学对刀仪光学对刀仪 3-23 HPA刀具测量系统刀具测量系统 ：平头铣刀 球头铣刀 车刀 钻头v车削加工路线的确定车削加工路线的确定 图图3-25 粗车进给路线示例粗车进给路线示例 图图3-26 大余量毛坯的阶梯切削路线大余量毛坯的阶梯切削路线 图3-30 车削螺纹时引入距离 v铣削加工路线的确定铣削加工路线的确定 图图3-31 刀具切入和切出外轮廓的加工路线刀具切入和切出外轮廓的加工路线 图图3-32 刀具切入和切出内轮廓的加工路刀具切入和切出内轮廓

12、的加工路线线 a)b)c)v孔加工路线的确定孔加工路线的确定 刀具在z向的加工路线分为和。图3-37a为单孔加工路线。图3-37b为多孔加工路线。表面状态表面状态加工方式加工方式已加工表面已加工表面毛坯表面毛坯表面表面状态表面状态加工方式加工方式已加工表面已加工表面毛坯表面毛坯表面钻 孔2358车 削2358扩 孔3558铣 削35510镗 孔3558攻螺纹510510铰 孔3558车削螺纹（切入）2558表表3-4 刀具切入切出距离刀具切入切出距离 （mm）零件的加工工艺设计完成后，就应该将有关内容填入各种相应的表格（或卡片）中。以便贯彻执行并将其作为编程和生产前技术准备的依据，这些表格（或

13、卡片）被称为。数控加工工艺文件除包括机械加工工艺过程卡、机械加工工艺卡、数控加工工序卡、数控加工刀具卡。另外为方便编程也可以将各工步的加工路线绘成文件形式的加工路线图。机械加工工艺过程卡是以工序为单位，简要地列出整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等）。它是制订其它工艺文件的基础，也是生产准备、编排作业计划和组织生产的依据。在这种卡片中，由于各工序的说明不够具体，故一般不直接指导工人操作，而多作为生产管理方面使用。但在单件小批生产中，由于通常不编制其它较详细的工艺文件，而就以这种卡片指导生产。机械加工工艺卡片是以工序为单位，详细地说明整个工艺过程的一种工艺文件。它是用来

14、指导工人生产和帮助车间管理人员和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要技术文件，是广泛用于成批生产的零件和重要零件的小批生产中。机械加工工艺卡片内容包括零件的材料、毛坯种类、工序号、工序名称、工序内容、工艺参数、操作要求以及采用的设备和工艺装备等。3数控加工工序卡数控加工工序卡 4数控加工刀具卡数控加工刀具卡 3.2 图形的数学处理图形的数学处理 使所有逼近线段的长度相等，亦即每个程序段的长度相等。曲线y=f(x)上任一点的曲率半径为：R=令dR/dx=0得：由 y=f(x)求得 、，从而可得到x轴坐标，再代入曲率半径公式即可求得Rmin。222/32/1dxyddxdy013332222dx

15、yddxdydxdydxyddxdy22dxyd33dxyd 允允min2minmin2222RRRl 。其余各节点。（2/321nnnyyR 图3-42 曲率圆法求节点（2）求偏差圆与曲线的交点，即解联立方程组(x-n)2+(y-n)2=(Rn 允)2y=f(x)得交点（xn+1，yn+1）。当曲线曲率递减时取（Rn+允），当曲线曲率递增时，取(Rn-允)。222BArCByAx刀如图3-43所示的零件轮廓，求解刀位点b的坐标(r刀=5mm)。联立圆弧ab和直线bc的等距线方程：解得b的坐标为（24.395，19.220）。2225101510yx22515955 yx 。两次刀具进给的距离

16、，即行距。行距的确定要依据加工表面粗糙度所允许的h允值和铣刀半径R的值。用球头铣刀加工立体型面时，刀痕在行间构成加工表面不平度h，称为切残量。由图3-49b中的OAB可知：图3-492222/ShRR允允允允RhhRhS22222（略去h2允）sin22sin允RhSz max1KR 式中 H螺纹三角形高度，H=0.866P(mm)；P螺距(mm)。螺纹牙顶d和牙底可用下式计算：d=d-0.2165P d1=d-1.299P 式中 d 螺纹公称尺寸（螺纹大径）(mm)；d1螺纹牙底尺寸(mm)；d 螺纹实际牙顶尺寸(mm)。如果螺纹牙型较深、螺距较大，可分几次进给。每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配，如下图。常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量可参考表3-7选取。3.3 典型零件的数控加工工艺分析典型零件的数控加工工艺分析 d=d-0.2165P=(30-0.21652)mm=29.567 mm；d1=d-1.299P=(29.567-1.2992)mm=26.969mm。图3-53