数控加工工艺与编程 (2).ppt

数控加工工艺与编程,漯河职业技术学院机电系数控教研室,单元六数控铣削加工工艺,作为一名数控加工技术人员，不但要了解数控机床、数控系统的功能，而且要掌握零件加工工艺的有关知识，否则，编制出来的程序就不一定能正确、合理地加工出我们需要的零件来。,单元六数控铣削加工工艺,了解数控铣削中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。掌握数控铣削工艺拟定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排和进给路线的确定等工艺知识，对数控铣削工艺知识有一个系统的了解，并学会对一般数控铣削零件加工工艺进行分析及制定加工方案。,教学目的：,学习内容与知识点：,一、概述,数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，在数控加工中占据了重要地位。世界上首台数控机床就是一部三坐标铣床，这主要因于铣床具有X、Y、Z三轴向可移动的特性，更加灵活，且可完成较多的加工工序。现在数控铣床已全面向多轴化发展。目前迅速发展的加工中心和柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基础上产生的。,数控铣床的主要加工对象,数控铣床的主要加工对象,配轮廓数控装置平面轮廓（特别是由圆弧和直线形成的形状）的加工及立体曲面形状的铣削（凸轮、样板、冲模、压模、铸模）。,数控铣床是用来加工工件的平面、内外轮廓、孔、攻螺纹等工序，并可通过两轴联动加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。,配点位、直线数控装置用同一刀具进行多道工序的直线切削而且需要进行大余量重切削的工件或用同一刀具又有定位精度要求的加工。,数控铣床的结构及类型,数控立铣床的结构,数控铣床的结构及类型,中型,大型,卧式,立卧两用式,两轴半控制,三轴控制,多轴控制,小型,立式,按体积分,按主轴布局形式分,按控制坐标的联动轴数分,华中XKA71402数控立式铣床,数控铣床的结构及类型,华中XKA714数控立式铣床,数控铣床的结构及类型,华中ZJK7532-A铣钻床,数控铣床的结构及类型,张俊雄定梁龙门铣,数控铣床的结构及类型,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工内容的选择:,工件上的曲线轮廓,已给出数学模型的空间曲面,形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位,通用机床加工时难以测量和控制进给的内外凹槽,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工内容的选择:,以尺寸协调的高精度孔或面,能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状,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,选择并确定进行数控加工的内容,不适宜采用数控铣削加工:,需要进行长时间占机人工进行调整的加工和粗加工,零件毛坯上的加工余量不大或者不太稳定的加工部位,必须使用细长铣刀加工的部位。一般指狭长深槽和加工精度要求不高的筋板处连接曲线,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工内容的选择:,立式数控铣床,卧式数控铣床,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。,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,用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。,二、数控铣削加工工艺分析,数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，关系到机械加工的效果和成败，不容忽视。由于数控机床是按照程序来工作的，因此对零件加工中所有的要求都要体现在加工中，如加工顺序、加工路线、切削用量、加工余量、刀具的尺寸及是否需要切削液等都要预先确定好并编入程序中。,零件结构的工艺性分析,零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则,审查与分析零件图纸中尺寸标注方法是否适合数控加工；,审查与分析图纸中几何元素的条件是否充分、正确。,零件结构的工艺性分析,零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点,零件的内腔和外型最好采用统一的几何类型和尺寸；,内槽圆角半径不应太小；,槽底圆角半径r不应过大；,应采用统一的定位基准。,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,采用适当的热处理方法,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,零件结构的工艺性分析,预防零件变形措施,毛坯应该有充分、稳定的加工余量,分析零件毛坯的装夹适应性,分析毛坯的变形、余量大小以及均匀性,零件结构的工艺性分析,零件毛坯的工艺性分析,减少薄壁零件或薄板零件,尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸,保证基准统一原则,零件结构的工艺性分析,提高工艺性的措施性分析,零件图形的数学处理,编程尺寸确定的步骤：,基本尺寸换算成平均尺寸,保持原重要的几何关系不变并修改一般尺寸,计算未知结点坐标尺寸,编程尺寸的最后形成,数控加工的数值计算是程序编制中一个关键的环节。,加工方法的选择与加工方案的确定,选择原则：保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。,平面、平面轮廓与曲面的铣削加工,加工方法的选择,经过粗铣加工的平面，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12.525。经过精铣加工的平面，尺寸精度可达IT7IT9级，表面粗糙度Ra值可达1.63.2。,加工方法的选择与加工方案的确定,一般采用粗镗半精镗孔倒角精镗的加工方案，孔径较大的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与精镗之前铣削完成，也可用镗刀进行单刀镗削，但单刀镗削效率较低。,直径大于30mm的已铸出戓锻出的毛坯孔的加工,加工方法的选择,加工方法的选择与加工方案的确定,通常采用锪平端面打中心孔钻扩孔倒角铰孔的加工方案，对有同轴度要求的小孔，需要采用锪平端面打中心孔钻半精镗孔倒角精镗(或铰孔)的加工方案。为提高孔的位置精度，在钻孔工步前需安排锪平端面和打中心孔工步。孔倒角安排在半精加工之后与精加工之前，以防孔内产生毛刺。,对于直径小于30mm的无毛坯孔的加工,加工方法的选择,加工方法的选择与加工方案的确定,直径在M6M20mm之间的螺纹，通常采用攻螺纹的方法加工。直径在M6mm以下的螺纹，在完成基孔（俗称底孔）加工后再通过其它手段加工螺纹。直径在M20mm以上的螺纹，可采用镗刀镗削加工。,螺纹的加工,加工方法的选择,加工方法的选择与加工方案的确定,零件上精确度要求较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对于这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应该正确确定从毛坯到最终成形的加工方案。确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。,确定加工方案的原则,加工方法的选择与加工方案的确定,固定斜角的外轮廓加工,平面类零件斜面轮廓加工方法的选择,有变斜角的外轮廓加工,加工方法的选择与加工方案的确定,对曲率半径变化不大和精度要求不高的粗加工，常使用两轴半坐标的数控铣床采用行切法加工。,曲面轮廓加工方法的选择,加工方法的选择与加工方案的确定,对曲率变化较大和精度要求较高的曲面精加工，常使用X、Y、Z三坐标联动插补的行切法进行加工。,曲面轮廓加工方法的选择,工序的划分,在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部工序。,但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿命，降低数控机床的使用成本。,工序的划分,数控铣削加工工序的划分,刀具集中分序法,粗、精加工分序法,按加工部位分序法,按装夹定位方式分序法,工序的划分,由于每个零件结构形状不同，各个表面的技术要求也不同，所以在加工中，其定位方式则各有差异。一般铣削加工外形时，以内形定位；在铣削加工内形时以外形定位。可根据定位方式的不同来划分工序。,按装夹定位方式分序法,工序的划分,刀具集中分序法,即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。,特点：,这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。,工序的划分,粗精加工分序法,这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。,注意：,粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。,工序的划分,按加工部位分序法,即先加工平面、定位面，再加工孔；,先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；,先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位。,工序的划分,零件材料变形小，加工余量均匀，可以采用刀具集中分序法，以减少换刀时间和定位误差；,例如：,若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精度要求较高，则应采用粗精加工分序法。,工序的划分,总之，在数控机床上加工零件，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况具体分析,许多工序的安排是综合了上述各分序方法的。,工步的划分,工步的划分主要从加工精度和生产效率两方面来考虑。在一个工序内往往需要采用不同的切削刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的零件，在工序内又细分为工步。,工步的划分,1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行。2）对于既有铣削平面又有镗孔加工的表面，可按先铣削平面后镗孔进行加工。因为按此方法划分工步，可以提提高孔的加工精度。由于铣削平面时切削力较大，零件易发生变形。先铣平面后镗孔，可以使其有一段时间恢复，并减少由此变形引起对孔的精度的影响。3）按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。,数控铣削加工工件的安装,数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则：,尽量选择零件上的设计基准作为定位基准,定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容,定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合,必须多次安装时，应遵从基准统一原则,数控铣削加工工件的安装,选择夹具的基本原则：,要保证夹具的坐标方向要与机床的坐标方向相对固定不变,要协调零件的和机床坐标系的尺寸关系。,当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具，可调式夹具或其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。,在成批生产时考虑使用专用夹具，力求结构紧凑、简单。,零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。,夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。,选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、被加工零件的材料等因素。数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬质合金，精密加工时，还可选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具，并优选刀具参数。,刀具的选择与切削用量的确定,刀具的选择,合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应该考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体选用数值应该根据机床说明书、切削用量手册，并结合实际经验而定。,刀具的选择与切削用量的确定,切削用量的确定,在同一个程序中起始点和返回点最好相同。如果一个零件的加工需要几个程序才能完成，这几个程序的起始点和返回点也最好完全相同，以免引起加工操作上的麻烦。程序起始点和返回点的坐标值最好设置X坐标值和Y坐标值均为零，这样能够使得按照工件坐标系原点对刀后就不必进行X、Y坐标方向的移动，只需Z方向移到高出被加工零件的最高点50100mm左右的某一位置上，即起始平面、退刀平面所在的位置上。,起始点,指程序开始时，刀尖（刀位点）的初始停留点。采用G92对刀时一般为对刀点。,确定起始点与返回点,返回点,指一把刀具在程序执行完毕后，刀尖返回后的停留点。一般为换刀点。,对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。,对刀点,指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。,确定对刀点与换刀点,确定对刀点与换刀点,刀具与工件原点Z轴方向之距离,刀具与工件原点X轴方向之距离,刀具与工件原点Y轴方向之距离,对刀点的选择原则,便于用数字处理和简化程序编制,在机床上找正容易，加工中便于检查,引起的加工误差小,确定对刀点与换刀点,确定对刀点与换刀点,对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。,对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。,确定对刀点与换刀点,对刀点与加工原点重合,确定对刀点与换刀点,对刀点在几何对称中心,确定对刀点与换刀点,对刀点在加工过程中便于检查,对刀点,确定对刀点与换刀点,对刀时应使对刀点与刀位点重合。,刀位点,是指确定刀具位置的基准点,如：平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点取为球心；钻头为钻尖。,确定对刀点与换刀点,换刀点,应根据工序内容来作安排，为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在距离零件较远的地方。,切入切出点,切入点,。,切入点是指在曲面的初始切削位置上，刀具与曲面的接触点。切出点是指在曲面切削完毕后，刀具与曲面的接触点。,切入切出点,切入点或切出点一般选取在零件轮廓两几何元素的交点处。引入线、引出线由与零件轮廓曲线相切的直线组成，这样可以保证零件轮廓曲线的加工形状平滑。,切入切出点,切出点选择原则：,能连续完整的加工曲面。,非加工时间短。,切入点选择原则：,总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。,粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点。,精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。,切入切出点,切入点的选择,。,。,。,A,B,C,应尽量避免在连续几何图素的中间切入,虽然是两几何图素的交点，但在这里刀具沿切线方向切出后将影响已加工表面精度,可沿图形轮廓切向切入切出，且保证轮廓封闭,切入切出路径,在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。,切入切出路径,铣削外圆的切入切出路径,切入切出路径,铣削外轮廓的切入切出路径,当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。,切入切出路径,铣削内圆的切入切出路径,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,从尖点切入铣削内轮廓,铣削内轮廓的切入切出路径,以角点作为切入切出点,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,容易产生过切现象,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,走圆弧线切入,从直线中间切入,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时的余量，以减小切削力。,起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定,是程序开始时刀具的初始位置所在的Z平面。,起始平面,一般定义在被加工表面的最高点之上50100mm左右的某个位置上。此平面应该高于安全平面。其对应的高度称为起始高度。在安全平面上刀具以G00的速度运行。,起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定,返回平面是指在程序结束时，刀具刀尖处所在的Z平面。,返回平面,此平面也定义在被加工表面的最高点之上510mm左右的某个位置上。一般与起始平面重合。因此，刀具处于返回平面时是安全的。返回平面对应的高度称为返回高度。在返回平面上刀具以G00的速度运行。,起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定,在数控铣削加工中，刀具先以高速（G00）运行到被加工零件的开始切削位置，然后转换为切削进给速度进入加工，此速度转折点的位置称为进刀平面。,进刀平面,其对应的高度称为进刀高度。其转折速度称为进刀速度。此高度一般在零件加工平面和安全平面之间，距零件加工面510mm左右的某个位置上。零件加工面为毛坯时取大值，零件加工面为已加工面时取小值。,起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定,在数控铣削加工结束后，刀具以切削进给速度离开工件表面一段距离（510mm）后，转换为以高速（G00）返回到安全平面和被加工零件的开始切削位置，此转折位置称为退刀平面。其对应的高度称为退刀高度。,退刀平面,起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定,是指当一个曲面切削完毕以后，刀具沿着刀轴方向返回运行一段距离后，刀尖所在的Z平面。,安全平面,一般被定义在高出被加工零件最高点1050mm左右的某个位置上，刀具处于安全平面时是安全的。在安全平面上刀具以G00的速度运行。设定安全平面即能防止刀具碰伤工件，又能使得非切削时间控制在一定的范围内。其对应的高度称为安全高度。刀具在一个位置处加工完毕后，返回到安全平面，然后沿安全高度移动到下一个位置处，再下刀进行另一个表面的加工。,顺铣和逆铣加工,切削加工方式,顺铣,逆铣,刀具从待加工表面切入，切削厚度最大逐渐减小，刀具切离工件时的垂直分力会使工件始终压向工作台，减小了工件在加工中的震动，因而能够提高零件的加工精度、表面加工质量和刀具的耐用度。,刀具从加工表面切入，切削厚度逐渐增大，刀具的刀齿容易磨损，而且刀具切离工件时的垂直分力会使工件脱离工作台，因此需要较大的加紧力。,顺铣和逆铣加工,顺铣和逆铣加工,顺铣和逆铣加工,铣削加工时，采用顺铣还是采用逆铣，对加工后的表面粗糙度有影响。应该根据零件的加工要求、被加工零件的材料特点以及机床刀具的具体条件综合考虑。当零件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应该选用逆铣，按照逆铣方式安排加工进给路线，因为逆铣符合粗铣的要求，所以，对于余量大、硬度高的零件加工粗铣时尽量选用逆铣；当零件表面无硬皮，机床的进给机构无间隙时，应该选用顺铣，按照顺铣方式安排加工进给路线，顺铣符合精铣的要求，所以，对于耐热材料、余量小和精加工铣削时尽量选用顺铣；由于数控机床采用滚珠丝杠，其运动间隙极小，而且顺铣的优点多于逆铣，所以加工中应尽量采用顺铣。,走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。,选择走刀路线,选择走刀路线,确定走刀路线的一般原则,保证零件的加工精度和表面粗糙度,方便数值计算，减少编程工作量,缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间,尽量减少程序段数,数控机床在反向运动时会出现反向间隙，如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。,避免引入反向误差,选择走刀路线,避免反向误差的加工路线,存在反向误差的加工路线,避免引入反向误差,选择走刀路线,铣削平面零件时，一般情况下采用立铣刀的侧刃进行切削平面零件的外轮廓。为了减少接刀痕迹，保证零件表面的质量，铣刀的切入、切出部分应该考虑适当外延，以保证零件轮廓的平滑过渡。,铣刀的切入点和切出点,选择走刀路线,铣削外表面轮廓时，铣刀的切入点和切出点，应该在沿零件轮廓曲线的延长线上，切向切入和切向切出零件的轮廓表面，而不应该沿零件轮廓曲线的法线切入零件，以避免产生划痕，确保零件轮廓的质量。,铣刀的切入点和切出点,选择走刀路线,铣削内表面轮廓时，铣刀的切入点和切出点无法外延。此时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入切出，并应该尽量将切入切出点选择在零件轮廓的几何元素交接处。,铣刀的切入点和切出点,选择走刀路线,在轮廓铣削加工中，应该避免进给停顿。因为进给停顿时，切削力减小，并由此改变切削系统的平衡状态，使得刀具在进给停顿处的零件轮廓上留下痕迹，破坏零件轨迹曲线的平滑。,选择走刀路线,铣削加工曲面时，常使用球头铣刀采用“行切法”进行加工。所谓行切法，是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间距离是按照零件的加工精度要求确定的。,选择走刀路线,铣削加工边界敞开的曲面时，可以采用两种工艺加工路线。,选择走刀路线,图a:沿参数曲面的Y向采用行切；图b:沿参数曲面的X向采用行切和环切。采用图b加工方案的优点在于：因为每次沿直线走刀，刀位点计算简单，程序短小，而且加工过程符合直纹曲面的形成规律；采用图a的加工方案的优点在于：便于加工后的检验，零件曲面的准确度高，但程序较长。,总体原则在保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下，尽量缩短加工路线，以提高生产效率。,选择走刀路线,铣削工艺分析实例,1.零件图纸工艺分析此零件是一种平面槽形零件，其轮廓由圆弧HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF所组成。需要在两轴联动的数控铣床上进行加工。零件材料为铸铁，切削性能较好。零件加工批量为40件。此零件在数控铣削加工前，外表面包括两个基准孔、零件最大直径280mm与厚度为18mm的圆盘，均已经过粗加工。选择零件底平面A及其35G7、12H7两孔作为定位基准。组成凸轮槽几何元素的关系清楚，条件充分，程序编制时所需基点和编程参数转换容易求得。对于凸轮槽内外轮廓对A面的垂直度要求，利用提高装夹精度，使零件A面与铣刀轴线保持垂直即可保证；35G7对A面的垂直度要求由前道工序予以保证。,铣削工艺分析实例,2.确定零件的装夹方案采用“一面两孔”定位方式，设计“一面两销”的专用夹具：加工一32032040mm的垫块，在垫块上分别精镗35mm和12mm两定位销安装孔，孔距为800.015mm，垫块平面度为0.05mm。加工前先固定垫块，使得两定位孔的中心连线与数控铣床的X轴平行，垫块的平面安装后应该与铣床工作台面平行，使用百分表检查。采用双螺母夹紧，能够提高零件的装夹刚性，防止铣削加工时由于螺母松动而引起的振动。,铣削工艺分析实例,3.确定零件的铣削加工进给路线(1)铣削加工中的进给路线包括平面内轨迹的加工进给和深度进给。在两轴联动或两轴以上联动的数控铣床上进行加工，对于平面内轨迹的加工进给，如果凸轮零件的轨迹是外轮廓曲线，则从零件