数控技术第2章数控加工技术.ppt

,第二章数控加工工艺,数控加工工艺是采用数控机床加工零件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过程。,手动加工过程和数控加工过程,2.1数控工艺特点与加工工序,2.1.1数控工艺比较详细数控加工工艺内容与普通机加工大致相同但非常完整，因为数控是高度自动化的过程。如普通机加工只需指明工步即可，但数控加工必须指明所用刀具、切削速度、进给速度，开动润滑否等等。原来靠机床操作工凭经验的加工参数现在必须由数控编程人员用数控指令表示出来。,现代数控机床刚度大，刀库容量大及多坐标、多工位的特点可以实现一次装夹完成多种加工甚至多个零件的加工，这样就造成了工序集中,2.1.2工序集中,2.1.3加工方法的特点,在曲面加工中，传统的方法是钳工用砂轮磨，用样板检验修正（如舰艇的螺旋桨），数控靠5坐标轴联动，可以准确加工出理想的曲面。,1、数控加工工艺内容要求更加具体、详细2、数控加工工艺要求更严密、精确3、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4、考虑进给速度对零件形状精度的影响5、强调刀具选择的重要性6、数控加工工艺的工序相对集中，工序内容比普通机床加工的工序内容复杂7、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,上一页,下一页,数控加工的特点总结如下，请同学自己理解,数控加工工序,数控指令中必须指明机床的运动过程，零件的工艺过程、刀具的种类、走刀速度和走刀路线，不能把设计与工艺分割,2.1.4数控加工工艺设计的主要内容,1.数控加工工艺内容的选择对零件加工而言，并非全部加工工艺都要在数控机床上实现。因为数控机床的工时费较高，用普通机床加工毛胚、在数控机床上加工曲面才是比较合理的选择。,适于数控加工的内容：（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。,上一页,下一页,不适于数控加工的内容：（1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。,上一页,下一页,此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。,数控加工工艺分析有以下内容。（1）选择合适的对刀点和换刀点（2）审查与分析工艺基准的可靠性（3）选择合适的零件安装方式,上一页,下一页,.数控加工工艺性分析,对刀点：是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。换刀点：对于多刀机床，应在编程时考虑到换刀点的位置可能与工件或夹具产生干涉（换刀点在加工区域以外）,上一页,下一页,（1）选择合适的对刀点和换刀点,数控加工是一种定位（坐标）加工，尤其工件需要两面加工时只能有一个工艺基准，否则很难保证两次安装加工后两个面上的轮廓位置及尺寸协调。如零件上没有合适基准，可考虑增加工艺凸台或工艺孔。,（2）审查与分析工艺基准的可靠性,被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。（1）尺寸标注应符合数控加工的特点（2）几何要素的条件应完整、准确（3）定位基准可靠（4）统一几何类型及尺寸,上一页,下一页,（3）定位基准可靠,数控加工工序往往集中，以同一基准定位十分重要。合理的选择定位基准和夹紧方式对于提高加工效率大有帮助。必要时要改进设计以增加定位的可靠性。如下图所示：,改进前的结构,改进后的结构,增加凸台,3.数控加工工艺路线的设计（工序）,数控加工工艺路线设计往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因而要与其它加工工艺衔接好，常见工艺流程如图。,在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。工序设计内容：确定走刀路线和安排加工顺序确定定位和夹紧方案确定刀具与工件的相对位置确定切削用量,工艺设计包括确定本工序的加工内容，切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及道具运动轨迹。1.确定走刀路线和加工顺序1）寻求最短走刀路线,这种路线较好,2.1.5数控加工工艺设计方法,2）最终轮廓应一次完成（不急剧改变运动方向）刀具急剧改变运动方向会留下痕迹，故应注意走刀路线的选择。如下图所示,不好的路线,较好的路线,最好的路线,3）选择刀具的切入及切出方向为了保证工件轮廓的光滑，进刀与退刀（切入与切出）应沿零件轮廓的切线上。减少切削过程刀具速度的变化以减轻刀痕。如图所示：,4）.选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。,上一页,下一页,2.确定定位和夹紧方案,定位与夹紧是非常耗时的工作，需注意：（1）尽可能做到设计基准、工艺基准、编程计算基准的“三统一”（2）尽可能做到工序集中，最好一次装夹完成全部加工（3）避免采用人工调整时间较长的装夹方案（4）工件刚度较大的地方才是较好的夹紧点!,对刀点选择原则如下：（1）所选的对刀点应使程序编制简单；（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；（4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。,上一页,下一页,3.确定刀具与工件的相对位置,在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。刀位点是指刀具的定位基准点。,上一页,下一页,钻头的刀尖球头铣刀的球心车刀及镗刀的刀尖,对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削用量。编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、刀具耐用度，先确定背吃刀量、进给量，最后选择合适的切削速度。,上一页,下一页,4.确定切削用量,数控加工工艺路线设计应注意以下几个问题：1）工序的划分数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：（1）以一次安装、加工作为一道工序。（2）以粗、精加工划分工序。（3）以加工部位划分工序。（4）以同一把刀具加工的内容划分工序。,上一页,下一页,2）顺序的安排顺序安排一般应按以下原则进行：（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；（2）先进行内腔加工，后进行外形加工；（3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。,上一页,下一页,3）数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点。如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样才能使各工序达到相互满足加工需要。,上一页,下一页,数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、工件安装和原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。以下提供了常用文件格式，文件格式可根据企业实际情况自行设计。,上一页,下一页,2.1.6填写数控加工技术文件,1.数控编程任务书它阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明，以及数控加工前应保证的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一,上一页,下一页,2.数控加工工件安装和原点设定卡片（简称装夹图和零件设定卡）,它应表示出数控加工原点定位方法和夹紧方法，并应注明加工原点设置位置和坐标方向，使用的夹具名称和编号等,上一页,下一页,3.数控加工工序卡片,数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同的是：工序简图中应注明编程原点与对刀点，要进行简要编程说明（如：所用机床型号、程序编号、刀具半径补偿、镜向对称加工方式等）及切削参数（即程序编入的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择,上一页,下一页,4.数控加工走刀路线图,数控加工走刀路线图告诉操作者关于编程中的刀具运动路线（如：从哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等）。不同的机床可以采用不同的图例与格式，右表为一种常用格式。,上一页,下一页,5.数控刀具卡片,数控刀具卡片反映刀具编号、刀具结构、尾柄规格、组合件名称代号、刀片型号和材料等。它是组装刀具和调整刀具的依据。,上一页,下一页,上一页,下一页,2.2数控机床用刀具,2.2.1数控加工对刀具的要求,1）足够的强度和刚度；2）高的刀具耐用度；3）高的可靠性；4）较高的精度；5）可靠的断屑；6）快速更换刀具。,上一页,下一页,2.2.2数控刀具分类,1）按照刀具结构分：,整体式：钻头、立铣刀等,镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式,特殊形式：复合式、减振式等,机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%40%，金属切除率占总数80%90%。,上一页,下一页,2）按照切削工艺分：,车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等,铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等,钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等,镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等,上一页,下一页,车削刀具：,外圆车刀,内孔车刀,螺纹车刀,上一页,下一页,铣削刀具：,面铣刀,方肩铣刀,仿形铣刀,三面刃和螺纹铣刀,整体硬质合金铣刀,上一页,下一页,钻削刀具：,铰刀,钻头,丝锥,上一页,下一页,镗削刀具：,粗镗刀,精镗刀,上一页,下一页,2.2.3刀具系统内容,中国：GB10944-89国际：ISO7388-83美国：ANSI/ASMEB5.50-1985日本：MAS403-1982德国：DIN69871-1988,标准,模块式工具系统已成气候。我国已开发TMG系统。,整体式,模块式,镗铣类工具系统（1）整体式2）模块式,回转型刀具主要由3部分组成（a）连接刀柄（b）接杆（c）复合刀具。,拉钉螺纹孔,精度及光洁度很高,切削刀具材料的硬度和韧性,1923年发明的硬质合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年开发了CVD技术，使涂层硬质合金快速普及。自1974年起，开发了TiC-TiN系金属陶瓷,2.2.3数控刀具的材料,上一页,下一页,1.高速钢刀具,高速钢(HSS)刀具过去曾经是切削工具的主流，随着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，高速钢凭藉其在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面优良的综合性能，在切削某些难加工材料以及在复杂刀具，特别是切齿刀具、拉刀和立铣刀造中仍有较大的比重。但经过市场探索一些高端产品逐步已被硬质合金工具代替。,上一页,下一页,2.硬质合金刀具,普通硬质合金,新型硬质合金,超细晶粒硬质合金,涂层硬质合金,金属陶瓷,粒径在1m以下，这种材料具有硬度高、韧性好、切削刀可靠性高等优异性能,保持了普通硬质合金机体的强度和韧性，又使表面有很高的硬度和耐磨性,TiC(N)基硬质合金，其性能介于陶瓷和硬质合金之间,上一页,下一页,3.硬质合金的分类和标志,P类,蓝色（包括P01P50),系高合金化的硬质合金牌号。这类合金主要用于加工长切屑的黑色金属,M类，黄色（包括M10M40），系中合化的硬质合金牌号。这类合金为通用型，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属及有色金属,切削刀具用硬质合金根据国际标准ISO分类，把所有牌号分成用颜色标志的三大类，分别用P、M、K表示,M类,红色（包括K10K40），系单纯WC的硬质合金牌号。主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料,K类,上一页,下一页,4.陶瓷刀具,不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工；可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数；可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高3-10倍。,上一页,下一页,5.超硬刀具,是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括：单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金刚石等。超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。,上一页,下一页,市场经济不断地推进，现代企业在高目标和低成本的追求过程中，已逐渐改变了传统的“大而全”、“小而全”的模式，取而代之的是以投入最小的人力、物力获得最大效益的“主题”生产。体现在金属切削刀具领域，成本已不再是简单的购买刀具的费用，一方面，采用什么样的刀具会影响到产品工艺、机床的选型和配置、生产效率、产品质量等，因而受到越来越多的重视；另一方面，自制刀具是否划算？人力物力的投入也成为企业考虑的问题。企业内部的成本核算推进了生产过程的专业化服务。因此，对一般机械加工企业来说，刀具的配置，更多的是如何选、如何用，而不是在如何设计与制造上。,上一页,下一页,上一页,下一页,2.3刀具的选用,1.刀片的夹紧方式,山特维克可乐满车刀的夹紧方式选择,各种夹紧方式是为适用于不同的应用范围设计的。为了帮助您选择具体工序的最佳刀具，按照适合性对它们分类，适合性有1-3个等级，3为最佳选择。,上一页,下一页,可转位刀具的选用,2.刀片形状的选择,正型（前角）刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型（前角）刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。,上一页,下一页,3.刀片形状的选择,根据加工轮廓选择刀片形状,一般外圆车削常用80凸三角形、四方形和80菱形刀片；仿形加工常用55、35菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。,上一页,下一页,MITSUBISHI推荐的适用于加工钢材的断屑槽形,4.断屑槽的参数直接影响到切削的卷曲和折断，目前刀片的断屑槽形式较多，各种断屑槽刀片的使用情况不尽相同，选用时一般参照具体的产品样本。,上一页,下一页,可转位铣刀的选用特点,可转位铣刀的选用,类型的选择,可转位面铣刀、立铣刀、槽铣刀、专用铣刀等,可转位铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式。,刀片牌号和断屑槽形的选择,可转位铣刀直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸。,为满足不同用户的需要，同一直径的可转位铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型。,齿数的选择,角度的选择,直径的选择,合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能。用于铣削的刀片槽形一般有轻型、中型和重型。,上一页,下一页,可转位铣刀类型的选择,可转位铣刀的类型,可转位面铣刀：主要用于加工较大平面选择，主要有平面粗铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合铣刀三种。,可转位槽铣刀：主要有三面刃铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀。,可转位立铣刀：主要用于加工凸台、凹槽、小平面、曲面等。主要有立铣刀、孔槽铣刀、球头立铣刀、R立铣刀、T型槽铣刀、倒角铣刀、螺旋立铣刀、套式螺旋立铣刀等。,可转位专用铣刀：用于加工某些特定零件，其型式和尺寸取决于所用机床和零件的加工要求。,上一页,下一页,可转位铣刀齿数（齿距）的选择,可转位铣刀的齿数,粗齿铣刀：大余量粗加工、软材料、切削宽度较大、机床功率较小。,中齿铣刀：通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除率和切削稳定性。,密齿铣刀：用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工。,不等分齿距铣刀：防止工艺系统出现共振，使切削平稳，在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。,上一页,下一页,可转位铣刀角度的选择,可转位铣刀的角度,主偏角：可转位铣刀的主偏角有90、88、75、70、60、45等几种。,前角：铣刀的前角可分解为径向前角和轴向前角。常用的前角组合形式如下：双负前角、双正前角、正负前角(轴向正前角、径向负前角)三种。,各种角度中最主要的是主偏角和前角(制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明)。,铣刀角度的功能,上一页,下一页,可转位铣刀直径的选择,立铣刀直径选择：主要考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转速能否达到刀具的最低切削速度要求。,面铣刀直径选择：主要是根据工件宽度选择，同时要考虑机床的功率、刀具的位置和刀齿与工件接触形式等，也可将机床主轴直径作为选取的依据，面铣刀直径可按D1.5d（d为主轴直径）选取。一般来说，面铣刀的直径应比切宽大20%50%。,面铣刀的直径应比切宽大20%50%,两次走刀铣削平面，轨迹之间须有重叠部分,上一页,下一页,刀片牌号和断屑槽形的选择,可转位铣刀刀片牌号和断屑槽形,一般用户选用可转位铣刀时，均由刀具制造厂根据用户加工的材料及加工条件配备相应牌号的硬质合金刀片,P类合金（含金属陶瓷）：P01P05P10P15P20P25P30P40P50,M类合金：M10M20M30M40,K类合金：K01K10K20K30K40,断屑槽形的选择,上一页,下一页,螺纹铣刀,螺纹铣削的优点：螺纹铣削免去了采用大量不同类型丝锥的必要性；加工具有相同螺距的任意螺纹直径；加工始终产生的是短切屑，因此不存在切屑处置方面的问题。刀具破损的部分可以很容易地从零件中去除。不受加工材料限制，那些无法用传统方法加工的材料可以用螺纹铣刀进行加工。采用螺纹铣刀，可以按所需公差要求加工，螺纹尺寸是由加工循环控制的。与传统HSS(高速钢)攻丝相比，采用硬质合金螺纹铣削可以提高生产率。,上一页,下一页,螺纹铣刀分类,圆柱螺纹铣刀：它的螺纹切削刃与丝锥不同，刀具上无螺旋升程，加工中的螺旋升程靠机床运动实现；该刀具既可加工右旋螺纹，也可加工左旋螺纹；适用于钢、铸铁和有色金属材料的中小直径螺纹铣削，切削平稳，耐用度高。缺点是刀具制造成本较高，结构复杂，价格昂贵。,机夹螺纹铣刀：适用于较大直径(如D25mm)的内、外螺纹加工；刀片易于制造，价格较低，有的螺纹刀片可双面切削；抗冲击性能较整体螺纹铣刀稍差。,上一页,下一页,丝锥的选择：工件材料的可加工性是攻螺纹难易的关键，对于高强度的工件材料，丝锥的前角和下凹量（前面的下凹程度）通常较小，以增加切削刃强度。下凹量较大的丝锥则用在切削扭矩较大的场合，长屑材料需较大的前角和下凹量，以便卷屑和断屑；加工较硬的工件材料需要较大的后角，以减小磨擦和便于冷却液到达切削刃，加工软材料时，太大的后角会导致螺孔扩大；螺旋槽丝锥主要用于盲孔的螺纹加工。加工硬度、强度高的工件材料，所用的螺旋槽丝锥螺旋角较小，这可改善其结构强度。,攻螺纹是在数控铣床和加工中心上加工小螺纹孔最常用的方法。,上一页,下一页,2.3.4工具系统选择,数控车床工具系统,镗铣类整体式工具系统,工具系统是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快换和高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。,工具系统分类,镗式铣工类具模系块统,模块式刀柄通过将基本刀柄、接杆和加长杆（如需要）进行组合，可以用很少的组件组装成非常多种类的刀柄。整体式刀柄用于刀具装配中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。,上一页,下一页,工具系统型号表示方法,1.柄部型式及尺寸JT：表示采用国际标准ISO7388号加工中心机床用锥柄柄部；BT：表示采用日本标准MAS403号加工中心机床用锥柄柄部；其后数字为相应的ISO锥度号：如50和40分别代表大端直径69.85和44.45的7:24锥度。2.刀柄用途及主参数XD装三面铣刀刀柄MW-无扁尾氏锥柄刀柄XS装三面刃铣刀刀柄M有扁尾氏锥柄刀柄Z（J）-装钻夹头刀柄（贾式锥度加J）XP装削平柄铣刀刀柄用途后的数字表示工具的工作特性，其含义随工具不同而异。3.工作长度,上一页,下一页,常用刀柄,面铣刀刀柄,整体钻夹头刀柄,镗刀柄,莫式锥度刀柄,快换式丝锥刀柄,钻夹头刀柄,ER弹簧夹头刀柄,ER弹簧夹头,侧压式立铣刀柄,上一页,下一页,ISO7388及DIN69871的A型拉钉,ISO7388及DIN69871的B型拉钉,MASBT的拉钉,拉钉是带螺纹的零件，常固定在各种工具柄的尾端。机床主轴内的拉紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。数控机床刀柄有不同的标准，机床刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有多种型号和规格。,拉钉的选择：根据数控机床说明书选择；对机床自带的拉钉进行测量后来确定。,注意：如果拉钉选择不当，装在刀柄上使用可能会造成事故。,拉钉的种类及选择,*数控机床工件装夹及夹具选用（扩展）,上一页,下一页,在机械制造中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品；可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。,一.机床夹具概述,上一页,下一页,1.夹具的组成,夹具的组成,定位装置,夹紧装置