加工中心加工工艺.ppt

第8章加工中心加工工艺 8 1概述 8 2加工中心加工工艺的制订 8 3典型零件的加工中心加工工艺习题 8 1概述 8 1 1加工中心的工艺特点 1 加工精度高 2 表面质量好 3 质量稳定 4 生产效率高 5 具有较强的故障自诊断功能 6 软件适应性强 8 1 2加工中心加工的对象1 箱体类零件箱体类零件一般是指具有平面和孔系 内部有型腔 在长 宽 高方向上具有一定比例要求的零件 这类零件包括各类机械设备和汽车 飞机 船舶等运输工具中的发动机缸体 变速箱体 机床的床头箱 主轴箱 齿轮泵壳体等 图8 1所示为控制阀壳体 图8 2所示为热电机车主轴箱体 它们都属于箱体类零件 图8 1控制阀壳体 图8 2热电机车主轴箱体 2 具有复杂曲面的零件这类零件如凸轮 涡轮 叶轮 导风轮 螺旋桨等 其主要表面是由复杂曲线 曲面组成的 形状复杂 有的精度要求极高 加工这类零件时 需要多坐标联动加工 这在普通机床上是难以甚至无法完成的 而加工中心可以采取三 四坐标联动 甚至五坐标联动将这类零件加工出来 并且质量稳定 精度高 互换性好 因此 这类零件应是加工中心重点选择加工的对象 图8 3所示是轴向压缩机涡轮 它的叶面是一个典型的三维空间曲面 这样的型面可采用四坐标以上联动的加工中心加工 图8 3轴向压缩机涡轮 3 外形不规则的异形件异形件即外形特异的零件 如图8 4所示的异形支架 图8 5所示的支架等都是外形不规则的零件 这类零件大都需要采用点 线 面多工位混合加工 异形件的总体刚性一般较差 在装夹过程中易变形 在普通机床上只能采取工序分散的原则加工 需用工装较多 周期较长 而且难以保证加工精度 而加工中心具有多工位点 线 面混合加工的特点 能够完成大部分甚至全部工序内容 实践证明 异形件的形状愈复杂 加工精度要求愈高 使用加工中心便愈能显示其优越性 图8 4一种异形支架零件 图8 5支架 4 模具常见的模具有锻压模具 铸造模具 注塑模具及橡胶模具等 图8 6所示为连杆锻压模具 这类零件的型面大多由三维曲面构成 采用加工中心加工这类成型模具 由于工序高度集中 因而基本上能在一次安装中采用多坐标联动完成动模 静模等关键件的全部精加工 尺寸累积误差及修配工作量小 图8 6连杆锻压模具简图 5 多孔的盘 套 板类零件带有键槽 径向孔 或端面分布的 有孔系或曲面的盘 套 板类零件 如带法兰的轴套 具有较多孔的板类零件和各种壳体类零件等 都适合在加工中心上加工 如图8 7所示的十字盘 图8 8所示的板类零件 对于加工部位集中在单一端面上的盘 套 板类零件 宜选择立式加工中心 加工部位不位于同一方向表面上的零件 则应选择卧式加工中心 图8 7十字盘 图8 8一种板类零件 总之 对于复杂 工序多 需多种普通机床以及各种刀具和夹具 精度要求较高 需经多次装夹和调整才能完成加工的零件 适合在加工中心上加工 同时 利用加工中心还可实现一些特殊工艺的加工 如在金属表面上刻字 刻分度线 刻图案等 在加工中心的主轴上装设高频专用电源 还可对金属表面进行表面淬火 8 2加工中心加工工艺的制定 8 2 1零件图的工艺分析1 选择加工中心加工的内容适合加工中心加工的零件 不一定全部都需要在加工中心上加工 例如以粗基准定位加工第一个基准面或一些简单的一般表面 为了充分发挥加工中心的效益 应该选择那些最需要 最适合用加工中心加工的内容 这种表面主要有 1 尺寸精度或 和 相互位置精度要求较高的表面 2 进给控制困难 不便测量的非敞开的内腔型面 3 通用机床不便加工的复杂曲线 曲面 4 能够集中在一次装夹中合并完成的多工序 或工步 表面 2 加工内容的工艺性分析分析加工中心加工内容的工艺性应该注意以下几点 1 切削余量要小 以减少切削时间 降低加工成本 2 小孔和螺孔的尺寸规格尽可能少 以减少相应刀具的数量 避免选择大的刀库容量 3 有关尺寸要尽量标准化 以便于采用标准刀具 4 加工表面要能方便地实现加工 效果明显 5 零件刚性足够 以减少夹紧和切削中的变形 3 选择定位基准 1 尽量使定位基准与设计基准重合 2 保证在一次装夹中加工完成尽可能多的内容 3 必须多次装夹时应尽可能做到基准统一 4 批量生产时的定位基准与对刀基准重合 图8 9电动机端盖简图 图8 10铣头体简图 图8 11工件坐标系原点的确定 8 2 2加工方法的选择1 平面 平面轮廓及曲面的加工方法这类表面在镗铣类加工中心上惟一的加工方法是铣削 粗铣即可使两平面间的尺寸精度达到IT11 IT13 表面粗糙度Ra值可达12 5 50 m 粗铣后再精铣 两平面间的尺寸精度可达IT8 IT10级 表面粗糙度Ra值可达1 6 6 3 m 2 孔加工方法 1 所有孔都应全部粗加工后 再进行精加工 2 毛坯上已有铸出或锻出的孔 其直径通常在30mm以上 一般先在普通机床上进行荒加工 直径上留3 5mm的余量 然后再由加工中心按粗镗 半精镗 孔口倒角 精镗的加工方案完成 有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后 精镗之前用圆弧插补方式铣削完成 也可用单刀镗刀镗削加工 但效率较低 孔径较大时可用键槽铣刀或立铣刀用圆弧插补方式通过粗铣 精铣加工完成 3 对于直径小于30mm的孔 毛坯上一般无孔 这就需要在加工中心上完成其全部加工 为提高孔的位置精度 在钻孔前必须锪 或铣 平孔口端面 并钻出中心孔作引导孔 即通常采用锪 或铣 平端面 钻中心孔 钻 扩 孔口倒角 铰的加工方案 有同轴度要求的小孔 须采用锪 或铣 平端面 钻中心孔 钻 半精镗 孔口倒角 精镗 或铰 的加工方案 孔口倒角安排在半精加工后 精加工前进行 以防孔内产生毛刺 4 对于同轴孔系 若相距较近 用穿镗法加工 若跨距较大 应尽量采用调头镗的方法加工 以缩短刀具的伸长 减小其长径比 提高加工质量 5 对于螺纹孔 要根据其孔径的大小选择不同的加工方式 直径在M6 M20mm之间的螺纹孔 一般在加工中心上用攻螺纹的方法加工 直径在M6mm以下的螺纹 则只在加工中心上加工出底孔 然后通过其它手段攻螺纹 直径在M20mm以上的螺纹 一般采用镗刀镗削而成 8 2 3加工阶段的划分若零件已经过粗加工 加工中心只完成最后的精加工 则不必划分加工阶段 当零件的加工精度要求较高 在加工中心加工之前又没有进行过粗加工时 则应将粗 精加工分开进行 粗加工通常在普通机床上进行 在加工中心上只进行精加工 这样不仅可以充分发挥机床的各种功能 降低加工成本 提高经济效益 而且还可以让零件在粗加工后有一段自然时效过程 以消除粗加工产生的残余应力 恢复因切削力 夹紧力引起的弹性变形以及由切削热引起的热变形 必要时还可以安排人工时效 最后再通过精加工消除各种变形 保证零件的加工精度 对零件的加工精度要求不高 而毛坯质量较高 加工余量不大 生产批量又很小的零件 则可在加工中心上利用加工中心的良好冷却系统 把粗 精加工合并进行 完成加工工序的全部内容 但粗 精加工应划分成两道工序分别完成 在加工过程中 对于刚性较差的零件 可采取相应的工艺措施 如粗加工后安排暂停指令 由操作者将压板等夹紧元件 装置 稍稍放松一些 以恢复零件的弹性变形 然后再用较小的夹紧力将零件夹紧 最后再进行精加工 8 2 4加工顺序的安排 1 在安排加工顺序时同样要遵循 基面先行 先面后孔 先主后次 及 先粗后精 的一般工艺原则 2 定位基准的选择直接影响到加工顺序的安排 作为定位基准的面应先加工好 以便为加工其它面提供一个可靠的定位基准 因为本道工序选出定位基准后加工出的表面 又可能是下道工序的定位基准 所以待各加工工序的定位基准确定之后 即可从最终精加工工序向前逐级倒推出整个工序的大致顺序 3 确定加工中心的加工顺序时 还先要明确零件是否要进行加工前的预加工 预加工常由普通机床完成 若毛坯精度较高 定位也较可靠 或加工余量充分且均匀 则可不必进行预加工 而直接在加工中心上加工 这时 要根据毛坯粗基准的精度考虑加工中心工序的划分 可以是一道工序或分成几道工序来完成 4 加工中心加工零件时 最难保证的是加工面与非加工面之间的尺寸 这一点和数控铣削一样 因此 即使图样要求的是非加工面 也必须在制作毛坯时在非加工面上增加适当的余量 以便在加工中心加工时 保证非加工面与加工面间的尺寸符合图样要求 同样 若加工中心加工前的预加工面与加工中心所加工的面之间有尺寸要求 则也应在预加工时留一定的加工余量 最好在加工中心的一次装夹中完成包括预加工面在内的所有加工内容 8 2 5工件的装夹与夹具的选择1 确定工件在工作台上的最佳位置在加工中心上进行加工时 为避免出现机床超程和换刀困难等问题 应注意选择零件 包括夹具 在工作台上的最佳位置 确定零件在工作台上的最佳位置时 主要考虑机床行程 各种干涉以及加工各部位的刀具长度等因素 在满足机床不致于超程的前提下 多工位加工应尽量将零件置于工作台的中间部位 而对于单工位 如图8 12中件1上的A面 或相邻两工位 如图8 12中件2上的B C两面 加工 将零件靠工作台一侧或一角安装 刀具定位的长度值就可以减小 使工艺系统的刚性得以提高 进而有利于提高工件的加工精度 图8 12工件在工作台上的位置 2 夹具的选择1 对夹具的基本要求 1 加工部位要尽量敞开 2 夹具应能在机床上实现定向安装 3 在加工过程中无需更换夹紧点 4 装卸使用方便 图8 13敞开加工表面的装夹示例 图8 14不影响进给的装夹示例 2 常用夹具 1 通用夹具 即可装夹各种零件的机床附件和装夹元件 如三爪卡盘 分度头及各种台钳等 图8 15所示为数控气动立卧式分度工作台 其中 端齿盘为分度元件 靠气动转位分度 可完成5 整数倍的垂直 或水平 回转坐标的分度 图8 16所示为数控回转台 座 一次安装工件 可从四面甚至五面加工坯料 图8 16 a 可进行四面加工 图8 16 b 图8 16 c 可进行圆柱凸轮的空间成型面和平面凸轮加工 图8 16 d 为双回转台 可用于加工在表面上成不同角度布置的孔 从五个方向进行加工 图8 15数控气动立卧式分度工作台 图8 16数控回转台 座 2 组合夹具 即由一套已经标准化的结构及元件按加工需要组合而成的夹具 组合夹具有槽系组合夹具和孔系组合夹具 槽系组合夹具元件间靠键和槽定位 而孔系组合夹具则靠孔与销定位 由于孔系组合夹具与槽系组合夹具相比具有精度高 刚性好 易组装 可方便地提供数控编程原点 工件坐标系原点 等优点 因而在数控加工特别是在FMS 柔性加工系统 中得到广泛应用 图8 17所示是孔系组合夹具在基础件和方箱上的应用实例 使用方箱时 在机床数控回转台的配合下 一次送料可加工数个工件 减轻了物流负担 缩短了加工系统的辅助时间 从而提高了FMS的生产率 3 专用夹具是专门为某一工件的某一道或几道工序加工而设计的夹具 图8 17孔系组合夹具应用实例 8 2 6刀具的选择 1 钻孔刀具及其选择1 麻花钻的组成麻花钻主要由工作部分 颈部和柄部组成 如图8 18所示 工作部分包括切削部分和导向部分 分别承担切削和引导切削方向的作用 柄部有直柄和莫氏锥柄两种 用于定心夹持和传递扭矩 颈部标有规格大小和商标 图8 18麻花钻的组成 a 莫氏锥柄麻花钻 b 圆柱柄麻花钻 c 切削部分 2 麻花钻切削部分的主要几何角度 1 顶角 2 即两主切削刃之间的夹角 顶角的大小主要影响钻头的强度和轴向阻力 顶角2越大 麻花钻的强度越大 但切削时的轴向力也越大 减小顶角2 会增大主切削刃的长度 使相同条件下切削刃单位长度上的负荷减轻 切削轴向切削分力减小 容易切入工件 但过小的顶角会使钻头的强度降低 因此 顶角应根据工件材料来选择 较软材料可用较小的2 标准麻花钻的顶角2 118 2 2 前角 由于前刀面是螺旋面 曲面 因而主切削刃上各点的前角是变化的 钻头外径边缘处前角最大 约为30 左右 自外缘向中心逐渐减小 到钻头半径处前角为零 再往内前角为负 靠近横刃处前角约为 30 横刃上的前角为 50 60 即前角内小外大 3 后角 由于后刀面也是曲面 因而主刃上各点的后角也不相等 它与前角恰恰相反 在外缘处最小 8 14 愈近中心愈大 即后角内大外小 钻心处的后角约为20 26 横刃处约为30 36 4 横刃斜角 横刃与主切削刃在端面上投影所夹锐角称为横刃斜角 标准麻花钻的横刃斜角 为50 55 横刃斜角愈小 横刃就愈长 横刃太长则钻削时轴向力增大 对钻削不利 3 麻花钻的刃磨 麻花钻使用中很容易磨损 必须刃磨以保持其锋利 加之在加工中心上钻孔 无钻模导向 若刃磨质量不高 则很容易引起钻孔偏斜 因此必须提高刃磨质量 1 麻花钻刃磨的一般要求 刃磨麻花钻的一般要求是 顶角大小要符合要求并被钻头中心线平分 工件材料硬度低的 顶角可小些 两条主刃长度要相等 否则钻出的孔径会偏大或呈多角形 2 麻花钻刃磨的方法与步骤 刃磨前 钻头主切削刃放置在砂轮中心水平面上或稍高一些 钻头中心线与砂轮外圆柱面母线在水平面内的夹角等于顶角2 的一半 59 同时钻尾向下倾斜 见图8 19 a 刃磨时 右手握住钻头前端作支点 左手握钻尾作上下摆动并略带旋转 见图8 19 b 但不能转动过多或上下摆动太大 以防磨成副后角或把另一面主切削刃磨掉 这点在刃磨小麻花钻时要特别注意 磨完一个主切削刃后 把钻头转过180 用相同的方法磨另一主切削刃 为达到两刃对称的目的 人和手要保持原来的位置和姿势 图8 19标准麻花钻的刃磨方法 a 刃磨前 b 刃磨时 3 麻花钻刃磨的注意事项 磨钻头时 钻尾向上摆动 不得高出水平线 以防磨出负后角 钻尾向下摆动亦不能太多 以防磨掉另一条主刀刃 随时检查两主切削刃的刃长及与钻头轴心线的夹角是否对称 刃磨时应随时冷却 以防钻头刃口发热退火 降低硬度 麻花钻在钻孔时 由于钻头刚性差 易变形而钻偏和将孔径扩大 因而钻孔的精度仅能达到IT12左右 加之钻头的主切削刃全长都参加切削 各点的vc不等 外边缘处vc最大 切屑流速相差大 卷成螺旋形 易堵塞螺旋槽 常划伤已加工表面 因此钻孔的表面粗糙度Ra值仅为12 5 m 综上所述 钻孔仅属于粗加工 2 深孔钻削与刀具深径比 L D 大于5为深孔 加工深孔时因其在深处切削 冷却液不易注入 散热差 排屑困难 钻杆刚性差 易使刀具损坏和引起孔的轴线偏斜 影响加工精度和生产率 故应选用深孔刀具加工 深孔钻削一般使用深孔钻 特别深的孔则使用特殊的深孔钻 如枪孔钻 在加工中心等数控机床上加工深孔时 可利用数控系统具有的固定循环功能 以渐进 快退方式 图8 20 完成深孔加工 这种方式可较好地解决及时排屑和钻头冷却等问题 图8 20固定循环加工深孔 3 扩孔刀具及其选择将工件上已有的孔 无论是铸出或锻出还是钻出的孔 扩大的加工方法叫做扩孔 加工中心上进行扩孔多采用扩孔钻 也有采用镗刀扩孔的 还可使用键槽铣刀或立铣刀进行扩孔 它比用普通扩孔钻进行扩孔的加工精度高 标准扩孔钻一般有3 4条主切削刃 切削部分的材料为高速钢或硬质合金 结构形式有直柄式 锥柄式和套式等 图8 21 a b c 所示分别为锥柄式高速钢扩孔钻 套式高速钢扩孔钻和套式硬质合金扩孔钻 小批量生产时 扩孔钻常用麻花钻改制 图8 21扩孔 由于扩孔钻的刃带多 导向好 振动小 加之无横刃 轴向力小 其螺旋槽浅 钻芯粗 因而扩孔钻的强度 刚度好 可校正原孔轴线歪斜 同时由于扩孔的余量小 切削热少 故扩孔精度较高 表面粗糙度好 因此 扩孔属于半精加工 对于较大的孔 可采用如图8 22所示的可转位扩孔钻进行加工 以提高加工效率 图8 22可转位扩孔钻 4 镗孔刀具及其选择1 单刃镗刀 图8 23 a b c 所示为单刃镗刀 可用于镗削通孔 阶梯孔和盲孔 单刃镗刀只有一个刀片 使用时用螺钉装夹到镗杆上 垂直安装的刀片镗通孔 倾斜安装的镗盲孔或阶梯孔 单刃镗刀刚性差 切削时易引起振动 为减小径向力 宜选较大的主偏角 镗铸铁孔或精镗时 常取 r 90 粗镗钢件孔时 为提高刀具的耐用度 一般取 r 60 75 图8 23单刃镗刀 a 通孔镗刀 b 阶梯孔镗刀 c 盲孔镗刀 2 微调镗刀 在加工中心上目前较多地选用微调镗刀进行孔的精镗 如图8 24所示 这种镗刀的径向尺寸可以在一定范围内进行微调 调节方便且精度高 调整尺寸时 只要转动螺母5 与它相配合的螺杆 即刀头 就会沿其轴线方向移动 尺寸调整好后 把螺杆尾部的螺钉4紧固后即可使用 图8 24微调镗刀 3 双刃镗刀 镗削大直径的孔可选用图8 25所示的双刃镗刀 这种镗刀有两个对称的切削刃同时工作 也称为镗刀块 定尺寸刀具 双刃镗刀的头部可以在较大范围内进行调整 且调整方便 最大镗孔直径可达 1000mm 切削时有两个对称切削刃同时参加切削 不仅可以消除切削力对镗杆的影响 而且切削效率高 双刃镗刀刚性好 容屑空间大 两径向力抵消 不易引起振动 加工精度高 可获得较细的表面粗糙度 仅用于大批量生产中 图8 25双刃镗刀 5 铰孔刀具及其选择铰孔是用铰刀对孔进行精加工的方法 铰孔往往作为中小孔钻 扩后的精加工 也可用于磨孔或研孔前的预加工 但铰孔只能提高孔的尺寸精度 形状精度 减小其表面粗糙度值 而不能提高孔的位置精度 也不能纠正孔的轴心线歪斜 一般铰孔的尺寸精度可达IT7 IT9级 表面粗糙度可达1 6 0 8 m 铰孔质量除与正确选择铰削用量 冷却润滑液有关外 铰刀的选择也至关重要 1 普通标准铰刀 如图8 26所示 普通标准铰刀有直柄 锥柄和套式三种 锥柄铰刀直径为10 32mm 直柄铰刀直径为6 20mm 小孔直柄铰刀直径为1 6mm 套式铰刀直径为25 80mm 铰刀的工作部分包括切削部分与校准部分 切削部分为锥形 担负主要切削工作 校准部分起导向 校正孔径和修光孔壁的作用 标准铰刀有4 12齿 铰刀的齿数除与铰刀直径有关外 主要应根据加工精度的要求选择 齿数多 导向好 齿间容屑槽小 芯部粗 刚性好 铰孔获得的精度较高 齿数少 铰削时稳定性差 刀齿负荷大 容易产生形状误差 铰刀齿数可参照表8 1选择 图8 26普通标准铰刀 a 直柄机用铰刀 b 锥柄机用铰刀 c 套式机用铰刀 d 切削校准部分角度 表8 1铰刀齿数选择 2 使用机夹硬质合金刀片的单刃铰刀 使用机夹硬质合金刀片的单刃铰刀如图8 27所示 刀片3通过楔套4用螺钉1固定在刀体上 通过螺钉7 销子6可调节铰刀尺寸 导向块2可采用黏结和铜焊方式固定 机夹单刀铰刀不仅寿命长 而且加工孔的精度高 表面粗糙度可达0 7 m 对于有内冷却通道的单刃铰刀 允许切削速度达80m min 图8 27使用机夹硬质合金的单刃铰刀 3 浮动铰刀 图8 28所示为加工中心上使用的浮动铰刀 这种铰刀不仅能保证换刀和进刀过程中刀具的稳定性 刀片不会从刀杆的长方孔中滑出 而且还能通过自由浮动而准确地 定心 由于浮动铰刀有两个对称刃 能自动平衡切削力 在铰削过程中又能自动抵偿因刀具安装误差或刀杆的径向跳动而引起的加工误差 因而加工精度稳定 浮动铰刀的寿命比高速钢铰刀高8 10倍且具有直径调整的连续性 因此它是加工中心所采用的一种比较理想的铰刀 图8 28加工中心上使用的浮动铰刀 8 2 7进给路线的确定 1 孔加工的进给路线加工孔时 将刀具在xy平面内迅速 准确地运动到孔中心线位置 然后再沿z向运动进行加工 因此 孔加工进给路线的确定包括以下内容 1 在xy平面内的进给路线 加工孔时 刀具在xy平面内属点位运动 因此确定进给路线时主要考虑定位要迅速 准确 例如 加工图8 29 a 所示零件 图8 29 b 所示进给路线比图8 29 c 所示进给路线节省定位时间近一半 图8 29最短进给路线设计示例 通常定位迅速和定位准确有时难以同时满足 上述图8 29 b 是按最短路线进给的 满足了定位迅速 但因不是从同一方向趋近目标的 故难以做到定位准确 图8 30 c 是从同一方向趋近目标位置的 满足了定位准确 但又非最短路线 没有满足定位迅速的要求 因此 在具体加工中应抓主要矛盾 若按最短路线进给能保证位置精度 则取最短路线 反之 应取能保证定位准确的路线 图8 30准确定位进给路线设计示例 2 z向 轴向 的进给路线 为缩短刀具的空行程时间 z向的进给分快进 即快速接近工件 和工进 工作进给 刀具在开始加工前 要快速运动到距待加工表面一定距离 切入距离 的R平面上 然后才能以工作进给速度进行切削加工 图8 31 a 所示为加工单孔时刀具的进给路线 进给距离 加工多孔时 为减少刀具空行程时间 切完前一个孔后 刀具只需退到R平面即可沿x y坐标轴方向快速移动到下一孔位 其进给路线如图8 31 b 所示 图8 31刀具z向进给路线 图8 32工作进给距离计算图 a 加工不通孔时的工作进给距离 b 加工通孔时的工作进给距离 2 铣削加工时的z向进给路线 1 铣开口槽时 铣刀在z 向直接快速移动到位 无工进 如图8 33 a 所示 2 铣封闭槽 如键槽 时 铣刀在z向需有一切入距离Za 先快进到切入位置 然后再工进至切深 如图8 33 b 所示 3 铣z向透槽及工件轮廓时 铣刀在z向需有一切出距离Zo 可直接快速移动到切出位置上 如图8 33 c 所示 图8 33铣刀在z向的进给路线 a 铣削开口不通槽的z向进给路线 b 铣削封闭槽的z向进给路线 c 铣削轮廓及通槽的z向进给路线 表8 2刀具切入 切出距离经验数据单位 mm 8 2 8加工中心的选择 1 加工中心种类的选择立式加工中心的主轴轴心线在空间处于垂直状态 最适合加工z轴方向尺寸相对较小的单工位工件 如箱盖 端盖和平面凸轮等 卧式加工中心的主轴轴心线在空间处于水平状态 一般有三至五个坐标轴 常配有一个数控或分度回转工作台 其工艺范围较宽 刀库容量较大 有的刀库甚至可存放几百把刀具 因此 最适合加工需多工位加工 位置精度要求较高的零件 如箱体 泵体 阀体和壳体等 特别是箱体类零件上的孔系和型面 通过一次装夹在回转工作台上 即可对除底面和顶面之外的四个面进行铣 镗 钻 攻丝等加工 2 加工中心规格的选择 1 工作台的规格 加工中心工作台的规格一般都是以工作台的长与宽的乘积表示的 它是衡量机床加工范围的指标之一 选择工作台的规格应与工件的外形尺寸相适应 一般工作台台面应比工件略大一些 以便安装夹具 如果小件选用大工作台进行单件多工位加工 则可能因刀具过长使其刚度降低 还会影响加工质量甚至无法加工 另外 工件和夹具的总重量不能大于工作台的额定负载 工件的移动轨迹不能与机床防护罩发生干涉 交换刀具时不得与工件相碰等 2 加工范围 选择加工范围主要应考虑坐标行程 若工件尺寸大于坐标行程 则加工区域必须在坐标行程的范围内 3 加工中心精度的选择加工中心的精度等级应与零件的加工精度要求相适应 表8 3列出了加工中心精度项目中的几项关键精度 表8 3加工中心精度等级 单位 mm 4 加工中心功能的选择1 数控系统功能 以FANUC16系统为例 该系统可实现多轴控制 曲面直接插补 人机对话 在线自动编程等功能 通过彩色显示器能仿真 动态跟踪图形 显示三维立体曲面的加工过程 可实现前台操作 后台编辑的前后台功能 还可在加工过程中进行在线检测 其检测出的偏差可自动修正 既能保证产品质量 又可提高生产效率 这些功能中 有些属于基本功能 有些属于选择功能 在基本功能的基础上 每增加一项选择功能 费用将大幅增加 有的甚至增加几万元 因此 一定要根据实际需要选择数控系统的功能 2 坐标轴控制功能 根据被加工零件的加工要求来选择坐标轴控制功能 如平面凸轮需两轴联动 复杂曲面的叶轮 模具等需三轴或四轴以上联动 3 工作台自动分度功能 卧式加工中心进行多工位加工时 机床的工作台应具有分度功能 普通的卧式加工中心多采用鼠齿盘定位的工作台自动分度 分度定位精度较高 其分度定位间距有0 5 720 1 360 5 72 3 120等几种 可根据零件的加工要求选择 立式加工中心也可配置如图8 15所示的数控分度工作台 4 刀库容量的选择 应根据零件的加工工艺和数控加工刀具卡来确定刀库容量 刀库容量需留有余地 但不宜太大 因为大容量刀库故障率高 结构和刀具管理复杂 成本也高 一般来说 在立式加工中心上选用刀具容量为20把左右的刀库 在卧式加工中心上选用刀具容量为40把左右的刀库即可满足使用要求 5 刀柄的选择 刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具 因此刀柄要能满足机床主轴自动松开和拉紧定位 准确安装各种切削刃具 适应机械手的夹持和搬运 储存和识别刀库中各种刀具的要求 加工中心上一般都采用7 24圆锥刀柄 如图8 34所示 这类刀柄不自锁 换刀比较方便 比直柄刀具有较高的定心精度与刚度 加工中心刀柄已系列化和标准化 其锥柄部分和机械手抓拿部分都有相应的国际和国家标准 固定在刀柄尾部且与主轴内拉紧机构相适应的拉钉也已标准化 柄部及拉钉的有关尺寸可查阅相应标准 图8 35和图8 36所示分别是标准中规定的A型和B型两种拉钉 图8 34自动换刀机床用7 24圆锥刀柄简图 图8 35A型拉钉 图8 36B型拉钉 8 2 9切削用量的选择切削用量的选择应充分考虑零件的加工精度 表面粗糙度以及刀具的强度 刚度以及加工效率等因素 可根据1 6节所述的原则 方法和注意事项 在机床说明书允许的范围之内 查阅手册并结合经验确定 表5 7 表5 11中列出了部分孔加工切削用量 供选择时参考 主轴转速n 单位为r min 根据选定的切削速度vc 单位为m min 和工件或刀具的直径来计算 8 1 式中 d为工件的加工直径或刀具直径 单位为mm 攻螺纹时进给量的选择决定于螺纹的导程 由于使用了带有浮动功能的攻螺纹夹头 因而攻螺纹时工作进给速度vf 单位为mm min 可略小于理论计算值 即 vf Pn 8 2 式中 P为加工螺孔的导程 单位为mm 8 3典型零件的加工中心加工工艺 8 3 1盖板的加工工艺1 零件工艺分析该盖板的材料为铸铁 毛坯为铸件 由图8 37可知 除盖板的四个侧面为不加工面外 其余平面 孔和螺纹都要加工 且加工内容集中在A B面上 孔的最高精度为IT7级 最细的表面粗糙度值为0 8 m 从定位和加工两个方面综合考虑 以A面为主要定位基准 可先用普通机床加工好A面 选择B面及位于B面上的全部孔为加工中心加工内容 图8 37盖板零件简图 2 选择加工中心由于B面及B面上的全部孔只需单工位即可加工完成 故选用立式加工中心 该零件加工内容只有面和孔 根据其精度和表面粗糙度要求 经粗铣 精铣 粗镗 半精镗 精镗 钻 扩 锪 铰及攻螺纹即可达到全部要求 所需刀具不超过20把 故选用国产XH714型立式加工中心 该机床工作台尺寸为400mm 800mm x轴行程为600mm y轴行程为400mm z轴行程为400mm 主轴端面至工作台台面距离125 525mm 定位精度和重复定位精度分别为0 02mm和0 01mm 刀库容量为18把 工件一次装夹后可自动完成铣 钻 镗 铰及攻螺纹等工步的加工 3 数控加工工艺设计 1 选择加工方案 B面的表面粗糙度为6 3 m 故采用粗铣 精铣方案 60H7孔已铸出毛坯孔 为达到IT7级精度和0 8 m的表面粗糙度 需经粗镗 半精镗 精镗三次镗削加工 12H8孔为防止钻偏和满足IT8级精度 需按钻中心孔 钻孔 扩孔 铰孔方案进行 16mm孔在加工 12mm孔基础上锪至尺寸即可 M16mm螺纹孔按钻中心孔 钻底孔 倒角 攻螺纹方案加工 表8 4盖板零件的机械加工工艺过程 表8 5数控加工工序卡 3 确定装夹方案和选择夹具 该盖板零件形状简单 加工面与不加工面之间的位置精度要求不高 故可选用通用台钳直接装夹 以盖板底面A和相邻两个侧面定位 用台钳钳口从侧面夹紧 4 选择刀具 一般铣平面时 在粗铣中为降低切削力 铣刀直径应小些 但又不能太小 以免影响加工效率 在精铣中为减小接刀痕迹 铣刀直径应大些 由于B平面为160mm 160mm的正方形 尺寸不大 因而选择粗 精铣刀直径大于B平面的一半即可 例如取直径为100mm的面铣刀 镗 60H7的孔时 因为是单件小批生产 所以用单刃 双刃镗刀均可 加工4 12H8孔采用的是钻中心孔 钻 扩 铰的方案 故相应选 3中心钻 10麻花钻 11 85扩孔钻和 12H8铰刀 刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择 XH714型加工中心主轴锥孔为ISO40 适用刀柄为BT40 日本标准JISB6339 故刀柄应选择为BT40型式 具体所选刀具及刀柄见表8 6 表8 6数控加工刀具卡 5 确定进给路线 所选铣刀直径就基本确定了B面的粗 精加工进给路线 因所选铣刀直径为 100mm 故必须安排沿x方向两次进给 如图8 38所示 因为各孔的位置精度要求均不高 机床的定位精度完全能保证 故所有孔加工进给路线可按最短路线确定 图8 39 图8 43所示即为各孔加工工步的进给路线 图8 38铣削B面进给路线 图8 39镗 60H7孔进给路线 图8 40钻中心孔进给路线 图8 41钻 扩 铰 12H8孔进给路线 图8 42锪 16孔进给路线 图8 43钻螺纹底孔 攻螺纹进给路线 6 选择切削用量 查表确定切削速度和进给量 然后计算出机床主轴转速和机床进给速度 8 3 2壳体的加工工艺 1 图样分析及选择加工内容该零件的材料为灰口铸铁 其结构较复杂 在数控机床加工前 可在普通机床上将 80 0 0460mm的孔 底面和零件后侧面预加工完毕 数控加工工序的加工内容为上端平面 环形槽和4个螺孔 全部加工表面都集中在一个面上 零件图形上各加工部位的尺寸标注完整无误 所铣削环形槽的轮廓比较简单 仅直线和圆弧相切 尺寸精度 IT12 和表面粗糙度 Ra6 3 m 要求也不高 图8 44壳体零件 2 选择加工中心由于全部加工表面都集中在一个面上 只需单工位加工即可完成 故选择立式加工中心 工件一次装夹后可自动完成铣 钻及攻螺纹等工步的加工 3 设计工艺 1 选择加工方法 上表面 环形槽用铣削方法加工 因其尺寸精度和表面粗糙度要求不高 故可一次铣削完成 4 M10螺纹采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法 即按钻中心孔 钻底孔 倒角 攻螺纹的方案加工 2 确定加工顺序 按照先面后孔 先简单后复杂的原则 先安排平面铣削 后安排孔和槽的加工 具体加工工序安排如下 先铣削基准 上 平面 然后用中心钻加工4 M10底孔的中心孔 并用钻头点环形槽窝 再钻4 M10底孔 用 18mm钻头加工4 M10的底孔倒角 攻丝4 M10 最后铣削10mm槽 零件的工序卡如表8 7和表8 8所示 表8 7壳体零件的机械加工工艺过程 表8 8数控加工工序卡 3 确定装夹方案和选择夹具 4 选择刀具 刀具的规格主要根据加工尺寸选择 因上表面较窄 一次走刀即可加工完成 故选用不重磨硬质合金 80的端铣刀 环形槽的精度和表面粗糙度 Ra12 5 m 要求不高 可选用10 0 030高速钢立铣刀直接铣削完成 其余刀具规格如表8 9所示 表8 9数控加工刀具卡 5 确定进给路线 因需加工的上表面属较窄的环形表面 大部分宽度仅为35mm 最宽处为50mm左右 故铣削上表面时和铣环形槽一样 均按环形槽走刀即可 铣上端平面 钻螺孔的中心孔 钻环形槽起点窝 螺纹底孔 底孔倒角及攻丝和铣环形槽的工艺路线安排如图8 45所示 图8 45盖板零件的工艺路线 a 铣上端平面 b 钻螺孔的中心孔 c 钻环形槽起点窝 螺纹底孔 底孔倒角及攻丝 d 铣环形槽 6 选择切削用量 根据零件加工精度和表面粗糙度的要求 并考虑刀具的强度 刚度以及加工效率等因素 在该零件的各道加工工序中 切削用量可参照表8 8进行选择 8 3 3支承套的加工工艺 图8 46支承套简图 1 图样分析并选择数控加工内容支承套的材料为45钢 毛坯选棒料 由于有互相垂直的两个方向上的孔系 因而若用普通机床加工 则需多次装夹 效率低 用加工中心加工 可一次装夹加工完成 因此 支承套的外圆 两端面及外圆上的小平面可用普通机床加工 两个方向上的孔系用加工中心加工 2 选择加工中心支承套在加工中心上加工的两个互相垂直的表面 需要两工位加工才能完成 故选择卧式加工中心 所加工的内容有钻孔 扩孔 镗孔 锪孔 铰孔及攻螺纹等 所需刀具不多 选国产XH754型卧式加工中心即可满足上述要求 该机床工作台尺寸为400mm 400mm x轴行程为500mm z轴行程为400mm y轴行程为400mm 主轴中心线至工作台距离为100 500mm 主轴端面至工作台中心线距离为150 550mm 主轴锥孔为ISO40 刀库容量30把 定位精度和重复定位精度分别为0 02mm和0 01mm 工作台分度精度和重复分度精度分别为7 和4 3 工艺设计 1 选择加工方法 为保证 35H7及2 15H7孔的精度 根据其尺寸 选择铰削为其最终加工方法 故需钻中心孔 钻孔 扩 或粗镗 孔 铰 或精镗 孔 对 60mm的孔 根据孔径精度 孔深尺寸和孔底平面要求 用粗铣 精铣的方法同时完成孔壁和孔底平面的加工 其余各孔因无精度要求 用钻中心孔 钻孔 锪孔即可达到加工要求 各加工表面选择的加工方案如下 35H7孔 钻中心孔 钻孔 粗镗 半精镗 铰孔 15H7孔 钻中心孔 钻孔 扩孔 铰孔 60mm孔 粗铣 精铣 11mm孔 钻中心孔 钻孔 17mm孔 锪孔 在 11mm底孔上 M6 6H螺孔 钻中心孔 钻底孔 孔端倒角 攻螺纹 2 确定加工顺序 本着先主后次 先粗后精的原则 找出主要孔先加工 具体的加工顺序是 第一工位 B0 钻 35H7 2 11mm中心孔 钻 35H7孔 钻2 11mm孔 锪2 17mm孔 粗镗 35H7孔 粗铣 精铣 60mm 12孔 半精镗 35H7孔 钻2 M6 6H螺纹中心孔 钻2 M6 6H螺纹底孔 2 M6 6H螺纹孔端倒角 攻2 M6 6H螺纹 铰 35H7孔 第二工位 B90 钻2 15H7中心孔 钻2 15H7孔 扩2 15H7孔 铰2 15H7孔 具体加工顺序见表8 10和表8 11 表8 10支承套机械加工工艺过程 表8 11数控加工工序卡 续表 3 定位装夹 普通机床加工时的装夹先用三爪卡盘以外圆定位装夹 加工端面和外圆柱面 然后用平口钳装夹铣小平面 加工中心加工时 35H7孔 60mm孔 2 11mm孔及2 17mm孔的设计基准均为 100f9外圆中心线 本着基准重合的原则 应选 100f9外圆柱面在V形块上定位 限制4个自由度为主要定位基准 为保证 17mm孔深尺寸11 0 50mm 再选择左端面作止推定位基准限制轴向移动的自由度 所设计的专用夹具如图8 47所示 在装夹时使工件上平面在夹具中保持垂直 以消除转动自由度 图8 47支承套装夹示意图 4 选择刀具 各孔均可采用定尺寸刀具加工 刀具直径根据加工余量和孔径确定 详见表8 12 5 选择切削用量 切削用量在机床说明书允许的范围内查表选取 然后算出主轴转速和进给速度 其值见表8 11 8 3 4异形支架的加工工艺图8 48所示是异形支架零件简图 现分析其加工工艺 1 零件工艺分析该异形支架的结构较复杂 精度要求高 各加工表面之间有较严格的形位公差要求 该零件的材料为铸铁 毛坯为铸件 加工余量大 零件的刚性差 容易发生变形 加工难度较大 特别是尺寸40h8 若用常规方法在普通机床上加工很难达到图纸要求 因为假若是先在车床上一次加工完成 75js6外圆 端面和 62J7内孔 2 2 2 0 120槽 然后在镗床上加工 55H7孔 则要保证对 62J7孔的对称度0 06mm及垂直度0 02mm的要求 这就需要高精度的机床和高水平操作人员精心操作 否则很难达到上述要求 图8 48异形支架零件简图 如果先在车床上加工 75js6外圆及端面 再在镗床上加工 62J7孔 2 2 2 0 120槽及 55H7孔 这样虽能保