数控机床的加工工艺培训课件.ppt

1,第五章数控机床的加工工艺,2,第五章数控机床的加工工艺,5.1数控机床加工工艺概述5.2数控机床加工工艺分析5.3工件在数控机床上的定位与装夹5.4数控机床加工工艺的设计,5.1数控机床加工工艺概述,数控加工工艺的概念,所谓数控加工工艺，就是使用数控机床加工零件的一种工艺方法。数控技术涉及数控加工设备，还包括数控加工工艺、工装和加工过程的自动控制等。其中，拟定数控加工工艺是进行数控加工的一项基础性工作。,5.1数控机床加工工艺概述,数控加工的工艺特点,(1)工艺的内容十分具体。(2)工艺的设计非常严密。(3)注重加工的适应性。,5.1数控机床加工工艺概述,数控加工的特点,1优点(1)自动化程度高；(2)加工的零件一致性好，质量稳定；(3)生产效率较高；(4)便于产品研制；(5)便于实现计算机辅助设计与制造一体化。2缺点(1)加工成本一般较高；(2)只适宜于多品种小批量或中批量生产；(3)维修困难。,5.1.1数控机床加工的主要对象,（1）多品种、小批量的零件或新产品试制零件；（2）几何形状复杂的零件；（3）须进行多工序的零件;（4）普通机床加工时，需昂贵工装的零件；（5）对精度要求高的零件；（6）需多次修改的零件；（7）不允许报废的昂贵关键零件；（8）需要最短生产周期的零件。,5.1.2数控机床加工工艺的主要内容,（1）通过数控加工的适应性分析，选择数控加工的零件及内容；（2）结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工的工艺分析；（3）进行数控加工的工艺设计；（4）根据编程的需要，对零件图形进行数学处理；,5.1.2数控机床加工工艺的主要内容,（5）编写加工程序单（自动编程时为源程序，由计算机自动生成加工程序）；（6）校对与修改加工程序；（7）首件试加工，并对现场问题进行处理；（8）编制数控加工工艺技术文件，如数控加工工序卡，程序说明卡，走刀路线图等。,数控加工工艺分析的内容,数控加工工艺分析的主要内容包括：分析零件图纸、确定工件在机床上的装夹方式、各表面的加工工序和刀具的进给路线以及刀具、夹具、切削用量的选择等。,5.2数控机床加工工艺分析,1.零件图分析,（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点；（2）分析被加工零件的设计图纸；（3）构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等)，是数控编程的重要依据。,5.2.1数控机床加工零件的工艺性分析,2.结构工艺性分析,（1）零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸；（2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小；（3）零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大；（4）应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。,5.2.1数控机床加工零件的工艺性分析,工艺路线的设计,设计工艺路线是制订工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各加工表面的加工方法、划分加工阶段、划分工序以及安排工序的先后顺序等。设计者应用从生产实践中总结出来的一些综合性的工艺原则，结合实际生产条件，提出几种方案，通过对比分析，从中选择最佳方案。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,1.加工方法的选择,成形面等基本表面所组成的。每一种表面都有多种加工方法，具体选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等，选用相应的加工方法和加工方案。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,（1）外圆表面加工方法的选择,主要是车削和磨削。当表面粗糙度要求较小时，还要经光整加工。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,（2）内孔表面加工方法的选择,内孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔以及光整加工等。应根据被加工孔的加工要求、尺寸、具体的生产条件、批量的大小以及毛坯上有无预加工孔合理选用。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,（3）平面加工方法的选择,平面的主要加工方法有铣削、刨削、车削、磨削及拉削等，精度要求高的表面还需经研磨或刮削加工。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,（4）平面轮廓和曲面轮廓加工方法的选择,1）平面轮廓常用的加工方法有数控铣削、线切割及磨削等。对如图所示的内平面轮廓，当曲率半径较小时，可采用数控线切割方法加土。若选择铣削方法，因铣刀直径受最小曲率半径的限制，直径太小，刚性不足，会产生较大的加工误差。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,对图所示的外平面轮廓，可采用数控铣削方法加工，常用粗铣一精铣方案，也可采用数控线切割方法加工。对精度及表面粗糙度要求较高的轮廓表面，在数控铣削加工之后，再进行数控磨削加工。数控铣削加工适用于除淬火钢以外的各种金属，数控线切割加工可用于各种金属，数控磨削加工适用于除有色金属以外的各种金属。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,2）立体曲面轮廓的加工方法主要是数控铣削。多用球头铣刀，以“行切法”加工，如图所示。根据曲面形状、刀具形状以及精度要求等通常采用二轴半联动或三轴联动。对精度和表面粗糙度要求高的曲面，当用三轴联动的“行切法”加工不能满足要求时，可用模具铣刀，选择四坐标或五坐标联动加工。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,表面加工方法的选择，除了考虑加工质量、零件的结构形状和尺寸、零件的材料和硬度以及生产类型外、还要考虑到加工的经济性。各种表面加工方法所能达到的精度和表面粗糙度都有一个相当大的范围。当精度达到一定程度后，要继续提高精度，成本会急剧上升。任何一种加工方法获得的精度只在一定范围内才是经济的，这种一定范围内的加工精度即为该种加工方法的经济精度。它是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准等级的工人，不延长加工时间）所能达到的加工精度。相应的表面粗糙度称为经济粗糙度。在选择加工方法时，应根据工件的精度要求选择与经济精度相适应的加工方法。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,2.加工阶段的划分,工序的划分当零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。按工序的性质不同，零件的加工过程通常可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,（1）各加工阶段的主要任务,1）粗加工阶段其任务是切除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率。2）半精加工阶段其任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工（如精车、精磨）做好准备。并可完成一些次要表面加工，如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,3）精加工阶段其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度要求。主要目标是全面保证加工质量。4）光整加工阶段对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上）的表面，需进行光整加工，其主要目标是提高尺寸精度、减小表面粗糙度。一般不用来提高位置精度。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,（2）划分加工阶段的目的,1）保证加工质量工件在粗加工时，切除的金属层较厚，切削力和夹紧力都比较大，切削温度也高，将引起较大的变形。如果不划分加工阶段，粗、精加工混在一起，就无法避免上述原因引起的加工误差。按加工阶段加工，粗加工造成的加工误差可以通过半精加工和精加工来纠正，从而保证零件的加工质量。2）合理使用设备粗加工余量大，切削用量大，可采用功率大，刚度好，效率高而精度低的机床。精加工切削力小，对机床破坏小，采用高精度机床。这样发挥了设备的各自特点，既能提高生产率，又能延长精密设备的使用寿命。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,3）便于及时发现毛坯缺陷对毛坯的各种缺陷，如铸件的气孔、夹砂和余量不足等，在粗加工后即可发现，便于及时修补或决定报废，以免继续加工下去，造成浪费。4）便于安排热处理工序如粗加工后，一般要安排去应力的热处理，以消除内应力。精加工前要安排淬火等最终热处理，其变形可以通过精加工予以消除。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,加工阶段的划分也不应绝对化，应根据零件的质量要求、结构特点和生产纲领灵活掌握。对加工质量要求不高、工件刚性好、毛坯精度高、加工余量小、生产纲领不大时，可不必划分加工阶段。对刚性好的重型工件，由于装夹及运输很费时，也常在一次装夹下完成全粗、精加工。对于不划分加工阶段的工件，为减少粗加工中产生的各种变形对加工质量的响，在粗加工后，松开夹紧机构，停留一段时间，让工件充分变形，然后再用较小的夹紧力重新夹紧，进行精加工。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,3.工序的划分,（1）工序的划分原则采用两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,1）工序集中原则,将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。工序集中有利于采用高效的专用设备和数控机床；减少了机床数、操作工人数和占地面积；一次装夹后可加工较多表面，不仅保证了各个加工表面之间的相互位置精度，同时还减少了工序间的工件运输量和装夹工件的辅助时间。但数控机床、专用设备和工艺装备投资大，尤其是专用设备和工艺装备调整和维修比较麻烦，不利于转产。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,2）工序分散原则,将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。工序分散使设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易；有利于选择合理的切削用量，减少机动时间。但工艺路线长，所需设备及工人人数多，占地面积大。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,（2）工序划分的方法,工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构和技术要求等因素。大批量生产时，若使用多刀、多轴等高效机床，工序可按集中原则划分；若在由组合机床组成的自动线上加工，工序一般按分散原则划分。现代生产的发展多趋向于前者。单件小批生产时，工序划分通常采用集中原则。成批生产时，工序可按集中原则划分，也可按分散原则划分，应视具体情况而定。对于尺寸和质量都很大的重型零件，为减少装夹次数和运输，应按集中原则划分工序。对于刚性差且精度高的精密零件，应按工序分散原则划分工序。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序。1）按所用刀具划分即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间过长（如在一个工作班内不能完成）,加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心常用这种方法划分工序。2）按安装次数划分即以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适合于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,3）按粗、精加工划分即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道介。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件和锻件。4）按加工部位划分即完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点（如内形、外形、曲面和平面等）划分成多道工序。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,（3）加工顺序的安排,零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等。这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。应当合理安排好切削加工、热处理和辅助工序之间的顺序。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,1）基面先行原则用作精基准的表面，应优先加工。定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工过程，首先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时进行精加工。2）先粗后精原则各个表面的加工顺序按照加工半精加工精加工光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,3）先主后次原则零件上的工作面及装配面精度要求较高，属于主要表面，应先加工。自由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度后，最终精加工之前加工。4）先面后孔原则对于箱体类、支架类、机体类的零件，一般先加工平面，后加工孔。遮掩安排加工顺序，一方面是用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面是在加工过的平面上加工孔比较容易，并能提高孔的精度。特别是钻孔，孔的轴线不易偏斜。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,热处理工序的安排,为提高材料的力学性能，改善材料的切削加工性和梢除工件内应力，在工艺过程中要适当安排一些热处理工序。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,1）预备热处理：安排在粗加工前、后。其目的是改善材料的切削加工性消除毛坯应力，改善组织。常用的有正火、退火及调质等。2）消除残余应力热处理：由于毛坯在制造和机械加工过程中，产生的内应力、会引起工件变形，影响产品质量，所以要安排消除内应力处理。常用的有人工时效、退火等。对于一般形状的铸件，应安排两次时效处理。对于精密零件要多次安排时效处理，加工一次安排一次。3）最终热处理：目的是提高零件的强度、硬度和耐磨性。常安排在精加工之前，以便通过精加工纠正热处理引起的变形。常用的有表面淬火、渗碳淬火和渗氮处理等。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,辅助工序的安排,主要包括：检验、清洗、去毛刺、去磁、防锈和平衡等。其中检验工序是主要的辅助工序，是保证产品质量的主要措施之一。它通常安排在：1）粗加工全部结束后，精加工之前；2）重要工序前后；3）工件从一个车间转向另一个车间前后；4）全部加工结束之后。,5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定,六点定位原理,工件在空间具有六个自由度要完全确定工件的位置，就需要按一定的要求布置六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度。其中每个支承点限制相应的一个自由度。这就是工件定位的“六点定位原理”。,5.3工件在数控机床上的定位与装卡,粗基准定位,1）为保证不加工表面之间的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，如图所示。,5.3.1选择合适的定位方式,2）为保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准，如图所示。,5.3.1选择合适的定位方式,3）为保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。,5.3.1选择合适的定位方式,4）粗基准比较粗糙且精度低，一般在同一尺寸方向上不应重复使用，如图所示。5）作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其它表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。,5.3.1选择合适的定位方式,精基准的选择,1）基准重合原则基准重合原则，即设计基准与工序基准重合，定位基准与设计基准重合。选择加工表面的设计基准作为定位基准。如下图所示。,5.3.1选择合适的定位方式,2）基准统一原则在多道工序中采用同一组精基准定位，称为基准统一原则。如下图所示。,5.3.1选择合适的定位方式,3）自为基准原则选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准。如下图所示。,5.3.1选择合适的定位方式,4）互为基准原则采用两个表面互为基准反复加工，称为互为基准原则。如下图所示。,5.3.1选择合适的定位方式,常见的定位方式,1)工件以平面定位2)工件以外圆柱面定位3)工件以圆孔定位4)工件以一面两孔定位,5.3.1选择合适的定位方式,对夹紧装置的基本要求,1）夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置；2）夹紧力的大小适当；3）夹紧装置的自动化程度及复杂程度应与工件的产量和批量相适应。,5.3.2确定合适的装夹方式,夹紧力方向和作用点的选择,1）夹紧力应朝向主要定位基准；2）夹紧力方向应有利于减小夹紧力；3）夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的方向和部位；4）夹紧力作用点应尽量靠近工件表面；5）夹紧力作用线应落在定位支承范围内。,5.3.2确定合适的装夹方式,常用装夹,1）普通装夹具；三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘2）专用装夹具；,5.3.2确定合适的装夹方式,数控加工工艺设计的主要内容,（1）根据数控加工适应性，选择并决定零件的数控加工内容；（2）对零件进行数控工艺性分析；（3）拟定数控加工的工艺路线；（4）设计数控加工工序；（5）编写数控加工专用技术文件。,5.4数控机床加工工艺的设计,进给路线,进给路线是指刀具相对于工件运动的轨迹，也称为加工路线。普通机床加工中，进给路线由操作者直接控制，工序设计时，无须考虑。数控加工中，进给路线是由数控系统控制的，因此，工序设计时，必须拟定好刀具的进给路线，并绘制进给路线图，以便编写数控加工程序。,5.4.1进给路线的选择,数控车床进给路线的选择,（1）最短的空行程走刀路线1）合理选择切削加工起点，使切入、切出路线最短；2）合理选择换刀点以减少换刀时间；3）在不发生加工干涉现象的前提下，空行程走刀宜尽量采用快速移动指令G00；4）合理安排“回零”路线。,5.4.1进给路线的选择,数控车床进给路线的选择,（2）最短的切削走刀路线如图所示，经分析和判断后可知图c所示的矩形循环走刀路线的进给长度总和最短。因此在同等条件下其切削所需时间（不含空行程）也最短，刀具的损耗也最少。,5.4.1进给路线的选择,数控车床进给路线的选择,（3）大余量毛坯的走刀路线1）阶梯切削走刀路线在保证后续工序的加工余量前提下，应尽可能多地去除毛坯材料。2）分层切削对于大余量的阶梯轴要注意刀具的终止点。,5.4.1进给路线的选择,数控车床进给路线的选择,（4）最后完工时切削走刀路线最后一刀应连续切削，轮廓表面才不会有接刀的刀痕。（5）刀具的切入与切出进刀时应尽量使刀具沿工件的轮廓的切线方向切入、切出，避免出现接刀的刀痕。,5.4.1进给路线的选择,数控铣床进给路线的选择,（1）平面轮廓加工走刀路线切入、切出方式及走刀路线包括外轮廓和内轮廓的加工。应安排刀具从轮廓切向切入工件，在轮廓加工完毕之后，也应沿轮廓切向切出，这样可以避免刀具在工件上的切入点和退出点处留下接刀痕。,5.4.1进给路线的选择,数控铣床进给路线的选择,（2）型腔加工（平面区域）走刀路线1）行切法适合于粗加工，能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但在两次走刀的起点和终点间会留下残留高度，表面粗糙度将达不到要求。2）环切法环切加工法的轮廓加工效果好，但刀具在拐角处会降速走刀，加工效率相对较低。3）行切+环切法行切+环切法综合了上述两种走刀路线的优点。先行切，去除毛坯材料，最后一刀沿周向环切，光整轮廓表面，能获得较好的表面粗糙度和加工效率。,5.4.1进给路线的选择,数控铣床进给路线的选择,（3）铣削内外圆时加工路线的确定1）合理选择切削加工起点使切入、切出路线最短。,5.4.1进给路线的选择,数控钻床镗床进给路线的选择,（1）如无特别要求应按最短加工路线如加工图a所示零件上的孔系。b图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用c图的走刀路线，减少空刀时间则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。,5.4.1进给路线的选择,数控钻床镗床进给路线的选择,（2）孔加工中，若定位要求迅速按图a）加工路线:1-2-3-4（3）若定位要准确按图b加工路线:1-2-35-4(避免反向间隙),5.4.1进给路线的选择,型腔的粗铣加工,5.4.1进给路线的选择,5.4.1进给路线的选择,复杂型腔环切加工,5.4.1进给路线的选择,曲面加工走刀路线,5.4.1进给路线的选择,选择夹具的基本原则,1)当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具；2)当成批生产时，考虑采用专用夹具，但应力求结构简单；3)夹具尽量要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀，以免产生碰撞；4)装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具等。,5.4.2零件的安装与夹具的选择,定位安装的基本原则,1）力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。2）尽量减少装夹次数，做到一次装夹后能加工出工件上大部分待加工表面，甚至全部待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，并充分发挥数控机床的效率。3）避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。,5.4.2零件的安装与夹具的选择,一般优先采用标准刀具，必要时也可采用各种高生产率的复合刀具及其它一些专用刀具。此外，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具，整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。数控刀具三大系统：即