模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计及实施

1、模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施加工中心加工的对象加工中心加工的对象根据加工中心的工艺特点，它最适于加工形状复杂、加工内根据加工中心的工艺特点，它最适于加工形状复杂、加工内容多、精度要求高、需用多种类型的普通机床以及各种刀具容多、精度要求高、需用多种类型的普通机床以及各种刀具和夹具且需经多次装夹和调整才能完成加工的零件。加工中和夹具且需经多次装夹和调整才能完成加工的零件。加工中心的加工对象主要有以下五类。心的加工对象主要有以下五类。 1箱体类零件箱体类零件 箱体类零件一般是指具有平面和孔系，内部有型腔，在长、箱体类零件一般是指具有平面和孔系，

2、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、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。图变速箱体，机床的床头箱、主轴箱，齿轮泵壳体等。图6-1所示为控制阀壳体，图所示为控制阀壳体，图6-2所示为热电机车主轴箱体，它们所示为热电机车主轴箱体，它们都属于箱体类零件。都属于箱体类零件。下一页下一页 返回返回箱体类零件形状复杂，加工精度要求较高，通常要经过铣、箱体类零件形状复杂，加工精度要求较高，通常要经过铣、钻、扩、

3、镗、铰、锪、攻丝等工序钻、扩、镗、铰、锪、攻丝等工序(或工步或工步)加工，需要的工加工，需要的工序和刀具较多。此类零件在普通机床上加工难度大，工装套序和刀具较多。此类零件在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量次数多，换刀次数多，精度难以保证；而在加工中心上加工，次数多，换刀次数多，精度难以保证；而在加工中心上加工，一次装夹后，就可完成需多台普通机床才能完成的绝大部分一次装夹后，就可完成需多台普通机床才能完成的绝大部分工序内容，零件各项精度高，质量稳定，同时能够减少大量工序内容，零件各项精度高，质量稳

4、定，同时能够减少大量的工装，节省工时、费用，生产周期短。因此，箱体类零件的工装，节省工时、费用，生产周期短。因此，箱体类零件是加工中心的首选加工对象之一。是加工中心的首选加工对象之一。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施2.具有复杂曲面的零件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

5、普通机极高。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。图选择加工的对象。图6-3所示是轴向压缩机涡轮，它的叶面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。联动

6、的加工中心加工。 3外形不规则的异形件外形不规则的异形件异形件即外形特异的零件，如图异形件即外形特异的零件，如图6-4所示的异形支架、图所示的异形支架、图6-5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采用点、线、面多工位混合加工。异形件的总体刚性一 上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施般较差，在装夹过程中易变形，在普通机床上只能采取工序般较差，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

7、用工装较多，周期较长，而且难以保证分散的原则加工，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。示其优越性。 4模具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。常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。图图6-6所示为连杆锻压模具。这类零件的型面大多由三维曲所

8、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、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。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。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施5多孔的盘、套、板类零件多孔的盘、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、带有键槽、径向孔，

9、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。如图壳体类零件等，都适合在加工中心上加工。如图6-7所示的所示的十字盘，图十字盘，图6-8所示的板类零件。对于加工部位集中在单一所示的板类零件。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。位不位于同一方向表面上的零件，则应选择卧式加工中心。总之，对于复杂、工序多总之，对于复杂、工序多(需

10、多种普通机床以及各种刀具和夹需多种普通机床以及各种刀具和夹具具)、精度要求较高、需经多次装夹和调整才能完成加工的零、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。属表面进行表面淬火。上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七

11、：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施加工中心的工艺特点加工中心的工艺特点加工中心是备有刀库并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工中心是备有刀库并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数控机床。它突破了一台机床只能进行单工种加工的加工的数控机床。它突破了一台机床只能进行单工种加工的传统概念，集铣削、钻削、铰削、镗削、攻螺纹和切螺纹等传统概念，集铣削、钻削、铰削、镗削、攻螺纹和切螺纹等多种功能于一身，实行一次装夹，自动完成多工序的加工。多种功能于一身，实行一次装夹，自动完成多工序的加工。与普通机床加工相比，加工中心具有许多显著的工艺特点。与普通机床加工相比，加工中心具有许多显著的工艺特点。 (1)

12、加工精度高。在加工中心上加工工件，工序可以高度加工精度高。在加工中心上加工工件，工序可以高度集中，一次装夹即可加工出零件上除定位面外的大部分甚至集中，一次装夹即可加工出零件上除定位面外的大部分甚至全部表面，不仅避免了工件因多次装夹而产生的装夹误差，全部表面，不仅避免了工件因多次装夹而产生的装夹误差，而且还能获得表面间较高的相互位置精度，同时，机床的刚而且还能获得表面间较高的相互位置精度，同时，机床的刚度高、抗振性好。加工中心的控制系统多采用半闭环甚至全度高、抗振性好。加工中心的控制系统多采用半闭环甚至全闭环的补偿控制方式，有较高的定位精度和重复定位精度，闭环的补偿控制方式，有较高的定位精度和重

13、复定位精度，在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿，与普通机床在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿，与普通机床相比，能获得较高的尺寸精度。相比，能获得较高的尺寸精度。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施 (2)表面质量好。加工中心主轴的转速和各轴进给量均是表面质量好。加工中心主轴的转速和各轴进给量均是无级调速的，有的甚至具有自适应控制功能，能随刀具和工无级调速的，有的甚至具有自适应控制功能，能随刀具和工件材质及刀具参数的变化把切削参数调整到最佳值，从而提件材质及刀具参数的变化把切削参数调整到最佳值，从而

14、提高了各加工面的表面质量。高了各加工面的表面质量。 (3)质量稳定。加工中心的控制功能较多，整个加工过程质量稳定。加工中心的控制功能较多，整个加工过程都由程序自动控制，不受操作者人为因素的影响；同时，由都由程序自动控制，不受操作者人为因素的影响；同时，由于没有凸轮、靠模等传动硬件，就避免了由制造中的误差和于没有凸轮、靠模等传动硬件，就避免了由制造中的误差和使用中的磨损等因素带来的加工误差，加之具有位置补偿功使用中的磨损等因素带来的加工误差，加之具有位置补偿功能以及较高的定位精度和重复定位精度，使得加工出的零件能以及较高的定位精度和重复定位精度，使得加工出的零件尺寸的一致性较好。尺寸的一致性较好

15、。 (4)生产效率高。加工中心具有多种辅助功能，不仅可减生产效率高。加工中心具有多种辅助功能，不仅可减少多次装夹工件所需的装夹时间，其自动换刀功能还缩短了少多次装夹工件所需的装夹时间，其自动换刀功能还缩短了换刀时间。换刀时间。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施同时加工中心还能减少工件在机床与机床之间甚至车间与车同时加工中心还能减少工件在机床与机床之间甚至车间与车间之间的周转运输工作量，辅助时间明显缩短。间之间的周转运输工作量，辅助时间明显缩短。 (5)具有较强的故障自诊断功能。当加工中心在加工过程中具有较强

16、的故障自诊断功能。当加工中心在加工过程中出现偏差时，可自动修正或报警，确保零件的正常加工及加出现偏差时，可自动修正或报警，确保零件的正常加工及加工质量，使检查、调整的工作量大大减少。工质量，使检查、调整的工作量大大减少。 (6)软件适应性强。零件的每个加工内容、切削用量、工艺软件适应性强。零件的每个加工内容、切削用量、工艺参数等都可以编制到机内程序中，以软件的形式出现。其软参数等都可以编制到机内程序中，以软件的形式出现。其软件的适应性很强，可以随时修改，这给新产品试制及实行新件的适应性很强，可以随时修改，这给新产品试制及实行新的工艺流程和试验提供了极大的方便。的工艺流程和试验提供了极大的方便。

17、与普通机床相比，加工中心所用的刀具应具有更高的强度、与普通机床相比，加工中心所用的刀具应具有更高的强度、硬度和耐磨性；悬臂镗孔时，无辅助支承，刀具还应具备很硬度和耐磨性；悬臂镗孔时，无辅助支承，刀具还应具备很好的刚性；好的刚性；下一页下一页 返回返回上一页模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施加工中，切屑易堆积，甚至缠绕在工件和刀具上影响加工顺加工中，切屑易堆积，甚至缠绕在工件和刀具上影响加工顺利进行，因此需采取断屑措施并及时清理；若一次装夹完成利进行，因此需采取断屑措施并及时清理；若一次装夹完成从毛坯到成品的加工，因无消除内应力的时效工序，故可能

18、从毛坯到成品的加工，因无消除内应力的时效工序，故可能引起工件变形。即使与其他数控机床相比，加工中心也存在引起工件变形。即使与其他数控机床相比，加工中心也存在着结构较复杂、对操作者的技术水平要求高、维修管理难度着结构较复杂、对操作者的技术水平要求高、维修管理难度大等缺点。另外，加工中心的价格昂贵，一般都在几十万元大等缺点。另外，加工中心的价格昂贵，一般都在几十万元到几百万元，一次性投入较大，因此零件的加工成本较高。到几百万元，一次性投入较大，因此零件的加工成本较高。上一页上一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施零件图的工艺分析零件图的工

19、艺分析零件图的工艺分析除按第零件图的工艺分析除按第3章介绍的完整性、正确性和技术章介绍的完整性、正确性和技术要求分析外，还要选择加工内容，分析零件的结构工艺性和要求分析外，还要选择加工内容，分析零件的结构工艺性和定位基准等。定位基准等。 1选择加工中心加工的内容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、

20、最适合用加工中心加工的内容，这种表面主要有：需要、最适合用加工中心加工的内容，这种表面主要有： (1)尺寸精度或尺寸精度或(和和)相互位置精度要求较高的表面。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。进给控制困难、不便测量的非敞开的内腔型面。下一页下一页 返回返回 模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施(3)通用机床不便加工的复杂曲线、曲面。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能够集中在一次装夹中合并完成的多工序(或工步或工步)表面。表面。2加工内容的工艺性分析加工内容的工

21、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：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。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。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。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。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。零件刚性足够，以减少夹紧和切削中

22、的变形。3选择定位基准选择定位基准上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施合理选择定位基准对保证加工中心的加工精度，提高加工中合理选择定位基准对保证加工中心的加工精度，提高加工中心的生产效率有着重要的意义。因此，必须认真选择好定位心的生产效率有着重要的意义。因此，必须认真选择好定位基准。在选择定位基准时，应注意以下几点。基准。在选择定位基准时，应注意以下几点。 (1)尽量使定位基准与设计基准重合。选择设计基准作为尽量使定位基准与设计基准重合。选择设计基准作为定位基准，不仅可以避免基准不重合误差，提高零件的加工定位基

23、准，不仅可以避免基准不重合误差，提高零件的加工精度，而且还可减少尺寸链的计算，给编程带来方便。精度，而且还可减少尺寸链的计算，给编程带来方便。(2)保证在一次装夹中加工完成尽可能多的内容。要做到一保证在一次装夹中加工完成尽可能多的内容。要做到一次装夹加工出尽可能多的表面，就需认真选择定位基准和定次装夹加工出尽可能多的表面，就需认真选择定位基准和定位方式。例如加工箱体类零件，最好采用一面两孔的定位方位方式。例如加工箱体类零件，最好采用一面两孔的定位方案，以便刀具能方便地对其他表面进行加工。若零件上没有案，以便刀具能方便地对其他表面进行加工。若零件上没有合适的孔，可增设工艺孔或工艺凸台。合适的孔，

24、可增设工艺孔或工艺凸台。上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施如图如图6-9（a)所示，在加工中心上加工电动机端盖；需要所示，在加工中心上加工电动机端盖；需要 一一次安装完成所有加工端面及孔的加工，但表面上无合适的定次安装完成所有加工端面及孔的加工，但表面上无合适的定位基准，因此，可在设计毛坯时增加如图位基准，因此，可在设计毛坯时增加如图6-9(b)所示的三所示的三个工艺凸台，以便作为定位基准。个工艺凸台，以便作为定位基准。(3)必须多次装夹时应尽可能做到基准统一。如图必须多次装夹时应尽可能做到基准统一。如图6-

25、10所示所示的铣头体，其中的铣头体，其中80H7、80K6、90K6、95H7、140H7孔及孔及DE孔两端面是在卧式加工中心上加工的，孔两端面是在卧式加工中心上加工的，显然必须经两次装夹才能完成。第一次装夹加工显然必须经两次装夹才能完成。第一次装夹加工80K6、90K6、80H7孔及其两端面；第二次装夹加工孔及其两端面；第二次装夹加工140H7、95H7孔。为保证图样上所要求的相互位置精孔。为保证图样上所要求的相互位置精度，就需要用同一个定位基准。根据零件结构及技术要求，度，就需要用同一个定位基准。根据零件结构及技术要求，可选择可选择A面及面及A面上的面上的216H6孔作为一面两孔的定位基孔

26、作为一面两孔的定位基准，这样可以减少因定位基准转换而引起的定位误差。准，这样可以减少因定位基准转换而引起的定位误差。上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施(4)批量生产时的定位基准与对刀基准重合。建立工件坐标批量生产时的定位基准与对刀基准重合。建立工件坐标系使对刀基准与零件的定位基准重合，可直接按定位基准对系使对刀基准与零件的定位基准重合，可直接按定位基准对刀，减少了对刀误差。如图刀，减少了对刀误差。如图6-11所示，零件在加工中心上所示，零件在加工中心上加工加工80H7孔及孔及425H7孔时，孔时，425H7孔

27、是以孔是以80H7孔为基准的，编程原点应选在孔为基准的，编程原点应选在80H7孔中心上，孔中心上，定位基准为定位基准为A、B两面。这种加工方案虽然定位基准与编程原两面。这种加工方案虽然定位基准与编程原点不重合，但仍然能够保证各项精度的控制。反之，如果将点不重合，但仍然能够保证各项精度的控制。反之，如果将编程原点也选在编程原点也选在A、B面上面上(即即P点点)，则编程计算很烦琐，还，则编程计算很烦琐，还可能存在着尺寸链计算误差。可能存在着尺寸链计算误差。加工方法的选择加工方法的选择加工中心加工的零件表面主要是平面、平面轮廓、曲面、孔加工中心加工的零件表面主要是平面、平面轮廓、曲面、孔和螺纹等。这

28、些表面的加工方法要与其表面特征、精度及表和螺纹等。这些表面的加工方法要与其表面特征、精度及表面粗糙度要求相适应。面粗糙度要求相适应。1平面、平面轮廓及曲面的加工方法平面、平面轮廓及曲面的加工方法上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施这类表面在镗铣类加工中心上唯一的加工方法是铣削。粗铣这类表面在镗铣类加工中心上唯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即可使两平面间的尺寸精度达到ITllITl3，表面粗糙度，表面粗糙度 Ra值可达值可达12.550m。粗铣后再精铣，两平面间的尺寸。粗铣后再精铣，两平面间

29、的尺寸精度可达精度可达IT8ITl0级，表面粗糙度级，表面粗糙度Ra值可达值可达1.66.3m。 2孔加工方法孔加工方法加工中心上孔的加工方法比较多，有钻削、扩削、铰削和镗加工中心上孔的加工方法比较多，有钻削、扩削、铰削和镗削等，大直径孔还可采用圆弧插补方式进行铣削。孔的加工削等，大直径孔还可采用圆弧插补方式进行铣削。孔的加工方法所能达到的精度和表面粗糙度可参见表方法所能达到的精度和表面粗糙度可参见表3-16。具体加。具体加工方案如下：工方案如下：(1)所有孔都应全部粗加工后，再进行精加工。所有孔都应全部粗加工后，再进行精加工。上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工

30、艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施(2)毛坯上已有铸出或锻出的孔毛坯上已有铸出或锻出的孔(其直径通常在其直径通常在30mm以以上上)，一般先在普通机床上进行荒加工，直径上留，一般先在普通机床上进行荒加工，直径上留35的的余量，然后再由加工中心按粗镗余量，然后再由加工中心按粗镗半精镗半精镗孔口倒角孔口倒角精镗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、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工，但效

31、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。插补方式通过粗铣、精铣加工完成。(3)对于直径小于对于直径小于30 的孔，毛坯上一般无孔，这就需的孔，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，在钻孔前必须锪钻孔前必须锪(或铣或铣)平孔口端面，并钻出中心孔作引导孔，平孔口端面，并钻出中心孔作引导孔，即通常采用锪即通常采用锪(或铣或铣)平端面平端面钻中心孔钻中心孔钻钻扩扩孔口倒角孔口倒角铰的加工方案；铰的加工方案；上一页上一页 下一页下一页 返回返回 模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计

32、与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施有同轴度要求的小孔，须采用锪有同轴度要求的小孔，须采用锪(或铣或铣)平端面平端面钻中心孔钻中心孔钻钻半精镗半精镗孔口倒角孔口倒角精镗精镗(或铰或铰)的加工方案。孔口倒角的加工方案。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。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。小其长径比，提高加工质量。(5)

33、对于螺纹孔，要根据其孔径的大小选择不同的加工方式。对于螺纹孔，要根据其孔径的大小选择不同的加工方式。直径在直径在M6M20mm之间的螺纹孔，一般在加工中心上用之间的螺纹孔，一般在加工中心上用攻螺纹的方法加工；直径在攻螺纹的方法加工；直径在M6 mm以下的螺纹，则只在加以下的螺纹，则只在加工中心上加工出底孔，然后通过其它手段攻螺纹；直径在工中心上加工出底孔，然后通过其它手段攻螺纹；直径在M20 mm以上的螺纹，一般采用镗刀镗削而成。以上的螺纹，一般采用镗刀镗削而成。上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施加工阶段的划

34、分加工阶段的划分在加工中心上加工，加工阶段的划分主要依据工件的精度要在加工中心上加工，加工阶段的划分主要依据工件的精度要求确定，同时还需要考虑到生产批量、毛坯质量、加工中心求确定，同时还需要考虑到生产批量、毛坯质量、加工中心的加工条件等因素。的加工条件等因素。若零件已经过粗加工，加工中心只完成最后的精加工，则不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。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，粗加工通常在行过粗加工时，则应将粗、精加工分开进行，粗加工通

35、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，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，而且还可以让零件在粗加工后有一段自然时效过程，上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施以消除粗加工产生的残余应力，恢复因切削力、夹紧力引起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，必要时还可以安排的弹性变形以及由

36、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。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

37、件，可采取相应的工艺措施，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。紧力将零件夹紧，最后再进行精加工。上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施加工顺序的安排加工顺序的安排在加工中心上加工零件，一般都有多个工步，使用多把刀具，在加工中心上加工零件，一般都有多个工步

38、，使用多把刀具，因此加工顺序安排得是否合理直接影响到加工精度、加工效因此加工顺序安排得是否合理直接影响到加工精度、加工效率、刀具数量和经济效益。率、刀具数量和经济效益。(1)在安排加工顺序时同样要遵循在安排加工顺序时同样要遵循“基面先行基面先行”、“先面后先面后孔孔”、“先主后次先主后次”及及“先粗后精先粗后精”的一般工艺原则。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，

39、又可位基准。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。大致顺序。 上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施(3)确定加工中心的加工顺序时，还先要明确零件是否要进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。若毛坯精度行加工前的预加工。预加工常由普通机床完成

40、。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。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

41、非加工面上增加适当的是非加工面，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预加工面在内的所有加工内容 上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心

42、加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施夹具的选择和工件装夹夹具的选择和工件装夹前面已经分析了在加工中心上加工时如何选择定位基准的问前面已经分析了在加工中心上加工时如何选择定位基准的问题，因此，确定工件的装夹方案时，只需根据已选定的定位题，因此，确定工件的装夹方案时，只需根据已选定的定位基准和需要加工的表面确定工件的定位夹紧方式，并选择适基准和需要加工的表面确定工件的定位夹紧方式，并选择适当的夹具。当的夹具。1夹具的选择夹具的选择1)对夹具的基本要求对夹具的基本要求加工中心加工所使用的夹具，一般要求比普通机床夹具的结加工中心加工所使用的夹具，一般要求比普通机床夹具的结构更紧

43、凑、简单和可靠，夹紧准确、迅速，操作方便、安全，构更紧凑、简单和可靠，夹紧准确、迅速，操作方便、安全，并保证足够的刚性。同时，还要注意以下几点：并保证足够的刚性。同时，还要注意以下几点：(1)加工部位要尽量敞开。为方便加工，本工序的所有待加加工部位要尽量敞开。为方便加工，本工序的所有待加工表面应该显露在外，任何夹具元件夹紧后不能与刀具运动工表面应该显露在外，任何夹具元件夹紧后不能与刀具运动轨迹发生干涉。图轨迹发生干涉。图6-12所示为一箱体零件，可利用其内部所示为一箱体零件，可利用其内部空间来安排夹紧机构，将其加工表面敞开。空间来安排夹紧机构，将其加工表面敞开。上一页下一页返回上一页下一页返回

44、模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施又如图又如图6-13所示，用立铣刀铣削零件的六边形，若用压板所示，用立铣刀铣削零件的六边形，若用压板机构压住工件的机构压住工件的A面，则压板可能与铣刀发生干涉；若按图面，则压板可能与铣刀发生干涉；若按图示方式夹压示方式夹压B面，就不会影响刀具进给。如果夹具的定位和面，就不会影响刀具进给。如果夹具的定位和夹紧要全部敞开加工部位确有困难，则可以通过减少加工表夹紧要全部敞开加工部位确有困难，则可以通过减少加工表面来留出定位夹紧元件的空间。面来留出定位夹紧元件的空间。(2)夹具应能在机床上实现定向安装。为保持零件安装方

45、位夹具应能在机床上实现定向安装。为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，同时还要求能使零件定位面与机床之机床上实现定向安装，同时还要求能使零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。间保持一定的坐标联系。(3)在加工过程中无需更换夹紧点。为确保加工精度，应尽在加工过程中无需更换夹紧点。为确保加工精度，应尽量做到在加工过程中不要更换夹紧点，若非更换不可，也不量做到在加工过程中不要更换夹紧点，若非更换不可，也不能影响：和破坏夹具和工件的定位精度等。能影响：和破坏夹具和工件的定位精度等。上一页下一页返回

46、上一页下一页返回 模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施(4)装卸使用方便。由于加工中心效率高，装夹工件的辅助装卸使用方便。由于加工中心效率高，装夹工件的辅助时间对加工效率影响较大，因而要求与之配套的夹具在使用时间对加工效率影响较大，因而要求与之配套的夹具在使用中也要装卸快而方便，以便尽可能地缩短辅助时间。中也要装卸快而方便，以便尽可能地缩短辅助时间。2)常用夹具常用夹具 加工中心常用的夹具包括通用夹具、组合夹具和专用夹具等。加工中心常用的夹具包括通用夹具、组合夹具和专用夹具等。(1)通用夹具，即可装夹各种零件的机床附件和装夹元件，通用夹具，即可装

47、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。图如三爪卡盘、分度头及各种台钳等。图6-14所示为数控气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，可完成位分度，可完成5整数倍的垂直整数倍的垂直(或水平或水平)回转坐标的分度。回转坐标的分度。图图6-15所示为数控回转台所示为数控回转台(座座)，一次安装工件，可从四面，一次安装工件，可从四面甚至五面加工坯料。甚至五面加工坯料。上一页下一页返回上一页下一页返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施图图6-1

48、5(a)可进行四面加工；图可进行四面加工；图6-15(b)、图、图6-15(c)可可进行圆柱凸轮的空间成型面和平面凸轮加工；图进行圆柱凸轮的空间成型面和平面凸轮加工；图6-15(d)为为双回转台，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。个方向进行加工。 (2)组合夹具，即由一套已经标准化的结构及元件按加工需组合夹具，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。组合夹具具有槽系组合夹具和孔系组合要组合而成的夹具。组合夹具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，而孔系组合夹具夹具，槽系组合夹具

49、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有精度高、刚性好、易组装，可方便地提供数控编程原点(工工件坐标系原点件坐标系原点)等优点，因而在数控加工特别是在等优点，因而在数控加工特别是在FMS(柔性柔性加工系统加工系统)中得到广泛应用。图中得到广泛应用。图6-16所示是孔系组合夹具在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

50、担，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，从而提高了缩短了加工系统的辅助时间，从而提高了FMS的生产率。的生产率。上一页下一页返回上一页下一页返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施(3)(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。计的夹具。2. 2. 确定工件在工作台上的最佳位置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，应注意选择零件等问

51、题，应注意选择零件( (包括夹具包括夹具) )在工作台上的最佳位置。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。而对于单工位间部位。而对于单工位( (如图如图6-176-17中件中件1 1上的上的A A面面) )或相邻两工或相邻两工位位( (如图如图6-176-17中件中件2 2上的上的B B、C C

52、两面两面) )加工，将零件靠工作台一侧加工，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。刚性得以提高，进而有利于提高工件的加工精度。 上一页下一页返回上一页下一页返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施刀具的选择刀具的选择加工中心的刀具由成品刀具和标准刀柄组成。其中成品刀具加工中心的刀具由成品刀具和标准刀柄组成。其中成品刀具部分与通用刀具相同，如铣刀、钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀、部分与通用刀具相同，如铣刀、钻头、扩孔钻、铰刀、镗

53、刀、丝锥等。标准刀柄是加工中心必备的辅具，刀柄和机床的主丝锥等。标准刀柄是加工中心必备的辅具，刀柄和机床的主轴孔相对应。加工中心的刀柄已经系列化和标准化，其锥柄轴孔相对应。加工中心的刀柄已经系列化和标准化，其锥柄和机械手抓卸部分都已有相应的标准。和机械手抓卸部分都已有相应的标准。成品刀具中加工型面用的各种铣刀已在第成品刀具中加工型面用的各种铣刀已在第5章中作了叙述，章中作了叙述，这里只介绍孔加工的方法及其刀具选择。这里只介绍孔加工的方法及其刀具选择。圆柱孔加工的方法主要有钻孔、扩孔、锪孔、镗孔、铰孔、圆柱孔加工的方法主要有钻孔、扩孔、锪孔、镗孔、铰孔、挤孔磨孔以及电加工、激光加工孔等，所使用的

54、刀具主要是挤孔磨孔以及电加工、激光加工孔等，所使用的刀具主要是钻头钻头(如中心钻、普通麻花钻和深孔钻、扁钻及套料钻等如中心钻、普通麻花钻和深孔钻、扁钻及套料钻等)、扩孔钻、锪钻、镗刀、铰刀以及挤柱等。扩孔钻、锪钻、镗刀、铰刀以及挤柱等。上一页下一页返回上一页下一页返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施孔加工用刀具的选择与普通加工中刀具的选择方法基本相同，孔加工用刀具的选择与普通加工中刀具的选择方法基本相同，但由于加工中心具有多种特殊性能，因而使部分孔加工方法但由于加工中心具有多种特殊性能，因而使部分孔加工方法及其刀具选择仍有一些区别，现将较特殊

55、部分的有关内容简及其刀具选择仍有一些区别，现将较特殊部分的有关内容简述如下。述如下。1钻孔刀具及其选择钻孔刀具及其选择 钻孔的刀具较多，主要有麻花钻、浅孔钻及扁钻等。在加工钻孔的刀具较多，主要有麻花钻、浅孔钻及扁钻等。在加工中心上钻孔，用得最多的是麻花钻。麻花钻有高速钢和硬质中心上钻孔，用得最多的是麻花钻。麻花钻有高速钢和硬质合金两种。合金两种。1)麻花钻的组成麻花钻的组成麻花钻主要由工作部分、颈部和柄部组成，如图麻花钻主要由工作部分、颈部和柄部组成，如图6-18所示。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

56、部有直柄和莫氏锥柄两种，用于定心夹持削方向的作用；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。和传递扭矩；颈部标有规格大小和商标。上一页下一页返回上一页下一页返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施麻花钻切削部分由两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃麻花钻切削部分由两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃组成；导向部分由两条对称的螺旋槽和刃带组成；两个螺旋组成；导向部分由两条对称的螺旋槽和刃带组成；两个螺旋槽是切屑流经的表面，为前刀面；与工件过渡表面槽是切屑流经的表面，为前刀面；与工件过渡表面(即孔底即孔底)相对的端部两

57、曲面为主后刀面；与工件已加工表面相对的端部两曲面为主后刀面；与工件已加工表面(即孔壁即孔壁)相对的两条刃带为副后刀面。前刀面与主后刀面的交线为主相对的两条刃带为副后刀面。前刀面与主后刀面的交线为主切削刃，前刀面与副后刀面的交线为副切削刃，两个主后刀切削刃，前刀面与副后刀面的交线为副切削刃，两个主后刀面的交线为横刃。面的交线为横刃。2)麻花钻切削部分的主要几何角度麻花钻切削部分的主要几何角度 (1)顶角顶角(2)，即两主切削刃之间的夹角。顶角的大小主，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。顶角要影响钻头的强度和轴向阻力。顶角2越大，麻花钻的强越大，麻花钻的强度越大，但

58、切削时的轴向力也越大。减小顶角度越大，但切削时的轴向力也越大。减小顶角2会增大主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，容易切人工件。切削轴向切削分力减小，容易切人工件。上一页下一页返回上一页下一页返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施但过小的顶角会使钻头的强度降低，因此，顶角应根据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材料来选择，较软材料可用较小的2。标准麻花钻的顶角。标准麻花钻的顶角2=118土土

59、2。(2)前角。由于前刀面是螺旋面前角。由于前刀面是螺旋面(曲面曲面)，因而主切削刃上各，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，约为点的前角是变化的：钻头外径边缘处前角最大，约为30左左右，自外缘向中心逐渐减小，到钻头半径处前角为零，再往右，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内前角为负，靠近横刃处前角约为-30，横刃上的前角为，横刃上的前角为-50-60旷，即前角内小大。旷，即前角内小大。(3)后角。由于后刀面也是曲面，因而主刃上各点的后角也后角。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，在外缘处最小不相

60、等，它与前角恰恰相反，在外缘处最小(814)，愈近中心愈大，即后角内大外小。钻心处的后角约为愈近中心愈大，即后角内大外小。钻心处的后角约为 2026，横刃处约为，横刃处约为3036。上一页上一页 下一页下一页 返回返回模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施模块七：壳体数控加工中心加工工艺设计与实施(4)(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刃斜角，标准麻花钻的横刃斜角为为50505555。横刃斜角。横刃斜角愈小，横刃就愈长。横刃太长则钻削时轴向力增大，对钻削愈小，横刃就愈长。横刃太长则钻削时轴向