《数控加工工艺》-项目四加工中心加工工艺

课题一加工中心概述

一、加工中心的类型1.按照机床主轴布局形式的不同分类按照机床主轴布局形式的不同可分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心、复合加工中心四种。

(1)立式加工中心立式加工中心指主轴轴心线设置在垂直状态的加工中心，如图4一1所示。立式加工中心装夹工件方便，便于操作，找正容易，宜于观察切削情况，占地面积小，应用广泛。但它受立柱高度及自动换刀系统的限制，不能加工太高的工件，也不适于加工箱体。下一页返回课题一加工中心概述

(2)卧式加工中心卧式加工中心指主轴轴心线设置在水平状态的加工中心，如图4一2所示。一般情况下，卧式加工中心比立式加工中心复杂，占地面积大，有能精确分度的数控回转工作台，可实现对零件的一次装夹多工位加工，适合于加工箱体类零件及小型模具型腔。但调试程序及试切时不宜观察，生产时不易监视，装夹不便，测量不便，加工深孔时切削液不易到位(若没有内冷却钻孔装置)。由于诸多不便，卧式加工中心准备时间比立式加工中心准备时间更长，但加工数量越多，其多工位加工、主轴转速高、机床精度高的优势就表现得越明显，所以卧式加工中心适合于批量加工。下一页上一页返回课题一加工中心概述

(3)龙门式加工中心龙门式加工中心形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直设置，带有自动换刀装置，数控装置的软件功能也较齐全，具有可移动的龙门框架、主轴头装在龙门框架上。龙门式加工中心更适宜于加工大型复杂的工件。龙门式加工中心如图4一3所示。

(4)复合加工中心立卧两用加工中心具有立式和卧式加工中心的功能。分主轴旋转和工作台旋转两种类型的复合加工中心。图4一4所示立卧式加工中心是利用铣头的立卧转换机构实现从立式加工方式转换为卧式加工方式或从卧式加工方式转换为立式加工方式。立卧式加工中心有立式加工中心、卧式加工中心的特点。下一页上一页返回课题一加工中心概述

2.按换刀形式分类(1)带刀库、机械手的加工中心(2)无机械手的加工中心(3)刀库转塔式加工中心二、加工中心特点加工中心具有全封闭防护;工序集中，加工连续进行;使用多把刀具，自动进行刀具交换;使用多个工作台，自动进行工作台交换;功能强大，趋向复合加工;高自动化、高精度、高效率、高投人;在适当的条件下刁‘能发挥最佳效益等特点下一页上一页返回课题一加工中心概述

三、加工中心主要加工对象加工中心适宜加工形状复杂、加工内容多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多的工艺装备，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。主要的加工对象有下列几种。1.既有平面又有孔系的零件加工中心具有自动换刀装置，在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削、孔系的钻削、撞削、铰削、铣削及攻螺纹等多工步加工。加工的部位可以在一个平面上，也可以在不同的平面上。五面体加工中心一次安装可以完成除装夹面以外的五个面的加工。因此，既有平面又有孔系的零件是加工中心的首选加工对象，这类零件常见的有箱体类零件和盘、套、板类零件。下一页上一页返回课题一加工中心概述

2.复杂曲面类零件主要表面是由复杂曲线、曲面组成的零件，加工时常采用加工中心多坐标联动加工。常见的典型零件有以下几类:(1)凸轮类零件这类零件有各种曲线的盘形凸轮(如图4-7所示)、圆柱凸轮、圆锥凸轮和端面凸轮等，加工时，可根据凸轮表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴联动的加工中心。

(2)整体叶轮类整体叶轮常见于航空发动机的压气机、空气压缩机、船舶水下推进器等，它除具有一般曲面加工的特点外，还存在许多特殊的加工难点，如通道狭窄，刀具很容易与加工表面和邻近曲面产生干涉。图4一8所示的叶轮，它的叶面是一个典型的三维空间曲面，加工这样的型面，可采用四轴以上联动的加工中心。下一页上一页返回课题一加工中心概述

(3)模具类常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。采用加工中心加工模具，由于工序高度集中，动模、静模等关键件的精加工基本上是在一次安装中完成全部机加工内容，尺寸累积误差及修配工作量小。同时，模具的可复制性强，互换性好。3.外形不规则零件异形零件(如图4一10所示)是外形不规则零件，如支架、拨叉这一类外形不规则的零件，大多要点、线、面多工位混合加工。由于外形不规则，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。利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，可以完成大部分甚至全部工序内容。下一页上一页返回课题一加工中心概述

4.周期性投产的零件5.加工精度要求较高的中小批量零件6.新产品试制中的零件四、加工中心主要技术参数①工作台尺寸、工作台承重、交换时间。②坐标行程、摆角范围。③主轴转速范围、功率，主轴孔锥度④刀库容量、换刀时间、最大刀具尺寸及最大刀具重量、⑤交换工作台尺寸、数量、交换时间下一页上一页返回课题一加工中心概述

⑥定位精度、重复定位精度。⑦快速进给速度、切削进给速度。⑧外形尺寸。⑨净重。五、加工中心的结构1.加工中心的基本组成加工中心一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自动换刀装置、辅助系统(气液、润滑、冷却)、控制系统等组成同类型加工中心的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上有区别。下一页上一页返回课题一加工中心概述

2.自动换刀装置(ATC)

自动换刀装置用来交换主轴与刀库中的刀(工)具。①对自动换刀装置的要求。即要求刀库容量适当;换刀时间短;换刀空间小;动作可靠、使用稳定;刀具重复定位精度高;刀具识别准确等。②刀库。在加工中心上使用的刀库主要有两种:一种是盘式刀库;另一种是链式刀库。盘式刀库刀库容量相对较小，一般在1~24把刀具，主要适用于小型加工中心;链式刀库刀库容量大，一般在1~100把刀具，主要适用于大中型加工中心。③换刀方式。换刀方式常用的有机械手换刀和主轴换刀，如图4一12所示。下一页上一页返回课题一加工中心概述

3.工作台自动交换装置(APC)①工作台自动交换装置(APC)的作用可携带工件在工位及机床之间转换，减小定位误差，减少装夹时间，提高加工精度及生产效率。②对工作台自动交换装置的要求工作台数量适当;交换时间短;交换空间小;动作可靠、使用稳定;工作台重复定位精度高。③工作台自动交换装置的类型工作台自动交换装置有回转交换式和移动交换式两种，如图4一13所示。下一页上一页返回课题一加工中心概述

4.对刀装置对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置，是数控加工中最重要的操作内容，其准确性将直接影响零件的加工精度。对刀根据现有条件和加工精度要求选择对刀方法，可采用试切法、寻边器对刀、机内对刀仪对刀、自动对刀等。其中试切法对刀精度较低，加工中常用寻边器和Z向设定器对刀，效率高，能保证对刀精度。常用的对刀工具有寻边器、Z向设定器、机内对刀仪以及刀具预调仪。上一页返回课题二加工中心加工工艺方案的制定一、零件的加工工艺介析零件的加工工艺分析是制定加工中心加工工艺的首要工作。其任务是分析零件图的完整性、正确性和技术要求、选择加工内容、分析零件的结构工艺性和定位基准等。1.加工中心加工内容的选择加工内容选择是指选定了适合加工中心加工的零件之后，选择零件上适合加工中心加工的表面。这种表面通常是:①尺寸精度要求较高的表面。②相互位置精度要求较高的表面。③不便于普通机床加工的复杂曲线、曲面。④能够集中加工的表面。下一页返回课题二加工中心加工工艺方案的制定2.零件结构的工艺性分析从机械加工的角度考虑，在加工中心上加工的零件，其结构工艺性应具备以下几点要求。①零件的切削加工量要小，以便减少加工中心的切削加工时间，降低零件的加工成本。②零件上光孔和螺纹的尺寸规格尽可能少，减少加工时钻头、铰刀及丝锥等刀具的数量，以防刀库容量不够。③零件尺寸规格尽量标准化，以便采用标准刀具。④零件加工表面应具有加工的方便性和可能性。⑤零件结构应具有足够的刚性，以减少夹紧变形和切削变形。下一页上一页返回课题二加工中心加工工艺方案的制定二、零件的工艺设计设计加工中心加工的零件的工艺主要从精度和效率两方面考虑。在保证零件质量的前提下，要充分发挥机床的加工效率。工艺设计的内容主要包括以下几个方面。1.加工方法的选择加工中心加工零件的表面不外乎平面、平面轮廓、曲面、孔和螺纹等。所选加工方法要与零件的表面特征、所要求达到的精度及表面粗糙度相适应。平面、平面轮廓及曲面在撞铣类加工中心上采用铣削方式加工。孔加工方法比较多，有钻削、扩削、铰削和撞削等。下一页上一页返回课题二加工中心加工工艺方案的制定2.加工阶段的划分在加工中心上加工的零件，其加工阶段的划分主要根据零件是否已经过粗加工、加工质量要求的高低、毛坯质量的高低以及零件批量的大小等因素确定。若零件已在其他机床上经过粗加工，加工中心只是完成最后的精加工，则不必划分加工阶段。对加工质量要求较高的零件，若其主要表面在上加工中心加工之前没有经过粗加工，则应尽量将粗、精加工分开进行。使零件粗加工后有一段自然时效过程，以消除残余应力和恢复切削力、夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形，必要时还可以安装人工时效处理，最后通过精加工消除各种变形。对加工精度要求不高，而毛坯质量较高，加工余量不大，生产批量很小的零件或新产品试制中的零件，利用加工中心的良好的冷却系统，可把粗、精加工合并进行。但粗、精加工应划分成两道工序分别完成。下一页上一页返回课题二加工中心加工工艺方案的制定3.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，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。在安排加工顺序时同样要遵循“基面先行”、“先粗后精”、“先主后次”及“先面后孔”的一般工艺原则。4.进给路线的确定

(1)孔加工时进给路线的确定孔加工时，一般是首先将刀具在XY平面内快速定位运动到孔中心线的位置上，然后刀具再沿Z向(轴向)运动进行加工。所以孔加工进给路线的确定包括:1)确定XY平面内的进给路线。①定位要迅速。②定位要准确。下一页上一页返回课题二加工中心加工工艺方案的制定2)确定Z向(轴向)的进给路线。刀具在轴向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。刀具先从初始平面快速运动到距工件加工表面一定距离的R平面(距工件加工表面一切人距离的平面)上，然后按工作进给速度运动进行加工。图4一22(a)所示为加工单个孔时刀具的进给路线。对多孔加工，为减少刀具空行程进给时间，加工中间孔时，刀具不必退回到初始平面，只要退到R平面上即可，其进给路线如图4一22(b)所示。

(2)铣削加工时进给路线的确定铣削加工进给路线比孔加工进给路线要复杂些，因为铣削加工的表面有平面、平面轮廓、各种槽及空间曲面等，表面形状不同，进给路线也就不一样。但总的可分为切削进给和Z向快速移动进给两种路线。切削进给路线已在前面详细介绍过，那里介绍的铣削加工进给路线对加工中心铣削加工同样适用，因此，不再重复下一页上一页返回课题二加工中心加工工艺方案的制定三、刀具下刀、进退刀方式的确定1.刀具下刀方式2.刀具的进退刀方式

Z轴下刀方式，如图4一23所示。进退刀方式在铣削加工中是非常重要的，二维轮廓的铣削加工常见的进退刀方式有垂直进刀、侧向进刀和圆弧进刀方式。如图4一24所示。垂直进刀路径短，但工件表面有接痕，常用于粗加工;侧向进刀和圆弧进刀，工件加工表面质量高，多用于精加工。上一页返回课题三加工中心典型零件的加工工艺一、综合零件的数控加工工艺完成如图4一31所示工件的数控加工工艺零件材料:45钢，加工数量:500件1.零件加工工艺分析2.刀具及切削用量选择3.加工工艺编制4.编制加工中心数控加工工序卡片下一页返回课题三加工中心典型零件的加工工艺二、异形件的数控枕利工艺介析