教学材料《数控加工》-第五章

5.1概述5.1.1加工中心的工艺特点1.加工精度高数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量普遍达到了0.001mm，而且进给传动链的反向间隙、丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到较高的加工精度。2.表面质量好加工中心主轴转速极高，最高转速一般在5000r/min以上，部分高档加工中心转速可达10000r/min，同时加工中心主轴转速和各轴进给量均能实现无级调速，甚至具有下-页

返回5.1概述自适应控制功能，能随刀具和工件材质及刀具参数的变化，把切削参数调整至最佳，最大限度地优化各加工表面质量。3.生产效率高零件加工所需要的时间包括机动时间和辅助时间两部分，加工中心可有效地减少这两部分时间。首先，加工中心主轴转速和进给量的调节范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许加工中心进行大切削量的强力切削，有效地节省了机动时间。其次，加工中心移动部位的快速移动和定位均采用了加速和减速措施，选用了很高的空行程运动速度，消耗在快进、快退和定位的时间要比一般机床少得多。再次，上-页

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返回5.1概述加工中心更换待加工零件，几乎不需要重新调整机床，零件安装在简单的定位夹紧装置中，用于停机进行零件安装调整的时间可以大大节省。最后，加工中心加工工件时，工序高度集中，减少了大量半成品的周转时间，进一步提高了加工生产率。4.工艺适应性强加工中心加工工件的信息可以由一些外部设备提供，如软盘、光盘、USI3接日介质等，或者由计算机直接在线控制(DNC)。当加工对象改变时，除了更换相应的刀具和解决毛坯装夹方式外，只需要调整NC程序，缩短了生产准备周期，而且节约了大量工艺装备费用，给新产品试制、实行新的工艺流程和试验提供了方便。上-页

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返回5.1概述5.劳动强度低，工作条件好加工中心不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度较低;同时加工中心的结构均采用全封闭的设计，操作者可在外部进行监控;切屑、冷却液等对工作环境的影响微乎其微，劳动条件好。6.良好的经济效益使用加工中心加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较品贵的，但在单件、小批量生产情况下，可以节省许多其他费用;因此也能获得良好的经济效益。上-页

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返回5.1概述27.有利于生产管理的现代化当然，加工中心的应用也还存在一定的局限性。如加工中心加工工序高度集中，无时效处理，工件加工后有一定的残余内应力;设备品贵、初期投入大;设备使用维护费用高，对管理及操作人员专业索质要求较高等。因此，应科学地选择和使用加工中心，使企业获得最大的经济效益图5-2所示的是加工中心结构图。5.1.2加工中心的主要加工对象1.既有平面又有孔系的零件上-页

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返回5.1概述(1)箱体类零件。箱体类零件很多。图5-3、图5-4所示是常见的几种箱体类零件。箱体类零件一般都要进行多工位孔系及平面加工，精度要求较高，特别是形状精度和位置精度要求较严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、攻螺纹等工步。需要刀具较多，在普通机床上加工难度大;工装套数多，需多次装夹找正;手工测量次数多，精度不易保证。在加工中心上一次安装可完成普通机床的60%-95%的工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，生产周期短。

(2)盘、套、板类零件。这类零件断面上有平面、曲面和孔系，径向也常分布一些径向孔，如图5-5所示。加工部位集中在单一端面上的盘、套、板类零件官’选择立式加工中心;加工部位不是位于同一方位表面上的零件官’选择卧式加工中心。上-页

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返回5.1概述2.结构形状复杂、普通机床难加工的零件

(1)凸轮类。这类零件有各种曲线的盘形凸轮、圆形凸轮、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。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，它除了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。如图5-6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，可采用四轴以上联动的加工中心。上-页

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返回5.1概述(3)模具类。,见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。图5-7所示是连杆锻压模具。采用加工中心加工模具，由于工序高度集中，上、下模的关键件的精加工基本上是在一次安装中完成全部机械加工内容，尺寸累计误差及修配量小。同时，模具的可修复性强，互换性好。3.外形不规则的异形零件异形零件指支架、拨又一类外形不规则的零件，如图5-8所示。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。上-页

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返回5.1概述4.加工精度要求较高的中小批量零件针对加工中心加工精度高、尺寸稳定的特点，对加工精度要求较高的中、小批量零件，选择加工中心加工，容易获得所要求的尺寸精度和形状位置精度，并可得到很好的互换性。5，新产品试制中的零件在新产品定型之前，需经反复试验和改进。选择加工中心试制，可省去许多通用机床加工所需的试制工装。当零件被修改时，只需修改相应的程序及适当地调整夹具、刀具，节省了费用，缩短了试制周期。上-页

返回5.2加工中心加工工艺的制定5.2.1加工中心加工内容的选择

(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5.2.2零件的工艺分析

1.零件图样的工艺分析

(1)零件图的完整性、正确性。零件视图应正确、完整及表达清楚，尺寸与形位公差标注准确;分析在加工中心上加工的零件部位在各个方向上是否有一个统一的设计基准，从而简化编程，保证零件图的设计精度要求下-页

返回5.2加工中心加工工艺的制定(2)零件的技术要求。零件的技术要求主要指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理要求等。要根据零件在产品中的功能，研究分析零件与部件或产品的关系，从而明确零件的加工质量对整个产品质量的影响，并确定零件关键加工部位和精度要求较高的加工表面等。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;上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定(2)零件上光孔和螺纹的尺寸规格应尽可能的少，以减少加工时钻头、铰刀及丝锥等刀具的数量，避免刀库容量不足;(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。5.2.3加工中心的选用

1.加工中心类型的选择

(1)立式加工中心适用于单工位加工的零件，如箱盖、端盖和平面凸轮等;上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定(2)卧式加工中心适用于多工位加工和位置精度要求较高的零件，如箱体、泵体、阀体和壳体等;(3)当工件的位置精度要求较高时，‘自’选用卧式加工中心，若采用卧式加工中心，在一次装夹中不能完成多工位加工以保证位置精度要求时，则可选用五面加工中心;(4)当工件尺寸较大一般立柱式加工中心的工作范围不足时，则应选用龙门式加工中心。

2，加工中心规格的选择选择加工中心规格需要考虑的主要因索有工作台的大小、坐标轴的数量、各坐标行程及主电动机的功率等上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定(1)工作台规格的选择所选工作台的台面应略大于零件的尺寸，以便安装夹具

(2)加工范围的选择主要考虑加工中心各坐标的行程

(3)机床主轴功率及扭矩选择。主轴电动机功率及扭矩反映了机床的切削效率和切削刚性。加工中心一般都配置功率较大的交流或直流调速电动机，调速范围较宽，可满足高速切削的要求。但在用大直径盘铣刀铣削平面和粗镗大孔时，转速较低，输出功率较小，扭矩受限制;因此，必须对低速转矩进行校核。3.加工中心精度的选择根据零件关键部位的加工精度来选择加工中心的精度等级。上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定4.加工中心功能的选择选择加工中心时主要考虑以下几项功能:(1)数控系统功能。

(2)坐标轴控制功能。

(3)工作台自动分度功能。5.刀库容量的选择通常根据零件的工艺分析，算出工件一次安装所需刀具的数量来确定刀库的容量。刀库容量需留有余地，但不官’太大。因大容量刀库成本和故障率高，结构和刀库管理复杂。一般来说，在立式加工中心上选用20把左右刀具容量的刀库，在卧式加工中心上选择40把左右刀具容量的刀库即可满足使用要求。上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定6.刀柄的选择有关刀柄的选择详见第二章第2，3节内容7.刀具预调仪的选择选择刀具预调仪必须根据零件加工精度来考虑。预调仪测得的刀具尺寸是在没有承受切削力的静态下测得的，与加工后的实际尺寸不一定相同。加工过程中要经过试切或现场修调刀具为了提高刀具预调仪的利用率，多台机床可共用一台刀具预调仪。5.2.4加工中心加工零件的工艺设计1.加工方法的选择上-页

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平面、平面轮廓及曲面在镗铣类加工中心上唯一的加工方法是铣削。孔加工方法比较多，如钻削、扩削、铰削和镗削等。

(1)对于直径大于30mm的已铸出或锻出毛坯孔的孔加工一般采用“‘粗镗一半精镗一孔日倒角一精镗”的加工方案;孔径较大的可采用立铣刀粗铣一精铣加工方案。

(2)对于直径小于30mm的无毛坯孔的孔加工，通常采用“緫平端面一打中心孔一钻一扩一孔口倒角一铰”的加工方案。

(3)螺纹的加工根据孔径的大小一般情况下，螺纹M6~M20，采用攻螺纹的加工方法;M6以下，在加工中心上完成底孔加工，通过其他手段攻螺纹，因为在加工中心上攻螺纹上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定不能随机控制加工状态，小直径丝锥容易折断;M20以上的螺纹，可采用镗刀片镗削加工。2.加工阶段的划分对加工质量要求较高的零件，若其主要表面直接在加工中心上进行粗加工，则在加工中心上应尽量将粗、精加工分开进行。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由于切削力、夹紧力引起的弹性变形，切削热引起的热变形，必要时还可以安排人工时效处理，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，利用加工中心良好上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定的冷却系统，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。3.加工顺序的安排要遵循“‘基准先行”、“‘先主后次”、“‘先面后孔”“‘先粗后精”的一般工艺原则，此外还应考虑以下几点:(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位和夹紧;(2)先内后外原则，即先进行内腔内形加工工序，后进行外形加工工序;(3)减少换刀次数，节省辅助时间。所示每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序。上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定4.装夹方案的确定和夹具的选择根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的定位夹紧方式，选择合适的夹具。如图5-9所示的是几种常见的加工中心用夹具，如图5-10所示的是组合夹具此时，主要考虑以下几点:(1)夹紧机构或其他兀件不得影响进给，加工部位要敞开。(2)必须保证最小的夹紧变形。(3)装卸方便，辅助时间尽量短。(4)对小型零件或工序不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率。

(5)夹具结构应力求简单。上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定(6)夹具应便于与机床工作台面及工件定位面间的定位连接。5.刀具的选择刀具的选择详见第二章相关内容5.2.5加工中心加工进给路线的确定1.孔加工进给路线的确定孔加工时一般是首先将刀具在X-Y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向运动进行加工所以，孔加工进给路线的确定包括:(1)确定X-Y平面内的进给路线。刀具在X-Y平面内的运动属于点位运动，确定进给路线时，主要考虑定位迅速和定位准确。上-页

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定位迅速就是在刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程时间尽可能短。例如加工图5-13(a)所示的零件。按图5-13(b)所示进给路线比按图5-13(c)所示进给路线节省定位时间。定位准确就是安排进给路线时，要避免机械进给系统反向间隙对孔定位精度的影响。例如镗削图5-14(a)所示零件上的四个孔。

(2)刀具在Z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移动到距工件加工表面一定距离的R面上，然后按工作进给速度运动进行加工。如图5-15(a)所示为加工单个孔时刀具的进给路线，对多孔加工，为上-页

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返回5.2加工中心加工工艺的制定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5-15(b)所示。在工作进给路线中，工作进给距离ZF包括被加工孔的深度H、刀具的切入距离Za、切出距离Zo(加工通孔)，如图5-16所示。2.铣削加工时进给路线的确定

(1)铣削开日不通槽时。铣刀在Z向可直接快速移动到位，不需工作进给，如图5-17(a)所示。上-页

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(2)铣削封闭槽(如键槽)时，铣刀需有一切入距离，先快速移动到距工件表面一定高的位置，然后以工作进给速度进给至铣削深度，如图5-17(b)所示。

(3)铣削轮廓及通槽时，铣刀需有一定的切出距离，可直接快速移动到距工件表面一定切出距离的位置，然后再以工作进给速度进行切削，如图5-17(c)所示。5.2.6加工中心切削用量的选择切削用量可根据第四章相关内容，并结合经验确定。表5-3,表5-4,表5-5,表5-6列出了部分孔加丁切削用量选择经验值，供选择时参考。上-页

返回5.3典型零件的加工中心工艺分析与设计5.3.1模具零件加工中心的加工工艺1.零件图样分析该零件材料为铸件HT200，上、下底面(A基准)、外轮廓(四个侧面)在普通铣床上已加工完毕。上表面对A基准平行度要求0，025，2-Φ10孔对A基准的垂直度要求0.025,Φ10,Φ20圆台及其高度均有较高的公差要求，加工面粗糙度全部Ral.6。从工序集中和便于定位两个方面考虑，选择八面及周边作为定位基准，并在前道工序中先加工好。2.选择加工中心下-页

返回5.3典型零件的加工中心工艺分析与设计

由于八面及周边已加工完毕，本次加工只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。根据加工部位，有粗铣、精铣、钻、惚、铰等工步，所需刀具不超过20把。选用国产XH712或VTC-16A立式加工中心即可满足上述要求。3.工艺设计

(1)选择加工方法及刀具。大平面采用Φ50端铣刀加工，因其表面粗糙度Ra值为1.6μm，采用粗铣一精铣方案;两90°三角槽,2-10斜槽、两环形凸台及两圆凸台采用φ10硬质合金立铣刀加工，采用粗铣一精铣方案;2-φ10孔，为防止钻偏和达到IT8级精度、表面Ral.6，按钻中心孔一钻孔一铬孔日一铰孔方案进行。上-页

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返回5.3典型零件的加工中心工艺分析与设计(2)确定加工顺序。按照先面后孔、先粗后精的原则确定。具体加工顺序为粗、精铣大台阶面;粗、精铣两90°三角槽,2-10斜槽、两环形凸台及两圆形凸台;钻中心孔一钻孔一铰孔。

(3)确定装夹方案和选择夹具。该零件轮廓形状规则，四个侧面及底面均已加工完毕，故可选用通用平口钳，以底面八和两个侧面定位，用台钳钳日从侧面夹紧。

(4)确定进给路线。铣削两90°三角槽、两阶梯环形凸台及φ10、φ20圆台时应从圆弧切线方向进给切入、切出，同时应注意尺寸精度、表面粗糙度要求。上-页

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返回5.3典型零件的加工中心工艺分析与设计(5)选择切削用量查表确定切削速度和进给量，然后计算出主轴转速和进给速度，见表5-8。5.3.2异形件在加工中心上的加工工艺

1.零件结构及工艺特点分析由零件图样可以看出，该零件上有三组加工表面，这三组加工表面之间有相互位置要求，其具体分析如下:(1)以尺寸Φ16H7为主的加工表面，包括Φ25h8外圆、端面以及与之相距72士0.3mm的孔Φ1OH7。其中Φ6H7孔中心与Φ10H7孔中心的连线，是确定其他各表面方位的设计基准，以下简称为两孔中心连线。上-页

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返回5.3典型零件的加工中心工艺分析与设计(2)表面粗糙度Rah.3μm的平面M·以及平面M上的角度为130°的槽。

(3)P,Q两平面，及相应的2-M8螺纹孔。对这三组加工表面之间主要的相互位置要求是:

第一组和第二组为零件上的主要表面。第一组加工表面垂直于第二组加工表面，平面M是设计基准，第三组及其他螺孔为次要表面。

2.选择机床该零件加工表面较多，用普通机床加工，工序分散，工序数目多采用加工中心可以将普通机床加工的多个工序在一个工序完成，提高生产率，降低生产成本。因此选用XH714加丁中心上-页

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返回5.3典型零件的加工中心工艺分析与设计3.确定装夹方案和选择夹具

(1)精基准的选择由零件的工艺分析可知道，此零件的设计基准是M平面及Φ16和Φ10两孔中心连线，根据基准重合原则，应选设计基准为精基准，即以M平面和两孔为精基准。由于多数工序的定位基准都是一面两孔，因此上述的选择符合基准统一原则。

(2)粗基准的选择。根据粗基准选择应合理分配加工余量的原则，应选Φ25外圆的毛坯面为粗基准(限制四个自由度)，以保证其加工余量均匀;选平面v为粗基准(限制一个自由度)，以保证其有足够的余量;根据要保证零件上加工表面与不加工上-页

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返回5.3典型零件的加工中心工艺分析与设计表面相互位置的原则，应选R12圆弧面为粗基准(限制一个自由度)，以保证势孔轴线在R12圆心上，使R12处壁厚均匀。

(3)夹具可采用组合夹具或设计专用夹具，以满足以上定位和装夹需要。4.工艺路线制定工序一:以Φ25外圆(四个自由度),N面(一个