教学材料《数控加工》-第七章

7.1数控外圆磨削加工工艺7.1.1数控外圆磨床的特点

(1)在磨削范围方面。普通外圆磨床主要用于磨削圆柱面、圆锥面或阶梯轴肩的端面磨削。数控外圆磨床除此以外，还可磨削圆环面(包括凸R面和凹R面)，以及上述各种形式的复杂的组合表面;(2)在进给方面，普通外圆磨床一般采用液压和手轮手动调节进给，且只能横向(径向)进给或纵向(轴向)进给。数控外圆磨床除横向(X轴)和纵向(Z轴)进给外，还可以两轴联动，任意角度进给(切入或退出)，以及做圆弧运动等，这些运动完全数字化，因此可以选择最佳的磨削加工工艺参数。

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺(3)数控外圆磨床在磨削量的控制、自动测量控制、修正砂轮和补偿等7.1.2数控外圆磨削方式1.一般直轴外圆及轴肩端面的磨削

(1)横向磨削。在需要磨削部分轴向尺寸小于砂轮宽度时，采用横向磨削的方法一次切入完成粗磨、半精磨和精磨，整个磨削过程只有X轴运动，如图7-1所示。

(2)纵向磨削。在工件需要磨削部分轴向尺寸大于砂轮宽度时，采用Z轴移动纵向磨削的方法。在磨削余量较大的情况下一般先分几次进行横向切入磨削，以提高磨削效率。上-页

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺纵向磨削时，在工件两端砂轮不产生干涉时一般砂轮应走出砂轮宽度的1/3左右。在单边发生干涉时，如果工件前一道加工工序末切出空刀槽，采用单边切入纵向磨削效果比较好，利于清除根部，如图7-2所示。

(3)端面磨削。端面磨削一般采用角型砂轮。磨削方式一般与横向磨削方式相同。端面与外圆都需要磨削时，可采用X轴、Z轴联动，斜向切入的方法，以提高磨削效率。但端面磨削接触面积较大，要注意磨削条件，防止发生烧伤。

图7-3所示为一个端面和外圆需要磨削的零件，图7-4(a)的磨削方式根部R较大;改用图7-2(b)的方式进行加工，可使根部R最小。上-页

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺2.复杂外圆形面的磨削其磨削加工方式主要有以下三种

(1)砂轮沿零件表面走出轮廓形状。如图7-5(a)所示的这种方式可用来加工各种复杂形状的外圆表面。

(2)成形砂轮磨削。如图7-5(b)所示的这种方式是将砂轮修出零件轮廓形状，用成形砂轮趋近工件靠磨成形。这种方式适用于小于磨削砂轮宽度的各种形状的外圆表面磨削，砂轮磨削较均匀，各部分精度易于控制。

(3)复合磨削既有成形磨削又有沿零件表面轮廓形状进给磨削。如图7-6(c)所示的这种方式适用于形状不一的、表面距离大于砂轮宽度时的磨削。上-页

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺3.测量磨削测量磨削，也称定尺寸磨削。它的特点是，考虑编程所设原点与实际磨削原点，通过选定的测量部分直径的坐标值，使每个工件测量部分磨削后的直径基本保持一致，可有效地防止因间接测量而产生的累积误差。7.1.3数控磨削加工工艺参数1.外径横向磨削条件设定间接测量部分:Ra80一5μm;粗磨,Ra3.2~2.5μm;半精磨·Ra0.32~0.02μm:精磨;G98:mm/minG99:mm/r。上-页

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺12.外径纵向磨削条件设定纵向磨削余量一般在0.002~0.03mm，外径纵向磨削条件设定和切入方式如表7-1所示3.端面磨削条件设定端面磨削的切入方式和磨削条件设定如表7-2所示。磨削条件设定要注意以下两点:(1)端面磨削与外圆磨削比，砂轮接触面积大，发热多，容易发生烧伤;因此，切入速度要尽量小些。

(2)斜向切入时，X轴,Z轴同时运动达到指令点;因此，要注意分配X,Z的切入量，也就是切入角度要适当。上-页

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺4.工件主轴转速设定主轴转速根据上面的公式求出的主轴转速n，选择适当的S代码值，随着工件线速度的增加，磨削效率提高，但砂轮磨耗增大，表面粗糙度将变差。7.1.4典型零件的加工实例实例:喷嘴阀(图7-6所示)，是在数控外圆磨床上加工的上-页

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺一个较典型的零件。该零件要磨削圆柱面(Φ10H5),圆锥面(1:8)和圆弧面(R2.5).各处单边磨削余量0.1mm，试分析其数控磨削加工工艺。1.磨削工件零件图分析该零件外圆Φ10h5和锥面粗糙度Ra0.2，以及同轴度Φ0.005是磨削加工要达到的重点要求。2.选择设备根据被加工零件的外形和材料等条件，选用(sASN型数控外圆磨床。数控系统为FANUC-10T，并配有自动测量装置。上-页

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺3.工艺方案的确定因有同轴度的要求，所以要一次装夹完成外圆与锥面的磨削。根据喷嘴阀的结构形状，采用M12X0.5螺纹与Φ16侧面定位装夹。磨削方法既可用平砂轮控制磨出圆柱面，再用圆弧、直线插补走出圆弧面及锥面(见图7-7)，也可将砂轮修整成喷嘴阀标准轮廓形状，进行成形磨削(见图7-8)。采用直接测量磨削可以解决上述问题。该机床配备了自动测量装置，当被磨削工件测量部分尺寸达到测量仪某设定值时，测量仪发出信号，正在执行的带G31的程序段则结束，跳跃到下一程序段。因此，可以在程序段中给一个较大的相对值，在该程序段运动指令末执行完之前达到设定值，该段剩余运动上-页

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返回7.1数控外圆磨削加工工艺被忽略，进到执行下一程序段。采用这种方法可以使各零件间的公差控制在士0.001mm之内。上-页

返回7.2数控冲压加工工艺

加工设备、模具和材料三大要索构成了用来改变工件形状和尺寸的冲压工艺系统。冲压工艺的传统加工设备主要有三类:压力机、剪板机和折弯机;加工的原材料主要是卷料和板材;模具主要包括冲压模、剪切模和折弯模。因此，冲压加工的特点就是用这些加工设备，通过模具对材料进行冲压、剪切和折弯等工序，完成工件的加工过程。7.2.1数控冲模回转头式压力机冲压工艺数控压力机模座及模具的选择是否得当直接影响着工艺实施质量的好坏。合理正确使用模座及模具，对提高机床生产率，延长模具和机床的使用寿命有着重要意义，若使用不当，将影响机床的正常工作。下-页

返回7.2数控冲压加工工艺34模座是用来安装模具的，它装在转盘上，上模座装在上转盘上，下模座装在下转盘上。根据板件加工要求，考虑模座及模具的使用。1.模座及模具的规格国内外数控压力机对不同型号规格的机器向用户所推荐的模座数及规格不同一般为9~72个模座，即可装9~72套模具或更多。模座及模具的规格和数量按表7-3选用。选用时最大冲孔尺寸不得超过该类模座冲孔尺寸范围，并不得超过机器公称压力。2.模具间隙冲孔时，上模和下模之间的间隙根据板厚和材料性质，按表7-4选用。上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺3.冲孔力的计算选择模具时，要求每个模具的冲孔力不得超过数控压力机公称力。冲孔力P可由下式求得:7.2.2数控直角剪板工艺数控直角剪板机的结构特点与通常使用的剪板机的区别是:前者有互成90°角的上下两组刀片，并在一次行程中能完成板材垂直方向上的切断加工。在数控直角剪板机上还设有半上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺剪切和再定位机构，能实现板材沿长度方向的任意剪切，扩大其使用范围。冲模回转头压力机与直角剪板机并列设置，排样中采用一体化软件，实现先冲后剪的自动加工，既能保证加工精度又能获得高的材料利用率，能更大发挥两种设备的加工能力。由此组成了适合多品种、小批量生产的板材加工柔性加工单元或柔性制造系统。1，数控直角剪板机的选用数控直角剪板机的选用，是数控直角剪板工艺首先考虑的问题。一般情况下，数控直角剪板机的选取是根据加工范围和能力来决定的。加工范围包括材质、厚度和加工尺寸。加工能力是指设备最大加工力不同的剪板机，有不同的计算参数。上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺2.刀片间隙的确定正确选择刀片间隙，是获得良好切断面和提高刀片使用寿命的保证，也是必须考虑的工艺因素之一刀片的间隙最好根据《冲压工艺手册》和相关的资料选取。7.2.3数控板料折弯工艺板料折弯机是一种金属板料冷加工成形机。在冷态下它可利用所配备的通用模具(或专用模具)，将金属板材折弯成各种几何截面形状的工件，如图7-9所示。数控板料折弯机是利用数控系统对滑块行程(凸模进入凹模深度)和后挡料器位置进行自动控制，以实现对折弯工件的不同折弯角度和折弯边宽度的折弯成形。上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺1.数控板料折弯工艺的特点数控板料折弯工艺的特点具有以下几点:(1)生产率高

(2)能提高折弯件精度这是因为开发数控折弯机时，已考虑了各种提高折弯精度的措施。

(3)调整简单。操作者只需编好程序，就能自动实现机器的全部调整工作。

(4)节省中间堆放面积。

(5)减轻劳动强度。上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺2.板料折弯方法板料折弯方法有自由折弯、校正折弯和三点折弯三种方法。

(1)自由折弯。自由折弯法是最普遍使用的方法。自由折弯是利用凹模开口处的两棱边和凸模顶端的棱边进行折弯，由凸模进入凹模的深度确定折弯角度(见图7-10)。自由折弯所需折弯力较小，模具受力较缓和，能延长模具使用寿命，其缺点是板料的厚度和机械性能的不一致性以及钢板轧制方向等都会造成折弯角度的变化。上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺(2)校正折弯。校正折弯是凸模对工件的圆角和直边进行精压。在凸模向下运动过程中，毛坯角度会小于凹模角度而产生负回弹(见图7-11);到了行程终了时，凸凹模对毛坯进行校正，使其圆角、直边、弯曲半径全部与凸模靠紧。可见，校正折弯能有效地克服回弹作用，从而可获得很高的折弯精度。

(3)三点折弯。三点折弯的工作原理见图7-12，在图示面内，凹模入口处的圆角与其柱销表面组成(A，B，C)三点，由这三点精确地确定折弯角度了。若改变可调节的柱销1的高度，就可以得到不同的折弯角度。位于凸模3和滑块5之间上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺的液压产生，是为了补偿滑块和工作台的挠曲变形，使板料2在冲弯过程中沿着凹模全长接触到这三个点。液压垫压力在整个折弯长度上均匀分布，使凸模的折弯力在折弯全长上也是均布的。整个凸凹模由若干100mm和50mm宽的分块模具组成。每块凸模为弹性支撑;因此，能自动适应凹模的折弯直线度和保证恒定的压力分布，这样就提高了折弯角度的精度和折弯角棱边的直线度。3.模具数控板料折弯工艺中第二个要考虑的是模具问题。板料折弯和模具形状各异，主要是根据折弯工件的形状设计模具。通用模具。在自由折弯或校正折弯中普遍常用的模具称为通用模具。如图7-13所示，凸模安装在滑块上，凹模连同模座安装在工作台上。上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺

多数凹模四面都开有不同规格的槽口，以适应不同板厚的折弯。如图7-14所示,V形槽口的宽度从4~48mm不等。各V形槽口角度为88°，由于钢板折弯后存在着回弹现象，折弯90°时，V形槽口应小于90°。凸模常用的有尖头形、直角头形、鹅颈形等，如图7-15所示。4.折弯精度板料折弯精度是数控板料折弯工艺中需要考虑的问题。

(1)影响折弯精度的因索。数控板料折弯机的工作精度不仅包括设备本身的静态精度和动态精度，同时还与模具的形状、加工误差、折弯件坯料尺寸的误差及弯曲弹复等都有很大关系。上-页

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材料的弯曲变形是由弹性变形过渡到塑性变形，在塑性变形中不可避免的有弹性变形存在，致使工件的弯曲半径和折弯角度与所要求的尺寸不一致，称之回弹，影响回弹的因索很多：

1)材料的机械性能。

2)材料的相对弯曲半径。

3)折弯件的形状。

4)折弯方法。

5)材料轧制后的纤维组织。

(2)提高折弯精度的措施提高折弯精度的措施，可初步归纳为6个方面:上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺1)凸模进入凹模深度的控制。控制凸模进入凹模的深度，是板料折弯机最重要的控制。在自由折弯时，板厚、凹模开口宽度、材料机械性能和折弯半径等参数确定后，凸模进入凹模深度决定了折弯角度值。控制凸模进入凹模深度有以下几种方法:一是，机械挡块与机械同步装置结合，用伺服电机控制机械挡块的位置，以实现折弯机的Y轴控制;二是，用伺服电机对液压挡块进行位置控制，重复定位精度可达到0.05mm，其突出的优点是在折弯过程中可以进行挡块位置的调节，尤其试折弯时，可以上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺连续调节直至获得所需要的折弯角度，给操作者带来方便;三是，液压同步系统数控技术的应用，为板料折弯机的高精度同步系统开发和应用提供了极为有利的条件

2)滑块和工作台的挠度补偿。传统结构的板料折弯机在折弯时，滑块中间产生向上的挠度，工作台中间产生向下的挠度，造成凸凹模之间的间隙在全长上不一致，中间大两端小，是影响折弯质量的主要因索之一。为了补偿滑块和工作台的挠度，可采用以下措施:使工作台和滑块挠度方向一致;滑块或工作台上布置辅助油缸产生反方向挠度或工作台中间凸起补偿挠度等。上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺3)模具微调。滑块和工作台产生相反方向的挠度，即使采取补偿措施也难以完全消除，而且在使用过程中模具在全长上会产生不均匀的磨损;因此，采用模具微调机构能有效地提高折弯精度。

4)折弯角度的自动测量。在折弯过程中，对折弯角度进行连续测量，并与给定值进行比较，达到预定角度时，滑块停止运动，这将大大提高折弯角的精度。

5)钢板厚度自动测量。无论热轧或冷轧钢板都存在厚度偏差，当凸模进入凹模深度及凹模开口宽度等参数确定后，板厚的变化就会引起折弯角的变化。输入数控系统的板厚参数也只是名义值;因此，实现板料厚度自动测量，并将所测出的上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺偏差值反馈给CNC，对凸模进入凹模的深度作修正，是提高折弯角度精度的好办法。

6)采用三点折弯法可有效地提高折弯精度。

5.折弯工艺力的确定折弯工艺力分为以自由折弯为基础的工艺力和三点折弯工艺力。

(1)自由折弯和校正折弯工艺力。在确定工艺力之前须了解如下几个概念和参数:

模具比。凹模开口宽度W与板料厚度t的比值称为模具比i。上-页

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折弯半径(内半径)。在自由折弯时，不管板料厚度如何，最适官’的折弯半径约等于凹模开口距的0.156倍。折弯半径小于或等于板料厚度时，弯曲层很容易断裂;因此，要得到较小的折弯半径，就应采用校正折弯法。校正折弯时，板料的折弯角度与凸模的角度形状相同，所以根据凸模头部圆角半径就能确保板料的折弯半径。这样，折弯半径对计算折弯力具有重要的作用，再加上材料有压延特性因而在计算校正折弯力时，须考虑折弯力系数(F)。上-页

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自由折弯工艺力计算公式:

校正折弯工艺力计算公式:(2)三点折弯工艺力钢板抗拉极限强度为4500MPa时，每米需要折弯力的近似值是:上-页

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返回7.2数控冲压加工工艺6.加工实例

图7-16所示为折弯零件，零件厚度为2mm，材料为20号钢，试分析其数控板料折弯工艺。

(1)零件的工艺分析该零件包含了小于90°，大于90°，等于90°和压死边等较完整的折弯工艺过程。编程时首先应分析设备、系统加工工艺上的可能性，如压死边操作，对零件最小后定位尺寸的可能性，零件模具工艺尺寸上可能的干涉等。

(2)模具的选择。一般按工件厚度的8倍选用下模口宽度，上述零件厚度为2mm，选模口宽度16mm。上-页

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