数控加工工艺之工艺基础培训课件.ppt

1、数控加工工艺,聊城工业学校,深呼吸平静而坚强,第一章 工艺基础,第一节 数控加工概述,数控加工的应用范围 数控加工的特点,数控加工的选择原则,先选择普通机床无法加工的内容 重点选择普通机床难以加工质量也难以保证的内容 选择普通机床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容,最适合数控加工的内容,形状复杂，加工精度要求高，普通机床无法加工或虽能加工但质量难以保证的零件。 用数学 模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。 具有难测量，难控制进给，难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件 必须在一次装夹中合并完成多道工序的零件,数控加工工艺的特点,数控加工工艺的内容十分具体 数控加工的工艺处理相当严密,第二节

2、 几个重要的基本概念,生产过程和工艺过程,生产过程：原材料变成成品的全过程。 原材料运输 仓库保管 生产技术准备 毛坯制造 机械加工（含热处理） 装配 检验 喷涂 包装,工艺过程 是生产过程的主体。指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品和半成品的过程。,工序：工人 在一个工作地点连续完成的工艺过程。 工步：在加工表面和加工工具不变的情况下所连续完成的那一部分工序过程。 进给：一个工步内，如果被加工表面的需切除余量过大，需几次才能切削完成。则每次切削叫一次进给。 安装：工件经一次装夹后完成的那一部分工序。 工位：工件经一次装夹后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对固定部分所占

3、有的每一个位置。,和工序有关的几个概念,关系分析：,工序由一个或几个工步组成，工步又由一个或几个进给组成。 工序由一个或几个安装组成，安装又由一个或几个工位组成。 这就像我们班级（地点固定）是由一个或几个小组（劳动时每个小组负责一项工作，就像每个工步加工一个表面一样）组成，而每一个小组又是由一个个同学组成一样。,阶梯轴零件,小批量工艺过程,大批量工艺过程,阶梯轴外圆加工的工步和进给,生产纲领和生产类型,生产纲领,生产类型,也叫年产量。是企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划,指生产单位生产专业化程度的分类。,第三节 机械加工工艺规程的制订,工艺规程：规定零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文

4、件。内容如下： 零件加工的工艺路线； （思路） 各工序的具体加工内容；（步骤） 各工序所用的机床及工艺设备； 切削用量及工时定额。,制订工艺规程所需原始资料,产品的装配图和零件图 产品的生产纲领 产品验收的质量标准 现有的生产条件和资料 有关的工艺资料,毛坯的生产条件和协作关系 工艺装备和专用设备的制造能力 加工设备和工艺设备的规格及性能 工人的技术水平 各种工艺资料和标准,制订工艺规程的步骤及方法,零件的工艺分析 （P7P8） 毛坯的确定 （P8） 工艺路线设计 （P8P14） 工序设计 （P14P17） 填写工艺文件 （P17P18）,本章的核心内容 全书的基本思想,精彩内容继续,零件的工

5、艺分析,产品的零件图和装配图分析 熟悉整台产品的用途、性能和工作条件，了解文件在品中的作用、位置和装配关系 零件技术要求分析 分析各项技术要求（尺寸精度、形位精度，表面粗糙度、热处理）对产品装配质量和使用性能的影响，分清主次 零件的结构工艺性分析 零件结构便于加工，节省工时，节省材料。 总体思路是在满足使用要求的前提下，尽量节约成本，降低费用，提高经济性能。多 快 好 省,包括确定毛坯的种类（当设计人员设计零件并选好材料时，就大致确定了毛坯的种类。常见的毛坯种类有铸件、锻件、型材、焊接件等）和制造方法（越先进，毛坯精度越高，劳动量、材耗越少，但先进的设备成本昂贵）两个方面。 1、零件的材料及力

6、学性能（材料决定了毛坯种类，力学性能的要求也对其有影响。如力学性能要求高时用锻件毛坯） 2、生产类型（大批量生产中应采用先进的制坯方法，如金属模机器造型，模锻等，以及先进工艺等。单件小批量生产则用木模手工造型或自由锻等。） 3、零件的结构形状和外形尺寸（如钢质阶梯轴，各台阶直径差别大时宜用锻件；差别不大时可用型材。成批生产时，中小型零件可选用锻模， 大尺寸的钢轴一般用自由锻。）,毛坯的确定,工艺路线设计,选择各加工表面的加工方法 划分加工阶段 划分工序 安排工序的先后顺序,加工方法的选择,由表面的形状、加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型来确定加工方法和加工方案。,外圆表面的加

7、工方法,主要是车、磨。表面粗糙度要求较小时。还要光整加工。 车削加工适用于硬金属以外的材料。 磨削加工适用于硬材料，不适用有色金属。 精细车（金刚车）适用于要求高的有色金属精加工。 光整加工前要先精磨。 滚压或抛光用于表面质量要求高而尺寸精度不高的外圆。,外圆表面的加工方法,内孔表面的加工方法,根据被加工孔的加工要求、尺寸、生产纲领、具体的生产条件及毛坯上有无预留孔等来确定。 IT9级孔 D30钻镗 IT8级孔D20 钻扩铰 IT7级孔D12 钻粗铰精铰12D60钻扩粗精铰或钻扩磨（有预留孔可粗镗半精镗精镗或粗镗半精镗磨） IT6级孔最终工序可用手铰精细镗研磨珩磨。,内孔加工备注：,铰镗不适用

8、于淬火钢。硬材料应用磨削加工。 有色金属铰孔表面粗糙，应用精细镗代替。 镗孔车孔用来加工大孔。 拉孔适用于未淬火钢、铸铁及有色金属的大批量生产。 磨孔适用于有色金属外的淬火钢，未淬火钢和铸铁等。,内孔表面的加工方法,平面加工方案,主要加工方法有铣刨车（加工轴端面，保证其与轴线的同轴度）磨拉。精度要求特别高的平面要研磨刮削。 单件小批生产中配合表面要求高但不淬硬最终方案用刮研。大批量时用宽刀细刨。 磨拉基本上和上面孔加工类似。 研磨适用于高精度表面光滑的小型零件的精密表面，如量规等精密量具的表面。,平面的加工方法,平面轮廓加工,常用方法有数铣（适用于非淬火钢材料，曲率半径不宜太小），线切割（适用

9、于一切材料）和磨削（适用于非有色金属材料）。,平面轮廓类零件,平面轮廓类零件,立体曲面轮廓加工,主要方法是数铣（用球头铣刀，行切法，精度和表面粗糙度要求高时用模具铣刀，多轴联动）,曲面的行切法加工,加工阶段的划分,粗加工阶段 切除余量，提高生产率。 半精加工阶段 使主要表面达到一定精度，留有一定的精加工余量，为精加工做准备。并完成一些次要表面的加工。 精加工阶段 保证各主要表面达到尺寸和表面要求，全面保证加工质量。 光整加工阶段 用于表面和尺寸要求很高的表面（IT6,Ra0.2mm以上）。,划分加工阶段的目的,保证加工质量 粗加工的误差可以用（半）精加工来纠正。 合理使用设备 粗加工用功率大效

10、率高清度低的来完成，精加工用高精度机床完成。 便于及时发现毛坯缺陷 粗加工后即可发现，及时修补或报废可以减少工作损失。 便于安排热处理工序 粗加工后去应力热处理，精加工前最终热处理。,加工工序的安排,设计工艺路线时，要合理地安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并处理好其衔接问题。这些都直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。,切削加工工序的安排,基面先行原则 基准面越精确，装夹误差就越小。任何零件的加工，总是先对定位基准面进行粗、半精，甚至精加工。例：轴总是先加工两中心孔。箱体总是先加工定位平面。 先粗后精原则 这样才能逐步提高各表面精度并减少表面粗糙度。 先主后次原则 零件的工作面和

11、装配面精度要求最高，为主要平面，应先加工。自由表面、键槽、螺孔等表面精度要求低，为次要表面，可穿插进行，一般在主要表面精加工前完成。 先面后孔原则 箱体类零件先加工平面，后加工其上的孔。,热处理工序的安排,预备热处理 安排在粗加工前后，目的是改善材料的切削性能，消除毛坯内应力，改善组织。主要有正火，退火，调质等。 消除残余应力热处理 主要有人工时效、退火等。一般要安排两次，精密零件应安排多次。 最终热处理 目的是提高零件的力学性能（强度、硬度和耐磨性等）。常安排在精加工前，以便精加工能纠正热处理变形。常用的有表面淬火，渗碳，渗氮等。,辅助工序安排,最重要的是检验。它是保证产品质量的重要措施。主

12、要安排在： 粗加工全部结束后，精加工之前。 重要工序前后 工件从一个车间转向另一个车间之后 全部加工结束之后 另外还有清洗、去毛刺、去磁、防锈、平衡等。,主要注意数控工序与非数控工序间的衔接问题。如对毛坯热处理的要求，定位基准的精度以及加工余量的选择等等,工序间的衔接,工序设计,普通机床工序设计时，由操作者在加工过程中自行处理细节问题。 数控机床工序设计时，由于其高度自动化，自适应性差，要充分考虑到加工过程中的每一个细节，工序设计必须十分严密。,工序设计的主要任务（内容）,为每一道工序选择机床、夹具、刀具及量具。确定定位夹紧方案、刀具的进给路线、加工余量、工序尺寸及其公差、切削用量等。,机床的

13、选择,机床的类型应与工序的划分原则相适应。若工序按集中原则划分的，单件小批量生产时应选择通用机床或数控机床；大批量生产时应选择高效自动化机床和多刀、多轴机床。若工序按分散原则划分的，则应选择结构简单的专用机床。 机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应。即小工件选小规格的机床加工，大工件选大规格的机床加工。 机床的精度与工序要求的加工精度相适应。粗加工选精度低的机床，精加工选精度高的机床。,数控机床上定位基准与夹紧方案的确定,力求设计基准、工序基准与编程原点统一。这样可以减少基准不重合误差和数控编程中的计算量。 尽量减少装夹次数。以减少装夹误差，提高各加工表面的相对位置精

14、度，提高加工效益。 避免采用占机人工调整式方案。以免占机时间多，影响加工效率。,夹具的选择,单件小批量生产时，应优先选用组合夹具、通用夹具或可调夹具，以节省费用并缩短生产准备时间。 成批生产时，可选用专用夹具（并应力求结构简单）。 装卸工件要方便可靠。大批量生产时可采用液动、气动或多工位夹具，以提高生产效率。 夹具在数控机床上安装应准确并能协调工件和机床坐标系的尺寸关系。,刀具的选择,应优先选用标准刀具，必要时可采用生产率高的复合刀具或专用刀具。并应结合实际情况考虑选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等等。 数控加工刀具性能应高于普通机床加工刀具： 切削性能好 粗加工时应

15、具有高速切削或强力切削性能；同批刀具性能和寿命要稳定。 精度高 要适应数控加工的高精度和自动换刀功能。 耐用度高 以尽量减少换刀磨刀对刀的次数。 断屑及排屑性能好,量具的选择,单件小批量生产时应采用通用量具。如游标卡尺、百分表等。 大批大量生产时应采用各种量规和一些高生产率的专用检具与量仪等。 量具的精度必须与加工精度相适应。,进给路线和工步顺序,进给路线是指刀具相对于工件的运动轨迹。普通机床加工时由操作者直接控制，无须进行工序设计；数控机床加工时由数控系统控制，必须在工序设计时拟定好，并绘制进给路线图，以便写入程序。 工步顺序是指同一道工序中各个表面加工的先后次序。它对工件的加工质量、加工效

16、率和数控加工中的进给路线有直接影响，应根据零件的结构特点及工序的加工要求等合理安排。,进给路线的确定和工步顺序的安排,使工作表面获得所要求的加工精度和表面质量。例如，避免刀具从工件轮廓法线方向切入、切出及在工件轮廓处停刀，以防留下刀痕，先完成对刚性破环小的工步，后完成对刚性破环大的工步，以免工件刚性不足影响加工精度等。 尽量使进给路线最短，减少空进给时间，以提高加工效率。 使数值计算容易，以减少数控编程中的计算工作量。,工序加工余量、尺寸及偏差的确定,采用最小加工余量原则。 余量要充分。 余量中应包含热处理引起的变形。 大零件应取大余量。,切削用量的确定,切削用量应根据加工性质、加工精度要求、

17、工件材料及刀具来确定。还应考虑： 刀具的差异。刀具的种类、材料、厂家等 机床的特性 功率和刚性条件 数控机床的生产率 数控机床占时多，刀耗低。应尽可能采用高的切削用量。,填写工艺文件,机械加工工艺过程卡片 机械加工工艺卡片 机械加工工序卡片 数控加工工序卡片 数控加工刀具卡片 数控加工进给路线图,第四节 加工余量,概念：加工余量是指在加工过程中所切去的金属层厚度。 种类： 工序余量：相邻两工序的工序尺寸之差。 加工总余量：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差，即各工序余量之和。 Z总=Z1+Z2+Z3+Zi+ZN,基本工序余量的计算,单边余量：同一加工表面相邻两工序的尺寸之差。 外表面：Zb=a-b

18、 内表面：Zb=b-a 双边工序：回转表面（外圆和内孔）的加工余量。 轴：Z=2Zb=da-db 孔：Z=2Zb=db-da,基本工序余量的计算图示,实际工序余量的确定（选学）,为了便于加工，工序尺寸的公差按“入体原则”标注。 轴类：取上偏差为零，即只取单向负偏差。工序的基本尺寸为最大极限尺寸。 孔类：取下偏差为零，即只取单向正偏差。工序的基本尺寸为最小极限尺寸。 毛坯尺寸：一般取双向对称公差。,实际工序余量计算图示（选学）,实际工序余量计算公式（选学）,被包容面（轴类零件）： Zmax=Lamax-Lbmin=Z+Tb Zmin=Lamin-Lbmax=Z-Ta 包容面（孔类零件）： Zma

19、x=Lbmax-Lamin=Z+Tb Zmin=Lbmin-Lamax=Z-Ta （T 为公差。L为尺寸。a 表示上道工序。b 表示本道工序）,加工余量对零件质量和经济性的影响,余量过大会浪费材料及工时，增加机床、刀具和能源的消耗。 余量过小不能消除上道工序留下的各种误差、表面缺陷和本道工序的装夹误差，容易造成废品。,影响加工余量大小的因素,上道工序的各种表面缺陷和误差 上道工序表面粗糙度和缺陷层 上道工序的尺寸公差Ta 上道工序的形位公差a 本道工序的装夹误差,形位误差对加工余量的影响,装夹误差对加工余量的影响,确定加工余量的方法,经验估算法 由操作人员的实践经验估算，一般偏大些，用于单件小

20、批量生产。 查表修正法 先从机械制造手册中查找，再结合实际修正。此法应用最为广泛。 分析计算法 根据计算公式和实验资料，对各种因素进行综合分析和计算。此法经济合理，但实验资料要求全面可靠。一般用于军工、原材料贵重等少数情况。,第五节 机械加工精度及表面质量,加工精度,指零件加工后的几何参数（尺寸、形状和位置）与理想零件的几何参数相符合的程度。它们之间的偏离程度则为加工误差。 尺寸精度 几何形状精度 相互位置精度,表面质量,表面层的几何形状偏差 表面层的物理、力学性能,表面粗糙度 表面波纹度,冷作硬化 残余应力 表面层金相组织变化,表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐磨性的影响 对零件疲劳强度

21、的影响 对零件配合性质的影响,表面粗糙度太大，磨损越严重。 表面粗糙度太小，润滑油易被挤出形成干磨擦，磨损加快。 表面硬化可提高耐磨性。,残余拉应力会扩大表面裂纹，降低零件的疲劳极限，缩短零件的使用寿命。残余压应力效果相反。,影响加工精度的因素,加工过程中，刀具与工件的相对位置就决定了零件加工的尺寸、形状和位置。加工精度问题涉及到整个工艺系统（由机床、夹具、工件和刀具组成的完整的系统）的精度问题。工艺系统的种种误差，在加工过程中会在不同的情况下，以不同的方式和程度反映为加工误差。,工艺系统的几何误差,加工方法的原理误差 机床的几何误差 调整误差 刀具和夹具的制造误差 工件的装夹误差 工艺系统的

22、磨损误差,主轴误差 导轨误差,二者一个连刀具，一个连工件。,主轴误差对加工精度影响,主轴是装夹刀具或工件的位置基准，其误差直接影响加工质量。主轴的回转精度是机床的主要精度指标，其很大程度上决定着工件加工表面的形状精度。 径向圆跳动 造成工件的形状误差 轴向窜动 造成端面与轴线的垂直度误差 主轴摆动 造成形状和尺寸的误差,机床导轨误差对加工精度的影响,误差敏感方向与非敏感方向,上页中，数车导轨在水平面内和垂直面内的几何误差对加工精度的影响程度是不一样的。影响最大的是导轨在水平面内的误差，而垂直面内的误差则可忽略不计。因此，将水平方向称为数车导轨的误差敏感方向，垂直方向为误差非敏感方向。一般来说，

23、原始误差引起的刀具与工件的位移在加工表面的法线方向就是误差敏感方向，切向都是非敏感方向。,工艺系统的受力变形,工艺系统在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及动力等作用下，会产生相应的变形，从而破坏已调好的刀具与工件之间的正确位置，使工件产生几何形状误差和尺寸误差,改进措施：,工艺系统抵抗（弹性）变形的能力越强，加工误差就越小。提高工艺系统各组成部分的刚度可以提高工艺系统的整体刚度。 如：车削细长轴时，采用中心架或跟刀架以提高工件刚度；加工薄壁套件时，为减少夹紧变形，采用开口过渡环或专用卡爪。,工艺系统的热变形,切削过程中，整个工艺系统由于受到切削热、摩擦热及外界辐射热的影响，常会发生复杂的变形，

24、导致工件与刀刃之间原先调整好的相对位置、运动及传动的准确性都发生变化，从而产生加工误差。这种现象叫做工艺系统的热变形。,（1）机床的热变形,改进措施：,通常在机床大件的结构设计上采用对称结构或采用主动控制方式均衡关键件的温度，以减少其因受热而出现的弯曲或扭曲变形。 在结构联接设计上，其布局应使关键部件的热变形方向对加工精度影响较小，对发热量较大的部件，应采取足够的冷却措施或采取隔离热源的方法。 在工艺措施方面，可让机床空运转一段时间之后，当其达到或接近热平衡时，再调整机床加工。 精密机床在恒温室中使用。,（2）工件的热变形,切削热的作用使工件发生热胀冷缩现象。 改 进 措 施： 用切削液冷却切

25、削区。 选择合适的刀具或改变切削参数（刀具角度）。 大型或长型工件，夹紧后应使其未端自由伸缩。,工件的内应力,内应力就是去除外力后，仍残留在工件内部的应力。这是由于加工过程中工件内部发生了不均匀的体积变化。具有内应力的工件组织状态不稳定，有着通过变形消除内应力的倾向。 （就像民愤由贪官引起来的，削除民愤，必杀贪官一样。）,改进措施： 尽量简化工件结构，壁厚尽量均匀，以减少铸锻时的内应力。 毛坯制造后、精加工前时效处理。 粗、精加工分开安排在不同的工序进行，使工件有一定的间隔时间让内应力重新分布。,四、影响表面质量的因素及改善措施,表面粗糙度形成的原因,刀具几何形状和切削运动引起的残留面积。 粘结在刀刃上的积屑瘤划出的沟痕。 工件和刀具之间的振动引起的振动波纹 刀具后刀面磨损造成的刮擦。,影响表面粗糙度的工艺因素,工件材料 切削用量 刀具几何参数 切削液,韧性大的材料加工后粗糙度大；韧性小的材料加工后易获得较小的粗糙度。 同种材料，晶粒组织越大，加工表面的粗糙度就越大。 改进措施：切削前进行调质