加工中心加工工艺

第8章加工中心加工工艺第8章加工中心加工工艺8.1概述8.2加工中心加工工艺的制订8.3典型零件的加工中心加工工艺习题第8章加工中心加工工艺8.1概述8.1.1(1)加工精度高。(2)表面质量好。(3)质量稳定。(4)生产效率高。(5)具有较强的故障自诊断功能。(6)软件适应性强。第8章加工中心加工工艺8.1.2加工中心加工的对象1.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、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、变速箱体，机床的床头箱、主轴箱，齿轮泵壳体等。图8-1所示为控制阀壳体，图8-2所示为热电机车主轴箱体，它们都属于箱体类零件。第8章加工中心加工工艺图8-1控制阀壳体第8章加工中心加工工艺图8-2热电机车主轴箱体第8章加工中心加工工艺2.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选择加工的对象。图8-3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联动的加工中心加工。第8章加工中心加工工艺图8-3轴向压缩机涡轮第8章加工中心加工工艺3.外形不规则的异形件异形件即外形特异的零件，如图8-4所示的异形支架、图8-5所示的支架等都是外形不规则的零件，这类零件大都需要采用点、线、面多工位混合加工。异形件的总体刚性一般较差，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示其优越性。第8章加工中心加工工艺图8-4一种异形支架零件第8章加工中心加工工艺图8-5支架第8章加工中心加工工艺4.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。图8-6所示为连杆锻压模具。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。第8章加工中心加工工艺图8-6连杆锻压模具简图第8章加工中心加工工艺5.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、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8-7所示的十字盘,图8-8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；加工部位不位于同一方向表面上的零件，则应选择卧式加工中心。第8章加工中心加工工艺图8-7十字盘第8章加工中心加工工艺图8-8一种板类零件第8章加工中心加工工艺总之，对于复杂、工序多（需多种普通机床以及各种刀具和夹具）、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，还可对金属表面进行表面淬火。第8章加工中心加工工艺8.2加工中心加工工艺的制定8.2.1零件图的工艺分析1.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（和）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。（3）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（或工步）表面。第8章加工中心加工工艺2.加工内容的工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：（1）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。（4）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。第8章加工中心加工工艺3.选择定位基准（1）尽量使定位基准与设计基准重合。（2）保证在一次装夹中加工完成尽可能多的内容。（3）必须多次装夹时应尽可能做到基准统一。（4）批量生产时的定位基准与对刀基准重合。第8章加工中心加工工艺图8-9电动机端盖简图第8章加工中心加工工艺图8-10铣头体简图第8章加工中心加工工艺图8-11工件坐标系原点的确定第8章加工中心加工工艺8.2.2加工方法的选择1.平面、平面轮廓及曲面的加工方法这类表面在镗铣类加工中心上惟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IT11～IT13，表面粗糙度Ra值可达12.5～50μm。粗铣后再精铣，两平面间的尺寸精度可达IT8～IT10级，表面粗糙度Ra值可达1.6～6.3μm。第8章加工中心加工工艺2.孔加工方法（1）所有孔都应全部粗加工后，再进行精加工。（2）毛坯上已有铸出或锻出的孔（其直径通常在30mm以上），一般先在普通机床上进行荒加工，直径上留3～5mm的余量，然后再由加工中心按粗镗→半精镗→孔口倒角→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、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插补方式通过粗铣、精铣加工完成。第8章加工中心加工工艺（3）对于直径小于30mm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，在钻孔前必须锪（或铣）平孔口端面，并钻出中心孔作引导孔，即通常采用锪（或铣）平端面→钻中心孔→钻→扩→孔口倒角→铰的加工方案；有同轴度要求的小孔，须采用锪（或铣）平端面→钻中心孔→钻→半精镗→孔口倒角→精镗（或铰）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。（4）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，减小其长径比，提高加工质量。第8章加工中心加工工艺（5）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M6～M20mm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M6mm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M20mm以上的螺纹，一般采用镗刀镗削而成。第8章加工中心加工工艺8.2.3加工阶段的划分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。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，而且还可以让零件在粗加工后有一段自然时效过程，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。第8章加工中心加工工艺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（装置）稍稍放松一些，以恢复零件的弹性变形，然后再用较小的夹紧力将零件夹紧，最后再进行精加工。第8章加工中心加工工艺8.2.4加工顺序的安排(1)在安排加工顺序时同样要遵循“基面先行”、“先面后孔”、“先主后次”及“先粗后精”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，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。第8章加工中心加工工艺(3)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。第8章加工中心加工工艺(4)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。第8章加工中心加工工艺8.2.5工件的装夹与夹具的选择1.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等问题，应注意选择零件（包括夹具）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间部位。而对于单工位（如图8-12中件1上的A面）或相邻两工位（如图8-12中件2上的B、C两面）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，使工艺系统的刚性得以提高，进而有利于提高工件的加工精度。第8章加工中心加工工艺图8-12工件在工作台上的位置第8章加工中心加工工艺2.夹具的选择1）对夹具的基本要求(1）加工部位要尽量敞开。(2）夹具应能在机床上实现定向安装。(3）在加工过程中无需更换夹紧点。(4）装卸使用方便。第8章加工中心加工工艺图8-13敞开加工表面的装夹示例第8章加工中心加工工艺图8-14不影响进给的装夹示例第8章加工中心加工工艺2）(1）通用夹具，即可装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8-15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，靠气动转位分度，可完成5°整数倍的垂直（或水平）回转坐标的分度。图8-16所示为数控回转台（座），一次安装工件，可从四面甚至五面加工坯料。图8-16(a)可进行四面加工；图8-16(b)、图8-16(c)可进行圆柱凸轮的空间成型面和平面凸轮加工；图8－16（d）为双回转台，可用于加工在表面上成不同角度布置的孔，从五个方向进行加工。第8章加工中心加工工艺图8-15数控气动立卧式分度工作台第8章加工中心加工工艺图8-16数控回转台（座）第8章加工中心加工工艺(2）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（工件坐标系原点）等优点，因而在数控加工特别是在FMS(柔性加工系统)中得到广泛应用。图8-17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FMS的生产率。(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计的夹具。第8章加工中心加工工艺图8-17孔系组合夹具应用实例第8章加工中心加工工艺8.2.6刀具的选择1.钻孔刀具及其选择1）