第五章数控机床的加工工艺

第五章数控机床的加工工艺1第五章数控机床的加工工艺5.1数控机床加工工艺概述5.2数控机床加工工艺分析5.3工件在数控机床上的定位与装夹5.4数控机床加工工艺的设计25.1数控机床加工工艺概述数控加工工艺的概念所谓数控加工工艺，就是使用数控机床加工零件的一种工艺方法。数控技术涉及数控加工设备，还包括数控加工工艺、工装和加工过程的自动控制等。其中，拟定数控加工工艺是进行数控加工的一项基础性工作。5.1数控机床加工工艺概述数控加工的工艺特点(1)工艺的内容十分具体。(2)工艺的设计非常严密。(3)注重加工的适应性。5.1数控机床加工工艺概述数控加工的特点1．(1)(2)加工的零件一致性好，(3)(4)(5)便于实现计算机辅助设计与制造一体化。2．(1)(2)(3)维修困难。5.1.1数控机床加工的主要对象（1）多品种、小批量的零件或新产品试制零件；（2）几何形状复杂的零件；（3）须进行多工序的零件;（4）普通机床加工时，需昂贵工装的零件；（5）对精度要求高的零件；（6）需多次修改的零件；（7）不允许报废的昂贵关键零件；（8）需要最短生产周期的零件。5.1.2数控机床加工工艺的主要内容（1）通过数控加工的适应性分析，选择数控加工的零件及内容；（2）结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工的工艺分析；（3）进行数控加工的工艺设计；（4）根据编程的需要，对零件图形进行数学处理；5.1.2数控机床加工工艺的主要内容（5）编写加工程序单（自动编程时为源程序，由计算机自动生成加工程序）；（6）校对与修改加工程序；（7）首件试加工，并对现场问题进行处理；（8）编制数控加工工艺技术文件，如数控加工工序卡，程序说明卡，走刀路线图等。数控加工工艺分析的内容数控加工工艺分析的主要内容包括：分析零件图纸、确定工件在机床上的装夹方式、各表面的加工工序和刀具的进给路线以及刀具、夹具、切削用量的选择等。5.2数控机床加工工艺分析1.零件图分析（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点；（2）分析被加工零件的设计图纸；（3）构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等)，是数控编程的重要依据。5.2.1数控机床加工零件的工艺性分析2.结构工艺性分析（1）零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸；（2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小；（3）零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大；（4）应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。5.2.1数控机床加工零件的工艺性分析工艺路线的设计设计工艺路线是制订工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各加工表面的加工方法、划分加工阶段、划分工序以及安排工序的先后顺序等。设计者应用从生产实践中总结出来的一些综合性的工艺原则，结合实际生产条件，提出几种方案，通过对比分析，从中选择最佳方案。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定1.加工方法的选择成形面等基本表面所组成的。每一种表面都有多种加工方法，具体选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等，选用相应的加工方法和加工方案。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定（1）外圆表面加工方法的选择主要是车削和磨削。当表面粗糙度要求较小时，还要经光整加工。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定（2）内孔表面加工方法的选择内孔表面的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔以及光整加工等。应根据被加工孔的加工要求、尺寸、具体的生产条件、批量的大小以及毛坯上有无预加工孔合理选用。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定（3）平面加工方法的选择平面的主要加工方法有铣削、刨削、车削、磨削及拉削等，精度要求高的表面还需经研磨或刮削加工。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定（4）平面轮廓和曲面轮廓加工方法的选择1）平面轮廓常用的加工方法有数控铣削、线切割及磨削等。对如图所示的内平面轮廓，当曲率半径较小时，可采用数控线切割方法加土。若选择铣削方法，因铣刀直径受最小曲率半径的限制，直径太小，刚性不足，会产生较大的加工误差。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定对图所示的外平面轮廓，可采用数控铣削方法加工，常用粗铣一精铣方案，也可采用数控线切割方法加工。对精度及表面粗糙度要求较高的轮廓表面，在数控铣削加工之后，再进行数控磨削加工。数控铣削加工适用于除淬火钢以外的各种金属，数控线切割加工可用于各种金属，数控磨削加工适用于除有色金属以外的各种金属。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定2）立体曲面轮廓的加工方法主要是数控铣削。多用球头铣刀，以“行切法”加工，如图所示。根据曲面形状、刀具形状以及精度要求等通常采用二轴半联动或三轴联动。对精度和表面粗糙度要求高的曲面，当用三轴联动的“行切法”加工不能满足要求时，可用模具铣刀，选择四坐标或五坐标联动加工。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定表面加工方法的选择，除了考虑加工质量、零件的结构形状和尺寸、零件的材料和硬度以及生产类型外、还要考虑到加工的经济性。各种表面加工方法所能达到的精度和表面粗糙度都有一个相当大的范围。当精度达到一定程度后，要继续提高精度，成本会急剧上升。任何一种加工方法获得的精度只在一定范围内才是经济的，这种一定范围内的加工精度即为该种加工方法的经济精度。它是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准等级的工人，不延长加工时间）所能达到的加工精度。相应的表面粗糙度称为经济粗糙度。在选择加工方法时，应根据工件的精度要求选择与经济精度相适应的加工方法。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定2.加工阶段的划分工序的划分当零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。按工序的性质不同，零件的加工过程通常可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定（1）各加工阶段的主要任务1）粗加工阶段其任务是切除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率。2）半精加工阶段其任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工（如精车、精磨）做好准备。并可完成一些次要表面加工，如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定3）精加工阶段其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度要求。主要目标是全面保证加工质量。4）光整加工阶段对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上）的表面，需进行光整加工，其主要目标是提高尺寸精度、减小表面粗糙度。一般不用来提高位置精度。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定（2）划分加工阶段的目的1）保证加工质量工件在粗加工时，切除的金属层较厚，切削力和夹紧力都比较大，切削温度也高，将引起较大的变形。如果不划分加工阶段，粗、精加工混在一起，就无法避免上述原因引起的加工误差。按加工阶段加工，粗加工造成的加工误差可以通过半精加工和精加工来纠正，从而保证零件的加工质量。2）合理使用设备粗加工余量大，切削用量大，可采用功率大，刚度好，效率高而精度低的机床。精加工切削力小，对机床破坏小，采用高精度机床。这样发挥了设备的各自特点，既能提高生产率，又能延长精密设备的使用寿命。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定3）便于及时发现毛坯缺陷对毛坯的各种缺陷，如铸件的气孔、夹砂和余量不足等，在粗加工后即可发现，便于及时修补或决定报废，以免继续加工下去，造成浪费。4）便于安排热处理工序如粗加工后，一般要安排去应力的热处理，以消除内应力。精加工前要安排淬火等最终热处理，其变形可以通过精加工予以消除。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定加工阶段的划分也不应绝对化，应根据零件的质量要求、结构特点和生产纲领灵活掌握。对加工质量要求不高、工件刚性好、毛坯精度高、加工余量小、生产纲领不大时，可不必划分加工阶段。对刚性好的重型工件，由于装夹及运输很费时，也常在一次装夹下完成全粗、精加工。对于不划分加工阶段的工件，为减少粗加工中产生的各种变形对加工质量的响，在粗加工后，松开夹紧机构，停留一段时间，让工件充分变形，然后再用较小的夹紧力重新夹紧，进行精加工。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定3.工序的划分（1）工序的划分原则采用两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定1）工序集中原则将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。工序集中有利于采用高效的专用设备和数控机床；减少了机床数、操作工人数和占地面积；一次装夹后可加工较多表面，不仅保证了各个加工表面之间的相互位置精度，同时还减少了工序间的工件运输量和装夹工件的辅助时间。但数控机床、专用设备和工艺装备投资大，尤其是专用设备和工艺装备调整和维修比较麻烦，不利于转产。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定2）工序分散原则将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。工序分散使设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易；有利于选择合理的切削用量，减少机动时间。但工艺路线长，所需设备及工人人数多，占地面积大。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定（2）工序划分的方法工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构和技术要求等因素。大批量生产时，若使用多刀、多轴等高效机床，工序可按集中原则划分；若在由组合机床组成的自动线上加工，工序一般按分散原则划分。现代生产的发展多趋向于前者。单件小批生产时，工序划分通常采用集中原则。成批生产时，工序可按集中原则划分，也可按分散原则划分，应视具体情况而定。对于尺寸和质量都很大的重型零件，为减少装夹次数和运输，应按集中原则划分工序。对于刚性差且精度高的精密零件，应按工序分散原则划分工序。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序。1）按所用刀具划分即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间过长（如在一个工作班内不能完成）,加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心常用这种方法划分工序。2）按安装次数划分即以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适合于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定3）按粗、精加工划分即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道介。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件和锻件。4）按加工部位划分即完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点（如内形、外形、曲面和平面等）划分成多道工序。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定（3）加工顺序的安排零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等。这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。应当合理安排好切削加工、热处理和辅助工序之间的顺序。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定1）基面先行原则用作精基准的表面，应优先加工。定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工过程，首先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时进行精加工。2）先粗后精原则各个表面的加工顺序按照加工——半精加工——精加工——光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。5.2.2数控机床加工工艺路线的拟定3）先主后次原则零件上的工作面及装配面精度要求较高，属于主要表面，应先加工。自由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度后，最终精加工之前加工。4）先面后孔原则对于箱体类、支架类、机体类的零件，一般先加工平面，后加工孔。遮掩安排加工顺序，一方面是用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面是在加工过的平面上加工孔比较容易，并