《数控加工编程技术》-第2章-数控加工工艺基础

数控加工编程技术机械工业出版社同名教材配套电子教案主编：陈为国2012年6月ISBN978-7-111-38439-7第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二2上一页下一页退出第2章数控加工工艺基础2.1数控加工工艺分析2.2数控加工工艺规划2.3数控加工常见的装夹装置简介2.4数控加工常用刀具思考与练习第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二3上一页下一页首页退出重点、难点与学习提示本章重点：理解数控加工常见的装夹方法及其表达方式。机夹式车刀与铣刀常见结构与刀片形式。数控刀具与数控机床的连接形式与方法。切削用量的选择原则、方法及注意事项。本章难点：常见装夹方法及其表达方式。数控车削与数控铣削常见刀具的种类及用途。学习提示：结合机械制造技术课程中学过的定位与夹紧的知识对照学习。第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二42.1数控加工工艺分析数控加工仅是零件制造环节中的一环，必须处理好其前后工序的关系。数控加工工艺内容包括：(1)选择适合在数控机床上加工的零件。(2)分析待加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。(3)确定零件加工方案，制定数控加工工艺路线(4)加工工序的设计。(5)数控加工程序的调整。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二52.2数控加工工艺规划2.2.1数控加工工艺规划的概念所谓数控加工工艺规划指的是从产品图样开始直至加工成为合格成品的整个工艺过程的设计，如图2-2所示。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二62.2.2数控加工与编程前期准备前期准备：首先，分析是否要用数控机床加工，是全部还是部分，其前后工序如何？其次，分析或制定全部加工工艺，重点考虑数控工艺，处理好前后工序之间的关系。第三，做好数控加工方法与加工路径的规划。如：编程坐标系的确定，包括原点与坐标轴；粗加工与精加工的处理；刀具路径，关键点和面（包括对刀点、换刀点、程序的起始点与结束点位置，初始平面与安全平面的高度）等。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二72.2.2数控加工与编程前期准备前期准备：第四，确定是否需使用冷却液。第五，确定是否使用刀具偏置或补偿。一般二维铣削轮廓是尽可能采用刀具半径补偿指令G41/G42编程；三维曲面铣削加工一般尽可能采用计算机辅助编程，不使用刀具补偿指令；数控铣削加工时，用到多把刀具切削时尽可能采用刀具长度补偿指令G43处理多刀长度不等的问题；上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二82.2.2数控加工与编程前期准备前期准备：在数控车削时，轮廓精度要求较高，且存在圆锥或圆弧面的零件，必须使用刀尖圆弧半径补偿指令G41/G42编程；数控车削刀具偏置功能的应用需要根据具体情况处理，如基于刀具偏置对刀建立工件坐标系，利用刀具偏置解决非标准刀具转到工作位置时与标准刀刀位点的偏差补偿等。第六，根据确定的编程坐标系，确定合适的建立工件坐标系指令。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二92.2.3数控加工常见装夹方案的确定装夹是加工过程中工件在机床或夹具中完成定位与夹紧两动作的工序内容。考虑定位时要处理好工艺基准与设计基准、测量基准等的关系，尽可能做到基准统一。考虑夹紧时，要确定合适的夹紧点、夹紧力、夹紧方向。为规范工艺基准的图示与表达，尽可能按照《机械加工定位、夹紧符号》——JB/T5061–2006标准描述，表2-1摘录了部分数控加工过程中可能用到的定位和夹紧符号，供参考。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二10上一页下一页首页退出表2-1摘录了部分数控加工过程中可能用到的定位和夹紧符号，供参考。第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二11上一页下一页首页退出表2-2列举了部分车加工典型定位方案，供学习之用。外圆柱面装夹（长）外圆柱面装夹（短）第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二12上一页下一页首页退出一夹一顶装夹外圆单爪装夹(加工内孔)长心轴装夹第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二13上一页下一页首页退出弹性心轴装夹内孔双顶尖装夹盘类零件装夹第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二14上一页下一页首页退出表2-3列举了部分铣削加工典型定位方案，供学习之用。第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二15上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二162.2.4数控切削刀具的确定切削刀具的选择与确定涉及刀具切削部分的材料、刀具的结构（如整体式、焊接式与机夹式等）、刀具与机床的联接方式等问题。数控加工刀具切削部分材料尽可能选择刀具耐用度高的硬质合金、涂层硬质合金、甚至采用立方碳化硼和聚晶金刚石等；刀具结构上仅可能采用机夹可转位刀具。还需考虑刀具与机床的联接方式。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二172.2.5切削用量的确定1.数控加工的切削方式与切削参数常见的数控加工方式有车削与铣削两种方式，如图2-3所示。上一页下一页首页退出图2-3常见的加工方法a)车削b)圆周铣削c)端面铣削第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二18(1)车削加工外圆加工示例。数控加工编程用到的参数包括：主轴转速n(r/min)或切削线速度v(m/min)；进给量f(mm/r)或进给速度vf(mm/min)。上一页下一页首页退出a)车削第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二19它们之间的关系为：切削速度与主轴转速的关系：1000ndv(m/min)进给量与进给速度的关系的关系：式中，n为主轴转速，r/min；v为切削速度，m/min；d为工件直径，mm；f为每转进给量，mm/r；vf为进给速度，mm/min。fnvf(mm/min)上一页下一页首页退出a)车削第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二20(2)铣削加工常见有圆周铣削与端面铣削两种。数控编程用到的参数为：主轴转速n(r/min)和进给速度vf(mm/min)。还有派生的切削参数，如每转进给量f(mm/r)或每齿进给量速度fz(mm/min)，它们之间的关系为：上一页下一页首页退出b)圆周铣削c)端面铣削第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二21主轴转速与切削速度的关系：dvn1000(r/min)或1000ndv(m/min)式中，n为主轴转速,r/min；v为切削速度,min；d为刀具直径，mm。上一页下一页首页退出b)圆周铣削c)端面铣削第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二22各进给运动参数之间的关系：ZffZnZfnfvzf(mm/r)(mm/min)式中，fz为每齿进给量，mm/Z；f为每转进给量，mm/r；vf为进给速度，mm/min。注意，切削用量三要素中，还有一个切削参数——背吃刀量，这个参数在编程时体现在尺寸字中。上一页下一页首页退出b)圆周铣削c)端面铣削第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二232.切削用量的选择原则与方法选用总原则：保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。(1)切削用量的选择原则①粗加工时，选取尽可能大的背吃刀量。②精加工时，根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量，但尽可能一刀完成；上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二242)切削用量的选择方法①首先，确定背吃刀量。尽可能一刀完成。②其次，确定进给量和进给速度。主要取决于零件的加工精度和表面粗糙度要求。选择时，尽可能考虑利用数控机床进给倍率可调的特点。③最后，确定切削速度。在保证刀具耐用度的条件下，尽可能提高速度。同时，还应考虑以下因素：上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二25还应考虑以下因素：a)要避开积屑瘤的生成速度，精加工速度可适当提高。b)加工带硬皮的工件或断续切削的工件时，应适当降低切削速度。c)加工大件、细长件时，应适当降低切削速度，保证一刀能够将工件表面加工完成。注意：数控机床的主轴转速也能在一定范围内倍率调节。3)切削用量参考值。查阅手册与刀具样本是初学者确定切削用量可靠办法。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二263.切削用量选择时的注意事项1)首先，手头必须有几本较实用的机械制造工艺手册。2)多向有经验的老同志学习，包括阅历老道的工程技术人员和工人师傅。3)多观察，多思考，不断积累与提高。4)多收集一些有价值的刀具样本。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二27切削用量选择时的几个观点：首先，切削用量的选择只有合理与不合理之分，一般不存在对与错的概念；其次，切削用量的选择是一个模糊的、经验型的东西，不同的人选出来的数值可能会有差异，这是正常的；第三，选择和确定下来的切削用量不是一成不变的，必须根据现场实际情况进行修正，特别是初次使用的切削用量。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二282.3.1数控车削加工常见的装夹装置数控车削加工常见的装夹装置有：(1)三爪自定心卡盘装夹如图2-4所示。特点：定心与夹紧、外圆与内孔装夹、硬爪与软爪，（液压与电动）动力卡盘。2.3数控加工常见的装夹装置简介上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二29(2)四爪单动卡盘装夹如图2-5所示。特点：不具定心功能、可装夹非回转体零件、需要找正。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二30(3)借助于顶尖的装夹如下所述。1)顶尖结构如图2-6所示。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二312)装夹方式，如图2-7所示。图2-7a)三爪自定心卡盘–尾顶尖装夹b、c)双顶尖对顶装夹上一页下一页首页退出b、c)双顶尖对顶装夹第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二32(4)套类零件装夹有心轴装夹和双顶尖装夹，如图2-8所示。图2-8a)双顶尖心轴b)可涨心轴c)伞形顶尖装夹上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二332.3.2数控铣削加工常见的装夹装置数控铣削加工常见的装夹装置有：(1)螺钉-压板夹紧机构简称为压板夹紧。图2-9所示为压板组件的构成情况及其应用时的注意事项。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二34(2)平口钳装夹平口钳又称平口虎钳，是铣削加工常见的机床附件，图2-10a所示。上一页下一页首页退出注意：钳口找正后使用，也有软钳口问题。第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二35(3)三爪卡盘装夹尺寸不大的圆形零件，可利用三爪卡盘（图2-11所示）夹紧。图2-11三爪卡盘(4)V形块装夹圆柱形工件可以使用V形块定位，螺钉-压板夹紧的方式安装，如图2-12所示。V形块具有自动定心功能。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二36(5)组合夹具与专用装夹适合多品种小批量生产模式，但首次投资较大。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二372.4数控加工常用刀具2.4.1刀具材料1.刀具切削部分材料常用材料有高速钢和硬质合金。超硬的陶瓷材料、立方氮化硼、金刚石等也有所应用。刀具涂层技术近年来较为普遍的应用。(1)高速钢高速钢是在合金钢中加入较多的钨、铬、钼和钒等合金元素的一种刀具材料。常见牌号有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。上一页下一页首页退出第2章数控加工工艺基础2013年4月9日星期二38(2)硬质合金硬质合金是由硬度和熔点很高的金属碳化物(WC、TiC、TaC、NeC)和金属粘结剂(钴Co、镍Ni、钼Mo等)以粉末冶金的方式烧结而成的一种高性能刀具材料。常用的硬质合金材料有钨钴类(YG类)、钨钴钛类(YT类)和通用硬质合金类(Y