數(shù)控車床加工工藝與編程操作資源第三十講課件

1、普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材數(shù)控加工技術(shù)吳明友 編第 三 十 講（90 Min、2節(jié)課）2022/9/31第七章 加工中心工藝設(shè)計（一）第一節(jié) 加工中心加工工藝分析（90Min）一、加工中心加工工藝概述（35Min） 1加工中心的主要加工對象加工中心適用于復雜、工序多、精度要求較高、需用多種類型普通機床和眾多刀具、工裝，經(jīng)過多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件。其主要加工對象有以下幾類。2022/9/32既有平面又有孔系的零件。加工中心具有自動換刀裝置，在一次安裝中，可以完成零件上平面的銑削、孔系的鉆削、鏜削、鉸削、銑削及攻螺紋等多工步加工。加工的部位可以在一個平面上，也可以不在一個平面上

2、。五面體加工中心一次裝夾可以完成除安裝基面以外的五個面的加工。因此，加工中心的首選加工對象是既有平面又有孔系的零件，如箱體類零件和盤、套、板類零件。1）箱體類零件。一般是指具有多個孔系，內(nèi)部有型腔或空腔，在長、寬、高方向有一定比例的零件。這類零件在機床、汽車、飛機等行業(yè)用得較多，如汽車的發(fā)動機缸體、變速箱體、機床的床頭箱、主軸箱、柴油機缸體以及齒輪泵殼體等。2022/9/332）盤、套、板類零件。是指帶有鍵槽或徑向孔，或端面有分布孔系以及有曲面的盤套或軸類零件，如帶法蘭的軸套、帶有鍵槽或方頭的軸類零件等；具有較多孔加工的板類零件，如各種電機蓋等。端面有分布孔系、曲面的盤、套、板類零件宜選用立式

3、加工中心，有徑向孔的可選用臥式加工中心。復雜曲面類零件。對于由復雜曲線、曲面組成的零件，如凸輪類、葉輪類和模具類等零件，加工中心是加工這類零件的最有效的設(shè)備。1）凸輪類。這類零件有如圖7-1所示的各種曲線的盤形凸輪、圓柱凸輪、圓錐凸輪和端面凸輪等，加工時，可根據(jù)凸輪表面的復雜程度，選用三軸、四軸或五軸聯(lián)動的加工中心。2022/9/352022/9/36圖7-1 盤形凸輪2）整體葉輪類。整體葉輪常見于航空發(fā)動機的壓氣機、空氣壓縮機、船舶水下推進器等，它除具有一般曲面加工的特點外，還存在許多特殊的加工難點，如通道狹窄，刀具很容易與加工表面和鄰近曲面發(fā)生干涉。如圖7-2所示是葉輪，它的葉面是一個典型

4、的三維空間曲面，加工這樣的型面，可采用四軸以上聯(lián)動的加工中心。2022/9/372022/9/38圖7-2 葉輪對于復雜曲面類零件，就加工的可能性而言，在不出現(xiàn)加工過切或加工盲區(qū)時，復雜曲面一般可以采用球頭銑刀進行三坐標聯(lián)動加工，加工精度較高，但效率較低。如果工件存在加工過切或加工盲區(qū)（如整體葉輪等），就必須考慮采用四坐標或五坐標聯(lián)動的機床。僅僅加工復雜曲面時并不能發(fā)揮加工中心自動換刀的優(yōu)勢，因為復雜曲面的加工一般經(jīng)過粗銑、（半）精銑、清根等步驟，所用的刀具較少，特別是像模具一類的單件加工。2022/9/310外形不規(guī)則零件。異形件是外形不規(guī)則的零件，大多數(shù)需要進行點、線、面多工位混合加工，如

5、支架、基座、樣板、靠模支架等。由于異形件的外形不規(guī)則，剛性一般較差，夾緊及切削變形難以控制，加工精度難以保證，因此在普通機床上只能采取工序分散的原則加工，需用較多的工裝，周期較長。這時可充分發(fā)揮加工中心工序集中，多工位點、線、面混合加工的特點，采用合理的工藝措施，一次或二次裝夾，完成大部分甚至全部加工內(nèi)容。2022/9/312加工精度要求較高的中小批量零件。針對加工中心加工精度高、尺寸穩(wěn)定的特點，對加工精度要求較高的中小批量零件，選擇加工中心加工，容易獲得所要求的尺寸精度和形狀位置精度，并可得到很好的互換性。2022/9/314新產(chǎn)品試制中的零件。在新產(chǎn)品定型之前，需經(jīng)反復試驗和改進。選擇加工

6、中心試制，可省去許多用通用機床加工所需的試制工裝。當零件被修改時，只需修改相應(yīng)的程序及適當?shù)卣{(diào)整夾具、刀具即可，節(jié)省了費用，縮短了試制周期。2022/9/3152加工中心的工藝特點加工中心是一種功能較全的數(shù)控機床，它集銑削、鉆削、鉸削、鏜削、攻螺紋和切螺紋于一身，使其具有多種工藝手段，綜合加工能力較強。與普通機床加工相比，加工中心具有如下的工藝特點。2022/9/316可減少工件的裝夾次數(shù)，消除因多次裝夾帶來的定位誤差，提高加工精度。當零件各加工部位的位置精度要求較高時，采用加工中心加工能在一次裝夾中將各個部位加工出來，避免了工件多次裝夾所帶來的定位誤差，有利于保證各加工部位的位置精度要求。同

7、時，加工中心多采用半閉環(huán)，甚至全閉環(huán)的位置補償功能，有較高的定位精度和重復定位精度，在加工過程中產(chǎn)生的尺寸誤差能及時得到補償，與普通機床相比，能獲得較高的尺寸精度。另外，采用加工中心加工，還可減少裝卸工件的輔助時間，節(jié)省大量的專用和通用工藝裝備，降低生產(chǎn)成本。2022/9/317可減少機床數(shù)量，并相應(yīng)減少操作工人，節(jié)省占用的車間面積?？蓽p少周轉(zhuǎn)次數(shù)和運輸工作量，縮短生產(chǎn)周期。在制品數(shù)量少，簡化生產(chǎn)調(diào)度和管理。使用各種刀具進行多工序集中加工，在進行工藝設(shè)計時要處理好刀具在換刀及加工時與工件、夾具甚至機床相關(guān)部位的干涉問題。若在加工中心上連續(xù)進行粗加工和精加工，夾具既要能適應(yīng)粗加工時切削力大、高剛

8、度、夾緊力大的要求，又須適應(yīng)精加工時定位精度高，零件夾緊變形盡可能小的要求。2022/9/318在將毛坯加工為成品的過程中，零件不能進行時效處理，內(nèi)應(yīng)力難以消除。技術(shù)復雜，對使用、維修、管理要求較高，要求操作者具有較高的技術(shù)水平。加工中心一次性投資大，還需配置其他輔助裝置，如刀具預調(diào)設(shè)備、數(shù)控工具系統(tǒng)或三坐標測量機等，機床的加工工時費用高，如果零件選擇不當，會增加加工成本。2022/9/3203加工中心加工內(nèi)容的選擇分析了加工中心的主要加工對象，選定適合加工中心加工的零件之后，需要進一步選擇確定適合加工中心加工的零件表面。通常選擇下列表面。尺寸精度要求較高的表面。相互位置精度要求較高的表面。不

9、便于普通機床加工的復雜曲線曲面。能夠集中加工的表面。2022/9/321 三、零件的工藝分析 （5Min）零件的工藝分析是制訂加工中心加工工藝的首要工作。其任務(wù)是分析零件圖的完整性、正確性和技術(shù)要求、分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性和定位基準等。其中，零件圖的完整性、正確性和技術(shù)要求分析與數(shù)控銑削加工類似，這里不再贅述。零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析。從機械加工的角度考慮，在加工中心上加工的零件，其結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)具備以下幾點要求。2022/9/3231）零件的切削加工量要小，以便減少加工中心的切削加工時間，降低零件的加工成本。2）零件上光孔和螺紋的尺寸規(guī)格盡可能少，減少加工時鉆頭、鉸刀及絲錐等刀具的數(shù)量，以防刀庫容量

10、不夠。3）零件尺寸規(guī)格盡量標準化，以便采用標準刀具。4）零件加工表面應(yīng)具有加工的方便性和可能性。5）零件結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛性，以減少夾緊變形和切削變形。2022/9/3243）當在加工中心上既加工基準又完成各工位的加工時，其定位基準的選擇需考慮完成盡可能多的加工內(nèi)容。為此，要考慮便于各個表面都能被加工的定位方式，如對于箱體，最好采用一面兩削的定位方式，以便刀具對其他表面進行加工。2022/9/3264）當零件的定位基準與設(shè)計基準難以重合時，應(yīng)認真分析裝配圖紙，確定該零件設(shè)計基準的設(shè)計功能，通過尺寸鏈的計算，嚴格規(guī)定定位基準與設(shè)計基準間的公差范圍，確保加工精度。對于帶有自動測量功能的加工中心，可

11、在工藝中安排坐標系測量檢查工步，即每個零件加工前由程序自動控制用測頭檢測設(shè)計基準，系統(tǒng)自動計算并修正坐標系，從而確保各加工部位與設(shè)計基準間的幾何關(guān)系。2022/9/327四、零件數(shù)控加工工藝路線的擬定（45Min） 1加工方法的選擇在加工中心上可以采用銑削、鉆削、擴削、鉸削、鏜削和攻螺紋等加工方法，完成平面、平面輪廓、曲面、曲面輪廓、孔和螺紋等加工，所選加工方法要與零件的表面特征、所要達到的精度及表面粗糙度相適應(yīng)。2022/9/3282022/9/330圖7-4 孔加工方案對于直徑大于30mm的已鑄出或鍛出毛坯孔的孔加工，一般采用粗鏜半精鏜孔口倒角精鏜加工方案；孔徑較大時可采用立銑刀粗銑精銑加

12、工方案。有空刀槽時可用鋸片銑刀在半精鏜之后、精鏜之前銑削完成，也可用鏜刀進行單刀鏜削，但鏜削效率低。2022/9/331對于直徑小于30mm的無毛坯孔的孔加工，通常采用锪平端面打中心孔鉆擴孔口倒角鉸孔加工方案；有同軸度要求的小孔，須采用锪平端面打中心孔鉆半精鏜孔口倒角精鏜（或鉸）加工方案。為提高孔的位置精度，在鉆孔工步前需安排锪平端面和打中心孔工步?？湛诘菇前才旁诎刖庸ぶ?、精加工之前，以防孔內(nèi)產(chǎn)生毛刺。2022/9/332螺紋加工根據(jù)孔徑大小，一般情況下，直徑在M6M20mm之間的螺紋，通常采用攻螺紋方法加工。直徑在M6mm以下的螺紋，在加工中心上完成底孔加工，通過其他手段攻螺紋。因為在加

13、工中心上攻螺紋不能隨機控制加工狀態(tài)，小直徑絲錐容易折斷。直徑在M20mm以上的螺紋，可采用鏜刀片鏜削加工。2022/9/3332加工階段的劃分一般情況下，在加工中心上加工的零件已在其他機床上經(jīng)過粗加工，加工中心只是完成最后的精加工，所以不必劃分加工階段。但對加工質(zhì)量要求較高的零件，若其主要表面在上加工中心加工之前沒有經(jīng)過粗加工，則應(yīng)盡量將粗、精加工分開進行。使零件在粗加工后有一段自然時效過程，以消除殘余應(yīng)力和恢復切削力、夾緊力引起的彈性變形、切削熱引起的熱變形，必要時還可以安裝人工時效處理，最后通過精加工消除各種變形。2022/9/334對加工精度要求不高，而毛坯質(zhì)量較高、加工余量不大、生產(chǎn)批

14、量很小的零件或新產(chǎn)品試制中的零件，利用加工中心良好的冷卻系統(tǒng)，可把粗、精加工合并進行。但粗、精加工應(yīng)劃分成兩道工序分別完成。粗加工用較大的夾緊力，精加工用較小的夾緊力。3加工工序的劃分加工中心通常按工序集中原則劃分加工工序，主要從精度和效率兩方面考慮。2022/9/3354加工順序的安排理想的加工工藝不僅應(yīng)保證加工出圖紙要求的合格工件，同時應(yīng)能使加工中心機床的功能得到合理應(yīng)用與充分發(fā)揮。安排加工順序時，主要遵循以下幾方面原則。同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成，或全部加工表面按先粗加工，然后半精加工、精加工分開進行。加工尺寸公差要求較高時，考慮零件尺寸、精度、零件剛性和變形等因素，

15、可采用前者；加工位置公差要求較高時，采用后者。2022/9/336對于既要銑面又要鏜孔的零件，如各種發(fā)動機箱體，可以先銑面后鏜孔，這樣可以提高孔的加工精度。銑削時，切削力較大，工件易發(fā)生變形。先銑面后鏜孔，使其有一段時間的恢復，可減少變形對孔的精度的影響。反之，如果先鏜孔后銑面，則銑削時，必然在孔口產(chǎn)生飛邊、毛刺，從而破壞孔的精度。2022/9/337相同工位集中加工，應(yīng)盡量按就近位置加工，以縮短刀具移動距離，減少空運行時間。某些機床工作臺回轉(zhuǎn)時間比換刀時間短，在不影響精度的前提下，為了減少換刀次數(shù)，減少空行程，減少不必要的定位誤差，可以采取刀具集中工序。也就是用同一把刀把零件上相同的部位都加

16、工完，再換第二把刀。2022/9/338考慮到加工中存在著重復定位誤差，對于同軸度要求很高的孔系，就不能采取刀具集中原則，應(yīng)該在一次定位后，通過順序連續(xù)換刀，順序連續(xù)加工完該同軸孔系的全部孔后，再加工其他坐標位置孔，以提高孔系同軸度。在一次定位裝夾中，盡可能完成所有能夠加工的表面。實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體情況，綜合運用以上原則，從而制定出較完善、合理的加工順序。2022/9/3395加工路線的確定加工中心上刀具的進給路線包括孔加工進給路線和銑削加工進給路線?？准庸みM給路線的確定?？准庸r，一般是先將刀具在xOy平面內(nèi)快速定位到孔中心線的位置上，然后再沿Z向（軸向）運動進行加工。刀具在xOy平面內(nèi)

17、的運動為點位運動，確定其進給路線時重點考慮：2022/9/3401）定位迅速，空行程路線要短；2）定位準確，避免機械進給系統(tǒng)反向間隙對孔位置精度的影響；3）當定位迅速與定位準確不能同時滿足時，若按最短進給路線進給能保證定位精度，則取最短路線。反之，應(yīng)取能保證定位準確的路線。刀具在Z向的進給路線分為快速移動進給路線和工作進給路線。2022/9/341如圖7-5所示，刀具先從初始平面快速移動到及平面（距工件加工表面一切入距離的平面）上，然后按工作進給速度加工。如圖7-5a所示為單孔加工時的進給路線。對多孔加工，為減少刀具空行程進給時間，加工后續(xù)孔時，刀具只要退回到R平面即可，如圖7-5b所示。R平面距工件表面的距離稱為切入距離。加工通孔時，為保證全部孔深都加工到，應(yīng)使刀具伸出工件底面一段距離（切出距離）。切入切出距離的大小與工件表面狀況和加工方式有關(guān)，一般可取25mm。2022/9/3422022/9/343圖7-5 孔加工時刀具Z向進給路線示例（實線為快速移動路線，虛線為工作進給路線）a）單孔加工 b）多孔加工銑削加工進給路線的確定。銑削加工進給路線包括切削進給和Z向快速移動進給兩種進給路線。加工中心是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其加工工藝仍以數(shù)控銑削加工為基礎(chǔ)，因此銑削加工進給路線的選擇原則對加工中心同樣適用，此處不再