北航機械工藝講稿第三章

第三章

機床工序設(shè)計§3.1概述普通工序設(shè)計的內(nèi)容包括：設(shè)備和工藝裝備的選擇；加工余量的確定；工序的尺寸及其偏差的計算；有時還要確定切削用量和時間定額。數(shù)控技術(shù)文件:數(shù)控編程任務(wù)書工件安裝和原點設(shè)定卡數(shù)控工序卡數(shù)控刀具卡數(shù)控加工走刀路線圖

（1）數(shù)控編程任務(wù)書數(shù)控編程任務(wù)書闡明了工藝人員對數(shù)控加工工序的技術(shù)要求和工序說明以及數(shù)控加工前應(yīng)保證的加工余量。它是編程人員和工藝人員協(xié)調(diào)工作和編制數(shù)控程序的重要依據(jù)之一。工藝處

數(shù)控編程任務(wù)書

產(chǎn)品零件圖號

任務(wù)書編號

零件名稱

使用數(shù)控設(shè)備

共

頁第

頁

主要工序說明及技術(shù)要求：

編程收到日期

月

日

經(jīng)手人

編制

審核

編程

審核

批準

（2）工件安裝和原點設(shè)定卡片零件圖號J30102-4數(shù)控加工工件安裝和零點設(shè)定卡片工序號零件名稱行星架裝夾次數(shù)

3梯形槽螺栓

2壓板

1鏜銑夾具板GS53-61編制（日期）審核（日期）

批準（日期）第頁

共頁序號夾具名稱夾具圖號工件安裝和原點設(shè)定卡表示出數(shù)控加工原點、定位方法和夾緊方法，并應(yīng)注明加工原點設(shè)定位置和坐標方向，使用的夾具名稱和編號等。

單位數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號

工序簡圖車間使用設(shè)備

工藝序號程序編號

夾具名稱夾具編號工步號工步作業(yè)內(nèi)容加工面刀

具

號刀補量主軸轉(zhuǎn)速進給速度背

吃

刀

量備注

編制

審核

批準

年月日共頁第頁（3）數(shù)控工序卡片數(shù)控加工工序卡與普通加工工序卡有許多相似之處，所不同的是：工序草圖中應(yīng)注明編程原點與對刀點，要進行簡要編程說明（如：所用機床型號、程序介質(zhì)、程序編號、刀具半徑補償?shù)龋┝慵D號J30102-4數(shù)控刀具卡片使用設(shè)備刀具名稱鏜刀TC-30刀具編號T13006換刀方式自動程序編號刀具組成序號編號刀具名稱規(guī)格數(shù)量備注1T013960拉釘12390、140-5050027刀柄13391、01-5050100接桿Φ50×10014391、68-03650085鏜刀桿15R416.3-12205325鏜刀組件Φ41-Φ5316TCMM110208-52刀片1備注編制審校批準共頁第頁（4）數(shù)控刀具卡片數(shù)控加工時要求刀具十分嚴格，一般要在機外對刀儀上預(yù)先調(diào)整刀具直徑和長度。刀具卡片反映刀具編號、刀具結(jié)構(gòu)、尾柄規(guī)格、組合件名稱代號、刀片型號和材料等，它是組裝刀具和調(diào)整刀具的依據(jù)。數(shù)控加工走刀路線圖零件圖號NC01工序號工步號程序號O100機床型號XK5032程序段號N10～N170加工內(nèi)容銑輪廓周邊共1頁第頁編程校對審批符號含義抬刀下刀編程原點起刀點走刀方向走刀線相交爬斜坡鉸孔行切（5）數(shù)控加工走刀路線圖卡片

編程中的刀具運動路線（如：從哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等）?！?.2機床的選擇考慮因素：（1）機床的工作精度和工序的加工精度相適應(yīng)；（2）機床工作區(qū)的尺寸應(yīng)和工件的輪廓尺寸相適應(yīng)；（3）機床的功率與剛度應(yīng)和工序的性質(zhì)相適應(yīng)，另外，機床的加工用量范圍應(yīng)和工件要求的合理切削用量相適應(yīng)；（4）機床的生產(chǎn)率應(yīng)和工件的生產(chǎn)計劃相適應(yīng)；（5）充分利用現(xiàn)有的設(shè)備，并盡量優(yōu)先選用國產(chǎn)機床。在試制新產(chǎn)品和小批量生產(chǎn)時，較多選用數(shù)控機床和加工中心機床，以減少工藝裝備的設(shè)計和制造，這可大大縮短生產(chǎn)周期和提高經(jīng)濟性。數(shù)控加工中心的類型（1）立式加工中心指主軸軸心線為垂直狀態(tài)設(shè)置的加工中心。其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，無分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工盤、套、板類零件。一般具有三個直線運動坐標，并可在工作臺上安裝一個水平軸的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，用以加工螺旋線類零件。對于五軸聯(lián)動的立式加工中心，可以加工葉片、模具等復(fù)雜零件。

(2)臥式加工中心：指主軸軸心線為水平狀態(tài)設(shè)置的加工中心。臥式加工中心一般都具有3個至5個運動坐標，常見的是三個直線運動坐標（沿x、y、z軸方向）加一個回轉(zhuǎn)運動坐標（回轉(zhuǎn)工作臺），它能夠使工件在一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工，最適合加工復(fù)雜的箱體類零件。(3)龍門式加工中心：主軸多為垂直設(shè)置，除自動換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的軟件功能也較齊全，能夠一機多用，尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，如飛機上的梁、框、壁板等。(4)復(fù)合加工中心：指立、臥兩用加工中心，即具有立式加工中心的功能，又有臥式加工中心的功能，工件一次安裝后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面等五個面的加工，又稱立臥式加工中心、萬能加工中心或五面加工中心。數(shù)控車削中心

帶機械手鏈式刀庫的臥式加工中心主軸回轉(zhuǎn)的立式五軸加工中心

加工中心的選擇：還要考慮坐標軸的數(shù)量能否滿足型面的加工要求。存在的問題：機床負荷不均衡，造成操作工人的任務(wù)也不平均。原因：是工藝設(shè)計人員偏好選擇某一臺或某幾臺機床，選擇這些機床有可能是工件的加工精度容易保證或是數(shù)控程序的編制容易實現(xiàn)。措施：1.根據(jù)機床的加工能力和控制系統(tǒng)的類型，構(gòu)建機床群，零件面向機床群組設(shè)計編程。2.根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點進行分組，為每類零件安排加工機床群。不僅需要單個零件的工藝優(yōu)化，還需要車間整體加工任務(wù)的優(yōu)化，方便車間的生產(chǎn)調(diào)度，提高機床的利用率。§3.3工藝裝備的選擇1.夾具的選擇在考慮工件在機床上裝夾時，一般應(yīng)考慮采用通用夾具。當通用夾具不能滿足要求時才采用專用夾具。

2．切削工具的選擇類型選擇：例如：鉆孔需要用鉆頭，車外圓用車刀。——根據(jù)加工表面的形狀。構(gòu)造選擇：例如：選擇鑲硬質(zhì)合金的，還是具有轉(zhuǎn)位刀頭的。尺寸選擇：鉆頭的直徑——根據(jù)加工的尺寸和精度。材料選擇：如車刀是選硬質(zhì)合金，還是選用高速鋼——根據(jù)工件的材料。

國外刀具廠商德國WALTER（瓦爾特）刀具美國KENNEMETAL（肯納）刀具以色列伊斯卡（ISCAR）刀具日本京瓷（KYOCERA）刀具瑞典SECO（山高刀具）瑞典SANDVIK（

山特維克可樂滿）刀具

山特維克可樂滿

彎頭刀片：特別適合航空發(fā)動機零件車削。彎頭刀片是專為復(fù)雜零件加工中一般刀具難以接近的凹槽和凹窩而開發(fā)設(shè)計的?？霞{刀具Kennametal的銑削創(chuàng)新包括全新的Dodeka銑刀和刀片。設(shè)計用于鋼件、不銹鋼、鑄鐵、球墨鑄鐵及鋁合金的高要求平面銑削。由于每個刀片有12個切削刃，獨特的刃口幾何形狀有效地降低了切削力，提高了每個刃口的性能。刀片的安裝使用非常簡便,只需裝卸單個螺釘即可完成刀片的更換和轉(zhuǎn)位。伊斯卡刀具

ISCAR推出新型HM90APCR220605-CS波形刃刀片–螺旋刃帶凹槽，終結(jié)了鋁合金粗銑加工中切屑堆堵的現(xiàn)象。對ISCAR鋁合金銑削HELIALUHM90系列進行了增補。每側(cè)2個凹槽探入拋光的前刀面，使得即便是大余量切削時，切屑也能可控地被撕裂至小切屑，實現(xiàn)可靠排屑。山高刀具山高提供寬范圍的Jabro整體式立銑刀，有適用于3D銑削的帶刀尖圓角（也叫環(huán)形或牛鼻）和球頭的刀具，針對諸如模具、航空航天、發(fā)電設(shè)備、醫(yī)療及通用機械加工等領(lǐng)域。3．量具的選擇精度：是指所選量具的精度應(yīng)與要求檢驗的精度相適應(yīng)。例如要檢驗的精度是幾個微米，而選游標卡尺來測量就不合適了，應(yīng)選用千分尺。類型：指量具的類型，是選通用量具，還是選用專用量具。這主要取決于生產(chǎn)類型。在單件和小批生產(chǎn)時，廣泛采用通用量具。在大批和大量生產(chǎn)時，主要采用專用的界限量規(guī)，檢驗測具等。目前常采用三坐標測量機對于一些復(fù)雜型面進行測量?！?.4切削參數(shù)選擇切削數(shù)據(jù)是衡量切削技術(shù)水平高低的一個基本量值。采用合理的切削數(shù)據(jù),可以充分發(fā)揮切削機床和切削刀具的功能,尤其對于各種自動化加工機床、數(shù)控機床和加工中心來說,自動化加工的輔助時間已大大縮短,這樣,在有效的加工時間內(nèi)充分利用合理的或優(yōu)化的切削數(shù)據(jù),對提高整個加工系統(tǒng)的經(jīng)濟效益更為重要。大量新的難加工材料的出現(xiàn)，使切削參數(shù)的優(yōu)化變得很困難，目前主要依據(jù)刀具廠商提供的數(shù)據(jù)和企業(yè)的實際加工經(jīng)驗積累。切削參數(shù)的影響因素特征與加工方法相結(jié)合:避免出現(xiàn)加工顫振是選擇切削參數(shù)的主要約束條件CUTDATA切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫的界面§3.5走刀方式的確定走刀方式亦稱刀具軌跡，是指加工過程中刀具相對于工件運動的路線。刀具軌跡的合理與否，不僅直接關(guān)系到切削效率、加工精度、加工干涉，而且還影響機床的動力性能及刀具的使用壽命。在數(shù)控加工中，必須根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點和數(shù)控加工工藝性，采用合理的走刀方式和走刀方向。槽腔加工走刀路線主要分為行切、環(huán)切和行切加環(huán)切、螺旋加工、擺線加工及賽車線加工等幾種方式。行切法：行切法生成的刀具軌跡都是直線，刀具軌跡直觀明了，數(shù)控加工的程序段數(shù)較少，每個程序段的平均長度較長，有利于提高數(shù)控加工的切削效率，用行切方式加工內(nèi)腔能切除內(nèi)腔中的全部余量，不留死角，不傷輪廓，走刀路線計算簡單，但行切法將在兩次走刀的起點和終點間留下殘留高度，而達不到要求的表面粗糙度。行切走刀模式又分為單向走刀和雙向走刀又稱為己字形走刀)兩種走刀方式。行切環(huán)切法：環(huán)切法的優(yōu)點是銑刀的切削方式不變，加工平穩(wěn)，節(jié)約刀具成本，輪廓表面光整，但編程計算量大，隨著自動編程軟件的廣泛使用，應(yīng)用越來越廣泛。行切加環(huán)切法：行切加環(huán)切法先用行切法，最后沿周向環(huán)切一刀，光整輪廓表面，綜合了兩種方法的優(yōu)點，能獲得較好的效果。環(huán)切行切加環(huán)切螺旋切：螺旋線加工方法的優(yōu)點，與環(huán)切法加工相比，無須進行環(huán)的切入和切出，在螺旋線內(nèi)部不會留有余料，因此對某些環(huán)形型腔輪廓的加工具有明顯的優(yōu)點。擺線走刀：擺線刀路可以改善刀具被工件材料包埋時的工況，但是擺線方式會延長加工時間，對于難加工材料型腔第一刀切削，為了避免滿刀切削，可以使用擺線走到方式。螺旋切擺線加工賽車線加工：賽車線加工模擬了賽車的原理，最大化地消除了刀具路徑中的尖銳拐角，刀具保持了恒定刀具負荷和排屑率，同時盡量避免了全刀寬切削，使得刀具負荷更加穩(wěn)定，可顯著減少刀具磨損，改善加工質(zhì)量，特別適用于高速加工。賽車線加工拐角結(jié)構(gòu)的加工方法拐角特征是型腔中常見的子特征，針對拐角加工所存在的問題，國內(nèi)外學者做了大量理論及實驗研究，常見的拐角加工策略有：靠刀法：避免了直接用細長刀具加工時變形和切削振動，需要多次換刀，加工效率較低留余量行切法：消除了加工中的拉刀和振紋現(xiàn)象，但是數(shù)控程序段較大，加工效率低靠刀法留余量行切法細化圓角法：銑削薄壁件圓角時，以徑向切削深度的變化作為細化依據(jù)，進行二次細化。適當?shù)亟档土说毒咴谧叩哆^程中的切削力，可以提高工件的加工精度。單圓環(huán)加工法：單圓環(huán)法的走刀路線是AGHIJKGBC。SLS的基本思想是分兩個階段切除拐角材料，以減小銑削力和切削厚度。雙圓環(huán)加工法：DLS的目的是更進一步減少銑削時在拐角處產(chǎn)生的切削力，將全部的材料的切除分成三個階段。這是靠構(gòu)成兩個銑削圓環(huán)來完成的。細化圓角法單圓環(huán)加工法雙圓環(huán)加工法§3.6加工余量的確定一、加工余量的概念總加工余量：為了獲得零件上某一表面所要求的精度和表面粗糙度，而從毛坯這一表面上切去的全部多余金屬層，稱為該表面的總加工余量。工序加工余量：在完成一個工序時，從某一表面上所切去的金屬層?？偧庸び嗔亢凸ば蚣庸び嗔康年P(guān)系：Z∑—總加工余量，Zi—工序加工余量，n工序數(shù)目。加工余量又有基本余量，最大余量和最小余量?；居嗔康扔谇昂蠊ば虻幕境叽缰睢1=|L2-L1|式中：Z1：本工序余量；L1：本工序基本尺寸；L2：前工序的基本尺寸。對最大最小余量的計算，以加工外表面為例：注：一般工序習慣上按“入體”原則來標注。Z1max=L2max-L1min=L2-(L1-δ1)=L2-L1+δ1=Z1+δ1Z1min=L2min-L1max=L2-δ2-L1=L2-L1-δ2=Z1-δ2δz1=δ1+δ2

其中：δ1：尺寸L1的公差；δ2：尺寸L2的公差；δz1：基本余量Z1的公差。對于內(nèi)表面的計算與此相同。此外，在確定余量時還要考慮是單面余量還是雙面余量。對于平面加工來說Z1是單面余量，而對于圓柱面來說，如給出直徑余量是雙面，給出半徑余量是單面。Z1ZminZmaxδ1L2L1δ2二、

影響加工余量的因素工序加工余量的確定：應(yīng)當使被加工表面經(jīng)過本工序加工后，不再留有上一工序的加工痕跡和缺陷。影響因素：（1）前工序的表面質(zhì)量應(yīng)把前一工序留下的表面粗糙度的最大高度Ry和表面缺陷層的深度T切除掉。Ry和T的數(shù)值和加工方法有關(guān)。（教材表3-1給出了一些統(tǒng)計數(shù)值。）RyTZL1L2正常組織表面層（2）前工序加工的尺寸公差（δa）考慮是按入體原則標注。（3）前工序的位置關(guān)系誤差（ρa）（4）本工序的安裝誤差（εb）ρa和εb有方向，一般取其向量和。則：單邊余量：Zb≥δa+(Rya+Ta)+雙邊余量：Zb≥δa+2(Rya+Ta）+下標a代表前一工序，b代表本工序，Zb本工序的加工余量。δaδbρa,εbΦbΦa對于有些加工方法并不是所有因素都影響加工余量，如用浮動絞刀絞孔時，一般只考慮前工序的尺寸公差和表面質(zhì)量的影響，實際生產(chǎn)中，一般余量都按規(guī)格資料的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來確定。車削外圓的加工余量：

直徑尺寸（mm）直徑余量（mm）直徑公差粗車細車長度（mm）荒車粗車≤200>200~400≤200>200~400≤101.51.70.81.0IT14IT12~13>10~181.51.71.01.3>18~302.02.21.31.3>30~502.02.21.41.5>50~802.32.51.51.8>80~1202.52.81.51.8>120~1802.52.81.82.0>180~2602.83.02.02.3>2603.03.02.02.3§3.7工序尺寸的確定一般簡單工序的基本尺寸采取“由后往前推”的方法，根據(jù)（最終工序尺寸）零件圖的尺寸，加上或減去工序的加工余量而得。例：對一個外表面的加工，L1為最終工序，L2為中間工序，L3為毛坯尺寸。則：L2=L1+Z1，推廣：Ln=Ln-1±Zn-1=L1±∑Zi。外表面是+，內(nèi)表面是-。公差：一般按該加工方法的經(jīng)濟加工精度來選定，習慣上按“入體”原則來標注。L1L2L3Z1Z2δ3δ1δ2例：圖(a)所示為零件的部分要求，圖（b)所示為有關(guān)的加工簡圖

L1和L2是最終工序，所以均可直接取自零件圖。L1=32-0.1，L2=48-0.1，L3，L4是中間工序，確定加工余量Z1=0.2，Z2=0.3，L3，L4的公差，按經(jīng)濟加工精度（細車IT10）查得公差為0.1，0.1，L3=L1+Z1+Z2,L3=32+0.2+0.3=32.5，L4=L2+Z2=48.3，

L3-△l3=32.5-0.1，L4-△l4=48.3-0.1。