数控加工工艺设计

第三章数控加工工艺设计第三章数控加工工艺设计第2页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计目录3.1数控车削加工工艺设计一、数控车床的加工对象二、数控车削加工工艺性分析三、数控车削刀具的选用四、加工工艺路线的确定五、加工工艺参数的确定3.2数控铣削加工工艺设计一、数控铣床及加工中心的加工对象二、数控铣削加工工艺性分析三、数控铣床及加工中心刀具系统四、加工工艺路线的确定五、加工工艺参数的确定第三章数控加工工艺设计第3页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计概述数控机床的加工工艺与普通机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺特点、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。数控加工工艺设计的主要内容：1、根据待加工零件的特征选择数控加工机床。2、分析零件加工工艺，确定零件的装夹方式。3、选择加工刀具。4、确定走刀路线。5、确定数控加工工艺参数。6、数控加工工艺卡的编写。第三章数控加工工艺设计第4页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计3.1数控车削加工工艺设计一、数控车床的加工对象数控车床典型加工类别车外圆车端面钻孔/铰孔/攻螺纹切槽切断车内孔/镗孔车型面车螺纹车锥面第三章数控加工工艺设计第5页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计数控车床主要加工对象1、精度要求高的回转体零件高精度的机床主轴高速电机主轴加工尺寸精度高达0.001mm或更小，特种精密数控车床可加工出几何轮廓精度高达0.0001mm、表面粗糙度Ra达0.02μm的零件。第三章数控加工工艺设计第6页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计2、表面形状复杂的回转体零件第三章数控加工工艺设计第7页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计3.带特殊螺纹的回转体零件滚珠丝杠车削变（增/减）螺距螺纹、要求等螺距与变螺距之间平滑过渡的螺纹，以及高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺旋零件等。第三章数控加工工艺设计第8页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计主要内容按工艺方法分（２）配自动装卸机械手的六轴数控车床4.以特殊方式加工的零件(1)双主轴双刀架六轴数控车床第三章数控加工工艺设计第9页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计二、数控车削加工工艺性分析分析零件图是工艺制定中的首要工作，直接影响零件加工程序的编制及加工结果。主要有:1、零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型，如工件的装夹、对刀、测量等等。结构工艺性不好会使加工困难，浪费材料和工时，有时甚至无法加工。所以应该对零件的结构进行工艺性审查。如图3.5所示，图b所示结构工艺性较好。（a）不合理（b）合理图3.5结构工艺性示例第三章数控加工工艺设计第10页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计2、零件轮廓几何要素分析手工编程要计算基点(图纸中，基本线型的交点)坐标，自动编程中要对零件轮廓进行CAD造型。因此，在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。由于设计等多方面的原因，可能在图样上出现构成加工轮廓的条件不充分，尺寸模糊不清及缺陷，增加了编程的难度，有的甚至无法编程。（a）（b）图3.6几何要素的缺陷如图3.6a所示的圆弧R10与斜线的关系要求为相切，但经计算后却为相交关系。又如图3.6b所示，图样上给定几何条件自相矛盾，图上标出的各段长度之和不等于其总长。第三章数控加工工艺设计第11页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计3、精度及技术要求分析（1）分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理。（2）分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其他措施（如磨削）弥补的话，则应给后续工序留有加工余量；另外，要对一些编程尺寸进行简单换算（数控编程常对零件要求的尺寸取“中值”，如图3.7所示）。（a）（b）图3.7零件精度分析（3）分析图样上的形状和位置公差要求。（4）分析表面粗糙度要求。（5）分析零件材料与热处理要求。以上分析的目的是安排加工阶段划分和选择加工方法(如:粗车\半精车\精车或磨削等)以及选择夹具与刀具等。第三章数控加工工艺设计第12页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计4、定位和装夹（1）定位基准的选择1）粗基准的选择原则是：①如图3.9，同时有加工表面和不加工表面时，为保证工件的壁厚均匀，应选择不加工表面外圆为粗基准；有多个不加工表面，应选择其中与加工表面相互位置要求高的表面为粗基准。②如图3.10，几处毛面均要加工时，应以余量小的表面为粗基准，图3.10选55；若要保证某重要表面余量均匀，则以该表面为粗基准。③作为粗基准的表面应尽量平整，不应有飞翅、浇口、冒口及其他缺陷，这样可减少定位误差，并使零件夹紧可靠。④除第一道工序采用粗基准外（同一尺寸方向上），其余工序都应使用精基准。如图3.11，只能用φ30(毛面)定位一次。图3.9图3.10图3.11数铣工艺设计第三章数控加工工艺设计第13页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计2）精基准的选择主要从保证工件的位置精度和装夹方便这两方面来考虑。其选择原则是：①基准重合原则：可避免基准不重合而产生的定位误差。②基准统一原则：基准统一可避免或减少因基准转换而带来的加工误差，有利于保证工件各加工表面的位置精度，并可以简化夹具的设计和制造。③自为基准原则：有时精加工或光整加工工序要求余量小且均匀，则应以加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。如拉孔、铰孔、研磨、无心磨等。④互为基准原则：当被加工工件上有两个相互位置精度要求很高的表面时，采用这两个表面互相作为定位基准，反复加工另一表面，称为互为基准。互为基准可使两加工表面间获得较高的相互位置精度，且加工余量小而均匀。如加工精密齿轮的磨齿工序，先以齿面为定位基准磨内孔；然后以孔为定位基准磨齿面，这样不仅使加工余量均匀，并能保证齿面与孔之间较高的相互位置精度。⑤所选精基准应能保证工件定位准确，装夹方便，夹具结构简单、适用。第三章数控加工工艺设计第14页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计（2）夹具的选用数控车床夹具有二大类：轴类工件的夹具和盘类工件的夹具。数控车床上常用的夹具：通用三爪自定心卡盘，四爪单动卡盘，液压、电动及气动等自动控制夹具；1）用于轴类工件的夹具：自动夹紧拨动卡盘(图3.12)、拨齿顶尖(图3.13)、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等。1－坯件2－顶尖3－套筒4－杠杆5－支撑销6－弹簧7－锥杯123456712345（b）1－壳体2－顶尖3－止退环4－螺钉5－拨齿套（a）图3.12自动夹紧拨动卡盘图3.13拨齿顶尖结构图第三章数控加工工艺设计第15页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计2）用于盘类工件的夹具这类夹具适用于无尾座卡盘式数控车床，主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。图3.14可调卡爪式卡盘图3.15快速可调卡盘1－卡爪2－基体卡座3－差动螺杆1231－壳体2－基体3－螺杆4－钢球5－卡爪6－基体卡座123654第三章数控加工工艺设计第16页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计三、数控车削刀具的选用数控加工对刀具的要求1）刚度好和强度高，以适应粗加工时的大切深和快速进给要求2）高精度，以适应数控加工的精度和自动换刀要求3）较高的可靠性和耐用度，保证加工质量和提高生产率4）具有好的断屑和排屑性能,保证机床正常运转5）安装调整方便1、数控加工对刀具的要求第三章数控加工工艺设计第17页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计数控加工刀具的基本特征数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此数控刀具已逐渐标准化和系列化。第三章数控加工工艺设计第18页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计2、数控刀具的分类按照刀具结构分：整体式：钻头、立铣刀等镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式特殊形式：复合式、减振式等机夹式又分为不转位和可转位二种，可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%－40%，金属切除率占总数的80%－90%。第三章数控加工工艺设计第19页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计数控刀具的分类按照刀具材料分：高速钢刀具硬质合金刀具金刚石刀具其他：立方氮化硼、陶瓷刀具等第三章数控加工工艺设计第20页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计数控刀具的分类按照切削工艺分：车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等车削刀具图片钻削刀具图片镗削刀具图片铣削刀具图片第三章数控加工工艺设计第21页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计3、刀具材料选择切削刀具材料的硬度和韧性1923年发明的硬质合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年开发了CVD技术，使涂层硬质合金快速普及。自1974年起，开发了TiC-TiN系金属陶瓷对于金属切削用刀具材料，一般有硬度、强度、红硬性、导热性等指标要求。其中硬度和强度是二项极其重要的指标，理想的刀具材料当然是硬度、强度兼备。因此，数控加工中,刀具材料应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀具。第三章数控加工工艺设计第22页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计刀具材料选择1.高速钢刀具红硬温度：6000C硬度：63-70HRC高速钢(HSS，钢中含较多的钨、铬、铂、钡钒等合金元素)刀具过去曾经是切削工具的主流，随着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，高速钢在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面有着优良的综合性能。高速钢刀具在形状复杂的刀具制造中，特别是切齿刀具、拉刀制造中仍有较大的比重。高速钢刀具因其切削效率低，所以在其他类型的刀具中已被硬质合金刀具所替代。第三章数控加工工艺设计第23页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计刀具材料选择2.硬质合金刀具红硬温度：10000C硬度：78~82HRC或1300~1800HV1)普通硬质合金2)新型硬质合金超细晶粒硬质合金涂层硬质合金金属陶瓷粒径在1μm以下，这种材料具有硬度高、韧性好、切削可靠性高等优异性能保持了普通硬质合金机体的强度和韧性，又使表面有很高的硬度和耐磨性TiC(N)基硬质合金，其性能介于陶瓷和硬质合金之间由碳化物组成（WC、TiC、TaC、NbC等）第三章数控加工工艺设计第24页共105页退出目录页返回3.1数控车削加工工艺设计3.2数控铣削加工工艺设计硬质合金的分类和标志硬质合金的分类和标志P类蓝色（包括P01~P50),系高合金化的硬质合金牌号。这类合金主要用于加工长切屑的黑色金属(硬度高,韧性差)黄色（包括M10~M40），系中合化的硬质合金牌号。这类合金为通用型，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属及有色金属(中等)切削刀具用硬质合金根据国际标准ISO分类，把所有牌号分成用颜色标志的三大类，分别用P、M、K表示M类K类红色（包