数控铣床第4章

第4章数控铣床加工工艺4.1数控加工工艺系统概述4.1.1数控加工原理及加工过程1.加工过程数控加工就是根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。利用数控机床完成零件加工的过程如下图所示。4.1数控加工工艺系统概述2.数据转换CNC系统的数据转换过程如下图所示。4.1数控加工工艺系统概述4.1.2数控加工工艺概念与工艺过程1.工艺过程数控加工工艺是指采用数控机床加工零件时，所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的生产、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。数控加工过程是在一个由数控机床、刀具、夹具和工件构成能的数控加工工艺系统中完成的。数控机床是零件加工的工作机械，刀具直接对零件进行切削，夹具用来固定被加工零件使之占有正确的位置，加工程序控制刀具与工件之间的相对运动轨迹。4.1数控加工工艺系统概述2.数控加工工艺与数控编程的关系（1）数控程序输入数控机床，执行一个正确的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。（2）数控编程即把零件的工艺过程、工艺参数及其他辅助动作，按动作顺序和数控机床规定的指令、格式，编程加工程序，再记录于控制介质即程序载体（磁盘），输入数控装置，从而指挥机床加工并根据加工结果加以修正的过程。（3）数控加工工艺与数控编程的关系数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。4.1数控加工工艺系统概述4.1.3数控加工工艺特点1.数控加工工艺内容要求更加具体、详细（1）普通加工工艺许多具体工艺问题，如工步等的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀路线、加工余量等，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。（2）数控加工工艺所有工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。数控工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括工夹具型号、规格、切削用量和其他特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。2.数控加工工艺要求更严密、精确（1）普通加工工艺加工时，可以根据加工过程中出现的问题，比较自由地进行认为调整。（2）数控加工工艺自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑，否则导致严重的后果。3.定制数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸定值的计算编程尺寸并不是零件图纸上的尺寸的简单再现。在对零件图进行数学处理和计算时，编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关系重新调整计算，才能确定合理的编程尺寸。4.1数控加工工艺系统概述4.考虑进给速度对零件形状的影响制定数控加工工艺时，选择切削用量要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响。5.强调刀具选择的重要性自动编程中，必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹，因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说，若刀具预先选择不当，所编程序只能推倒重来。6.数控加工工艺的特殊要求（1）由于数控机床比普通机床的刚度高，所配的刀具也比较好，因此在同等情况下，数控机床切削用量比普通机床大，加工效率也较高。（2）数控机床的功能复合化程度越来越高，因此现代数控加工工艺的明显特点是工序相对集中，表现为工序数目少，工序内容多，并且由于数控机床上尽可能安排复杂的工序，所以数控加工的工序内容比普通机床加工的工序内容复杂。（3）由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。7.数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容普通工艺中，划分工序、选择设备等重要内容，对数控加工工艺来说属于已基本确定的内容，所以制定数控加工工艺的重点是整个数控加工过程的分析，关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。4.1数控加工工艺系统概述4.1.4数控加工工艺路线设计数控加工的工艺路线设计必须全面考虑，注意工序的正确划分、顺序的合理安排和数控加工工序与普通工序的衔接。1.工序的划分数控机床与普通机床加工相比较，加工工序更加集中，根据数控机床的加工特点，加工工序的划分有以下几种方式：（1）根据装夹定位划分工序（2）按所用刀具划分工序（3）以粗、精加工划分工序4.1数控加工工艺系统概述2.加工顺序的安排加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况，选择工件定位和安装方式，重点保证工件的刚度不被破坏，尽量减少变形，因此加工顺序的安排应遵循以下原则：（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧（2）先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓（3）尽量减少重复定位与换刀次数（4）在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚性破坏较小的工序。3.数控加工工序与普通工序的衔接由于数控加工工序穿插在工件加工的整个工艺过程之中，各道工序需要相互建立状态要求，如加工余量的预留，定位面与孔的精度和形位公差要求，矫形工序的技术要求，毛坯的热处理等要求，各道工序必须前后兼顾综合考虑。4.1数控加工工艺系统概述4.数控机床加工工序和加工路线的设计数控机床加工工序设计的主要任务：确定工序的具体加工内容、切削用量、工艺装备、定位安装方式及刀具运动轨迹，为编制程序作好准备。（1）确定加工路线的原则①加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。②设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。③简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量。④据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数。⑤合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近定位方法，避免传动系统反向间隙而产生的定位误差。⑥合理选用铣削加工中的顺铣或逆铣方式，一般来说，数控机床采用滚珠丝杠，运动间隙很小，因此顺铣优点多于逆铣。4.1数控加工工艺系统概述5.工件的安装与夹具的选择（1）工件的安装①力求符合设计基准、工艺基准、安装基准和工件坐标系的基准统一原则。②减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹后能加工全部待加工表面。③尽可能采用专用夹具，减少占机装夹与调整的时间。（2）夹具的选择根据数控机床的加工特点，协调夹具坐标系、机床坐标系与工件坐标系的三者关系，此外还要考虑以下几点：①小批量加工零件，尽量采用组合夹具，可调式夹具以及其它通用夹具。②成批生产考虑采用专用夹具，力求装卸方便。③夹具的定位及夹紧机构元件不能影响刀具的走刀运动。④装卸零件要方便可靠，成批生产可采用气动夹具、液压夹具和多工位夹具。4.1数控加工工艺系统概述4.2.1数控铣床加工工艺的基本特点及主要内容1.数控铣床加工工艺的特点数控铣床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸以及铣床的运动过程。因此，要求编程人员对数控铣床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。工艺方案的好坏不仅会影响铣床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。2.数控加工工艺的主要内容（1）选择适合在数控铣床上加工的零件，确定工序内容。（2）分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。（3）确定零件的加工方案，指定数控铣削加工工艺路线。（4）加工工序的设计。如选取零件的定位基准、夹具方案的确定、工步划分、刀具选择和确定切削用量等。（5）数控铣削加工程序的调整。4.2数控铣床加工工艺分析4.2.2数控铣床加工零件的工艺性分析1.零件图工艺分析。首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然而对零件图样进行分析。（1）图样尺寸的标注方法是否方便编程？构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充要；各几何元素的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）是否明确；有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等等。（2）零件尺寸所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证，不要以为数控机床加工精度高而放弃这种分析。（3）内槽及缘板之间的内转接圆弧是否过小。（4）零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大。（5）零件图中各加工面的凹圆弧（R与r）是否过于零乱，是否可以统一，因为在数控铣床上多换一次刀要增加不少新问题，如增加铣刀规格、计划停车次数和对刀次数等，不但给编程带来许多麻烦，增加生产准备时间而降低生产效率，而且也会因频繁换刀增加了工件加工面上的接刀阶差而降低了表面质量。所以，在一个零件上的这种凹圆弧半径在数值上的一直性问题对数控铣削的工艺性显得相当重要。（6）零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性。有些工件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面。由于数控铣削时不能使用通用铣床加工时常用的试削方法来接刀，往往会因为工件的重新安装而接不好刀（即与上道工序加工的面接不齐或造成本来要求一致的两对应面上的轮廓错位）。（7）分析零件的形状及原料的热处理状态，会不会在加工过程中变形，哪些部位最容易变形。4.2数控铣床加工工艺分析2.零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。（1）零件的内腔和外表最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，提高生产效率。（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）应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，则会因工件的二次装夹而造成加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象。另外，零件上最好有合适的孔作为定位基准孔。若无法制出工艺孔，最起码也要用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹的误差。4.2数控铣床加工工艺分析3.零件毛坯的工艺性分析零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，使余量的大小，如何装夹等问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去。根据经验，下列几方面应作为毛坯工艺性分析的要点。（1）毛坯应有充分、稳定的加工余量（2）分析毛坯的装夹适应性（3）分析毛坯的变形、余量大小及均匀性4.2数控铣床加工工艺分析4.2.3数控铣床加工工艺路线的拟定设计者应根据从生产实践中总结出来的一些综合性工艺原则，结合本厂的实际生产条件，提出几种方案，通过对比分析，从中选择最佳方案。1.加工方法的选择对于数控铣床，应重点考虑几个方面：（1）内孔表面加工方法的选择在数控铣床上加工内孔表面加工方法主要有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔和攻螺纹等，应根据被加工孔的加工要求、尺寸、具体生产条件、批量的大小及毛坯上有无预制孔等情况合理选用。（2）平面加工方法的选择在数控铣床上加工平面主要采用端铣刀和立铣刀加工。（3）平面轮廓加工方法的选择平面轮廓多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用3坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。•。4.2数控铣床加工工艺分析（4）固定斜角平面加工方法的选择固定斜角平面是与水平成一固定夹角的斜面，常用的加工方法如下：①当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工；如果机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工。②对于正圆台和斜盘表面，一般可用专用的角度成形铣刀加工。其效果比采用五坐标数控铣床摆角加工好。（5）变斜角面加工方法的选择①对曲率变化较小的变斜角面，选用x、y、z和A四坐标联动的数控铣床，采用立铣刀（但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成型铣刀加以弥补）以插补方式摆角加工。②对曲率变化较大的变斜角面，用四坐标联动加工难以满足加工要求，最好用x、y、z、A和B（或C转轴）的五坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工。③采用三坐标数控铣床两坐标联动，利用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，