數(shù)控加工工藝教案：數(shù)控鏜銑、加工中心工藝制定

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..四 川 工 程 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 課 時(shí) 授 課 教 案/ 學(xué)年第 期課程名稱： 數(shù)控加工工藝 授課班級(jí)： （三專）數(shù)控 01-1、2 授課時(shí)間： 第 周星期 第 節(jié) 課 題： 數(shù)控鏜銑、加工中心工藝制定 教學(xué)目的： 理解零件圖的工藝分析掌握銑削方式、加工方法的選擇掌握加工順序的安排進(jìn)給路線的確定 重點(diǎn)、難點(diǎn)：銑削方式、加工方法、進(jìn)給路線的確定 使用教具： 課件 課后作業(yè)： 1 課后記錄：年 月 日..授課主要內(nèi)容一、零件圖的工藝分析數(shù)控鏜銑、加工中心對(duì)零件圖進(jìn)行工藝分析的主要內(nèi)容包括：1． 選擇數(shù)控鏜銑、加工中心的加工內(nèi)容 數(shù)控銑床、加工中心與普通銑床相比，具有加工精度高、加工零件的形狀復(fù)雜、加工范圍廣等特點(diǎn)。但是數(shù)控銑床價(jià)格較高，加工技術(shù)較復(fù)雜，零件的制造成本也較高。因此，正確選擇適合數(shù)控銑削加工的內(nèi)容就顯得很有必要。通常選擇下列部位為其加工內(nèi)容：1） 零件上的曲線輪廓 指要求有內(nèi)、外復(fù)雜曲線的輪廓，特別是由數(shù)學(xué)表達(dá)式等給出其輪廓為非圓曲線和列表曲線等曲線輪廓；2）空間曲面 由數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)出的，并具有三維空間曲面的零件。3）形狀復(fù)雜、尺寸繁多、劃線與檢測(cè)困難的部位；4）用通用銑床加工難以觀察、測(cè)量和控制進(jìn)給的內(nèi)外凹槽；5）高精度零件 尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求較高的零件。如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的多組高精度孔或型面。6）能在一次安裝中順帶銑出來的簡(jiǎn)單表面；7）采用數(shù)控銑削后能成倍提高生產(chǎn)率，大大減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度的一般加工內(nèi)容。雖然數(shù)控銑床加工范圍廣泛，但是因受數(shù)控銑床自身特點(diǎn)的制約，某些零件仍不適合在數(shù)控銑床上加工。如簡(jiǎn)單的粗加工面，加工余量不太充分或不太穩(wěn)定的部位，以及生產(chǎn)批量特別大，而精度要求又不高的零件等。2．零件結(jié)構(gòu)工藝性分析從機(jī)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(diǎn)要求。1）零件的切削加工量要小，以便減少加工中心的切削加工時(shí)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(shí)鉆頭、鉸刀及絲錐等刀具的數(shù)量，以防刀庫容量不夠。3）零件尺寸規(guī)格盡量標(biāo)準(zhǔn)化，以便采用標(biāo)準(zhǔn)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。在數(shù)控加工時(shí)應(yīng)考慮零件的變形。變形不僅影響加工質(zhì)量，而且當(dāng)變形較大時(shí)，將使加工不能繼續(xù)進(jìn)行下去。這時(shí)就應(yīng)當(dāng)采取一些必要的工藝措施進(jìn)行預(yù)防，如對(duì)鋼件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，對(duì)鑄鋁件進(jìn)行退火處理，對(duì)不能用熱處理方法解決的，也可考慮粗、精加工及對(duì)稱去余量等常規(guī)方法。2． 零件毛坯的工藝性分析 ..零件在進(jìn)行數(shù)控銑削加工時(shí)，由于加工過程的自動(dòng)化，使余量的大小、如何裝夾等問題在設(shè)計(jì)毛坯時(shí)就要仔細(xì)考慮好。否則，如果毛坯不適合數(shù)控銑削，加工將很難進(jìn)行下去。因此，在對(duì)零件圖進(jìn)行工藝分析后，還應(yīng)結(jié)合數(shù)控銑削的特點(diǎn)，對(duì)零件毛坯進(jìn)行工藝分析。1）毛坯的加工余量 毛坯的制造精度一般都很低，特別是鍛、鑄件。因模鍛時(shí)的欠壓量與允許的錯(cuò)模量會(huì)造成余量的多少不等；鑄造時(shí)也會(huì)因砂型誤差、收縮量及金屬液體的流動(dòng)性差不能充滿型膠等造成余量的不等。此外，鍛造、鑄造后，毛坯的燒曲與扭曲變形量的不同也會(huì)造成加工余量不充分或不均勻。毛坯加工余量的大小，是數(shù)控銑削前必須認(rèn)真考慮的問題。因此，除板料外，不論是鍛件、鑄件還是型材，只要準(zhǔn)備采用數(shù)控銑削加工，其加工面均應(yīng)有較充分的余量。2）毛坯的裝夾 主要考慮毛坯在加工時(shí)定位和夾緊的可靠性與方便性，以便在一次安裝中加工出較多表面。對(duì)不便于裝夾的毛坯，可考慮在毛坯上另外增加裝夾余量或工藝凸臺(tái)、工藝凸耳等輔助基準(zhǔn)。3）毛坯的余量的均勻性 主要是考慮在加工時(shí)要不要分層切削，分幾層切削以及加工中及加工后的變形程度等因素，考慮是否應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防或補(bǔ)救的措施。如對(duì)于熱軋中、厚鋁板，經(jīng)淬火時(shí)效后很容易在加工中與加工后變形，最好采用經(jīng)預(yù)拉伸處理的淬火板坯。二、銑削方式1． 逆銑與順銑的概念 銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和工件的進(jìn)給方向相反時(shí)稱為逆銑，相同時(shí)稱為順銑。2． 逆銑與順銑的特點(diǎn) 如圖所示，逆銑時(shí)，刀具從已加工表面切入，切削厚度從零逐漸增大。銑刀刃口有一鈍圓半徑 ，當(dāng) 大于瞬時(shí)切削厚度時(shí)，實(shí)際切削前角為負(fù)值，刀齒在加?r工表面上擠壓、滑行，切不下切屑，使這段表面產(chǎn)生嚴(yán)重的冷硬層。下一個(gè)刀齒切入時(shí)，又在冷硬層表擠壓、滑行，使刀齒容易磨損，使工件表面粗糙度增大。同時(shí)刀齒切離工件時(shí)垂直方向的分力 的方向使工件脫離工作臺(tái)，需較大的夾緊力。VF但刀齒從已加工表面切入，不會(huì)造成就從毛坯面切入而打刀的問題。順銑時(shí)，如圖所示，刀具從待加工表面切入，刀齒的切削厚度從最大開始，避免了擠壓、滑行現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時(shí)垂直方向的分力 始終壓向工作臺(tái)，減小了工件上下的振動(dòng)，因V而能提高銑刀耐用度和加工表面質(zhì)量。銑床工作臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般是依靠工作臺(tái)下面的絲杠和螺母來實(shí)現(xiàn)的，螺母固定不動(dòng)，絲杠一面轉(zhuǎn)動(dòng)一面帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。如果在絲杠與螺母?jìng)鲃?dòng)副中存在著間隙情況下采用順銑， 當(dāng)縱向分力 逐漸增大超過工作臺(tái)摩擦力時(shí)， 使工作臺(tái)帶lF動(dòng)絲杠向左竄動(dòng)， 絲杠與螺母?jìng)鲃?dòng)副右側(cè)面出現(xiàn)間隙， 如圖所示， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)使銑刀崩刃。 此外， 在進(jìn)行順銑時(shí)遇到加工表面有硬皮， 也會(huì)加速刀齒磨損甚至打刀。 在逆銑時(shí)， 縱向分力風(fēng)與縱向進(jìn)給方向相反， 使絲杠與螺母間傳動(dòng)面始終緊貼， 如圖所示，故工作臺(tái)不會(huì)發(fā)生竄動(dòng)現(xiàn)象， 銑削較平穩(wěn)。..逆銑與順銑l 一螺母； 2 一絲杠3． 逆銑、順銑的確定 根據(jù)上面分析，當(dāng)工件表面有硬皮，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有間隙時(shí)，應(yīng)選用逆銑。因?yàn)槟驺姇r(shí)，刀齒是從已加工表面切入，不會(huì)崩刃；機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間隙不會(huì)引起振動(dòng)和爬行，因此粗銑時(shí)應(yīng)盡量采用逆銑。當(dāng)工件表面無硬皮，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)無間隙時(shí)，應(yīng)選用順銑。因?yàn)轫樸娂庸ず?，零件表面質(zhì)量好，刀齒磨損小因此，精銑時(shí)，尤其是零件材料為鋁鎂合金、鈦合金或耐熱合金時(shí)，應(yīng)盡量采用順銑。三、加工方法的選擇加工中心加工零件的表面不外乎平面、平面輪廓、曲面、孔和螺紋等。所選加工方法要與零件的表面特征、所要求達(dá)到的精度及表面粗糙度相適應(yīng)。1． 面加工方案分析 平面、平面輪廓及曲面在鏜銑類加工中心上唯一的加工方法是銑削。經(jīng)粗銑的平面，尺寸精度可達(dá) IT12~IT14 級(jí)（指兩平面之間的尺寸） ，表面粗糙度 Ra 值可達(dá)12.5~50μm。經(jīng)粗、精銑的平面，尺寸精度可達(dá) IT7~IT9 級(jí)，表面粗糙度 Ra 值可達(dá)里，1.6~3.2μm。1）平面輪廓加工 平面輪廓多由直線和圓弧或各種曲線構(gòu)成，通常采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床進(jìn)行兩軸半坐標(biāo)加工。2）固定斜角平面加工 固定斜角平面是與水平面成一固定夾角的斜面，常用如下的加工方法。..（1）當(dāng)零件尺寸不大時(shí)，可用斜墊板墊平后加工；如果機(jī)床主軸可以擺角，則可以擺成適當(dāng)?shù)亩ń?，用不同的刀具來加工。?dāng)零件尺寸很大，斜面斜度又較小時(shí)，常用行切法加工。（2）對(duì)于正圓臺(tái)和斜筋表面，一般可用專用的角度成型銑刀加工。其效果比采用五坐標(biāo)數(shù)控銑床擺角加工好。3）變斜角面加工常用的加工方案有下列二種：（1）對(duì)曲率變化較小的變斜角面，選用 x、y、z 和 A 四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，采用立銑刀以插補(bǔ)方式擺角加工。（2）對(duì)曲率變化較大的變斜角面，用四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工難以滿足加工要求，最好用 x、y、z、 A 和 B（或 C 轉(zhuǎn)軸）的五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床，以圓弧插補(bǔ)方式擺角加工。2． 孔加工方法分析有鉆削、擴(kuò)削、鉸削和鏜削等。大直徑孔還可采用圓弧插補(bǔ)方式進(jìn)行銑削加工。1）對(duì)于直徑大于 φ30mm 的已鑄出或鍛出毛坯孔的孔加工，一般采用粗鏜一半精鏜一孔口倒角一精鏜加工方案，孔徑較大的可采用立銑刀粗銑一精銑加工方案。有空刀槽時(shí)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(jìn)行單刀鏜削，但單刀鏜削效率低。2）對(duì)于直徑小于 φ30nnn 的無毛坯孔的孔加工，通常采用锪平端面一打中心孔一鉆一擴(kuò)一孔口倒角一鉸加工方案，有同軸度要求的小孔，須采用锪平端面一打中心孔一鉆一半精鏜一孔口倒角一精鏜（或鉸）加工方案。為提高孔的位置精度，在鉆孔工步前須安排锪平端面和打中心孔工步。孔口倒角安排在半精加工之后、精加工之前，以防孔內(nèi)產(chǎn)生毛刺。3）螺紋的加工根據(jù)孔徑大小，一般情況下，直徑在 M6~M20mm 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，通過其它手段攻螺紋。因?yàn)樵诩庸ぶ行纳瞎ヂ葜鹿?jié)能源機(jī)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。四、加工階段的劃分在加工中心上加工的零件，其加工階段的劃分主要根據(jù)零件是否已經(jīng)過粗加工、加工質(zhì)量要求的高低、毛坯質(zhì)量的高低以及零件批量的大小等因素確定。若零件已在其它機(jī)床上經(jīng)過粗加工，加工中心只是完成最后的精加工，則不必劃分加工階段。對(duì)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)盡量將租、精加工分開進(jìn)行。使零件粗加工后有一段自然時(shí)效過程，以消除殘余應(yīng)力和恢復(fù)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(shí)還可以安排人工時(shí)效處理，最后通過精加工消除各種變形。對(duì)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)批量很小的零件或新產(chǎn)品試制中的零件，利用加工中心的良好的冷卻系統(tǒng)，可把粗、精加工合并進(jìn)..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。五、加工順序的安排在加工中心上加工零件，一般都有多個(gè)工步，使用多把刀具，因此加工順序安排得是否合理，直接影響到加工精度、加工效率、刀具數(shù)量和經(jīng)濟(jì)效益。在安排加工順序時(shí)同樣要遵循“基面先行” 、 “先粗后精” 、 “先主后次”及“先面后孔”的一般工藝原則。此外還應(yīng)考慮：1．減少換刀次數(shù)，節(jié)省輔助時(shí)間。一般情況下，每換一把新的刀具后，應(yīng)通過移動(dòng)坐標(biāo)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等將由該刀具切削的所有表面全部完成。2．每道工序盡量減少刀具的空行程移動(dòng)量，按最短路線安排加工表面的加工順序。安排加工順序時(shí)可參照采用粗銑大平面一粗鏜孔、半精健孔一立銑刀加工一加工中心孔一鉆孔一攻螺紋一平面和孔精加工（精銑、鉸、鏜等）的加工順序。六、進(jìn)給路線的確定確定進(jìn)給路線時(shí)，要在保證被加工零件獲得良好的加工精度和表面質(zhì)量的前提下，力求計(jì)算容易，走刀路線短，空刀時(shí)間少。進(jìn)給路線的確定與工件表面狀況、要求的零件表面質(zhì)量、機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間隙、刀具耐用度以及零件輪廓形狀等有關(guān)。確 定 進(jìn) 給 路 線 主 要 考 慮 以 下 幾 個(gè) 方 面 ：1．銑削零件表面時(shí)，要正確選用銑削方式。2．進(jìn)給路線盡量短，以減少加工時(shí)間。3．進(jìn)刀、退刀位置應(yīng)選在零件不太重要的部位，并且使刀具沿零件的切線方向進(jìn)刀、退刀，以避免產(chǎn)生刀痕。在銑削內(nèi)表面輪廓時(shí)，切入切出無法外延，銑刀只能沿法線方向切入和切出，此時(shí)，切入切出點(diǎn)應(yīng)選在零件輪廓的兩個(gè)幾何元素的交點(diǎn)上。4．先加工外輪廓，后加工內(nèi)輪廓。