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1、武汉交通职业学院 数控教研室,第六单元 加工中心加工工艺,了解在加工中心加工中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。对加工中心工艺知识有一个系统的了解，并学会制定加工中心加工工艺和进行工艺分析的方法 。,教学目的：,加工中心与数控铣床的异同: 加工中心是在数控机床的基础上发展起来的，都是通过程序控制多轴联动走刀进行加工的数控机床。不同的是加工中心具有刀库和自动换刀功能。,加工中心的主要加工对象,加工中心适于加工形状复杂、工序多、精度要求较高，普通机床加工需多次装夹调整困难的的工件。,常用于加工,箱体类零件,带复杂曲面的零件,异形件,板、套、盘、壳体类零件,加工中心的主要加工对象,加工中心
2、的结构及类型,卧式加工中心,龙门加工中心,立式加工中心,复合加工中心,按机床主轴布局形式分,主轴轴心线设置在竖直状态,主轴轴心线设置在水平状态,具有可移动的龙门框架、主轴头装在龙门框架上、主轴轴心线设置在垂直状态,立卧两用加工中心，具有立式和卧式加工中心的功能,立式、卧式加工中心的结构 （单击观看录像）,立式加工中心,加工中心的结构及类型,龙门式加工中心,加工中心的结构及类型,无机械手的加工中心,带刀库、机械手的加工中心,刀库转塔式加工中心,按换刀形式分,加工中心的结构及类型,可装20把刀的无臂式ATC刀具库,加工中心的结构及类型,可装24把刀的有臂式ATC刀具库,加工中心的结构及类型,可装3
3、2把刀的有臂式刀具库,加工中心的结构及类型,可装60把刀的刀具库,加工中心的结构及类型,加工中心加工工件的安装,选择基准的三个基本要求：,所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠,所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单,保证加工精度,选择定位基准6原则：,尽量选择设计基准作为定位基准,定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度,工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工,所选基准要保证完成尽可能多的加工内容,批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合,加工中心加工定位基准的选择,需要多次装夹时，基准应该前后统一,加工中心
4、夹具的确定,对夹具的基本要求：,夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开,夹具在机床上能实现定向安装,夹具的刚性与稳定性要好,不影响进给的装夹示例,加工中心夹具的确定,通用夹具,组合夹具,专用夹具,可调整夹具,多工位夹具,常用夹具种类,成组夹具,加工中心夹具的确定,新型数控夹具体,加工中心夹具的确定,孔系组合夹具,加工中心夹具的确定,槽系组合夹具,加工中心夹具的确定,加工中心夹具的选用原则：,在保证加工精度和生产效率的前提下，优先选用通用夹具,批量加工可考虑采用简单专用夹具,大批量加工可考虑采用多工位夹具和高效的气压、液压等专用夹具,采用成组工艺时应使用成组夹具,加工中心夹具的确定,加工中心加工的
5、对刀与换刀,对刀,机床上找正加紧后，确定工件坐标（编程坐标）原点的机床坐标 。,对刀点,工件在机床上找正夹紧后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点。,对刀点可选在工件上或装夹定位元件上，但对刀点与工件坐标点必须有准确、合理、简单的位置对应关系，方便计算工件坐标点在机床上的位置（工件坐标点的机床坐标）。对刀点最好能与工件坐标点重合。,换刀,根据工艺需要，要用不同参数的刀具加工工件，在加工中按需要更换刀具的过程 。,换刀点,加工中更换刀具的位置。,加工中心有刀库和自动换刀装置，根据程序的需要可以自动换刀。换刀点应在换刀时工件、夹具、刀具、机床相互之间没有任何的碰撞和干涉的位置上，加工中心
6、的换刀点往往是固定的。,加工中心加工的对刀与换刀,采用寻边器对刀,采用碰刀或试切方式对刀,外刀具预调+机上对刀,杠杆百分表对刀,机上对刀,水平方向对刀,Z向对刀,机外对刀仪对刀,对刀方法：,加工中心加工的对刀与换刀,制定加工中心加工工艺,零件的工艺分析,分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求 ；,检查零件图的完整性和正确性；,分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心加工时的可行性、经济性、方便性；,确定加工中心的加工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结构和表面 ；,工艺方案的设计,工艺设计包括完成加工任务
7、所需要的设备、工装量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。,加工方法的选择,加工顺序的合理按排,制定加工中心加工工艺,工步设计,先粗加工，半精加工，再精加工。,既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。,采用相同设计基准集中加工的原则。,相同工位集中加工，邻近工位一起加工可提高加工效率。,按所用刀具划分工步。,有较高同轴度要求的孔系，应该单独完成，再加工其他形位。,在一次装夹定位中，能加工的形位全部加工完。,制定加工中心加工工艺,进给路线的确定,孔加工路线的确定：,确定XY平面内的进给路线：定位要迅速，保证不发生碰撞的前提下缩短空行程；定位要准确。,确定Z向的进给路线,制定加工中心加工工艺,加工余量的确
8、定,表面粗糙度,表面缺陷层深度,空间偏差,表面几何形状误差,装夹误差,影响加工余量大小的因素,制定加工中心加工工艺,工序尺寸及公差的确定,注意定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及公差的确定问题。,制定加工中心加工工艺,切削用量的选择,选择加工中心切削用量时，应根据加工类型方式和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）；坯料种类、硬度；刀具类型、转速、直径大小、刀刃材质等因素综合确定。参照理论切削用量，根据实际切削的具体情况，确定合适的切削用量。,制定加工中心加工工艺,典型加工中心加工零件工艺分析,箱体类零件在加工中心的加工 工艺,图756所示为一座盒零件图，其立体图见图757a，零件材料为Y
9、Ll2CZ，毛坯尺寸(长宽高)为190mmllOmm35mm，采用TH5660A立式加工中心加工，单件生产。,零件工艺分析,设计工艺：,选择加工方法,确定加工顺序,确定装夹方案和选择夹具,选择刀具,制定工艺步骤：,确定进给路线,选择切削用量,典型加工中心加工零件工艺分析,加工中心的加工工艺必备知识回顾,1分析零件图样，选择加工内容,该零件主要由平面、型腔以及孔系组成。零件尺寸较小，正面有4处大小不同的矩形槽，深度均为20mm，在右侧有2个10，1个8的通孔，反面是1个176mm94mm，深度为3mm的矩形槽。该零件形状结构并不复杂，尺寸精度要求也不是很高，但有多处转接圆角，使用的刀具较多，要求
10、保证壁厚均匀，中小批量加工零件的一致性高。,典型加工中心加工零件工艺分析,箱体类零件在加工中心的加工工艺,材料为YLl2，切削加工性较好，可以采用高速钢刀具。该零件比较适合采用加工中心加工。主要的加工内容有平面、四周外形、正面四个矩形槽、反面一个矩形槽以及三个通孔。该零件壁厚只有2mm，加工时除了保证形状和尺寸要求外，主要是要控制加工中的变形，因此外形和矩形槽要采用依次分层铣削的方法，并控制每次的切削深度。孔加工采用钻、铰即可达到要求。,2确定装夹方案 由于零件的长宽外形上有四处R2的圆角，最好一次连续铣削出来，同时为方便在正反面加工时零件的定位装夹，并保证正反面加工内容的位置关系，在毛坯的长
11、度方向两侧设置30mm左右的工艺凸台和2个8工艺孔，如图所示。,箱体类零件在加工中心的加工工艺,典型加工中心加工零件工艺分析,工艺凸台及工艺孔,3.确定加工顺序及进给路线. 根据先面后孔的原则，安排加工顺序为：铣上下表面-打工艺孔-铣反面矩形槽-钻、铰8、10孔-依次分层铣正面矩形槽和外形-钳工去工艺凸台。由于是单件生产，铣削正、反面矩形槽(型腔)时，可采用环形走刀路线.,典型加工中心加工零件工艺分析,箱体类零件在加工中心的加工工艺,b）正面加工,a）反面加工,铣削上下平面时，为提高切削效率和加工精度，减少接刀刀痕，选用125硬质合金可转位铣刀。根据零件的结构特点，铣削矩形槽时，铣刀直径受矩形
12、槽拐角圆弧半径R6限制，选择10mm高速钢立铣刀，刀尖圆弧r半径受矩形槽底圆弧半径Rl限制，取r=1mm。加工8、10孔时，先用7.8、9.8钻头钻削底孔，然后用8、10铰刀铰孔。所选刀具及其加工表面详见下表。,典型加工中心加工零件工艺分析,箱体类零件在加工中心的加工工艺,4.刀具选择,数控加工工序卡片,典型加工中心加工零件工艺分析,精铣上下表面时留0.1mm铣削余量，铰8、10两个孔时留0.1mm铰削余量。选择主轴转速与进给速度时，先查切削用量手册，确定切削速度vc 与每齿进给量fZ(或进给量f)，然后按式vc=dn/1000、vf=nf、vf=nZfz计算主轴转速与进给速度(计算过程从略)
13、。 注意：铣削外形时，应使工件与工艺凸台之间留有lmm左右的材料连接，最后钳工去除工艺凸台。,典型加工中心加工零件工艺分析,箱体类零件在加工中心的加工工艺,5切削用量的选择,各工步的加工内容、所用刀具和切削用量见下表。,典型加工中心加工零件工艺分析,箱体类零件在加工中心的加工工艺,6填写数控加工工序卡片,数控加工工序卡片,典型加工中心加工零件工艺分析,支承套零件简图,典型加工中心加工零件工艺分析,支承套零件在加工中心的加工工艺,典型加工中心加工零件工艺分析,支承套的材料为45钢，毛坯选棒料。支承套35H7孔对100f9外圆、60mm孔底平面对35H7孔、215H7孔对端面C及端面C对100f9
14、外圆均有各位置精度要求。为便于在加工中心上定位和夹紧，将199f9外圆、80mm尺寸两端面、78mm尺寸上平面均安排在前面工序中由普通机床完成。其余加工表面(215H7孔、35H7孔、60mm孔、211mm孔、217mm孔、2M6-6H螺孔)确定在加工中心上一次安装完成。,支承套零件在加工中心的加工工艺,1分析图样并选择加工内容,典型加工中心加工零件工艺分析,因加工表面位于支承套互相垂直的两个表面(左侧面及上平面)上，需要两工位加工才能完成，故选择卧式加工中心。加工工步有钻孔、扩孔、镗孔、锪孔、铰孔及攻螺纹等，所需刀具不超过20把。国产XH754型卧式加工中心可满足上述要求。该机床工作台尺寸为
15、400mm400mm，x轴行程为500mm，z轴行程为400mm，y轴行程为400mm，主轴中心线至工作台距离为100500mm，主轴端面至工作台中心线距离为150550mm，主轴锥孔为ISO40，刀库容量30把，定位精度和重复定位精度分别为0.02mm和0.011.,支承套零件在加工中心的加工工艺,2选择加工中心,典型加工中心加工零件工艺分析,所有孔都是在实体上加工，为防钻偏，均先用中心钻钻引正孔，然后再钻孔。为保证35H7孔及215H7孔的精度，根据其尺寸，选择铰削作其最终加工方法。对60的孔，根据孔径精度，孔深尺寸和孔底平面要求，用铣削方法同时完成孔壁和孔底平面的加工。各加工表面选择的加
16、工方案如下： 35H7孔：钻中心孔-钻孔-粗镗-半精镗-铰孔； 15H7孔：钻中心孔-钻孔-扩孔-铰孔； 60孔：粗铣-精铣； 11孔：钻中心孔-钻孔； 17孔：锪孔(在11底孔上)； M6-6H螺孔：钻中心孔-钻底孔-孔端倒角-攻螺纹。,支承套零件在加工中心的加工工艺,3选择加工方法,典型加工中心加工零件工艺分析,为减少变换工位的辅助时间和工作台分度误差的影响，各个工位上的加工表面在工作台一次分度下按先粗后精的原则加工完毕。具体的加工顺序是： 第一工位(B0)：钻35H7、211中心孔-钻35H7孔-钻2ll孔-锪2l7孔一粗镗35H7孔-粗铣、精铣6012孔-半精镗35H7孔-钻2M6-6H螺纹中心孔-钻2M6-6H螺纹底孔-2M6-6H螺纹孔端倒角-攻2M6-6H螺纹-铰35H7孔； 第二工位(B90)：钻215H7中心孔-钻215H7孔
