《精编》数控加工工艺与编程基础知识

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1、第2章数控加工工艺与编程基础 2 1数控机床与工艺适应性2 2数控加工的刀具和夹具2 3数控加工工艺基本原则和工序设计2 4数控加工工艺文件的编制 2 1数控机床与工艺适应性 2 1 1分类一 按工艺用途分类1 金属切削类2 金属成型类3 特种加工类 1 金属切削类 这类数控机床包括数控车床 数控铣床 数控镗床 数控磨床 数控钻床 数控拉床 数控刨床 数控切断机床 数控齿轮加工机床以及各类加工中心 2 金属成型类 这类数控机床包括数控板料折弯机 数控直角剪板机 数控冲床 数控弯管机 数控压力机等 这类机床起步较晚 但目前发展较快 3 特种加工类 这类数控机床包括数控线 电极 切割机床 数控电火

2、花切割机床 数控电火花成型机床 带有自动换电极的电加工中心 数控激光切割机床 数控激光热处理机床 数控激光板材成型机床 数控等离子切割机床 数控火焰切割机等 二 按功能档次分 按控制系统的功能 可把数控机床分为低档 经济型 中档 高档三类 三个档次的数控机床主要区别于以下几个方面 1 低档数控机床2 中档数控机床3 高档数控机床 1 低档数控机床 低档数控机床的技术指标一般为 脉冲当量0 01mm 0 005mm 进给速度4 10m min 开环步进电机驱动 数码管或简单CRT显示 主CPU一般为8位或16位 一般无通信功能 2 中档数控机床 中档数控机床的技术指标一般为 脉冲当量0 005

3、0 001mm 进给速度15 24m min 半闭环直流或交流伺服系统 有较齐全的CRT显示 可显示字符和图形 人机对话 自诊断等 主CPU一般为16位或32位 可有RS232C RS485等通信接口 3 高档数控机床 高档数控机床的技术指标一般为 脉冲当量0 001 0 0001mm 进给速度15 100m min 闭环直流或交流伺服系统 CRT显示具备中档的功能外 还具有三维图形显示等 主CPU一般为32位或64位 有制造自动化协议MAP通信接口 具有联网功能 三 按控制坐标轴数分类 1 两坐标数控机床 两轴联动 用于加工各种曲线轮廓的回转体 如数控车床 2 三坐标数控机床 三轴联动 多用

4、于加工曲面零件 如数控铣床 数控磨床 3 多坐标数控机床 四轴或五轴联动 多用于加工形状复杂的零件 三 按是否有刀库分类 1 普通型数控机床2 数控加工中心 加工中心 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床 它将铣削 镗削 钻削 攻螺纹等功能集中在一台设备上 使其有多种工艺手段 加工中心的刀库可容纳10 100多把各种刀具或检具 在加工过程中由程序自动选用和更换 这是它与普通数控机床的主要区别 2 1 2数控车床的特点与工艺范围 1 数控车床主要加工对象类型 数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一 其工艺范围较普通车床宽的多 凡是能在数控车床上装夹的回转体零件都能在数控车床上加工 特别

5、是形状复杂的轴类或盘类零件 针对数控车床的特点 下列几种零件最适合数控车削加工 精度要求高的回转体零件由于数控车床刚性好 制造 对刀精度高 加工过程中 经过数控系统的高精度插补运算和伺服系统的伺服驱动作用 所以能加工出直线度 圆度 圆柱度等形状 尺寸和位置精度要求高的零件 轮廓形状复杂的回转体零件因车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能 还有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插补功能 故能车削由任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件 表面粗糙度好的回转体零件数控车床具有恒线速切削功能 能加工出表面粗糙度值小而均匀的零件 恒线速度切削也叫固定线速度切削 是在车削非圆柱形内 外径时 车床主轴转速可以连续变

6、化 以保持实时切削位置的切削线速度不变 恒定 中挡以上的数控车床一般都有这个功能 使用此功能不但可以提高工效 还可以提高加工表面的质量 即切削出的端面或锥面等的表面粗糙度一致性好 特殊螺纹的回转体零件不但能车削任何等导程的直 锥和端面螺纹 而且能车增导程 减导程 以及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹 还可以车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 C轴加工螺旋槽 超精密 超低表面粗糙度的零件在高精度 高功能的数控车床上可加工要求超高的磁盘 复印机的回转鼓 录像机的磁头 照相机等光学设备的透镜及其模具 以及隐形眼镜等 2 1 3数控钻削类 数控钻床是数字控制的以钻削

7、为主的孔加工机床 数控钻床按其布局形式及功能特点可划分为数控立式钻床 钻削中心 数控深孔钻床及其它大型数控钻床等 可完成钻 扩 绞 攻丝等多道工序 适用于孔间距离有一定精度要求的零件的生产 数控立式钻床的数控系统一般是点位控制系统 数控钻床的类型较多 其结构特点各异 数控系统也各不相同 功能主要包括 孔加工循环 插补 刀具补偿 工件坐标系设定 宏程序等 2 1 4数控铣削类机床 1 半封闭或全封闭防护2 主轴无级调速 转速范围宽3 手动换刀 刀具装夹方便4 一般三坐标联动5 应用广泛 一数控铣床特点 立式数控铣床 二 数控铣床分类 卧式数控铣床 龙门数控铣床 龙门数控铣床 经济型数控铣床 全功

8、能数控铣床 高速数控铣床 1 直线插补 1 平面直线 2 空间直线 三数控铣床主要加工对象 一 数控铣床主要功能 3 逼近直线 2 圆弧插补 1 平面圆弧 2 逼近圆弧 3 孔加工固定循环 1 钻孔 2 铰孔 3 锪孔 3 镗孔 4 攻丝 二 数控铣床主要加工对象 加工精密 复杂的平面类 曲面类零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 数控铣削加工的零件 2 2数控加工的刀具和夹具 2 2 1数控刀具系统 数控刀

9、具的发展史 数控刀具的发展史 为了保证数控机床的正常运行 只有配置了与数控机床性能相适应的刀具才能使其性能得到充分发挥 也可说配置刀具的优异 合理性 先进性 直接影响到数控机床功能和作用的发挥 数控刀具的定义 数控刀具是指与数控机床 数控车床 数控铣床 数控钻床 数控镗铣床 加工中心 自动线以及柔性制造系统 相配套使用的各种刀具的总称 数控刀具的选择 舍弃式刀具 电脑锣刀具 阶梯式刀具 数控刀具的类型及选用 1 根据制造刀具所用的材料可分为 高速钢刀具 硬质合金刀具 金刚石刀具 其他材料刀具 如立方氮化硼和陶瓷刀具等 数控刀具类型及选用 50 按照切削工艺分 车削刀具 外圆 内孔 螺纹 成形车

10、刀等 铣削刀具 面铣刀 立铣刀 螺纹铣刀等 数控刀具的类型与特点 钻削刀具 钻头 铰刀 丝锥等 镗削刀具 粗镗刀 精镗刀等 51 外圆车刀 内孔车刀 螺纹车刀 数控刀具的类型与特点 常用车刀 52 面铣刀 方肩铣刀 仿形铣刀 三面刃和螺纹铣刀 整体硬质合金铣刀 数控刀具的类型与特点 常用铣刀 铰刀 钻头 丝锥 数控刀具的类型与特点 钻削刀具 54 粗镗刀 精镗刀 数控刀具的类型与特点 镗削刀具 55 数控刀具的材料 高速钢刀具 高速钢 HSS 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 高速钢凭藉其在强度 韧性 热

11、硬性及工艺性等方面优良的综合性能 在切削某些难加工材料以及在复杂刀具 特别是切齿刀具 拉刀和立铣刀造中仍有较大的比重 但经过市场探索一些高端产品逐步已被硬质合金工具代替 56 硬质合金刀具 普通硬质合金 数控刀具的材料 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1 m以下 这种材料具有硬度高 韧性好 切削刀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 57 新型硬质合金刀具加工实例 数控刀具的材料 加工示意图 加工切削参数 58 数控刀具的材料 陶瓷刀具 不仅能对高硬度材料进行粗

12、精加工 也可进行铣削 刨削 断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工 可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料 刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍 减少了加工中的换刀次数 可进行高速切削或实现 以车 铣代磨 切削效率比传统刀具高3 10倍 数控刀具的材料 超硬刀具 是指比陶瓷材料更硬的刀具材料 包括 单晶金刚石 聚晶金刚石 PCD 聚晶立方氮化硼 PCBN 和CVD金刚石等 超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具 其中以人造金刚石复合片 PCD 刀具及立方氮化硼复合片 PCBN 刀具占主导地位 许多切削加工概念 如绿色加工 以车代磨 以铣代磨 硬态加工 高速切削 干式切削等

13、都因超硬刀具的应用而起 故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段 60 超硬刀具加工实例 数控刀具的材料 加工模具示意图 高速加工切削参数 61 可转位车刀的选用 刀片形状的选择 根据加工轮廓选择刀片形状 一般外圆车削常用80 凸三角形 四方形和80 菱形刀片 仿形加工常用55 35 菱形和圆形刀片 在机床刚性 功率允许的条件下 大余量 粗加工应选择刀尖角较大的刀片 反之选择刀尖角较小的刀片 62 刀具前角的作用 前角对切削力 切屑排出 切削 刀具耐用度影响都很大 刀具后角的作用 主偏角的作用 主偏角等于90 减主偏角 其作用是缓和冲击力 对进给力 背向力 切削厚度都有影响 65 副偏角的

14、作用 副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能 一般为5 15 66 刃倾角的作用 刃倾角是前刀面倾斜的角度 重切削时 切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力 为防止刀尖受此力而发生脆性损伤 故需有刃倾角 推荐车削时为3 5 铣削时10 15 67 刀尖圆弧半径的作用 刀尖圆弧半径对刀尖的强度及加工表面粗糙度影响很大 一般适宜值选进给量的2 3倍 68 可转位车刀的选用 断屑槽的参数直接影响到切削的卷曲和折断 目前刀片的断屑槽形式较多 各种断屑槽刀片的使用情况不尽相同 选用时一般参照具体的产品样本 69 可转位铣刀的选用特点 可转位铣刀的选用 类型的选择 可转位面铣刀 立铣刀 槽铣刀 专用铣刀等

15、 可转位铣刀的角度有前角 后角 主偏角 副偏角 刃倾角等 为满足不同的加工需要 有多种角度组合型式 刀片牌号和断屑槽形的选择 可转位铣刀直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸 为满足不同用户的需要 同一直径的可转位铣刀一般有粗齿 中齿 密齿三种类型 齿数的选择 角度的选择 直径的选择 合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能 用于铣削的刀片槽形一般有轻型 中型和重型 旋转刀具的选择 70 可转位铣刀类型的选择 可转位铣刀的类型 可转位面铣刀 主要用于加工较大平面选择 主要有平面粗铣刀 平面精铣刀 平面粗精复合铣刀三种 可转位槽铣刀 主要有三面刃铣刀 两面刃铣

16、刀 精切槽铣刀 旋转刀具的选择 可转位立铣刀 主要用于加工凸台 凹槽 小平面 曲面等 主要有立铣刀 孔槽铣刀 球头立铣刀 R立铣刀 T型槽铣刀 倒角铣刀 螺旋立铣刀 套式螺旋立铣刀等 可转位专用铣刀 用于加工某些特定零件 其型式和尺寸取决于所用机床和零件的加工要求 71 可转位铣刀齿数 齿距 的选择 可转位铣刀的齿数 粗齿铣刀 大余量粗加工 软材料 切削宽度较大 机床功率较小 中齿铣刀 通用系列 使用范围广泛 具有较高的金属切除率和切削稳定性 密齿铣刀 用于铸铁 铝合金和有色金属的大进给速度切削加工 旋转刀具的选择 不等分齿距铣刀 防止工艺系统出现共振 使切削平稳 在铸钢 铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀 76 可转位铣刀角度的选择 可转位铣刀的角度 主偏角 可转位铣刀的主偏角有90 88 75 70 60 45 等几种 前角 铣刀的前角可分解为径向前角和轴向前角 常用的前角组合形式如下 双负前角 双正前角 正负前角 轴向正前角 径向负前角 三种 旋转刀具的选择 各种角度中最主要的是主偏角和前角 制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明 铣刀角度的功能