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1、 1 通常数控镗铣床和加工中心 MC MachineCenter 在结构 工艺和编程等方面有许多相似之处 特别是全功能型数控镗铣床与加工中心相比 区别主要在于数控镗铣床没有自动刀具交换装置 ATC AutomaticToosChanger 及刀具库 只能用手动方式换刀 而加工中心因具备ATC及刀具库 故可将使用的刀具预先安排存放于刀具库内 需要时再通过换刀指令 由ATC自动换刀 数控镗铣床和加工中心都能够进行铣削 钻削 镗削及攻螺纹等加工 2 数控镗铣 加工中心机床的类型数控镗铣 加工中心的工艺特点数控镗铣 加工中心加工的典型零件数控镗铣 加工中心加工工艺的制定典型零件加工工艺分析 3 数控镗
2、铣 加工中心机床的类型 立式 龙门式 卧式 主要技术参数 主要技术参数 主要技术参数 主要技术参数 高速加工中心 4 立式加工中心主要技术参数 数控镗铣 加工中心机床的类型 5 卧式加工中心主要技术参数 数控镗铣 加工中心机床的类型 6 龙门式加工中心主要技术参数 数控镗铣 加工中心机床的类型 7 高速加工中心主要技术参数 数控镗铣 加工中心机床的类型 8 数控镗铣 加工中心的工艺特点 三坐标数控镗铣床与加工中心的共同特点是除具有普通铣床的工艺性能外 还具有加工形状复杂的二维以至三维复杂轮廓的能力 这些复杂轮廓零件的加工有的只需二轴联动 如二维曲线 二维轮廓和二维区域加工 有的则需三轴联动 如
3、三维曲面加工 它们所对应的加工一般相应称为二轴 或2 5轴 加工与三轴加工 对于三坐标加工中心 无论是立式还是卧式 由于具有自动换刀功能 适于多工序加工 如箱体等需要铣 钻 铰及攻螺纹等多工序加工的零件 特别是在卧式加工中心上 加装数控分度转台后 可实现四面加工 而若主轴方向可换 则可实现五面加工 因而能够一次装夹完成更多表面的加工 特别适合于加工复杂的箱体类 泵体 阀体 壳体等零件 加工实例 三坐标立式加工中心 9 三轴加工实例 加工模具示意图 技术数据 数控镗铣 加工中心的工艺特点 粗加工 半精加工 精加工 10 数控镗铣 加工中心的工艺特点 四坐标是指在X Y和Z三个平动坐标轴基础上增加
4、一个转动坐标轴 A或B 且四个轴一般可以联动 其中 转动轴既可以作用于刀具 刀具摆动型 也可以作用于工件 工作台回转 摆动型 机床既可以是立式的也可以是卧式的 此外 转动轴既可以是A轴 绕X轴转动 也可以是B轴 绕Y轴转动 由此可以看出 四坐标数控机床可具有多种结构类型 但除大型龙门式机床上采用刀具摆动外 实际中多以工作台旋转 摆动的结构居多 但不管是哪种类型 其共同特点是相对于静止的工件来说 刀具的运动位置不仅是任意可控的 而且刀具轴线的方向在刀具摆动平面内也是可以控制的 从而可根据加工对象的几何特征按保持有效切削状态或根据避免刀具干涉等需要来调整刀具相对零件表面的姿态 因此 四坐标加工可以
5、获得比三坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果 四坐标卧式加工中心 柔性制造单元 FMC 11 数控镗铣 加工中心的工艺特点 对于五坐标机床 都具有两个回转坐标 相对于静止的工件来说 其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内 受机构结构限制 任意控制 从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力 因此 五坐标加工又可以获得比四坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果 特别适宜于三维曲面零件的高效高质量加工以及异型复杂零件的加工 采用五轴联动对三维曲面零件的加工 可用刀具最佳几何形状进行切削 不仅加工表面粗糙度低 而且效率也大幅度提高 一般认为 一台五轴联动机床的效率可以等于两台三轴联动机床
6、 特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时 五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益 五坐标卧式加工中心 12 数控镗铣 加工中心的工艺特点 主轴头旋转型 工作台旋转型 复合型 主轴和工作台旋转型 五坐标机床的类型及加工实例 实例1 实例2 实例3 13 数控镗铣 加工中心的工艺特点 课堂讨论1 对于如图所示形状零件上三个直槽 比较分别采用三坐标和五坐标加工中心加工对零件加工的影响 从装夹 加工精度和效率等方面比较 14 数控镗铣 加工中心的工艺特点 课堂讨论2 15 数控镗铣 加工中心的工艺特点 高速加工技术是当代先进制造技术的重要组成部分 拥有高效率 高精度及高表面质量
7、等特征 有关高速加工的含义 通常有如下几种观点 切削速度很高 通常认为其速度超过普通切削的5 10倍 机床主轴转速很高 一般将主轴转速在10000 20000r min以上定为高速切削 进给速度很高 通常达15 50m min 最高可达90m min 对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料 高速切削的含义也不尽相同 其优点在于 加工时间短 效率高 高速切削的材料去除率通常是常规的3 5倍 刀具切削状况好 切削力小 主轴轴承 刀具和工件受力均小 切削力降低大概30 90 提高了加工质量 刀具和工件受热影响小 切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走 故工件和刀具热变形小 有效地提高了加工精度 工
8、件表面质量好 首先ap与ae小 工件粗糙度好 其次切削线速度高 机床激振频率远高于工艺系统的固有频率 因而工艺系统振动很小 加工实例 16 高速加工实例1 加工零件示意图 高速加工切削条件 数控镗铣 加工中心的工艺特点 17 高速加工实例2 加工零件示意图 高速加工切削条件 数控镗铣 加工中心的工艺特点 18 高速加工实例3 加工零件示意图 高速加工切削条件 数控镗铣 加工中心的工艺特点 19 数控镗铣 加工中心加工的典型零件 平面类零件 加工面平行或垂直于水平面 以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件 这类加工面可展开为平面 直纹曲面类零件 由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件 20 数控
9、镗铣 加工中心加工的典型零件 立体曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件 这类零件的加工面不能展成平面 箱体类零件 一般是指具有孔系和平面 内部有一定型腔 在长 宽 高方向有一定比例的零件 异型件 外形不规则的零件 大多要点 线 面多工位混合加工 工艺分析 21 在数控镗铣及加工中心机床上 要想合理应用好夹具 首先要对机床的加工特点有比较深刻的理解和掌握 同时还要考虑加工零件的精度 批量大小 制造周期和制造成本 根据数控镗铣及加工中心特点和加工需要 目前常用的夹具类型有专用夹具 组合夹具 可调夹具和成组夹具 一般的选择顺序是单件生产中尽量用虎钳 压板螺钉等通用夹具 批量生产时优先
10、考虑组合夹具 其次考虑可调夹具 最后选用专用夹具和成组夹具 在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动 液压夹具 在选择时要综合考虑各种因素 选择最经济的 最合理的夹具形式 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 工件的装夹 数控夹具选择的一般规律 22 为了简化定位与夹紧 夹具的每个定位面相对加工中心的加工原点 都应有精确的坐标尺寸 为保证零件装夹方位与编程中所选定的工件坐标系及机床坐标系方向一致性 及定向装夹 能经短时间的拆卸 改成适合新工件的夹具 夹具应具有尽可能少的元件和较高的刚度 夹具要尽量敞开 夹紧元件的空间位置能低则低 夹具不能和工步刀具轨迹发生干涉 保证在主轴的行程范围内使工件的加工
11、内容全部完成 对于有交互工作台的加工中心 由于工作台的移动 上托 下托和旋转等动作 夹具设计必须防止夹具和机床的空间干涉 尽量在一次装夹中完成所有的加工内容 当非要更换夹紧点时 要特别注意不能因更换夹紧点而破坏定位精度 必要时在工艺文件中说明 夹具底面与工作台的接触 夹具的底面平面度必须保证在0 01 0 02mm以内 表面粗糙度不大于Ra3 2um 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 工件的装夹 数控夹具设计及组装时应注意的问题 23 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 三维效果图 零件图样 工件的装夹实例1 24 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 装夹方案1 找正法 装夹方案2 用夹具装夹 工
12、件的装夹实例1 25 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 工件装夹时必须使工件在机床上占有正确位置 工件装夹时找正过程 工件的装夹实例1 26 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 工件装夹时必须使工件在机床上占有正确位置 工件装夹时找正过程 工件的装夹实例1 27 工件的装夹实例2 组合夹具装夹应用 工步1装夹示意图 工步2装夹示意图 工步3装夹示意图 工步1加工完成 工步2加工完成 工步3加工完成 表面1 表面1 表面2 表面2 表面1 表面1 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 加工中心加工工序的工步内容 工步1 粗铣表面1及槽 钻扩铰孔工步2 粗精铣表面2型面工步3 精铣表面1型面 28 数控
13、镗铣及加工中心加工工艺的制定 常用对刀方式 对刀是确定工件在机床上的位置 也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系 对刀过程一般是从各坐标方向分别进行 它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点 即对刀点 来实现 光电式寻边器对刀 心轴块规对刀 偏心式寻边器对刀 零件简图 工件原点 29 数控镗铣及加工中心加工工艺的制定 常用对刀方式 偏心式寻边器对刀 主要特点 对刀时寻边器不需回转 可快速对工件边缘定位 对刀精度可达0 005mm 应用范围包括表面边缘 内孔及外圆的高效对刀 30 数控镗铣及加工中心加工工艺的制定 常用对刀方式 偏心式寻边器对刀 对刀过程 10mm的直柄可
14、安装于弹簧夹头刀柄或钻夹头刀柄上 请以手指轻压测测头的侧边 使其偏心0 5mm 使其以400 600rpm的速度转动 如图2所示使测头与工件的端面相接触 慢慢地碰触移动 就会变成如图3所示 测头不再振动 宛如静止的状态接触 以更细微的进给来碰触移动的话 测头就会如图4所示 开始朝一定的方向滑动 这个滑动起点就是所要寻求的基准位置 工件端面所在的位置 就是加上测头半径5mm的坐标位置 图1 图2 图3 图4 31 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 Z轴设定器 自动对刀器 刀具长度方向的对刀 Z轴设定器 是用以对刀具长度补偿的一种测量装置 对刀准确 效率高等特点 缩短了加工准备时间 采用手动方式工
15、作 即 对刀时 机床的运动由操作者手动控制 特别适合单件 小批量生产 自动对刀器 能在对刀时将对刀器产生的信号通过电缆输出至机床的数控系统 以便结合专用的控制程序实现自动对刀 自动设定或更新刀具的半径和长度补偿值 对刀仪 用于机外对刀 在使用前就可测量出刀具的准确尺寸数据 对刀仪 刀具长度测量 刀具直径测量 32 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 加工工艺分析 数控镗铣或加工中心加工零件的表面不外乎平面 轮廓 曲面 孔和螺纹等 主要要考虑到所选加工方法要与零件的表面特征 所要求达到的精度及表面粗糙度相适应 在数控镗铣床及加工中心上可铣削平面 平面轮廓及曲面 孔加工的方法有钻削 扩削 铰削 铣削
16、和镗削等 螺纹的加工可采用攻螺纹 铣螺纹等方法 33 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 平面轮廓加工 铣削平面类零件周边轮廓一般采用立铣刀 刀具的尺寸应满足 刀具半径R小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径 min 一般可取R 0 8 0 9 min 如果 min过小 为提高加工效率 可先采用大直径刀具进行粗加工 然后按上述要求选择刀具对轮廓上残留余量过大的局部区域处理后再对整个轮廓进行精加工 刀具的选择 34 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 平面轮廓加工 确定走刀路线的一般原则是 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求 缩短走刀路线 减少进退刀时间和其他辅助时间 方便数值计算 减少编程工作量 尽量减少程序段数 注意 对于平面轮廓的铣削 无论是外轮廓或内轮廓 要安排刀具从切向进入轮廓进行加工 当轮廓加工完毕之后 要安排一段沿切线方向继续运动的距离退刀 这样可以避免刀具在工件上的切人点和退出点处留下接刀痕 走刀路线的确定 35 铣削圆的切入切出路径 切入切出路径 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 平面轮廓加工 36 课堂讨论3 数控镗铣 加工中心加工工艺的制定 请仔细观察如下视频 说明刀具走刀路
