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1、第1章 数控加工工艺分析,1.1 零件结构工艺性,零件的结构工艺性是指根据加工工艺特点，对零件的设计所产生的要求，即零件的结构设计会影响或决定工艺性的好坏 。1 零件图样尺寸的正确标注由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何要素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确；各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。,2 保证获得设计要求的加工精度虽然数控机床精度很高，但对一些特殊情况，例如过薄的底板与肋板，因为加工时产生的切削拉力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也将增大。对于面积较大、厚度小于3m
2、m的薄板，应在工艺上充分重视这一问题。,3 尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸轮廓内圆弧半径R常常限制刀具的直径。如上图所示，若工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径也大，可以采用较大直径的铣刀来加工，且加工其底板面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因此工艺性较好。反之，数控铣削工艺性较差。一般来说，当R0.2H(H为被加工轮廓面的最大高度)时,可以判定零件上该部位的工艺性不好。,4 保证基准统一原则有些零件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准，如可在毛坯上增加工
3、艺凸台或在后继工序要铣去的余量上设基准孔。,5 分析零件的变形情况零件在加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续进行下去。这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的，也可考虑粗、精加工及对称去除余量等常规方法。,6.有时尚要考虑到毛坯的结构工艺性因为在数控机床上加工零件时，加工过程是自动的，毛坯加工余量的大小、如何装夹等问题在选择毛坯时就要仔细考虑好，否则，一旦毛坯不适合数控加工，加工将很难进行下去。 （1）毛坯加工余量应充足和尽量均匀 （2）分析毛坯的装夹适应性 （加工艺凸台？）,零件的数控铣削
4、结构工艺性图例,1.2 加工方法的选择,对于外圆面，可采用车削、磨削加工等方法；内孔加工可采用钻、扩、铰、镗、磨等加工方法；数控铣或加工中心加工零件的表面为平面、曲面、轮廓、孔和螺纹等，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。下面，作为重点探讨。平面、平面轮廓及曲面可通过铣削加工。经粗铣的平面，尺寸精度可达IT11IT13级，表面粗糙度Ra值可达6.32.5。经粗、精铣的平面，尺寸精度可达IT8IT10级，表面粗糙度Ra值可达1.63.2。,一、平面加工方法的选择在数控铣床上主要采用端铣刀和立铣刀加工。当要求Ra较小时，应采用顺铣方式。二、平面轮廓加工方法选择平面轮
5、廓多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用三坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。下图为由直线和圆弧构成的零件平面轮廓ABCDEA，采用半径为R的立铣刀沿周向加工，虚线ABCDEA为刀具中心的运动轨迹。为保证加工面光滑，刀具沿PA切入，沿AK切出 。,三、固定斜角平面加工固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面，常用如下的加工方法。 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（见下图）。当零件尺寸很大，斜面斜度留下残留面积，需要用钳修方法加以清除。,加工斜面的最佳方法是采用五坐标数控铣床，主轴摆角后加工，可以不留残留面积。,四、变斜角平面加工
6、,（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，如图a所示。加工时，为保证刀具与零件型面在全长上始终贴和，刀具绕A轴摆动角度。,(a)四坐标联动加工变斜角面 (b)五坐标联动加工变斜角面,（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时，可用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，如下图b所示。图中夹角A和B分别是零件斜面母线与z坐标轴夹角在zOy平面上和xOz平面上的分夹角。,（3）还可用球头铣刀和鼓形铣刀，以直
7、线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，加工后的残留面积用钳修的方法清除。如下图，由于鼓形铣刀的鼓径可以做得比球头铣刀的球径大，所以加工后的残留面积高度小，加工效果比球头铣刀好。,五、曲面轮廓加工方法立体曲面的加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求采用不同的铣削加工方法，如两轴半、三轴、四轴及五轴等联动加工。（1）曲率不大精度不高的曲面粗加工，可使用两轴半坐标行切法加工。,（2）曲率较大、精度要求高的曲面精加工，可使用三轴联动插补的行切法加工。,三轴坐标行切法加工曲面的切削点轨迹,（3）对于叶轮、螺旋桨等复杂零件，因刀具容易与相邻表面发生干涉，常采用5坐标联动机床加工。,六、孔的加工方法选择加工方
8、法：钻、扩、铰、镗和攻螺纹等。1、对于直径大于30mm的已铸出或锻出的毛坯孔的孔加工，一般采用粗镗半精镗孔口倒角精镗的加工方案。,2、对于直径小于30mm的无毛坯孔的孔加工，通常采用锪平端面打中心孔钻扩孔口倒角铰加工方案，对有同轴度要求的小孔，需采用锪平端面打中心孔钻半精镗孔口倒角精镗（或铰）加工方案。为提高孔的位置精度，在钻孔工步前需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，以防孔内产生毛刺。,3、螺纹的加工：应根据孔径的大小，一般情况下，直径在M6M20mm之间的螺纹，通常采用攻螺纹的方法加工。直径在M6mm以下的螺纹，在加工中心上完成基孔加工再通过其他手段攻螺纹
9、。因为加工中心上攻螺纹不能随机控制加工状态，小直径丝锥容易折断。直径在M20mm以上的螺纹，可采用镗刀片镗削加工。,1.3 定位和夹紧,1.定位基准分析 定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准，用已加工过的表面作为定位基准称为精基准。除第一道工序采用粗基准外，其余工序都应使用精基准。选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求设计基准、工艺基准和编程原点统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效的减少装夹次数。,2.装夹 主要考虑以下几点：（1）夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开。要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动轨
10、迹发生干涉。 （2）必须保证最小的夹紧变形。 （3）装卸方便，辅助时间尽量短。 （4）可以考虑同时装夹数个工件进行加工。（5）夹具结构应力求简单。 （6）夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位连接。,六点定位原理,夹具用合理分布的六个支承点，分别限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为“六点定位原理”。,六点定位原理的应用,完全定位-工件的6个自由度全部被夹具中的定位元件所限制。,六点定位原理的应用,不完全定位根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点少于6个的定位。,不完全定位中只设置与加工要求有关的支承点，用较少的元件达到定位要求。,平板工件磨平面：工件只有厚度和平行
11、度要求，通过电磁工作台只限制三个自由度。,六点定位原理的应用,欠定位-按照加工要求应该被限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。装夹中不允许有欠定位。,a,b,c,圆柱体工件,加工部位,六点定位原理的应用,a,b,c,过定位工件的一个或多个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。过定位造成无法安装工件或工件变形。,齿坯靠长销和大平面定位,定位基准的选择原则,基 准,零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。,设计基准,零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。,工艺基准,零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。,粗基准的选择原则,
12、选择要求保证工件上某重要表面的加工余量均匀且 重要面为基准。,为了保证加工面与不加工面间的位置要求，应选不 加工面为基准。,粗基准要求：平整光滑，有一定面积，定位可靠、 夹紧方便。,粗基准在同一方向上只能使用一次。,对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时， 应保证各主要表面都有足够的加工余量。,粗基准的选择原则,该零件有三个不加工表面，若要求表面 4 与表面 2 所组成的壁厚均匀，则应选择不加工表面 2 作为粗基准来加工台阶孔。,保证各主要表面都有足够的加工余量 ，选择毛坯余量最小的表面作为粗基准：图示的阶梯轴，应选择 55mm 外圆表面作为粗基准。,粗基准的选择原则,粗基准通常只能使用一次
13、：如重复使用 B 面加工 A 面、 C 面，则 A 面和 C 面的轴线将产生较大的同轴度误差。,精基准的选择原则,保证加工精度和工件安装方便可靠：,基准重合原则,选用设计基准作为定位基准。,基准统一原则,自为基准原则,互为基准原则,采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。,选择加工表面本身作为定位基准。,工件上两个相互位置要求很高的表面加工时，互相作为基准。,精基准的选择原则,自为基准：磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。此时床脚平面只是起一个支承平面的作用，它并非是定位基准面。,精基准的选择原则,互为基准：为保证齿轮的齿圈跳动精度，在齿面淬硬后，先以齿面定位磨内孔，再以内孔定位
14、磨齿面。,为装夹方便或实现基准统一，人为制造的一种定位基准。,辅助基准的选择,辅助基准：,工艺凸台,常用定位方式及定位元件,以平面定位,以圆柱孔定位,以外圆柱面定位,固定支承,可调支承,浮动支承,V形块,圆（锥）孔,圆柱销,圆锥销,辅助支承,圆柱心轴,定心夹紧装置孔,以圆锥孔定位,圆锥心轴,顶尖,（见P14-15表1-5）,夹具的分类,通用夹具,通用可调夹具,专用夹具,组合夹具,成组夹具,拼拆式夹具,按用途分类,夹具的分类,手动夹具,气动夹具,液压夹具,气液增压夹具,电动夹具,磁力夹具,真空夹具,离心力夹具,其它,按动力源分类,夹具的分类,车床常用夹具：三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘、心轴
15、、顶尖等。,铣床常用夹具：虎钳结构、螺旋压板结构、偏心夹紧结构、组合夹具等。,1.4 工序的划分,一、工序划分原则：工序集中原则和工序分散原则数控机床加工零件，一般按工序集中原则，工序划分方法有：1、按所用刀具划分 适用于工件待加工面较多、机床连续工作时间较长、程序编制和检查难度大的情况，加工中心常用此方法。当加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具所加工的内容安排在一个工序（工步）中。,2、按安装次数划分 适用于工件的加工内容不多的工件，加工完后就能达到检验状态。3、按粗、精加工划分 适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件（如毛坯为铸件、焊件或锻件）。通常
16、先进行所有表面的粗加工，再进行所有表面的精加工。4、按加工部位划分 适用于加工表面多而复杂的零件。 可按结构特点如内形、外形、曲面等划分为多道工序。数控加工中工序集中和工序分散的问题：对于单件小批？ 应该：对于大量大批？ 应该：对于重型零件？ 应该：对于刚性差、精度高的零件？ 应该：,工序集中,工序集中或工序分散,工序集中,工序分散,1.5 加工顺序安排,一、切削加工工序的安排（1）先粗后精 当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工。如果精度要求更高，还包括光整加工几个阶段。 （2）基准面先行原则 用作精基准的表面应先加工，任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面，箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其它平面。 （3）先面后孔 对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而孔的深度尺寸又是以平面为基准，故应先加工平面，然后加工孔。 （4）先内后外 即先加工内型腔，后加工外表面。 （5）先主后次 即先加工主要表面，然后加工次要表面。,
