《数控加工编程与操作 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 霍苏萍 项目一 数控铣削加工工艺分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控加工编程与操作 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 霍苏萍 项目一 数控铣削加工工艺分析（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目一 数控铣削加工工艺分析,知识目标,1了解有关数控铣削的主要加工对象、掌握数控铣削的加工方法与选用 2掌握数控铣削加工工艺分析的内容与方法 3掌握数控铣削加工刀具知识 4掌握数控铣削加工中切削加工进给路线的确定 5掌握数控铣削加工中粗、精加工时的切削用 量选用,能力目标,1能选择并确定数控铣削加工的内容 2能综合应用数控铣削加工工艺知识，分析典型零件的数控铣削加工工艺，编制工艺文件,一、项目导入,图1-1所示为平面槽形凸轮零件图，零件材料为HT200，其外部轮廓尺寸已经由前道工序加工，本工序的任务是在铣床上加工槽与孔。要求分析其数控铣床加工工艺，设计数控加工工艺方案，编制数控加工工序卡、数
2、控铣削加工刀具卡。,图1-1 平面槽形凸轮,二、相关知识,程序编制人员在进行工艺分析时，应该具备机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具夹具手册等资料，并根据被加工零件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的数控机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，以及各工序所用刀具、夹具、切削用量等，力求高效率地加工出合格的零件。,（一）数控铣削加工的工艺特点,1数控铣削加工工艺特点 （1）工序集中原则 一般来说，数控加工的工序内容要比普通机床加工的内容复杂，这是因为零件的数控加工过程是由程序控制的，且数控机床价格昂贵，若只加工简单工序内容，则不能充分发挥数控机床的功能，在经济上对生产效率的提高有限，所以
3、在数控机床上加工零件时应尽可能多地安排较复杂的工序内容，尽量减少零件的装夹次数。,（2）工序内容合理、正确 在通用机械加工设备上加工零件时，工艺规程制定的许多内容，如工步的安排、走刀路线、切削刀具的几何形状、切削用量等，都是由操作工人来考虑、选择和确定的。而进行数控加工时，零件的加工过程完全由数控系统按给定的零件数控加工程序执行，即加工中所需的所有工艺参数必须在零件的数控加工程序中准确地体现出来，所以，零件的数控加工程序要有极高的正确性和合理性，不能有丝毫的差错，否则就不能加工出合理的零件。, 选择使工件在加工后变形小的路线。 （2）寻求最短加工路线,图1-19 最短走刀路线的设计,同时，在对
4、图形进行数学处理和编程时，要力求准确无误，以使数控加工顺利进行。在实际工作中，由于一个小数点或一个逗号的差错，就可能酿成重大机床事故和质量事故。针对这一特点，在编制数控加工程序时必须细心，同时在程序编制过程中应同操作工人配合好，以提高程序编制的质量。,2数控铣削加工工艺内容的选择,在选择数控铣削加工内容时，应充分发挥数控铣床的优势和关键作用。主要选择的加工内容如下： 工件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式给出的非圆曲线、列表曲线等曲线轮廓，如正弦曲线；图1-2 球面 已给出数学模型的空间曲面，如图1-2所示的球面； 形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位； 用通用铣床加工时难以观察、测量和控制
5、进给的内外凹槽；, 以尺寸协调的高精度孔和面； 能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状； 用数控铣削方式加工后，能成倍提高生产率，大大减轻劳动强度的一般加工内容。,不宜采用数控铣削加工的内容如下： 需要进行长时间占机和进行人工调整的粗加工内容，如以毛坯粗基准定位划线找正的加工； 必须按专用工装协调的加工内容（如标准样件、协调平板、模胎等）； 毛坯上的加工余量不太充分或不太稳定的部位； 简单的粗加工面； 必须用细长铣刀加工的部位，一般指狭长深槽或高筋板小转接圆弧部位。, 零件图样尺寸的正确标注。,（二）数控铣削加工零件的工艺性分析, 分析零件的形状、结构及尺寸的特点, 检查零件的加工要求, 统
6、一内壁圆弧的尺寸。,图1-3 零件尺寸公差带的调整,a内壁转接圆弧半径R不能太小。如图1-4（a）所示，当工件的被加工轮廓高度H较小，内壁转接圆弧半径R较大时，则可采用刀具切削刃长度L较小，直径D较大的铣刀加工。这样，底面A的走刀次数较少，表面质量较好，因此，工艺性较好。反之，铣削工艺性则较差，如图1-4（b）所示。通常，当R0.2H时，零件结构工艺性较好。,图1-4 内壁转接圆弧半径,b内壁与底面转接圆弧半径r不要过大。如图1-5（a）所示，铣刀直径D一定时，铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D2r，工件的内壁与底面转接圆弧半径r越小，则d越大，即铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工能力越强，铣削
7、工艺性越好。反之，工艺性越差，如图1-5（b）所示。 当底面铣削面积大，转接圆弧半径r也较大时，只能先用一把r较小的铣刀加工，再用符合要求r的刀具加工，分两次完成切削。,图1-5 内壁与底面转接圆弧半径, 分析零件材料的种类、牌号及热处理要求，了解零件材料的切削加工性能，才能合理选择刀具材料和切削参数。同时要考虑热处理对零件的影响，如热处理变形，并在工艺路线中安排相应的工序消除这种影响，而零件最终热处理状态也将影响工序的前后顺序。 当零件上的一部分内容已经加工完成，这时应充分了解零件的已加工状态，数控铣削加工的内容之间与已加工内容之间的关系，尤其是位置尺寸关系，这些内容之间在加工时如何协调，采
8、用什么方式或基准保证加工要求，如对其他企业的外协零件的加工。,2定位基准要统一,3分析零件的变形情况,4零件毛坯的工艺性分析,（1）毛坯应有充分稳定的加工余量,（2）分析毛坯的装夹适应性,（3）分析毛坯的余量大小及均匀性,1加工方案的选择 （1）平面轮廓的加工方法,（三）数控铣削加工的工艺路线的拟定,平面轮廓铣削, ,（2）固定斜角平面的加工方法,主轴摆角加工固定斜角平面,（3）变斜角面的加工方法 对曲率变化较小的变斜角面，用4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，可用角度成形铣刀加以弥补）以插补方式摆角加工，如图1-9（a）所示。 对曲率变化较大的变斜角面
9、，用4坐标联动加工难以满足加工要求，最好用5坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工，如图1-9（b）所示。,图1-9 4、5坐标数控铣床加工零件变斜角面, 采用3坐标数控铣床2坐标联动，利用球头铣刀或鼓形铣刀，以直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方法清除。图1-10所示为用鼓形铣刀铣削斜角面。 （4）曲面轮廓的加工方法 对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标的行切法加工，即X、Y、Z 3轴中任意两轴作联动插补，第3轴作单独的周期进给，如图1-11所示。,图1-10 用鼓形铣刀分层铣变削斜角,图1-11 两轴半坐标行切法加工曲面,两轴半坐标联动加工曲
10、面的刀心轨迹O1O2和切削点轨迹ab，如图1-12所示。 对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常用Z、Y、Z 3坐标联动插补的行切法加工，如图1-13所示。 对像叶轮、螺旋桨这样的零件，因其叶片形状复杂，刀具容易与相邻表面干涉，常用5坐标联动加工，其加工原理如图1-14所示。,图1-12 两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹,图1-13 3轴联动行切法加工曲面的切削点轨迹,图1-14 曲面的5坐标联动加工, 工序集中原则 工序分散原则,2工序的划分,（2）工序划分方法, 按零件装夹定位方式划分。以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。 按所用刀具划分。以同一把刀具加工的那一部分工艺
11、过程为一道工序。 按粗、精加工划分。粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。, 按加工部位划分。以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件（如内腔、外形、曲面或平面），可按其结构特点将加工部位划分成多道工序，并将每一部分的加工作为一道工序。,3加工顺序的安排, 基面先行原则。 先粗后精原则 先主后次原则。 先面后孔原则。,4确定走刀路线和工步顺序,数控铣削加工走刀路线的设计主要遵循以下原则： 保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求； 提高加工效率。 在确定走刀路线时，针对数控铣床的特点，应重点考虑以下几个方面。 （1）保证零
12、件的加工精度和表面粗糙度 最终轮廓一次走刀完成。为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。,图1-15（a）所示为用行切法加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度，所以采用图1-15（b）所示的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图1-15（c）所示也是一种较好的走刀路线方式。,图1-15 铣削内腔的3种走刀路线, 选择切入切出方向 铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时，应避免沿零件轮廓的法
13、线切入，而应沿外廓曲线延长线切入，如图1-16（a）所示。 铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入切出。若内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入、切出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处，如图1-16（b）所示。,图1-16 刀具切入和切出时的外延,如图1-17（a）所示，切削外圆凸台时，使用与圆相切的切入切出直线段，切入路线为12345；如图1-17（b）所示，铣削内圆轮廓的进给路线为12345，R1为零件圆弧轮廓半径，R2为过渡圆弧半径。,图1-17 铣削圆的切入和切出路线, 避免机械进给系统反向间隙对加工精度的影响。,图1
14、-18 镗孔加工路线,（3）铣削曲面的加工路线,图1-20 曲面加工的加工路线,（4）顺铣和逆铣对加工影响,图1-21 顺铣和逆铣切削方式,5对刀点与换刀点的确定 （1）对刀点 对刀点的选择原则如下。 所选的对刀点应使程序编制简单。 对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置。 对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。 对刀点的选择应有利于提高加工精度。,图1-22 对刀点,（2）刀位点,图1-23 刀位点,（3）换刀点 换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点可以是某一固定点（如加工中心，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如数控车床）。为防止换刀时碰伤零件及其他部件，换
15、刀点常常设置在被加工零件或夹具的轮廓之外，并留有一定的安全量。,（四）数值计算, 根据零件图样给出的形状、尺寸、公差等，直接通过数学方法，计算出编程时所需要的有关各点的坐标值； 当按照零件图样给出的条件不能直接计算出编程所需的坐标，也不能按零件给出的条件直接进行工件轮廓几何要素的定义时，就必须根据所采用的具体工艺方法、工艺装备等加工条件，对零件原图形及有关尺寸进行必要的数学处理或改动，才可以进行各点的坐标计算和编程工作。,1基点和节点的坐标计算,图1-24 零件轮廓的基点,图1-25 零件轮廓的节点,2刀位点轨迹的计算 刀位点是标志刀具所处不同位置的坐标点，不同类型的刀具其刀位点不同，数控系统
16、从对刀点开始控制刀位点运动，并由刀具的切削刃加工出所要求的零件轮廓，零件的轮廓形状是通过刀具切削刃进行切削形成的。,（五）零件的定位与装夹方式的选择, 尽可能使设计基准、工艺基准与编程计算基准统一，以减小基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。 减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部或大部分的待加工表面，以提高加工效率和保证加工精度。 避免采用占机人工调整时间长的装夹方案。 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。,装夹如图1-26所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上，如图1-26（a）所示，或改为在顶面上3点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形，如图1-26（b）所示。,图1-26 夹紧力作用点与夹紧变形的关系,2选择夹具的基本原则, 尽量采用组合
