电子课件-机械制造工艺基础(第七版)11第十一章数控加工与特种加工.ppt

1、11113 3 特种加工特种加工3111111 1 数控机床概述数控机床概述211112 2 数控加工工艺数控加工工艺数控机床为高精度、高效率完成产品生产，特别是复杂型面零件的生产提供了自动加工手段借助数字、字符或其他符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术，已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术采用数字控制技术的控制系统以计算机为核心的数控系统 按加工要求预先编制的程序，由控制系统发出数字信息指令对工件进行加工将零件加工信息传送到数控装置去的程序载体闪存卡闪存卡移动硬盘移动硬盘 U盘盘（2）它接受控制介质上的

2、数字化信息，经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个运动部分，进行规定的、有序的运动一台带有专门系统软件的专用计算机（1）它由输入装置（如键盘）、控制运算器和输出装置（如显示器）等构成由驱动装置和执行部件（如伺服电动机）组成，它是数控系统的执行机构伺服电动机伺服电动机 驱动装置驱动装置 伺服系统的作用是把来自CNC的指令信号转换为机床移动部件的运动，使工作台（或溜板）精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动 包括床身、主轴、进给机构等机械部件，还有冷却、润滑、转位部件，如换刀装置、夹紧装置等辅助装置测量反馈装置的作用：（1）通过测量元件将机床移动的实际

3、位置、速度参数检测出来（2）转换成电信号，并反馈到CNC装置中（3）使CNC能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致（4）发出相应指令，纠正所产生的误差 测量反馈装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛数控车床工作过程数控车床工作过程1 编制程序2 输入到数控装置3 处理、计算4 发出指令5 驱动有序动作与操作6 实现刀具与工件的相 对运动1加工零件适应性强，灵活性好2加工精度高，产品质量稳定3综合功能强，生产效率高4自动化程度高，工人劳动强度减少5生产成本降低，经济效益好6数字化生产，管理水平提高用于完成车削加工的数控机床。其主运动为工件相对刀具旋转，切削能是

4、由工件而不是刀具提供配有动力驱动刀具装置，并使夹持工件主轴具有围绕其轴线定位的能力。配有刀库，能自动换刀。能完成端面、径向以及偏心的车、铣、钻、镗的加工以铣削为加工方式的数控机床，通常，铣刀旋转为主运动，工件或（和）铣刀的移动为进给运动 带有刀库和刀具自动交换装置。主轴通常为卧式或立式结构，并具有两种或两种以上加工方式 利用磨具对工件表面进行磨削加工。大多数数控磨床使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工 主要用钻头在工件上加工孔。钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动 用电火花成形加工方法加工型腔、型体、型孔、型面。其工作原理是利用两个不同极性的电极在

5、绝缘液体中产生放电现象，去除材料 以金属丝作工具电极对工件进行切割加工的电火花加工机床。其工作原理与数控电火花成形机床一样1 1）按主轴位置分类）按主轴位置分类立式数控车床 主轴垂直于水平面，有一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件卧式数控车床数控水平导轨卧式车床数控水平导轨卧式车床数控倾斜导轨卧式车床数控倾斜导轨卧式车床2 2）按功能分类）按功能分类经济型数控车床具有针对性加工功能，但功能水平较低且价格低廉的自动控制车床普通数控车床 根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的自动控制车床车削中心 在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头的自动控制车床加工轮廓形状特别复杂

6、或难于控制尺寸的回转体零件、精度要求高的回转体零件、带特殊螺纹的回转体零件球头类零件球头类零件 椭圆类零件椭圆类零件 复杂内腔类零件复杂内腔类零件 锥螺纹类零件锥螺纹类零件1）立式数控铣床）立式数控铣床1）一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工2）还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立铣 立式数控铣床的主轴轴线垂直于水平面2）卧式数控铣床）卧式数控铣床主轴轴线平行于水平面采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工3）立卧两用数控铣床）立卧两用数控铣床 主轴方向可以更换，在一台机床上既可进行立式

7、加工又可进行卧式加工加工二维轮廓零件或三维轮廓零件，如平面轮廓、斜面轮廓、曲面轮廓；还可以对孔类零件进行加工，如钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔和攻螺纹平面类零件平面类零件 变斜角类零件变斜角类零件 曲面类零件曲面类零件孔类零件孔类零件立式加工中心立式加工中心 卧式加工中心卧式加工中心加工中心适宜于加工复杂、工序多、要求精度较高、需用多种刀具，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件箱体类零件箱体类零件 复杂曲面类复杂曲面类 凸轮类零件凸轮类零件 整体叶轮类零件整体叶轮类零件 异形零件异形零件数控加工程序数控加工程序：按规定格式描述零件几何形状和加工工艺的数控指令集从零件图样到获得数控机床所需控制介质

8、的全过程称为程序编制1）手工编程：以手工方式完成整个加工程序编制工作2）自动编程：自动编程是利用计算机专用软件来编制数控加工程序自动编程步骤：几何造型、加工工艺分析、刀具轨迹生成、刀具轨迹的验证与编辑、后置处理、数控程序的输出 包括对零件轮廓形状、标注（尺寸公差、形状和位置公差以及表面粗糙度要求等）及材料和热处理等项要求进行分析 根据图样分析拟定加工方案，确定机床、夹具和刀具，选择适合的对刀点和换刀点，确定合理的切削用量及设定最佳的加工路线数值处理包括尺寸分析、选择处理方法、数值计算及对拟合误差的分析和计算等根据确定的加工路线、刀具号、切削用量以及数值计算的结果，按照数控机床规定使用的功能指令

9、代码及程序段的格式，逐段编写加工程序把编制好的程序内容记录在控制介质上，作为数控装置的输入信息。通过程序的手工输入或通信传输送入数控系统3）要进行零件首件试切。当发现有加工误差时，分析误差产生的原因，找出问题加以修正1）校验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控系统中，让机床空运转，以检查机床的运动轨迹是否正确2）在有LCD图形显示的数控机床上，用模拟刀具与工件切削过程的方法进行检验（1）多品种、小批量生产或新产品试制（2）形状复杂、加工精度要求高、通用机床无法加工（3）在普通机床上加工需要昂贵工装设备的零件（4）尺寸难测量、进给难控制的壳体或盒型零件（5）必须在一次装夹中完成多工序的零件（

10、6）价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件（7）需要最短生产周期的急需零件 优先选用标准刀具，不用或少用非标准刀具，必要时可以用复合刀具及专用刀具一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是能协调工件与机床坐标系的尺寸1）单件小批量生产，优先使用通用夹具、组合夹具或可调夹具2）成批生产，采用专用夹具，力求结构简单3）装卸工件应方便可靠，有条件且生产批量较大时，可采用液动、电动、气动或多工位夹具4）夹具上的各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给加工路线加工路线：数控机床在加工过程中刀具刀位点相对于工件的运动轨迹（1）对点位加工的数控机

11、床，如钻床、镗床，要考虑尽可能缩短加工路线，以减少空程时间，提高加工效率零件图 常规加工路线 最短加工路线（2）为保证工件轮廓加工后的表面粗糙度要求，最终完工轮廓应由最后一刀连续加工而成。尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿（3）尽量避免在轮廓处接刀，对刀具的“切入”和“切出”要仔细设计（4）铣削轮廓的加工路线要合理选择Z字形双方向进给 单方向进给 环形进给（5）旋转体类零件的加工要合理制定粗加工时的加工路线先用直线和斜线加工路线进行粗加工1）工件材料。同一刀具加工硬材料时切削速度应降低，而加工较软材料时可以提高2）刀具材料。高速钢刀具切削速度不到50m/min，碳化物刀具切削速度

12、可达100m/min以上，陶瓷刀具的切削速度可高达1000m/min3）刀具几何角度。刀具几何参数合理，就可以减小切削变形和摩擦，降低切削力和切削热，提高切削用量4）机床及夹具刚度。高刚度机床可以承担较大的主轴转速、背吃刀量和进给速度，同理夹具的刚度也会影响切削用量1）背吃刀量的确定。在刚度允许情况下，尽可能选取较大背吃刀量。零件精度要求较高时，应考虑留出半精加工和精加工余量2）主轴转速的确定。允许切削速度100200m/min3）进给速度的确定。一般为100200mm/min。要求较高时，进给速度应选得小些（2050mm/min）（1）采用一夹一顶装夹，加工右端轮廓（2）调头，采用一夹一顶装

13、夹，加工左端轮廓轮廓粗车时选ap=1.5mm，精车ap=0.5mm，切槽ap=1mm 轮廓粗车切削速度vc=80m/min、精车切削速度vc=110m/min 主轴转速n：粗车800r/min、精车1000 r/min、切槽300r/min 粗车150 mm/min、精车100mm/min、切槽50mm/min（1）工作台尺寸400mm800mm（2）X轴行程为600mm，Y轴行程为400mm，Z轴行程为400mm，主轴端面至工作台台面距离为125525mm（3）定位精度和重复定位精度分别为0.02mm和0.01 mm（4）刀库容量为18把，工件一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步

14、的加工选用国产选用国产XH714型立式加工中心型立式加工中心1）B平面：粗铣精铣2）60H7孔：粗镗半精镗精镗3）12H8孔：钻中心孔钻孔扩孔铰孔4）16mm孔：在12mm孔基础上锪至尺寸5）M16mm螺孔：钻中心孔钻底孔倒角攻螺纹选用通用台钳，以盖板底面A和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧粗、精铣B面粗、半精、精镗60H7孔钻各光孔和螺纹孔的中心孔钻、扩、锪、铰12H8及16mm孔M16mm螺孔钻底孔、倒角和攻螺纹 1）铣削铣削B面进给路线面进给路线2）镗镗60H7孔进给路线孔进给路线3）钻中心孔进给路线钻中心孔进给路线4）钻、扩、铰钻、扩、铰12H8孔进给路线孔进给路线5）锪）锪16mm

15、孔进给路线孔进给路线 6）钻螺纹底孔、攻螺纹进给路线钻螺纹底孔、攻螺纹进给路线在一定的介质中，通过工件和工具电极间脉冲火花放电，使工件材料熔化、气化而被去除或在工件表面进行材料沉积电火花成形加工机床：用电火花成形加工方法加工型腔、型体、型孔、型面的电火花加工机床1）适用于难切削材料的成形加工2）可加工特殊的、形状复杂的零件3）有利于加工热敏感材料，可获得镜面加工效果4）在同一台机床上可完成粗、中、精加工5）有助于改进和简化产品的结构设计与制造工艺用沿着自身轴线方向运行的电极丝作工具电极，对工件进行切割的电火花加工在电极丝和工件上加脉冲电源，使电极丝与工件之间发生脉冲放电，产生高温使金属熔化或汽

16、化1）可加工形状复杂工件，对不同形状工件容易实现自动化加工2）工件变形小，电极丝、夹具不需要太高强度3）可加工任何导电的固体材料4）可方便调整影响加工精度的加工参数，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程自动化5）电火花线切割不能加工非导电材料6）金属去除率低，加工成本高，不适合加工形状简单的大批工件1）模具加工2）新产品试制3）精密零件加工4）贵重金属下料 利用金属工件在电解液中所产生的阳极溶解作用而进行的加工方法，又称电化学加工加工开始状态加工开始状态 加工结束状态加工结束状态优点：（1）生产效率极高（2）可以加工形状复杂的型面（3）加工表面无冷作硬化，无残余应力，周边无毛刺，能获得较高的

17、加工精度和表面质量（4）工具电极无损耗，可长期使用缺点：（1）电解液过滤、循环装置庞大，占地面积大（2）电解液具有腐蚀性，要对机床设备采取周密的防腐措施用于加工型孔、型面、型腔、炮筒膛线利用工具端面的超声频振动（振动频率为19，00025，000Hz），驱动工作液中的悬浮磨料撞击加工表面优点：（1）既能加工导电材料，也能加工不导电体和半导体材料（2）超声波加工机床的结构相对简单，操作维修方便缺点：生产效率相对较低利用密度极高的激光束照射工件被加工部位，使材料瞬间熔化或蒸发，并在冲击波作用下将熔融物质喷射出去，从而实现对工件进行穿孔、蚀刻和切割 采用较小的能量密度，使加工区域材料熔融粘合，对工件

18、进行焊接加工激光器反射镜聚焦镜工件工作台电源（1）激光加工是利用高能激光束进行加工的，不存在工具的磨损问题，工件也无受力变形（2）激光束能量密度高，可加工各种金属材料和非金属材料，例如硬质合金、陶瓷、石英、金刚石等（3）激光适于在硬质材料上打小孔，常用于打金刚石拉丝模、宝石轴承、发动机喷油嘴、航空发动机叶片上的小孔（4）除打孔外，激光还广泛用于切割、焊接和热处理 电子束加工是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦，形成高能量大密度的细电子束以轰击工件被加工部位，使该部位的材料熔化和蒸发，从而进行加工，或利用电子束照射引起化学变化而进行加工 在真空条件下，用电流加热阴极，产生的电子在高

19、能电场的作用下加速，并经电磁透镜聚焦成高能量、高速度的电子束流，冲击工件表面极小的面积，冲击过程中其动能转换成热能加热工件，在冲击处形成局部高温，使材料熔化甚至汽化（1）电子束能力密度高、聚焦点范围小、加工速度快，电子束的强度和位置均可利用电、磁的方法直接控制，生产效率高（2）工件很少产生应力和变形，加工在真空室内进行，熔化时没有氧化作用，加工点上化学纯度高（3）适应范围广，各种金属和非金属都可以采用此方法进行加工，常用于精微深孔和窄缝，还用于焊接、切割、热处理、蚀刻利用金属电解沉积原理精确复制复杂或特殊形状工件 在直流电作用下，电铸溶液中金属离子在阴极被还原成金属，沉积于原模表面。阳极金属变

20、成离子溶解到电铸液中。当电铸层逐渐加厚达到要求时，与原模分离，获得与原模型相反的电铸件优点：（1）能获得尺寸精度高、表面粗糙度值小的产品（2）能获得高纯度金属制品，可以制造多层结构的构件，并能把多种金属、非金属拼铸成一个整体（3）同一原模生产的电铸件一致性较好缺点：生产周期长，尖角或凹槽部分铸层不均匀，铸层存在一定的内应力，原模上的伤痕会带到产品上精确复制微细、复杂和某些难于用其他方法加工的特殊形状模具及工件，例如制作纸币和邮票的印刷版、唱片压模、铅字字模、玩具滚塑模、模型模具、金属艺术品复制件、反射镜、表面粗糙度样块、微孔滤网、表盘、电火花成型加工用电极、高精度金刚石磨轮基体电铸加工的主要用途电铸加工的主要用途