1、 第二章第二章 数控铣床数控铣床/加工中心加工中心的加工工艺的加工工艺数控铣床数控铣床/加工中心的加工工艺加工中心的加工工艺 掌握数控铣床掌握数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟加工中心加工工艺路线的拟定方法；了解数控铣床定方法；了解数控铣床/加工中心的刀具系统；加工中心的刀具系统；了解数控铣床了解数控铣床/加工中心的夹具系统；掌握数控加工中心的夹具系统；掌握数控铣床铣床/加工中心工艺文件的编写方法。加工中心工艺文件的编写方法。目目 录录 一、数控加工的内容 二、零件结构工艺性分析 三、加工顺序的安排 四、加工方法的选择 五、加工路线的确定 一、刀具的基本特点 二、刀具的材料 三、刀具的种类 四
2、、刀柄系统 五、切削用量的选用 六、对刀及对刀装置简介数控铣床数控铣床/加工中心的加工工艺加工中心的加工工艺数控铣床数控铣床/加工中心的加工工艺加工中心的加工工艺目目 录录 一、数控机床夹具的基本知识 二、单件、小批量工件的装夹与校正 三、中、小批量工件的装夹 四、大批量工件的装夹 一、数控加工编程任务书 二、数控加工工序卡片 三、数控刀具调整单 四、机床调整单 五、数控加工程序单复习思考题第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定一、数控加工的内容图2-1 数控加工流程图 数控加工流程如图2-1所示，主要包括分析图样、工件的定位与装夹、刀具的选择与安装、编制数控加工程序、试切削或试运行、数
3、控加工、工件的验收与质量误差分析等方面的内容。第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定二、零件结构工艺性分析 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，也就是说零件的结构设计会影响或决定加工工艺性的好坏。（1）零件图样尺寸的正确标注 由于数控加工程序是以准确的坐标点为基础进行编制的。因此，各图形的几何要素的相互关系要明确；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）保证基准统一在数控加工零件图样上，最好以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定（3）零件各加工部位的结构工艺性 1）零件的内腔
4、与外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，从而简化编程并提高生产率。2）轮廓最小内圆弧或外轮廓的内凹圆弧的半径R限制了刀具的半径。因此，圆弧半径R不能取得过小。此外，零件的结构工艺性还与R/H（H为零件轮廓面的最大加工高度）的值有关，当R/H0.2时，零件的结构工艺性较好（图2-2外轮廓内凹圆弧），反之则较差（图2-2内轮廓圆弧）。图2-2 零件结构工艺性第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定3）铣削槽底平面时，槽底圆角半径r（图2-3）不能过大。（4）分析零件的变形情况对于零件在数控铣加工过程中的变形问题，可在加工前采取适当的热处理工艺（如调质、退火等）来解决
5、，也可采取粗、精加工分开或对称去余量等常规方法来解决。（5）毛坯结构工艺性对于毛坯的结构工艺性要求，首先应考虑毛坯的加工余量应充足和尽量均匀；其次应考虑毛坯在加工时定位与装夹的可靠性和方便性，以便在一次安装过程中加工出尽量多的表面。图2-3 槽底平面圆弧对加工工艺的影响第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定三、加工顺序的安排1.加工顺序安排原则（1）基准面先行原则（2）先粗后精原则（3）先主后次原则（4）先面后孔原则2.工序的划分（1）工序划分原则 1)工序集中原则。工序集中原则是指每道工序包括尽可能多的加工内容，从而使工序的总数减少。2)工序分散原则。工序分散就是将工件的加工分散在较多
6、的工序内进行，每道工序的加工内容很少。第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定（2）工序划分的方法 1)按所用刀具划分。以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间较长，加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心常用这种方法划分。2)按安装次数划分。以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。3)按粗、精加工划分。即粗加工中完成的那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。这种划分方法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、
7、焊接件或锻件。4)按加工部位划分。即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，可按其结构特点(如内形、外形、曲面和平面等)划分成多道工序。第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定四、加工方法的选择 由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法有多种，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸、批量、毛坯材料及毛坯热处理等情况合理选用加工方法。此外，还应考虑生产率和经济性的要求以及工厂的生产设备等实际情况。1.孔加工方法的选择 在加工中心上，常用于加工孔的方法有钻孔、扩孔、铰孔、粗/精镗孔及攻螺纹等。表 2-1第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定2.平面类轮廓
8、加工方法的选择 （1）平面轮廓加工 平面轮廓由直线和圆弧或各种曲线构成，这些平面与装夹基准底平面平行或垂直，通常在三坐标铣床上采用两轴半的坐标加工（图2-5）。所谓两周半联动是指X、Y、Z三轴中任意二轴作联动插补，第三轴作单独周期性进给的一种联动方式。图2-5 平面轮廓加工第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定2.平面类轮廓加工方法的选择 （2）固定斜角平面加工 固定斜角平面是指与水平面成一固定夹角的斜面。常用的加工方法有如下几种：1）当零件尺寸不大时，可用斜垫铁垫平后进行加工(图2-6a)。2）当机床主轴可以摆动时，可将主轴摆成相应的角度（与固定斜角的角度相关）进行加工（图2-6b）。
9、3）当零件批量较大时，可采用专用的角度成形铣刀进行加工（图2-6c）。4）当以上加工方法均不能实现时，可采用三坐标加工中心，利用立铣刀、球头铣刀或鼓形铣刀，以直线或圆弧插补形式进行分层铣削加工（图2-6d），并用其他加工方式（如钳加工）清除残留面积。第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定2.平面类轮廓加工方法的选择图2-6 固定斜角平面加工（3）变斜角平面加工1）对于曲率变化较小的变斜角面，采用主轴可摆动的四轴联动加工中心进行加工。加工时，保证刀具与零件变斜角平面始终贴合。2）对于曲率变化较大的变斜角面，可采用五轴联动加工中心以圆弧插补方式摆角加工。3）采用类似于图2-6d所示的分层铣削
10、加工方式。第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定3.曲面类轮廓加工方法的选择 （1）规则公式曲面（如球面、椭球面等）数控铣削加工多采用球头铣刀，以“行切法”进行两轴半或三轴联动加工（类似于图2-6d），编程方法选用手工宏程序编程或自动编程。（2）不规则曲面数控铣削加工通常采用“行切法”或“环切法”（后叙）等多种切削方法进行三轴（四轴或五轴）联动加工，编程方法宜选用自动编程。第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定五、加工路线的确定1.加工路线的确定原则 在数控加工中，刀具刀位点相对于零件运动的轨迹称为加工路线。其确定原则如下：1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高
11、。2)使数值计算简便，以减少编程工作量。3)应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。4）加工路线还应根据工件的加工余量和机床、刀具的刚度等具体情况确定。加工路线的确定与共建的加工精度和表面粗糙度直接相关第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定2.孔加工路线 （1）孔加工导入量 孔加工导入量是指在孔加工过程中，刀具自快进转为工进时，刀尖点位置与孔上表面之间的距离。孔加工导入量的具体值由工件表面的尺寸变化量确定，一般情况下取210mm。当孔上表面为已加工表面时，导入量取较小值（约25mm）；当加工螺纹孔或孔上表面为未加工表面时，导入量取较大值（约510mm）。（2）孔加工超越量
12、 钻加工不通孔时，超越量大于等于钻尖高度Zp=D2cot0.3D；通孔镗孔时，刀具超越量取13mm；通孔铰孔时，刀具超越量取35mm；钻加工通孔时，超越量等于Zp+（13）mm。（3）相互位置精度高的孔系的加工路线对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，避免将坐标轴的反向间隙带入，影响位置精度。第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定3.轮廓铣削加工路线 采用立铣刀侧刃铣削轮廓类零件时，为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线延长线的切向切入和切出（图2-9中A-B-C-B-D）零件表面，而不应沿零件轮廓曲线法向直接切入零件，以避免加工表面
13、产生刀痕，保证零件轮廓光滑。铣削内轮廓表面时，如果切入和切出无法外延，切入与切出应尽量采用圆弧过渡（图2-10）。在无法实现时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入和切出，但须将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。图2-9 外轮廓切线切入切出图2-10 内轮廓切线切入切出第一节 数控铣床/加工中心加工工艺路线的拟定4.凹槽类工件的加工路线 加工凹槽切削方法有三种，即行切法（图2-11a）、环切法（图2-11b）和先行切最后环切法（图2-11c）。三种方案中，图 2-11a方案最差；图2-11c方案最好。图2-11 凹槽切削方法5.曲面加工路线常用曲面加工方法有以下几种：1）两轴半联动行切法加
14、工。2）三轴联动行切法加工。3）多轴（四轴或五轴）联动加工。第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统一、刀具的基本特点 为了适应数控机床加工精度高、加工效率高、加工工序集中及零件装夹次数少等要求，数控机床对所用的刀具有许多性能上的要求。与普通机床的刀具相比，加工中心用刀具及刀具系统具有以下特点：1）刀片和刀柄高度的通用化、规则化、系列化。2）刀片和刀具几何参数及切削参数的规范化、典型化。3）刀片或刀具材料及切削参数需与被加工工件材料相匹配。4）刀片或刀具的使用寿命长，加工刚性好。5）刀片及刀柄的定位基准精度高，刀柄对机床主轴的相对位置要求也较高。6）刀柄须有较高的强度、刚度和耐磨性，刀柄及刀具系统
15、的重量不能超标。7）刀柄的转位、拆装和重复定位精度要求高。第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统二、刀具的材料1.常用刀具材料 常用的数控刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石等。其中，高速钢、硬质合金和涂层硬质合金在数控铣削刀具中应用最广。2.刀具材料性能比较金刚石立方氮化硼氧化物陶瓷氮化物陶瓷金属陶瓷细颗粒涂层硬质合金涂层硬质合金硬质合金高速钢涂层高速钢理想刀具材料图2-13 不同刀具材料的硬度与韧性对比高硬 度韧性第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统三、刀具的种类 加工中心的刀具种类很多，根据刀具的加工用途，可分为轮廓类加工刀具和孔类加工刀具等几种类型。1.轮廓
16、类加工刀具 （1）面铣刀 面铣刀（图2-14）的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为主切削刃。轮廓类加工刀具主要有面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀和成型铣刀等。（2）立铣刀 立铣刀（图2-15）是数控机床上用得最多的一种铣刀。图2-14 面铣刀图2-15 立铣刀a)直柄立铣刀 b)锥柄立铣刀第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统1.轮廓类加工刀具 （3）键槽铣刀 键槽铣刀（图2-16）一般只有两个刀齿圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延伸至中心，既像立铣刀，又像钻头。（4）模具铣刀 模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀（圆锥半角/2 3、5、7、10）、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣
17、刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。模具铣刀中，圆柱形球头立铣刀（图2-17）在数控机床上应用较为广泛。（5）鼓形铣刀和成形铣刀图2-16 键槽铣刀图2-17 球头铣刀第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统2.孔类加工刀具孔类加工刀具主要有钻头、铰刀、镗刀等。(1)钻头 加工中心上的常用钻头（图2-18）有中心钻、标准麻花钻、扩孔钻、深孔钻和锪孔钻等。图2-18 加工中心用钻头中心钻 （2）铰刀加工中心大多采用通用标准铰刀进行铰孔。此外，还使用机夹硬质合金刀片单刃铰刀和浮动铰刀等。铰孔的加工精度可达IT6IT9级、表面粗糙度Ra可达0.81.6m。工作部分颈部柄部图2-19 机用铰刀第二
18、节 数控铣床/加工中心用刀具系统2.孔类加工刀具 (3)镗孔刀具镗孔所用刀具为镗刀。镗刀种类很多，按加工精度可分为粗镗刀和精镗刀。此外，镗刀按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。（4）镗刀刀头镗刀刀头有粗镗刀（图2-22）和精镗刀刀头（图2-23）之分，粗镗刀刀头与普通焊接车刀相类似；精镗刀刀头上带刻度盘，每格刻线表示刀头的调整距离为0.01mm（半径值）。（5）螺纹孔加工刀具加工中心大多采用攻螺纹的加工方法来加工内螺纹。此外，还采用螺纹铣削刀具来铣加工螺纹孔。图2-22 粗镗刀刀头图2-23 精镗刀刀头图2-24 机用丝锥第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统四、刀柄系统 数控铣床、加工中心用
19、刀柄系统有三部分组成，即刀柄、拉钉和夹头（或中间模块）。1.刀柄 表2-2加工中心常用刀柄的类型及其使用场合第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统2.拉钉刀柄及拉钉的具体尺寸可查阅有关标准的规定。3.弹簧夹头及中间模块图2-25 拉钉 弹簧夹头有两种，即ER弹簧夹头（图2-26a）和KM弹簧夹头（图2-26b）。其中ER弹簧夹头的夹紧力较小，适用于切削力较小的场合；KM弹簧夹头的夹紧力较大，适用于强力铣削。图2-26 弹簧夹头a）ER弹簧夹头 b）KM弹簧夹头a）b）第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统3.弹簧夹头及中间模块 中间模块（图2-27）是刀柄和刀具之间的中间联接装置，通过中间模块的使
20、用，提高了刀柄的通用性能。例如，镗刀、丝锥与刀柄的联接就经常使用中间模块。a）b）c）图2-27 中间模块a）精镗刀中间模块b）攻螺纹夹套c）钻夹头接柄第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统五、切削用量的选用 所谓切削用量是指切削速度、进给速度（进给量）和吃刀量三者的总称。1.切削用量的选用原则粗加工时，根据刀具切削性能和机床性能选择；精加工时，根据零件的加工精度和表面质量选择。合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高生产率和低加工成本的切削用量。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统2.切削用量的选取方法平行于
21、铣刀轴线的吃刀量为背吃刀量，垂直于铣刀轴线的吃刀量为侧吃刀量。（1）背吃刀量ap的选择 在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达810mm；半精加工的背吃刀量取0.55mm；精加工的背吃刀量取0.21.5mm。（2）进给速度(进给量)的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取，最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。（3）切削速度的确定 切削速度vc可根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具寿命进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统3.钢件材料切削用量选择推荐表
22、表2-3常用钢件材料切削用量的推荐值第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统六、对刀及对刀装置简介1.对刀的定义 加工中心的对刀就是指找出工件坐标系与机床坐标系空间关系的操作过程。2.对刀操作过程 加工中心的对刀操作过程请参阅本书第五章第九节。3.对刀器和对刀仪对刀器（或找正器）是用于测定刀具与工件的相对位置仪器。对刀仪分机外对刀仪（图2-28）和机内对刀仪两种。常用的对刀器具有：对刀量块、机械式找正器、机械偏心式寻边器（图2-28a）；电子式对刀器,电子式寻边器（图2-28b）,机械式Z向对刀器（图2-28c）等。第二节 数控铣床/加工中心用刀具系统3.对刀器和对刀仪图2-28 加工中心常用对刀
23、仪器a)机械偏心式寻边器b)电子式寻边器c)机械式Z向对刀器d)机外对刀仪a）b）c）d）第三节 数控铣床/加工中心用夹具系统一、数控机床夹具的基本知识 机床夹具是指安装在机床上，用以装夹工件或引导刀具，使工件和刀具具有正确的相互位置关系的装置。1.数控机床夹具的组成 数控机床夹具按其作用和功能通常可由定位元件、夹紧装置、安装联接元件和夹具体等几个部分组成。1）精度和刚度要求。2）定位要求。3）敞开性要求。4）快速装夹要求。5）排屑容易。2.数控机床夹具的基本要求第三节 数控铣床/加工中心用夹具系统二、单件、小批量工件的装夹与校正单件、小批量工件通常采用通用夹具进行装夹。1.平口虎钳和压板及其
24、装夹与校正图2-31 压板装夹与找正 a)压板装夹与找正示意图 b)找正时百分表移动方向2.卡盘和分度头及其装夹与找正图2-34 三爪自定心卡盘装夹找正图2-35 分度头横放工件的找正第三节 数控铣床/加工中心用夹具系统三、中、小批量工件的装夹 中、小批量工件在加工中心上加工时，可采用组合夹具进行装夹。组合夹具由于具有可拆卸和重新组装的特点，因此，组合夹具是一种可重复使用的专用夹具系统。但组合夹具各元件间相互配合的环节较多，夹具刚性、精度比不上其他夹具。通常，采用组合夹具时其加工尺寸精度只能达到IT8IT9级。其次，使用组合夹具首次投资大，总体显得笨重，还有排屑不便等不足。目前，常用的组合夹具
25、系统有槽系组合夹具系统和孔系组合夹具系统。图2-36 槽系组合夹具图2-37 孔系组合夹具第三节 数控铣床/加工中心用夹具系统 大批量工件加工时，大多采用专用夹具或成组夹具进行装夹，但由于加工中心较适合单件、小批量工件的加工。因此，此类夹具在数控机床上的应用不多。总之，加工中心上零件夹具的选择要根据零件精度等级、零件结构特点、产品批量及机床精度等情况综合考虑。选择顺序是：首先考虑通用夹具，其次考虑组合夹具，最后考虑专用夹具、成组夹具。四、大批量工件的装夹组合夹具、专用夹具、成组家具装夹工件后，通常无需进行找正即可直接加工。第四节 数控加工工艺文件 数控加工工艺文件是数控加工与数控加工工艺内容的
26、具体体现，工厂中常用的数控工艺文件包括数控加工编程任务书、数控加工工序卡片、数控加工刀具调整单、数控机床调整单、数控加工进给路线图、数控加工程序单等。一、数控加工编程任务书 数控加工编程任务书是编程人员和工艺人员协调工作和编制程序的重要依据，主要包括数控加工工序的技术要求、工序说明、编程前工件余量等内容。二、数控加工工序卡片 数控加工工序卡片主要用于反映使用的辅具、刀具规格、切削用量、切削液、加工工步等内容，它是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性工艺资料。工序卡应按已确定的工步顺序填写。第四节 数控加工工艺文件三、数控刀具调整单 数控刀具调整单主要包括数控刀具卡片(简称刀具卡)和数控
27、刀具明细表(简称刀具表)两部分。加工中心数控刀具卡片分别详细记录了每一把数控刀具的编号、结构、尾柄规格、组合件名称代号、刀片型号和材料等，它是组装刀具和调整刀具的依据。数控刀具明细表是调刀人员调整刀具输入的主要依据。四、机床调整单 机床调整单是机床操作人员在加工前调整机床的依据。它主要包括机床控制面板开关调整单和数控加工零件安装、零点设定卡片两部分。五、数控加工程序单 数控加工程序单是编程员根据工艺分析情况，经过数值计算，按照机床特点的指令代码编制的。它是记录数控加工工艺过程、工艺参数、位移数据清单以及手动数据输入(MDI)和置备控制介质、实现数控加工的主要依据。第一章 概 述1.数控机床适合加工哪些零件？2.数控加工工艺的基本特点有哪些？3.如何确定加工中心的加工工艺路线？4.加工中心上加工工艺的划分原则有哪些？5.加工中心上刀具的选用原则有哪些？6.加工中心如何选用夹具？7.数控机床对夹具有何要求？8.简述组合夹具的优缺点。9.简述常用的对刀仪的种类。10.切削用量的选用原则有哪些？在粗、精加工时切削用量分别如何选择？11.数控加工工艺文件有哪些表单组成？12.数控加工工序卡片主要包括哪些内容？13.试述数控工艺文件的作用？复习思考题
