1、第 6 章加工中心的加工工艺6.1概述概述6.2加工中心常见刀具的选择加工中心常见刀具的选择6.3加工中心工艺方案的制定加工中心工艺方案的制定6.4典型零件的加工工艺分析典型零件的加工工艺分析第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺6.1概述概述6.1.1工艺特点工艺特点加工中心集铣削、钻削、铰削、镗削、螺纹等加工工艺能力于一身，是功能较全的数控机床。因其有自动换刀装置，所以它具有很强的加工能力和工艺手段。加工中心的工艺特点如下所述。(1)加工精度和质量高。加工精度高的原因一方面是能在一次装夹中加工出许多部位，避免了工件多次装夹所引起的定位误差，有利于保证各加工部位的位置精度。
2、另一方面是加工中心多采用半闭环，甚至全闭环的位置补偿功能，有较高的定位精度和重复定位精度，在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿。第 6 章加工中心的加工工艺加工质量高的原因在于加工中心主轴转速极高，最低转速一般都在5000 r/min以上，部分高档加工中心转速可达60 000 r/min，甚至更高，同时加工中心主轴转速和各轴进给量均能实现无级调速，甚至具有自适应控制功能，能随刀具和工件材质及刀具参数的变化，把切削参数调整至最佳，从而最大限度地优化各加工表面质量。第 6 章加工中心的加工工艺(2)生产效率高。加工中心加工时，工序高度集中；而且机床具有良好的结构刚性，可以进行大切削量的切削；另
3、外，加工中心移动部件选用了很高的空行程运动速度。所以，加工中心能够有效地减少机动时间和辅助时间这两部分时间。(3)生产效益好。加工中心减少了机床、专用和通用工艺装备、工人数量和占地面积；并且减小了周转次数和运输工作量，大大缩短了生产周期。第 6 章加工中心的加工工艺(4)简化了生产调度和管理。利用加工中心进行生产有效地简化了检验、工夹具和半成品的管理工作。加工中心的应用也存在一定的局限性。比如在加工中心上加工的零件不能进行时效，内应力难以消除；对使用、维修和管理水平要求较高，要求操作者具有较高的技术水平；加工中心投资大，并且需配置其它辅助装置，如刀具预调设备、数控工具系统等；多工序要集中加工，
4、还要及时处理切屑等。第 6 章加工中心的加工工艺6.1.2加工对象加工对象1.既有平面又有孔系的零件既有平面又有孔系的零件加工中心由于具有自动换刀装置，因此在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削，孔系的钻削、镗削、铰削及攻螺纹等多个工步的加工。故既有平面又有孔系的零件是加工中心的首选加工对象，如箱体类零件和盘、套、板类零件。第 6 章加工中心的加工工艺(1)箱体类。如图6-1所示为几种箱体类零件。箱体零件一般都要加工孔系、轮廓和平面，公差要求尤其是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、镗、钻、扩、铰、锪、攻丝等工序，使用的刀具、工装较多，若在普通机床上进行加工需多次装夹、找正，因此工艺复杂，加工
5、周期长，成本高，而且更重要的是精度难以保证。而在加工中心上加工，一次装夹就可以完成普通机床60%95%的工序内容，而且零件质量稳定，缩短了生产周期，降低了生产成本。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-1几种常见箱体类零件(a)组合机床主轴箱;(b)车床进给箱;(c)泵壳第 6 章加工中心的加工工艺当加工工位较多、工作台需多次旋转角度才能完成的零件时，一般选用卧式加工中心；当加工的工位较少且跨距不大时，可选用立式加工中心。(2)盘、套、板类零件。如图6-2所示，这类零件端面上有平面、曲面和孔系，径向常常分布一些径向孔。端面分布有孔系、曲面的盘、套、板类零件宜选用立式加工中心。第 6 章加工中心的
6、加工工艺图 6-2盘类零件第 6 章加工中心的加工工艺2.复杂曲面类零件复杂曲面类零件这类零件由复杂曲线、曲面组成，如凸轮类、叶轮类和模具类等零件。(1)凸轮类。凸轮类零件有盘形凸轮、圆柱凸轮、圆锥凸轮和端面凸轮等，加工时，可根据凸轮表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴联动的加工中心。第 6 章加工中心的加工工艺2.复杂曲面类零件复杂曲面类零件这类零件由复杂曲线、曲面组成，如凸轮类、叶轮类和模具类等零件。(1)凸轮类。凸轮类零件有盘形凸轮、圆柱凸轮、圆锥凸轮和端面凸轮等，加工时，可根据凸轮表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴联动的加工中心。(2)整体叶轮类。这类零件除具有一般曲面加工的特点外，
7、还存在一些特殊的加工难点，如通道狭窄，刀具很容易与加工表面和邻近曲面发生干涉。整体叶轮包括航空发动机的压气机、空气压缩机、船舶水下推进器等。如图6-3 所示的压缩机涡轮，其叶面是一个典型的三维空间曲面，加工这样的曲面，可采用四轴以上联动的加工中心。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-3压缩机涡轮第 6 章加工中心的加工工艺(3)模具类。型腔模具包括诸如锻压、注塑及橡胶等模具的型腔或凹模，如图6-4 所示是连杆零件和连杆模具型腔。这类零件除具有曲面外，其上的曲面与模具其它加工表面的相对位置还有较严格的要求。所以采用加工中心加工模具，可使精加工基本在一次安装中完成全部的机加工内容，尺寸累积误差及修
8、配工作量小。同时，模具的可复制性强，互换性好。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-4模具类(a)连杆零件;(b)连杆模具型腔第 6 章加工中心的加工工艺3.外形不规则零件外形不规则零件诸如支架、基座、样板、靠模支架等异形件是外形不规则的零件。由于异形件的外形不规则，刚性一般较差，夹紧困难，切削变形难以控制，加工精度也难以保证，因此在普通机床上只能采取工序分散的原则加工，所需工装多，周期长。这时可充分发挥加工中心工序集中的特点，只需一次或二次装夹就可完成大部分甚至全部加工内容。第 6 章加工中心的加工工艺4.周期性投产的零件周期性投产的零件用加工中心加工零件时，准备时间占很大比例。诸如工艺准备、
9、程序编制、首件试切等，这些时间往往是单件基本时间的几十倍。采用加工中心可以将这些准备时间的内容储存起来反复使用。对周期性投产的零件，加工中心的优点尤其明显。第 6 章加工中心的加工工艺5.加工精度要求较高和尺寸稳定性好的中小批量零件加工精度要求较高和尺寸稳定性好的中小批量零件由于加工中心加工的零件具有精度高、尺寸稳定性好的特点，因此对加工精度要求较高的中小批量零件，选择加工中心加工容易获得较高的尺寸精度和形状位置精度。6.新产品试制中的零件新产品试制中的零件新产品生产需要经过反复地试验、改进才能定型。选择加工中心加工试制零件，可省去许多试制工装。当零件形状需要修改时，只需修改相的程序及适当地调
10、整夹具、刀具即可。第 6 章加工中心的加工工艺6.1.3加工中心的选用加工中心的选用1.类型的选择类型的选择(1)立式加工中心适用于单工位加工的零件，如箱盖、端盖和平面凸轮等。第 6 章加工中心的加工工艺(2)卧式加工中心适用于零件有多个相互垂直的加工面、需多次旋转加工和位置精度要求较高的零件，如箱体、泵体、阀体和壳体等。由于卧式加工中心只能进行悬臂加工，因而不能在加工中设置支架等辅助装置，应尽量使用刚性好的刀具，并解决刀具的振动和稳定性问题。总之，从经济性角度考虑，完成同样的工艺内容，如果立式加工中心能完成，则首先考虑选用立式加工中心。第 6 章加工中心的加工工艺(3)当工件尺寸较大，一般立
11、柱式加工中心的工作范围不足时，则应选用龙门式加工中心。当然，上述加工中心类型的选择原则也不是绝对的。如果企业不具备各种类型的加工中心，则应从如何保证工件的加工质量出发，灵活地选用设备类型。第 6 章加工中心的加工工艺2.精度的选择精度的选择加工中心的精度主要指定位精度和重复定位精度，反映了各轴运动部件的综合精度，尤其是重复定位精度。重复定位精度反映了控制轴在行程内任意点的定位稳定性，是衡量控制轴能否可靠工作的基本指标。因此，所选用的加工中心应有必要的误差补偿功能，如螺旋误差补偿功能、反向间隙补偿功能等。第 6 章加工中心的加工工艺定位精度是指在控制轴行程内任意一个点的定位误差，它反映了在控制系
12、统控制下的伺服执行机构的运动精度。定位精度基本反映了加工精度，如表 6-1 所示为加工精度等级。一般来说，加工两个孔的孔距误差是定位精度的1.52倍。在普通型加工中心上加工，孔距精度可达IT8级，在精密型加工中心上加工，孔距精度可达IT67级。第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺3.功能的选择功能的选择(1)坐标轴控制功能。坐标轴控制功能主要根据零件本身的形状和加工要求来选择。对于平面凸轮类零件，只需两轴联动加工；对于复杂曲面类零件，一般可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工，加工精度较高，但效率较低；若加工中存在加工过切或加工盲区(如整体叶轮等)时，则必须采用四坐标或五坐标联
13、动的机床。第 6 章加工中心的加工工艺(2)工作台分度功能。当零件在卧式加工中心上进行多工位加工时，机床的工作台应具有分度功能。普通型的卧式加工中心多采用鼠齿盘定位的工作台自动分度，分度定位精度较高，其分度定位间距有0.5720、1360、3120、572等几种，根据零件的加工要求选择相应的分度定位间距。立式加工中心可配置数控分度头。第 6 章加工中心的加工工艺4.刀库容量的选择刀库容量的选择刀库容量要根据零件的加工工艺、工件一次安装所需刀具的数量来确定刀库容量。刀库容量需留有余地，但不宜太大。表6-2是在中小型加工中心上加工典型零件时的统计数据。一般来说，在立式加工中心上选用20把左右刀具容
14、量的刀库，在卧式加工中心上选用40把左右刀具容量的刀库即可满足一般的使用要求。第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺6.2加工中心常见刀具的选择加工中心常见刀具的选择6.2.1刀柄刀柄1.刀柄的类型及选择刀柄的类型及选择刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具。刀柄要满足机床主轴的自动松开和拉紧定位，并能准确地安装各种切削刃具，适应机械手的夹持和搬运，适应在刀库中储存和识别等要求。第 6 章加工中心的加工工艺加工中心上一般都采用7 24的圆锥刀柄。这类刀柄不自锁，换刀比较方便，具有较高的定位精度和刚性。加工中心刀柄已系列化和标准化（ISO 7388I和GB 10944-1989）；
15、其锥柄部分和机械手抓拿部分都有相应的国际和国家标准（ISO 7388和GB 10945-1989）。刀柄从结构形式上分为整体式和模块式两类，如图66所示。整体式刀柄针对不同的刀具配备，其品种、规格繁多，给生产、管理带来不便；模块式刀柄虽然克服了上述缺点，但对连接精度、刚性、强度等都有很高的要求。如表 6-3 所示是加工中心常用的刀柄类型及应用。第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺2.刀柄选择时的注意事项刀柄选择时的注意事项选择加工中心用刀柄需注意以下几点。(1)综合考虑选择刀柄结构形式。对一些长期反复使用，不需要拼装的
16、简单刀柄，如在零件外轮廓上加工时，可装面铣刀刀柄、弹簧夹头刀柄及钻夹头刀柄等以配备整体式刀柄。这样，工具刚性好，价格便宜。当加工孔径、孔深经常变化的多品种、小批量零件时，以选用模块式工具为宜。这样可以取代大量整体式镗刀柄。第 6 章加工中心的加工工艺当使用的加工中心较多时，应选用模块式工具。因为选用模块式工具时其中间模块可使各台机床通用，能大大减少设备投资，提高工具利用率，同时也利于工具的管理与维护。(2)刀柄数量应根据要加工零件的规格、数量、复杂程度以及机床的负荷等配置。一般加工中心刀库只用来装载正在加工零件所需的刀柄。考虑到机床工作的同时，还有一定数量的刀柄正在预调或刀具修理，一般配置刀柄
17、是所需刀柄的23倍。第 6 章加工中心的加工工艺(3)刀柄的柄部应与机床相配。加工中心的主轴孔多选定为不自锁的7 24锥度，尽管已经有了相应的国际标准，但是与机床相配的刀柄柄部并没有完全统一。我国近年来引进了许多国外的工具系统技术，现在国内也有多种标准刀柄。标准不同，机械手抓拿槽的形状、位置、拉钉的形状、尺寸或键槽尺寸也都不相同。第 6 章加工中心的加工工艺所以在选择刀柄时，要弄清楚选用的机床应配用符合哪个标准的工具柄部，要求工具的柄部应与机床主轴孔的规格(40号、45号、50号)相一致，工具柄部抓拿部位要能适应机械手的形态位置要求,拉钉的形状、尺寸要与主轴里的拉紧机构相匹配。第 6 章加工中
18、心的加工工艺6.2.2常见刀具的选择常见刀具的选择1.常见孔加工刀具的种类常见孔加工刀具的种类加工中心加工内容的多样性决定了所使用刀具的种类很多，除各种类型的铣刀以外，加工中心使用比较多的是孔加工刀具，包括加工各种大小孔径的麻花钻、扩孔钻、锪孔钻、铰刀、镗刀、丝锥以及螺纹铣刀等。为了适应加工要求，这些孔加工刀具一般都采用硬质合金材料且带有各种涂层，分为整体式和机夹可转位式两类。第 6 章加工中心的加工工艺2.常见孔加工刀具的规格常见孔加工刀具的规格刀具尺寸包括直径尺寸和长度尺寸。孔加工刀具的直径尺寸一般根据被加工孔直径确定，特别是定尺寸刀具(如钻头、铰刀)的直径，完全取决于被加工孔直径。刀具长
19、度一般是指主轴端面到刀尖的距离，其选择原则是：在满足各个部位加工要求的前提下，尽可能减小刀具长度，以提高工艺系统的刚性。制定工艺时一般不需要准确确定刀具长度，只需要初步估算出刀具长度范围，以方便刀具准备。第 6 章加工中心的加工工艺6.3加工中心工艺方案的制定加工中心工艺方案的制定制定加工中心工艺方案是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，无论是手工编程还是自动编程，合理的工艺设计方案是编制数控加工程序的依据。加工中心工艺方案制定的内容包括工艺分析和工艺设计（确定加工方法,划分加工阶段,加工顺序,加工路线,装夹方案和夹具的选择,刀具的选择以及切削用量的选择等）。编程人员必须首先制定出加工工艺方
20、案，然后再着手进行编程。第 6 章加工中心的加工工艺6.3.1加工内容的选择加工内容的选择当选择并决定对某个零件在加工中心上加工后，需要进一步选择零件上适合加工中心加工的表面。一般选择下列表面在加工中心上加工。(1)尺寸精度要求较高的表面。(2)相互位置精度要求较高的表面。需要多次调整的工件必须在一次装夹中完成各工序的表面。(3)普通机床加工难以保证内容的复杂曲线、曲面或难以通过测量调整进给的不开敞复杂型腔表面。第 6 章加工中心的加工工艺(4)反复加工相同结构元素的表面。在选择和决定加工中心的加工内容时，还要考虑生产批量、生产周期以及工序间的周转情况等，要尽量合理利用加工中心，以达到产品质量
21、、生产率及综合经济效益都为最佳的目的。由于加工中心的工时费用高，因此在考虑工序负荷时，不仅要考虑机床加工的可能性，还要考虑加工的经济性。例如进行复杂的曲面加工，如果企业有多轴联动的数控铣床，则在加工复杂的成形表面时，应优先考虑数控铣床。第 6 章加工中心的加工工艺6.3.2加工中心加工零件的工艺分析加工中心加工零件的工艺分析1.结构工艺性结构工艺性结构工艺性除应符合第3章机械零件结构工艺性外，在加工中心上加工零件，其结构工艺性还应具备以下几点要求。第 6 章加工中心的加工工艺(1)加工量要小，以便减少切削加工时间，降低成本。(2)零件上孔和螺纹的尺寸规格尽可能少，减少钻头、铰刀及丝锥等刀具的数
22、量，防止刀库容量不足。(3)零件尺寸尽量标准化，以便采用标准刀具。(4)零件加工表面应具有加工的方便性和可能性。(5)零件结构应具有足够的刚性，以减少夹紧变形和切削变形。第 6 章加工中心的加工工艺2.定位基准的选择定位基准的选择加工中心定位基准的选择应注意以下几个问题。(1)尽量以零件的设计基准作为定位基准。(2)一次装夹就能够完成全部（大部分）较高精度、关键部位的加工。为了避免精加工后的零件再经过加工，造成零件变形、磕碰、划伤，除考虑一次完成尽可能多的加工内容(如螺孔、自由孔、倒角、非重要表面等)外，最好将加工中心上完成的加工内容安排在最后。第 6 章加工中心的加工工艺(3)当既要加工基准
23、又要完成各工位的加工时，其定位基准的选择需考虑便于各个表面都能被加工的定位方式，如箱体零件，最好采用一面两销的定位方案，以便刀具对其它表面进行加工。(4)当零件的定位基准与设计基准不重合时，应认真分析装配图样，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，以确保加工精度。对于带有自动测量功能的加工中心，可在工艺中安排坐标系测量检查工步，即每个零件加工前由程序自动控制用测头检测设计基准，系统将自动计算并修正坐标系，从而确保各加工部位与设计基准间的几何关系。第 6 章加工中心的加工工艺6.3.3加工中心的工艺设计加工中心的工艺设计加工中心的工艺设计主要考虑精度和效率两方面。在保证零件质
24、量的前提下，要充分发挥机床的加工效率。工艺设计主要包括以下内容。1.加工方法的选择加工方法的选择加工中心常见的加工表面有平面、平面轮廓、曲面、孔和螺纹等。因此所选的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。第 6 章加工中心的加工工艺平面、平面轮廓及曲面在镗铣类加工中心上的加工方法就是铣削。经粗铣的平面，尺寸精度可达IT1214级(指两平面之间的尺寸)，表面粗糙度Ra值可达12.550 m。经粗、精铣的平面，尺寸精度可达IT79级，表面粗糙度Ra值可达1.63.2 m。孔加工方法比较多，有钻削、扩削、铰削和镗削等。大直径孔还可采用圆弧插补方式进行铣削加工。第 6 章加工中
25、心的加工工艺对于直径大于30 mm的已铸出或锻出预制孔的孔加工，一般采用粗镗半精镗孔口倒角精镗的加工方案；孔径较大的用立铣刀,采用粗铣精铣的加工方案。有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后、精镗之前铣削完成，也可用镗刀进行单刀镗削，但效率较低。对于直径小于30 mm的无预制孔的孔加工，通常采用锪平端面打中心孔钻扩孔口倒角铰的加工方案；有同轴度要求的小孔，必须采用锪平端面打中心孔钻半精镗孔口倒角精镗(铰)的加工方案。第 6 章加工中心的加工工艺为了提高孔的位置精度，在钻孔工序前必须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，以防止孔内产生毛刺。螺纹的加工根据孔径大小的不同其方
26、法也不同。一般情况下，直径在M6M20 mm之间的螺纹，通常采用攻螺纹的加工方法。直径在M6 mm以下的螺纹，一般不在加工中心上攻螺纹（因为小直径丝锥容易折断）而是在加工中心上完成底孔加工，通过其它方法攻螺纹。直径在M20 mm以上的螺纹，可采用镗刀片镗削加工。第 6 章加工中心的加工工艺2.加工阶段的划分加工阶段的划分在加工中心上加工的零件，其加工阶段的划分主要根据零件是否已经过粗加工以及加工质量要求的高低、毛坯质量的高低和零件批量的大小等因素确定。一般情况下，在加工中心上加工的零件已经过粗加工，加工中心只是完成精加工，所以不必划分加工阶段。只有在加工中心加工之前未经过粗加工，且加工质量要求
27、较高的零件，其主要表面才将粗、精加工分开进行。第 6 章加工中心的加工工艺这样可以使零件在粗加工后有一段时效过程(必要时还可以安装人工时效处理)，以消除残余应力，进而通过精加工可以消除工艺力引起的各种变形。但对加工精度要求不高，而毛坯质量较高、加工余量不大、生产批量很小的零件或新产品试制中的零件，利用加工中心良好的冷却系统，可把粗、精加工合并进行。但应划分粗、精加工工序,粗加工工序采用较大的夹紧力，而精加工工序则采用较小的夹紧力。第 6 章加工中心的加工工艺3.加工顺序加工顺序加工顺序的安排既要保证加工精度，又要使加工中心的功能得到合理、充分应用。除遵循“基面先行”、“先粗后精”、“先主后次”
28、及“先面后孔”的一般工艺原则外，还应考虑以下几点。(1)若零件的尺寸精度要求较高，考虑零件尺寸精度、零件刚性和变形等因素，则采用同一表面粗加工、半精加工、精加工次序完成。(2)若零件的加工位置公差要求较高，则全部加工表面按先粗加工，然后半精加工、精加工分开进行。第 6 章加工中心的加工工艺(3)在不影响精度的前提下，为了减少换刀次数及空行程，采取刀具集中原则。即用一把刀将零件上由该刀具所加工的所有表面全部完成，再换第二把刀。但对孔系加工中同轴度要求很高的孔，考虑到存在着重复定位误差，就不能采取刀具集中原则，应在一次定位后，通过顺序换刀，连续加工完该同轴孔系的全部孔后，再加工其它坐标位置的孔。第
29、 6 章加工中心的加工工艺(4)每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序。一般情况下可参照粗铣大平面粗镗孔、半精镗孔锪平端面打中心孔钻孔攻螺纹平面和孔精加工(精铣、铰、镗等)的加工顺序。当然还应根据具体情况，综合运用以上原则，从而制定出较完善、合理的加工顺序。4.加工路线加工路线加工路线详见6.3.4 节内容。第 6 章加工中心的加工工艺5.装夹与夹具装夹与夹具在确定装夹方案时，仅需根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具即可。1)装夹方案选择应注意的问题(1)必须保证最小的夹紧变形。工件在粗加工时，需要的夹紧力大，但要保证不能把工件
30、夹变形。因此，必须慎重选择夹具的支承点、定位点和夹紧点。如果采用了相应措施仍不能控制工件变形，则只能将粗、精加工分开，或者粗、精加工使用不同的夹紧力。第 6 章加工中心的加工工艺(2)夹具要尽量使在本次定位装夹中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具不能和各工步刀具轨迹发生干涉，必须给刀具运动轨迹留有空间。当箱体外部没有合适的夹紧位置时，可以利用内部空间来安排夹紧装置。一般情况下，每换一把新的刀具后，应通过移动坐标、回转工作台等将该刀具应切削的所有表面全部完成。尽量不要在加工中途更换夹紧点。若必须更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏定位精度，必要时应在工艺文件中注明。第 6 章加工
31、中心的加工工艺(3)考虑机床主轴与工作台面之间的最小距离和刀具的装夹长度。夹具在机床工作台上的安装位置应确保在主轴的行程范围内能使工件的加工内容全部完成。尤其是在卧式加工中心上进行多工位加工时，工作台要带着工件旋转，就要考虑零件(包括夹具)在机床工作台上的最佳位置，该位置是在技术准备过程中根据机床行程，考虑各种干涉情况，优化匹配各部位刀具长度而确定的。如果考虑不周，将会造成机床超程，需要更换刀具，重新试切，这样将影响加工精度和加工效率，也增大了出现不良品的可能性。第 6 章加工中心的加工工艺(4)小型零件或工序不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率。例如，在加工中心
32、工作台上安装一块与工作台大小一样的平板，该平板既可作为大工件的基础板，也可作为多个小工件的公共基础板。(5)自动换刀和交换工作台时不能与夹具或工件发生干涉。2)夹具结构的选择目前常用的夹具类型有专用夹具、组合夹具、可调夹具、成组夹具以及工件统一基准定位装夹系统。在选择时要综合考虑各种因素，选择较经济、较合理的夹具形式。一般应注意以下几个方面。第 6 章加工中心的加工工艺(1)夹具结构应力求紧凑、简单。由于在加工中心上加工大多采用工序集中的原则，加工的部位较多，同时批量较小，零件更换周期短，因此夹具的标准化、通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大的影响。一般夹具的选择顺序是：在单件
33、生产中尽可能采用通用夹具，如三爪卡盘、台钳等；小批量生产时优先考虑组合夹具和可调夹具；只有对批量较大，且周期性投产，加工精度要求较高的关键工序才设计专用夹具，以保证加工精度和提高装夹效率。第 6 章加工中心的加工工艺(2)加工中心的夹具夹紧动作要迅速、准确，使用中要装卸方便、省力、安全，尽量减少辅助时间。由于加工中心效率高，装夹工件的辅助时间对加工中心加工效率影响较大，因此常采用气动、液压夹紧装置。第 6 章加工中心的加工工艺(3)夹具应便于与机床工作台面及工件定位面间定位连接。如图 6-7 为加工中心常见的夹具定位方式。加工中心工作台面上一般都有基准T形槽，转台中心有定位圆，台面侧面有基准挡
34、板等定位元件。固定方式一般用T形槽螺钉或工作台面上的紧固螺孔，用螺栓或压板压紧。夹具上用于紧固的孔和槽的位置必须与工作台上的T形槽和孔的位置相对应。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-7加工中心常见的夹具定位方式(a)侧面定位;(b)中心孔定位;(c)T形槽定位;(d)基准槽定位;(e)基准孔定位第 6 章加工中心的加工工艺6.刀具的选择刀具的选择刀具的正确选择和使用是影响零件加工质量的重要因素。对加工中心来说,要强调选用高性能刀具，充分发挥机床的效率，提高加工精度。国内外加工中心正向着高速、高刚性和大功率方向发展。这就要求刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能，而且要稳定。一般尽可能选
35、用可转位硬质合金刀具，精密镗孔等还可以选用性能更好、更耐磨的立方氮化硼和金刚石刀具。加工中心加工零件的最大弱点是刀具工作时处于悬臂状态，在加工过程中不能设置镗模、支架等。因此，要求刀具的长度在满足使用要求的前提下尽可能地短。第 6 章加工中心的加工工艺7.切削用量的选择切削用量的选择切削用量的选择应根据1.4.1节、1.4.2节、4.4.5节及 5.3.5 节中所述原则、方法选择。表6-4表6-8列出了孔加工的切削用量，以供参考。第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工
36、艺6.3.4加工进给路线的确定加工进给路线的确定1.孔加工进给路线孔加工进给路线孔加工时，一般是首先将刀具在xOy平面内快速定位使其运动到孔中心线的位置上，然后再沿z向运动进行加工。因此，孔加工进给路线的确定包括：xOy平面内和z向的进给路线。1)xOy平面内的进给路线确定xOy平面内的进给路线时，刀具在xOy平面内的运动属于点位运动，确定进给路线时，主要考虑三个问题。第 6 章加工中心的加工工艺(1)定位迅速、空行程路线短。即在刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程时间尽可能短。例如加工图6-8(a)所示零件,按图6-8(b)所示进给路线比按图6-8(c)所示进给路线进给可节省定位时间近
37、一半。这是因为在点位运动的情况下，刀具由一点运行到另一点时，通常沿x、y坐标轴方向同时快速移动，当x、y轴各自移距不同时，短移距方向的运动先停，待长移距方向的运动停止后刀具才到达目标位置。图6-8(b)方案使沿两轴方向的移距接近，因此定位过程迅速。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-8最短进给路线第 6 章加工中心的加工工艺(2)定位准确。即要避免机械进给系统反向间隙对孔定位精度的影响。例如，镗削图 6-9(a)所示零件上的4个孔。按图6-9(b)所示进给路线加工，由于孔4与孔1、2、3定位方向相反，y方向反向间隙会使定位误差增加，因而会影响孔4与其它孔的位置精度。按图6-9(c)所示进给路线
38、，加工完孔3后往上多移动一段距离至P点，然后再折回来在孔4处进行定位加工，这样方向一致，就可避免反向间隙的引入，提高了孔4的定位精度。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-9准确定位进给路线第 6 章加工中心的加工工艺(3)当定位迅速与定位准确不能同时满足时，应抓住主要矛盾，若按最短进给路线能保证定位精度，则取最短路线。反之，应取能保证定位准确的路线。2)刀具在z向的进给路线刀具在z向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。刀具先从初始平面快速移动到距工件加工表面一定距离的R面上，然后按工作进给速度运动进行加工。图 6-10(a)所示为加工单孔时刀具的进给路线。对多孔加工，为减少刀具空行程
39、进给时间，加工中间孔时，刀具不必退回到初始平面，只要退到R平面上即可，其进给路线如图6-10(b)所示。第 6 章加工中心的加工工艺(实线为快速移动路线，虚线为工作进给路线)图 6-10孔加工时刀具在z向的进给路线(a)单孔加工；(b)多孔加工第 6 章加工中心的加工工艺3)切入、切出距离R平面距工件表面的距离称为切入距离。在孔加工z向工作进给中，工作进给距离ZF包括被加工孔的深度H、刀具的切入距离Za和切出距离Zo(加工通孔)，如图 6-11 所示。加工盲孔时，工作进给距离为：ZFZaHTt加工通孔时，工作进给距离为：ZFZaHZoTt表 6-9 给出了刀具切入、切出距离的经验数据。第 6
40、章加工中心的加工工艺图 6-11刀具切入、切出距离计算图第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺2.铣削加工进给路线铣削加工进给路线铣削加工进给路线包括切削进给和z向快速移动进给两种进给路线。加工中心的铣削工艺是以数控铣削加工工艺为基础的，因此第5章的数控铣削加工进给路线同样适用于加工中，此处不再重复。在此仅介绍z向快速移动进给常采用的进给路线。(1)铣削开口不通槽时，铣刀在z向可直接快速移动到位，不需工作进给。(2)铣削封闭槽(如键槽)时，铣刀需有一切入距离，先快速移动到距工件表面一定高的位置，然后以工作进给速度进给至铣削深度。(3)铣削轮廓及通槽时，铣刀应有一切出距离，可直
41、接快速移动到距工件表面一定切出距离的位置上，如图6-12所示。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-12铣刀在z向的进给路线(a)铣削开口不通槽；(b)铣削封闭槽；(c)铣削轮廓及通槽第 6 章加工中心的加工工艺6.4典型零件的加工工艺分析典型零件的加工工艺分析6.4.1箱体类零件箱体类零件图6-13所示为开关支架零件图，材料为LY12，毛坯尺寸为130 mm90 mm45 mm 的块料，单件小批量生产。下面介绍其加工中心的加工工艺。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-13开关支架零件图第 6 章加工中心的加工工艺1.零件的工艺分析零件的工艺分析该零件由平面、型腔及孔系组成，零件尺寸不大。其加工
42、的主要内容有毛坯外形，深37 mm的内腔及其内的凸台，型腔外形及6.2 mm的沉台大面,型腔上的缺口,f15 mm、4f3.6 mm、4f3.5 mm孔和倒角以及10M2.5 mm螺纹等。该零件形状虽然较简单，尺寸精度也不算太高，但零件加工面多，而且多处有R2的圆角，孔的规格多，故刀具数目较多。该零件较适合加工中心加工。零件内腔壁厚只有 2 mm，加工中重点要控制加工过程的变形，10M2.5 mm攻丝时要倍加注意。LY12材料切削性能较好，应选用高速钢刀具加工。第 6 章加工中心的加工工艺2.加工工艺设计加工工艺设计1)加工方法的选择零件的加工表面粗糙度Ra为3.2 m，平面及凸台采用粗铣精铣
43、方案，采用分层切削方式，但要控制好每次的切削深度；f15 mm采用铣孔的方案，因此要预打f13 mm的工艺孔，既可作铣f15 mm的预孔，也用于铣内腔时铣刀的下刀孔；4-f3.6 mm采用钻孔方案；10-M2.5 mm采用钻底孔（f2.05 mm）倒角攻丝的方案。第 6 章加工中心的加工工艺2)装夹方案毛坯形状较规矩，先加工出毛坯六面，然后以外形定位、装夹进行加工，不同的加工位置调换压板夹紧。3)加工顺序及走刀路线遵循“先面后孔，先粗后精”的加工顺序原则。顺序为：粗、精铣外形（保证1220.1800.1370.1、垂直度0.15）铣f6.2 mm的大面，并保证型腔外形尺寸为69 mm预钻f13
44、 mm工艺孔粗、精铣内腔、凸台、缺口精铣内腔外轮廓及 2 mm钻10-M2.5 螺纹孔的中心孔、底孔、口部倒角0.345、攻丝铣f15 mm孔、钻4-f3.6 mm的中心孔、钻4-f3.6 mm、43.5 mm孔及划沉孔f6.590。第 6 章加工中心的加工工艺4)刀具选择该零件所用刀具有面铣刀、立铣刀、中心钻、钻头、机用丝锥等。铣削毛坯六面时，为保证加工精度和切削效率，采用f100 mm的可转位面铣刀；铣内腔内轮廓和内腔外轮廓时，粗铣用f12 mm的立铣刀（501超硬高速钢铣刀），精铣时受圆角R3的限制而采用 f6 mm 的立铣刀；f15 mm的孔用f12 mm的立铣刀铣出；所有孔钻前都需经
45、中心钻点孔。5)切削用量的选择精铣余量为0.2 mm。切削用量详见表6-5。6)数控加工工艺文件开关支架零件的数控加工工序卡和数控加工刀具卡详见表6-10 和表6-11。第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺6.4.2盖板类零件盖板类零件图6-14所示的基座圆盘零件是机械加工中很常见的形状,材料为HPb59-1,其加工中心的加工工艺如下所述。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-14基座圆盘零件第 6 章加工中心的加工工艺1.零件的工艺分析零件的工艺分析该零件的毛坯已经车削加工成 f7113 mm的半成品，主要加工4 f3
46、.5 mm、2 f15H8 mm 和4 M6 mm。尺寸精度除中心距较高之外，其余要求一般；表面粗糙度也是2-f15H8 mm 较高，Ra达1.6 m。2.加工工艺设计加工工艺设计1)加工方法2 f15H8 mm虽然Ra 1.6 m的要求铰削也可满足要求，但由于其中心距公差小，采用钻扩粗镗精镗方案；4-f3.5 mm采用钻中心孔钻孔；4 M6 mm采用钻中心孔钻底孔攻丝方案。第 6 章加工中心的加工工艺2)装夹方案由于该零件外形是圆形的，而且是经车削加工后的半成品，用三爪卡盘以中心线为基准定位、夹紧十分方便。3)加工顺序及走刀路线加工顺序为：钻各孔的中心孔钻、扩、粗镗、精镗15H8 mm孔钻4f3.5 mm孔钻4M6 mm底孔倒角攻丝。有孔加工时的走刀路线都按最短走刀路线加工，详见图6 15 和图 6-16 所示。第 6 章加工中心的加工工艺图 6-15钻（扩）4f3.5 mm孔进给路线第 6 章加工中心的加工工艺图 6-16钻4M6 mm底孔的进给路线第 6 章加工中心的加工工艺4)刀具选择所用刀具详见表6-12基座圆盘零件的数控加工刀具卡。5)切削用量的选择切削用量详见表6-13基座圆盘零件的数控加工工序卡。6)数控加工工艺文件基座圆盘零件的数控加工刀具卡和数控加工工序卡详见表6-12 和表 6-13。第 6 章加工中心的加工工艺第 6 章加工中心的加工工艺
