數(shù)控銑床及加工中心工藝

通常數(shù)控鏜銑床和加工中心(MC，MachineCenter)在結(jié)構(gòu)、工藝和編程等方面有許多相似之處。特別是全功能型數(shù)控鏜銑床與加工中心相比，區(qū)別主要在于數(shù)控鏜銑床沒(méi)有自動(dòng)刀具交換裝置(ATC,AutomaticToosChanger)及刀具庫(kù)，只能用手動(dòng)方式換刀，而加工中心因具備ATC及刀具庫(kù)，故可將使用的刀具預(yù)先安排存放于刀具庫(kù)內(nèi)，需要時(shí)再通過(guò)換刀指令，由ATC自動(dòng)換刀。數(shù)控鏜銑床和加工中心都能夠進(jìn)行銑削、鉆削、鏜削及攻螺紋等加工。1數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)數(shù)控鏜銑、加工中心加工的典型零件數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定2數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

三坐標(biāo)數(shù)控鏜銑床與加工中心的共同特點(diǎn)是除具有普通銑床的工藝性能外，還具有加工形狀復(fù)雜的二維以至三維復(fù)雜輪廓的能力。這些復(fù)雜輪廓零件的加工有的只需二軸聯(lián)動(dòng)(如二維曲線(xiàn)、二維輪廓和二維區(qū)域加工)，有的則需三軸聯(lián)動(dòng)(如三維曲面加工)，它們所對(duì)應(yīng)的加工一般相應(yīng)稱(chēng)為二軸(或2.5軸)加工與三軸加工。對(duì)于三坐標(biāo)加工中心(無(wú)論是立式還是臥式)，由于具有自動(dòng)換刀功能，適于多工序加工，如箱體等需要銑、鉆、鉸及攻螺紋等多工序加工的零件。特別是在臥式加工中心上，加裝數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺(tái)后，可實(shí)現(xiàn)四面加工，而若主軸方向可換，則可實(shí)現(xiàn)五面加工，因而能夠一次裝夾完成更多表面的加工，特別適合于加工復(fù)雜的箱體類(lèi)、泵體、閥體、殼體等零件。加工實(shí)例三坐標(biāo)立式加工中心3三軸加工實(shí)例加工模具示意圖技術(shù)數(shù)據(jù)數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

粗加工半精加工

精加工

工步使用刀具rpm進(jìn)給率加工

時(shí)間粗加工?66立銑刀85020058min半精加工?50xR81850252032min精加工?10球頭65002000130min4數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

四坐標(biāo)是指在X、Y和Z三個(gè)平動(dòng)坐標(biāo)軸基礎(chǔ)上增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸(A或B)，且四個(gè)軸一般可以聯(lián)動(dòng)。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸既可以作用于刀具(刀具擺動(dòng)型)，也可以作用于工件(工作臺(tái)回轉(zhuǎn)／擺動(dòng)型)；機(jī)床既可以是立式的也可以是臥式的；此外，轉(zhuǎn)動(dòng)軸既可以是A軸(繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng))也可以是B軸(繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng))。由此可以看出，四坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床可具有多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，但除大型龍門(mén)式機(jī)床上采用刀具擺動(dòng)外，實(shí)際中多以工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)／擺動(dòng)的結(jié)構(gòu)居多。但不管是哪種類(lèi)型，其共同特點(diǎn)是相對(duì)于靜止的工件來(lái)說(shuō)，刀具的運(yùn)動(dòng)位置不僅是任意可控的，而且刀具軸線(xiàn)的方向在刀具擺動(dòng)平面內(nèi)也是可以控制的，從而可根據(jù)加工對(duì)象的幾何特征按保持有效切削狀態(tài)或根據(jù)避免刀具干涉等需要來(lái)調(diào)整刀具相對(duì)零件表面的姿態(tài)。因此，四坐標(biāo)加工可以獲得比三坐標(biāo)加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果。四坐標(biāo)臥式加工中心柔性制造單元（FMC）5數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

對(duì)于五坐標(biāo)機(jī)床，都具有兩個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)。相對(duì)于靜止的工件來(lái)說(shuō)，其運(yùn)動(dòng)合成可使刀具軸線(xiàn)的方向在一定的空間內(nèi)(受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)限制)任意控制，從而具有保持最佳切削狀態(tài)及有效避免刀具干涉的能力。因此，五坐標(biāo)加工又可以獲得比四坐標(biāo)加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果，特別適宜于三維曲面零件的高效高質(zhì)量加工以及異型復(fù)雜零件的加工。采用五軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于兩臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)加工可比三軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。

五坐標(biāo)臥式加工中心6數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

主軸頭旋轉(zhuǎn)型工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)型復(fù)合型——主軸和工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)型五坐標(biāo)機(jī)床的類(lèi)型及加工實(shí)例實(shí)例1實(shí)例2實(shí)例37數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

課堂討論

對(duì)于如圖所示形狀零件上三個(gè)直槽，比較分別采用三坐標(biāo)和五坐標(biāo)加工中心加工對(duì)零件加工的影響（從裝夾、加工精度和效率等方面比較）。8數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

課堂討論三軸加工（三次裝夾加工）（裝夾一加工）（裝夾二加工）（裝夾三加工）五軸加工（一次裝夾加工）（加工第一面）（坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)后加工）（坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)后加工）9數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

高速加工技術(shù)是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，擁有高效率、高精度及高表面質(zhì)量等特征。有關(guān)高速加工的含義，通常有如下幾種觀點(diǎn)：切削速度很高，通常認(rèn)為其速度超過(guò)普通切削的5-10倍；機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速很高，一般將主軸轉(zhuǎn)速在10000-20000r/min以上定為高速切削；進(jìn)給速度很高，通常達(dá)15-50m/min，最高可達(dá)90m/min；對(duì)于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同。其優(yōu)點(diǎn)在于：加工時(shí)間短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常規(guī)的3～5倍。刀具切削狀況好，切削力小，主軸軸承、刀具和工件受力均小。切削力降低大概30%~90%，提高了加工質(zhì)量。刀具和工件受熱影響小。切削產(chǎn)生的熱量大部分被高速流出的切屑所帶走，故工件和刀具熱變形小，有效地提高了加工精度。工件表面質(zhì)量好。首先ap與ae小，工件粗糙度好，其次切削線(xiàn)速度高，機(jī)床激振頻率遠(yuǎn)高于工藝系統(tǒng)的固有頻率，因而工藝系統(tǒng)振動(dòng)很小。加工實(shí)例10高速加工實(shí)例1毛坯材料使用刀具主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進(jìn)給速度(mm/min)NAK80(HRC40)?4球頭140001500加工零件示意圖高速加工切削條件數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

11高速加工實(shí)例2毛坯材料使用刀具主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進(jìn)給速度(mm/min)NAK80(HRC40)R2X50（CBN）150002100加工零件示意圖高速加工切削條件數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

12高速加工實(shí)例3毛坯材料使用刀具主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進(jìn)給速度(mm/min)NAK80(HRC40)R2X50（CBN）200006000加工零件示意圖高速加工切削條件數(shù)控鏜銑、加工中心的工藝特點(diǎn)

13數(shù)控鏜銑、加工中心加工的典型零件

平面類(lèi)零件：加工面平行或垂直于水平面，以及加工面與水平面的夾角為一定值的零件，這類(lèi)加工面可展開(kāi)為平面。直紋曲面類(lèi)零件：由直線(xiàn)依某種規(guī)律移動(dòng)所產(chǎn)生的曲面類(lèi)零件。14數(shù)控鏜銑、加工中心加工的典型零件

立體曲面類(lèi)零件:加工面為空間曲面的零件稱(chēng)為立體曲面類(lèi)零件。這類(lèi)零件的加工面不能展成平面。箱體類(lèi)零件：一般是指具有孔系和平面，內(nèi)部有一定型腔，在長(zhǎng)、寬、高方向有一定比例的零件。

異型件：外形不規(guī)則的零件，大多要點(diǎn)、線(xiàn)、面多工位混合加工。

工藝分析15在數(shù)控鏜銑及加工中心機(jī)床上，要想合理應(yīng)用好夾具，首先要對(duì)機(jī)床的加工特點(diǎn)有比較深刻的理解和掌握，同時(shí)還要考慮加工零件的精度、批量大小、制造周期和制造成本；根據(jù)數(shù)控鏜銑及加工中心特點(diǎn)和加工需要，目前常用的夾具類(lèi)型有專(zhuān)用夾具、組合夾具、可調(diào)夾具和成組夾具。一般的選擇順序是單件生產(chǎn)中盡量用虎鉗、壓板螺釘?shù)韧ㄓ脢A具，批量生產(chǎn)時(shí)優(yōu)先考慮組合夾具，其次考慮可調(diào)夾具，最后選用專(zhuān)用夾具和成組夾具。在生產(chǎn)批量較大時(shí)可考慮采用多工位夾具和氣動(dòng)、液壓夾具。在選擇時(shí)要綜合考慮各種因素，選擇最經(jīng)濟(jì)的、最合理的夾具形式。數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

工件的裝夾數(shù)控夾具選擇的一般規(guī)律16為了簡(jiǎn)化定位與夾緊，夾具的每個(gè)定位面相對(duì)加工中心的加工原點(diǎn)，都應(yīng)有精確的坐標(biāo)尺寸；為保證零件裝夾方位與編程中所選定的工件坐標(biāo)系及機(jī)床坐標(biāo)系方向一致性，及定向裝夾；能經(jīng)短時(shí)間的拆卸，改成適合新工件的夾具；夾具應(yīng)具有盡可能少的元件和較高的剛度；夾具要盡量敞開(kāi)，夾緊元件的空間位置能低則低，夾具不能和工步刀具軌跡發(fā)生干涉；保證在主軸的行程范圍內(nèi)使工件的加工內(nèi)容全部完成；對(duì)于有交互工作臺(tái)的加工中心，由于工作臺(tái)的移動(dòng)、上托、下托和旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，夾具設(shè)計(jì)必須防止夾具和機(jī)床的空間干涉；盡量在一次裝夾中完成所有的加工內(nèi)容。當(dāng)非要更換夾緊點(diǎn)時(shí)，要特別注意不能因更換夾緊點(diǎn)而破壞定位精度，必要時(shí)在工藝文件中說(shuō)明；夾具底面與工作臺(tái)的接觸，夾具的底面平面度必須保證在0.01—0.02mm以?xún)?nèi)，表面粗糙度不大于Ra3.2um。數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

工件的裝夾數(shù)控夾具設(shè)計(jì)及組裝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題17數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

三維效果圖零件圖樣工件的裝夾實(shí)例118數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

工作臺(tái)工作臺(tái)定位銷(xiāo)低于加工面定位銷(xiāo)（3個(gè)）裝夾方案1：找正法裝夾方案2：用夾具裝夾工件的裝夾實(shí)例119數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

工件裝夾時(shí)必須使工件在機(jī)床上占有正確位置工件裝夾時(shí)找正過(guò)程工作臺(tái)工作臺(tái)工件的裝夾實(shí)例120數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

工件裝夾時(shí)必須使工件在機(jī)床上占有正確位置工件裝夾時(shí)找正過(guò)程工作臺(tái)工作臺(tái)工件的裝夾實(shí)例121工件的裝夾實(shí)例2——組合夾具裝夾應(yīng)用工步1裝夾示意圖工步2裝夾示意圖工步3裝夾示意圖工步1加工完成工步2加工完成工步3加工完成加工中心加工工序的工步內(nèi)容：工步1：粗銑表面1及槽、鉆擴(kuò)鉸孔；工步2：粗精銑表面2型面；工步3：精銑表面1型面。表面1表面1表面2表面2表面1表面1數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

22數(shù)控鏜銑及加工中心加工工藝的制定

常用對(duì)刀方式對(duì)刀是確定工件在機(jī)床上的位置，也即是確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系。對(duì)刀過(guò)程一般是從各坐標(biāo)方向分別進(jìn)行，它可理解為通過(guò)找正刀具與一個(gè)在工件坐標(biāo)系中有確定位置的點(diǎn)(即對(duì)刀點(diǎn))來(lái)實(shí)現(xiàn)。

光電式尋邊器對(duì)刀心軸塊規(guī)對(duì)刀偏心式尋邊器對(duì)刀零件簡(jiǎn)圖工件原點(diǎn)塊規(guī)XY23數(shù)控鏜銑及加工中心加工工藝的制定

常用對(duì)刀方式偏心式尋邊器對(duì)刀主要特點(diǎn)：對(duì)刀時(shí)尋邊器不需回轉(zhuǎn)；可快速對(duì)工件邊緣定位；對(duì)刀精度可達(dá)0.005mm；應(yīng)用范圍包括表面邊緣、內(nèi)孔及外圓的高效對(duì)刀。24數(shù)控鏜銑及加工中心加工工藝的制定

常用對(duì)刀方式偏心式尋邊器對(duì)刀對(duì)刀過(guò)程：10mm的直柄可安裝于彈簧夾頭刀柄或鉆夾頭刀柄上；請(qǐng)以手指輕壓測(cè)測(cè)頭的側(cè)邊，使其偏心0.5mm；使其以400-600rpm的速度轉(zhuǎn)動(dòng)；如圖2所示使測(cè)頭與工件的端面相接觸，慢慢地碰觸移動(dòng)，就會(huì)變成如圖3所示，測(cè)頭不再振動(dòng)，宛如靜止的狀態(tài)接觸，以更細(xì)微的進(jìn)給來(lái)碰觸移動(dòng)的話(huà)，測(cè)頭就會(huì)如圖4所示，開(kāi)始朝一定的方向滑動(dòng)。這個(gè)滑動(dòng)起點(diǎn)就是所要尋求的基準(zhǔn)位置；工件端面所在的位置，就是加上測(cè)頭半徑5mm的坐標(biāo)位置。圖1圖2圖3圖425

數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

Z軸設(shè)定器自動(dòng)對(duì)刀器

刀具長(zhǎng)度方向的對(duì)刀：Z軸設(shè)定器：是用以對(duì)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)囊环N測(cè)量裝置。對(duì)刀準(zhǔn)確、效率高等特點(diǎn)；縮短了加工準(zhǔn)備時(shí)間。采用手動(dòng)方式工作，即：對(duì)刀時(shí)，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)由操作者手動(dòng)控制，特別適合單件、小批量生產(chǎn)；自動(dòng)對(duì)刀器：能在對(duì)刀時(shí)將對(duì)刀器產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)電纜輸出至機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，以便結(jié)合專(zhuān)用的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)設(shè)定或更新刀具的半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償值；對(duì)刀儀：用于機(jī)外對(duì)刀，在使用前就可測(cè)量出刀具的準(zhǔn)確尺寸數(shù)據(jù)。對(duì)刀儀刀具長(zhǎng)度測(cè)量刀具直徑測(cè)量26數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

加工工藝分析數(shù)控鏜銑或加工中心加工零件的表面不外乎平面、輪廓、曲面、孔和螺紋等，主要要考慮到所選加工方法要與零件的表面特征、所要求達(dá)到的精度及表面粗糙度相適應(yīng)。在數(shù)控鏜銑床及加工中心上可銑削平面、平面輪廓及曲面?？准庸さ姆椒ㄓ秀@削、擴(kuò)削、鉸削、銑削和鏜削等；螺紋的加工可采用攻螺紋、銑螺紋等方法。27數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

平面輪廓加工銑削平面類(lèi)零件周邊輪廓一般采用立銑刀。刀具的尺寸應(yīng)滿(mǎn)足：刀具半徑R小于朝輪廓內(nèi)側(cè)彎曲的最小曲率半徑ρmin，一般可取R=(0.8～0.9)ρmin；如果ρmin過(guò)小，為提高加工效率，可先采用大直徑刀具進(jìn)行粗加工，然后按上述要求選擇刀具對(duì)輪廓上殘留余量過(guò)大的局部區(qū)域處理后再對(duì)整個(gè)輪廓進(jìn)行精加工。刀具的選擇28數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

平面輪廓加工確定走刀路線(xiàn)的一般原則是：

保證零件的加工精度和表面粗糙度要求?？s短走刀路線(xiàn)，減少進(jìn)退刀時(shí)間和其他輔助時(shí)間。方便數(shù)值計(jì)算，減少編程工作量。盡量減少程序段數(shù)。注意：對(duì)于平面輪廓的銑削，無(wú)論是外輪廓或內(nèi)輪廓，要安排刀具從切向進(jìn)入輪廓進(jìn)行加工，當(dāng)輪廓加工完畢之后，要安排一段沿切線(xiàn)方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的距離退刀，這樣可以避免刀具在工件上的切人點(diǎn)和退出點(diǎn)處留下接刀痕。走刀路線(xiàn)的確定29銑削圓的切入切出路徑切入切出路徑數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

平面輪廓加工30課堂討論數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

請(qǐng)仔細(xì)觀察如下視頻，說(shuō)明刀具走刀路徑是否合理？為什么？31數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

平面輪廓加工走刀路線(xiàn)對(duì)切削加工影響實(shí)例銑削夾緊不良的工件時(shí)刀具的路徑：對(duì)于長(zhǎng)刀具長(zhǎng)度（大于3倍直徑），在由于振動(dòng)不可能側(cè)銑的情況下推薦使用插銑（軸向銑削）。插銑加工刀具懸伸長(zhǎng)時(shí)將產(chǎn)生振動(dòng)和變形此時(shí)插銑可能是唯一可行的方案?jìng)?cè)銑加工側(cè)銑加工32數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

型腔加工型腔三種走刀路線(xiàn)環(huán)切法行切法行切+環(huán)切法型腔加工33數(shù)控鏜銑、加工中心加工工藝的制定

型腔加工開(kāi)始切削型腔的方法主要有以下三種方法：預(yù)鉆削起始孔。不推薦這種方法：這需要增加一種刀具，從切削的觀點(diǎn)看，刀具通過(guò)預(yù)鉆削孔時(shí)因切削力而產(chǎn)生不利的振動(dòng)。當(dāng)使用預(yù)鉆削孔時(shí)，常常會(huì)導(dǎo)致刀具損壞；最佳的方法之一是使用X/Y和Z方向的線(xiàn)性坡走切削，以達(dá)到全部軸向深度的切削；可以以螺