北航機(jī)械工藝講稿第三章

第三章

機(jī)床工序設(shè)計(jì)§3.1概述普通工序設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：設(shè)備和工藝裝備的選擇；加工余量的確定；工序的尺寸及其偏差的計(jì)算；有時(shí)還要確定切削用量和時(shí)間定額。數(shù)控技術(shù)文件:數(shù)控編程任務(wù)書(shū)工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡數(shù)控工序卡數(shù)控刀具卡數(shù)控加工走刀路線圖

（1）數(shù)控編程任務(wù)書(shū)數(shù)控編程任務(wù)書(shū)闡明了工藝人員對(duì)數(shù)控加工工序的技術(shù)要求和工序說(shuō)明以及數(shù)控加工前應(yīng)保證的加工余量。它是編程人員和工藝人員協(xié)調(diào)工作和編制數(shù)控程序的重要依據(jù)之一。工藝處

數(shù)控編程任務(wù)書(shū)

產(chǎn)品零件圖號(hào)

任務(wù)書(shū)編號(hào)

零件名稱

使用數(shù)控設(shè)備

共

頁(yè)第

頁(yè)

主要工序說(shuō)明及技術(shù)要求：

編程收到日期

月

日

經(jīng)手人

編制

審核

編程

審核

批準(zhǔn)

（2）工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片零件圖號(hào)J30102-4數(shù)控加工工件安裝和零點(diǎn)設(shè)定卡片工序號(hào)零件名稱行星架裝夾次數(shù)

3梯形槽螺栓

2壓板

1鏜銑夾具板GS53-61編制（日期）審核（日期）

批準(zhǔn)（日期）第頁(yè)

共頁(yè)序號(hào)夾具名稱夾具圖號(hào)工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡表示出數(shù)控加工原點(diǎn)、定位方法和夾緊方法，并應(yīng)注明加工原點(diǎn)設(shè)定位置和坐標(biāo)方向，使用的夾具名稱和編號(hào)等。

單位數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱零件圖號(hào)

工序簡(jiǎn)圖車間使用設(shè)備

工藝序號(hào)程序編號(hào)

夾具名稱夾具編號(hào)工步號(hào)工步作業(yè)內(nèi)容加工面刀

具

號(hào)刀補(bǔ)量主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度背

吃

刀

量備注

編制

審核

批準(zhǔn)

年月日共頁(yè)第頁(yè)（3）數(shù)控工序卡片數(shù)控加工工序卡與普通加工工序卡有許多相似之處，所不同的是：工序草圖中應(yīng)注明編程原點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)，要進(jìn)行簡(jiǎn)要編程說(shuō)明（如：所用機(jī)床型號(hào)、程序介質(zhì)、程序編號(hào)、刀具半徑補(bǔ)償?shù)龋┝慵D號(hào)J30102-4數(shù)控刀具卡片使用設(shè)備刀具名稱鏜刀TC-30刀具編號(hào)T13006換刀方式自動(dòng)程序編號(hào)刀具組成序號(hào)編號(hào)刀具名稱規(guī)格數(shù)量備注1T013960拉釘12390、140-5050027刀柄13391、01-5050100接桿Φ50×10014391、68-03650085鏜刀桿15R416.3-12205325鏜刀組件Φ41-Φ5316TCMM110208-52刀片1備注編制審校批準(zhǔn)共頁(yè)第頁(yè)（4）數(shù)控刀具卡片數(shù)控加工時(shí)要求刀具十分嚴(yán)格，一般要在機(jī)外對(duì)刀儀上預(yù)先調(diào)整刀具直徑和長(zhǎng)度。刀具卡片反映刀具編號(hào)、刀具結(jié)構(gòu)、尾柄規(guī)格、組合件名稱代號(hào)、刀片型號(hào)和材料等，它是組裝刀具和調(diào)整刀具的依據(jù)。數(shù)控加工走刀路線圖零件圖號(hào)NC01工序號(hào)工步號(hào)程序號(hào)O100機(jī)床型號(hào)XK5032程序段號(hào)N10～N170加工內(nèi)容銑輪廓周邊共1頁(yè)第頁(yè)編程校對(duì)審批符號(hào)含義抬刀下刀編程原點(diǎn)起刀點(diǎn)走刀方向走刀線相交爬斜坡鉸孔行切（5）數(shù)控加工走刀路線圖卡片

編程中的刀具運(yùn)動(dòng)路線（如：從哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等）。§3.2機(jī)床的選擇考慮因素：（1）機(jī)床的工作精度和工序的加工精度相適應(yīng)；（2）機(jī)床工作區(qū)的尺寸應(yīng)和工件的輪廓尺寸相適應(yīng)；（3）機(jī)床的功率與剛度應(yīng)和工序的性質(zhì)相適應(yīng)，另外，機(jī)床的加工用量范圍應(yīng)和工件要求的合理切削用量相適應(yīng)；（4）機(jī)床的生產(chǎn)率應(yīng)和工件的生產(chǎn)計(jì)劃相適應(yīng)；（5）充分利用現(xiàn)有的設(shè)備，并盡量?jī)?yōu)先選用國(guó)產(chǎn)機(jī)床。在試制新產(chǎn)品和小批量生產(chǎn)時(shí)，較多選用數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床，以減少工藝裝備的設(shè)計(jì)和制造，這可大大縮短生產(chǎn)周期和提高經(jīng)濟(jì)性。數(shù)控加工中心的類型（1）立式加工中心指主軸軸心線為垂直狀態(tài)設(shè)置的加工中心。其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺(tái)為長(zhǎng)方形，無(wú)分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工盤、套、板類零件。一般具有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，并可在工作臺(tái)上安裝一個(gè)水平軸的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)，用以加工螺旋線類零件。對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)的立式加工中心，可以加工葉片、模具等復(fù)雜零件。

(2)臥式加工中心：指主軸軸心線為水平狀態(tài)設(shè)置的加工中心。臥式加工中心一般都具有3個(gè)至5個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，常見(jiàn)的是三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)（沿x、y、z軸方向）加一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)（回轉(zhuǎn)工作臺(tái)），它能夠使工件在一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個(gè)面的加工，最適合加工復(fù)雜的箱體類零件。(3)龍門式加工中心：主軸多為垂直設(shè)置，除自動(dòng)換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的軟件功能也較齊全，能夠一機(jī)多用，尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，如飛機(jī)上的梁、框、壁板等。(4)復(fù)合加工中心：指立、臥兩用加工中心，即具有立式加工中心的功能，又有臥式加工中心的功能，工件一次安裝后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面等五個(gè)面的加工，又稱立臥式加工中心、萬(wàn)能加工中心或五面加工中心。數(shù)控車削中心

帶機(jī)械手鏈?zhǔn)降稁?kù)的臥式加工中心主軸回轉(zhuǎn)的立式五軸加工中心

加工中心的選擇：還要考慮坐標(biāo)軸的數(shù)量能否滿足型面的加工要求。存在的問(wèn)題：機(jī)床負(fù)荷不均衡，造成操作工人的任務(wù)也不平均。原因：是工藝設(shè)計(jì)人員偏好選擇某一臺(tái)或某幾臺(tái)機(jī)床，選擇這些機(jī)床有可能是工件的加工精度容易保證或是數(shù)控程序的編制容易實(shí)現(xiàn)。措施：1.根據(jù)機(jī)床的加工能力和控制系統(tǒng)的類型，構(gòu)建機(jī)床群，零件面向機(jī)床群組設(shè)計(jì)編程。2.根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分組，為每類零件安排加工機(jī)床群。不僅需要單個(gè)零件的工藝優(yōu)化，還需要車間整體加工任務(wù)的優(yōu)化，方便車間的生產(chǎn)調(diào)度，提高機(jī)床的利用率?！?.3工藝裝備的選擇1.夾具的選擇在考慮工件在機(jī)床上裝夾時(shí)，一般應(yīng)考慮采用通用夾具。當(dāng)通用夾具不能滿足要求時(shí)才采用專用夾具。

2．切削工具的選擇類型選擇：例如：鉆孔需要用鉆頭，車外圓用車刀?！鶕?jù)加工表面的形狀。構(gòu)造選擇：例如：選擇鑲硬質(zhì)合金的，還是具有轉(zhuǎn)位刀頭的。尺寸選擇：鉆頭的直徑——根據(jù)加工的尺寸和精度。材料選擇：如車刀是選硬質(zhì)合金，還是選用高速鋼——根據(jù)工件的材料。

國(guó)外刀具廠商德國(guó)WALTER（瓦爾特）刀具美國(guó)KENNEMETAL（肯納）刀具以色列伊斯卡（ISCAR）刀具日本京瓷（KYOCERA）刀具瑞典SECO（山高刀具）瑞典SANDVIK（

山特維克可樂(lè)滿）刀具

山特維克可樂(lè)滿

彎頭刀片：特別適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件車削。彎頭刀片是專為復(fù)雜零件加工中一般刀具難以接近的凹槽和凹窩而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的?？霞{刀具Kennametal的銑削創(chuàng)新包括全新的Dodeka銑刀和刀片。設(shè)計(jì)用于鋼件、不銹鋼、鑄鐵、球墨鑄鐵及鋁合金的高要求平面銑削。由于每個(gè)刀片有12個(gè)切削刃，獨(dú)特的刃口幾何形狀有效地降低了切削力，提高了每個(gè)刃口的性能。刀片的安裝使用非常簡(jiǎn)便,只需裝卸單個(gè)螺釘即可完成刀片的更換和轉(zhuǎn)位。伊斯卡刀具

ISCAR推出新型HM90APCR220605-CS波形刃刀片–螺旋刃帶凹槽，終結(jié)了鋁合金粗銑加工中切屑堆堵的現(xiàn)象。對(duì)ISCAR鋁合金銑削HELIALUHM90系列進(jìn)行了增補(bǔ)。每側(cè)2個(gè)凹槽探入拋光的前刀面，使得即便是大余量切削時(shí)，切屑也能可控地被撕裂至小切屑，實(shí)現(xiàn)可靠排屑。山高刀具山高提供寬范圍的Jabro整體式立銑刀，有適用于3D銑削的帶刀尖圓角（也叫環(huán)形或牛鼻）和球頭的刀具，針對(duì)諸如模具、航空航天、發(fā)電設(shè)備、醫(yī)療及通用機(jī)械加工等領(lǐng)域。3．量具的選擇精度：是指所選量具的精度應(yīng)與要求檢驗(yàn)的精度相適應(yīng)。例如要檢驗(yàn)的精度是幾個(gè)微米，而選游標(biāo)卡尺來(lái)測(cè)量就不合適了，應(yīng)選用千分尺。類型：指量具的類型，是選通用量具，還是選用專用量具。這主要取決于生產(chǎn)類型。在單件和小批生產(chǎn)時(shí)，廣泛采用通用量具。在大批和大量生產(chǎn)時(shí)，主要采用專用的界限量規(guī)，檢驗(yàn)測(cè)具等。目前常采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)于一些復(fù)雜型面進(jìn)行測(cè)量?！?.4切削參數(shù)選擇切削數(shù)據(jù)是衡量切削技術(shù)水平高低的一個(gè)基本量值。采用合理的切削數(shù)據(jù),可以充分發(fā)揮切削機(jī)床和切削刀具的功能,尤其對(duì)于各種自動(dòng)化加工機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和加工中心來(lái)說(shuō),自動(dòng)化加工的輔助時(shí)間已大大縮短,這樣,在有效的加工時(shí)間內(nèi)充分利用合理的或優(yōu)化的切削數(shù)據(jù),對(duì)提高整個(gè)加工系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益更為重要。大量新的難加工材料的出現(xiàn)，使切削參數(shù)的優(yōu)化變得很困難，目前主要依據(jù)刀具廠商提供的數(shù)據(jù)和企業(yè)的實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)積累。切削參數(shù)的影響因素特征與加工方法相結(jié)合:避免出現(xiàn)加工顫振是選擇切削參數(shù)的主要約束條件CUTDATA切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的界面§3.5走刀方式的確定走刀方式亦稱刀具軌跡，是指加工過(guò)程中刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的路線。刀具軌跡的合理與否，不僅直接關(guān)系到切削效率、加工精度、加工干涉，而且還影響機(jī)床的動(dòng)力性能及刀具的使用壽命。在數(shù)控加工中，必須根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)控加工工藝性，采用合理的走刀方式和走刀方向。槽腔加工走刀路線主要分為行切、環(huán)切和行切加環(huán)切、螺旋加工、擺線加工及賽車線加工等幾種方式。行切法：行切法生成的刀具軌跡都是直線，刀具軌跡直觀明了，數(shù)控加工的程序段數(shù)較少，每個(gè)程序段的平均長(zhǎng)度較長(zhǎng)，有利于提高數(shù)控加工的切削效率，用行切方式加工內(nèi)腔能切除內(nèi)腔中的全部余量，不留死角，不傷輪廓，走刀路線計(jì)算簡(jiǎn)單，但行切法將在兩次走刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)間留下殘留高度，而達(dá)不到要求的表面粗糙度。行切走刀模式又分為單向走刀和雙向走刀又稱為己字形走刀)兩種走刀方式。行切環(huán)切法：環(huán)切法的優(yōu)點(diǎn)是銑刀的切削方式不變，加工平穩(wěn)，節(jié)約刀具成本，輪廓表面光整，但編程計(jì)算量大，隨著自動(dòng)編程軟件的廣泛使用，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。行切加環(huán)切法：行切加環(huán)切法先用行切法，最后沿周向環(huán)切一刀，光整輪廓表面，綜合了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，能獲得較好的效果。環(huán)切行切加環(huán)切螺旋切：螺旋線加工方法的優(yōu)點(diǎn)，與環(huán)切法加工相比，無(wú)須進(jìn)行環(huán)的切入和切出，在螺旋線內(nèi)部不會(huì)留有余料，因此對(duì)某些環(huán)形型腔輪廓的加工具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。擺線走刀：擺線刀路可以改善刀具被工件材料包埋時(shí)的工況，但是擺線方式會(huì)延長(zhǎng)加工時(shí)間，對(duì)于難加工材料型腔第一刀切削，為了避免滿刀切削，可以使用擺線走到方式。螺旋切擺線加工賽車線加工：賽車線加工模擬了賽車的原理，最大化地消除了刀具路徑中的尖銳拐角，刀具保持了恒定刀具負(fù)荷和排屑率，同時(shí)盡量避免了全刀寬切削，使得刀具負(fù)荷更加穩(wěn)定，可顯著減少刀具磨損，改善加工質(zhì)量，特別適用于高速加工。賽車線加工拐角結(jié)構(gòu)的加工方法拐角特征是型腔中常見(jiàn)的子特征，針對(duì)拐角加工所存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量理論及實(shí)驗(yàn)研究，常見(jiàn)的拐角加工策略有：靠刀法：避免了直接用細(xì)長(zhǎng)刀具加工時(shí)變形和切削振動(dòng)，需要多次換刀，加工效率較低留余量行切法：消除了加工中的拉刀和振紋現(xiàn)象，但是數(shù)控程序段較大，加工效率低靠刀法留余量行切法細(xì)化圓角法：銑削薄壁件圓角時(shí)，以徑向切削深度的變化作為細(xì)化依據(jù)，進(jìn)行二次細(xì)化。適當(dāng)?shù)亟档土说毒咴谧叩哆^(guò)程中的切削力，可以提高工件的加工精度。單圓環(huán)加工法：?jiǎn)螆A環(huán)法的走刀路線是AGHIJKGBC。SLS的基本思想是分兩個(gè)階段切除拐角材料，以減小銑削力和切削厚度。雙圓環(huán)加工法：DLS的目的是更進(jìn)一步減少銑削時(shí)在拐角處產(chǎn)生的切削力，將全部的材料的切除分成三個(gè)階段。這是靠構(gòu)成兩個(gè)銑削圓環(huán)來(lái)完成的。細(xì)化圓角法單圓環(huán)加工法雙圓環(huán)加工法§3.6加工余量的確定一、加工余量的概念總加工余量：為了獲得零件上某一表面所要求的精度和表面粗糙度，而從毛坯這一表面上切去的全部多余金屬層，稱為該表面的總加工余量。工序加工余量：在完成一個(gè)工序時(shí)，從某一表面上所切去的金屬層。總加工余量和工序加工余量的關(guān)系：Z∑—總加工余量，Zi—工序加工余量，n工序數(shù)目。加工余量又有基本余量，最大余量和最小余量?；居嗔康扔谇昂蠊ば虻幕境叽缰睢1=|L2-L1|式中：Z1：本工序余量；L1：本工序基本尺寸；L2：前工序的基本尺寸。對(duì)最大最小余量的計(jì)算，以加工外表面為例：注：一般工序習(xí)慣上按“入體”原則來(lái)標(biāo)注。Z1max=L2max-L1min=L2-(L1-δ1)=L2-L1+δ1=Z1+δ1Z1min=L2min-L1max=L2-δ2-L1=L2-L1-δ2=Z1-δ2δz1=δ1+δ2

其中：δ1：尺寸L1的公差；δ2：尺寸L2的公差；δz1：基本余量Z1的公差。對(duì)于內(nèi)表面的計(jì)算與此相同。此外，在確定余量時(shí)還要考慮是單面余量還是雙面余量。對(duì)于平面加工來(lái)說(shuō)Z1是單面余量，而對(duì)于圓柱面來(lái)說(shuō)，如給出直徑余量是雙面，給出半徑余量是單面。Z1ZminZmaxδ1L2L1δ2二、

影響加工余量的因素工序加工余量的確定：應(yīng)當(dāng)使被加工表面經(jīng)過(guò)本工序加工后，不再留有上一工序的加工痕跡和缺陷。影響因素：（1）前工序的表面質(zhì)量應(yīng)把前一工序留下的表面粗糙度的最大高度Ry和表面缺陷層的深度T切除掉。Ry和T的數(shù)值和加工方法有關(guān)。（教材表3-1給出了一些統(tǒng)計(jì)數(shù)值。）RyTZL1L2正常組織表面層（2）前工序加工的尺寸公差（δa）考慮是按入體原則標(biāo)注。（3）前工序的位置關(guān)系誤差（ρa(bǔ)）（4）本工序的安裝誤差（εb）ρa(bǔ)和εb有方向，一般取其向量和。則：?jiǎn)芜呌嗔浚篫b≥δa+(Rya+Ta)+雙邊余量：Zb≥δa+2(Rya+Ta）+下標(biāo)a代表前一工序，b代表本工序，Zb本工序的加工余量。δaδbρa(bǔ),εbΦbΦa對(duì)于有些加工方法并不是所有因素都影響加工余量，如用浮動(dòng)絞刀絞孔時(shí)，一般只考慮前工序的尺寸公差和表面質(zhì)量的影響，實(shí)際生產(chǎn)中，一般余量都按規(guī)格資料的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)確定。車削外圓的加工余量：

直徑尺寸（mm）直徑余量（mm）直徑公差粗車細(xì)車長(zhǎng)度（mm）荒車粗車≤200>200~400≤200>200~400≤101.51.70.81.0IT14IT12~13>10~181.51.71.01.3>18~302.02.21.31.3>30~502.02.21.41.5>50~802.32.51.51.8>80~1202.52.81.51.8>120~1802.52.81.82.0>180~2602.83.02.02.3>2603.03.02.02.3§3.7工序尺寸的確定一般簡(jiǎn)單工序的基本尺寸采取“由后往前推”的方法，根據(jù)（最終工序尺寸）零件圖的尺寸，加上或減去工序的加工余量而得。例：對(duì)一個(gè)外表面的加工，L1為最終工序，L2為中間工序，L3為毛坯尺寸。則：L2=L1+Z1，推廣：Ln=Ln-1±Zn-1=L1±∑Zi。外表面是+，內(nèi)表面是-。公差：一般按該加工方法的經(jīng)濟(jì)加工精度來(lái)選定，習(xí)慣上按“入體”原則來(lái)標(biāo)注。L1L2L3Z1Z2δ3δ1δ2例：圖(a)所示為零件的部分要求，圖（b)所示為有關(guān)的加工簡(jiǎn)圖

L1和L2是最終工序，所以均可直接取自零件圖。L1=32-0.1，L2=48-0.1，L3，L4是中間工序，確定加工余量Z1=0.2，Z2=0.3，L3，L4的公差，按經(jīng)濟(jì)加工精度（細(xì)車IT10）查得公差為0.1，0.1，L3=L1+Z1+Z2,L3=32+0.2+0.3=32.5，L4=L2+Z2=48.3，

L3-△l3=32.5-0.1，L4-△l4=48.3-0.1。