智能數(shù)控機(jī)床與編程 課件 第5章 數(shù)控加工工藝及其智能化

第5章數(shù)控加工工藝及其智能化

5.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)5.2數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

5.3數(shù)控加工夾具

5.4數(shù)控加工刀具5.5數(shù)控加工工藝智能優(yōu)化5.6本章小結(jié)

思維導(dǎo)圖

（1）掌握數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)知識(shí)；（2）掌握數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容；（3）掌握工件定位的基本原理，熟悉常見夾具功能及定位方式；（4）熟悉常用數(shù)控車床、銑床和加工中心的刀具用途；（5）了解數(shù)控加工工藝智能優(yōu)化項(xiàng)目及方法。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

一、數(shù)控加工

二、數(shù)控加工工藝

三、數(shù)控加工工藝分析

§5.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)一、數(shù)控加工（1）數(shù)控加工的對(duì)象根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，最適合于數(shù)控加工的零件是：1）多品種、多規(guī)格、中小批量的零件生產(chǎn)，特別適合新產(chǎn)品的試制生產(chǎn)；2）加工精度、表面粗糙度要求高的零件；3）形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是具有復(fù)雜曲線、曲面輪廓的零件；4）加工中的錯(cuò)誤會(huì)造成浪費(fèi)嚴(yán)重的貴重零件；5）在加工過程中必須進(jìn)行多種加工的零件；6）在普通機(jī)床上加工生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量難以穩(wěn)定控制的零件。一、數(shù)控加工（2）數(shù)控加工的步驟數(shù)控加工大致有如下幾個(gè)步驟：第一步：閱讀零件圖樣，充分了解圖樣的技術(shù)要求；第二步：根據(jù)零件圖樣的要求進(jìn)行工藝分析；第三步：根據(jù)零件圖和制定的加工工藝方案，再按照所用數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的指令代碼及程序格式進(jìn)行數(shù)控編程；第四步：將零件加工程序，存儲(chǔ)在程序載體上（如U盤），或通過網(wǎng)絡(luò)，輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)；第五步：檢驗(yàn)與修改加工程序。數(shù)控加工步驟一、數(shù)控加工（3）機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、幾何形狀和相互位置）與理想幾何參數(shù)相符合的程度。零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度稱為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。加工精度主要包括三方面內(nèi)容：1）尺寸精度；2）形狀精度；3）位置精度一、數(shù)控加工（4）機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件在機(jī)械加工后表面層的微觀幾何形狀誤差和物理、化學(xué)及力學(xué)性能。機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義有兩方面的內(nèi)容：一方面是表面的幾何特性，另一方面是表面層的物理力學(xué)性能。表面的幾何特性：1）表面粗糙度；2）表面波度；3）表面紋理方向；4）傷痕表面層的物理力學(xué)性能：主要表現(xiàn)在：1）加工表面的冷作硬化；2）表面層金相組織變化；3）表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力或造成原有殘余應(yīng)力的變化。表面幾何特性二、數(shù)控加工工藝數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用的各種方法和技術(shù)手段的總和，是人們對(duì)大量數(shù)控加工實(shí)踐的總結(jié)。（1）提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的工藝措施1）選擇合理的切削用量；2）選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)；3）改善工件材料的性能；4）選擇合適的切削液；5）選擇合理的刀具材料；6）防止或減小工藝系統(tǒng)的振動(dòng)（2）數(shù)控加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程是零件生產(chǎn)中關(guān)鍵性的指導(dǎo)文件，主要包括：1）工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則；2）工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)步驟；3）數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容三、數(shù)控加工工藝分析（1）數(shù)控加工的零件圖分析首先應(yīng)分析零件在產(chǎn)品中的作用、位置、裝配關(guān)系和工作條件，搞清楚各項(xiàng)技術(shù)要求對(duì)零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響，找出主要的和關(guān)鍵的技術(shù)要求，然后對(duì)零件圖樣進(jìn)行詳細(xì)分析。主要包括：1）零件圖的完整性和正確性分析；2）零件的技術(shù)要求分析；3）零件材料分析；4）零件尺寸標(biāo)注分析（2）數(shù)控加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析是指零件在滿足使用性能的前提下，制造的可行性和加工的經(jīng)濟(jì)性。

一、毛坯種類及選擇

二、定位基準(zhǔn)的選擇

三、表面加工方法的選擇

四、加工階段的劃分

五、加工順序的安排

§5.2數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)六、加工余量的確定七、切削用量的確定八、走刀路線的確定九、數(shù)控加工工藝文件的編制一、毛坯種類及選擇（1）毛坯種類機(jī)械零件常用的毛坯種類有鑄件、鍛件、焊接件、沖壓件、型材等。鑄件：鑄件形狀一般不受限制，可以用于形狀較復(fù)雜的零件毛坯鍛件：鍛件適用于機(jī)械強(qiáng)度和韌性較高、形狀比較簡(jiǎn)單的零件毛坯焊接件：焊接件尺寸和形狀一般不受限制，根據(jù)需要將型材或鋼板等焊接而成的毛坯件沖壓件：沖壓件是在沖床上用沖模將板料沖制而成，沖壓件毛坯可以非常接近成品要求，在小型機(jī)械、儀表、輕工電子產(chǎn)品方面應(yīng)用廣泛型材：型材主要用于形狀簡(jiǎn)單的零件一、毛坯種類及選擇（2）毛坯選擇數(shù)控加工中，選擇合適的毛坯，對(duì)零件的加工質(zhì)量、加工成本、生產(chǎn)效率都有很大的影響。所以應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)類型及生產(chǎn)條件，綜合考慮毛坯制造和機(jī)加工的費(fèi)用來確定毛坯，以取得最佳效果。毛坯選擇時(shí)應(yīng)考慮下列因素：1）零件的材料及其力學(xué)性能；2）生產(chǎn)類型；3）零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸；4）生產(chǎn)條件二、定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，為了保證零件的加工精度，首先考慮的是選擇精基準(zhǔn)，精基準(zhǔn)選定之后，再考慮合理選擇粗基準(zhǔn)。（1）精基準(zhǔn)的選擇原則：1）基準(zhǔn)重合原則；2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；3）自為基準(zhǔn)原則；4）互為基準(zhǔn)反復(fù)加工原則；5）便于裝夾原則（2）粗基準(zhǔn)的選擇原則：1)重要表面原則；2）相互位置要求原則；3）加工余量合理分配原則；4）不重復(fù)使用原則；5）便于裝夾原則三、表面加工方法的選擇選擇表面加工方法時(shí),一般先根據(jù)零件的加工要求，查表或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定哪些加工方法能達(dá)到所要求的加工精度，然后再確定精加工前準(zhǔn)備工序的加工方法。由于獲得同一精度和粗糙度的加工方法往往有幾種，在選擇時(shí)除了考慮生產(chǎn)率要求和經(jīng)濟(jì)效益外，還應(yīng)根據(jù)零件的材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、生產(chǎn)類型及企業(yè)的具體生產(chǎn)條件等因素，選擇相應(yīng)的加工方法和加工方案。四、加工階段的劃分零件的加工質(zhì)量要求較高時(shí)，通常將整個(gè)工藝路線劃分為粗加工、半精加工和精加工三個(gè)階段。加工質(zhì)量要求特別高時(shí)，還要增加光整加工和超精密加工階段。五、加工順序的安排復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝路線一般包括切削加工、熱處理和輔助工序。（1）切削加工順序的安排原則：1）先粗后精原則；2）基面先行原則；3）先主后次原則；4）先面后孔原則（2）熱處理工序的安排：1）預(yù)備熱處理；2）最終熱處理（3）輔助工序的安排輔助工序的種類較多，如檢驗(yàn)、去毛刺、倒棱、去磁、清洗、平衡、涂防銹漆和包裝等。六、加工余量的確定加工余量是指加工過程中從加工表面上所切去的金屬層厚度。加工余量根據(jù)零件的不同結(jié)構(gòu)，有單邊余量和雙邊余量之分。對(duì)于平面，加工余量是單邊余量，等于實(shí)際切削的金屬層厚度。對(duì)于外圓和內(nèi)孔等旋轉(zhuǎn)表面，加工余量是指雙邊余量，實(shí)際切削的金屬層厚度是直徑上的加工余量的一半。確定加工余量的方法通常有以下三種：（1）查表修正法；（2）經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法；（3）分析計(jì)算法七、切削用量的確定切削用量包括切削速度（主軸轉(zhuǎn)速）、背吃刀量、進(jìn)給速度。（1）切削用量的選擇原則：1）粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；2）半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。從刀具的耐用度出發(fā)，切削用量的選擇順序是：1）選取盡可能大的背吃刀量ap；2）其次根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性限制條件或已加工表面粗糙度的要求，選取盡可能大的進(jìn)給速度f；3）最后利用切削用量手冊(cè)選取或者用公式計(jì)算確定切削速度vc七、切削用量的確定（2）背吃刀量的選定確定背吃刀量的一般方法：1）在工件表面粗糙度值要求為Ra12.5μm～25μm時(shí)，如果數(shù)控加工的加工余量小于5mm~6mm，粗加工一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動(dòng)力不足時(shí)，可分多次進(jìn)給完成。2）在工件表面粗糙度值要求為Ra3.2μm～12.5μm時(shí)，可分粗加工和半精加工兩步進(jìn)行。粗加工時(shí)的背吃刀量選取同前。粗加工后留0.5mm～1.0mm余量，在半精加工時(shí)切除。3）在工件表面粗糙度值要求為Ra0.8μm～3.2μm時(shí)，可分粗加工、半精加工、精加工三步進(jìn)行。半精加工時(shí)的背吃刀量取1.5mm～2mm。精加工時(shí)背吃刀量取0.3mm～0.5mm。七、切削用量的確定（3）進(jìn)給量的確定進(jìn)給量f(mm/r)或進(jìn)給速度vf(mm/min)主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料選取。（4）切削速度的選擇切削速度的選取原則是：1）粗車時(shí)，因背吃刀量和進(jìn)給量都較大，切削速度受刀具耐用度和機(jī)床功率的限制，應(yīng)選較低的切削速度；2）精加工時(shí)，背吃刀量和進(jìn)給量都較小，切削速度主要受工件加工質(zhì)量和刀具耐用度的限制，一般應(yīng)選較高的切削速度。八、走刀路線的確定確定走刀路線時(shí)，要綜合考慮工件的形狀與剛度、加工余量大小、機(jī)床與刀具的剛度等情況，遵循以下幾點(diǎn)原則：1）走刀路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度；2）應(yīng)使加工路線最短，來縮短數(shù)控加工程序，提高加工效率；3）要盡量簡(jiǎn)化數(shù)值計(jì)算，以減少編程工作量。八、走刀路線的確定（1）數(shù)控車削加工走刀路線數(shù)控車削加工應(yīng)按其形狀特點(diǎn)規(guī)劃走刀路線。主要有：1）外圓車削；2）臺(tái)肩車削；3）仿形車削；4）切槽；5）階梯切削路線；6)雙向切削進(jìn)給路線（2）數(shù)控銑削加工走刀路線包括：1）銑削加工的切入和切出；2）銑削內(nèi)槽；3）曲面加工；4）型腔粗加工；5）型腔精加工；6）銑槽；7）銑削曲面九、數(shù)控加工工藝文件的編制數(shù)控加工工藝文件既是數(shù)控加工和產(chǎn)品驗(yàn)收的依據(jù)，也是操作者遵守和執(zhí)行的規(guī)程，同時(shí)還為企業(yè)零件重復(fù)生產(chǎn)積累了必要的工藝資料。數(shù)控加工工藝文件主要有：1）數(shù)控加工工序卡片；2）數(shù)控加工刀具卡片；3）數(shù)控加工走刀路線圖

一、工件定位的基本原理

二、常見定位方式及定位元件

三、工件的裝夾

四、數(shù)控機(jī)床夾具

五、數(shù)控車床常用夾具

六、數(shù)控銑床與加工中心常用夾具

§5.3數(shù)控加工夾具一、工件定位的基本原理定位就是限制自由度。一個(gè)在空間處于自由狀態(tài)的工件有六個(gè)自由度，如圖所示，即沿X、Y、Z三個(gè)直角坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)自由度x、y、z和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度x、y、z。要完全確定工件的位置（定位），就需要按一定的要求合理布置六個(gè)支承點(diǎn)（即定位元件）來限制工件的六個(gè)自由度，這就是工件定位的“六點(diǎn)定位原理”。工件的六個(gè)自由度二、常見定位方式及定位元件工件的定位是通過工件上的定位基準(zhǔn)面和夾具上定位元件工作表面之間的配合或接觸實(shí)現(xiàn)的，一般應(yīng)根據(jù)工件上定位基準(zhǔn)面的形狀，選擇相應(yīng)的定位元件。主要定位元件包括：（1）工件以平面定位（2）工件以圓孔定位（3）工件以外圓柱面定位（4）工件以一面兩孔定位三、工件的裝夾工件從定位到夾緊的整個(gè)過程稱為工件的裝夾。正確的裝夾是保證加工精度的重要條件。數(shù)控加工時(shí)，工件裝夾的基本原則與普通機(jī)床相同，都要根據(jù)具體情況合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案，但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一；2）盡量減少工件的裝夾次數(shù)和輔助時(shí)間，即盡可能在工件的一次裝夾中加工出全部待加工表面；3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能；4）對(duì)于加工中心，工件在工作臺(tái)上的安放位置要兼顧各個(gè)工位的加工，要考慮刀具長度及其剛度對(duì)加工質(zhì)量的影響。四、數(shù)控機(jī)床夾具機(jī)床夾具是在機(jī)床上用來快速、準(zhǔn)確、方便地安裝工件的工藝裝備。（1）機(jī)床夾具的類型按專門化程度分類有以下幾種：1）通用夾具；2）專用夾具；3）可調(diào)夾具；4）組合夾具（2）機(jī)床夾具的組成雖然機(jī)床夾具種類很多，但它們的基本組成是相同的，都包括：1）定位裝置；2）夾緊裝置；3）夾具體；4）其他元件及裝置五、數(shù)控車床常用夾具數(shù)控車床要盡量選用已有的通用夾具，且應(yīng)盡量做到一次裝夾中把零件所有待加工表面都加工出來。工件定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。由于工件的形狀大小和加工數(shù)量不同，常采用以下裝夾方法：1）四爪卡盤；2）三爪卡盤；3）兩頂尖間裝夾工件；4）一夾一頂裝夾工件；5）軟爪；6）自動(dòng)卡盤；7）彈簧夾頭；8）中心架；9）跟刀架六、數(shù)控銑床與加工中心常用夾具銑床與加工中心夾具主要用于加工工件上的平面、鍵槽、缺口及成形表面等，加工的切削力較大，又是斷續(xù)切削，容易引起振動(dòng)，因此要求夾具具有足夠的強(qiáng)度，夾緊力足夠大，有較好的自鎖性。主要包括的夾具有：1）通用夾具2）專用夾具3）組合夾具4）成組夾具5）氣動(dòng)或液壓夾具6）真空夾具

一、常用刀具材料及性能

二、數(shù)控車削刀具

三、數(shù)控銑床與加工中心刀具

§5.4數(shù)控加工刀具一、常用刀具材料及性能常用刀具材料及性能包括：1）高速鋼，高速鋼的強(qiáng)度高、韌度好、性能比較穩(wěn)定、工藝性好；2）硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金具有高速鋼的韌性，高切削速度下的耐磨性與紅硬性，特別是涂層技術(shù)的應(yīng)用，使涂層硬質(zhì)合金成為機(jī)夾刀片的首選；3）陶瓷，陶瓷刀具材料具有高硬度、高耐磨性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和低摩擦系數(shù)，尤其是其優(yōu)良的紅硬性，適用于高速切削和高速重切削，但其缺點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差；4）立方氮化硼，立方氮化硼的硬度僅次于金剛石，是高硬度、高耐磨性和高熱硬性的刀具材料；5）人造金剛石，人造金剛石是目前最硬的刀具材料，耐磨性很高。二、數(shù)控車削刀具數(shù)控車削刀具可完成工件的外圓、端面、內(nèi)孔、切槽或切斷，以及車內(nèi)外螺紋等加工工藝。按車刀所加工的表面特征來分有外圓車刀、端面車刀、內(nèi)（外）切槽車刀、內(nèi)（外）螺紋車刀、內(nèi)孔車刀、切斷刀等，如圖所示。常用車刀的種類、形狀和用途二、數(shù)控車削刀具（1）機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的選用數(shù)控車床一般選用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀，把經(jīng)過研磨的可轉(zhuǎn)位多邊形刀片用夾緊組件夾在刀桿上。由于可轉(zhuǎn)位刀片的形式多種多樣，并采用多種刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)，因此可轉(zhuǎn)位車刀的品種越來越多，使用范圍很廣。刀片和刀具選擇應(yīng)注意下列問題：1）刀片材料的選擇2）刀片形狀的選擇3）刀片后角的選擇4）刀尖圓弧半徑的選擇5）刀桿頭部形式選擇6）左右手柄的選擇二、數(shù)控車削刀具（2）數(shù)控車削用工具系統(tǒng)數(shù)控車削加工用工具系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)，與機(jī)床刀架的形式、刀具類型及刀具是否需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)等因素有關(guān)。數(shù)控車削工具系統(tǒng)必須根據(jù)刀架刀盤結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇。數(shù)控車削加工用工具系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)體系三、數(shù)控銑床與加工中心刀具數(shù)控銑床和加工中心上使用的刀具主要有銑削用刀具和孔加工用刀具兩大類。（1）銑削刀具的選擇數(shù)控銑削加工要求銑刀鋼性要好、耐用度要高。除此以外，銑刀切削刃幾何角度的參數(shù)選擇及排屑性能等也非常重要。（2）常用銑刀被加工零件的幾何形狀是選擇刀具類型的主要依據(jù)。常用銑刀包括：1）面銑刀；2）立銑刀；3）模具銑刀；4）鍵槽銑刀；5）成形銑刀三、數(shù)控銑床與加工中心刀具（3）加工中心對(duì)刀具的基本要求1）刀具的切削性能強(qiáng)；2）刀具的精度要求高（4）典型孔加工刀具1）鉆孔加工；2）擴(kuò)孔加工；3）鏜孔加工；4）鉸孔加工（5）加工中心工具系統(tǒng)工具系統(tǒng)作為刀具與機(jī)床的接口，除包含刀具本身外，還包括實(shí)現(xiàn)刀具快換所必需的定位、夾緊、抓取及刀具保護(hù)等機(jī)構(gòu)。數(shù)控銑床與加工中心工具系統(tǒng)主要為鏜銑類工具系統(tǒng)。工具系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為整體式與模塊式兩種。

一、數(shù)控機(jī)床智能編程工藝優(yōu)化

二、曲面加工工藝優(yōu)化

§5.5數(shù)控加工工藝智能優(yōu)化一、數(shù)控機(jī)床智能編程工藝優(yōu)化目前數(shù)控自動(dòng)編程還主要是借助CAM軟件完成，輸入CAM的內(nèi)容來自CAD的零件設(shè)計(jì)信息和CAPP（computeraidedprocessplanning，計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）的零件工藝信息，這些信息通過CAM軟件在自動(dòng)或人工干預(yù)下生成數(shù)控程序，包