《數(shù)控加工工藝核心能力訓(xùn)練》課件第3章

模塊三數(shù)控加工中心加工工藝第一節(jié)概述第二節(jié)經(jīng)典實(shí)例介紹

學(xué)習(xí)目的：了解數(shù)控加工中心加工的特點(diǎn)及主要加工對象，掌握數(shù)控加工中心加工中的工藝處理。通過典型零件的加工，掌握數(shù)控加工中心加工的基本加工工藝，并按照零件圖紙的技術(shù)要求，編制合理的數(shù)控加工工藝。

第一節(jié)概述

加工中心是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它和數(shù)控銑床有很多相似之處，但主要區(qū)別在于增加了刀庫和自動(dòng)換刀裝置，由于有了刀庫和自動(dòng)換刀裝置，它就可以在一次定位裝夾中實(shí)現(xiàn)對零件的銑、鉆、鏜、鉸、攻螺紋等多工序的加工，如板類零件加工、盤類零件加工、箱體類零件加工、異形件的加工以及結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件加工等。

第二節(jié)經(jīng)典實(shí)例介紹

2.1蓋板零件的數(shù)控加工工藝項(xiàng)目任務(wù)書(1)根據(jù)圖紙要求，如圖3-1所示，查閱相關(guān)資料，進(jìn)行工藝分析及參數(shù)的選擇，選取所需要的刀具、夾具、毛坯及機(jī)床，對蓋板進(jìn)行加工。(2)材料為鑄鐵，毛坯為160mm?×?20mm鑄件。(3)用UG建立加工仿真，模擬刀軌，選擇各個(gè)孔所需要的刀具及工序，可以有選擇地修改一些參數(shù)，提高表面質(zhì)量，優(yōu)化加工過程。加工工藝分析如圖3-1所示，該蓋板的材料為鑄鐵，毛坯為鑄件。除蓋板的四個(gè)側(cè)面為不加工面外，其余表面、孔和螺紋都要加工，且加工內(nèi)容集中在A、B面上?？椎淖罡吖畹燃墳镮T7級，最小的表面粗糙度值為0.8μm。從定位和加工兩個(gè)方面考慮，以A面為主要定位基準(zhǔn)，可先用普通機(jī)床加工好A面，選擇B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工。加工設(shè)備選擇(1)工件：160mm?×?20mm毛坯。(2)刀具：Φ100mm面銑刀，Φ58mm、Φ59.95mm、Φ60mm鏜刀，Φ3mm中心鉆，Φ10mm、Φ14mm麻花鉆，Φ11.85mm擴(kuò)孔鉆，Φ16mm階梯銑刀，Φ12mm鉸刀，Φ18mm倒角刀，M16機(jī)用絲錐。(3)機(jī)床：XH714型立式加工中心。加工工藝制定1.選擇加工方法B面的粗糙度為6.3μm，故采用粗銑→精銑方案；Φ60H7孔已鑄出毛坯孔，為達(dá)到IT7級和0.8μm的表面粗糙度值，需經(jīng)粗鏜→半精鏜→精鏜三次鏜削加工；4?×?Φ12H8孔為防止鉆偏和滿足IT8級，需按鉆中心孔→鉆孔→擴(kuò)孔→鉸孔方案進(jìn)行；4?×?Φ16mm孔在加工4?×?Φ12mm孔基礎(chǔ)上锪至尺寸即可；4?×?M16-7H螺紋孔按鉆中心孔→鉆底孔→倒角→攻螺紋方案進(jìn)行。2.確定加工順序按先面后孔、先粗后精的原則，確定加工順序?yàn)榇帚?、精銑B面→粗鏜、半精鏜、精鏜Φ60H7孔→鉆各孔的中心孔→鉆、擴(kuò)、锪、鉸4?×?Φ12H8及Φ16mm孔→4?×?M16-7H螺紋孔鉆底孔、倒角和攻螺紋。3.確定裝夾方案和選擇夾具該蓋板零件形狀簡單，加工面與不加工面之間的位置精度不高，故可選用通用的機(jī)用虎鉗直接裝夾，以蓋板底面A和相鄰兩個(gè)側(cè)面定位，用機(jī)用虎鉗的鉗口從側(cè)面夾緊。4.選擇刀具一般銑平面時(shí)，在粗銑時(shí)為降低切削力，銑刀直徑應(yīng)小些，但又不能太小，以免影響加工效率；在精銑時(shí)為減小接刀痕跡，銑刀直徑應(yīng)大些。由于B平面為160mm?×?160mm的正方形，尺寸不大，因而選擇粗、精銑刀直徑大于B平面的一半即可，如取直徑為Φ100mm的面銑刀；鏜Φ60H7孔時(shí)，因?yàn)槭菃渭∨a(chǎn)，所以用單刃、雙刃鏜刀均可；加工4?×?Φ12H8孔采用的是鉆中心孔→鉆→擴(kuò)→鉸的方案，故相應(yīng)選Φ3mm中心鉆、Φ10mm麻花鉆、Φ11.85mm擴(kuò)孔鉆和Φ12mm鉸刀。刀柄柄部根據(jù)主軸錐孔和拉緊機(jī)構(gòu)選擇，XH714型加工中心主軸錐孔為ISO40，刀柄應(yīng)選擇為BT40式。5.選擇切削用量查表確定切削速度和進(jìn)給量，然后計(jì)算出機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。1)切削量(Fz值)2)切削線速度及進(jìn)給量3)切削速度4)進(jìn)給量(F值)F?=?S?×?Z?×?Fz編程與仿真(1)精銑平面，如圖3-2所示。(2)鏜Φ60H7孔，如圖3-3所示。(3)鉆中心孔，如圖3-4所示。(4)鉆4?×?Φ12H8孔，如圖3-5所示。(5)擴(kuò)4?×?Φ12H8孔，如圖3-6所示。(6)锪孔，如圖3-7所示。(7)鉸4?×?Φ12H8孔，如圖3-8所示。(8)鉆4?×?M16-7H底孔，如圖3-9所示。(9)?4?×?M16-7H底孔倒角，如圖3-10所示。(10)攻4?×?M16-7H螺紋孔，如圖3-11所示。2.2泵蓋零件的數(shù)控加工工藝項(xiàng)目任務(wù)書(1)根據(jù)二維圖紙(如圖3-12所示)，編寫加工泵蓋零件的數(shù)控加工工藝。(2)該零件的材料為鑄鐵HT200，可采用鍛件。(3)加工零件毛坯尺寸：Φ130mm?×?Φ45mm?×?80mm。加工工藝分析Φ32H7孔、2?×?Φ6H8孔與Φ12H7孔的粗、精加工應(yīng)該分開進(jìn)行，以保證表面粗糙度要求。同時(shí)以底面C定位，提高裝夾剛度以滿足Φ32H7內(nèi)孔表面的垂直度要求。加工設(shè)備選擇加工零件毛坯尺寸：Φ130mm?×?Φ45mm?×?80mm。設(shè)備名稱：哈斯VF-2SS。加工工藝制定1.選擇加工方法上、下表面及臺階面要求表面粗糙度值為Ra3.2，可選擇粗銑→精銑方案。孔加工方法的選擇。孔加工前，為便于鉆頭引正，先用中心鉆加工中心孔，然后再鉆孔。內(nèi)孔表面的加工方案在很大程度上取決于內(nèi)孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。2.確定加工順序3.選擇刀具4.確定裝夾方案該零件毛坯的外形比較規(guī)則，因此在加工上下表面、臺階面及孔系時(shí)，選用平口鉗加緊；在銑削外輪廓時(shí)，采用“一面兩孔”定位方式，即以底面C、Φ32H7孔和Φ12H7孔定位。編程與仿真(1)銑臺階面，如圖3-13所示。(2)鉆中心孔，如圖3-14所示。(3)鉆Φ32H7孔至Φ27mm，如圖3-15所示。(5)鉆Φ12H7孔至11.8mm，如圖3-17所示。(6)锪Φ18mm孔，如圖3-18所示。(7)鉸Φ12H7孔，如圖3-19所示。(8)鉆2?×?M16孔至Φ14mm，如圖3-20所示。(9)?2?×?M16孔倒角，如圖3-21所示。(10)攻2?×?M16螺紋孔，如圖3-22所示。(11)鉆6?×?Φ7mm孔至Φ6.8mm，如圖3-23所示。(12)锪6?×?Φ10mm孔，如圖3-24所示。(13)鉸6?×?Φ7mm孔，如圖3-25所示。(14)鉆2?×?Φ6H8孔至Φ5.8mm，如圖3-26所示。(15)鉸2?×?Φ6H8孔，如圖3-27所示。(16)一面兩孔定位銑外輪廓，如圖3-28所示。2.3凸塊零件的數(shù)控加工工藝一、項(xiàng)目任務(wù)書(1)根據(jù)圖紙要求(如圖3-29所示)，查閱相關(guān)資料，進(jìn)行工藝分析及參數(shù)的選擇，選取所需要的刀具、夾具、毛坯及機(jī)床，對零件進(jìn)行加工。(2)材料為45鋼，毛坯為120mm?×?100mm?×?45mm。(3)用UG建立加工仿真，模擬刀軌，可以有選擇地修改一些參數(shù)，提高表面質(zhì)量，優(yōu)化加工過程。加工工藝分析1.分析零件工藝性能該零件以孔加工為主，面加工尺寸精度要求不高2.選定加工內(nèi)容底平面、尺寸120mm和尺寸100mm的四側(cè)面在普通機(jī)床上加工完成后上加工中心加工頂面、凸臺及所有孔，以保證孔的位置精度等。3.選用毛坯或明確材料狀況現(xiàn)有零件半成品，其外形尺寸為120mm?×?100mm?×?45mm，六面全部加工過，且除45mm高度尺寸的一側(cè)面表面粗糙度值未達(dá)到3.2μm外，其余各面均已達(dá)圖樣所注的表面粗糙度要求。4.確定裝夾方案選用臺虎鉗裝夾工件。5.確定加工方案頂面：粗銑→精銑。凸臺：粗銑→精銑。6?×?M10-7H：鉆中心孔→鉆底孔→倒角→攻螺紋。4?×?Φ16H8：鉆中心孔→鉆底孔→擴(kuò)孔→倒角→鉸孔。3?×?Φ20H7：鉆中心孔→鉆底孔→擴(kuò)孔→粗鏜→精鏜。3?×?Φ25H7：粗鏜→精鏜。加工設(shè)備選擇加工零件毛坯：120mm?×?100mm?×?45mm。選擇設(shè)備名稱：XH714加工中心。加工工藝制定1.確定切削用量1)主軸轉(zhuǎn)速的確定主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計(jì)算公式為2)進(jìn)給速度的確定確定進(jìn)給速度的原則：(1)當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在100～200mm/min范圍內(nèi)選取。(2)在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。(3)當(dāng)加工精度、表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選小些，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。(4)刀具空行程時(shí)，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時(shí)，可以選取該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進(jìn)給速度。3)背吃刀量確定背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般為0.2～0.5mm?？傊?，切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類比方法確定。同時(shí)，使主軸轉(zhuǎn)速、切削速度及進(jìn)給速度三者能相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。2.選擇數(shù)控加工刀具銑刀種類及幾何尺寸根據(jù)被加工表面的形狀及尺寸選擇。編程與仿真(1)粗銑凸塊，如圖3-30所示。(2)精銑凸塊，如圖3-31所示。(3)鉆中心孔，如圖3-32所示。(4)鉆Φ8.6mm通孔，如圖3-33所示。(5)擴(kuò)Φ16H8孔至Φ15.8mm，如圖3-34所示。(6)擴(kuò)Φ20H7孔至Φ19mm，如圖3-35所示。(7)?6?×?M10孔口倒角C1，如圖3-36所示。(8)?4?×?Φ16H8孔口倒角C1，如圖3-37所示。(9)鏜沉頭孔，如圖3-38所示。(10)攻6?×?M10-7H螺紋孔，如圖3-39所示。2.4銑床變速箱零件的加工工藝項(xiàng)目任務(wù)書(1)加工零件(見圖3-40)毛坯最大尺寸為312mm?×?335mm?×?230mm，箱體毛坯為鑄件，壁厚不均，毛坯余量較大，除了Φ20mm以下孔毛坯未鑄出外，其余孔均已鑄出毛坯孔。(2)制定出合理的數(shù)控加工工藝文件。加工工藝分析選擇下列表面在加工中心上加工：Ⅰ孔中的Φ52J7、Φ62J7和Φ125H8孔，Ⅱ孔中的2?×?Φ62J7孔和2?×?Φ65H12槽，Ⅲ孔中的Φ80mm、Φ95H7和Φ131mm孔，Ⅲ孔左端面上的4?×?M8-6H螺紋孔和40mm左側(cè)面。加工設(shè)備選擇加工零件毛坯最大尺寸：312mm?×?335mm?×?230mm。設(shè)備名稱：日本馬扎克NEXUS8800II。加工工藝制定1.選擇加工方法為了提高加工效率和保證各加工表面之間的相互位置精度，要盡可能在一次裝夾下進(jìn)行不同工位的鉆、擴(kuò)、鉸、銑、鏜、攻螺紋等工序，完成絕大部分表面的加工。因此，選擇臥式加工中心加工該工件。2.確定加工順序根據(jù)加工部位的形狀、尺寸的大小、精度要求的高低、有無毛坯孔等，為使切削加工過程中切削力和加工變形不致過大，以及前面加工中所產(chǎn)生的變形(誤差)能在后續(xù)加工中切除，各孔的加工都遵循先粗后精的原則。全部配合孔均需從粗加工、半精加工到精加工，即先完成全部孔的粗加工，再完成各個(gè)孔的半精加工和精加工。為了保證加工孔的位置正確，在加工中心上對實(shí)心材料鉆孔前，均先锪孔口平面、鉆中心孔，然后才能對其進(jìn)行粗加工。同軸孔系的加工，全部從左右兩側(cè)進(jìn)行，即“掉頭加工”。3.確定裝夾方案和選擇夾具選用組合夾具，以箱體上的M、S和N面定位。M面向下放置在夾具水平定位面上，S面靠在豎直定位面上，N面靠在X向定位面上。4.選擇刀具5.選擇切削用量(含有計(jì)算)1)背吃刀量ap(端銑)或側(cè)吃刀量ac(圓周銑)工件表面粗糙度要求為3.2～12.5μm時(shí)，分粗銑和半精銑兩步銑削加工，粗銑后留半精銑余量0.5～1.0mm。工件表面粗糙度要求為0.8～3.2μm時(shí)，可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削加工。半精銑時(shí)，端銑背吃刀量或圓周銑側(cè)吃刀量取1.5～2mm；精銑時(shí)圓周銑側(cè)吃刀量取0.3～0.5mm，端銑背吃刀量取0.5～1mm。2)進(jìn)給速度vf進(jìn)給速度指單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對位移，單位為mm/min。它與銑刀轉(zhuǎn)速n、銑刀齒數(shù)Z及每齒進(jìn)給量Fz(單位為mm/min)有關(guān)(見表3-12)。進(jìn)給速度的計(jì)算公式為vf=FzZn3)切削速度銑削的切削速度(見表3-13)與刀具耐用度T、每齒進(jìn)給量Fz、背吃刀量ap、側(cè)吃刀量ae以及銑刀齒數(shù)Z成反比，與銑刀直徑D成正比。其原因是Fz、ap、ae、Z增大時(shí)，使同時(shí)工作齒數(shù)增多，刀刃負(fù)荷和切削熱增加，加快刀具磨損，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大銑刀直徑則可以改善散熱條件，相應(yīng)提高切削速度。編程與仿真(1)粗銑I孔中Φ125H8孔至Φ124.85mm，如圖3-41所示。(2)粗銑Ⅲ孔中Φ131mm臺，Z向留0.1mm余量，如圖3-42所示。(3)粗鏜Φ95H7孔至Φ94.2mm，如圖3-43所示。(4)粗鏜Φ62J7孔至Φ61.2mm，如圖3-44所示。(5)粗鏜Φ52J7孔至Φ51.2mm，如圖3-45所示。(6)用專用銑刀锪平4?×?Φ16H8孔端面。(7)鉆4?×?Φ16H8中心孔，如圖3-46所示。(8)鉆4?×??Φ16H8孔至?Φ15mm，如圖3-47所示。(9)銑底面凸臺，如圖3-48所示。(10)粗鏜?Φ80J7孔至?Φ79.2mm，如圖3-49所示。(11)粗鏜?Φ62J7孔至?Φ61.2mm，如圖3-50所示。(12)粗鏜?Φ52J7孔至?Φ51.2mm，如圖3-51所示。(13)锪平4?×??Φ20H8孔端面。(14)鉆4?×??Φ20H8、4?×?M8中心孔，如圖3-52所示。(15)鉆4?×?Φ20H8孔至?Φ18.5mm，如圖3-53所示。(16)鉆2?×?M8-6H底孔至Φ6.7mm，如圖3-54所示。(17)粗鏜Φ125H8孔，如圖3-55所示。(18)精銑Φ131mm孔，如圖3-56所示。(19)半精鏜Φ95H7孔至Φ94.85mm，如圖3-57所示。(20)精鏜Φ95H7孔。(21)半精鏜Φ62J7孔至Φ61.85mm，如圖3-58所示。(22)精鏜Φ62J7孔。(23)半精鏜Φ52J7孔至Φ51.85mm，如圖3-59所示。(24)精鏜Φ52J7孔。(25)半精鏜4?×?Φ16H8孔至Φ15.85mm，如圖3-60所示。(26)鉸4?×?Φ16H8孔。(27)半精鏜Φ80J7孔至Φ79.85mm，如圖3-61所示。(28)Φ80J7孔端倒角。(29)精鏜Φ80J7孔。(30)半精鏜Ⅱ孔中Φ62J7孔至Φ61.85mm，如圖3-62所示。(31)Φ62J7孔端倒角。(32)圓弧插補(bǔ)方式切二卡簧槽。(33)精鏜Φ62J7孔。(34)半精鏜Φ52J7孔至Φ51.85mm，如圖3-63所示。(35)?Φ52J7孔端倒角。(36)精鏜Φ52J7孔。(37)半精鏜4?×?Φ20H8孔至Φ19.85mm，如圖3-64所示。(38)鉸4?×?Φ20H8孔至Φ20H8孔。(39)攻4?×?M8-6H螺紋，如圖3-65所示。2.5支承套零件的加工工藝項(xiàng)目任務(wù)書根據(jù)圖3-66所示的支承套零件圖，制定相應(yīng)的數(shù)控加工工藝文件。鑄件材料為45鋼。加工設(shè)備選擇因加工表面位于支承套互相垂直的兩個(gè)表面(左側(cè)面及上平面)上，需要兩工位加工才能完成，故選擇臥式加工中心。加工工藝制定1.選擇加工方法所有孔都是在實(shí)體上加工的，為防鉆偏，均先用中心鉆為引正孔，然后再鉆孔。為保證2?×?Φ15H7孔及Φ35H7孔的精度，根據(jù)其尺寸，選擇鉸削作其加工方法。對Φ60mm的孔，根據(jù)孔徑精度、孔深尺寸和孔底平面要求，用銑削方法同時(shí)完成孔壁和孔底平面的加工。各加工表面選擇的加工方案如下：Φ35H7孔：鉆中心孔→鉆孔→粗鏜→半精鏜→鉸孔；Φ15H7孔：鉆中心孔→鉆孔→擴(kuò)孔→鉸孔；Φ60mm孔：粗銑→精銑；Φ11mm孔：鉆中心孔→鉆孔；Φ17mm孔：锪孔(在Φ11mm底孔上)；2?×?M6-6H螺孔：鉆中心孔→鉆底孔→孔端倒角→攻螺紋。2.確定加工順序零件加工順序的安排原則：機(jī)械加工→熱處理→輔助工序。由于該零件不需要熱處理和輔助工序，所以根據(jù)機(jī)械加工的安排原則來確定，機(jī)械加工的安排原則為：(1)先基面后其他。選作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)優(yōu)先安排加工，以便為后續(xù)工序的加工提供精基準(zhǔn)。(2)先粗后精。整個(gè)零件的加工順序，應(yīng)是粗加工工序在前，相繼為半精加工、精加工及光整加工工序。(3)先主后次。先加工零件主要工作表面及裝配基準(zhǔn)面，然后加工次要表面。由于次要表面的加工工作量比較小，而且它們往往與主要表面有位置精度的要求，因此一般都放在最后的精加工或光整加工之前進(jìn)行。當(dāng)次要表面的加工量很大時(shí)，為了減少由于加工主要表面產(chǎn)生廢品造成工時(shí)損失，主要表面的精加工工序也可安排在次要表面加