數(shù)字化精密制造技術(shù) 課件 模塊1 第2章 精密加工基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)字化精密制造技術(shù)

第二章精密加工基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字化精密制造技術(shù)在線課程

精密加工基礎(chǔ)知識(shí)第二章知識(shí)點(diǎn)介紹通過本章了解并學(xué)習(xí)刀具的分類及選用、精密加工工件裝夾的類型及選用準(zhǔn)則、G代碼的使用方式、刀庫(kù)的類型及注意事項(xiàng)、精密加工的注意事項(xiàng)等知識(shí)。

（一）正確使用和鑒別刀具精密加工常用刀具主要為立銑刀。精密加工中立銑刀的特點(diǎn)是相對(duì)直徑較小，一般只有φ8mm以下；使用轉(zhuǎn)速較高，一般為16000-24000rpm。正確使用和鑒別刀具主要從刀具的材料、刀具的幾何參數(shù)、刀具的加工方式、雕刻加工對(duì)刀具的特殊要求等方面進(jìn)行考慮。

（一）正確使用和鑒別刀具1.刀具的基本知識(shí)（1）刀具材料刀具的材料是生產(chǎn)和使用刀具至關(guān)重要的一環(huán)。一般刀具材料應(yīng)具備高的硬度和耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性、高耐熱性、良好的工藝性能、經(jīng)濟(jì)性和切削性能的可預(yù)測(cè)性。生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼（如W18Cr4V）和硬質(zhì)合金（如YG6X）居多。碳素工具鋼（如T10A、T12A），工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因其硬耐熱性差，僅用于手工刀具。硬質(zhì)合金涂層刀具，陶瓷，金剛石，立方氮化硼材料以其優(yōu)異的性能已在許多領(lǐng)域開始得到應(yīng)用。

（一）正確使用和鑒別刀具1.刀具的基本知識(shí)（1）刀具材料1）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金切削性能優(yōu)良，目前精密加工中立銑刀選用的硬質(zhì)合金材料主要成份為6%的Co和94%的WC磨制而成。這種材料的特點(diǎn)硬度高，抗彎強(qiáng)度高。在加工鋼料、有色金屬材料時(shí)，因其脆性大，使用過程中要先以低于正常走刀速度磨合一段時(shí)間（大約5分鐘）后，再進(jìn)入正常速度，以利于刀具的穩(wěn)定性，從而提高刀具的耐用度。

（一）正確使用和鑒別刀具1.刀具的基本知識(shí)（1）刀具材料2）金剛石金剛石具有極高的硬度和耐磨性，有資料顯示其耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍。金剛石刀具不適合加工黑色金屬，一般在有機(jī)材料切割和高光型面板加工中使用。

（一）正確使用和鑒別刀具1.刀具的基本知識(shí)（2）刀具的幾何形狀目前精密加工常用刀具主要有單刃螺紋刀具、雙刃螺紋刀具、雙刃螺紋球頭刀具、雙刃直槽（平底、錐度）刀具、雙刃直槽組合刀具、雙刃直槽錐度球頭刀具、棱形刀具和開半刀具等八個(gè)大系列，幾百種規(guī)格，便于精密加工中選用。

（一）正確使用和鑒別刀具2.刀具的加工方式加工方式因刀具旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與刀具進(jìn)給方向的不同而分為順銑和逆銑。

（一）正確使用和鑒別刀具3.刀具的切削形式刀具的切削形式有切割形式、開槽形式和單邊切削三種。切割形式為一刀切透，雙邊切削，主要用于非金屬材料切割；開槽形式為雙邊切削，吃刀深度較淺，主要用于金屬、非金屬材料粗加工，刀具強(qiáng)度相對(duì)較弱的情況下；單邊切削有兩種情況，吃刀深度較淺則切削寬度較大，吃刀深度較深則切削寬度較小，單邊切削主要用于金屬、非金屬材料粗加工，刀具強(qiáng)度相對(duì)較弱的情況下。

（一）正確使用和鑒別刀具4.刀具的裝夾刀具安裝的長(zhǎng)短直接影響到工件的加工質(zhì)量，建議刀具的懸出長(zhǎng)度盡可能短。研究表明，刀具懸伸長(zhǎng)度的三次方與變形量成正比，刀具懸伸長(zhǎng)度越長(zhǎng)變形量越大；刀具直徑的四次方與變形量成反比，刀具直徑越細(xì)變形量越大。在刀具的裝卡中，如果設(shè)備采用的是彈簧卡頭，由于彈簧卡頭的槽內(nèi)很容易積攢碎屑，加工有機(jī)材料時(shí)，應(yīng)定期用有機(jī)溶劑（如氯仿）浸泡，加工金屬用毛刷刷凈。刀具裝卡不正會(huì)出現(xiàn)刀具磨損不均勻，刀具易折斷。

（一）正確使用和鑒別刀具5.切削要素與切削層數(shù)（1）切削速度V刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)的線速度：V=πDN/1000（m/min）（2）走刀速度f走刀速度f： 單位時(shí)間內(nèi)刀具的相對(duì)位移（m/min）單刃吃刀量fa： 刀具每轉(zhuǎn)過1刀刃與工件的相對(duì)位移（mm）單刃吃刀量： fa=f/（60Z）Z為刀具刃數(shù)（3）切削深度切削深度（吃刀深度）：刀具軸線方向的切削層尺寸ap（4）切削寬度切削寬度（路徑間距）：刀具徑向方向的切削層尺寸ac

（一）正確使用和鑒別刀具6.刀具的鑒別任何刀具都有其適用范圍，刀具的正確使用首先要會(huì)鑒別刀具，主要為以下幾個(gè)方面。1）刀具尺寸鑒別（刀具是否符合材料加工要求，尺寸、角度準(zhǔn)確無誤）；2）刀具外觀鑒別（刀具是否表面光亮，刃口鋒利，如有涂層涂層應(yīng)均勻）；3）刀具制造工藝性能鑒別（在40倍放大鏡下觀察刀刃是否無崩口、微觀裂紋）；4）刀具切削性能鑒別（刀具是否對(duì)選定材料粗加工效率高、精加工已加工表面質(zhì)量高，切削輕快聲音小等）；5）刀具性價(jià)比鑒別（所選刀具是否壽命長(zhǎng)，單支去除量大等）；6）刀具穩(wěn)定性鑒別（刀具之間是否一致性好）。

（二）常用工裝夾具選用1.工件裝夾的基本要求為適應(yīng)工件銑、鉆、鏜等加工工藝的特點(diǎn)，精密加工對(duì)夾具和工件裝夾通常有如下的基本要求：（1）夾具應(yīng)有足夠的夾緊力、剛度和強(qiáng)度（2）盡量減小夾緊變形（3）夾具在機(jī)床工作臺(tái)上定位連接

（二）常用工裝夾具選用2.常用通用夾具（1）平口虎鉗裝夾工件工件在平口虎鉗上裝夾時(shí)，應(yīng)注意下列事項(xiàng)：1）裝夾工件時(shí)，必須將工件的基準(zhǔn)面緊貼固定鉗口或?qū)к壝?；在鉗口平行于刀桿的情況下，承受銑削力的鉗口必須是固定鉗口。2）工件的銑削加工余量層必須高出鉗口，以免銑刀觸及鉗口，以致銑壞鉗口和損壞銑刀。如果工件低于鉗口平面時(shí)，可以在工件下面墊放適當(dāng)厚度的平行墊鐵，墊鐵應(yīng)具有合適的尺寸和較小的表面粗糙度值。3）工件在平口虎鉗上裝夾的位置應(yīng)適當(dāng)，使工件裝夾后穩(wěn)固可靠，不致在銑削力的作用下產(chǎn)生移動(dòng)。

（二）常用工裝夾具選用2.常用通用夾具（2）壓板裝夾工件工件對(duì)中型、大型和形狀比較復(fù)雜的工件，一般采用壓板將工件緊固在數(shù)控銑床工作臺(tái)臺(tái)面上。壓板裝夾工件時(shí)所用工具比較簡(jiǎn)單，主要有壓板、墊鐵、T形螺栓(或T形螺母和螺栓)及螺母。

（二）常用工裝夾具選用2.常用通用夾具（3）銑床上3爪卡盤的應(yīng)用在需要夾緊圓柱表面時(shí)，使用安裝在機(jī)床工作臺(tái)上的3爪卡盤可能最為適合。如果已經(jīng)完成圓柱表面的加工，應(yīng)在卡盤上安裝一套軟卡爪。使用端銑刀加工卡爪，直至達(dá)到希望夾緊的表面的準(zhǔn)確直徑。應(yīng)記住在加工卡爪時(shí)，必須夾緊卡盤。最好使用一塊棒料或六角螺母，保證卡爪緊固，并給刀具留有空間，以便切削至所需深度。

（二）常用工裝夾具選用3.專用夾具、組合夾具、可調(diào)夾具的選用對(duì)于工廠的主導(dǎo)產(chǎn)品，批量較大、精度要求較高的關(guān)鍵性零件，在加工中心上加工時(shí)，選用專用夾具是非常必要的。專用夾具是根據(jù)某一零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)的夾具，具有結(jié)構(gòu)合理、剛性強(qiáng)、裝夾穩(wěn)定可靠、操作方便、能提高安裝精度及裝夾速度等優(yōu)點(diǎn)。選用這種夾具，一批工件加工尺寸比較穩(wěn)定，互換性也較好，可提高生產(chǎn)效率。但是，專用夾具只能適應(yīng)一種零件的加工，具有專用性，是和產(chǎn)品品種不斷變型更新的形勢(shì)不相適應(yīng)，特別是專用夾具的設(shè)計(jì)和制造周期長(zhǎng)，花費(fèi)的勞動(dòng)量較大，加工簡(jiǎn)單零件時(shí)不太經(jīng)濟(jì)。

（三）常用G代碼編程基礎(chǔ)數(shù)控機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)G代碼準(zhǔn)備功能字是使數(shù)控機(jī)床建立起某種加工方式的指令，如插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)等。G功能字由地址符G和其后的兩位數(shù)字組成，從G00-G99共100種功能。單個(gè)G代碼代表的指令是固定的，可通過查表得知。

（三）常用G代碼編程基礎(chǔ)1.精雕NC代碼主要使用的五個(gè)代碼：M03主軸正轉(zhuǎn)M05主軸停轉(zhuǎn)F500進(jìn)給/分鐘S20000主軸轉(zhuǎn)速20000RPMM30返回程序頭

（三）常用G代碼編程基礎(chǔ)2.基礎(chǔ)程序示例絕對(duì)指令、增量指令的概念：絕對(duì)指令：跟現(xiàn)在的位置沒關(guān)系，移動(dòng)后的位置以坐標(biāo)值指令。增量指令：以現(xiàn)在位置至到達(dá)的位置，以移動(dòng)方向和移動(dòng)量來指令。

（四）常見刀庫(kù)使用注意事項(xiàng)1.刀庫(kù)的分類刀庫(kù)常見的有盤式和鏈?zhǔn)絻深?，其中鏈?zhǔn)降稁?kù)存放刀具的容量較大。換刀機(jī)構(gòu)在機(jī)床主軸與刀庫(kù)之間交換刀具，常見的為機(jī)械手；也有不帶機(jī)械手而由主軸直接與刀庫(kù)交換刀具的，稱直取式換刀裝置。

（四）常見刀庫(kù)使用注意事項(xiàng)2.刀庫(kù)的主要技術(shù)指標(biāo)（1）換刀時(shí)間的定義1）刀對(duì)刀（tool-to-tool）指把刀具從主軸拔下，并將新的刀具完全插入主軸所需的時(shí)間。2）切削對(duì)切削（cut-to-cut）指主軸從參考位置移向換刀位置，換完刀后再回到參考位置所需的時(shí)間。參考位置：對(duì)立式加工中心，指各個(gè)坐標(biāo)的行程中點(diǎn)。3）切屑對(duì)切屑（chip-to-chip）指主軸從參考位置移向換刀位置，換完刀后再回到參考位置，在此過程中主軸啟動(dòng)并達(dá)到最高轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間。（2）刀具最大直徑刀具最大直徑（不相鄰）：相鄰刀位空缺時(shí)，可以使用的最大刀具直徑；刀具最大直徑（相鄰）：相鄰刀位裝刀時(shí)，可以使用的最大刀具直徑。

（四）常見刀庫(kù)使用注意事項(xiàng)3.常用刀庫(kù)（1）直排式刀庫(kù)1）結(jié)構(gòu)原理：如圖所示，刀庫(kù)中刀位直線排布，氣缸驅(qū)動(dòng)刀庫(kù)推出拉回，同時(shí)帶動(dòng)刀庫(kù)門的開關(guān)，是一種經(jīng)濟(jì)型的刀庫(kù)；2）換刀方式：直取式；3）刀容量：6-9把；4）換刀時(shí)間（刀對(duì)刀）：約10s；5）優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本比較低；6）劣勢(shì)：刀庫(kù)容量小，需要占用進(jìn)料高度，換刀時(shí)間長(zhǎng)，防護(hù)比較困難。

（四）常見刀庫(kù)使用注意事項(xiàng)3.常用刀庫(kù)（2）傘式刀庫(kù)1）結(jié)構(gòu)原理：刀庫(kù)的推出、拉回由氣缸完成，刀位的變換依靠減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；2）換刀方式：直取或機(jī)械手；3）刀容量：12-16把；4）換刀時(shí)間（刀對(duì)刀）：機(jī)械手0.8-1.2s，直取約10s；5）優(yōu)勢(shì)：無機(jī)械手時(shí)成本比較低，如果配機(jī)械手可以提高換刀速度。

（四）常見刀庫(kù)使用注意事項(xiàng)3.常用刀庫(kù)（3）伺服傘式刀庫(kù)1）結(jié)構(gòu)原理：刀盤呈半圓形，刀位的變換與刀庫(kù)門的開關(guān)均由伺服電機(jī)通過減速器實(shí)現(xiàn)；2）換刀方式：直取式；3）刀容量：12-20把；4）換刀時(shí)間（刀對(duì)刀）：約7s；5）優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間??；6）劣勢(shì)：刀容量較小，刀具重量受限制，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。

（四）常見刀庫(kù)使用注意事項(xiàng)4.刀庫(kù)使用注意事項(xiàng)（1）盤刀的使用1）對(duì)使用機(jī)械手換刀的刀庫(kù)，最好使用固定位換刀的模式；2）機(jī)械手要使用低速模式。（2）測(cè)頭的使用對(duì)比較細(xì)長(zhǎng)的測(cè)桿，機(jī)械手要使用低速模式。（3）卡刀的處理機(jī)械手發(fā)生卡刀時(shí)，要嚴(yán)格按照相應(yīng)流程處理，切忌野蠻裝卸刀。

（五）精密加工注意事項(xiàng)1.加工準(zhǔn)備1）穿戴好勞保用品，不要帶手套操作機(jī)床，若頭發(fā)過長(zhǎng)，需要將頭發(fā)固定在額頭以后位置；2）開機(jī)后，檢查氣壓、各開關(guān)、按鈕是否正常，機(jī)床有無異?，F(xiàn)象，電主軸冷卻回路中的冷卻液是否流通，檢查溫度設(shè)定是否正確；3）確保切削液充足，以免加工過程中流量變??；4）每天首次使用機(jī)床或中間間隔半天以上時(shí)，電主軸要預(yù)熱后使用，其中帶拉刀主軸要安裝刀柄預(yù)熱，非拉刀主軸預(yù)熱時(shí)要將壓帽和夾頭擰下或者裝刀預(yù)熱，預(yù)熱過程中，注意主軸聲音及溫升是否正常；5）仔細(xì)觀察并閱讀機(jī)床各部位警示牌上所警示的內(nèi)容；6）操作前必須熟知每個(gè)按鈕的作用以及操作注意事項(xiàng)，不可嘗試性操作；7）在進(jìn)行機(jī)床操作前，確認(rèn)臺(tái)面上、護(hù)罩上、導(dǎo)軌上不得有異物；8）機(jī)床使用過程中，只允許一人完成操作，其他人不得接觸機(jī)床；9）手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給操作時(shí)，必須先檢查各種開關(guān)所選擇的位置是否正確，弄清正負(fù)方向，認(rèn)準(zhǔn)按鍵，然后再進(jìn)行操作；10）禁止用鐵錘敲擊機(jī)床部件、附件，吊裝工件上工作臺(tái)必須慢運(yùn)輕落，嚴(yán)防撞擊。

（五）精密加工注意事項(xiàng)2.加工實(shí)施1）保證工件安裝正確安裝夾具需要確保安裝基準(zhǔn)與安裝要求一致并已經(jīng)緊固到位；2）確認(rèn)刀具伸出量和圓跳動(dòng)，確認(rèn)刀柄清潔并定位準(zhǔn)確；3）刀具號(hào)和刀庫(kù)內(nèi)對(duì)應(yīng)刀號(hào)對(duì)應(yīng)；4）檢查ATC系統(tǒng)換刀過程中，冷卻液管是否和刀庫(kù)干涉；5）確認(rèn)工件坐標(biāo)系和刀具偏置；