模具數(shù)控加工技術(shù)教案第16次課-17次課

第 十 六 次 課 授 課 提 綱 第四章  數(shù)控銑削加工技術(shù) 第一節(jié)  數(shù)控銑床簡介 一、分類與結(jié)構(gòu)特點 （一）按機(jī)床主軸的布置形式及機(jī)床的布局特點分類 數(shù)控銑床可分為數(shù)控立式銑床、數(shù)控臥式銑床和數(shù)控龍門銑床等。 1．?dāng)?shù)控立式銑床 如圖4-1所示。 2．?dāng)?shù)控臥式銑床 如圖4-2所示。 3．?dāng)?shù)控龍門銑床 對于大尺寸的數(shù)控銑床，一般采用對稱的雙立柱結(jié)構(gòu)，保證機(jī)床的整體剛性和強(qiáng)度，即數(shù)控龍門銑床，有工作臺移動和龍門架移動兩種形式。它適用于加工飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件零件、大型箱體零件和大型模具等，如圖4-3所示。 （二）按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類 數(shù)控銑床可為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床、全功能數(shù)控銑床和高速銑削數(shù)控銑床等。 1．經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 2．全功能數(shù)控銑床 采用半閉環(huán)控制或閉環(huán)控制，數(shù)控系統(tǒng)功能豐富，一般可以實現(xiàn)4坐標(biāo)以上聯(lián)動，加工適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用最廣泛。 3．高速銑削數(shù)控銑床 高速銑削是數(shù)控加工的一個發(fā)展方向，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，已逐漸得到廣泛的應(yīng)用。 二、數(shù)控銑床的主要功能 不同檔次的數(shù)控銑床的功能有較大的差別，但都應(yīng)具備以下主要功能。 1．銑削加工 數(shù)控銑床一般應(yīng)具有三坐標(biāo)以上聯(lián)動功能，能夠進(jìn)行直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，自動控制旋轉(zhuǎn)的銑刀相對于工件運動進(jìn)行銑削加工，如圖4-4所示。坐標(biāo)聯(lián)動軸數(shù)越多，對工件的裝夾要求就越低，加工工藝范圍越大。 2．孔及螺紋加工 可以采用定尺寸孔加工刀具進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、锪、鏜削等加工，也可以采用銑刀銑削不同尺寸的孔，如圖4-5所示。 3．刀具補(bǔ)償功能 一般包括刀具半徑補(bǔ)償功能和刀具長度補(bǔ)償功能。 4．公制、英制單位轉(zhuǎn)換 可以根據(jù)圖紙的標(biāo)注選擇公制單位（mm）和英制單位（inch）進(jìn)行程序編制，以適應(yīng)不同企業(yè)的具體情況。 5．絕對坐標(biāo)和增量坐標(biāo)編程 程序中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以采用絕對坐標(biāo)或增量坐標(biāo)，使數(shù)據(jù)計算或程序的編寫更方便。 6．進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整 數(shù)控銑床控制面板上一般設(shè)有進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速的倍率開關(guān)，用來在程序執(zhí)行中根據(jù)加工狀態(tài)和程序設(shè)定值隨時調(diào)整實際進(jìn)給速度和主軸實際轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳的切削效果。一般進(jìn)給速度調(diào)整范圍在0%~150%之間，主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍在50%~120%之間。 7．固定循環(huán) 固定循環(huán)是固化為G指令的子程序，并通過各種參數(shù)適應(yīng)不同的加工要求，主要用于實現(xiàn)一些具有典型性的需要多次重復(fù)的加工動作，如各種孔、內(nèi)外螺紋、溝槽等的加工。使用固定循環(huán)可以有效地簡化程序的編制。但不同的數(shù)控系統(tǒng)對固定循環(huán)的定義有較大的差異，在使用的時候應(yīng)注意區(qū)別。 8．工件坐標(biāo)系設(shè)定 9．?dāng)?shù)據(jù)輸入輸出及DNC功能 10．子程序 11．?dāng)?shù)據(jù)采集功能 12．自診斷功能 三、主要加工對象 數(shù)控銑床主要用于加工各種材料如黑色金屬、有色金屬及非金屬的平面輪廓零件、空間曲面零件和孔加工。 1．平面輪廓零件 2．空間曲面零件 3．孔 4．螺紋 內(nèi)、外螺紋，圓柱螺紋，圓錐螺紋等都可以在數(shù)控銑床上加工。 第二節(jié)  數(shù)控銑削的加工工藝與工裝 一、選擇并確定數(shù)控銑削的加工部位及內(nèi)容 一般情況下，某個零件并不是所有的表面都需要采用數(shù)控加工，應(yīng)根據(jù)零件的加工要求和企業(yè)的生產(chǎn)條件進(jìn)行具體的分析，確定具體的加工部位和內(nèi)容及要求。具體而言，以下方面適宜采用數(shù)控銑削加工： （1）由直線、圓弧、非圓曲線及列表曲線構(gòu)成的內(nèi)外輪廓； （2）空間曲線或曲面； （3）形狀雖然簡單，但尺寸繁多，檢測困難的部位； （4）用普通機(jī)床加工時難以觀察、控制及檢測的內(nèi)腔、箱體內(nèi)部等； （5）有嚴(yán)格位置尺寸要求的孔或平面； （6）能夠在一次裝夾中順帶加工出來的簡單表面或形狀； （7）采用數(shù)控銑削加工能有效提高生產(chǎn)率，減輕勞動強(qiáng)度的一般加工內(nèi)容。 二、加工信息的讀取及工藝性分析 目前數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)得到日益廣泛的應(yīng)用，CAD/CAM技術(shù)也在快速的發(fā)展，同時由于數(shù)控加工對象的復(fù)雜性，特別是空間曲面，加工信息一般采用計算機(jī)建立的數(shù)學(xué)模型來描述和傳遞，并作為數(shù)控加工的唯一依據(jù)，而傳統(tǒng)的二維工程圖則作為加工時的參考。對于簡單的平面零件，只要能夠完全的表達(dá)清楚，仍然可以采用二維工程圖作為加工依據(jù)。因此，加工信息的讀取對象有兩類，即二維工程圖和數(shù)學(xué)模型。 1．二維工程圖 （1）首先檢查圖紙各視圖表達(dá)的正確性，尺寸、形位公差、表面粗糙度等標(biāo)注和技術(shù)要求及零件材料填寫的完整性。按照其他國家標(biāo)準(zhǔn)繪制的二維工程圖，在必要時應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其符合我國的國家標(biāo)準(zhǔn)。 （2）對零件進(jìn)行工藝性分析，有以下方面： ①根據(jù)二維工程圖和數(shù)學(xué)模型分析零件的形狀、結(jié)構(gòu)及尺寸的特點，確定零件上是否有妨礙刀具運動的部位，是否有會產(chǎn)生加工干涉或加工不到的區(qū)域，零件的最大形狀尺寸是否超過機(jī)床的最大行程，零件的剛性隨著加工的進(jìn)行是否有太大的變化等。 ②檢查零件的加工要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在現(xiàn)有的加工條件下是否可以得到保證，是否還有更經(jīng)濟(jì)的加工方法或方案。 ③在零件上是否存在對刀具形狀及尺寸有限制的部位和尺寸要求，如過渡圓角、倒角、槽寬等，這些尺寸是否過于凌亂，是否可以統(tǒng)一。盡量使用最少的刀具進(jìn)行加工，減少刀具規(guī)格、換刀及對刀次數(shù)和時間，以縮短總的加工時間。 ④對于零件加工中使用的工藝基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)著重考慮，它不僅決定了各個加工工序的前后順序，還將對各個工序加工后各個加工表面之間的位置精度產(chǎn)生直接的影響。 ⑤分析零件材料的種類、牌號及熱處理要求，了解零件材料的切削加工性能，才能合理選擇刀具材料和切削參數(shù)。同時要考慮熱處理對零件的影響，如熱處理變形，并在工藝路線中安排相應(yīng)的工序消除這種影響。而零件的最終熱處理狀態(tài)也將影響工序的前后順序。 ⑥當(dāng)零件上的一部分內(nèi)容已經(jīng)加工完成，這時應(yīng)充分了解零件的已加工狀態(tài)，數(shù)控銑削加工的內(nèi)容與已加工內(nèi)容之間的關(guān)系，尤其是位置尺寸關(guān)系，這些內(nèi)容之間在加工時如何協(xié)調(diào)，采用什么方式或基準(zhǔn)保證加工要求，如對其他企業(yè)的外協(xié)零件的加工。 2．?dāng)?shù)學(xué)模型 ①圖形標(biāo)準(zhǔn)  在數(shù)學(xué)模型傳遞時，盡量使用相同的CAD/CAM軟件，以保證數(shù)據(jù)的正確。 ②數(shù)學(xué)模型的檢查、修改及確認(rèn)。 三、毛坯的選擇 1．確定毛坯形狀及尺寸 2．確定毛坯的定位裝夾方法 四、加工表面的加工方案 數(shù)控銑削的四類加工對象的主要加工表面一般可以采用如表4-1所示的加工方案。   第 十 七 次 課 授 課 提 綱 五、制訂工藝路線 1．在中低檔數(shù)控銑床上加工 2．在高檔數(shù)控銑床上加工 六、數(shù)控銑削工序設(shè)計 1．?dāng)?shù)控銑削工序內(nèi)容 在數(shù)控銑削加工工藝分析中所確定的加工內(nèi)容基礎(chǔ)上，根據(jù)加工部位的性質(zhì)、刀具使用情況以及現(xiàn)有的加工條件，將這些加工內(nèi)容安排在一個或幾個數(shù)控銑削工序中。 （1）當(dāng)加工中使用的刀具較多時，為了減少換刀次數(shù)，縮短輔助時間，可以將一把刀具所加工的內(nèi)容安排在一個工序（或工步）中。 （2）按照工件加工表面的性質(zhì)和要求，將粗加工、精加工分為依次進(jìn)行的不同工序（或工步）。先進(jìn)行所有表面的粗加工，然后再進(jìn)行所有表面的精加工。 （3）按照從簡單到復(fù)雜的原則，先加工平面、溝槽、孔，再加工外形、內(nèi)腔，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。 2．工序加工順序（工步） 3．工序單（卡片） 數(shù)控加工工序單（卡片）是數(shù)控加工工藝規(guī)程的主要組成部分，其內(nèi)容主要包括以下三個部分： （1）零件有關(guān)信息 如零件圖號、零件名稱、零件材料牌號、裝配圖號等。 （2）工序加工內(nèi)容及工步順序 （3）加工程序及使用說明 七、對刀點和換刀點的選擇 對刀點和換刀點的選擇主要根據(jù)加工操作的實際情況，考慮如何在保證加工精度的同時，使操作簡便。 1．對刀點的選擇 對刀點可以設(shè)置在工件上，也可以設(shè)置在夾具上，但都必須在編程坐標(biāo)系中有確定的位置，如圖4-9中的X1和Y1。對刀點既可以與編程原點重合，也可以不重合，這主要取決于加工精度和對刀的方便性。當(dāng)對刀點與編程原點重合時，X1=0，Y1=0。 2．換刀點的選擇 由于數(shù)控銑床采用手動換刀，換刀時操作人員的主動性較高，換刀點只要設(shè)置在零件外面，不發(fā)生換刀阻礙即可。 八、數(shù)控刀具系統(tǒng) 1．刀柄及其標(biāo)準(zhǔn) 2．銑刀種類 銑刀在加工中的重要性顯而易見，數(shù)控加工中對刀具的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)比普通銑削加工高，不僅要有更高的剛性、更高的耐用度、更好的抗震性、更好的斷屑排屑性能、更合理的幾何角度參數(shù)，還應(yīng)有更高的制造精度。在數(shù)控加工中主要是要解決如何正確選擇和使用刀具，包括選擇刀具的種類、結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、幾何角度以及確定合理而高效的切削參數(shù)等。 如圖4-13所示，刀具種類和尺寸一般根據(jù)加工表面的形狀特點和尺寸選擇，具體說明詳如表4-2所示。 3．常用銑刀的刀具運動方式 在數(shù)控銑削加工中，常用立銑刀和球頭銑刀兩類。具體說明詳見表4-3。 4．切削參數(shù) 切削參數(shù)的選擇是工藝設(shè)計和程序編制時一個重要的內(nèi)容，其合理性會直接影響工藝方案的實施和加工效果。數(shù)控銑削時切削參數(shù)主要根據(jù)工件材料、加工要求、刀具材料和刀具尺寸確定，同時還應(yīng)考慮機(jī)床的性能，如機(jī)床剛性、主軸功率等。一般按照以下步驟進(jìn)行： （1）根據(jù)工件材料和刀具材料查表確定切削速度，再由刀具直徑可得到主軸轉(zhuǎn)速； （2）根據(jù)機(jī)床功率確定切削深度； （3）根據(jù)切削深度查表確定每齒進(jìn)給量； （4）根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速及每齒進(jìn)給量可得切削進(jìn)給速度。 5．刀具管理 九、夾具 在數(shù)控加工中使用的夾具有通用夾具、專用夾具、組合夾具以及較先進(jìn)的工件統(tǒng)一基準(zhǔn)定位裝夾系統(tǒng)等，主要根據(jù)零件的特點和經(jīng)濟(jì)性選擇使用。 1．通用夾具 通用夾具由于具有較大的靈活性和經(jīng)濟(jì)性，在數(shù)控銑削中應(yīng)用廣泛。 2．夾具與程序編制的關(guān)系 3．工件統(tǒng)一基準(zhǔn)定位裝夾系統(tǒng) 十、回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控分度頭 為了擴(kuò)大數(shù)控銑床的工藝范圍，可以為三坐標(biāo)數(shù)控銑床配備回轉(zhuǎn)工作臺，增加一個或二個回轉(zhuǎn)運動坐標(biāo)，實現(xiàn)四、五坐標(biāo)聯(lián)動，以加工更復(fù)雜的零件。 十一、量具 數(shù)控銑削加工零件的檢驗，一般常規(guī)尺寸仍可使用普通的量具進(jìn)行測量，如游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑百分表等，也可以采用投影儀測量，如圖4-19所示。而高精度尺寸、空間位

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