數(shù)控加工工藝教案：加工中心的工藝特點(diǎn)

.四 川 工 程 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 課 時(shí) 授 課 教 案/ 學(xué)年第 期課程名稱： 數(shù)控加工工藝 授課班級： （三專）數(shù)控 01-1、2 授課時(shí)間： 第 周星期 第 節(jié) 課 題： 加工中心的工藝特點(diǎn) 教學(xué)目的： 了解數(shù)控鏜銑、加工中心機(jī)床的類型掌握加工中心的工藝特點(diǎn)掌握裝夾方案的確定和夾具的選擇重點(diǎn)、難點(diǎn)：工藝特點(diǎn)、裝夾方案 使用教具： 課件 課后作業(yè)： 1 課后記錄：年 月 日.授課主要內(nèi)容一、數(shù)控鏜銑、加工中心加工的類型數(shù)控鏜銑床和加工中心(MC，Machine Center)在結(jié)構(gòu)、工藝和編程等方面有許多相似之處。特別是全功能型數(shù)控鏜銑床與加工中心相比，區(qū)別主要在于數(shù)控鏜銑床沒有自動(dòng)刀具交換裝置( ATC , Automatic Toos Changer )及刀具庫，只能用手動(dòng)方式換刀，而加工中心因具備 ATC 及刀具庫，故可將使用的刀具預(yù)先安排存放于刀具庫內(nèi)，需要時(shí)再通過換刀指令，由 ATC 自動(dòng)換刀。數(shù)控鏜銑床和加工中心都能夠進(jìn)行銑削、鉆削、鏜削及攻螺紋等加工。 數(shù)控鏜銑、加工中心機(jī)床的類型1按主軸的空間狀態(tài)：（1） 立式加工中心機(jī)床（2） 臥式加工中心機(jī)床（3） 立、臥兩用式加工中心機(jī)床2按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)目：（1） 2.5 軸聯(lián)動(dòng)的加工中心機(jī)床（2） 3 軸聯(lián)動(dòng)的加工中心機(jī)床（3） 4 軸聯(lián)動(dòng)的加工中心機(jī)床（4） 5 軸聯(lián)動(dòng)的加工中心機(jī)床二、加工中心的工藝特點(diǎn)加工中心是一種功能較全的數(shù)控機(jī)床，它集銑削、鉆削、鉸削、鏜削、攻螺紋和切螺紋于一身，使其具有多種工藝手段，與普通機(jī)床加工相比，加工中心具有許多顯著的工藝特點(diǎn)。1 加工精度高 在加工中心上加工，其工序高度集中，一次裝夾即可加工出零件上大部分甚至全部表面，避免了工件多次裝夾所產(chǎn)生的裝夾誤差，因此，加工表面之間能獲得較高的相互位置精度。2 精度穩(wěn)定 整個(gè)加工過程由程序自動(dòng)控制，不受操作者人為因素的影響，加上機(jī)床的位置補(bǔ)償功能和較高的定位精度和重復(fù)定位精度，加工出的零件尺寸一致性好。3 效率高 一次裝夾能完成較多表面的加工，減少了多次裝夾工件所需的輔助時(shí)間。.4 表面質(zhì)量好 加工中心主軸轉(zhuǎn)速和各軸進(jìn)給量均是無級調(diào)速，有的甚至具有自適應(yīng)控制功能，能隨刀具和工件材質(zhì)及刀具參數(shù)的變化，把切削參數(shù)調(diào)整到最佳數(shù)值，從而提高了各加工表面的質(zhì)量。5 軟件適應(yīng)性大 零件每個(gè)工序的加工內(nèi)容、切削用量、工藝參數(shù)都可以編入程序，可以隨時(shí)修改，這給新產(chǎn)品試制，實(shí)行新的工藝流程和試驗(yàn)提供了方便。三坐標(biāo) 三坐標(biāo)數(shù)控鏜銑床與加工中心的共同特點(diǎn)是除具有普通銑床的工藝性能外，還具有加工形狀復(fù)雜的二維以至三維復(fù)雜輪廓的能力。這些復(fù)雜輪廓零件的加工有的只需二軸聯(lián)動(dòng)(如二維曲線、二維輪廓和二維區(qū)域加工) ，有的則需三軸聯(lián)動(dòng) (如三維曲面加工)，它們所對應(yīng)的加工一般相應(yīng)稱為二軸(或 2.5 軸)加工與三軸加工。 對于三坐標(biāo)加工中心 (無論是立式還是臥式) ，由于具有自動(dòng)換刀功能，適于多工序加工，如箱體等需要銑、鉆、鉸及攻螺紋等多工序加工的零件。特別是在臥式加工中心上，加裝數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺后，可實(shí)現(xiàn)四面加工，而若主軸方向可換，則可實(shí)現(xiàn)五面加工，因而能夠一次裝夾完成更多表面的加工，特別適合于加工復(fù)雜的箱體類、泵體、閥體、殼體等零件。 四坐標(biāo) 四坐標(biāo)是指在 X、 Y 和 Z 三個(gè)平動(dòng)坐標(biāo)軸基礎(chǔ)上增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸(A 或 B)，且四個(gè)軸一般可以聯(lián)動(dòng)。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸既可以作用于刀具(刀具擺動(dòng)型)，也可以作用于工件(工作臺回轉(zhuǎn)擺動(dòng)型) ；機(jī)床既可以是立式的也可以是臥式的；此外，轉(zhuǎn)動(dòng)軸既可以是 A 軸( 繞 X 軸轉(zhuǎn)動(dòng))也可以是 B 軸 (繞 Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng))。由此可以看出，四坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床可具有多種結(jié)構(gòu)類型，但除大型龍門式機(jī)床上采用刀具擺動(dòng)外，實(shí)際中多以工作臺旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)的結(jié)構(gòu)居多。但不管是哪種類型，其共同特點(diǎn)是相對于靜止的工件來說，刀具的運(yùn)動(dòng)位置不僅是任意可控的，而且刀具軸線的方向在刀具擺動(dòng)平面內(nèi)也是可以控制的，從而可根據(jù)加工對象的幾何特征按保持有效切削狀態(tài)或根據(jù)避免刀具干涉等需要來調(diào)整刀具相對零件表面的姿態(tài)。因此，四坐標(biāo)加工可以獲得比三坐標(biāo)加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果。五坐標(biāo) 對于五坐標(biāo)機(jī)床，都具有兩個(gè)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)。相對于靜止的工件來說，其運(yùn)動(dòng)合成可使刀具軸線的方向在一定的空間內(nèi)(受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)限制)任意控制，從而具有保持最佳切削狀態(tài)及有效避免刀具干涉的能力。因此，五坐標(biāo)加工又可以獲得比四坐標(biāo)加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果，特別適宜于三維曲面零件的高效高質(zhì)量加工以及異型復(fù)雜零件的加工。采用五軸聯(lián)動(dòng)對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，一臺五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于兩臺三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材.料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)加工可比三軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。高速加工 高速加工技術(shù)是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，擁有高效率、高精度及高表面質(zhì)量等特征。有關(guān)高速加工的含義，通常有如下幾種觀點(diǎn)：切削速度很高，通常認(rèn)為其速度超過普通切削的 5-10 倍；機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速很高，一般將主軸轉(zhuǎn)速在 10000-20000r/min 以上定為高速切削；進(jìn)給速度很高，通常達(dá) 15-50m/min，最高可達(dá) 90m/min；對于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同。其優(yōu)點(diǎn)在于： 加工時(shí)間短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常規(guī)的 35 倍。 刀具切削狀況好，切削力小，主軸軸承、刀具和工件受力均小。切削力降低大概 30%90%，提高了加工質(zhì)量。 l 刀具和工件受熱影響小。切削產(chǎn)生的熱量大部分被高速流出的切屑所帶走，故工件和刀具熱變形小，有效地提高了加工精度。 工件表面質(zhì)量好。首先 ap 與 ae 小，工件粗糙度好，其次切削線速度高，機(jī)床激振頻率遠(yuǎn)高于工藝系統(tǒng)的固有頻率，因而工藝系統(tǒng)振動(dòng)很小。三、數(shù)控鏜銑、加工中心加工的類型對象1 既有平面又有孔系的零件 加工中心具有自動(dòng)換刀裝置，在一次安裝中，可以完成零件上平面的銑削、孔系的鉆削、鏜削、鉸削、銑削及攻螺紋等多工步加工。加工的部位可以在一個(gè)平面上，也可以在不同的平面上。五面體加工中心一次安裝可以完成除裝夾面以外的五個(gè)面的加工。因此，既有平面又有孔系的零件是加工中心的首選加工對象，這類零件常見的有箱體類零件和盤、套、板類零件。1）箱體類零件 箱體類零件一般是指具有孔系和平面，內(nèi)部有一定型腔，在長、寬、高方向有一定比例的零件。如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱體，機(jī)床的床頭箱、主軸箱，齒輪泵殼體等。2）盤、套、軸、板、殼體類零件 帶有鍵槽、徑向孔或端面有分布的孔系及曲面的盤、套或軸類零件，如帶法蘭的軸套，帶鍵槽或方頭的軸類零件，具有較多孔加工的板類零件和各種殼體類零件等。2 結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、普通機(jī)床難加工的零件 主要表面是由復(fù)雜曲線、曲面組成的零件，加工時(shí)，需要多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，這在普通機(jī)床上是難以甚至無法完成的，加工中心刀具可以自動(dòng)更換，工藝范圍更寬，是加工這類零件的最有效的設(shè)備。常見的典型零件有以下幾類：1）凸輪類 這類零件有各種曲線的盤形凸輪、圓柱凸輪、圓錐凸輪和.端面凸輪等。2）整體葉輪類 整體葉輪常見于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)、空氣壓縮機(jī)、船舶水下推進(jìn)器等，它除具有一般曲面加工的特點(diǎn)外，還存在許多特殊的加工難點(diǎn)，如通道狹窄，刀具很容易與加工表面和鄰近曲面產(chǎn)生干涉。3）模具類 常見的模具有鍛壓模具、鑄造模具、注塑模具及橡膠模具等。3 外形不規(guī)則的異形零件 由于外形不規(guī)則，在普通機(jī)床上只能采取工序分散的原則加工，需用工裝較多，周期較長。利用加工中心多工位點(diǎn)、線、面混合加工的特點(diǎn)，可以完成大部分甚至全部工序內(nèi)容。四、裝夾方案的確定和夾具的選擇1定位基準(zhǔn)的選擇零件上應(yīng)有一個(gè)或幾個(gè)共同的定位基準(zhǔn)。該定位基準(zhǔn)一方面要能保證零件經(jīng)多次裝夾后其加工表面之間相互位置的正確性，如多棱體、復(fù)雜箱體等在臥式加工中心上完成四周加工后，要重新裝夾加工剩余的加工表面，用同一基準(zhǔn)定位可以避免由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換引起的誤差；另一方面要滿足加工中心工序集中的特點(diǎn)，即一次安裝盡可能完成零件上較多表面的加工。定位基準(zhǔn)最好是零件上已有的面或孔，若沒有合適的面或孔，也可專門設(shè)置工藝孔或工藝凸臺等作定位基準(zhǔn)。選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)注意減少裝夾次數(shù)，盡量做到在一次安裝中能把零件上所有要加工表面都加工出來。因此，常選擇工件上不需數(shù)控銑削的平面和孔作定位基準(zhǔn)。對薄板件，選擇的定位基準(zhǔn)應(yīng)有利于提高工件的剛性，以減小切削變形。定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差對尺寸精度的影響。2裝夾方案的確定在零件的工藝分析中，已確定了零件在加工中心上加工的部位和加工時(shí)用的定位基準(zhǔn)，因此，在確定裝夾方案時(shí)，只需根據(jù)已選定的加工表面和定位基準(zhǔn)確定工件的定位夾緊方式，并選擇合適的夾具。此時(shí)，主要考慮以下幾點(diǎn)：1）夾緊機(jī)構(gòu)或其它元件不得影響進(jìn)給，加工部位要敞開。要求夾持工件后夾具上一些組成件（如定位塊、壓塊和螺栓等）不能與刀具運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生干涉。2）必須保證最小的夾緊變形。工件在粗加工時(shí)，切削力大，需要夾緊力大，但又不能把工件夾壓變形。否則，松開夾具后零件發(fā)生變形。因此，必須慎重選擇夾具的支承點(diǎn)、定位點(diǎn)和夾緊點(diǎn)。有關(guān)夾緊點(diǎn)的選擇原則見第二章。如果采用了相應(yīng)措施仍不能控制工件變形， 只能將粗、 精加工分開，或者粗、 精加工使用不同的夾緊力。.3）裝卸方便，輔助時(shí)間盡量短。由于加工中心效率高，裝夾工件的輔助時(shí)間對加工效率影響較大，所以要求配套夾具在使用中也要裝卸快而方便。4）對小型零件或工序不長的零件，可以考慮在工作臺上同時(shí)裝夾幾件進(jìn)行加工，以提高加工效率。5）夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單。由于零件在加工中心上加工大都采用工序集中原則，加工的部位較多，同時(shí)批量較小，零件更換周期短，夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和自動(dòng)化對加工效率的提高及加工費(fèi)用的降低有很大影響。因此，對批量小的零件應(yīng)優(yōu)先選用組合夾具。對形狀簡單的單件小批量生產(chǎn)的零件，可選用通用夾具。只有對批量較大，且周期性投產(chǎn)，加工精度要求較高的關(guān)鍵工序才設(shè)計(jì)專用夾具，以保證加工精度和提高裝夾效率。6）夾具應(yīng)便于與機(jī)床工作臺面及工件定位面間的定位連接。加工中心工作臺面上一般都有基準(zhǔn) T 形槽，轉(zhuǎn)臺中心有定位圓、臺面?zhèn)让嬗谢鶞?zhǔn)檔板等定位元件。固定方式一般用 T 形槽螺釘或工作臺面上的緊固螺孔，用螺栓或壓板壓緊。夾具上用于緊固的孔和糟的位置必須與工作臺上的 T 形槽和孔的位置相對應(yīng)。