模具數控加工技術教案第16次課-17次課

第 十 六 次 課 授 課 提 綱 第四章  數控銑削加工技術 第一節  數控銑床簡介 一、分類與結構特點 （一）按機床主軸的布置形式及機床的布局特點分類 數控銑床可分為數控立式銑床、數控臥式銑床和數控龍門銑床等。 1．數控立式銑床 如圖4-1所示。 2．數控臥式銑床 如圖4-2所示。 3．數控龍門銑床 對于大尺寸的數控銑床，一般采用對稱的雙立柱結構，保證機床的整體剛性和強度，即數控龍門銑床，有工作臺移動和龍門架移動兩種形式。它適用于加工飛機整體結構件零件、大型箱體零件和大型模具等，如圖4-3所示。 （二）按數控系統的功能分類 數控銑床可為經濟型數控銑床、全功能數控銑床和高速銑削數控銑床等。 1．經濟型數控銑床 2．全功能數控銑床 采用半閉環控制或閉環控制，數控系統功能豐富，一般可以實現4坐標以上聯動，加工適應性強，應用最廣泛。 3．高速銑削數控銑床 高速銑削是數控加工的一個發展方向，技術已經比較成熟，已逐漸得到廣泛的應用。 二、數控銑床的主要功能 不同檔次的數控銑床的功能有較大的差別，但都應具備以下主要功能。 1．銑削加工 數控銑床一般應具有三坐標以上聯動功能，能夠進行直線插補和圓弧插補，自動控制旋轉的銑刀相對于工件運動進行銑削加工，如圖4-4所示。坐標聯動軸數越多，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行鉆、擴、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．刀具補償功能 一般包括刀具半徑補償功能和刀具長度補償功能。 4．公制、英制單位轉換 可以根據圖紙的標注選擇公制單位（mm）和英制單位（inch）進行程序編制，以適應不同企業的具體情況。 5．絕對坐標和增量坐標編程 程序中的坐標數據可以采用絕對坐標或增量坐標，使數據計算或程序的編寫更方便。 6．進給速度、主軸轉速調整 數控銑床控制面板上一般設有進給速度、主軸轉速的倍率開關，用來在程序執行中根據加工狀態和程序設定值隨時調整實際進給速度和主軸實際轉速，以達到最佳的切削效果。一般進給速度調整范圍在0%~150%之間，主軸轉速調整范圍在50%~120%之間。 7．固定循環 固定循環是固化為G指令的子程序，并通過各種參數適應不同的加工要求，主要用于實現一些具有典型性的需要多次重復的加工動作，如各種孔、內外螺紋、溝槽等的加工。使用固定循環可以有效地簡化程序的編制。但不同的數控系統對固定循環的定義有較大的差異，在使用的時候應注意區別。 8．工件坐標系設定 9．數據輸入輸出及DNC功能 10．子程序 11．數據采集功能 12．自診斷功能 三、主要加工對象 數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、外螺紋，圓柱螺紋，圓錐螺紋等都可以在數控銑床上加工。 第二節  數控銑削的加工工藝與工裝 一、選擇并確定數控銑削的加工部位及內容 一般情況下，某個零件并不是所有的表面都需要采用數控加工，應根據零件的加工要求和企業的生產條件進行具體的分析，確定具體的加工部位和內容及要求。具體而言，以下方面適宜采用數控銑削加工： （1）由直線、圓弧、非圓曲線及列表曲線構成的內外輪廓； （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）用普通機床加工時難以觀察、控制及檢測的內腔、箱體內部等； （5）有嚴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）采用數控銑削加工能有效提高生產率，減輕勞動強度的一般加工內容。 二、加工信息的讀取及工藝性分析 目前數控加工技術在制造業得到日益廣泛的應用，CAD/CAM技術也在快速的發展，同時由于數控加工對象的復雜性，特別是空間曲面，加工信息一般采用計算機建立的數學模型來描述和傳遞，并作為數控加工的唯一依據，而傳統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清楚，仍然可以采用二維工程圖作為加工依據。因此，加工信息的讀取對象有兩類，即二維工程圖和數學模型。 1．二維工程圖 （1）首先檢查圖紙各視圖表達的正確性，尺寸、形位公差、表面粗糙度等標注和技術要求及零件材料填寫的完整性。按照其他國家標準繪制的二維工程圖，在必要時應進行轉換，使其符合我國的國家標準。 （2）對零件進行工藝性分析，有以下方面： ①根據二維工程圖和數學模型分析零件的形狀、結構及尺寸的特點，確定零件上是否有妨礙刀具運動的部位，是否有會產生加工干涉或加工不到的區域，零件的最大形狀尺寸是否超過機床的最大行程，零件的剛性隨著加工的進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有的加工條件下是否可以得到保證，是否還有更經濟的加工方法或方案。 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，是否可以統一。盡量使用最少的刀具進行加工，減少刀具規格、換刀及對刀次數和時間，以縮短總的加工時間。 ④對于零件加工中使用的工藝基準應當著重考慮，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。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的工序消除這種影響。而零件的最終熱處理狀態也將影響工序的前后順序。 ⑥當零件上的一部分內容已經加工完成，這時應充分了解零件的已加工狀態，數控銑削加工的內容與已加工內容之間的關系，尤其是位置尺寸關系，這些內容之間在加工時如何協調，采用什么方式或基準保證加工要求，如對其他企業的外協零件的加工。 2．數學模型 ①圖形標準  在數學模型傳遞時，盡量使用相同的CAD/CAM軟件，以保證數據的正確。 ②數學模型的檢查、修改及確認。 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．在中低檔數控銑床上加工 2．在高檔數控銑床上加工 六、數控銑削工序設計 1．數控銑削工序內容 在數控銑削加工工藝分析中所確定的加工內容基礎上，根據加工部位的性質、刀具使用情況以及現有的加工條件，將這些加工內容安排在一個或幾個數控銑削工序中。 （1）當加工中使用的刀具較多時，為了減少換刀次數，縮短輔助時間，可以將一把刀具所加工的內容安排在一個工序（或工步）中。 （2）按照工件加工表面的性質和要求，將粗加工、精加工分為依次進行的不同工序（或工步）。先進行所有表面的粗加工，然后再進行所有表面的精加工。 （3）按照從簡單到復雜的原則，先加工平面、溝槽、孔，再加工外形、內腔，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） 數控加工工序單（卡片）是數控加工工藝規程的主要組成部分，其內容主要包括以下三個部分： （1）零件有關信息 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 對刀點可以設置在工件上，也可以設置在夾具上，但都必須在編程坐標系中有確定的位置，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，換刀點只要設置在零件外面，不發生換刀阻礙即可。 八、數控刀具系統 1．刀柄及其標準 2．銑刀種類 銑刀在加工中的重要性顯而易見，數控加工中對刀具的要求遠遠比普通銑削加工高，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，還應有更高的制造精度。在數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、結構、材料、尺寸、幾何角度以及確定合理而高效的切削參數等。 如圖4-13所示，刀具種類和尺寸一般根據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 切削參數的選擇是工藝設計和程序編制時一個重要的內容，其合理性會直接影響工藝方案的實施和加工效果。數控銑削時切削參數主要根據工件材料、加工要求、刀具材料和刀具尺寸確定，同時還應考慮機床的性能，如機床剛性、主軸功率等。一般按照以下步驟進行： （1）根據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速； （2）根據機床功率確定切削深度； （3）根據切削深度查表確定每齒進給量； （4）根據主軸轉速及每齒進給量可得切削進給速度。 5．刀具管理 九、夾具 在數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的工件統一基準定位裝夾系統等，主要根據零件的特點和經濟性選擇使用。 1．通用夾具 通用夾具由于具有較大的靈活性和經濟性，在數控銑削中應用廣泛。 2．夾具與程序編制的關系 3．工件統一基準定位裝夾系統 十、回轉工作臺和數控分度頭 為了擴大數控銑床的工藝范圍，可以為三坐標數控銑床配備回轉工作臺，增加一個或二個回轉運動坐標，實現四、五坐標聯動，以加工更復雜的零件。 十一、量具 數控銑削加工零件的檢驗，一般常規尺寸仍可使用普通的量具進行測量，如游標卡尺、內徑百分表等，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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