第1章数控加工工艺基础课件.ppt

数控加工工艺与编程,简,程,介,课,知识链接,学习本门课程的重要意义,学成效果,机械制图,机械制造基础,机械制造装备设计,数控加工工艺与编程,数控加工操作实践,知识链接,工艺分析、确定切削用量及加工工艺路线,工装夹具、刀具等的选用及设计,理论与实践密不可分,看图、识图、分析图纸,学成效果,掌握数车、数铣编程的基本指令及用法,能编制数车、数铣加工工艺过程,数车、数铣典型工件的程序编制及工艺编写,数控加工工艺与编程,数控加工作品欣赏,第一章,数控加工工艺基础,Chapter 1,目录,1,数控加工,2,数控加工工艺,3,机械加工精度,4,机械加工表面质量,5,工件定位与夹紧,6,数控加工工艺分析与设计,7,数控加工工艺文件的编写,重点,数控加工的特点,数控加工工艺特点,数控加工工艺系统,提高机械加工精度的工艺措施,提高机械加工表面质量的工艺措施,数控加工走刀路线的确定,数控加工切削用量的确定,难点,提高机械加工精度的工艺措施,提高机械加工表面质量的工艺措施,数控加工走刀路线的确定,数控加工切削用量的确定,1.1 数控加工概述,数控加工,根据被加工零件的图纸和工艺要求等原始条件，编写被加工零件的数控加工程序，并将数控加工程序输入到数控机床的数控系统，控制数控机床上刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。,1.1.1 数控加工过程,制定工艺,阅读图纸,工艺分析,数控编程,数控机床的加工尺寸精度在0.0050.01 mm之间，甚至达到纳米级的精度，且不受零件复杂程度的影响。由于数控机床是在数控程序控制下进行加工的，一般除了人工装夹零件外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成，避免了操作者的人为误差，降低了劳动强度，提高了批量零件尺寸的一致性，一些精密的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。,精度高、质量稳定、劳动强度低,1,1.1.2 数控加工特点,改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。为复杂结构零件的单件、小批量生产及新产品试制提供了极大的方便。,适应性强,2, 切削用量选择范围大,节省了机动时间； 空运行速度快，换刀时间短，减少了辅助时间； 批量生产不需要重新调整机床，节省了停机时间； 工序集中，减少周转时间， 提供了生产效率。,生产效率高,3,由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。由于数控机床上加工零件所需的时间基本上是固定的，工时费用计算得更精确，有利于合理的进行生产进度的计划和成本的计算，利于实现生产现代化管理。,易于建立计算机通信网络和生产现代化管理,4,数控机床采用了许多先进技术，使得数控机床的整体价格较高，而且数控机床的机械结构、控制系统比较复杂，所以要求操作人员、调试和维修人员应具有专门的知识和较高的专业水平，或者经过专门的技术培训，才能胜任相应的工作。,价格较贵、调试和维修困难,5,1.1.3 数控加工对象,（1）要求使用复杂工装或需长时间调整、校正的零件；,（2）多品种单件、小批量的零件，特别是新产品的试制生产；,（3）加工精度高、表面质量要求高的零件；,（4）形状复杂，尤其是曲面、曲线轮廓的零件；,（5）价格高、一旦有废品经济损失严重的零件；,（6）钻、扩、铰、镗、攻丝等工序联合进行，或者相对位置精度较高的零件；,（7）在普通机床上加工效率低，劳动强度大，质量稳定性差的零件。,1.2 数控加工工艺,1.2.1 数控加工工艺特点,数控加工工艺不仅包括详细的切削加工步骤和装夹方案，还包括刀具的型号、规格、切削用量、工序图和其他特殊要求等。,数控加工工艺内容要求十分具体、详细,1,数控加工工艺要求更严密、精确,2,数控加工工艺,采用数控加工零件所运用各种方法和技术手段的总和。应用于整个数控加工工艺过程。,编程尺寸并不是零件图尺寸的简单再现，要根据零件尺寸公差要求和零件的几何关系重新调整。,要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算,3,要考虑进给速度对零件形状精度的影响,4,选择合理的切削用量，避免由于插补原因影响零件形状精度。,要重视刀具选择的重要性,5,特别是采用自动编程方式时合理选择正确的刀具很重要。,工序集中是数控加工工艺明显的特点。,数控加工的工序相对集中,6,1.2.2 数控加工工艺的主要内容及任务,（1）普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容；,（2）普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为 重点选择内容；,（3）普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大 的容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。,1. 适用于数控加工的内容,1,2. 不适合数控加工的内容,（1）阅读分析图纸,（2）工艺分析，制定加工工艺方案,（3）设计加工工序,（4）程序编制、校验、修改,（5）首件加工与现场工艺问题处理,（6）技术文件的定性与归档,3. 数控加工工艺的任务,1.2.3 数控加工工艺系统,数控加工工艺系统,由数控机床、夹具、刀具和工件等组成的统一体称为数控加工工艺系统。,注意,数控加工工艺系统性能的好坏直接影响零件的加工精度和表面质量。,数控机床实现数控加工的主体夹具实现数控加工的纽带刀具实现数控加工的桥梁工件数控加工的对象,1.3 机械加工精度,机械加工精度：指零件加工完成后的实际几何参数（尺寸、几何形状和相互位置）与理想几何参数相符合的程度。主要包括尺寸精度、形状精度和位置精度。,概念,加工误差：指零件加工完成后的实际加工后零件的实际几何参数与理想几何参数的偏离程度。,加工表面本身的尺寸和表面间的尺寸的精确程度，如长度、宽度、直径等。,加工完成之后零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度，如圆度、圆柱度、平面度等。,加工完成后零件有关表面之间的实际位置与理想完整相符合的程度，如平行度、垂直度和同轴度等。,尺寸精度,1,形状精度,2,位置精度,3,位置公差限制在尺寸公差之内： 尺寸精度高位置精度高； 形状公差限制在位置公差内： 位置精度高形状精度高； 反之不成立,设计机器零件及规定零件加工精度时，应注意其形状精度要求应高于位置精度要求，位置精度要求应高于尺寸精度要求。,注意,尺寸、形状、位置精度三者关系,4,1.3.1.影响机械加工精度的主要因素,静态误差：即与工艺系统初始状态有关的原始误差。,动态误差：即与切削过程有关的原始误差。,原理误差 定位误差调整误差刀具误差 夹具误差 工件相对刀具在静止状态下已存在误差 机床主轴回转误差 机床导轨导向误差机床传动误差 工件相对刀具在运动状态下已存在误差,工艺系统受力变形(包括夹紧变形)工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起变形,1.3.2.提高机械加工精度的工艺措施,生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法消除或减少这些因素。例如细长轴的车削，现在采用了大走刀反向车削法，基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。,细长轴反向车削法,减小原始误差法,1,人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。例如，车床主轴箱装配时主轴只能向里偏；数控机床调试时设置的补偿值等。,误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。当机床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原始误差就被转移掉了。,补偿原始误差法,2,转移原始误差法,3,由于毛坯或上道工序误差的存在，或者由于工件材料性能改变，或者上道工序的工艺改变（如毛坯精化后，把原来的切削加工工序取消），引起定位误差和复映误差过大，这时最好是采用均分原始误差的办法。,均分原始误差法,4,使误差不断减少的过程就是误差均化法。例如，许多精密基准件如平板、直尺、角度规、端齿分度盘等，或者是配合精度要求很高的轴和孔，通常采用研磨工艺，不断地把误差化解掉，最终使工件达到很高的精度。,均化原始误差法,5,在加工和装配中有些精度问题，牵涉到零件或部件间的相互关系，相当复杂，如果一味地提高零、部件本身精度，有时不仅困难，甚至不可能，若采用就地加工法（也称自身加工修配法）的方法，就可能很方便地解决看起来非常困难的精度问题。例如，装配中的铲刮修配。,就地加工法,6,1.4 机械加工表面质量,概念,机械表面加工质量：零件在机械加工后表面层的微观几何结构及表层金属材料性质发生变化的情况。,1.4.1. 机械加工表面质量的含义,任何机械加工方法所获得的加工表面都不可能是绝对理想的表面，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等表面缺陷。,注意,（1）表面粗糙度,工艺系统的低频振动引起。如磨削中出现的周期性高低起伏的波纹等。,（2）表面波纹度,一般对运动副和密封件有纹理方向的要求。如机床的导轨等。,（3）表面纹理方向,表面的几何特征,1,（4）伤痕,在加工表面的个别位置出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕和划痕等。,（1）加工表面冷作硬化（2）表面层金相组织变化 （3）表面层产生残余应力,表面层物理、力学性能,2,（1）表面质量对零件耐磨性的影响 （2）表面质量对疲劳强度的影响（3）表面质量对零件配合质量的影响 （4）表面质量对零件耐腐蚀性的影响（5）表面质量对零件使用性能的其他方面影响（如粗糙度影响测量、接触刚度、密封性等）,机械加工表面质量对零件的影响,3,1.4.2. 提高机械加工表面质量的工艺措施,机械加工表面对机器零件的耐磨性、接触刚度、疲劳强度、配合性质、抗腐蚀性能及精度的稳定性等有很大的影响，因此对提高加工表面质量有着重要的意义。,（1）合理选择切削用量,（2）选择适当的刀具材料和几何参数,（3）改善材料的切削加工性能,（4）加注切削液,（5）防止或减小工艺系统的振动,提高表面粗糙度的工艺措施,1,（1）影响表面层金属冷作硬化的因素及改善措施, 选择合理的刀具几何参数, 选择合理的切削用量, 选择改善被加工材料的性质,提高表面物理力学性能的措施,2,（2）产生残余应力的因素及改善措施, 采用精密加工工艺 精密加工工艺包括精密切削加工（金刚镗、高速精车、宽刃精刨等）和低粗糙度值高精度磨削。, 采用光整加工工艺 光整加工工艺是用粒度很细的磨料对工件表面进行微量切削和挤压擦光的过程。如研磨、珩磨、超精加工及轮式超精加工,（3）影响表面层金相组织变化的因素及改善措施,常见的如磨削烧伤。措施：一是减少磨削热的产生，二是尽量使已产生的热少传入工件表面层。合理选择砂轮、磨削用量、改善润滑冷却条件。,1.5 工件定位与夹紧,概念,定位：使一批工件在夹具中获得同一位置，为达到这个目的就要限制工件的六个自由度。,1.5.1. 工件定位的基本原理,自由度的概念,六点定位原理,“六点定位原理”对于任何形状的零件都适用，应用时应注意以下两点：,（1）支承点不能与工件定位面脱离。,（2）定位与夹紧的概念不同。工件的自由度被限制，并不是在受外力时不能动，夹紧是保证工件在外力时不能动。即使工件被夹紧，也不能说工件的自由度都被限制。,1.5.2.工件定位的几种情况,工件的六个自由度全部被限制，称为完全定位。,1.完全定位,工件被限制的自由度少于六个，但并不影响加工要求的定位称为不完全定位。,2.不完全定位,根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位，称为欠定位。,3.欠定位,欠定位是不允许的。因为欠定位保证不了加工要求。,注意,工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制两次及以上的定位称为过定位。,4.过定位,当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精度时，应该严禁采用。但当过定位并不影响加工精度，反而对提高加工精度有利时，也可以采用。,注意,几种常见的有利过定位,1.5.3.常见定位方式及定位元件,1.工件用平面定位,常见的平面定位元件有支承钉和支承板两种用支承钉的平面定位方法：,常用支承板的平面定位方法：,支承板根据其宽度与定位面大小的关系，分为窄板和宽板窄板相当于二个支承钉：限制2个自由度宽板相当于三个支承钉：限制3个自由度,A型支承板 B型支承板：易于排屑,支承钉可分为固定支承钉、可调支承钉、自定位支承钉和辅助支承四种固定支承钉：,A型：已加工表面B型：毛坯表面C型：防滑,可调支承钉：可调整支承面的高度,毛坯制造精度低，尺寸变化大，粗基准一般与固定支承钉配合使用,自定位支承：浮动支承,大尺寸、平面误差较大的毛坯面限制一个自由度,辅助支承：不起限制自由度的作用，不破坏原来的定位,工件定位后，才起支承作用，以提高定位的稳定性,2.工件用圆孔定位,(1) 定位销 分为圆柱销和圆锥销两种圆柱销又可分为长销和短销,圆孔定位常用定位销、心轴等来定位,圆柱定位销的常用结构,圆锥销：一般限制3个移动自由度,（2）定位心轴 心轴可分为：长圆柱心轴、短圆柱心轴、小锥度心轴,3.工件以外圆面定位,（1）V形块 V形块分为短V形块和长V形块 V形块具有自动对中的功能,（2）套筒定位和剖分定位,4.工件以一面两孔定位,工件采用一面两孔定位时，平面一般是精基准，两孔可以是工件上原有的，也可以是为定位需要而设计的工艺孔。,大端平台与长销组合而产生过定位,1.5.4工件的夹紧,1、夹紧装置的组成（1）力源装置是产生夹紧原始作用力的装置。（2）中间传动机构是把力源装置产生的力传给夹紧元件的中间机构。 其作用：1）改变夹紧作用力的方向 2）改变夹紧作用力的大小 3）具有一定的自琐性能（3）夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件，与工件直接接触，把工件夹紧。,2、工件的装夹 在数控加工中，工件装夹的基本原则与普通机床相同，要根据具体情况合理选择夹紧方案。,3、选择夹具的基本原则 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调工件和机床坐标系的尺寸关系。,1.6.1 数控加工工艺的主要内容,阅读分析图纸，选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容,对零件进行数控加工的工艺分析,数控加工的工艺设计,确定工步和进给路线,选择数控机床的类型,选择和设计刀具、夹具与量具,确定切削用量,校验和修改加工程序,首件试加工与现场问题处理,数控加工工艺技术文件的定型与归档,编写数控加工程序单,对零件图进行数学处理,1.6 数控加工工艺分析与设计,1.数控加工内容的选择,适于数控加工的内容：（1）普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重 点选择内容； （3）普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的 内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。,1.6.2 数控加工工艺分析,2.数控加工的零件图纸分析,（1）图纸的完整性和正确性分析；（2）零件的技术要求分析；（3）零件材料分析；（4）零件尺寸标注分析。,3.零件的结构工艺性分析,零件的结构工艺性是指零件在满足使用性能的前提下，其制作的可行性和加工的经济性。,好的结构工艺性会使零件加工容易，节省工时，节省材料。差的结构工艺性会使加工困难，浪费工时和材料，甚至无法加工。,注意,(a) 错误,(a) 错误,(a) 错误,(b) 正确,(b) 正确,(b) 正确,(a) 错误 (b) 正确,1.6.3 数控加工工艺设计,找出所有加工的零件表面并逐一确定各表面的加工方法,划分加工阶段,划分工序，安排顺序,常规工序、热处理工序,零件加工工艺路线,基准的确定,1.毛坯的种类和选择,毛坯种类 铸件 锻件 焊接件 冲压件 型材,毛坯选择,选择合适的毛坯，对零件的加工质量、加工成本、生产效率有很大的影响。应考虑以下因素：, 零件的材料及其力学性能 生产类型 零件的结构形状和外形尺寸 考虑新工艺、新技术和新材料 现有生产条件,2.定位基准的选择,基准概念,基 准,零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。,设计基准,零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。,工艺基准,零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。,定位基准的选择先选择精基准，再选择粗基准,精基准的选择原则 基准重合原则 基准统一原则 自为基准原则 互为基准反复加工原则 便于装夹原则,粗基准的选择原则 重要表面原则 相互位置要求原则 加工余量合理分配原则 不重复使用原则 便于装夹原则,1.6.4 表面加工方法的选择,1、经济加工精度和经济表面粗糙度 加工过程中，获得同一精度和粗糙度的加工方法可以有几种，在选择时应该考虑生产率和经济效益，还应根据零件的材料、结构形状、和尺寸、生产类型及企业的生产条件等因素，选择最佳的加工方法和方案。,2、典型表面加工方法 外圆 ：车削、磨削 内孔 ：钻、扩、绞、镗、磨、拉 平面 ：刨削、铣削、磨削、车削,1.6.5 加工阶段的划分,当加工质量要求较高时，应划分加工阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。当加工精度和表面质量要求特别高时，可增设光整加工和超精密加工。,粗加工,切除毛坯大部分余量，接近成品的形状和尺寸,半精加工,主要表面留下精加工余量并达到一定的精度，完成一些次要表面的加工,光整加工,精加工,获得很高的尺寸精度、减小表面粗糙度值,保证主要表面精度和表面粗糙度,超精密加工,获得微米级尺寸误差和形状误差,1.6.6 加工顺序的安排,1.工序顺序的安排原则 先粗后精原则 各表面均应按照粗加工半精加工精加工光整加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。 基准先行原则 选为精基准的表面，应先进行加工，以便为后续工序提供可靠的精基准。, 先主后次原则 先加工主要表面（如定位基面、装配面、工作面），后加工次要表面（如自由表面、键槽、螺孔等）。次要表面常穿插进行，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前进行。 先面后孔原则 对于箱体、支架、连杆和机体类工件，一般应先加工平面后加工孔。这是因为先加工好平面后，就能以平面定位加工孔，定位稳定可靠，保证平面和孔的位置精度,2.热处理的安排 预备热处理 消除应力、改善材料的切削性能。如退火、正火、时效、调质等。 最终热处理 提高零件的强度。如表面淬火、渗碳、渗氮等。,3.辅助工序的安排 如检验、去毛刺、倒棱、去磁、清洗、涂防锈漆等。,1.6.7 工序的划分,1.工序划分原则 工序集中原则 工序分散原则 先粗后精原则 基准先行原则 先面后孔原则,2.工序划分方法 按安装次数划分 按所用刀具划分 按加工部位划分 按粗、精加工划分,1.6.8 确定对刀点和换刀点,1. 对刀点，又称起刀点，是数控加工时刀具相对零件运动的起点。,2. 换刀点，数控机床在加工过程中自动换刀而设置的一个安全位置。,1.6.9 走刀路线的确定,确定走刀路线的原则1)应保证被加工工件的精度和表面粗糙度；2)在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作。3)应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率；4）选择使工件在加工后变形小的路线,1.孔加工路线,2.轮廓加工路线,铣削方向,顺铣和逆铣,铣削内沟槽的侧面,3.挖槽加工路线,行切,环切,行切+环切,4.曲面加工路线,1.6.10 加工余量的确定,加工余量的确定1)查表修正法；2)经验估计法；3)分析计算法；,1.6.11 切削用量的确定, 切削用量的选择原则 背吃刀量的选定 进给量的确定 切削速度的选择,1.7 数控加工工艺文件的编写, 数控加工工序卡 数控加工刀具卡 数控加工走刀路线图,课堂作业,如图，请分析数控加工部分的内容，并确定其数控工艺方案。,提问,