《数控加工工艺规划》简易数控镗铣孔加工零件（含螺纹孔）加工工艺编制.ppt

数控加工工艺规划-简易数控镗铣孔加工零件（含螺纹孔）加工工艺编制,项目七 简易数控镗铣孔加工零件(含螺纹孔)加工工艺编制,项目总体能力目标：,1.会根据零件结构选择合适的加工中心；2.会对简易数控镗铣孔加工零件图进行数控加工工艺性分析,包括:分析零件图纸技术要求，检查零件图的完整性和正确性，分析零件的结构工艺性；3.会拟定数控镗铣孔加工工艺路线,包括:选择加工中心孔系加工方法，划分加工阶段,划分加工工序及工步，确定加工顺序，确定进给加工路线；4.会根据拟定的孔系加工工艺熟练选用加工中心孔系加工刀具（含机用丝锥）；5.会根据加工中心常用夹具用途来正确选择夹具和装夹方案；6.会选择合适的切削用量；7.会编制加工中心加工工艺文件。,项目总体工作任务：,1.分析简单板类孔系零件图加工中心加工工艺性；2.拟定简单板类孔系零件加工中心加工工艺路线；3.选择简单板类孔系零件加工中心加工刀具；4.选择简单板类孔系零件加工中心加工夹具，确定装夹方案；5.按简单板类孔系零件加工中心加工工艺选择合适的切削用量与机床；6.编制简单板类孔系零件加工中心加工工艺文件。,单元一 数控镗铣孔加工（含螺纹孔）加工工艺设计入门,单元二 编制数控镗铣孔加工零件（含螺纹孔）加工工艺,单元能力目标：1会检索数控镗铣孔加工工艺资料和工艺手册，从中获取完成当前工作任务所需要的工艺知识及数据；2会识别数控镗铣孔加工工艺领域内的常用术语。单元工作任务：1查阅数控加工工艺书和工艺手册，获取设计图7-1所示盖板零件的孔系加工工艺知识及数据；2识别数控镗铣孔加工工艺术语。单元教学学时：7学时,单元一 数控镗铣孔加工（含螺纹孔）加工工艺设计入门,盖板加工案例零件说明：该盖板加工案例零件材料为HT200，除孔系外，A、B两側面均已按图纸技术要求加工好，60H7mm孔已铸出50mm预制孔。如何设计该盖板零件的数控镗铣孔加工工艺？,图7-1 盖板加工案例,数控镗铣孔加工工艺设计步骤,机床选择,零件工艺分析,加工工艺路线设计,装夹方案及夹具选择,刀具选择,切削用量选择,填写数控加工工序卡和刀具卡,资料一 数控镗铣孔加工机床选择资料二 零件图纸工艺分析资料三 拟定数控镗铣孔加工工艺路线资料四 找正装夹方案及夹具选择资料五 刀具选择资料六 切削用量选择资料七 填写数控加工工序卡 和数控加工刀具卡,完成工作任务需查阅的背景知识,资料一 数控镗铣孔加工 机床选择,加工中心,立式加工中心,卧式加工中心,五轴加工中心,按主轴布置形式分,数控镗铣孔加工机床是指主要采用铣削、镗削及钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等方式加工工件的数控机床，典型机床为加工中心。加工中心是在数控铣床的基础上增加刀库及自动换刀装置，集数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能于一身的高效、高自动化程度的机床。工件在一次装夹后，数控系统根据加工的需要，自动选择和更换刀具，根据粗精加工的不同要求自动改变机床主轴的转速、进给量和刀具相对于工件的运动轨迹和其他辅助功能，依次完成多工序的加工。与数控铣床相比，加工中心增加了刀库及自动换刀装置，其他与数控铣床基本一样。,按换刀形式分,带刀库、机械手的加工中心,无机械手的加工中心,转塔刀库式加工中心,龙门式加工中心,立式加工中心为主轴轴心线垂直状态设置的加工中心，如下图7-2所示。其结构形式多为固定立柱，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘、套、板类零件。它一般具有三个直线运动坐标轴，并可在工作台上安装一个沿水平轴线旋转的数控转盘，即第四轴，用于加工螺旋线类零件等。立式加工中心装夹方便，便于操作，易于观察加工情况，调试程序容易，应用广泛。但受立柱高度及换刀装置的限制，不能加工太高的零件，在加工型腔或下凹的型面时，切屑不易排出，严重时会损坏刀具，破坏已加工表面，影响加工的顺利进行。,立式加工中心,加工中心按主轴布置分类,图7-2立式加工中心,加工中心按主轴布置分类,(a)带刀库和机械手的加工中心,(b)无机械手的加工中心,卧式加工中心为主轴轴心线水平状态设置的加工中心，通常都带有自动分度的回转工作台，如图所示。卧式加工中心一般具有35个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标（沿X、Y、Z轴方向）加一个回转运动坐标（回转工作台），工件在一次装夹后，可完成除安装面和顶面以外的其余四个表面的加工，它最适合加工箱体类零件。卧式加工中心有多种形式，如固定立柱式或固定工作台式，与立式加工中心相比较，卧式加工中心一般具有刀库容量大，整体结构复杂，体积和占地面积大，加工时排屑容易，对加工有利，但价格较高。,卧式加工中心,加工中心按主轴布置分类,龙门式加工中心的形状与数控龙门铣床相似，如图所示。龙门式加工中心主轴多为垂直设置，除自动换刀装置以外，还带有可更换的主轴头附件，数控装置的软件功能也较齐全，能够一机多用，尤其适合用于加工大型或形状复杂的零件，如航空工业及大型汽轮机上的某些零件加工。,龙门加工中心,加工中心按主轴布置分类,五轴加工中心具有立式加工中心和卧式加工中心的功能。对五轴加工中心，工件一次安装后能完成除安装面以外的其余五个面的加工，降低了工件二次安装引起的形位误差，并大大提高了加工精度和生产效率。常见的五轴加工中心有两种形式：一种是主轴可以旋转90，对工件进行立式和卧式加工，如图所示（主轴头旋转90可立卧转换加工），又称为立卧五面加工中心；另一种是主轴不改变方向，而由工作台带着工件旋转90，完成对工件五个表面的加工。,五轴加工中心,加工中心按主轴布置分类,带刀库、机械手的加工中心,加工中心的换刀装置（ATC）是由刀库和机械手组成，换刀机械手完成换刀工作，如图7-2（a）所示，这是加工中心最普遍采用的形式。,加工中心按换刀形式分类,转塔刀库式加工中心,一般在小型立式加工中心上采用转塔刀库形式，主要以孔加工为主。如图所示,无机械手的加工中心,这种加工中心的换刀通过刀库和主轴箱的配合动作来完成，如图7-2（b）所示。一般是采用把刀库放在主轴可以运动到的位置，或整个刀库或某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置。刀库中刀的存放位置方向与主轴装刀方向一致。换刀时，主轴运动到刀位上的换刀位置，由主轴直接取走或放回刀具。多用于采用40号以下刀柄的中小型加工中心。,加工中心按换刀形式分类,加工中心的主要技术参数反映了加工中心的加工能力、加工范围、主轴转速范围、装夹最大刀具重量和直径、刀库容量、换刀时间、装夹刀柄标准和精度等指标，识别加工中心的主要技术参数是选择加工中心的重要一环。为便于识别加工中心的主要技术参数，下面摘选北京机电院高技术股份有限公司生产的VMC750E加工中心主要技术参数中与选择加工中心较有关的主要技术参数罗列如下表所示,加工中心的主要技术参数,VMC750E加工中心主要技术参数（摘选）,箱体类零件 箱体类零件一般是指具有孔系和平面，内部有一定型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。如发动机缸体、变速箱体、机床的主轴箱等。如图所示的发动机缸体。箱体类零件一般都需要进行多工位孔系及平面加工，精度要求较高，特别是形状精度和位置精度要求严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪、攻螺纹等工序（或工步）加工，需要刀具较多。,加工中心主要加工对象,带复杂曲面的零件零件上的复杂曲面用加工中心加工时，与数控铣床加工基本是一样的，所不同的是加工中心刀具可以自动更换，工艺范围更宽，如图所示的叶轮,发动机缸体,整体叶轮,异形类零件 异形类零件是指外形不规则的零件，大都需要点、线、面多工位混合加工，如图所示的异形件。异形类零件的刚性一般较差，夹压变形难以控制，加工精度也难以保证，一般采用加工中心加工。用加工中心加工时，利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，通过采取合理的工艺措施，一次或二次装夹，即能完成多道工序或全部工序的加工内容。,盘、套、轴、板、壳体类零件 带有键槽、径向孔或端面有分布的孔系及曲面的轴、盘或套类零件，如带法兰的轴套、带键槽或方头的轴类零件和各种壳体类零件等，适合在加工中心上加工。如图所示的壳体类零件和盘、套类零件。,异形件,盘、套类零件,壳体类零件,加工中心主要加工内容:,1）尺寸精度要求较高的表面；2）用数学模型描述的复杂曲线或曲面；3）难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔表面；4）零件上不同类型表面之间有较高的位置精度要求，更换机床加工时很难保证位置精度要求，必须在一次装夹中合并完成铣、钻、扩、镗、铰、锪或攻螺纹等多工序加工的表面。5）镜像对称加工的表面等。对于上述表面，可以先不要过多地去考虑生产率与经济上是否合理，而首先应考虑能不能把它们加工出来，要着重考虑可能性问题。只要有可能，都应把对其进行加工中心加工作为优选方案。,加工中心的选择,（1）加工中心类型的选择1）立式加工中心适用于只需单工位加工的零件，如各种平面凸轮、端盖、箱盖等板类零件和跨距较小的箱体等。2）卧式加工中心适用于加工两工位以上的工件或四周呈径向辐射状排列的孔系、面等。3）当工件的位置精度要求较高，如箱体、阀体、泵体等宜采用卧式加工中心，若采用卧式加工中心在一次装夹中不能完成多工位加工以保证位置精度要求时，则可选择立卧五面加工中心。4）当工件尺寸较大，一般立式加工中心的工作范围不足时，应选用龙门式加工中心，如机床的床身、立柱等。（2）加工中心规格的选择 选择加工中心的规格主要考虑工作台大小、坐标行程、坐标数量和主电机功率等。1）工作台规格的选择所选工作台台面应比零件稍大一些，以便安装夹具。,2）加工范围选择 加工范围选择应考虑加工中心各坐标行程。3）机床主轴功率及转矩选择 主轴电机功率反映了机床的切削效率和切削刚性。（3）加工中心精度的选择 根据零件关键部位的加工精度选择加工中心的精度等级。国产加工中心按精度分为普通型和精密型两种。下表列出了加工中心的几项关键精度。（4）加工中心功能的选择1）数控系统功能选择 2）坐标轴控制功能选择3）工作台自动分度功能选择（5）刀库容量选择（6）刀柄选择,资料二 零件图纸工艺分析,分析零件图纸技术要求,检查零件图的完整性和正确性,零件的结构工艺性分析,分析加工中心零件图纸技术要求时，主要考虑如下方面：1各加工表面的尺寸精度要求；2各加工表面的几何形状精度要求；3各加工表面之间的相互位置精度要求；4各加工表面粗糙度要求以及表面质量方面的其他要求；5热处理要求及其他要求。,分析零件图纸技术要求,首先，要根据零件在产品中的功能，研究分析零件与部件或产品的关系，从而认识零件的加工质量对整个产品加工质量的影响，并确定零件的关键加工部位和精度要求较高的加工表面等，认真分析上述各精度和技术要求是否合理。其次要考虑在加工中心上加工能否保证零件的各项精度和技术要求，进而具体考虑在哪一种机床上加工最为合理。,一方面要检查零件图是否正确，尺寸、公差和技术要求是否标注齐全；另一方面要特别注意准备在加工中心上加工的零件，其各个方向上的尺寸是否有一个统一的设计基准，从而简化编程，保证零件图的设计精度要求。当工件已确定在加工中心上加工后，如发现零件图中没有一个统一的设计基准，则应向设计部门提出，要求修改图样或考虑选择统一的工艺基准，计算转化各尺寸，并标注在工艺附图上。,检查零件图的完整性和正确性,在加工中心上加工的零件，其结构工艺性应具备以下几点要求：（1）零件的切削加工余量要小，以便减少加工中心的切削加工时间，降低零件的加工成本。（2）零件上光孔和螺纹的尺寸规格尽可能少，减少加工时钻头、铰刀及丝锥等刀具的数量，减少换刀时间，同时防止刀库容量不够。（3）零件加工尺寸规格尽量标准化，以便采用标准刀具。（4）零件加工表面应具有加工的可能性和方便性。（5）零件结构应具有足够的刚性，以减少夹紧变形和切削变形。表7-3中列出了部分零件的孔加工工艺性对比实例,零件的结构工艺性分析,资料三 拟定数控镗铣孔加工工艺路线,选择加工方法,划分加工阶段,划分加工工序,加工顺序安排,进给加工路线确定,选择加工方法,1平面、平面轮廓及曲面的加工方法 平面、平面轮廓及曲面的加工方法与项目五一样，不再赘述。2孔加工方法 孔加工方法比较多，有钻、扩、铰、镗和攻丝等。大直径孔还可采用圆弧插补方式进行铣削加工。孔的加工方式及所能达到的精度见表7-4。,加工中心加工零件典型表面为:平面、平面轮廓、曲面、孔系和螺纹等，所选加工方法要与零件的表面特征、所要求达到的精度及表面粗糙度相适应。,孔的具体加工方案可按下述方法确定：1）所有孔系一般先完成全部粗加工后，再进行精加工。2）毛坯上已铸出或锻出的孔（其直径通常在30mm以上），一般先在普通机床上进行荒加工，直径上留46mm的余量，再由加工中心按粗镗半精镗孔口倒角精镗的加工方案完成；有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后、精镗之前用圆弧插补方式铣削完成；孔径较大时可用键槽铣刀或立铣刀用圆弧插补方式通过粗铣精铣加工完成。3）对于直径小于30 mm的孔，毛坯上一般铸出或锻出无孔，需要在加工中心上完成其全部加工。为提高孔的位置精度，在钻孔前必须锪平孔口端面，并钻中心孔，即通常采用锪平面钻中心孔钻扩孔口倒角铰的加工方案；有同轴度要求的小孔，须采用锪平面钻中心孔钻半精镗孔口倒角精镗（或铰）的加工方案。孔口倒角安排在半精加工后、精加工前进行，以防孔内产生毛刺。4）在孔系加工中，先加工大孔，再加工小孔，特别是在大小孔相距很近的情况下，更要采取这一措施。,5）对于同轴孔系，若相距较近，用穿镗法加工；若跨距较大，应采用调头镗的方法加工，以缩短刀具的伸长，减小其长径比，提高加工质量。6）对于螺纹孔，要根据其孔径的大小选择不同的加工方式。直径在M6M20 mm之间的螺纹孔，一般在加工中心上用攻螺纹的方法加工；直径在M6 mm以下的螺纹，则只在加工中心上加工出底孔，再通过其它手段攻螺纹；直径在M20 mm以上的螺纹，一般采用镗刀镗削或采用铣螺纹。铣螺纹加工示例如图所示。,螺纹铣削具有如下优点：螺纹铣削免去了采用大量不同类型丝锥的必要性；可加工具有相同螺距的任意螺纹直径；加工始终产生的是短切屑，因此不存在切屑处置方面的问题；刀具破损的部分可以很容易地从零件中去除；不受加工材料限制，那些无法用传统方法加工的材料可以用螺纹铣刀进行加工；采用螺纹铣刀，可以按所需公差要求加工，螺纹尺寸是由加工循环控制的；与传统HSS(高速钢)攻丝相比，采用硬质合金螺纹铣削可以提高生产率。,在确定加工方法时，要注意孔系加工余量的大小。加工余量对零件的加工质量和生产效率及经济性有较大的影响。加工余量过小，会由于上道工序与加工中心工序的安装找正误差，不能保证切去金属表面的缺陷层而产生废品。如果加工余量过大，则浪费工时，增加工具损耗，浪费金属材料。确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下，尽量减少加工余量。最小加工余量应保证能将具有各种缺陷和误差的金属层切去，从而提高加工表面的精度和表面质量。,在具体确定工序间的加工余量时，应根据下列条件选择大小：1对最后的工序，加工余量应能保证得到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求；2考虑加工方法、设备的刚性以及零件可能发生的变形；3考虑零件热处理时引起的变形；4考虑被加工零件的大小，零件愈大，由于切削力、内应力引起的变形也会增加，因此要求加工余量也相应地大一些。,分析确定工序间加工余量的原则、数据很多出版物中有刊出。需指出的是国内外一切推荐数据，都要结合本单位工艺条件先试用，后得出结论。因为这些数据常常是在机床刚性、刃具、工件材质等理想状况下确定的。表7-5、表7-6列出了IT7、IT8级孔的加工方式及其工序间的加工余量，供选用时参考。,划分加工阶段,(1)加工质量要求较高的零件，采用加工中心加工时，应尽量将粗、精加工分两个阶段进行,以及时发现零件主要加工表面上毛坯存在的缺陷，及时采取措施，避免浪费更多的工时和费用。(2)若零件已经过粗加工，加工中心只完成最后的精加工，则不必划分加工阶段。(3)当零件的加工精度要求较高，在加工中心加工之前又没有进行过粗加工时，则应将粗、精加工分开进行，粗加工通常在普通机床上进行，在加工中心上只进行精加工。(4)对零件的加工精度要求不高，而毛坯质量较高、加工余量不大、生产批量又很小的零件，则可在加工中心上利用加工中心的良好冷却系统，把粗、精加工合并进行，完成加工工序的全部内容，但粗、精加工应划分成两道工序分别完成。,划分加工工序,划分加工工序方法与项目五一样，已查阅并熟悉。但加工中心加工工序划分后还要细分加工工步，设计加工中心工步时，主要从精度和效率两方面考虑。下面是加工中心加工工步设计的主要原则：1加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成，或全部加工表面按先粗，后半精、精加工分开进行。加工尺寸公差要求较高时，考虑零件尺寸、精度、零件刚性和变形等因素，可采用前者；加工位置公差要求较高时，采用后者；2对于既有铣面又有镗孔的零件应先铣后镗。按照这种方法划分工步，可以提高孔的加工精度,因为铣削时，切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。反之，如果先镗孔后铣面，则铣削时，必然在孔口产生飞边、毛刺，从而破坏孔的精度；,3当一个设计基准和孔加工的位置精度与机床定位精度、重复定位精度相接近时，采用相同设计基准集中加工的原则。4相同工位集中加工，应尽量按就近位置加工，以缩短刀具移动距离，减少空运行时间；5按所用刀具划分工步。如有些机床工作台回转时间较换刀时间短，在不影响加工精度的前提下，为减少换刀次数、空移时间、和不必要的定位误差，可以采取刀具集中工序加工；6对于同轴度要求很高的孔系，不能采取原则5。应该在一次定位后，通过顺序连续换刀，顺序连续加工完该同轴孔系的全部孔后，再加工其他坐标位置孔，以提高孔系同轴度；7在一次定位装夹中，尽可能完成所有能够加工的表面。,加工顺序安排,（1）在安排加工顺序时同样要遵循“基面先行”、“先面后孔”、“先主后次”及“先粗后精”的一般工艺原则。（2）在加工中心上加工零件，一般都有多个工步，使用多把刀具，加工顺序安排得是否合理，直接影响加工精度、加工效率、刀具数量和经济效益。（3）定位基准的选择是决定加工顺序的又一重要因素。半精加工和精加工的基准表面，应提前加工好。（4）在加工中心加工的工序前，安排有预加工工序的零件，加工中心工序的定位基准面可由普通机床完成。不安排预加工工序采用毛坯面作为定位基准的，要根据毛坯基准的精度，考虑加工中心工序的划分。必要时，要把加工中心的加工内容分几道或多道工序完成。,（5）无论在加工中心上加工之前有无预加工，零件毛坯加工余量一定要充分而且稳定。（6）在加工中心上加工零件，最难保证的尺寸，一是加工面与非加工面之间的尺寸，二是加工中心工序加工的面与预加工工序中普通机床加工面之间的尺寸。1）对前一种情况，即使是图样已注明的非加工面，也须在毛坯设计或型材选用时，在其确定的非加工面上增加适当的余量，以便在加工中心上加工时，保证非加工面与加工面之间的尺寸符合图样要求。2）对后一种情况，安排加工顺序时，要统筹考虑，最好在加工中心上一次定位装夹中完成预加工面在内的所有内容。,加工中心的进给加工路线分为孔加工进给加工路线和铣削进给加工路线，铣削进给加工路线加工平面、平面轮廓及曲面与项目五数控铣削加工一样，不再赘述。下面主要介绍加工中心的孔加工进给加工路线。加工中心加工孔时，一般首先将刀具在xy平面内迅速、准确运动到孔中心线位置，然后再沿z向运动进行加工。因此，孔加工进给路线的确定包括以下内容：1在xy平面内的进给路线。加工孔时，刀具在xy 平面内属点位运动，因此确定进给加工路线时主要考虑以下两点：1）定位要迅速。例如，加工图7-12(a)所示零件，图7-12(b)所示进给加工路线比图7-12(c)所示进给路线节省定位时间近一半。,进给加工路线确定,图7-12 最短进给路线设计示例,2）定位要准确 安排进给加工路线要避免引入机械进给传动系统的反向间隙。加工图示7-13(a)零件，图(b)的进给加工路线引入了机床进给传动系统的反向间隙，难以做到定位准确；图(c)是从同一方向趋近目标位置的，消除了机床传动系统反向间隙的误差，满足了定位准确，但非最短进给路线，没有满足定位迅速的要求。因此，在具体加工中应抓住主要矛盾，若按最短路线进给能保证位置精度，则取最短路线；反之，应取能保证定位准确的路线。,图7-13 准确定位进给路线设计示例,2z向（轴向）的进给路线。为缩短刀具的空行程时间，z 向的进给分快进和工进。刀具在开始加工前，要快速运动到距待加工表面一定距离的R平面上，然后才能以工作进给速度进行切削加工。图7-14(a)所示为加工单孔时刀具的进给加工路线。加工多孔时，为减少刀具空行程时间，切完前一个孔后，刀具只需退到R平面即可沿x、y坐标轴方向快速移动到下一孔位，其进给加工路线如图（b）所示。,图7-14 刀具Z向进给路线设计示例,在工作进给加工路线中，工作进给距离ZF包括被加工孔的深度H、刀具的切入距离Za和切出距离Z0（加工通孔），如图7-15所示。刀具切入、切出距离的经验数据见表7-7,图7-15工作进给距离计算图,3.钻螺纹底孔尺寸及钻孔深度的确定1）钻螺纹底孔尺寸的确定直径在M6M20 mm之间的螺纹孔，一般在加工中心上用攻螺纹的方法加工；直径在M6mm以下的螺纹，则只在加工中心上加工出底孔，然后通过其它手段攻螺纹。如图7-16所示，钻螺纹底孔时，一般螺纹底孔尺寸为 d=M-p式中：d为螺纹底孔直径，单位：mm；M为螺纹的公称直径，单位：mm；P为螺纹孔导程（螺距），单位：mm。图7-16 钻螺纹孔加工尺寸2）钻孔深度的确定螺纹为通孔时，螺纹底孔则钻通，不存在计算确定钻孔深度的问题。螺纹为盲孔时，钻孔深度按下式计算：H=H2+L1+L2+L3 H1=H2+L1+L2,式中：H为螺纹底孔编程的实际钻孔深度（含钻头118钻尖高度），单位：mm；H2为丝锥攻螺纹的有效深度，单位：mm；L1为丝锥的倒锥长度，丝锥倒锥一般有3个导程（螺距）长度，故L1=3P，单位：mm；L2为确保足够容屑空间而增加钻孔深度的裕量，一般为23 mm。根据计算公式计算的盲孔实际钻孔深度是否会钻破（穿）及按公式计算的实际钻孔深度是否会影响工件的强度、刚度或使用功能确定，盲孔会钻破（穿）及影响工件的强度、刚度或使用功能的L2取小值，也可再取小一些；反之L2则取大值，或再大一些；L3为钻头的钻尖高度，一般钻头的钻尖角度为118，为便于计算，钻头钻尖角度常近似按120计算，根据三角函数即可算出钻尖的高度；H1为钻孔的有效深度，单位：mm。,1.找正装夹方案 在加工中心上加工零件的找正装夹方案与项目五一样，不再赘述，下面主要介绍在加工中心上装夹零件的定位基准选择问题。（1）加工中心加工零件选择定位基准的基本要求在加工中心上加工零件选择定位基准时，要满足三个要求：1）所选基准应能保证工件定位准确，装卸方便、迅速，装夹可靠，夹具结构简单；2）所选基准与各加工部位间的各个尺寸计算简单；3）保证各项加工精度要求。（2）选择定位基准应遵循的原则1）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准，若零件加工面与其设计基准不在一次装夹中同时加工出来时，则设计基准与定位基准不重合会存在基准不重合误差。在制订零件的加工方案时，首先要按基准重合原则选择最佳的精基准来安排零件的加工路线。这就要求在最初,资料四 找正装夹方案及夹具选择,加工时，就要考虑以哪些面为精基准，把作为精基准的各面先加工出来，以保证各个工序加工表面相互之间的精度要求。2）当零件的定位基准与设计基准不能重合且加工面与其设计基准又不能在一次装夹中同时加工时，应认真分析装配图样，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。3）当在加工中心上无法同时完成包括设计基准在内的全部表面加工时，要考虑用所选基准定位后，一次装夹能够完成全部关键精度部位的加工。4）定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容。为此，需考虑便于各个表面都能被加工的定位方式。对箱体类工件加工，最好采用“一面两销（孔）”的定位方案，以便刀具对其他表面进行加工。若工件上没有合适的孔，可增加工艺孔进行定位。,5）批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合，以减少对刀误差。但在单件加工时（每加工一件对一次刀），工件坐标系原点和对刀基准的选择应主要考虑便于编程和测量，可不与定位基准重合。如图所示零件，在加工中心上单件加工425H7孔。425H7孔都以80H7孔为设计基准，编程原点应选在80H7孔中心上，加工时以80H7孔中心为对刀基准建立工件坐标系，而定位基准为A、B两面，定位基准与对刀基准和编程原点不重合，这样的加工方案同样能保证各项精度。但批量加工时，工件采用A、B面为定位基准，即使将编程原点选在80H7孔中心上并按80H7孔中心对刀，仍会产生基准不重合误差。因为再安装的工件的80H7孔中心的位置是变动的。,6）必须多次安装时应遵从基准统一原则。如图所示的铣头体，其中80H7、80K6、90K6、95H7、140H7孔及D-E孔两端面要在卧式加工中心上加工，且须经两次装夹才能完成上述孔和面的加工。第一次装夹加工80K6、90K6、80H7孔及D-E孔两端面；第二次装夹加工95H7及140H7孔。为保证孔与孔之间、孔与面之间的相互位置精度，应选用同一定位基准。根据该零件的具体结构及技术要求，显然应选A面和A面上两孔为定位基准。因此，前面工序中加工出A面及两个定位用的工艺孔216H6，两次装夹都以A面和216H6孔定位，可减少因定位基准转换而引起的定位误差。,（3）基准不重合时工序尺寸与公差的确定 加工中心加工时也存在定位基准与设计基准不重合，这时就必须通过更改设计（或更改尺寸标注）或通过计算确定工序尺寸与公差。图7-19（a）所示零件，1050.1尺寸的Ra0.8m两面均已在前面工序中加工完毕，在加工中心上只进行所有孔的加工。以A面定位时，由于高度方向没有统一基准，48H7孔和上面两个25H7孔与B面的尺寸是间接保证的，要保证32.50.1和52.50.04尺寸，须在上工序中对1050.1尺寸公差进行压缩。若改为图7-19（b）所示方式标注尺寸，各孔位置尺寸都以定位面A为基准，基准统一，且定位基准与设计基准重合，各个尺寸都容易保证。,图7-19 零件工序基准不重合时工序尺寸的确定,2夹具选择 在加工中心上加工工件的夹具除项目五介绍的数控夹具外,还有组合夹具、专用夹具、可调夹具和成组夹具。上述这些夹具在数控铣床也用，但相对使用的频率低一些。1组合夹具、专用夹具、可调夹具和成组夹具1）组合夹具 组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套结构已经标准化，尺寸已经规格化、系列化的通用元件、组合元件，根据工件的加工装夹需要，可组装成各种功用的夹具。组合夹具适用于数控加工、新产品的试制和中、小批量的生产。组合夹具有孔系组合夹具和槽系组合夹具，下图7-20所示为孔系组合夹具，图7-21为槽系组合夹具。,。,图7-20 孔系组合夹具组装示意图,2）专用夹具 专用夹具是指专为某一工件或类似几种工件加工而专门设计制造的夹具，主要用于固定产品的中大批量生产。一般用于批量较大，精度要求较高的关键性零件。专用夹具的夹紧机构一般采用气动或液压夹紧机构，能大大减轻工人的劳动强度和提高生产率。3）可调夹具 可调夹具是组合夹具和专用夹具的结合。可调夹具能克服以上两种夹具的不足，既能满足加工精度要求，又有一定的柔性。4）成组夹具 成组夹具是通过工艺分析，把形状相似、尺寸相近的各种零件进行分组编制成组工艺，然后把定位、夹紧和加工方法相同的或相似的零件集中起来，统筹考虑夹具的设计方案。对结构外形相似的零件，采用成组夹具，具有经济、装夹精度高等优点。,（2）夹具选择 加工中心夹具的选择要根据零件精度等级、结构特点、产品批量及机床精度等情况综合考虑。1）在单件生产或新产品试制时，应采用通用夹具、组合夹具和可调夹具，只有在通用夹具、组合夹具和可调夹具无法解决工件装夹时才考虑采用其他夹具；2）小批或成批生产时可考虑采用简单专用夹具；3）在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具或高效气动、液压等专用夹具；4）采用成组工艺时应使用成组夹具。,在加工中心和数控铣床上使用的刀具通常由刃具和刀柄两部分组成。刃具有面加工用的各种铣刀和孔加工用的钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀及丝锥等。刀柄要满足机床主轴的自动松开和夹紧定位，并能准确地安装各种切削刃具和适应换刀机械手的夹持等要求。各种铣刀及其选择在项目五数控铣削刀具和加工案例中已识别并选用，不再赘述，下面主要介绍刀柄和孔加工刀具及其选择。1加工中心刀具的基本要求（1）刀具应有较高的刚性 在加工中心上加工刀具的长度在满足使用要求的前提下尽可能短。（2）重复定位精度高 同一把刀具多次装入加工中心主轴锥孔时，切削刃的位置应重复不变。（3）切削刃相对于主轴的一个固定点的轴向和径向位置应能以快速简单的方法准确地预调到一个固定的几何尺寸。,资料五 刀具选择,2刀柄及其选择 刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具，因此刀柄要能满足机床主轴自动松开和拉紧定位、准确安装各种切削刃具、适应机械手的夹持和搬运、储存和识别刀库中各种刀具的要求。加工中心上一般都采用724圆锥刀柄，如图7-22所示。这类刀柄不自锁，换刀比较方便，比直柄刀具有较高的定心精度与刚度。加工中心刀柄已系列化和标准化，其锥柄部分和机械手抓拿部分都有相应的国际和国家标准。固定在刀柄尾部且与主轴内拉紧机构相适应的拉钉也已标准化，柄部及拉钉的有关尺寸可查阅相应标准。图7-23和图7-24所示分别是标准中规定的A型和B型两种拉钉。图7-25是常用的MAS403 BT标准拉钉。,图7-22 加工中心/数控铣床7:24圆锥工具柄部简图,图7-23 A型拉钉,图7-24 B型拉钉,图7-25 MAS403 BT标准拉钉,加工中心/数控铣床的刀柄（工具柄部）和拉钉标准很多：有BT、DIN、CAT、ANSI、JT、ISO等近十种，在选择刀柄时，应弄清楚选用的机床应配用符合哪个标准的工具柄部，且要求工具的柄部应与机床主轴孔的规格(40号、45号还是50号)相一致；工具柄部抓拿部位要能适应机械手的形态位置要求；拉钉也要与刀柄一样采用相同标准，拉钉的形状、尺寸要与主轴里的拉紧机构相匹配，如果拉钉选择不当，装在刀柄上使用可能会造成事故。（2）镗铣类工具系统 由于在加工中心上要适应多种形式零件不同部位的加工，故刀具装夹部分的结构、形式、尺寸也是多种多样的。把通用性较强的几种装夹工具（例如装夹铣刀、镗刀、铰刀、钻头和丝锥等）系列化、标准化就发展成为不同结构的镗铣类工具系统。镗铣类工具系统一般分为整体式结构和模块式结构两大类。,1）镗铣类整体式工具系统 镗铣类整体式工具系统把工具柄部和装夹刀具的工作部分做成一体。不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床主轴相连接的柄部。其优点是：结构简单，使用方便、可靠，更换迅速等。缺点是所用的刀柄规格品种和数量较多。图7-26为TSG工具系统图。表7-8为TSG工具系统的代码和含义。2）镗铣类模块式工具系统 把工具的柄部和工作部分分开，制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模块，每类模块中又分为若干小类和规格，然后用不同规格的中间模块，组装成不同用途、不同规格的模块式工具。这样既方便了制造，也方便了使用和保管，大大减少了用户的工具储备。目前，模块式工具系统已成为数控加工刀具发展的方向。图7-27为TMG工具系统图。,(3)常用刀柄 图7-28和图7-29是各种常用刀柄。,图7-28 常用刀柄,图7-29 常用刀柄,3孔加工刀具及其选择（1）钻孔刀具及其选择 钻孔刀具较多，有中心钻、普通麻花钻、可转位浅孔钻及扁钻等。应根据工件材料、加工尺寸及加工质量要求等合理选用。在加工中心上钻孔，大多是采用普通麻花钻。麻花钻有高速钢和硬质合金两种，它主要由工作部分和柄部组成。麻花钻工作部分包括切削部分和导向部分。根据柄部不同，麻花钻有莫氏锥柄和圆柱柄两种，如图7-30所示，有标准型和加长型，标准麻花钻的顶角2=118。在麻花钻上涂覆TiN涂层，钻头成金黄色，常被称为黄金钻头，如图7-31所示。钻削直径在2060mm、孔的深径比小于等于5的中等浅孔时，可选用可转位浅孔钻，如图7-32所示。对深径比大于5而小于100的深孔，因其加工中散热差，排屑困难，钻杆刚性差，易使刀具损坏和引起孔的轴线偏斜，影响加工精度和生产率，故应选用深孔刀具加工，如喷吸钻。,(a)莫氏锥柄麻花钻(b)圆柱柄麻花钻(c)切削部分 图7-30 麻花钻的组成,图7-31 涂覆TiN涂层的黄金钻头,图7-32 可转位浅孔钻,（2）扩孔刀具及其选择 扩孔多采用扩孔钻，也有采用镗刀扩孔的。标准扩孔钻一般有34条主切削刃，切削部分的材料为高速钢或硬质合金，结构形式有直柄式、锥柄式和套式等。在小批量生产时，常用麻花钻改制。扩孔直径较小时，可选用直柄式扩孔钻，扩孔直径中等时，可选用锥柄式扩孔钻，扩孔直径较大时，可选用套式扩孔钻。扩孔刀具如图所示。,（a）锥柄式高速钢扩孔钻（b）套式高速钢扩孔钻（c）套式硬质合金扩孔钻,扩孔直径在2060mm之间，并且机床刚性好、功率大时，可选用如图7-34所示的可转位扩孔钻。这种扩孔钻的两个可转位刀片的外刃位于同一个外圆直径上，并且刀片径向可作微量(0.1mm)调整，以控制扩孔直径。,图7-34 可转位扩孔钻,（3）镗孔刀具及其选择 镗孔所用刀具为镗刀。镗刀种类很多，按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。单刃镗刀刚性差，切削时容易引起振动，所以镗刀的主偏角选得较大，以减小径向力。镗铸铁孔或精镗时，一般取主偏角Kr=90；粗镗钢件孔时，取主偏角Kr=6075，以提高刀具的耐用度。所镗孔径的大小要靠调整刀具的悬伸长度来保证，调整麻烦，效率低，一般用于粗镗或单件小批生产零件的粗、精镗用。常用单刃镗刀如图所示。,a)通孔镗刀 b)阶梯孔镗刀 c)盲孔镗刀,在孔的精镗中，一般选用精镗微调镗刀。这种镗刀的径向尺寸可以在一定范围内进行微调，调节方便，且精度高，其结构如图所示。,微调镗刀,镗削大直径的孔可选用图示的双刃镗刀。这种镗刀头部可以在较大范围内进行调整，且调整方便。双刃镗刀的两端有一对对称的切削刃同时参加切削，与单刃镗刀相比，镗刀每转进给量可提高一倍左右，生产效率高，同时可消除切削力对镗杆的影响。,双刃镗刀,（4）铰孔刀具及其选择 加工中心上使用的铰刀多是通用标准铰刀。此外，还有机夹硬质合金刀片单刃铰刀和浮动铰刀等。通用标准铰刀各部分名称如图所示。通用标准铰刀有直柄、锥柄和套式三种。锥柄铰刀直径为10 32mm，直柄铰刀直径为 6 20mm，套式铰刀直径为 25 80mm。加工精度为IT8IT9级、表面粗糙度Ra为0.81.6m的孔时，多选用通用标准铰刀。加工IT5IT7级、表面粗糙度Ra为0.4 0.8m 的孔时，可采用机夹硬质合金刀片的单刃铰刀。铰削精度为IT6IT7级，表面祖糙度Ra为0.81.6m的大直径通孔时，可选用专为加工中心设计的浮动铰刀。下图7-39是常用机用铰刀。,图7-39 机用铰刀,标准铰刀有412齿，铰刀齿数除了与铰刀直径有关外，主要根据加工精度要求选择。齿数对加工表面粗糙度影响不大，齿数过多刀具制造麻烦，齿间容屑槽小，造成切屑堵塞和划伤孔壁使铰刀折断；齿数过少铰削时稳定性差，刀齿切削负荷增大，容易产生几何形状误差。铰刀齿数可参照下表选择。,（5）小孔径螺纹加工刀具及其选择 加工直径在M6M20 mm之间的螺纹孔，一般在加工中心上用攻螺纹的方法加工。丝锥的选择要点如下：工件材料的可加工性是攻螺纹难易的关键，对于高强度的工件材料，丝锥的前角和下凹量通常较小。下凹量较大的丝锥用在切削扭矩较大的场合；加工较硬的工件材料需要较大的后角，以减小磨擦和便于冷却液到达切削刃，加工软材料时，太大的后角会导致螺孔扩大；直槽丝锥一般用于通孔螺纹加工，螺旋槽丝锥主要用于盲孔的螺纹加工。加工硬度、强度高的工件材料，所用的螺旋槽丝锥螺旋角较小。丝锥的各部分名称如图7-40所示。图7-41是丝锥示例。加工中心/数控铣床攻螺纹必须采用具有浮动功能的攻螺纹夹头，切记。,图7-40丝锥的组成 图7-41 丝锥示例,（6）锪孔