数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 第十五讲 一、备课教案 适用专业机械设计制造及其自动化 讲次 第十五讲 上课 时间 年月日节 第五章加工中心加工工艺 第一节加工中心加工工艺概述 加工中心加工的主要对象 掌握加工中心加工的主要对象和 一、加工中心加工工艺的基本特点 教学 加工中心加工工艺的主要内容： 解加工中心加工工艺的基本特点 三、加工中心加工工艺的主要内容 第二节加工中心加工工艺分析 提 纲 一、加工中心加工零件的工艺性分析 要求 加工中心加工工艺路线的拟定 掌握加工中心加工零件的工艺性 三、加工中心加工工序的设计 分析、加工中心加工工艺路线的 拟定原则和加工中心加工工序中 四、加工中心加工中的装刀与对刀 夹具、刀具、切削用量的选择 了解加工中心加工中的装刀与对 加工中心加工的主要对象 教学实施手段 效果记录 课堂讲授 重 加工中心加工工艺路线的拟定原 课堂讨论 则： 现场示教 加工中心加工工序中夹具、刀具 切削用量的选择。 小结讲评 难 加工中心加工零件的结构工艺性分 其 它 加工中心加工工艺路线的拟定原 点 则 教具 CAL,黑板 教 荐 徐宏海主编数控加工工艺北京：化 考 学工业出版社，2004 后 记 兰州交通大学机电工程学院
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 1 第十五讲 一、备课教案 适用专业 机械设计制造及其自动化 讲次 第十五讲 上课 时间 年 月 日 节 教 学 内 容 提 纲 及 要 求 第五章 加工中心加工工艺 第一节 加工中心加工工艺概述 一、加工中心加工的主要对象 掌握加工中心加工的主要对象和 加工中心加工工艺的主要内容；了 解加工中心加工工艺的基本特点 二、加工中心加工工艺的基本特点 三、加工中心加工工艺的主要内容 第二节 加工中心加工工艺分析 一、加工中心加工零件的工艺性分析 掌握加工中心加工零件的工艺性 分析、加工中心加工工艺路线的 拟定原则和加工中心加工工序中 夹具、刀具、切削用量的选择； 了解加工中心加工中的装刀与对 刀 二、加工中心加工工艺路线的拟定 三、加工中心加工工序的设计 四、加工中心加工中的装刀与对刀 重 点 加工中心加工的主要对象； 加工中心加工工艺的主要内容； 加工中心加工零件的结构工艺性分 析； 加工中心加工工艺路线的拟定原 则； 加工中心加工工序中夹具、刀具、 切削用量的选择。 教学实施手段 效果记录 课堂讲授 √ 课堂讨论 √ 现场示教 小结讲评 难 点 加工中心加工零件的结构工艺性分 析； 加工中心加工工艺路线的拟定原 则。 其 它 教具 CAI，黑板 推 荐 参 考 书 徐宏海主编.数控加工工艺.北京:化 学工业出版社,2004 教 学 后 记
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 二、讲稿 第四章加工中心加工工艺 第一节加工中心加工工艺概述 5.1.1加工中心的工艺特点 加工中心是一种功能较全的数控机床，它集铣削、钻削、铰削、镗削、攻螺纹和切螺纹于一身， 使其具有多种工艺手段，综合加工能力较强。与普通机床加工相比，加工中心具有许多显著的工艺 特点。详述如下。 的装夹次数 大所环 消除因多次装夹带来的定位误差，提高加工精度 当零件各加工 差， 保证 立的位置精 。 加工出 能 有 省大悬 专用和通用工艺装名 降低生 成本 ②可减少机床数量，并相应减少操作工人 节省占用的车间面积。 ③可减少周转次数和运输工作量，缩短生产周期。 ④在制品数量少，简化生产调度和管理。 ⑤使用各种刀具进行多种工序集中加工，在进行工艺设计时要处理好刀具再换刀及加工时与工 件、夹具甚至机床相关部位的干涉问题。 夹具既要能适应粗加工时切削力大、高刚度、夹 又需适应精加 度高 零件加紧变形尽可能小的要求。 设置支 尽 式加工 心能 悬臂加 句题。 心是平用白动 ⑧名工序的集中加工， 要及时处理切屑。 ⑨再将毛胚加工成成品的过程中，零件不能进行时效，内应力难以消除 ⑩技术复杂，对使用 维修、管理要求较高，要操作者有较高的技术水平 ①加工中心一次性投资大，还需配置其他辅助装置，如刀具预调设备、数控工具系统或三坐标 测量机等，机床的加工工时费用高，如果零件选择不当，会增加加工成本。 5.1.2加工中心的主要加工对象 鉴于加工中心的上述工艺特点，加工户中心适用于复杂、工序多、精度要求较高、需要多种类型普 通机床和众多道具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的零件。其主要加工对象有以下几类。 (1) 既有平面又有孔系的零件 一次安装中，可以成零件上平面的铁制、孔系的钻、童到 次装夹可以完成处险 子面 板类零件 一是既有平面又有孔角零氏如箱体类件和真，脑安防，在长，，高向十有一— 定比例的零件（见图5-1）。这类零件在机床、汽车、飞机等行业用得较多，如汽车的发动机缸体、 变速箱体、机床的床头箱、主轴箱、柴油机缸体以及齿轮泵壳体等。 第体卖零背数费要送行孔系、轮底、平面的多供位上公差卖绿别是形公花要款 为严格，通常是要经过铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等工序，使用的刀具、工装较多，在普通机床上 兰州交通大学机电工程学院
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 2 二、讲稿 第四章 加工中心加工工艺 第一节 加工中心加工工艺概述 5.1.1 加工中心的工艺特点 加工中心是一种功能较全的数控机床，它集铣削、钻削、铰削、镗削、攻螺纹和切螺纹于一身， 使其具有多种工艺手段，综合加工能力较强。与普通机床加工相比，加工中心具有许多显著的工艺 特点。详述如下。 ① 可减少工件的装夹次数，消除因多次装夹带来的定位误差，提高加工精度。当零件各加工部 位的位置精度要求较高时，采用加工中心加工能在一次装夹中将各个部位加工出来，避免了工件多 次装夹所带来的定位误差，有利于保证各加工部位的位置精度要求。同时，加工中心采用半闭环， 甚至全闭环的位置补偿功能，有较高的定位精度和重复定位精度。另外，采用加工中心加工，还可 减少装卸工件的辅助时间，节省大量的专用和通用工艺装备，降低生产成本。 ② 可减少机床数量，并相应减少操作工人，节省占用的车间面积。 ③ 可减少周转次数和运输工作量，缩短生产周期。 ④ 在制品数量少，简化生产调度和管理。 ⑤ 使用各种刀具进行多种工序集中加工，在进行工艺设计时要处理好刀具再换刀及加工时与工 件、夹具甚至机床相关部位的干涉问题。 ⑥ 若在加工中心上连续进行粗加工和精加工，夹具既要能适应粗加工时切削力大、高刚度、夹 紧力大的要求，又需适应精加工是定位精度高，零件加紧变形尽可能小的要求。 ⑦ 由于采用自动换刀和自动回转工作台进行多工位加工，决定了卧式加工中心能进行悬臂加 工。由于不能再加工中心中设置支架等辅助装置，应尽量使用刚度好的道具，并解决刀具的振动和 稳定性问题。另外，由于加工中心是采用自动换刀来实现工序或工步集中的，因此受刀库、机械手 的限制，刀具的直径、长度、重量一般都不允许超过机床的说明书所规定的范围。 ⑧ 多工序的集中加工，要及时处理切屑。 ⑨ 再将毛胚加工成成品的过程中，零件不能进行时效，内应力难以消除。 ⑩ 技术复杂，对使用、维修、管理要求较高，要操作者有较高的技术水平。 ⑪ 加工中心一次性投资大，还需配置其他辅助装置，如刀具预调设备、数控工具系统或三坐标 测量机等，机床的加工工时费用高，如果零件选择不当，会增加加工成本。 5.1.2 加工中心的主要加工对象 鉴于加工中心的上述工艺特点，加工户中心适用于复杂、工序多、精度要求较高、需要多种类型普 通机床和众多道具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的零件。其主要加工对象有以下几类。 ⑴ 既有平面又有孔系的零件 加工中心具有自动换刀装置，在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削、孔系的钻削、镗削、 铰削、铣削及攻螺纹等多工步加工。加工的部位可以在一个平面上，也可以不在一个平面上。五面 体加工中心一次装夹可以完成处除安装及面以外的五个面的加工。因此，加工中心的首选加工对象 是既有平面又有孔的零件，如箱体类零件和盘、套、板类零件。 ① 箱体类零件 一般是指具有多个孔系的零件，内部有型腔或空腔，在长、宽、高方向上有一 定比例的零件（见图 5-1）。这类零件在机床、汽车、飞机等行业用得较多，如汽车的发动机缸体、 变速箱体、机床的床头箱、主轴箱、柴油机缸体以及齿轮泵壳体等。 图 5-1 箱体零件 图 5-2 盘、套、板类零件 箱体类零件一般都需要进行孔系、轮廓、平面的多供位加工，公差要求特别是形位公差要求较 为严格，通常是要经过铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等工序，使用的刀具、工装较多，在普通机床上
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 需要多次装夹、找正，测量次数多，导致工艺复杂，加工时间长，成本高，更重要的是精度难以保 证。这类零件在加工中心上加工 ~次装夹可以完成普通机床60%一一95%的工序内容，零件各项精 度一致性好，质量稳定，同时可缩短生 周期，降低生产成本 ，可选立式加工中心 能元成日 一般选用卧式加工中心。当加工 ②盘、套、板类零件 是指带有健槽或径 孔，或端面有分布孔系以及有曲面的盘套或轴类 霜体配帆生：如市法兰的销金、带有镜痘或方实的端关平件等。具有锐多孔加工的板炎零作 端面有分布孔隙、曲面的盘、套、板类零件应选用立式加工中心，有径向孔的可选用卧式加 中心 (2)复杂曲面类零件 对于有复杂曲线、曲面组成的零件，如凸轮类、叶轮类和模具类零件，加工中心是加工这类零 件的最有效的设备。 ①凸轮类这类零件有各种曲线的盘形凸轮（见图53人、圆柱凸轮、圆锥凸轮和端面凸轮等， 加工时，可根据凸轮的表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴连动的加工中心。 ②整体叶轮类整体叶轮常见于航空发动机的压气机、空气压缩机、船帕水下推进器等，它除 如通道狭窄，刀具很容易与加工表面和怡 采用四轴上连动的加工中公 5- 5- ③模具类常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。图55所示为连杆及 其凹摸。采用加工中心交工模具，由于工序高度集中，动模、静模等关键件的精加工基本上是在 次安装中完成全部加工内容，尺寸累积误差及修配工作量小。同时，模具的可复制性强，互换性好 田现工过切或 JH- 果直件存在杂过或 工盲区（如整体叶轮等）， 就必须考虑采用四坐标 五坐标联的 @连杆 b)连杆凹棋 仅仅加工复杂曲面时并不能发挥加工牛心自动挨刀的优势，因为复杂曲面的加工一般经过粗铣、 (半)精铣、清根等步骤，所用的刀具较少，特别是像模具一类的单件加工。 (3)外型不规则零件 异性件是外形不规则的零件，大多数需要进行点、线、面多 混合加工，如支架、基座、样板、靠模支架等（见图56）。由于 件的外形不规则，刚性一般较差 哭紧及切变形难以制，加 度以保，因此在通机床上只能采取工序分散的原 多的 集中 的特点 亮成部牙全部肉容 一次或 周期性投产的零件 图56 兰州交通大学机电工程学院
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 3 需要多次装夹、找正，测量次数多，导致工艺复杂，加工时间长，成本高，更重要的是精度难以保 证。这类零件在加工中心上加工，一次装夹可以完成普通机床 60%——95%的工序内容，零件各项精 度一致性好，质量稳定，同时可缩短生产周期，降低生产成本。 当加工工序较多，工作台需多次旋转角度才能完成的零件时，一般选用卧式加工中心。当加工 的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。 ② 盘、套、板类零件 是指带有键槽或径向孔，或端面有分布孔系以及有曲面的盘套或轴类 零件（见图 5-2），如带法兰的轴套、带有键槽或方头的轴类零件等；具有较多孔加工的板类零件， 如各种电机盖等。 端面有分布孔隙、曲面的盘、套、板类零件应选用立式加工中心，有径向孔的可选用卧式加工 中心。 (2) 复杂曲面类零件 对于有复杂曲线、曲面组成的零件，如凸轮类、叶轮类和模具类零件，加工中心是加工这类零 件的最有效的设备。 ① 凸轮类 这类零件有各种曲线的盘形凸轮（见图 5-3）、圆柱凸轮、圆锥凸轮和端面凸轮等， 加工时，可根据凸轮的表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴连动的加工中心。 ② 整体叶轮类 整体叶轮常见于航空发动机的压气机、空气压缩机、船舶水下推进器等，它除 具有一般曲面加工特点外，还存在许多特殊的加工难点，如通道狭窄，刀具很容易与加工表面和临 近曲面发生干涉。图 5-4 所示的叶轮，它的叶片是一个典型的三维空间曲面，加工这样的型面，可 采用四轴以上连动的加工中心。 图 5-3 盘形凸轮 图 5-4 叶轮 ③ 模具类 常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。图 5-5 所示为连杆及 其凹摸。采用加工中心交工模具，由于工序高度集中，动模、静模等关键件的精加工基本上是在一 次安装中完成全部加工内容，尺寸累积误差及修配工作量小。同时，模具的可复制性强，互换性好。 对于复杂曲面类零件，就加工的可能性而言，在不出现加工过切或加工盲区时，复杂曲面一般 可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工，加工精度较高，但效率较低。如果工件存在加工过切或加 工盲区（如整体叶轮等），就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床。 图 5-5 连杆锻压模具 仅仅加工复杂曲面时并不能发挥加工中心自动换刀的优势，因为复杂曲面的加工一般经过粗铣、 （半）精铣、清根等步骤，所用的刀具较少，特别是像模具一类的单件加工。 （3） 外型不规则零件 异性件是外形不规则的零件，大多数需要进行点、线、面多 共 位 混合加工，如支架、基座、样板、靠模支架等（见图 5-6）。由于 异 性 件的外形不规则，刚性一般较差，夹紧及切削变形难以控制，加 工 精 度难以保证，因此在普通机床上只能采取工序分散的原则加工， 需 要 较多的工装，周期较长。这时可充分发挥加工中心工序集中，多 共 位 点、线、面混合加工的特点，采用合理的工艺措施，一次或二次 装夹， 完成大部分甚至全部加工内容。 （4） 周期性投产的零件 图 5-6 支架
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 用加工中心加工零件时，所需工时主婴包括基本时间和准备时间，其中准备时间占很大比例。 例如工艺准备、程序编制、零件首件试切等，这些时间往往是单件基本时间的几十倍。采用加工中 心可以将这些准备时间的内容储存起来，供以后反复使用。这样对周期性投产的零件，生产周期就 可以大大缩短。 加T精度要求高的中小 量零件 中心加 容易获得所 ) 产品试制中 在新产品定型之前，需经反复试验和改进。选择加工中心试制，可省去许多用通用机床加工所 需的试制工装。当零件被修改时，只需修改相应的程序及适当的调整夹具、刀具即可，节省了费用， 缩短了试制周期。 第二节加工中心加工工艺分析 5.2.1加工中心加工内容的选择 5.1节中分析了加工中心主要加工对象，选定适合加工中心加工的零件之后，需要进一步选择 确定适合加工中心加工的零件表面。通常选择下列表面。 ①尺寸精度要求较高的表面。 ②相互位置精度要求较高的表面。 ③不便于普通机床加工的复杂曲线，曲面。 ④能够集中加工的表面。 5.2.2加工中心加工零件的工艺性分析 零件的工艺性分析是制定加工中心加工工艺的首要工作。其任务是分析零件图的完整性、正确 分析专的工 艺性和定位基准的。其中，零件图的完整性、正确性和技术要求 兰州交通大学机电工程学院
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 4 用加工中心加工零件时，所需工时主要包括基本时间和准备时间，其中准备时间占很大比例。 例如工艺准备、程序编制、零件首件试切等，这些时间往往是单件基本时间的几十倍。采用加工中 心可以将这些准备时间的内容储存起来，供以后反复使用。这样对周期性投产的零件，生产周期就 可以大大缩短。 （5） 加工精度要求高的中小批量零件 针对加工中心加工精度高、尺寸稳定的特点，对加工精度要求较高的中小批量零件，选择加工 中心加工，容易获得所要求的尺寸精度和形状位置精度，并可得到很好的互换性。 （6） 新产品试制中的零件 在新产品定型之前，需经反复试验和改进。选择加工中心试制，可省去许多用通用机床加工所 需的试制工装。当零件被修改时，只需修改相应的程序及适当的调整夹具、刀具即可，节省了费用， 缩短了试制周期。 第二节 加工中心加工工艺分析 5.2.1 加工中心加工内容的选择 5.1 节中分析了加工中心主要加工对象，选定适合加工中心加工的零件之后，需要进一步选择 确定适合加工中心加工的零件表面。通常选择下列表面。 ① 尺寸精度要求较高的表面。 ② 相互位置精度要求较高的表面。 ③ 不便于普通机床加工的复杂曲线，曲面。 ④ 能够集中加工的表面。 5.2.2 加工中心加工零件的工艺性分析 零件的工艺性分析是制定加工中心加工工艺的首要工作。其任务是分析零件图的完整性、正确 性和技术要求，分析零件的结构工艺性和定位基准的。其中，零件图的完整性、正确性和技术要求 分析与数控铣削加工类似，这里不再赘述。 表 5-1 零件的孔加工工艺性对比实例
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 序号 A工艺性差的结构 B工艺性好的结构 说明 咄 A结构不便引进刀具】 难以实现孔的加工 B结构可避免估头 人和站出时因工件表瓜 倾斜而造成引偏或新损 T质最，还凝免了深孔 加工 的 A姑构不能采用标准 丝细或螺以 B结构孔径从一个方 向递减或从两个方向通 旺 ，便于加 B结构可该少深孔的 r B结构彩性好 )零件的分 从机械加工的角度考虑，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、铰刀及丝锥等工具的数量，以防 刀库容量不够。 。件尺果标准化的大保用能， 的力便 形和切削变形。 空件编减具现雅的艺买 定位基准的选样 兰州交通大学机电工程学院
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 5 ⑴ 零件的分析 从机械加工的角度考虑，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、铰刀及丝锥等工具的数量，以防 刀库容量不够。 ③ 零件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方便性和可能性。 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 5-1 中列举了部分零件的孔加工工艺性对比实例。 ⑵ 定位基准的选择
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 加工中心定位基准的选择，主婴有以下几方面。 ①尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。 2 一次装夹就能够完成全部关健精度部位的加工。为了避免精加工后的零件再经过多次非重 要的下加工，多次用转流成件变形，结碰划伤，在考能一次完成尽可能多的加工内容（如螺 好加工中心 己成的 安在最 完成尽可能 多加工内容。为使刀具对其 面两销 的定位方式 于各个表面都能被加工的定位方式， 最好采 面进发加 ④当零件的定位基准与设计基准难以重合时，应认真分析装配图纸，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。对于 带有自动测量功能的加工中心，可在工艺中安排坐标系测量检查工步，即每个零件加工前有程序自 动控制用测头检测设计基准，系统自动计算并修正坐标系，从而确保加工部位与设计基准间的几何 关系 .2.3加工中心加工工艺路线的拟定 ()加工方法的选择 在加工中心上可以采用铣削、钻削、扩削、较削、镗削和攻螺纹的加工方法，完成平面、平面 轮廓、曲面、曲面轮席、孔和螺纹等加工，所选加工方法要与零件的表面特征、所要达到的精度及 表面粗糙度相适应。 中o名超 孔加工方法比较多，有铁 加工。钻削、 方法奇。大轻还可采用圆插补方式进行 扩削、较削和筐削所能达到的精度和表面粗糙度见表 对于直径大子30m的已铸出或锻出的毛胚孔的加工，一般采用精管-半精镗-孔口倒角-精铠加 工方案：孔径较大时可采用立铣刀粗铣一精铣加工方案。有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后、精 镗之前铣削完成，也可采用镗刀进行单刀镗削，但镗削效率低。 对于直径小于30m无毛胚孔的孔加工，通常采用平端面-打中心孔-钻-扩-孔口倒角-较孔加] 方案：有同轴度要求的小孔，须采用平端面-打中心孔-钻-半精镗-孔口倒角-精镗加工方案。为提高 孔的倍置精度：在钻削王步前需安排平端面和打中心孔工步。孔口倒角安挂在半精加工之后、精加 之间的螺纹 a n- 通灵用缓纹的方法 片筐削加工」 2)加工阶段的划分 一般情况下，在加工中心上加工的零件己在其它机床上经过粗加工，加工中心只是完成最后的 精加工，所以不必划分加工阶段。但对加工质量要求较高的零件，若其主要表面在上加工中心前没 有经过粗加工 ,则应尽量将粗、带加工分开进行。使零件在粗加工后有一段自然时效过程，以消除 残余应力和恢复切削力、夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形，必要时还可以安装人工时 加工余量不 工映划分 加工中心通常按工序集中的原则划分工序，主要从精度效率两方面考虑，按照工序划分方法。 )加工顺序的安排 理想的加工工艺不仅应保证加工出图纸要求的合格工件，同时应能使加工中心机床的动能得到 合理应用与充分发挥。安排加工顺序时，主要遵循以下几方面原则。 ①同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成，或全部表面按先粗加工，然后半精 加工，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对于既要铣面又要镗孔的零件，如各种发动机箱体，可以先铣面后镗孔，这样可以提高孔 兰州交通大学机电工程学院
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 6 加工中心定位基准的选择，主要有以下几方面。 ① 尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。 ② 一次装夹就能够完成全部关键精度部位的加工。为了避免精加工后的零件再经过多次非重 要的尺寸加工，多次周转，造成零件变形、磕碰划伤，在考虑一次完成尽可能多的加工内容（如螺 孔、自由孔、倒角、非重要表面等）的同时，一般将加工中心上完成的工序安排在最后。 ③ 当在加工中心上既加工基准又完成各工位的加工时，其定位基准的选择需考虑完成尽可能 多加工内容。为此，要考虑便于各个表面都能被加工的定位方式，如对于箱体，最好采用一面两销 的定位方式，以便刀具对其它表面进行加工。 ④ 当零件的定位基准与设计基准难以重合时，应认真分析装配图纸，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。对于 带有自动测量功能的加工中心，可在工艺中安排坐标系测量检查工步，即每个零件加工前有程序自 动控制用测头检测设计基准，系统自动计算并修正坐标系，从而确保加工部位与设计基准间的几何 关系。 5.2.3 加工中心加工工艺路线的拟定 ⑴ 加工方法的选择 在加工中心上可以采用铣削、钻削、扩削、铰削、镗削和攻螺纹的加工方法，完成平面、平面 轮廓、曲面、曲面轮廓、孔和螺纹等加工，所选加工方法要与零件的表面特征、所要达到的精度及 表面粗糙度相适应。 平面、平面轮廓及曲面在镗铣类加工中心上只能采用铣削方式加工。粗铣平面，其尺寸精度可 达 IT12-IT14 级，表面粗糙度 Ra 可达 12.5-50um。粗、精铣面，其尺寸精度可达 IT7-IT9 级，表面 粗糙度 Ra 可达 1.6-3.2um。铣削方法选择见第六章。 孔加工方法比较多，有钻削、扩削、镗削和铰削等。大直径孔还可采用圆弧插补方式进行铣削 加工。钻削、扩削、铰削和镗削所能达到的精度和表面粗糙度见表 2-10。 对于直径大于 30mm 的已铸出或锻出的毛胚孔的加工，一般采用精镗-半精镗-孔口倒角-精镗加 工方案；孔径较大时可采用立铣刀粗铣-精铣加工方案。有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后、精 镗之前铣削完成，也可采用镗刀进行单刀镗削，但镗削效率低。 对于直径小于 30mm 无毛胚孔的孔加工，通常采用平端面-打中心孔-钻-扩-孔口倒角-铰孔加工 方案：有同轴度要求的小孔，须采用平端面-打中心孔-钻-半精镗-孔口倒角-精镗加工方案。为提高 孔的位置精度，在钻削工步前需安排平端面和打中心孔工步。孔口倒角安排在半精加工之后、精加 工之前，以防孔内产生毛刺。 螺纹加工根据孔径大小，一般情况下，直径在 M6-M20mm 之间的螺纹，通常采用攻螺纹的方法 加工。直径在 M6 以下的螺纹，在加工中心上完成底孔的加工，通常其它手段攻螺纹。因为在加工中 心上攻螺纹不能随即控制加工状态，小直径丝锥容易折断。直径在 M20mm 以上的螺纹，可采用镗刀 片镗削加工。 ⑵ 加工阶段的划分 一般情况下，在加工中心上加工的零件已在其它机床上经过粗加工，加工中心只是完成最后的 精加工，所以不必划分加工阶段。但对加工质量要求较高的零件，若其主要表面在上加工中心前没 有经过粗加工，则应尽量将粗、精加工分开进行。使零件在粗加工后有一段自然时效过程，以消除 残余应力和恢复切削力、夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形，必要时还可以安装人工时 效处理，最后通过精加工消除各种变形。 对加工要求不高，而毛胚质量较高、加工余量不大、生产批量很小的零件或新产品试制中的零 件，利用加工中心良好的冷却系统，可把粗、精加工合并进行。但粗、精加工映划分成两道工序分 别完成。粗加工用较大的夹紧力，精加工用较小的夹紧力。 ⑶ 加工工序的划分 加工中心通常按工序集中的原则划分工序，主要从精度效率两方面考虑，按照工序划分方法。 ⑷ 加工顺序的安排 理想的加工工艺不仅应保证加工出图纸要求的合格工件，同时应能使加工中心机床的动能得到 合理应用与充分发挥。安排加工顺序时，主要遵循以下几方面原则。 ① 同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成，或全部表面按先粗加工，然后半精 加工，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 对于既要铣面又要镗孔的零件，如各种发动机箱体，可以先铣面后镗孔，这样可以提高孔
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 的加工精度。铣削时，切例力较大，工件易发生变形。先铣面后筐孔，时其由一段时间恢复，可减 少变形对孔的影响。反之，如果先镗孔后铣面，则铣削时，必然在孔上产生飞边、毛刺，从而破坏 孔的精度。 工位集中加工， 应尽量按就近位置加 以缩短刀具移动距离 减少 空运行时间 空行 可比换 位都加 具集中 再换第把 相同的部 ⑤考虑到加工中存在重复定位误差，对于同轴度要求很高的孔系，就不能采取刀具集中原则， 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，在加工其它坐标 位置孔，以提高孔系同轴度。 ©在一次定位装夹中，尽可能完成所有能够加工的表面。 实际生产中，应根据具体情况，综合运用以原则，从而制定出较完善、合理的加工顺序。 5 加工 路线的确园 加工中心上刀的进给路线包括孔加工进给路线和洗加工进给路线。 孔加工时， 般是先将刀具在0平面内快速定位到孔中心线的位置上，然后再沿2向运动进 行 刀具在xO平面上的运动为点位运动，确定其进给路线时重要考虑：a.定位迅速，空行程路线 能时 的路在 平面快 分速移动 进给 面) 加工后续孔时， 刀具只要退回到R平面即可见图57b) 初始平面 初始平面 R平面 R平面 (回单孔加 R平面距工件表面的距离成为切入距离。加工通孔时，为保证全部深都加工到，应使刀具伸出 工件底面一段距离（切除距离）。切入切处距离的大小与工件表面状况与加工方式有关， 一般可取 2-5 ②铣削加工进给路线的确定 合路线包括切削进给和z向快速移动进给两种进给路线。 列进 铁开口不通槽 铣刀在2向 快速移动到位 不需T作进给「5-8《)1 铣削封闭槽（如键槽》时，铣刀需要有一切入距离乙 ,先快速移动到距工具加工表面一切 入距离乙，的位置上 R平面 然后以工作进给速度进给至铣制深度H见图5-8()】， c。铣削轮廊及通槽时，铣刀应有一段切出距离乙。，可直接快速移动到距工件表面乙，处[见图 5-8(c)]. 兰州交通大学机电工程学院 7
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 7 的加工精度。铣削时，切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔，时其由一段时间恢复，可减 少变形对孔的影响。反之，如果先镗孔后铣面，则铣削时，必然在孔上产生飞边、毛刺，从而破坏 孔的精度。 ③ 相同的工位集中加工，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。 ④ 某些机床工作台回转时间比换刀时间短，在不影响精度的前提下，为了较少换刀次数，减 少空行程，较少不必要的定位误差，可以采取刀具集中工序。也就是用同一把刀把零件上相同的部 位都加工完，再换第二把刀。 ⑤ 考虑到加工中存在重复定位误差，对于同轴度要求很高的孔系，就不能采取刀具集中原则， 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，在加工其它坐标 位置孔，以提高孔系同轴度。 ⑥ 在一次定位装夹中，尽可能完成所有能够加工的表面。 实际生产中，应根据具体情况，综合运用以原则，从而制定出较完善、合理的加工顺序。 ⑸ 加工路线的确定 加工中心上刀具的进给路线包括孔加工进给路线和铣削加工进给路线。 ① 孔加工进给路线的确定 孔加工时，一般是先将刀具在 xOy 平面内快速定位到孔中心线的位置上，然后再沿 z 向运动进 行加工。 刀具在 xOy 平面上的运动为点位运动，确定其进给路线时重要考虑：a.定位迅速，空行程路线 要短；b.定位准确，避免机械进给系统反向间隙对空位置精度的影响；c.当定位迅速与定位精确不 能同时满足时，若按最短进给路线进给能保证定位精度，则取最短路线。反之，应取能保证定位准 确的路线。 刀具在 z 向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。如图 5-7 所示，刀具先从初始 平面快速移动到 R 平面（距工件加工表面一切入距离的平面）上，为较少刀具空行程进给的时间， 加工后续孔时，刀具只要退回到 R 平面即可[见图 5-7（b）]。 图 5-7 孔加工时刀具 z 向进给路线示例 （实线为快速移动路线，虚线为工作进给路线） R 平面距工件表面的距离成为切入距离。加工通孔时，为保证全部深都加工到，应使刀具伸出 工件底面一段距离（切除距离）。切入切处距离的大小与工件表面状况与加工方式有关，一般可取 2—5mm。 ② 铣削加工进给路线的确定 铣削加工进给路线包括切削进给和 z 向快速移动进给两种进给路线。加工中心是在数控铣床的 基础上发展起来的，其加工工艺仍以数控铣加工为基础，因此铣削加工路线的选择原则对加工中心 同样适用，此处不再从复。Z 向快速移动进给常采用下列进给路线。 a． 铣削开口不通槽时，铣刀在 z 向可直接快速移动到位，不需工作进给[见图 5-8（a）]. b． 铣削封闭槽（如键槽）时，铣刀需要有一切入距离 Za ，先快速移动到距工具加工表面一切 入距离 Za 的位置上（R 平面），然后以工作进给速度进给至铣削深度 H[见图 5-8（b）]. c． 铣削轮廓及通槽时，铣刀应有一段切出距离 Z0 ，可直接快速移动到距工件表面 Z0 处[见图 5-8（c）]
数控技术及应用数案及讲高 下部分：数控加工工艺 (a) 5.2.4 加工中心加工工序的设计 5.2.4.1 夹具的选择 (1)夹具选择原则及方法 主要有以下几方面 机床特点 的夹 类型有专用夹具、组合夹具 可调 迭择顺 生产中透择 采用 用速 合夹只，其次考虑可调夹只，最后考虑成组夹具和专用夹只 装夹精度要求很高时， 可配置工件 统一基准定位装夹系统 ②加工中心的高柔性要求其夹具比普通机床结构更紧凑、简单，夹紧动作更迅速、准确，尽 量减少辅助时间，操作更方便、省力、安全，而且要保证足够的刚性，能灵活多变。因此常采用气 动、液压夹紧装置。 ③为保持工件在本次定位装夹中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要尽量散开 夹紧原件的空间位置能低则低，必须给刀具运动轨迹留有空间。夹具不能和各工步刀具轨迹发生干 涉。当箱体外部没有 合适的夹紧位置时，可以利用内部空间来安排夹紧装置 装夹程度，夹具在机床工作台上的安装 位置 自动换刀和交二作 位块是安装工件时使用的，在加工过程中，为满足前后左右各个工 ⑦尽量不要加工中途更换夹紧点。如必须更换加紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破 坏定位精度，必要还是应在工艺文件中注明。 (2)确定工件在机床工作台上的最佳位置 在卧式加 心上加工零件时，工作台要带着工件旋转，进行多工位加工，就要考虑零件在机 直，该位直是 佳备过程中 1们 中干涉情 优化匹 会造成机床超程，需要更换刀 式切，影响加 也增 见废品的 T时 弱点是刀具悬 距离己选择道具最佳的长度，提高工艺系统的刚性，从而保证加工精度。 5.2.4.2刀具的选择 加工中心使用的刀具由刃具和刀柄两部分组成。刃具部分和通用刃具一样，如钻头、铣刀、较 刀、丝锥等。加工中心有自动交换刀功能，刀柄要满足机床主轴自动松开和拉紧定位，并能准确的 安装各种切削刀具，适应机械手的加持和搬运，适应在刀库中储存和识别等要求。 (1) 对刀具的要求 的重要因素，对成本品贵的加工中心更要强调需要 中心 性和大 能够承受高 稳 同一批刀具 ,这就要求刀具必须具有 面不公 较大差异。在选择刀具材料 磨的立方氮化硼和金刚石刀具。 (2)刀具的种类 兰州交通大学机电工程学院 8
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 8 图 4-8 铣削加工时刀具 z 向进给路线 5.2.4 加工中心加工工序的设计 5.2.4.1 夹具的选择 （1） 夹具选择原则及方法 加工中心夹具的选择和使用，主要有以下几方面。 ① 根据加工中心机床特点和加工需要，目前常用的夹具类型有专用夹具、组合夹具、可调夹 具、成组夹具以及工件统一基准定位装夹系统。在选择时要考虑各种因素，选择较经济、较合理的 夹具形式。一般夹具的选择顺序是：在单件生产中尽可能采用通用夹具；在批量生产时优先考虑组 合夹具，其次考虑可调夹具，最后考虑成组夹具和专用夹具；当装夹精度要求很高时，可配置工件 统一基准定位装夹系统。 ② 加工中心的高柔性要求其夹具比普通机床结构更紧凑、简单，夹紧动作更迅速、准确，尽 量减少辅助时间，操作更方便、省力、安全，而且要保证足够的刚性，能灵活多变。因此常采用气 动、液压夹紧装置。 ③ 为保持工件在本次定位装夹中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要尽量敞开， 夹紧原件的空间位置能低则低，必须给刀具运动轨迹留有空间。夹具不能和各工步刀具轨迹发生干 涉。当箱体外部没有合适的夹紧位置时，可以利用内部空间来安排夹紧装置。 ④ 考虑机床主轴与工作台面之间的最小距离和刀具的装夹程度，夹具在机床工作台上的安装 位置应确保在主轴的行程范围内能使工件的加工内容全部完成。 ⑤ 自动换刀和交换工作台时不能与夹具或工件发生干涉。 ⑥ 有些时候，夹具上的定位块是安装工件时使用的，在加工过程中，为满足前后左右各个工 位的加工防止干涉，工件夹紧后即可拆去。对此，要考虑拆除定为元件后，工件定位精度的保持问 题。 ⑦ 尽量不要加工中途更换夹紧点。如必须更换加紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破 坏定位精度，必要还是应在工艺文件中注明。 （2） 确定工件在机床工作台上的最佳位置 在卧式加工中心上加工零件时，工作台要带着工件旋转，进行多工位加工，就要考虑零件在机 床工作台上的最佳位置，该位置是在技术准备过程中根据机床行程，考虑各种干涉情况，优化匹配 各部位刀具长度而确定的。如果考虑不周，将会造成机床超程，需要更换刀具，重新试切，影响加 工精度和加工效率，也增大了出现废品的可能性。 加工中心具有自动换刀功能决定了其最大的弱点是刀具悬臂式加工，在加工过程中不能设置镗 模、支架等。因此，在进行多工位零件的加工时，应综合计算各工位的加工表面到机床主轴端面的 距离已选择道具最佳的长度，提高工艺系统的刚性，从而保证加工精度。 5.2.4.2 刀具的选择 加工中心使用的刀具由刃具和刀柄两部分组成。刃具部分和通用刃具一样，如钻头、铣刀、铰 刀、丝锥等。加工中心有自动交换刀功能，刀柄要满足机床主轴自动松开和拉紧定位，并能准确的 安装各种切削刀具，适应机械手的加持和搬运，适应在刀库中储存和识别等要求。 （1） 对刀具的要求 刀具的正确选择和使用是决定零件加工质量的重要因素，对成本昂贵的加工中心更要强调需要 高性能刀具，充分发挥机床的效率，降低加工成本，提高加工精度。 为了提高生产率，国内外加工中心正向着高速、高刚性和大功率发展。这就要求刀具必须具有 能够承受高速切削和强力切削的功能，而且要稳定。同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面不得有 较大差异。在选择刀具材料时， 尽可能选用硬质合金刀具，精密镗孔等还可以选用性能更好、更耐 磨的立方氮化硼和金刚石刀具。 （2） 刀具的种类
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 加工中心加工内容的多样性决定了所使用刀具的种类很多，除铣刀以外，加工中心使用比较多 的是孔加工刀具，包括加工各种大小孔径的麻花钻、扩孔钻、较刀、镗刀、丝锥以及螺纹铣刀等（见 圆肌味可转式局类要寒这些礼加工刀月一极蒂柔用硬质合金材且有各种豫层，分为整体式 为水和快两大，和国机利网出家生来一未不保辰 整体式刀柄针对不同的刀具配备】 服了上述缺点，但对连接精度、刚度、强度等都有很高的要求 ①R弹簧夹头刀柄如图5一12所示，它采用R型卡簧，夹紧力不大，适用于夹持直径在16 毫米以下的铣刀。R型卡簧如图5-13所示。 ②强力夹头刀柄其外形与ER弹簧刀柄相似，但采用型卡簧，可以提供较大夹紧力，适用 于支持 量米以上直径的抚刀进厅强力洗到。M型卡黄如图5一14所 e) (机夹可转位硬质合金高迪 黄 品 绿 图5一10整体式刀柄 图511模块式刀柄 兰州交通大学机电工程学院
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 9 加工中心加工内容的多样性决定了所使用刀具的种类很多，除铣刀以外，加工中心使用比较多 的是孔加工刀具，包括加工各种大小孔径的麻花钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、丝锥以及螺纹铣刀等（见 图 5-9）。为了适应加工要求，这些孔加工刀具一般都采用硬质合金材料且有各种涂层，分为整体式 和机床可转位式两类。 （3） 刀柄 到并分为整体式和模块两类，如图 5-10 和 5-11 所示。 整体式刀柄针对不同的刀具配备，其品种、规格繁多，给生产、管理带来不便；模块是刀柄克 服了上述缺点，但对连接精度、刚度、强度等都有很高的要求。 ① ER 弹簧夹头刀柄 如图 5-12 所示，它采用 ER 型卡簧，夹紧力不大，适用于夹持直径在 16 毫米以下的铣刀。ER 型卡簧如图 5-13 所示。 ② 强力夹头刀柄 其外形与 ER 弹簧刀柄相似，但采用 KM 型卡簧，可以提供较大夹紧力，适用 于支持 16 毫米以上直径的铣刀进行强力铣削。KM 型卡簧如图 5-14 所示。 图 5-9 孔加工刀具 图 5-10 整体式刀柄 图 5-11 模块式刀柄
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 ③莫式维度夹图515所示”它适用莫式锥度刀杆的钻头、铣举】 ④侧固式刀柄如图5-16所示，它采用侧向加紧，适用于切削力大的加工，但一种尺寸的刀 具需对应配备一种刀柄，规格较多。 ⑤面铣刀刀柄如图5-17所示，与面铣刀刀盘配套使用。 开裤如图5一18所示， 整体式和分离式两种，用于装夹置轻毫米以下的中心 钻、直材 国增速刀柄如图5一21所示，当加上的刀速超过机床主轴的最高转速时，可以采用这种刀 柄将刀具转速增大4至5倍，扩大机床的加工范围。 ⑩转角刀柄如图522所示，除了使用回转工作台运行五面加工以外，还可以采用转角刀柄 达到同样的目的。转角一般有30°、45°、60°、90°等。 图5-21 增速刀柄 国522中心冷却刀柄 寸的确定 包括直径 和长度 兰州交通大学机电工程学院 0
数控技术及应用教案及讲稿 下部分：数控加工工艺 兰州交通大学机电工程学院 10 图 5-12 ER 弹簧夹头刀柄 图 5-13 ER 型卡簧 图 5-14 KM 型卡簧 ③ 莫式锥度刀柄 如图 5-15 所示，它适用于莫式锥度刀杆的钻头、铣刀等。 ④ 侧固式刀柄 如图 5-16 所示，它采用侧向加紧，适用于切削力大的加工，但一种尺寸的刀 具需对应配备一种刀柄，规格较多。 ⑤ 面铣刀刀柄 如图 5-17 所示，与面铣刀刀盘配套使用。 图 5-15 莫氏锥度刀柄 图 5-16 侧固式刀柄 图 5-17 面铣刀刀柄 ⑥ 钻夹头刀柄 如图 5-18 所示，他又整体式和分离式两种，用于装夹直径 13 毫米以下的中心 钻、直柄麻花钻等。 ⑦ 丝锥夹头刀柄 如图 5-19 所示，适用于自动攻丝式装夹丝锥，一般拥有切削力限制功能。 图 5-18 钻夹头刀柄 图 5-19 丝锥夹头刀柄 ⑧ 镗刀刀柄 如图 5-20 所示，适用于各种孔的镗削加工，有单刃、双刃及重切削等类型在孔 加工刀具中有较大的比重，是孔精加工的主要手段，其性能要求也较高。 图 5-20 镗刀刀柄 ⑨ 增速刀柄 如图 5-21 所示，当加工的刀速超过了机床主轴的最高转速时，可以采用这种刀 柄将刀具转速增大 4 至 5 倍，扩大机床的加工范围。 ⑩ 转角刀柄 如图 5-22 所示，除了使用回转工作台运行五面加工以外，还可以采用转角刀柄 达到同样的目的。转角一般有 30°、45°、60°、90°等。 图 5-21 增速刀柄 图 5-22 中心冷却刀柄 （4） 刀具尺寸的确定 刀具尺寸包括直径尺寸和长度尺寸。孔加工刀具的直径尺寸一般根据被加工孔直径确定，特别 是定尺寸刀具的直径，完全取决于被加工孔直径。而铣刀与立铣刀直径的选择在前面一章中已经述 及，此处不再重复。 在加工中心上，刀具长度一般是指主轴端面到刀尖的距离，其选择原则是：在满足各个部位加