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课题 3 数控铣削加工工艺分析. 3.1 零件图样的工艺分析 3.2 加工方法选择及加工方案的确定 3.3 工艺设计 3.4 零件安装与夹具选择 3.5 对刀点的确定 3.6 刀具的选择 3.7 切削用量的选择. 3.1 零件图样的工艺分析. 1 ）零件图样尺寸标注应符合编程的方便 2 ）零件轮廓结构的几何元素条件应充分 3 ）零件所要求的加工精度、尺寸公差应能否得到保证 4 ）零件内轮廓和外形轮廓的几何类型和尺寸是否统. 5 ）零件的工艺结构设计能否采用较大直径的刀具进行加工
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课题3 数控铣削加工工艺分析 • 3.1 零件图样的工艺分析 • 3.2 加工方法选择及加工方案的确定 • 3.3 工艺设计 • 3.4 零件安装与夹具选择 • 3.5 对刀点的确定 • 3.6 刀具的选择 • 3.7 切削用量的选择
3.1 零件图样的工艺分析 • 1）零件图样尺寸标注应符合编程的方便 • 2）零件轮廓结构的几何元素条件应充分 • 3）零件所要求的加工精度、尺寸公差应能否得到保证 • 4）零件内轮廓和外形轮廓的几何类型和尺寸是否统
5）零件的工艺结构设计能否采用较大直径的刀具进行加工5）零件的工艺结构设计能否采用较大直径的刀具进行加工 • 6）零件铣削面的槽底圆角半径或底板与缘板相交处的圆角半径r不宜太大 • 7）保证基准统一原则 • 8）考虑零件的变形情况
3.2 加工方法选择及加工方案的确定 • (1)机床的选择 • 平面轮廓零件的轮廓多由直线、圆弧和曲线组成，一般在两坐标联动的数控铣床上加工；具有三维曲面轮廓的零件，多采用三坐标或三坐标以上联动的数控铣床。 • (2)粗、精加工的选择 • 经粗铣的平面，尺寸精度可达IT11～IT13级（指两平面之间的尺寸），表面粗糙度（或Ｒａ值）可达6.3μm～25μm。 • 经粗、精铣的平面，尺寸精度可达IT8～IT10级，表面粗糙度Ｒａ值可达1.6μm～6.3μm。 • 1）加工方法选择
（3）孔的加工方法选择 • 1）加工精度为IT9级： • …… • 2) 加工精度为IT8级： • …… • 3）加工精度为IT7级： • …… • 4）孔精度要求较低且孔径较大时，可采用立铣刀粗铣→精铣加工方案。 • …… • 5）有同轴度要求的小孔，须采用饶平端面→打中心孔→钻→半精镗→孔口倒角→精镗（或 铰）加工方案。 ……
（4）螺纹的加工 • 直径在Ｍ５ｍｍ～Ｍ２０ｍｍ之间的螺纹，通常采用攻螺纹的方法加工。 • 直径在Ｍ６mm以下的螺纹，在数控机床上完成底孔加工后， 通过其他手段来完成攻螺纹。 • 直径在Ｍ２５mm以上的螺纹，可采用镗刀片镗削加工或采用圆弧插补（G02或G03）指令来完成。
综上： 加上方法的选择原则为：在保证加工表面精度和表面粗糙度要求的前提下，尽可能提高加工效率。 由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸和热处理要求全面考虑。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。
确定加工方案时，首先应根据主要表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法，即精加工的方法，再确定从毛坯到最终成形的加工方案。确定加工方案时，首先应根据主要表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法，即精加工的方法，再确定从毛坯到最终成形的加工方案。 • 2）加工方案确定
如图（3-2）所示，球头刀半径为R，零件曲面上曲率半径为ρ，行距为Ｓ，加工后曲面表面残留高度为Ｈ。则有：如图（3-2）所示，球头刀半径为R，零件曲面上曲率半径为ρ，行距为Ｓ，加工后曲面表面残留高度为Ｈ。则有： 式中，当被加工零件的曲面在ａb段内是凸的时候取“＋”号，是凹的时候取“-”号。
3.3 工艺设计 • 1)工序的划分 • 2)加工余量的选择 • 3)进给路线的确定
（1）按先面后孔的原则划分工序 1)工序的划分的方法 （2）按所用刀具划分工序 （3）按粗、精加工划分工序
（1） 工序间加工余量的选择原则 采用最小加工余量原则，以求缩短加工时间，降低零件的加工费用。 但是各个工序应有充分的加工余量，特别是最后的工序。 2)加工余量的选择
（2）在选择加工余量时，还应考虑的情况 • 由于零件的大小不同，切削力、内应力引起的变形也会有差异，工件大，变形增加，加工余量相应地应大一些。 • 零件热处理时引起变形，应适当增大加工余量。 • 加工方法、装夹方式和工艺装备的刚性可能引起的零件变形，过大的加工余量会由于切削力增大引起零件的变化。
（3）确定加工余量的方法 • 查表法： • 经验估算法： • 分析计算法
3)进给路线的确定 证零件的加工精度和表面质量，且效率要高。 尽可能加工路线最短，减少空行程时间和换刀次数，提高生产率。 减少零件的变形； 尽量使数值点计算方便，缩短编程工作时间。 合理选择铣削方式，以提高零件的加工质量。
合理选取刀具的起刀点、切入和切出点及刀具的切入和切出方式，保证刀具切入和切出的平稳性。合理选取刀具的起刀点、切入和切出点及刀具的切入和切出方式，保证刀具切入和切出的平稳性。 • 位置精度要求高的孔系零件的加工应避免机床反向间隙的带入而影响孔的位置精度； • 复杂曲面零件的加工应根据零件的实际形状、精度要求、加工效率等多种因素来确定是行切还是环切，是等距切削还是等高切削的加工路线等。 • 保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉。
3.4 零件安装与夹具选择 • 尽量选择通用夹具、组合夹具，能使零件一次装夹中完成全部加工面的加工，并尽可能使零件的定位基准与设计基准重合，以减少定位误差。一般在模具加工中采用平口虎钳或压板为多。 • 装夹迅速方便及定位准确，以减少辅助时间。 • 零件安装时，应注意夹紧力的作用点和方向，尽量使切削力的方向与夹紧力方向一致。 • 夹具应具备足够的强度和刚度，使零件在切削过程中切削平稳，保证零件的加工精度
3.5 对刀点的确定 • 对刀点，即程序的起点，是数控加工时刀具相对工件运动的起点。
在数控编程时对刀点选择应考虑以下几点： • 使不程序编程简单。 • 对刀点在数控机床上容易找正。 • 引起的加工误差最小。 • 加工过程中便于检查。 • 尽量于零件的设计基准或定位基准重合。应便于对刀点的坐标值的计算。 • 尽量使加工过程中进刀或退刀的路线最短，并便于换刀。
为了加工方便，一般选取工件编程原点为对刀点。为了加工方便，一般选取工件编程原点为对刀点。 • 对刀点不仅是程序的起点，往往也是程序的终点。 • 通常，采用绝对坐标系来检验对刀点距机床原点坐标值来检验对刀的精度。 • 对刀点找正的正确度直接影响加工精度，找正方法的选择根据零件几何形状和零件加工精度要求来确定。一般有些企业为了提高找正精度或减少找正时间，常采用光学或电子式寻边器来进行找正。
3.6 刀具的选择 • 数控加工刀具从结构上可分为： • 整体式； • 镶嵌式，它可以分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，又分为可转位和不转位两种； • 减振式，当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具； • 内冷式，切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部； • 特殊型式，如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。
数控加工刀具从制造所采用的材料上可分为： • 高速钢刀具； • 硬质合金刀具： • 陶瓷刀具； • 立方氮化硼刀具； • 金刚石刀具： • 涂层刀具
数控铣床常用刀具有： • 钻削刀具，分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等； • 镗削刀具，分粗镗、精镗等刀具： • 铣削刀具，分面铣、立铣、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀、成形铣刀等刀具。
3.7 切削用量的选择 切削用量包括：主轴转速、背吃刀量和侧吃刀量。 背吃刀量和侧吃刀量在数控加工中通常称为切削深度和切削宽度。 图（3-4） 铣削切削用量
选择切削用量的原则 • 粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本； • 半精加和精加时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。 • 具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，刀具切削参数，并结合实际经验而定。
1)切削深度ap 切削深度的选取 主要由加工余量和表面质量的要求决定的。原则上尽可能切削深度选大些，可以减少走刀次数，但也不能太大，否则会造成由于切削力过大而造成“闷车”或蹦刃现象。
①工件表面粗糙度值要求为Ra12.5μm～25μm时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分多次进给完成。①工件表面粗糙度值要求为Ra12.5μm～25μm时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分多次进给完成。 • ②工件表面粗糙度值要求为Ra3.2μm～12.5μm时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时切削深度或切削宽度选取同前。粗铣后留0.5mm～1.0mm余量，在半精铣时切除。 • ③工件表面粗糙度值要求为Ra0.8μm～3.2μm时，可分粗铣、半精铣、精铣3步进行。半精铣时切削深度或切削宽度取1.5mm～2mm：精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3mm～0.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5mm～lmm。
2）进给量 • 进给量有进给速度Vf、每转进给量f和每齿进给量fZ3种表示方法。 • 进给速度Vf是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm／min，在数控程序中的代码为F。 • 每转进给量f是铣刀每转一转，工件与铣刀的相对位移，单位为mm／r。 • 每齿进给量fZ是铣刀每转过一齿时，工件与铣刀的相对位移，单位为mm／z。 • 其3种进给量的关系为： Vf＝f·n=fZ·z·n ( 铣刀转速为n，铣刀齿数为z。)
3）主轴转速 • 主轴转速主要根据允许的切削速度确定， • 计算公式如下： • 其中：D刀具直径（mm）；v削速度（m/min）；为主轴转速（r/min）。
