数控技术第2章

1、第第2 2章章 数控加工工艺基础数控加工工艺基础2.1 2.1 机械加工工艺过程的基本概念机械加工工艺过程的基本概念o 采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。 工艺过程还可划分为：1工序工序 o 工人在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。 划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续，工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。例：例：表2-1 单件小批生产的工艺过程工序号工 序 内 容设 备1 车一端面，钻中心孔*；调头，车另一端面，钻中心孔车床I2 车大外圆及倒角；调头，车小外

2、圆、切槽及倒角车床II3铣键槽、去毛刺铣 床表2-2 大批大量生产的工艺过程工序号工 序 内 容设 备1铣两端面，钻两端中心孔*铣端面钻中心孔机床2 车大外圆及倒角车床 I3车小外圆、切槽及倒角车床II4铣键槽专用铣床 5去毛刺钳工台图21 阶梯轴讨论：讨论： 生产规模生产规模不同，工序不同，工序的划分不一的划分不一样。样。o 2安装安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序就称为安装。 3工步工步 在加工表面不变、加工工具不变、切削用量不变的条件下所连续完成的那分工序称为工步。 4走刀走刀 加工工具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为工作行程也常称为“进给”。 整个工艺过程由若干个工序组

3、成，每一个工序可包括一个工步或几个工步，每个工步通常包括一个走刀，也可包括几个走刀。 5工位工位 工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工，每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。图2-2 多工位加工 返回o生产纲领生产纲领 企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划，称生产纲领(年产量)。某零件的生产纲领(N，件年)可按下式计算 NQn（1+） （2-1）o式中 Q产品的生产纲领，(台年)； n每台产品中，该零件的数量； 该零件备品率()； 该零件的废品率()。 50000 5000 1000大量生产大量生产 500050000 5005000 3001000大批生产大批生产

4、 5005000 200500 100300中批生产中批生产 100500 202005100小批生产小批生产 100 205单件生产单件生产轻型机械轻型机械中型机械中型机械重型机械重型机械零件生产纲领（件零件生产纲领（件/年）年）生生 产产 类类 型型生产类型与生产纲领的关系生产类型与生产纲领的关系 生产类型及其工艺特征生产类型工艺过程特点单件生产单件生产成批生成批生产大量生产大量生产工件的互换性一般的配对制造，没有互换性，广泛用钳工修配大部分有互换性，少数用钳工修配全部有互换性。某些精度较高的配合件用分组选择装配法毛坯的加工方法及制作余量 铸件用木模手工造型；锻件用自由锻。毛坯精度低，加工

5、余量大部分铸件用金属模，部分锻件用模锻。毛坯精度中等，加工余量中等铸件广泛采用金属模机器造型，锻件广泛采用模锻，以及其它高生产率的毛坯制造方法。毛坯精度高，加工余量小机床设备通用机床，按机床种类及大小采用“机群式”排列。数控机床，高精、结构复杂件。部分通用机床和部分高生产率机床，按加工零件类别分工段排列广泛采用高生产率的专用机床自动机床。按流水线形式排列夹具多用标准附件，极少采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求广泛采用夹具，部分靠划线法达到精度要求广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求刀具与量具采用通用刀具和万能量具较多采用专用刀具及专用量具广泛采用高生产率刀具和量具对工人的要求需要

6、技术熟练的工人需要一定熟练程度的工人对操作工人的技术要求较低，对调整工人的技术要求较高工艺规程有简单的工艺路线卡有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程有详细的工艺规程 工件的装夹方法o1直接找正装夹 用划针和百分表或目测直接在机床上找正工件位置的装央方法。这种方法的生产率较低，用于单件小批生产中。2划线找正装夹 在毛坯上先划出中心线、对称线及待加工线，然后按照划好的线找正工件在机床上的位置，用在批量不大，形状复杂笨重的工件，或无法采用夹具装夹的工件。3专用夹具装夹 利用其上的定位元件和夹紧机构可以迅速、准确地装夹工件生产。获得工件尺寸精度的方法o1试切法 先试切很小部分加工表面，测量所得的尺寸

7、，调整刀具的位置，当尺寸达到要求后，再切削整个待加工表面。2定尺寸刀具法 用具有一定的尺寸精度的刀具(如铰刀、扩孔钻)来保证工件被加工部位的精度。3调整法 利用机床上的定程装置或对刀装置，使刀具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。4自动控制法 使用如数控装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。2.2 2.2 机床夹具概述机床夹具概述o 用以装夹工件(和引导刀具)的装置统称为夹具。 夹具通常由以下几部分组成：(1)定位元件：确定工件在夹具中正确位置。(2)夹紧装置：作用是将已经定位好了的工件压紧、夹牢。(3)对刀-导向元件：确定工件与刀具相对位置的正确性。(4)连接元件：确定夹具与机床工作

8、台或主铀的相互位置。(5)夹具体：它是连接夹具所有的元件和部件的基础件。(6)其它元件和装置：有些夹具采用分度装置、上下料装置、排屑装置、顶出器等。 图2-1铣键槽的铣床夹具 1-夹具体 2-V型块 3-偏心轮 4-压板 5-对刀块 6-定位键 应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”。2.2.2 工件在夹具中的定位1定位基本原理o六点定位原则 o 图2-2 未定位工件的六个自由度 其中有沿X、Y、Z轴的移动自由度和绕X、Y、Z轴的转动自由度。工件定位的实质是限制工件的自

9、由度。o 如果按图23所示设置六个固定点，长方体的三个面分别与这些点保持接触，长方体的六个自由度便都被限制。 用来限制工件自由度的固定点，称为定位支承点。六点定位原则是工件定位的基本法则。 图2-3 长方体定位时支承点的分布o工件的六个自由度都被限制的定位称为完全定位。o工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。o按照加工要求应限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位，欠定位是不能允许的。o工件的一个或几个自由度被重复限制的定位称为过定位。2典型定位方式和定位元件o(1)工件以平面为定位基准 常用支承钉或支承板作定位元件来实现定位。1)工件以未经机械加工的平面定位，常采用三

10、点定位方式。2)工件以已经机械加工的平面为定位基准平面时因其加工后误差较小，可以直接放在平面上定位。如图2-6支承板定位。3)工件以平面定位时用的定位元件通常称为支承件。o图2-7用3个支承钉作定位元件图2-7 支承钉定位A型B型图2-6 支承板定位 o(2)工件以外圆柱面定位: 1)工件在圆柱孔中定位时，定位件通常作成定位衬套形式，镶在夹具体上，有时也可在夹具体上直接作出定位孔。定位时把工件的定位基准面放入定位孔中即可实现定位。 2)用V形块定位。o 用V形块定位装卸工件方便，并且在垂直于对称面的方向上误差等于0，因此适用于加工对称件要求较高的工件。o o(3)工件以孔定位 有圆柱销定位或心

11、轴定位，锥销定位及自动定心装置。a) D10 18c) D18d)3.组合夹具o 组合夹具是在夹具完全模块化和标准化的基础上，由一整套预先制造好的标准元件和组件，针对不同工件对象迅速装配成各种专用夹具，这些夹具元件相互配合部分的尺寸具有完全互换性。o 夹具使用完毕后，再拆散元件的组件，可重复使用。图2-12 槽系组合夹具图2-13 孔槽系组合夹具2.3 2.3 工件表面加工方法简介工件表面加工方法简介2.3.1典型表面加工方法简介o1平面加工 常用有：刨、铣、磨和拉削。有些工件的端面也用车的方法。刨削、铣削和车削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削和拉削则用作平面的精加工。o 一般情况下，铣削

12、生产率高于刨削，在中批以上生产中多用铣削加工平面。平面磨削和拉削的加工质量比刨和铣都高生产批且较大时，平面常用磨削或拉削来精加工。常见的平面加工方案o2.外圆面的加工 常用的方法有车削和磨削。 磨削是精加工外表面的重要方法。随着科学技术的进步与生产的发展，零件的精度要求愈来愈高，磨削加工的比重还将继续增加。对于一般精度的外圆面，磨削是最终加工。对于精度要求高的如精密的主要外圆面还需要光整加工。外圆表面加工方案金刚车金刚车在高精度车床上用精细修研的金刚石车刀高速精车有色金属件,可使加工精度达到IT75,表面粗糙度为R0.040.01微米，这种车削称为镜面车削。如果在金刚石车刀的切削刃上修研出 0

13、.10.2微米的凹、凸形,则车削的表面会产生凹凸极微而排列整齐的条纹,在光的衍射作用下呈现锦缎般的光泽,可作为装饰性表面，这种车削称为虹面车削。 o 3孔加工 孔分为通孔、阶梯孔、不通孔、交叉孔等。通孔工艺性最好；o LD5的孔，称为深孔，若深孔精度要求较高、表面粗糙度值较小时，加工就很困难；o 阶梯孔的工艺性较差，孔径相差越大，其中最小孔径又很小时，则工艺性也差；o 相贯通的交叉孔的工艺性也较差；o 不通孔的工艺性最差;o D20mm的孔一般采用钻、扩、铰；o D20mm的孔采用钻、扩、镗或粗镗、半精镗、精镗加工；o 有些盘类的孔采用拉削加工;o 精度要求高的孔有时采用磨削加工。常用的孔加工

14、方案o金刚镗主要用于大批量生产的汽车、拖拉机等行业中，用于加工连杆轴瓦、活塞、油泵壳体等零件上的精密孔，在航空工业中也用于铝镁合金工件的加工。加工孔的圆度在3微米以内，表面粗糙度Ra0.630.08微米。 2.4 零件机械加工工艺规程2.4.1 制订工艺规程的步骤o1. 工艺规程是一切有关的生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。2制订工艺规程的步骤 (1)分析研究产品的装配图和零件图。 (2)确定毛坯。 (3)拟订工艺路线，选择定位基面。 (4)确定各工序所采用的设备。 (5)确定各工序所用的刀具、夹具等。 (6)确定各主要工序的技术要求及检验方法。 (7)确定各工序加工余量，计算工序尺

15、寸及公差。 (8)确定切削用量。 (9)确定工时定额。 (10)填写工艺文件。2.4.2 基准及其选择o1.基准的概念 基准就是零件上用来确定其它点、线、面的位置的那些点、线、面。(1)设计基准是在零件设计图上用来确定其它点、线、面的位置的基准。(2)工艺基准是加工及装配过程中使用的基准。它包括： 1)定位基准。 2)测量基准。 3)装配基准。 4)工序基准。2基准的选择原则o在第一道工序中，只能使用毛坯的表面来定位，这种定位基面称为粗基面(或毛面)。采用已经加工过的表面作为定位基面，这种定位基面称为精基面(或光面)。精基准的选择原则如下：o(1)基准重合原则 尽可能选用设计基准作为定位基准。

16、 o(2)基准统一原则 应尽可能选用统一的定位基推加工各表面，以保证表面间的位置精度。(3)互为基准、反复加工原则 比如，车床主轴支承轴颈与主轴锥孔的同轴度要求很高。人们常常采用互为基准、反复加工的方法来达到零件图的要求。(4)自为基准原则 有些精加工工序要求加工余量小而均匀，为保证加工质量和提高生产率，往往就以被加工面本身作为精基面。粗基准的选择原则如下：o1) 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，就应该选择该表面作为粗基面。当工件上有多个重要加工面都要保证余量均匀时，则应选余量最小的面为粗基面。图2-11 床身加工粗基准的两种方案比较2) 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之

17、间的位置要求，则应以不加工表面作为粗基面，如果工件上有好几个不加工表面，则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基面。图2-12 以不加工表面为粗基准o3) 应该选择毛坯制造中尺寸和位置比较可靠、平整光洁的表面作为粗基面，铸件上不应选择浇冒口的表面、分模面、有飞刺或夹砂的表面作粗基面。在锻件上不应选择有飞边的表面作粗基面。4) 粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。2.4.3 机械加工工艺路线的拟定2.加工阶段的划分o(1)粗加工阶段 在这一阶段中要切除大量的加工余量，因此主要问题是提高生产率，提早发现毛坯缺陷，消除内应力。(2)半精加工阶段 在这

18、一阶段中应为主要表面的精加工作好准备(达到一定加工精度，保证一定的加工余量)，并完成一些次要表面的加工(钻孔、攻螺纹、铣键槽等)，一般在热处理之前进行。(3)精加工阶段保证各主要表面达到图样规定的质量要求。(4)光整加工阶段 对于精度要求很高，表面祖糙度值要求很小(IT6及IT6以下，Ra0.2m)的零件，还要有光整加工。光整加工以提高尺寸精度和减小表面粗糙度值为主，一般不用来纠正形状精度和位置精度。3工序的集中与分散o 工序集中就是将工件的加工，集中在少数几道工序内完成。每道工序的加工内容较多，使用的机床尽可能少。o o 工序分散就是将工件的加工，分散在较多的工序内进行。每道工序的加工内容很

19、少，使用的加工机床种类相对较多。 o 工序集中一般使用结构复杂、自动化程度高的机床。o 工序分散一般选用普通机床、多工位生产线。4加工顺序的安排 (1)切削加工顺序的安排原则：o1)先基面后其它o 加工一开始，总是先把精基面加工出来。如果精基面不止一个按照基面转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基面和主要表面的加工。o2)先主后次o 先安排主要表面的加工，后安排次要表面加上。3)先粗后精o 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。4)先面后孔o 对于箱体、支架和连杆等工件应先加工平面后加工孔。因为平面定位稳定可靠。（2)热处理工序的安排o热处理主要用来改善切削性能及消除内

20、应力。一般可分为：1）预备热处理。o 安排在机械加工之前，以改善切削性能及消除内应力为主要目的。 o2)最终热处理。o 以达到图样规定的材料强度和硬度为主要目的，如调质、淬火等，应安排在半精加工之后，磨削加工之前。渗氮处理可以放在半精磨之后，精磨之前。3)去除内应力处理。o 一般安排在粗加工之后，精加工之前，如人工时效、退火。 另外，对于床身、立柱等铸件，常在粗加工前及粗加工后进行自然时效，以消除内应力。(3)辅助工序的安排o 检验工序是主要的辅助工序，它是监控产品质量的主要措施。除在每道工序的进行中操作者都必须自行检查外，还须在下列情况下安排单独的检验工序：1)粗加工阶段结束之后。2)重要工序之后。3)零件从一个车间转到另一个车间时。4)特种性能(磁力探伤、密封性等)检验之前。5)零件全部加工结束之后。除检验工序外，还要在相应的工序后安排去毛刺、倒棱边，去磁、清洗、涂防锈油等辅助工序。2.4.4 加工余量及工艺尺寸的确定1加工余量的确定o毛坯余量：毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差就称为加工总余量。o相邻两工序的工序尺寸之差，称为工序余量。o 对于外圆和孔等旋转表面而言，加工余量是从直径上考虑的，故称对称余量(双边余量)，实际所切除的金属的厚度是直径上的加工余量之半。平面的加工余量则是单边余量，它等于实际所切除的金属层厚度。