CNC加工-基础知识

CNC加工

——基础知识——2019-8-18数控设备一、加工中心二、数控车床二、数控车床二、数控车床二、数控车床三、CNC数控设备选用数控铣床、加工中心选用根据被加工产品选用

每一种加工机床都有其最佳加工的典型零件，因此应根据加工零件的不同选择不同的数控机床根据机床的主参数选用在机床所有参数中，坐标轴的行程是主要的参数。最基本的是X、Y、Z三个坐标轴，这三个坐标轴的行程反映机床的加工能力刀库容量也是机床的主要参数。选择机床时，要根据被加工零件的工艺分析结果确定所需刀具数量。（立加一般24把左右；卧加可有30~125左右，标机选40左右较合适）。根据机床精度选用

要根据被加工零件关键部位加工精度要求来确定机床的精度等级。直线定位精度、重复定位精度、铣圆精度是评价数控机床精度的三个指标。通常情况下，普通数控铣床、加工中心的直线定位精度为±0.01mm全程，重复定位精度为±0.006mm，铣床圆精度为0.03~0.04mm。精密型加工中心直线定位精度为±0.005mm，重复定位精度为±0.002mm，铣圆精度为0.02mm三、CNC数控设备选用刀具系统二、数控加工刀具异形刀具刀柄系统刀柄系统-加工中心刀具配置图刀柄选择刀柄系统-锥柄形式7：24工具锥柄的刀柄系统占所有加工中心刀柄的80％以上；HSK工具系统能够提高系统的刚性和稳定性以及在高速加工时的产品精度,并缩短刀具更换的时间，在高速加工中发挥很重要的作用。刀柄系统-锥柄形式

大锥度7:24

DIN69871相对稳定性较低(会晃动)轴向精度低有限的径向精度不适合于高转速重量较大，换刀较慢应用广泛

空心短锥DIN69893高的静态及动态稳定性高的轴向及径向精度非常适合在高转速下使用，定心准确重量轻，易于换刀7：24工具系统HSK空心短圆锥工具系统7：24刀柄系统优缺点优点1、不自锁，可以实现快速装卸刀具；2、刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触3、7：24锥度的刀柄在制造时只要将锥角加工到高精度即可保证连接的精度，所以成本相应比较低，而且使用可靠。7：24刀柄系统优缺点缺点1、单独的锥面定位。

7：24锥度刀柄连接锥度较大，锥柄较长，锥体表面同时要起两个重要作用，即刀柄相对于主轴的精确定位以及实现刀柄夹紧。2、在高速旋转时，由于离心力的作用，主轴前端锥孔会发生膨胀，膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大，但是与之配合的7：24锥度刀柄由于是实心的所以膨胀量较小，因此总的锥度连接刚度会降低，在拉杆拉力的作用下，刀柄的轴向位移也会发生改变。每次换刀后刀柄的径向尺寸都会发生改变，存在着重复定位精度不稳定的问题。7：24刀柄系统特点主轴锥孔的“喇叭口”状扩张，还会引起刀柄及夹紧机构质心的偏离，从而影响主轴动平衡。轴向定位精度较低高速时产生径向膨胀

锥柄的质量和长度比较大支持外径比较小没有端面接触1.弹簧夹头刀柄功能：主要用于钻头、铣刀、丝锥等直柄刀具及工具的装夹。卡簧弹性变形量1mm

夹持范围:φ0.5~φ32弹簧夹套的精度在4D处跳动在20μm以内为A级（普通级）；在4D处跳动在10μm以内为AA级（精密级）；在4D处跳动在5μm以内为超级精密级；弹簧夹头的装夹钻夹头刀柄功能：主要用于夹紧直柄钻头，也可用于直柄铣刀、铰刀、丝锥的装夹。优缺点：夹持范围广，单款可夹持多种不同柄径的钻头，但由于夹紧力较小，夹紧精度低，所以常采用于直径在￠16以下的普通钻头夹紧。注意事项：夹紧时要用专用扳手夹紧，在加工时如受力过大，很容易造成三爪断裂。强力型刀柄功能：用于铣刀，铰刀等直柄刀具及工具的夹紧。优缺点：夹紧力比较大，夹紧精度较好，更换不同的筒夹来夹持不同柄径的铣刀，铰刀等。在加工过程中，强力型刀柄前端直径要比弹簧夹头刀柄大，容易产生干涉。精度:卡簧夹紧变形小，所夹持的刀具柄径公差在h6注意事项：1，使用时务必将刀柄内孔及卡簧擦干净，切误将油渍留于刀柄中。夹紧时不应使用加长棍，野蛮锁紧，以免损坏刀柄。

2，在加工过程中不要用柴油直接冲在刀柄上，这样很容易损坏刀柄。侧固式刀柄功能：适合装夹快速钻、铣刀、粗镗刀等削平刀柄刀具的装夹。优缺点：侧固式刀柄是夹持力度大，其结构简单，相对装夹原理也很简单。但通用性不好，每一种刀柄只能装同柄径的刀具。安装方法：将刀具置入刀柄内，将削平平面对准锁紧螺钉。平面铣刀柄功能：主要用于套式平面铣刀盘的装夹，采用中间心轴和两边定位键定位，端面内六角螺丝锁紧。注意事项：1，平面铣刀柄分为公制跟英制，选取时应了解铣刀盘内孔孔径。

2，在加工条件允许情况下，为提高刚性应尽量选取短一点。莫式刀柄分类：1，莫氏铣刀刀柄（MTB)2，莫式钻头刀柄(MTA)功能：MTA适合于安装莫氏有扁尾的钻头，铰刀及非标刀具。

MTB适合天安装莫氏无扁尾的铣刀各非标刀具。为了满足模具深型腔加工，MTB刀柄有加长型跟超长型。注意事项：使用前务必将锥孔内清洗干净,保证无油脂否则会影响磨擦力,导致刀具的“夹紧力”的下降.刀具不使用时应当及时将刀具卸下来,长时间处与拉紧状态可能会导致刀具无法拆卸的结果.丝攻刀柄功能：用于加工螺纹时的装夹，伸缩攻牙刀柄通过内部的保护机构可使前后收缩5mm，在丝锥过载停转时起到保护作用。注意事项：1，使用ER刚性攻牙筒夹。

2，选择ER刚性攻牙筒夹时必须确认好丝锥柄径和方头的心寸。也可以告知客户使用丝锥是什么标准。

3，锁紧时要用开口扳手夹住刀柄，使用另一只板手锁紧螺帽。不能野蛮锁紧。HSK空心短圆锥工具系统能够提高系统的刚性和稳定性以及在高速加工时的产品精度,并缩短刀具更换的时间；支持高速机械加工的运用；刀柄供应商正在不断地改进HSK工具系统,使其适应机床主轴转速达到60,000转/分；HSK工具系统正在被广泛用于航空航天、汽车、精密模具等制造工业之中。加热刀柄优点：动平衡好，适合于高速加工。重复定位精度高，一般在0.002mm以内。夹紧力大，支承好。径向跳动小，可达到0.002mm-0.005mm.抗污能力好。在加工中防干涉能力好。缺点：可换性差，每种规格刀柄只适安装一种柄径的刀具。注意事项：需配置一套加热设备。电磁诱导加热器油路刀柄功能：在没有中心出水的机床，通过刀柄内部机构将外部冷却转为中心内冷。（在没有中心出水机床上使用快速钻，为了能使铁屑能出来，就要将外冷转成内冷。）注意事项：安装前要确认刀柄中心到进油孔的距离。角度头功能：为了能在三轴的加工叫心实现第四轴的加工。工作原理：是通过机床主轴带动角度头内的齿轮运转传递力矩，从而实现角度转换。注意事项：安装原理跟油路刀柄一样。使用时应注意当机床正转时，角度头是反转的，机床反转时，角度头是正转的。数控刀片识别数控加工工艺数控加工的内容主要包括：分析图样、工件的定位与装夹、刀具的选择与安装、编制数控加工程序、试切削或试运行、数控加工、工件的验收与质量误差分析等质量方面的内容。数控加工工艺零件结构工艺性分析（1）零件图尺寸的正确率标注各图形的几何要素的相互关系要明确；各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。（2）保证基准统一在数控加工的图样上，最好以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。（3）零件各加工部位的结构工艺性零件的内腔与外形最好采用统一的几何类型和尺寸，可以减少刀具规格和换刀次数。由于刀尖r的影响，圆弧半径R不能取得过小；零件结构工艺性还一民R/H(H为零件轮廓的最大加工高度)的值有关，当R/H>0.2时，零件的工艺性较好（较图一外轮廓内凹圆弧），反之较差。三、数控加工工艺（3）零件各加工部位的结构工艺性铣削底平面时，槽底圆角半径r（图二）不能过大。圆角半径r越大，铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径d=D-2r(D为铣刀直径)越小，加工平面的能力就越差，工艺性也越差。分析零件的变形情况对于零件在数控铣加工过程中的变形问题，可在加工前采取适当的热处理工艺（如调质、退火等）来解决，也可采取粗、精加工分开或对称去余量等方法解决。毛坯结构工艺性对于毛坯的结构工艺性要求，首先应考虑毛坯的加工余量应充足和尽量均匀；其次应考虑毛坯在加工时定位与装夹的可靠性与方便性，以便在一次安装过程中加工出尽量多的表面。对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。三、数控加工工艺加工顺序的安排加工顺序安排原则基准先行原则用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装平夹误差就越小。先粗后精原则各个表面的加工顺序按照粗加工→半精加工→精加工→精密加工的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度值。先主后次原则零件的主要工作表面、装配基准面应先加工，从而及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。次要表面可穿插进行，放在主要加工表面加工到一定程度后，精加工之前进行。先面后孔原则对箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，这样安排加工顺序，一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔，孔的轴线不易偏斜。三、数控加工工艺数控加工的特点数控加工工艺内容要求详细而具体如：工艺中各工步的划分和安排，刀具的几何形状和尺寸、走刀路线、加工余量、切削余量、夹具型号、规格以及其它特殊要求的内容。数控加工工艺要求严密而精确数控机床虽然自动化程度高，但自适应差，如：攻螺纹，内孔已挤满切屑，它不知道要清理，必须工艺员精心考虑，否则会导致严重后果。因此在数学处理，计算编程量一定要准确无误。制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的数学计算，编程时必须要考虑零件的尺寸公差值和形位公差值。选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响。在数控系统已定的条件下，进给速度越快，则插补精度越低；插补精度越低，工件轮廓形状精度越差。三、数控加工工艺数控加工工艺的特殊要求机床刚性高，所配刀具好，→切削用量大→加工效率高↑。选择时要特别注意这些特点。功能复合程度高，工序集中→减少工序数→工序内容多，因此可以安排较复杂的工序。由于零件复杂，确定夹具、装夹时，特别要注意刀具与夹具、工件的干涉问题。三、数控加工工艺主轴转速的设定就遵循原则n=1000Vc/πDc刀具直径越大，为使每齿切削完全，设置主轴转速就越低。刀具直径越小，为保证刀具的刚性，设置主轴转速就越高。刀具材料越硬，为避免刀具刀齿受过慢速度影响，冲击刀具设置主轴转速应越高。切削材料塑性越大，如紫铜电极加工，主轴转速应越高。切削材料硬度越大，塑性韧性越小，主轴转速应越低。三、数控加工工艺进给速度Vf的确定原则当工件的加工质量要求能够得到保证时，为提高生产率，可选较高的进给速度。一般在300-1000mm/min范围内选取，刀具好的还可以更高。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选用较低的进给速度，一般在50-300mm/min范围内选取当被加工零件的加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小些。一般在20-150mm/min范围内选取刀具空行程时，特别是“远离”回零时，可选数控系统给定的最高速度。三、数控加工工艺背吃刀量ap的确定在刚度允许的情况下，应尽量选择背吃刀量等于工件的加工余量。为保证精度及粗糙度，一般应留一定的精加工余量。数控机床的加工余量可略小于普通机床。三、数控加工工艺数控加工编程珠内容与步骤分析零件图样：材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理。确定工艺流程。数值计算：几何尺寸、进给路线、工件坐标系。编写程序单。制备控制介质。程序校验和试切削三、数控加工工艺数控铣削加工种类典型的数控加工编程加工都包括：粗加工、精加工、清根加工三种模式以及实体仿真。刀具的轨迹生成控制方式主要包括：二维轮廓粗精加工、深孔钻削加工、平行或环形等高分层铣削、螺旋铣削、曲面流线、投影加工、曲面清根、放射加工等。铣削对象：平面类零件、变斜角类零件、空间曲面类零件。铣削方式：顺铣、逆铣。四、数控铣削加工四、数控铣削加工但在切削表面有硬层、积渣、切削面凹凸不平时，如加工锻件毛坯，应采用逆铣。顺铣功率消耗小，在同等条件下，顺铣功率消耗比逆铣低5%~10%，同时顺铣也更利于排屑。一般尽量采用顺铣，以降低被加工零件的表面粗糙度值，保证尺寸精度。铣削刀具的选择原则：根据被加工型面形状选择刀具：对于凹形表面，在半精加工和粗加工时，应选用球头铣刀，以得到较好的表面质量，但在粗加工时宜选择平底立铣刀或圆角立铣刀，这是因为球头铣刀的切削条件较差；对于凸形表面，粗加工时一般选用平底立铣刀或圆角立铣刀，但精加工时应选用圆角立铣刀，这是因为圆角立铣刀的几何条件比平底立铣刀好；对于带脱模斜度的侧面，宜选用锥度铣刀，虽然采用平底立铣刀通过插值也可加工斜面，但会增大加工路径而影响效率，同时也会加大刀具磨损而影响刀具寿命和加工质量。四、数控铣削加工根据从大到小的原则选用刀具：零件一般包含多个类型的曲面，因此在加工时一般不能选择一把刀具完成整个零件的加工。无论是粗加工还是精加工，尽可能选择大直径的刀具，因为刀具直径越小，加工路径就越长，造成加工效率降低，同时刀具磨损也会造成加工质量的明显差异。铣削刀具的选择原则：四、数控铣削加工根据加工型面曲率的大小选择刀具在精加工时，所用最小刀具的半径应小于或等于被加工零件的内轮廓圆角半径，尤其是在拐角加工时，应选用刀具半径小于拐角半径的刀具并以圆弧插补的方式进行加工，这样可以避免采用直线插补而出现过切现象。在粗加工时，考虑到尽可能用大直径的刀具的原则，一般选择刀具半径较大，这时而要考虑的是粗加工所留余量是否会给半精加工和精加工造成过大的刀削负荷，因为较大直径的刀具在零件轮廓拐角处会留下更多的余量，这往往在精加工过程中出现切削力的急剧变化而使刀具损坏或栽刀的直接原因。铣削刀具的选择原则：四、数控铣削加工粗加工时尽可能采用圆角立铣刀一方面圆角立铣刀在刀削过程中可以在刀刃与工件接触的0°~90°范围内给出连续切削力变化，这不仅对加工有利，而且会使刀具寿命大大延长。另一方面，在粗加工时选用圆角立铣刀，与球头立铣刀相比，具有良好的切削条件，与平底立铣刀相比，可以留下较为均布的精加工余量，这对后续加工十分有利。铣削刀具的选择原则：四、数控铣削加工数控车削分为：

区域车削、轮廓车削、凹槽车削、螺纹车削、孔加工。数控车削主要对象轮廓尺寸特别复杂或难以控制尺寸的回转零件；表面粗糙度、尺寸精度要求高的回转体零件；带特殊螺纹的回转体零件。五、数控车削加工数控车刀的种类种类：外圆车刀、外螺纹车刀、内圆车刀、内螺纹车刀、切断刀具、孔加工刀具（包含中心钻、镗刀、丝锥等）一般数控加工都选用机夹式车刀五、数控车削加工数控车刀的选择原则一次连续加工的表面尽可能多；在切削过程中刀具不能与工件轮廓发生干涉；有利于提高加工效率和加工表面质量；有合理的刀具强度和寿命。五、数控车削加工六、CNC加工调机要点一、安全操作：

所有的工具和机床如果使用不当或不小心都会造成事故。因为安全的工作方式总是最有效最正确的工作方式。无论是谁，在学习操作机床之前，都必须学习安全使用规则以及事故预防措施。许多事故都是由漫不经心的工作习惯导致的养成安全的工作习惯与遭受事故带来的一系列不良后果相比，要更容易、更聪明。安全问题关系到每个人，也是每个人的责任。二、工作中的安全问题在车间工作的人应该做：工作时，穿着干净整洁，并且佩戴相应的安全防护工