数控加工工艺基础.ppt
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1、数控加工工艺学,第4章 数控加工工艺基础,4.1 数控加工工艺概述 4.2 数控加工工艺分析 4.3 数控加工工艺路线的拟定 4.4 数控加工工序设计 4.5 对刀点和换刀点的确定 4.6 数控加工工艺文件 4.7 数控编程数学基础 4.8 机械加工精度及表面质量,一、数控加工工艺的基本特点 与普通加工工艺相比,数控加工工艺有如下基本特点。 1加工工艺的内容十分具体 2工艺要求相当准确而严密 二、数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺主要包括以下内容: (1) 选择适合在数控机床上加工的零件,确定工序内容。 (2) 对零件图样进行分析,明确加工内容及技术要求。,4.1 数控加工工艺概述,(3)
2、确定零件的加工方案,拟定加工工艺路线。如划分工序,安排加工顺序等。 (4) 设计加工工序,如工步划分、工件的定位与夹具的选择、刀具的选择,切削用量的选择等。 (5) 处理特殊工艺问题,如对刀点、换刀点的选择、刀具补偿和走刀路线的确定等。 (6) 分配数控加工中的误差。 (7) 处理数控机床上部分工艺指令,编制工艺文件。,4.1 数控加工工艺概述,数控加工工艺分析主要包括3个方面的内容,即选择适合数控加工的零件、确定数控加工的内容和数控加工零件的工艺性分析。 一、选择适合数控加工的零件 数控加工的零件按适应程度分以下3类。 1最适应类 (1)形状复杂、加工精度高,用普通机床无法加工或虽能加工但质
3、量难以保证的零件。 (2)具有复杂曲线或曲面轮廓的零件。 (3)具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不敞开内腔的壳体或盒形零件。 (4)必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多道工序的零件。,4.2 数控加工工艺分析,2较适应类 (1)价值高且在普通机床上加工时极易受人为因素(如工人技术水平高低、情绪波动、体力强弱等)干扰的零件。 (2)在普通机床上加工时必须制造复杂的专用工装的零件。 (3)需要多次更改设计后才能定型的零件。 (4)在普通机床上加工需要作很长时间调整的零件。 (5)在普通机床上加工效率低、工人劳动强度大的零件。,4.2 数控加工工艺分析,3不适应类 (1)生产批量大(不排
4、除其中个别工序采用数控加工)。 (2)装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。 (3)加工余量极不稳定,且在数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。 (4)必须用特定工艺装备协调加工的零件。,4.2 数控加工工艺分析,二、确定数控加工的内容 判断一个零件中哪些工序最适合、最需要进行数控加工,一般可根据下列原则进行。 (1)是否为普通机床无法加工的内容。 (2)是否为普通机床难以加工、质量也难以保证的内容。 (3)是否为普通机床加工效率低、工人劳动强度大的内容。,4.2 数控加工工艺分析,相比之下,下列一些内容不宜采用数控加工。 (1)占机调整时间长的内容,如以毛坯粗基准定位
5、加工第一个精基准。 (2)加工部位分散,不能在一次安装中完成较多加工的内容。 (3)编程获取数据困难的型面、轮廓。 (4)加工余量大且不均匀的粗加工。,4.2 数控加工工艺分析,三、数控加工零件的工艺性分析 零件的工艺性分析是从加工制造的角度对零件进行分析,主要内容包括零件图的工艺性分析和零件结构工艺性分析两方面内容。 1零件图的工艺性分析 (1)零件图的完整性与正确性分析。 (2)尺寸标注分析。 (3)零件技术要求分析。 (4)零件材料分析。,4.2 数控加工工艺分析,2零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。采用数控加工时,必须注意
6、零件设计的合理性,必要时,还应在基本不改变零件性能的前提下,对零件的结构形状及尺寸进行修改,具体可参照以下几点。 (1)尽量工序集中,以充分发挥数控机床的特长,提高精度和效率。 (2)采用标准刀具、减少刀具规格与种类。 (3)减少机床调整,缩短辅助时间。 (4)利于减少编程工作量。 (5)利于减少加工劳动量。 (6)利于保证定位刚度和刀具刚度,以提高加工精度。,4.2 数控加工工艺分析,表4-1为对一些原始零件结构进行修改以适应数控加工的实例。,4.2 数控加工工艺分析,工艺路线的拟定是制定工艺规程的一项重要内容。其主要内容有选择定位基准、确定加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工
7、序等。 一、定位基准的选择 定位基准分为粗基准和精基准。以未加工过的表面进行定位的基准称为粗基准,以已加工过的表面进行定位的基准称为精基准。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,1粗基准的选择原则 工件加工的第一道工序的定位基准即粗基准,具体选择时应参考下列原则。 (1) 对于同时具有加工表面与不加工表面的工件,为了保证加工表面和不加工表面间的相互位置精度要求,应选择不加工表面为基准面。如果工件上有多个不加工面,则应选择其中与加工表面位置精度要求较高的表面作为粗基准。 (2) 对于具有较多加工表面的工件,选择粗基准时,应考虑合理分配各表面的加工余量。在分配余量时,应注意两点: 选择毛坯余量最小的表
8、面作为粗基准; 选择工件上重要的表面作为粗基准。 粗基准应避免重复使用。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,2精基准的选择原则 选择精基准的目的是使装夹方便可靠,以保证加工精度。具体遵循以下原则。 (1) 基准重合原则。 (2) 基准统一原则。 (3) 互为基准原则。 (4) 自为基准原则。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,二、加工方法的选择 1加工经济精度和经济粗糙度 所谓加工经济精度是指在正常加工条件下(采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人,不延长加工时间)所能保证的加工精度。而经济粗糙度是指在正常的加工条件上,所能保证的粗糙度值。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,表4-2表4
9、-4分别列出外圆、圆柱孔和平面3种典型表面的加工方法和各种加工方法所能达到的加工经济精度和经济粗糙度。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,2加工方法的选择 满足同样精度要求的加工方法有若干种,所以选择时还应考虑以下因素。 (1)所选择的加工方法能否达到零件精度的要求。 (2)零件材料的加工性能如何。 (3)生产率对加工方法有无特殊要求。 (4)本厂的工艺能力和现有加工设备的加工经济精度如何。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,三、加工阶段的划分 加工过程划分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工4个阶段。 (1)粗加工阶段。 粗加工阶段的主要任务是去除各表面的大部分余量。 (2)半精加工阶段。 半精
10、加工阶段的任务是达到一定的精度要求,留有一定的精加工余量,并为主要表面的精加工作准备。 (3)精加工阶段。 精加工阶段的任务是达到零件的全部技术要求(主要是保证主要表面的加工质量)。 (4)光整加工阶段。 其主要目的是提高尺寸精度、减小表面粗糙度。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,划分加工阶段的好处有以下几个方面。 (1)有利于保证加工质量。 (2)可以合理地使用设备。 (3)便于安排热处理工序。 (4)便于及时发现毛坯的缺陷。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,四、工序的划分 1工序的划分原则 工序的划分可采用工序集中原则和工序分散原则。 (1) 工序集中原则。工序集中原则是指使每道工序包括尽
11、可能多的内容,因而使总工序数减少。工序集中特点是工序数目少、工序内容复杂。 (2) 工序分散原则。工序分散原则是指将工件的加工分散在较多工序内进行,每道工序的加工内容很少。工序分散的特点是工序数目多,工序内容简单,4.3 数控加工工艺路线的拟定,2工序的划分方法 (1)按安装次数分。以一次安装所完成的那一部分加工作为一道工序。 (2)按所用刀具分。以同一把刀具完成的那一部分加工作为一道工序。 (3)按加工部位分。以完成相同型面的那一部分工艺过程作为一道工序。 (4)按粗、精加工分。即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序,精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。,4.3 数控加工工艺路线的
12、拟定,五、加工顺序的安排 1切削加工顺序的安排 (1)先加工基准面,再加工其他表面。 (2)先安排粗加工工序,后安排精加工工序。 (3)先加工主要表面,后加工次要表面。 (4)一般情况下,先加工平面,后加工孔。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,2热处理及表面处理工序的安排 为了改善切削性能而进行的热处理工序(如退火、正火、调质等),应安排在切削加工之前。 为了消除毛坯在制造和机械加工过程中产生的内应力而进行的热处理工序(如人工时效、退火、正火等),最好安排在粗加工之后,精加工之前。 对于一般铸件,常在精加工前或粗加工后安排一次时效处理;对于精度要求较高的零件,在半精加工后尚需再安排一次时效处理
13、. 对于一些刚性较差、精度要求极高的重要零件(如精密丝杠、主轴等),常常在每个加工阶段后都安排一次时效处理。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,3辅助工序的安排 辅助工序主要包括检验、去毛刺、倒棱、平衡、防锈和清洗等。其中检验工序是保证产品质量合格的关键工序之一,一般安排在粗加工全部结束后、精加工之前、重要工序之后、工件在不同车间之间转移前后和工件全部加工结束后。切削加工之后,应安排去毛刺处理。工件在进入装配之前,一般应安排清洗。 4数控加工工序与普通工序的衔接 数控加工工序前后一般都穿插有其他普通工序,若衔接不好就容易产生矛盾,影响加工过程。因此,最好的方法是建立相互状态要求,使各工序之间达到
14、相互满足加工需要,且质量目标及技术要求明确,交接验收有依据。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,一、加工余量的确定 1加工余量的概念 加工余量是指加工过程中,所切去的金属层厚度。加工余量有工序余量与加工总余量之分。每一道工序所切除的金属层厚度称为工序余量,其值等于前后工序基本尺寸之差。毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量。加工总余量和工序余量的关系可用下式表示:,4.4 数控加工工序设计,工序余量有标称余量(简称余量)、最大余量和最小余量的区别(如图4-1)。,4.4 数控加工工序设计,工序余量有标称余量(简称余量)、最大余量和最小余量的区别(如图4-1)。,图4-1 加工余量与工序公差的关
15、系,余量公差的大小等于本道工序尺寸公差与上道工序尺寸公差之和。即:,4.4 数控加工工序设计,2影响加工余量的因素 影响加工余量的因素有下列几种。 (1)前道工序加工后的表面上有微观的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Da,如图4-2(a)所示。 (2)前道工序的表面尺寸公差Ta。 本工序余量应包含上道工序的尺寸公差Ta。 (3)前道工序的相对位置尺寸公差a,如图4-2(a)所示。如直线度、同轴度、垂直度误差等。 (4)本工序加工时的安装误差。 包括定位误差、装夹误差及夹具本身的误差。如图4-2(b)所示。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-2 影响加工余量的因素,3确定加工余
16、量的方法 (1)经验估算法。经验估算法是根据经验确定加工余量的方法。 (2)查表修正法。查表修正法是以生产实践和试验研究积累的有关加工余量的资料数据为基础,并结合实际情况进行适当修正来确定加工余量的方法。 (3)分析计算法。分析计算法根据加工余量计算公式和一定的试验资料,通过计算确定加工余量的一种方法。,4.4 数控加工工序设计,此外,在确定加工余量时,还应注意以下几个问题。 (1)采用最小加工余量原则。 (2)余量充分且应包含热处理变形。 (3)大零件取大余量。 (4)总加工余量和工序余量要分别确定。,4.4 数控加工工序设计,二、工序尺寸及公差的确定 1工艺尺寸链的基本概念 (1)尺寸链的
17、定义。 在零件加工或装配过程中,由相互联系形成的封闭尺寸组称为尺寸链。如43所示。,4.4 数控加工工序设计,图4-3 零件加工过程中的尺寸链,(2)尺寸链的组成。按各尺寸在工艺尺寸链中的作用可分为环、封闭环、组成环、增环、减环和补偿环。 环。列入工艺尺寸链中的每一个尺寸称为工艺尺寸链的环。 封闭环。尺寸链中在加工过程最后间接获得的尺寸(环)称为封闭环。封闭环一般用字母加下标“0”表示。如图4-3中A0。 组成环。尺寸链中直接获得的并对封闭环有影响的全部环(即除封闭环以外的其他所有环)都称为组成环。如图4-3中A1和A2。 增环。尺寸链中的组成环。由于其变动引起封闭环同向变动,则该组成环为增环
18、。如图4-3中A1。 减环。尺寸链中的组成环。由于其变动引起封闭环反向变动,则该组成环为减环,如图4-3中A2。 补偿环。尺寸链中预先选定的某一组成环,可以通过改变其大小或位置,使封闭环达到规定的要求。,4.4 数控加工工序设计,在尺寸链图上,先给封闭环任一方向画出箭头,然后沿此方向环绕尺寸链回路。依次给每个组成环画出箭头,凡箭头方向与封闭环的箭头方向相同的为减环,箭头方向相反的为增环,如图4-4所示。,4.4 数控加工工序设计,图4-4 工艺尺寸链的组成及组成环增减性的判别,(3)尺寸链的特征。工艺尺寸链的主要特征是封闭性和关联性 封闭性。尺寸链中各尺寸首尾相接组成封闭的链环。 关联性。任何
19、一个直接保证的尺寸及其精度的变化,必将影响间接保证的尺寸及其精度,且彼此间具有特定的函数关系。 (4)尺寸链的建立。尺寸链的建立一般按照以下步骤。 封闭环的确定。 组成环的查找。 区分增减环。,4.4 数控加工工序设计,2尺寸链的计算公式 尺寸链的计算,是指计算封闭环与组成环的基本尺寸、公差及极限偏差之间的关系。计算方法分为极值法和概率(统计)法。极值法多用于环数少的尺寸链,概率(统计)法多用于环数多的尺寸链。目前生产中,一般采用极值法。 (1)封闭环的基本尺寸计算。 封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和。即:,4.4 数控加工工序设计,(2)极限尺寸的计算。
20、封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和。即: 封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和。即:,4.4 数控加工工序设计,(3)封闭环上下偏差的计算。 封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和;封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和,即:,4.4 数控加工工序设计,(4)封闭环的公差计算。封闭环的公差等于所有组成环公差之和。即:,4.4 数控加工工序设计,3尺寸链的计算形式 在尺寸链计算时,有以下3种情况: (1)正计算。已知各组成环尺寸、公差及极限偏差,求封闭环基本尺
21、寸、公差及极限偏差。 (2)反计算。已知封闭环的基本尺寸、公差和极限偏差,求各组成环的基本尺寸、公差和极限偏差。 (3)中间计算。已知封闭环和部分组成环的基本尺寸、公差及极限偏差,求其余组成环的基本尺寸、公差及极限偏差。,4.4 数控加工工序设计,4尺寸链的分析和计算 (1)基准重合时工序尺寸及公差的计算。在这种情况下,各工序的加工尺寸取决于各工序的加工余量,其公差则由该工序所采用的加工方法的经济精度决定。其计算顺序是先确定各工序余量的基本尺寸,再由后往前逐个工序推算,即由零件的设计尺寸开始,由最后一道工序开始向前推算,直至毛坯尺寸。,4.4 数控加工工序设计,解: 首先,通过查表和凭经验确定
22、毛坯总余量及其公差、工序余量以及工序的经济精度和公差值(表4-5),然后,计算工序基本尺寸,结果列于表4-5中。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,(2)基准不重合时工序尺寸及公差的计算。 零件的加工中,当加工表面的定位基准或测量基准与设计基准不重合时,就需要进行尺寸换算以求得其工序尺寸及公差。 定位基准与设计基准不重合时的工艺尺寸换算。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-5 定位基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算解,4.4 数控加工工序设计, 测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸换算。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-6
23、测量基准与设计基准不重合时的尺寸计算,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计, 中间工序的工序尺寸及其公差的求解计算。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-7 插键槽时工序尺寸的计算,4.4 数控加工工序设计,三、工件的定位基准与夹紧方案的确定 工件的定位基准与夹紧方案的确定,应遵循有关定位基准的选择与工件夹紧的基本要求。此外,还应注意以下几点: (1)力求设计基准、工艺基准与编程原点统一。 (2)尽量减少工件的装夹次数和辅助时间,即尽可能在工件的一次装夹中加工出工件上全部或大部分待加工表面。 (3)避免采用人工调整方案,以充分发挥数控机床的效能。 (4)对于
24、加工中心,工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工,要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。,4.4 数控加工工序设计,四、走刀路线和工步顺序的确定 确定走刀路线时应注意以下几点。 1保证零件的加工精度和表面粗糙度 对于数控铣削,顺铣优点多于逆铣,所以应尽量采取顺铣的走刀路线加工方案。 对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料的铣削,建议也采用顺铣加工。 零件毛坯为黑色金属锻件或铸件,则采取逆铣较为有利。 加工位置精度要求较高的孔系时,应特别注意安排孔的加工顺序。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-8 孔位置精度的保证,图4-8(a)所示零件上6个尺寸相同的孔,有两种走
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