電子課件-機械制造工藝基礎(第七版)11第十一章數控加工與特種加工

1、113 特種加工31111 數控機床概述2112 數控加工工藝111 數控機床概述數控機床為高精度、高效率完成產品生產，特別是復雜型面零件的生產提供了自動加工手段 111 數控機床概述一、基本概念1數字控制借助數字、字符或其他符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進行可編程控制的自動化方法2數控技術用數字量及字符發(fā)出指令并實現自動控制的技術，已成為制造業(yè)實現自動化、柔性化、集成化生產的基礎技術 111 數控機床概述3數控系統(tǒng)采用數字控制技術的控制系統(tǒng)4計算機數控系統(tǒng)以計算機為核心的數控系統(tǒng) 111 數控機床概述5數控機床 按加工要求預先編制的程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出數字信息指令對工件進行加工

2、111 數控機床概述二、數控機床的組成 111 數控機床概述1控制介質將零件加工信息傳送到數控裝置去的程序載體閃存卡移動硬盤 U盤 111 數控機床概述2數控裝置（2）它接受控制介質上的數字化信息，經過控制軟件或邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床的各個運動部分，進行規(guī)定的、有序的運動一臺帶有專門系統(tǒng)軟件的專用計算機（1）它由輸入裝置（如鍵盤）、控制運算器和輸出裝置（如顯示器）等構成 111 數控機床概述3伺服系統(tǒng)由驅動裝置和執(zhí)行部件（如伺服電動機）組成，它是數控系統(tǒng)的執(zhí)行機構伺服電動機 驅動裝置 伺服系統(tǒng)的作用是把來自CNC的指令信號轉換為機床移動部件的運動，使工

3、作臺（或溜板）精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動 111 數控機床概述4機床主體 包括床身、主軸、進給機構等機械部件，還有冷卻、潤滑、轉位部件，如換刀裝置、夾緊裝置等輔助裝置 111 數控機床概述5測量反饋裝置測量反饋裝置的作用：（1）通過測量元件將機床移動的實際位置、速度參數檢測出來（2）轉換成電信號，并反饋到CNC裝置中（3）使CNC能隨時判斷機床的實際位置、速度是否與指令一致（4）發(fā)出相應指令，糾正所產生的誤差 測量反饋裝置安裝在數控機床的工作臺或絲杠上，相當于普通機床的刻度盤和人的眼睛 111 數控機床概述三、數控機床的工作過程數控車床工作過程1 編制程序2 輸入到數控裝置3 處理

4、、計算4 發(fā)出指令5 驅動有序動作與操作6 實現刀具與工件的相 對運動 111 數控機床概述四、數控機床的特點1加工零件適應性強，靈活性好2加工精度高，產品質量穩(wěn)定3綜合功能強，生產效率高4自動化程度高，工人勞動強度減少5生產成本降低，經濟效益好6數字化生產，管理水平提高 111 數控機床概述五、常用數控機床的類型和特點1數控車床用于完成車削加工的數控機床。其主運動為工件相對刀具旋轉，切削能是由工件而不是刀具提供 111 數控機床概述配有動力驅動刀具裝置，并使夾持工件主軸具有圍繞其軸線定位的能力。配有刀庫，能自動換刀。能完成端面、徑向以及偏心的車、銑、鉆、鏜的加工2車削中心 111 數控機床概

5、述3數控銑床以銑削為加工方式的數控機床，通常，銑刀旋轉為主運動，工件或（和）銑刀的移動為進給運動 111 數控機床概述4加工中心 帶有刀庫和刀具自動交換裝置。主軸通常為臥式或立式結構，并具有兩種或兩種以上加工方式 111 數控機床概述5數控磨床 利用磨具對工件表面進行磨削加工。大多數數控磨床使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工 111 數控機床概述6數控鉆床 主要用鉆頭在工件上加工孔。鉆頭旋轉為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動 111 數控機床概述7數控電火花成形機床 用電火花成形加工方法加工型腔、型體、型孔、型面。其工作原理是利用兩個不同極性的電極在絕

6、緣液體中產生放電現象，去除材料 111 數控機床概述8數控線切割機床 以金屬絲作工具電極對工件進行切割加工的電火花加工機床。其工作原理與數控電火花成形機床一樣 111 數控機床概述六、典型數控機床的分類及應用1.數控車床（1）數控車床的分類1）按主軸位置分類立式數控車床 主軸垂直于水平面，有一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件 111 數控機床概述臥式數控車床數控水平導軌臥式車床數控傾斜導軌臥式車床 111 數控機床概述2）按功能分類經濟型數控車床具有針對性加工功能，但功能水平較低且價格低廉的自動控制車床普通數控車床 根據車削加工要求在結構上進行專門設計并配備通用數控系統(tǒng)而形成的自動控制車床

7、 111 數控機床概述車削中心 在普通數控車床的基礎上，增加了C軸和動力頭的自動控制車床 111 數控機床概述（2）數控車床的應用加工輪廓形狀特別復雜或難于控制尺寸的回轉體零件、精度要求高的回轉體零件、帶特殊螺紋的回轉體零件球頭類零件 橢圓類零件 復雜內腔類零件 錐螺紋類零件 111 數控機床概述2數控銑床（1）數控銑床的分類1）立式數控銑床1）一般可進行3坐標聯動加工，但也有部分機床只能進行3個坐標中的任意兩個坐標聯動加工2）還有機床主軸可以繞X、Y、Z坐標軸中的其中一個或兩個軸作數控擺角運動的4坐標和5坐標數控立銑 立式數控銑床的主軸軸線垂直于水平面 111 數控機床概述2）臥式數控銑床主

8、軸軸線平行于水平面采用增加數控轉盤或萬能數控轉盤來實現4、5坐標加工3）立臥兩用數控銑床 主軸方向可以更換，在一臺機床上既可進行立式加工又可進行臥式加工 111 數控機床概述（2）數控銑床的應用加工二維輪廓零件或三維輪廓零件，如平面輪廓、斜面輪廓、曲面輪廓；還可以對孔類零件進行加工，如鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔和攻螺紋平面類零件 變斜角類零件 曲面類零件孔類零件 111 數控機床概述3加工中心立式加工中心 臥式加工中心 111 數控機床概述加工中心適宜于加工復雜、工序多、要求精度較高、需用多種刀具，且經多次裝夾和調整才能完成加工的零件箱體類零件 復雜曲面類 凸輪類零件 整體葉輪類零件 異形零

9、件 111 數控機床概述七、數控加工程序及其編制過程1數控加工程序的概念數控加工程序：按規(guī)定格式描述零件幾何形狀和加工工藝的數控指令集2程序的編制及分類（1）程序編制的概念從零件圖樣到獲得數控機床所需控制介質的全過程稱為程序編制 111 數控機床概述（2）數控程序的編制分類1）手工編程：以手工方式完成整個加工程序編制工作2）自動編程：自動編程是利用計算機專用軟件來編制數控加工程序自動編程步驟：幾何造型、加工工藝分析、刀具軌跡生成、刀具軌跡的驗證與編輯、后置處理、數控程序的輸出 111 數控機床概述3程序編制的過程 包括對零件輪廓形狀、標注（尺寸公差、形狀和位置公差以及表面粗糙度要求等）及材料和

10、熱處理等項要求進行分析（1）圖樣分析 111 數控機床概述（3）數值處理（2）確定加工工藝 根據圖樣分析擬定加工方案，確定機床、夾具和刀具，選擇適合的對刀點和換刀點，確定合理的切削用量及設定最佳的加工路線數值處理包括尺寸分析、選擇處理方法、數值計算及對擬合誤差的分析和計算等 111 數控機床概述（4）編寫程序根據確定的加工路線、刀具號、切削用量以及數值計算的結果，按照數控機床規(guī)定使用的功能指令代碼及程序段的格式，逐段編寫加工程序把編制好的程序內容記錄在控制介質上，作為數控裝置的輸入信息。通過程序的手工輸入或通信傳輸送入數控系統(tǒng)（5）制作控制介質 111 數控機床概述（6）程序校驗與試切3）要進

11、行零件首件試切。當發(fā)現有加工誤差時，分析誤差產生的原因，找出問題加以修正1）校驗的方法是直接將控制介質上的內容輸入到數控系統(tǒng)中，讓機床空運轉，以檢查機床的運動軌跡是否正確2）在有LCD圖形顯示的數控機床上，用模擬刀具與工件切削過程的方法進行檢驗112 數控加工工藝一、確定數控加工工藝的一般步驟1確定數控加工的內容（1）多品種、小批量生產或新產品試制（2）形狀復雜、加工精度要求高、通用機床無法加工（3）在普通機床上加工需要昂貴工裝設備的零件（4）尺寸難測量、進給難控制的殼體或盒型零件（5）必須在一次裝夾中完成多工序的零件（6）價格昂貴，加工中不允許報廢的關鍵零件（7）需要最短生產周期的急需零件

12、112 數控加工工藝2選擇刀具、夾具（1）刀具的選擇 優(yōu)先選用標準刀具，不用或少用非標準刀具，必要時可以用復合刀具及專用刀具（2）夾具的選擇一是保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是能協(xié)調工件與機床坐標系的尺寸 112 數控加工工藝1）單件小批量生產，優(yōu)先使用通用夾具、組合夾具或可調夾具2）成批生產，采用專用夾具，力求結構簡單3）裝卸工件應方便可靠，有條件且生產批量較大時，可采用液動、電動、氣動或多工位夾具4）夾具上的各零部件應不妨礙機床對工件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊機構元件不能影響加工中的進給 112 數控加工工藝3確定加工路線加工路線：數控機床在加工過程中刀具刀位

13、點相對于工件的運動軌跡（1）對點位加工的數控機床，如鉆床、鏜床，要考慮盡可能縮短加工路線，以減少空程時間，提高加工效率零件圖 常規(guī)加工路線 最短加工路線 112 數控加工工藝（2）為保證工件輪廓加工后的表面粗糙度要求，最終完工輪廓應由最后一刀連續(xù)加工而成。盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切入和切出或換刀及停頓（3）盡量避免在輪廓處接刀，對刀具的“切入”和“切出”要仔細設計 112 數控加工工藝（4）銑削輪廓的加工路線要合理選擇Z字形雙方向進給 單方向進給 環(huán)形進給 112 數控加工工藝（5）旋轉體類零件的加工要合理制定粗加工時的加工路線先用直線和斜線加工路線進行粗加工 112 數控加工工藝4確定切削

14、用量（1）影響切削用量的因素1）工件材料。同一刀具加工硬材料時切削速度應降低，而加工較軟材料時可以提高2）刀具材料。高速鋼刀具切削速度不到50m/min，碳化物刀具切削速度可達100m/min以上，陶瓷刀具的切削速度可高達1000m/min 112 數控加工工藝3）刀具幾何角度。刀具幾何參數合理，就可以減小切削變形和摩擦，降低切削力和切削熱，提高切削用量4）機床及夾具剛度。高剛度機床可以承擔較大的主軸轉速、背吃刀量和進給速度，同理夾具的剛度也會影響切削用量 112 數控加工工藝（2）切削用量的選擇1）背吃刀量的確定。在剛度允許情況下，盡可能選取較大背吃刀量。零件精度要求較高時，應考慮留出半精加

15、工和精加工余量2）主軸轉速的確定。允許切削速度100200m/min3）進給速度的確定。一般為100200mm/min。要求較高時，進給速度應選得小些（2050mm/min） 112 數控加工工藝5填寫數控加工工藝文件（1）數控加工工藝卡 112 數控加工工藝（2）數控加工刀具明細表 112 數控加工工藝二、輸出軸數控加工工藝1圖樣分析 112 數控加工工藝2工藝分析（1）采用一夾一頂裝夾，加工右端輪廓（2）調頭，采用一夾一頂裝夾，加工左端輪廓 112 數控加工工藝3確定刀具 112 數控加工工藝4確定加工路線（1）右端粗車加工（2）右端精車加工 112 數控加工工藝（3）切槽加工（4）左端粗

16、車加工（5）左端精車加工 112 數控加工工藝5確定切削用量（1）背吃刀量的選擇輪廓粗車時選ap=1.5mm，精車ap=0.5mm，切槽ap=1mm （2）主軸轉速的選擇輪廓粗車切削速度vc=80m/min、精車切削速度vc=110m/min 主軸轉速n：粗車800r/min、精車1000 r/min、切槽300r/min （3）進給速度的選擇粗車150 mm/min、 精車100mm/min、切槽50mm/min 112 數控加工工藝 112 數控加工工藝三、蓋板零件加工中心加工工藝1分析圖樣 112 數控加工工藝2選擇加工中心（1）工作臺尺寸400mm800mm（2）X軸行程為600mm，

17、Y軸行程為400mm，Z軸行程為400mm，主軸端面至工作臺臺面距離為125525mm（3）定位精度和重復定位精度分別為0.02mm和0.01 mm（4）刀庫容量為18把，工件一次裝夾后可自動完成銑、鉆、鏜、鉸及攻螺紋等工步的加工選用國產XH714型立式加工中心 112 數控加工工藝3制定加工工藝（1）選擇加工方法1）B平面：粗銑精銑2）60H7孔：粗鏜半精鏜精鏜3）12H8孔：鉆中心孔鉆孔擴孔鉸孔4）16mm孔：在12mm孔基礎上锪至尺寸5）M16mm螺孔：鉆中心孔鉆底孔倒角攻螺紋 112 數控加工工藝（2）確定加工順序（3）確定裝夾方案和選擇夾具選用通用臺鉗，以蓋板底面A和兩個側面定位，用

18、臺鉗鉗口從側面夾緊粗、精銑B面粗、半精、精鏜60H7孔鉆各光孔和螺紋孔的中心孔鉆、擴、锪、鉸12H8及16mm孔M16mm螺孔鉆底孔、倒角和攻螺紋 112 數控加工工藝（4）選擇刀具 112 數控加工工藝（5）確定進給路線1）銑削B面進給路線 112 數控加工工藝2）鏜60H7孔進給路線3）鉆中心孔進給路線 112 數控加工工藝4）鉆、擴、鉸12H8孔進給路線5）锪16mm孔進給路線 112 數控加工工藝6）鉆螺紋底孔、攻螺紋進給路線 112 數控加工工藝（6）選擇切削用量113 特種加工113 特種加工一、電火花加工在一定的介質中，通過工件和工具電極間脈沖火花放電，使工件材料熔化、氣化而被去

19、除或在工件表面進行材料沉積1電火花成形加工電火花成形加工機床：用電火花成形加工方法加工型腔、型體、型孔、型面的電火花加工機床113 特種加工（1）加工原理113 特種加工（2）應用范圍1）適用于難切削材料的成形加工2）可加工特殊的、形狀復雜的零件3）有利于加工熱敏感材料，可獲得鏡面加工效果4）在同一臺機床上可完成粗、中、精加工5）有助于改進和簡化產品的結構設計與制造工藝113 特種加工2電火花線切割加工用沿著自身軸線方向運行的電極絲作工具電極，對工件進行切割的電火花加工113 特種加工（1）加工原理在電極絲和工件上加脈沖電源，使電極絲與工件之間發(fā)生脈沖放電，產生高溫使金屬熔化或汽化113 特種

20、加工（2）加工特點1）可加工形狀復雜工件，對不同形狀工件容易實現自動化加工2）工件變形小，電極絲、夾具不需要太高強度3）可加工任何導電的固體材料4）可方便調整影響加工精度的加工參數，有利于加工精度的提高，便于實現加工過程自動化5）電火花線切割不能加工非導電材料6）金屬去除率低，加工成本高，不適合加工形狀簡單的大批工件113 特種加工（3）應用范圍1）模具加工2）新產品試制3）精密零件加工4）貴重金屬下料113 特種加工二、電解加工 利用金屬工件在電解液中所產生的陽極溶解作用而進行的加工方法，又稱電化學加工1電解加工的基本原理加工開始狀態(tài) 加工結束狀態(tài)113 特種加工2工藝特點及應用范圍優(yōu)點：（

21、1）生產效率極高（2）可以加工形狀復雜的型面（3）加工表面無冷作硬化，無殘余應力，周邊無毛刺，能獲得較高的加工精度和表面質量（4）工具電極無損耗，可長期使用缺點：（1）電解液過濾、循環(huán)裝置龐大，占地面積大（2）電解液具有腐蝕性，要對機床設備采取周密的防腐措施用于加工型孔、型面、型腔、炮筒膛線113 特種加工三、超聲波加工1加工原理利用工具端面的超聲頻振動（振動頻率為19，00025，000Hz），驅動工作液中的懸浮磨料撞擊加工表面113 特種加工2工藝特點及應用范圍優(yōu)點：（1）既能加工導電材料，也能加工不導電體和半導體材料（2）超聲波加工機床的結構相對簡單，操作維修方便缺點：生產效率相對較低1

22、13 特種加工四、激光加工利用密度極高的激光束照射工件被加工部位，使材料瞬間熔化或蒸發(fā)，并在沖擊波作用下將熔融物質噴射出去，從而實現對工件進行穿孔、蝕刻和切割 采用較小的能量密度，使加工區(qū)域材料熔融粘合，對工件進行焊接加工113 特種加工1激光加工的基本原理激光器反射鏡聚焦鏡工件工作臺電源113 特種加工2工藝特點及應用范圍（1）激光加工是利用高能激光束進行加工的，不存在工具的磨損問題，工件也無受力變形（2）激光束能量密度高，可加工各種金屬材料和非金屬材料，例如硬質合金、陶瓷、石英、金剛石等（3）激光適于在硬質材料上打小孔，常用于打金剛石拉絲模、寶石軸承、發(fā)動機噴油嘴、航空發(fā)動機葉片上的小孔（4）除打孔外，激光還廣泛用于切割、焊接和熱處理113 特種加工五、電子束加工 電子束加工是在真空條件下，利用電子槍中產生的電子經加速、聚焦，形成高能量大密度的細電子束以轟擊工件被加工部位，使該部位的材料熔化和蒸