數(shù)字化精密制造技術(shù) 課件 模塊1 第2章 精密加工基礎(chǔ)知識

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第二章精密加工基礎(chǔ)知識數(shù)字化精密制造技術(shù)在線課程

精密加工基礎(chǔ)知識第二章知識點介紹通過本章了解并學習刀具的分類及選用、精密加工工件裝夾的類型及選用準則、G代碼的使用方式、刀庫的類型及注意事項、精密加工的注意事項等知識。

（一）正確使用和鑒別刀具精密加工常用刀具主要為立銑刀。精密加工中立銑刀的特點是相對直徑較小，一般只有φ8mm以下；使用轉(zhuǎn)速較高，一般為16000-24000rpm。正確使用和鑒別刀具主要從刀具的材料、刀具的幾何參數(shù)、刀具的加工方式、雕刻加工對刀具的特殊要求等方面進行考慮。

（一）正確使用和鑒別刀具1.刀具的基本知識（1）刀具材料刀具的材料是生產(chǎn)和使用刀具至關(guān)重要的一環(huán)。一般刀具材料應(yīng)具備高的硬度和耐磨性、足夠的強度和韌性、高耐熱性、良好的工藝性能、經(jīng)濟性和切削性能的可預(yù)測性。生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼（如W18Cr4V）和硬質(zhì)合金（如YG6X）居多。碳素工具鋼（如T10A、T12A），工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因其硬耐熱性差，僅用于手工刀具。硬質(zhì)合金涂層刀具，陶瓷，金剛石，立方氮化硼材料以其優(yōu)異的性能已在許多領(lǐng)域開始得到應(yīng)用。

（一）正確使用和鑒別刀具1.刀具的基本知識（1）刀具材料1）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金切削性能優(yōu)良，目前精密加工中立銑刀選用的硬質(zhì)合金材料主要成份為6%的Co和94%的WC磨制而成。這種材料的特點硬度高，抗彎強度高。在加工鋼料、有色金屬材料時，因其脆性大，使用過程中要先以低于正常走刀速度磨合一段時間（大約5分鐘）后，再進入正常速度，以利于刀具的穩(wěn)定性，從而提高刀具的耐用度。

（一）正確使用和鑒別刀具1.刀具的基本知識（1）刀具材料2）金剛石金剛石具有極高的硬度和耐磨性，有資料顯示其耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍。金剛石刀具不適合加工黑色金屬，一般在有機材料切割和高光型面板加工中使用。

（一）正確使用和鑒別刀具1.刀具的基本知識（2）刀具的幾何形狀目前精密加工常用刀具主要有單刃螺紋刀具、雙刃螺紋刀具、雙刃螺紋球頭刀具、雙刃直槽（平底、錐度）刀具、雙刃直槽組合刀具、雙刃直槽錐度球頭刀具、棱形刀具和開半刀具等八個大系列，幾百種規(guī)格，便于精密加工中選用。

（一）正確使用和鑒別刀具2.刀具的加工方式加工方式因刀具旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與刀具進給方向的不同而分為順銑和逆銑。

（一）正確使用和鑒別刀具3.刀具的切削形式刀具的切削形式有切割形式、開槽形式和單邊切削三種。切割形式為一刀切透，雙邊切削，主要用于非金屬材料切割；開槽形式為雙邊切削，吃刀深度較淺，主要用于金屬、非金屬材料粗加工，刀具強度相對較弱的情況下；單邊切削有兩種情況，吃刀深度較淺則切削寬度較大，吃刀深度較深則切削寬度較小，單邊切削主要用于金屬、非金屬材料粗加工，刀具強度相對較弱的情況下。

（一）正確使用和鑒別刀具4.刀具的裝夾刀具安裝的長短直接影響到工件的加工質(zhì)量，建議刀具的懸出長度盡可能短。研究表明，刀具懸伸長度的三次方與變形量成正比，刀具懸伸長度越長變形量越大；刀具直徑的四次方與變形量成反比，刀具直徑越細變形量越大。在刀具的裝卡中，如果設(shè)備采用的是彈簧卡頭，由于彈簧卡頭的槽內(nèi)很容易積攢碎屑，加工有機材料時，應(yīng)定期用有機溶劑（如氯仿）浸泡，加工金屬用毛刷刷凈。刀具裝卡不正會出現(xiàn)刀具磨損不均勻，刀具易折斷。

（一）正確使用和鑒別刀具5.切削要素與切削層數(shù)（1）切削速度V刀具旋轉(zhuǎn)時的線速度：V=πDN/1000（m/min）（2）走刀速度f走刀速度f： 單位時間內(nèi)刀具的相對位移（m/min）單刃吃刀量fa： 刀具每轉(zhuǎn)過1刀刃與工件的相對位移（mm）單刃吃刀量： fa=f/（60Z）Z為刀具刃數(shù)（3）切削深度切削深度（吃刀深度）：刀具軸線方向的切削層尺寸ap（4）切削寬度切削寬度（路徑間距）：刀具徑向方向的切削層尺寸ac

（一）正確使用和鑒別刀具6.刀具的鑒別任何刀具都有其適用范圍，刀具的正確使用首先要會鑒別刀具，主要為以下幾個方面。1）刀具尺寸鑒別（刀具是否符合材料加工要求，尺寸、角度準確無誤）；2）刀具外觀鑒別（刀具是否表面光亮，刃口鋒利，如有涂層涂層應(yīng)均勻）；3）刀具制造工藝性能鑒別（在40倍放大鏡下觀察刀刃是否無崩口、微觀裂紋）；4）刀具切削性能鑒別（刀具是否對選定材料粗加工效率高、精加工已加工表面質(zhì)量高，切削輕快聲音小等）；5）刀具性價比鑒別（所選刀具是否壽命長，單支去除量大等）；6）刀具穩(wěn)定性鑒別（刀具之間是否一致性好）。

（二）常用工裝夾具選用1.工件裝夾的基本要求為適應(yīng)工件銑、鉆、鏜等加工工藝的特點，精密加工對夾具和工件裝夾通常有如下的基本要求：（1）夾具應(yīng)有足夠的夾緊力、剛度和強度（2）盡量減小夾緊變形（3）夾具在機床工作臺上定位連接

（二）常用工裝夾具選用2.常用通用夾具（1）平口虎鉗裝夾工件工件在平口虎鉗上裝夾時，應(yīng)注意下列事項：1）裝夾工件時，必須將工件的基準面緊貼固定鉗口或?qū)к壝?；在鉗口平行于刀桿的情況下，承受銑削力的鉗口必須是固定鉗口。2）工件的銑削加工余量層必須高出鉗口，以免銑刀觸及鉗口，以致銑壞鉗口和損壞銑刀。如果工件低于鉗口平面時，可以在工件下面墊放適當厚度的平行墊鐵，墊鐵應(yīng)具有合適的尺寸和較小的表面粗糙度值。3）工件在平口虎鉗上裝夾的位置應(yīng)適當，使工件裝夾后穩(wěn)固可靠，不致在銑削力的作用下產(chǎn)生移動。

（二）常用工裝夾具選用2.常用通用夾具（2）壓板裝夾工件工件對中型、大型和形狀比較復(fù)雜的工件，一般采用壓板將工件緊固在數(shù)控銑床工作臺臺面上。壓板裝夾工件時所用工具比較簡單，主要有壓板、墊鐵、T形螺栓(或T形螺母和螺栓)及螺母。

（二）常用工裝夾具選用2.常用通用夾具（3）銑床上3爪卡盤的應(yīng)用在需要夾緊圓柱表面時，使用安裝在機床工作臺上的3爪卡盤可能最為適合。如果已經(jīng)完成圓柱表面的加工，應(yīng)在卡盤上安裝一套軟卡爪。使用端銑刀加工卡爪，直至達到希望夾緊的表面的準確直徑。應(yīng)記住在加工卡爪時，必須夾緊卡盤。最好使用一塊棒料或六角螺母，保證卡爪緊固，并給刀具留有空間，以便切削至所需深度。

（二）常用工裝夾具選用3.專用夾具、組合夾具、可調(diào)夾具的選用對于工廠的主導產(chǎn)品，批量較大、精度要求較高的關(guān)鍵性零件，在加工中心上加工時，選用專用夾具是非常必要的。專用夾具是根據(jù)某一零件的結(jié)構(gòu)特點專門設(shè)計的夾具，具有結(jié)構(gòu)合理、剛性強、裝夾穩(wěn)定可靠、操作方便、能提高安裝精度及裝夾速度等優(yōu)點。選用這種夾具，一批工件加工尺寸比較穩(wěn)定，互換性也較好，可提高生產(chǎn)效率。但是，專用夾具只能適應(yīng)一種零件的加工，具有專用性，是和產(chǎn)品品種不斷變型更新的形勢不相適應(yīng)，特別是專用夾具的設(shè)計和制造周期長，花費的勞動量較大，加工簡單零件時不太經(jīng)濟。

（三）常用G代碼編程基礎(chǔ)數(shù)控機床標準G代碼準備功能字是使數(shù)控機床建立起某種加工方式的指令，如插補、刀具補償、固定循環(huán)等。G功能字由地址符G和其后的兩位數(shù)字組成，從G00-G99共100種功能。單個G代碼代表的指令是固定的，可通過查表得知。

（三）常用G代碼編程基礎(chǔ)1.精雕NC代碼主要使用的五個代碼：M03主軸正轉(zhuǎn)M05主軸停轉(zhuǎn)F500進給/分鐘S20000主軸轉(zhuǎn)速20000RPMM30返回程序頭

（三）常用G代碼編程基礎(chǔ)2.基礎(chǔ)程序示例絕對指令、增量指令的概念：絕對指令：跟現(xiàn)在的位置沒關(guān)系，移動后的位置以坐標值指令。增量指令：以現(xiàn)在位置至到達的位置，以移動方向和移動量來指令。

（四）常見刀庫使用注意事項1.刀庫的分類刀庫常見的有盤式和鏈式兩類，其中鏈式刀庫存放刀具的容量較大。換刀機構(gòu)在機床主軸與刀庫之間交換刀具，常見的為機械手；也有不帶機械手而由主軸直接與刀庫交換刀具的，稱直取式換刀裝置。

（四）常見刀庫使用注意事項2.刀庫的主要技術(shù)指標（1）換刀時間的定義1）刀對刀（tool-to-tool）指把刀具從主軸拔下，并將新的刀具完全插入主軸所需的時間。2）切削對切削（cut-to-cut）指主軸從參考位置移向換刀位置，換完刀后再回到參考位置所需的時間。參考位置：對立式加工中心，指各個坐標的行程中點。3）切屑對切屑（chip-to-chip）指主軸從參考位置移向換刀位置，換完刀后再回到參考位置，在此過程中主軸啟動并達到最高轉(zhuǎn)速所需要的時間。（2）刀具最大直徑刀具最大直徑（不相鄰）：相鄰刀位空缺時，可以使用的最大刀具直徑；刀具最大直徑（相鄰）：相鄰刀位裝刀時，可以使用的最大刀具直徑。

（四）常見刀庫使用注意事項3.常用刀庫（1）直排式刀庫1）結(jié)構(gòu)原理：如圖所示，刀庫中刀位直線排布，氣缸驅(qū)動刀庫推出拉回，同時帶動刀庫門的開關(guān)，是一種經(jīng)濟型的刀庫；2）換刀方式：直取式；3）刀容量：6-9把；4）換刀時間（刀對刀）：約10s；5）優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)簡單，成本比較低；6）劣勢：刀庫容量小，需要占用進料高度，換刀時間長，防護比較困難。

（四）常見刀庫使用注意事項3.常用刀庫（2）傘式刀庫1）結(jié)構(gòu)原理：刀庫的推出、拉回由氣缸完成，刀位的變換依靠減速電機驅(qū)動槽輪機構(gòu)實現(xiàn)；2）換刀方式：直取或機械手；3）刀容量：12-16把；4）換刀時間（刀對刀）：機械手0.8-1.2s，直取約10s；5）優(yōu)勢：無機械手時成本比較低，如果配機械手可以提高換刀速度。

（四）常見刀庫使用注意事項3.常用刀庫（3）伺服傘式刀庫1）結(jié)構(gòu)原理：刀盤呈半圓形，刀位的變換與刀庫門的開關(guān)均由伺服電機通過減速器實現(xiàn)；2）換刀方式：直取式；3）刀容量：12-20把；4）換刀時間（刀對刀）：約7s；5）優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間??；6）劣勢：刀容量較小，刀具重量受限制，換刀時間較長。

（四）常見刀庫使用注意事項4.刀庫使用注意事項（1）盤刀的使用1）對使用機械手換刀的刀庫，最好使用固定位換刀的模式；2）機械手要使用低速模式。（2）測頭的使用對比較細長的測桿，機械手要使用低速模式。（3）卡刀的處理機械手發(fā)生卡刀時，要嚴格按照相應(yīng)流程處理，切忌野蠻裝卸刀。

（五）精密加工注意事項1.加工準備1）穿戴好勞保用品，不要帶手套操作機床，若頭發(fā)過長，需要將頭發(fā)固定在額頭以后位置；2）開機后，檢查氣壓、各開關(guān)、按鈕是否正常，機床有無異常現(xiàn)象，電主軸冷卻回路中的冷卻液是否流通，檢查溫度設(shè)定是否正確；3）確保切削液充足，以免加工過程中流量變?。?）每天首次使用機床或中間間隔半天以上時，電主軸要預(yù)熱后使用，其中帶拉刀主軸要安裝刀柄預(yù)熱，非拉刀主軸預(yù)熱時要將壓帽和夾頭擰下或者裝刀預(yù)熱，預(yù)熱過程中，注意主軸聲音及溫升是否正常；5）仔細觀察并閱讀機床各部位警示牌上所警示的內(nèi)容；6）操作前必須熟知每個按鈕的作用以及操作注意事項，不可嘗試性操作；7）在進行機床操作前，確認臺面上、護罩上、導軌上不得有異物；8）機床使用過程中，只允許一人完成操作，其他人不得接觸機床；9）手動連續(xù)進給操作時，必須先檢查各種開關(guān)所選擇的位置是否正確，弄清正負方向，認準按鍵，然后再進行操作；10）禁止用鐵錘敲擊機床部件、附件，吊裝工件上工作臺必須慢運輕落，嚴防撞擊。

（五）精密加工注意事項2.加工實施1）保證工件安裝正確安裝夾具需要確保安裝基準與安裝要求一致并已經(jīng)緊固到位；2）確認刀具伸出量和圓跳動，確認刀柄清潔并定位準確；3）刀具號和刀庫內(nèi)對應(yīng)刀號對應(yīng)；4）檢查ATC系統(tǒng)換刀過程中，冷卻液管是否和刀庫干涉；5）確認工件坐標系和刀具偏置；