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单元12 加工工艺
12．1加工中心常见零件种类及特点
在数控机床上加工零件，首先遇到的问题是工艺问题。数控机床用的零件程序通常要比普通机床用的零件工艺规程要复杂得多。普通机床用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，机床的切削用量、进给路线、工序内的工步等往往都由操作工人自行决定。数控机床用的零件加工程序主要包括机床的运动过程，零件的工艺过程，刀具的形状，切削用量和进给路线等。这就要求操作人员要有较高的素质，合格的操作员首先应该对数控机床的性能特点和应用、切削规范、标准刀具系统等非常熟悉，否则就无法做到全面、周到的考虑零件加工的全过程及正确、合理的确定零件的加工程序。
数控机床最适合于多品种、中小批量的生产，特别适于新产品试制零件的加工。
立式加工中心的典型加工零件是箱体、箱盖、盖板、壳体、平面凸轮，三坐标联动的加工中心可以用来加工叶片或铣削模具。
卧式加工中心较立式的加工中心应用面广，它最适于加工复杂的箱体零件、泵体、阀体、壳体。多坐标联动的卧式加工中心还可以用于加工各种复杂的曲面和叶轮、模具等。
(1)平面加工工艺
1)平面类零件的定义加工面平行、垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件称为平面类零件。根据定义，图12—1所示的零件都属于平面类零件。
在普通机床上加工的零件，常常要
制定工艺方案。同样，加工中心上加工
的零件同样也需要进行零件的工艺分
析。根据加工实践，加工中心工艺分析
要解决的主要问题大致可归纳为以下几
个方面。
①选择并确定零件的加工部位及工
序内容
a．工件上的曲线轮廓内、外形，
特别是由数学表达式给出的非圆曲线与
列表曲线轮廓。
b．形状复杂，尺寸繁多，划线与
检测困难的部位。
c．以尺寸协调的较高精度的外轮廓。
d．能在一次安装中顺带铣出来的
图12—1典型的平面类零件
简单表面和形状。 ． ‘
e. 采用加工中心后能成倍提高生产效率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。
②零件图的工艺分析 ’
a．零件所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证?
b．缘板之间的内转接圆弧是否过小?
c．零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性?
d.分析零件的形状及原材料的热处理状态，会不会在加工过程中变形?哪些部位最容
易变形?
③零件毛坯的工艺性分析
a. 毛坯的加工余量是否充分?批量生产时的毛坯余量是否稳定?
b. 分析毛坯在安装定位方面的适应性。
2)平面类零件的特点 平面类零件的特点是，各个加工单元是平面，或可以展开成为平面，比如图12—1c的曲线轮廓面M和图12—1d的正圆台面N，展开后均为平面。
平面类零件是数控加工对象中最简单的一类，一般只须用三坐标加工中心(或数控铣床)的两坐标联动(即两维半加工)就可以把它们加工出来。
平面类零件中水平面或垂直面都比较好加工，但有些平面不是水平面或垂直面，而是与水平面呈一个定角，这些斜面的加工常用如下方法：
1. 图12—1c所示的斜面P，当工件尺寸不大时，可用斜垫板平面加工，如机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角来加工。当工件尺寸大，斜面坡度又较小时，也常用行切法加工，但会在加工面上留下叠刀时的刀峰残痕，要用钳工修整的方法加以清除。当然，最佳方法足用五坐标加工中心主轴摆角后加工斜面，可以不留痕迹。
2. 也可以用专用的角度成型铣刀来加工，此时如采用五坐标摆角加工反而不合算。
(2)孔类加工工艺
加工中心特别适合加工多孑L类零件，尤其是孔数比较多而且每个孔需经几道工序加工方可完成的零什，如多7L板零件、分度头孔盘零件等，如图12--2所示。如果零件上孔的分布排列具有一定规则，则使用具有用户宏程序功能的加工中心加工，会给编程工作带来更大方便.

加工中心钻孔加工编程工作比普通钻床的工艺规程复
杂、详细得多，一般按照下列步骤进行。
1)分析零件图应考虑下列各项。
①零件加工部位的可接近性如图12—3所示加工该
零件的中心孔(用中心钻)，钻夹头与该零件相碰。如发
生上述问题，可采取下列措施解决：采用加长柄刀具；采
用小直径专用夹头，如图12—4所示；对夹具设计提出特
殊要求；或此道工序不加工。
图12—3零件加工部位的可接近性
②z向尺寸的可容纳性如图12—5a所示，当工件
高度较大，并且长刀柄刀具加工较深孔时，刀具无法从工件退出；反之，当工件高度较小，如图12—5b所示，刀具长度较短(如中心钻)等，则提出钻头需要增加夹具高度(增加夹具垫板)，否则无法加工。
③机床功率转矩应满足要求这主要是针对大直径的孔，应按照所用机床的使用说明书所提供的数据，进行核算。
④可能性与方便性带数控分度头装置的立式加工中心，其数控分度头作为机床的第4个坐标，可进行连续回转运动。由于受数控分度头及其尾座尺寸的限制，工作台x向行程的使用范围会受到影响，应考虑在分度头与尾座间装卸加工零件的可能性及方便性。

2)确定定位装夹方法和设计专用夹具在加工中心上零件的定位装夹方法与普通机床
上基本相同，定位基准应尽量与设计基准一致。根据已确定好的定位方法，即可进行夹具设
计。其基本原则与普通机床上的夹具设计原则基本相同，这里不作介绍。
3)工作坐标系和编程零点的选择在对零件进行编程时，根据零件图来确定工作坐标
系和编程零点。
4)确定加工顺序、刀具布置并选定刀具所谓加工顺序，也就是确定各把刀具使用的
先后次序，要遵守工艺原则，应先粗加工，后精加工。每次装夹，尽量一次加工完用该刀加
工的所有部位，以减少换刀次数，提高生产效率。采用复合刀具，以提高生产率。注意刀具
干涉问题。
5)确定进给路线确定进给路线原则如下： 。
(D使进给路线最短，以减少空程时间，如图12—6所示。

②表面要求高的零件，在精铣时应采取切线方向切入、切出，以避免划痕。
③在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时数值算的工作量，简化编程工作。
④用子程序。
⑤孔距对称性公差的转换。一般在零件图上孔位数据都已给出。但有时其孔间距的公差或对基准尺寸的距离的公差是非对称性公差，应将其转换成对称性公差。例如某尺寸A，图样规定为80：8罐；r砌，应转换成80．04l±o．014 nm，编程时按名义尺寸80．041 mm进行，其实这是中间公差的尺寸。
6)确定切削用量可参见有关手册。
12．2常见加工方式及加工方法
(1)零件的几何构成
1)平面类零件图12—7列举了几种平面类零件，其特征是加工表面可展开为平面。
图12—7a所示零件用三坐标数控铣床加工即可，叫轮廓铣削。图12—7b为加工倾斜表面，可以用如下方法：用夹具使工件偏转一个角度，然后加工；也可用四轴加工中心，使工件偏转一个角度进行加工。图12—7c为在普通三坐标加工中心上用行切法加工。所谓行切法就是用刀具的轮廓和切削轨迹近似逼近所加工的表面，是一种近似加工方法，但随着行距的加

密其精度可以满足零件需要。图12—7d为带铸造斜度或起模斜度的工件，此类零件用成型刀加工最为方便(即成型加工)，也可用五轴加工中心使刀具偏一个角度来加工，但不经济。
2)变斜角类零件 图12—8为变斜角类零件，此类零件表面不能展开为平面。图12--8。为零件斜角在一个平面内变化，即刀具平行于某一个平面摆动，此类零件可用四轴加工中心完成。图12--8b为零件的斜角在两个平面内变化，如图中的A角与B角，此时要用五轴加工中心来完成。
3)复杂曲面类零件此类零件表面复杂，往往由许多曲面拼合、相交组成，用四轴或五轴加工中心不方便，也容易发生刀具与工件的干涉。此类零件一般采用加工中心3轴联动或2去轴联动行切加工完成，如图12--9所示。加工时一般采用球头刀。

(2)一般零件的加工内容和方法
在每一种零件上都有相似的内容，如：平面、曲面、孔、螺纹等，零件由这些内容组合而成。曲面内容可用计算机辅助完成编程，平面内容可以用手工编程完成。
掌握平面类零件的加工方法是数控加工的基础。平面类零件一般包括孔、内螺纹、内外轮廓、型腔、平面、槽等加工内容，每一个加工内容都有相应的加工方法。
常见的平面类零件加工内容和方法见表12—1～表12—5。

12-1 孔类
通孔

钻孔—扩张—倒角—铰孔
该方法适用于孔位置精度不高的中小孔,孔直线精度也不高,但具有孔径一致性好,加工方便的优点
通孔

镗孔—镗孔—倒角—铰孔
该方法适用于孔的尺寸及位置精度都较高的孔.通孔镗刀的镗削加工能保证孔的直线度及位置精度

镗孔—镗孔—倒角—精镗孔
该方法适用于高精度孔,经过多次精镗,孔的位置,形状等精度都能得到很好的保证
盲孔

镗孔—平底钻扩孔—倒角—精镗孔
该方法适合于小孔径盲孔,为确保孔底的平整,可用平底钻或铣刀加工孔底

镗孔—镗孔—倒角—精镗孔
该方法适用于较大孔径的平底孔,孔底可用类似型腔底的加工方法铣削完成,孔侧面留有精加工余量.孔底精加工完成后,精镗孔壁.
阶梯孔

钻孔—平底钻加工台阶—倒角—镗孔
阶梯孔的台阶处可用平底钻直接加工,倒角后精镗大孔.

钻孔—镗刀加工台阶—倒角—镗孔
若台阶孔较浅,较宽,也可用铣刀精加工台阶,而且加工精度高

钻阶—倒角—镗正面孔—镗背孔
加工背孔时,镗刀要先沿刀尖反方向偏一段距离,镗刀穿过零件后复位,Z轴反向进给加工背孔.
螺纹孔

钻孔—倒角—攻螺纹

表12-2 轮廓类
筋板类

加工此类零件可用面铣刀或立铣刀.它的特点是刀具一次进给即可完成一层的切削,加工中只需控制零件的高度.一般,精加工前要留有一定的余量,最后进行精加工,达到所需的尺寸精度及粗糙度.一般,精加工余量为0.05~0.1mm.加工中注意,逆铣的应用
外廓类

加工此类零件要用立铣刀.此零件的特点是台阶处没有精度要求,只要求侧面尺寸
半精加工中,侧面要留有精加工余量.余量的大小及精加工的尺寸可用改变刀具半径补偿的方法调节.为保证顺铣,主轴顺时针放旋转时,刀具要沿工件外廓顺时针进给
内廓类

加工内廓侧壁与加工外廓类似,也要留有精加工余量.为保证顺铣,刀具要沿内廓表面逆时针运动
倒角类

倒角是一种常见的加工内容.为保证倒角边的光整性,倒角刀具的小端刀尖要在工件外.一般,在刀具斜边上取一参考点,该点距刀具底边为1mm,以通过该点的假想立铣刀进行编程(左图),,让假想铣刀的刀尖下降到工件表面下倒宽度处,按零件侧面及假想刀具半径编程

表12-3 型腔类
简单型腔

型腔加工的特点是粗加工时有大量的体积要被切除,一般采用层切的方法.把一层入刀点统一到沿Z轴的一根轴线上,沿此轴预钻入刀孔,底面与侧面都要留有余量.精加工时,先加工底面,后加工侧面
有岛类型腔

有岛类型腔是简单型腔底面上凸起一小岛,粗加工时让刀具在内外廓中间区域中运动,并使底面,内廓,外廓留有均匀的余量.精加工时先加工底面,再加工两侧面
有槽类型腔

有槽类型腔是简单型腔底面下还有槽.它的加工方法是两简单型腔的组合
先粗加工各型腔,留余量,再统一精加工和表面

表12-4 面类
单一平面

面铣刀一般为硬质合金可转位式,用面铣刀加工大平面,具有加工效率高,质量好的特点
阶梯平面

加工带台阶的大平面要用主偏角为
90°的面铣刀,这样能保证台阶的垂直

表12-5 槽类
轨迹法切削

轨迹法切削实际上是进行成型切削.刀具按槽的形状沿单一轨迹运动,刀轨与刀具形状合成为槽的形状.槽的尺寸取决于刀具的尺寸.槽两侧表面,一面为顺铣,一面为逆铣,因此,两侧加工质量不同.精加工余量由半精加工刀具尺寸决定
型腔法切削

为克服轨迹法切削的缺点,可把槽看作细长的型腔,进行型腔加工