数控镗铣机床和工艺概述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,通常数控镗铣床和加工中心,(,MC,，,Machine Center,),在结构、工艺和编程等方面有许多相似之处。特别是全功能型数控镗铣床与加工中心相比，区别主要在于数控镗铣床没有自动刀具交换装置,(,ATC,Automatic,Toos,Changer,),及刀具库，只能用手动方式换刀，而加工中心因具备,ATC,及刀具库，故可将使用的刀具预先安排存放于刀具库内，需要时再通过换刀指令，由,ATC,自动换刀。数控镗铣床和加工中心都能够进行,铣削、钻削、镗削及攻螺纹,等加工。,第四章 数控镗铣/加工中心的程序编制,1,数控镗铣、加工中心的工艺特点,数控镗铣、加工中心加工的典型零件,数控镗铣、加工中心加工工艺的制定,数控镗铣、加工中心所使用的刀具类型及 其特点,数控镗铣、加工中心机床的类型,2,立式,龙门式,卧式,主要技,术参数,主要技,术参数,主要技,术参数,主要技,术参数,高速加,工中心,第一节 数控镗铣、加工中心机床的类型,3,立式加工中心主要技术参数,项目,型号,VMC-850,工作台面积,1000 x500 mm,左右行程,(X,轴,),800 mm,前后行程,(Y,轴,),500 mm,上下行程,(Z,轴,),610 mm,主轴锥度,BT-40CAT-40,HSK A63(,选配),主轴转速,608000 rpm,7.5/5 kW,X-Y-Z,快速进给,30/30/20 m/min,切削进给率,112000 mm/min,刀具选择模式,双向任意式，最短距离选刀,储刀数,圆盘式,24,机械手式,24/32(,选配,),最大刀具直径,100 mm,最大刀具长度,300 mm,最大刀具重量,10 kg,工作台荷重,600 kg,机床净重,5500 kg,机床尺寸,(,LxWxH,),2350 x3200 x2698 mm,4,卧式加工中心主要技术参数,项目,型号,VHMC-630,工作台面积,630 x 630 mm,工作台最大负载,1200 kg,X,轴行程,1000 mm,Y,轴行程,800 mm,Z,轴行程,950 mm,主轴锥度,BT-50/CAT-50,主轴转速,20,6000 rpm,X-Y-Z,切削进给率,1,12000 mm/min,X-Y-Z,快速进给,18/10/18 m/min,储刀数,60(80,120,选配,),最大刀具直径,x,长度,75 x 320,最大刀具重量,10 kg,刀具选择模式,双向任意式,最短距离选刀,换刀时间,9 sec,主轴电动机,15 kW,工作台旋转分度,1(0.001,选配,),工作台数目,2(6,12,选配,),交换时间,(,自动交换工作台,),15 sec,机床尺寸,(,LxWxH,),5305x3200 x3550 mm,机床重量,21000 kg,5,龙门式加工中心主要技术参数,项目,/,型号,定 柱 式,DMC-3000,工作台尺寸,3200 x2200 mm,X,轴行程,3000 mm,Y,轴行程,2650 mm,Z,轴行程,800 mm,1066 mm,选配,主轴锥度,BT-50/CAT-50,主轴直径,90 mm,主轴转速,6000 rpm,自动高低档,主轴马达,26/22 kW,X-Y-Z,快速进给,12 x 12 x 10 m/min,X-Y-Z,切削进给,1-10000 mm/min,自动换刀系统,储刀数,40,刀,(60,80,120,选配,),最大直径,200 mm,最大刀长,350 mm,最大刀重,20 kg,刀具选择模式,双向任意，最短距离选刀,工作台荷重,6000 kg to 20000 kg,机床尺寸,(,LxWxH,),8870 x 5935 x4900,机床重量,58500 kg,6,高速加工中心主要技术参数,工作范围,纵向长度,:,X,400 mm,横向长度,:,Y,450 mm,垂直高度,:,Z,350 mm,工作主轴,30000 min-1,S6,12.5 kW,S1,10.0 kW,工作主轴,42000 min-1,S6,13.0 kW,S1,10.0 kW,工作主轴,60000 min-1,S6,8.5 kW,S1,6.5 kW,进给驱动进给速度,X,Y,Z,40 m/,分,加速度,X,Y,Z,17 m/,秒,工作台,工作台面积,320 x 320,工作台承重,200 kg,自动控制系统,刀库,位置,18-76,机上激光对刀仪,标准,工件托盘转换装置,位置,7,20,48,红外工件测头,可选,重量,包括工件托盘交换装置,6500 kg,7,三坐标数控镗铣床与加工中心的共同特点是除具有普通铣床的工艺性能外，还具有加工形状复杂的二维以至三维复杂轮廓的能力。这些复杂轮廓零件的加工有的只需二轴联动,(,如二维曲线、二维轮廓和二维区域加工,),，有的则需三轴联动,(,如三维曲面加工,),，它们所对应的加工一般相应称为二轴,(,或,2.5,轴,),加工与三轴加工。对于三坐标加工中心,(,无论是立式还是卧式,),，由于具有自动换刀功能，适于多工序加工，如箱体等需要铣、钻、铰及攻螺纹等多工序加工的零件。,一、三坐标数控镗铣床/加工中心的工艺特点,第二节 数控镗铣、加工中心的工艺特点,8,三轴加工实例,加工模具示意图,技术数据,粗加工,半精加,工,精加工,工步,使用刀具,rpm,进给率,加工时间,粗加工,66,XR8,850,200,58min,半精,加工,32x R0.5,1850,2520,32min,精加工,10,球头,6500,2000,130min,9,四坐标是指在,X,、,Y,和,Z,三个平动坐标轴基础上增加一个转动坐标轴,(A,或,B),，且四个轴一般可以联动。其中，转动轴既可以作用于刀具,(,刀具摆动型,),，也可以作用于工件,(,工作台回转摆动型,),；机床既可以是立式的也可以是卧式的；此外，转动轴既可以是,A,轴,(,绕,X,轴转动,),也可以是,B,轴,(,绕,Y,轴转动,),。由此可以看出，四坐标数控机床可具有多种结构类型，但除大型龙门式机床上采用刀具摆动外，实际中多以工作台旋转摆动的结构居多。但不管是哪种类型，其共同特点是相对于静止的工件来说，刀具的运动位置不仅是任意可控的，而且刀具轴线的方向在刀具摆动平面内也是可以控制的，从而可根据加工对象的几何特征按保持有效切削状态或根据避免刀具干涉等需要来调整刀具相对零件表面的姿态。,因此，四坐标加工可以获得比三坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果。,四坐标卧式加工中心,二、四坐标数控镗铣床/加工中心的工艺特点,10,对于五坐标机床，都具有两个回转坐标。相对于静止的工件来说，其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内,(,受机构结构限制,),任意控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力。因此，五坐标加工又可以获得比四坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于,三维曲面零件的高效高质量加工,以及,异型复杂零件的加工,。采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。一般认为，一台五轴联动机床的效率可以等于两台三轴联动机床。,五坐标卧式加工中心,三、五坐标数控镗铣床/加工中心的工艺特点,11,主轴头旋转型,复合型,主轴和工作台旋转型,五坐标机床的类型及加工实例,实例,1,实例,2,12,课堂讨论,对于如图所示形状零件上三个直槽，比较分别采用三坐标和五坐标加工中心加工对零件加工的影响（从装夹、加工精度和效率等方面比较）。,13,高速加工技术是当代先进制造技术的重要组成部分，拥有高效率、高精度及高表面质量等特征。有关高速加工的含义，通常有如下几种观点：切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的,5-10,倍；机床主轴转速很高，一般将主轴转速在,10000-20000r/min,以上定为高速切削；进给速度很高，通常达,15-50m/min,，最高可达,90m/min,；对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同。其优点在于：,加工时间短，效率高,。高速切削的材料去除率通常是常规的,3,5,倍。,刀具切削状况好，切削力小,，主轴轴承、刀具和工件受力均小。切削力降低大概,30%90%,，提高了加工质量。,刀具和工件受热影响小,。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。,工件表面质量好,。,ap,小，切削线速度高，工件粗糙度好。,四、高速加工的工艺特点,14,高速加,工实例,毛坯材料,使用刀具,主轴转速,(r/min),进给速度,(mm/min),NAK 80(HRC40),4,球头,14000,2200,加工零件示意图,高速加工切削条件,15,一、,平面类零件,：,加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平,面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。,第三节 数控镗铣/加工中心加工的典型零件,16,二、直纹曲面类零件,：,由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。,17,三、立体曲面类零件,:,加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件，,这类零件的加工面不能展成平面。,工艺分析,18,四、箱体类零件：,一般是指具有孔系和平面，内部有一定型腔，,在长、宽、高方向有一定比例的零件。,19,五、异型件：,外形不规则的零件，大多要点、线、面多工,位混合加工。,20,一、工件的装夹,数控夹具设计及组装时应注意的问题,为保证零件装夹方位与编程中所选定的工件坐标系及机床坐标系方向一致性，及定向装夹；,夹具应具有尽可能少的元件和较高的刚度；,夹具要尽量敞开，夹紧元件的空间位置能低则低，夹具不能和工步刀具轨迹发生干涉；,保证在主轴的行程范围内使工件的加工内容全部完成；,对于有交互工作台的加工中心，由于工作台的移动、上托、下托和旋转等动作，夹具设计必须防止夹具和机床的空间干涉；,尽量在一次装夹中完成所有的加工内容。当非要更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏定位精度，必要时在工艺文件中说明；,夹具底面与工作台的接触，夹具的底面平面度必须保证在,0.010.02mm,以内，表面粗糙度不大于,Ra3.2um,。,第四节 数控镗铣、加工中心加工工艺的制定,21,三维效果图,零件图样,工件的装夹实例,1,22,工件装夹时必须使工件在机床上占有正确位置,工件装夹时找正过程,工作台,工作台,23,工作台,工作台,定位销低于加工面,定位销（,3,个）,装夹方案,1,：找正法,装夹方案,2,：,用夹具装夹,24,工件的装夹实例,2,组合夹具装夹应用,工步,1,装夹示意图,工步,2,装夹示意图,工步,1,加工完成,工步,2,加工完成,表面,1,表面,2,表面,2,表面,1,25,二、常用对刀方式,偏心式寻边器对刀,X、Y,向对刀过程：,10mm,的直柄可安装于弹簧夹头刀柄或钻夹头刀柄上；,使其以,400-600rpm,的速度转动；,如图,2,所示使测头与工件的端面接近，未接触之前，测头不,会振动，如图2所示；一旦与工件端面相接触，测头就会如,图,3,所示，测头后退0.01，即可恢复如图2所示。,工件端面所在的位置，就是加上测头半径,5mm,的坐标位置。,图,1,图,2,图,3,26,Z,轴设定器,刀具长度方向的对刀：,Z,轴设定器：,是用以对刀具长度补偿的一种测量装置。对刀准确、效,率高等特点；缩短了加工准备时间。采用手动方式工作，即：对刀时，,机床的运动由操作者手动控制，特别适合单件、小批量生产；,对刀仪：,用于机外对刀，在使用前就可测量出刀具的准确尺寸数据。,对刀仪,刀具直径测量,27,三、加工工艺分析,数控镗铣或加工中心,加工零件,的表面不外乎,平面、轮廓、曲面、孔,和螺纹,等，主要要考虑到所选加工方法要与零件的表面特征、所要,求达到的精度及表面粗糙度相适应。,在数控镗铣床及加工中心上可铣削平面、平面轮廓及曲面，也可,进行孔和螺纹的加工。,孔加工的方法有钻削、铰削、铣削和镗削等；,螺纹的加工可采用攻螺纹、铣螺纹等方法。,整体观念、综合考虑,28,1）平面轮廓加工,铣削,平面类零件,周边轮廓一般采用立铣刀。刀具的尺寸应满足：,刀具半径,R,小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径,min,，一般,可取,R=(0.8,0.9)min,；,如果,min,过小，为提高加工效率，可先采用大直径刀具进行,粗加工，然后按上述要求选择刀具对轮廓上残留余量过大的局,部区域处理后再对整个轮廓进行精加工。,（1）刀具的选择,注意,刀具悬长不得大于刀具直径的5倍,29,（2）切入切出路径,注意：,对于平面轮廓的铣削，无论是外轮廓或内轮廓，要安排刀具从切向,进入轮廓进行加工，当轮廓加工完毕之后，要安排一段沿切线方向继续运,动的距离退刀，这样可以避免刀具在工件上的切人点和退出点处留下接刀,痕。,30,2）型腔加工,（1）型腔三种走刀路线,环切法,行切法,行切,+,环切法,31,（2）开始切削型腔的方法,主要有以下三种方法：,预钻削起始孔。不推荐这种方法，这需要增加一种刀具。,较佳的方法之一是使用,X/Y,和,Z,方向的线性坡走切削，以达到全部轴向,深度的切削；,可以以螺旋形式进行圆插补铣。这是一种非常好的方法，因为它可产,生光滑的切削作用，而只要求很小的开始空间。,坡走铣,螺旋插补铣,32,3）曲面加工,走刀路线的选择,2,轴半联动加工,3,轴联动加工,5,轴联动加工,刀具轴线,补偿平面,实际刀具轨迹,编程轨迹,加工工件,33,4）孔加工,孔加工的常用方法选择：,对于直径大于,30mm,的已铸出或锻出的毛坯孔的孔加工，一般,采用粗镗,半精镗,孔口倒角,精镗的加工方案；,孔径较大的可采用立铣刀粗铣,精铣加工方案；,对于直径小于,30mm,无底孔的孔加工，通常采用锪平端面,打中心孔,钻,扩,孔口倒角,铰加工方案，对有同轴度,要求的小孔，需采用锪平端面,打中心孔,钻,半精镗,孔口倒角,精镗,(,或铰,),加工方案（特别是加工台阶孔）。,孔加工主要方法：,钻削、扩削、铰削、铣削和镗削,34,5）螺纹加工,螺纹加工方法选择：,内螺纹的加工根据孔径的大小，一般情况下，,M6,M20,之间的螺纹，,通常采用攻螺纹的方法加工。因为加工中心上攻小直径螺纹丝锥容易,折断，,M6,以下的螺纹，可在加工中心上完成底孔加工再通过其他手段,攻螺纹。对于外螺纹或,M20,以上的内螺纹，一般采用铣削加工方法。,螺纹加工主要方法：,攻螺纹、铣螺纹,与数控车进行比较学习,35,四、顺铣与逆铣,顺 铣,逆 铣,在,顺,铣加工中，铣刀,受冲击负荷较大；发热量少；表面质量好，精加工采用。,在,逆,铣加工中，铣刀,受冲击负荷较少；发热量大；表面质量不好，粗加工采用。,36,数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。,第五节 数控刀具的类型与特点,37,1）数控刀具的分类,按照刀具结构分：,整体式：钻头、立铣刀等,镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式,机夹可转位刀具得到广泛应,用，数量上已达到整个数控刀具,的,30%40%,，金属切除率占总数的,80%90%,38,按照切削工艺分：,铣削刀具：,面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等,钻削刀具：,钻头、铰刀、丝锥等,镗削刀具：,粗镗刀、精镗刀等,39,常用铣,刀,40,方肩铣刀,41,多功能圆刀片铣刀,42,球头立铣刀,43,各种整体硬质合金铣刀,44,铰刀,钻头,丝锥,钻削刀具,45,粗,镗刀,精,镗刀,镗削刀,具,46,镗铣类整,体式工具系统,工具系统,是针对数控,机床要求与之配套的,刀具必须可快换和高,效切削而发展起来的，,是刀具与机床的接口。,镗,式,铣,工,类,具,模系,块统,模块式刀柄,通过将基本刀柄、接杆和,加长杆（如需要）进行组合，可以用,很少的组件组装成非常多种类的刀柄。,整体式刀柄,用于刀具装配中装夹不改,变，或不宜使用模块式刀柄的场合。,2）工具系统分类,47,(1)常用刀柄,ER,弹簧夹头刀,柄,ER,弹簧夹头,侧压式立铣刀柄,48,整体钻,夹头刀柄,钻夹头刀,柄,面铣刀刀柄,镗刀,柄,49,ISO 7388,及,DIN 69871,的,A,型拉钉,ISO 7388,及,DIN 69871,的,B,型拉钉,MAS BT,的拉钉,拉钉,是带螺纹的零件，常固定在各,种工具柄的尾端。机床主轴内的拉,紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。,数控机床刀柄有不同的标准，机床,刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有,多种型号和规格。,拉钉的选择：,根据数控机床说明书选择；,对机床自带的拉钉进行测量后来确定。,注意：,如果拉钉选择不当，装在刀,柄上使用可能会造成事故。,(2)拉钉的种类及选择,50,