第6章加工中心加工工艺

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工中心加工工艺
•本章知识(或技能)要点 •1.加工中心的加工特点; •2.加工中心的刀具系统 •3.加工中心加工工艺的主要内容; •4.加工中心加工工艺文件的编制; •5.制订加工中心加工工艺规程。
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•6-1 端盖零件图
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•6.1 加工中心简介
•6.1.1 加工中心概述
KJ 用于装扩、 铰刀
BS 倍速夹头
H 倒锪端面 刀
T 镗孔刀具
代 代号的含义 号 TF 浮动镗刀
TK 可调镗刀头 X 用于装铣削刀具
XS 装三面刃铣刀
TZ 直角镗刀
TQW 倾斜型微 调镗刀
TQC 倾斜型粗 镗刀
TZC 直角型粗 镗刀
XM 装面铣刀
XD 装直角端铣刀 Z
XD 装端铣刀
•注:用数字表示工具的规格,其含义随工具不同而异:对于有些 工具,该数字为轮廓尺寸(D-L);对另一些工具,该数字表示应
用范围;还有表示其他参数值的,如锥度号等。
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• (2)模块式工具系统 • 把工具的柄部和工作部分分开,制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模 块,每类模块中又分为若干小类和规格,然后用不同规格的中间模块,组装成不 同用途、不同规格的模块式工具。这样既方便了制造,也方便了使用和保管,大 大减少了用户的工具储备。目前,模块式工具系统已成为数控加工刀具发展的方 向。图6-16为TMG工具系统的示意图。
•1.加工中心的含义 • 加工中心(machining center,简称MC)是指配备有刀库和自动换刀装 置,在一次装卡下可实现多工序(甚至全部工序)加工的数控机床。目前主 要有镗铣类加工中心和车削类加工中心两大类。通常我们所说的加工中心是 指镗铣类加工中心。
• 镗铣类加工中心是在数控铣床(镗床)的基础上演化而来的,其数控系 统能控制机床自动地更换刀具,连续地对工件各加工表面自动进行铣削、钻削、 扩削、铰削、镗削、攻丝等多种工序的加工,工序高度集中。
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• 2.加工中心加工零件的结构工艺性分析 • 结构工艺性除应符合第五章数控铣削结构工艺性外,还应具备以下几 点要求: • (1)切削余量要小,以减少切削时间,降低加工成本。 • (2)零件上孔和螺纹孔的尺寸规格尽可能少,以减少相应刀具的数 量和换刀时间,同时防止刀库容量不够。 • (3)零件的尺寸尽量标准化,以便采用标准刀具。 • (4)零件加工表面应具有加工的方便性和可能性。 • (5)零件的刚性应足够,以减少夹紧和切削中的变形。 • 表6-3列出了部分零件的孔加工工艺性对比实例。
•图6-9 板类零件
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•2.结构形状复杂、普通机床难以加工的零件 •(1)凸轮类零件 •(2)整体叶轮类
•图6-10 轴向压缩机涡轮
•(3)模具类 •常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。
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•3.外形不规则的异形零件
• 异形件是指支架、基座、样板、靠模等这一类外形不规则的零件。例 如图6-11所示的异形支架,这类零件大多需要点、线、面多工位混合加工。
• ③转塔刀库式加工中心 • 一般在小型立式加工中心上采用转塔刀库形式,主要以孔加工为主,如图 6-7所示。
•(3)按工作台数量和功能分类 •加工中心可分为单工作台加工中心、双工作台加工中心和多工作台加工中心。
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•图6-7 转塔刀库式加工中心
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•6.1.2 加工中心的主要加工对象
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•2.加工顺序的安排 • ①在安排加工顺序时同样要遵循“基面先行”、“先面后孔”、“先主后次” 及“先粗后精”的一般工艺原则。 • ②若零件的尺寸精度要求较高,考虑零件尺寸精度、零件刚性和变形等因素, 则采用同一表面粗加工—半精加工—精加工顺序完成。 • ③若零件的加工位置精度要求较高,则全部加工表面按先粗加工,然后半精 加工、最后精加工的顺序分开进行。 • ④在不影响加工精度的前提下,为了减少换刀次数、空行程和不必要的定位 误差,应采取刀具集中的原则安排加工顺序。刀具集中原则是指一把刀具将零 件上所有由该刀具加工的表面全部加工完后,再换下一把刀具进行加工。
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•6.2.3 装夹方案的确定
• 1.定位基准的选择 • 加工中心定位基准的选择,主要注意以下几方面: • ①尽量选择零件上的设计基准作为定位基准,可避免基准不重合误差,提高零 件的加工精度。 • ②保证一次装夹中完成尽可能多的加工内容。为此,需考虑便于各个表面都能 被加工的定位方式,如对箱体类零件加工,最好采用“一面两销(孔)”的定位 方案,以便刀具对其他表面进行加工,若工件上没有合适的孔,可增加工艺孔进 行定位。 • ③当零件的定位基准与设计基准不能重合,且加工面与其设计基准又不能在一 次装夹中同时加工时,应认真分析装配图样,确定该零件设计基准的设计功能, 通过尺寸链的计算,严格规定定位基准与设计基准间的公差范围,确保加工精度。
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•⑤对于同轴度要求很高的孔系,不能采取刀具集中原则。应该在一次定位后, 通过顺序连续换刀,顺序连续加工完该同轴孔系的全部孔后,再加工其他坐标位 置孔,以提高孔系同轴度。 •⑥对于既有铣面又有镗孔的零件应先铣后镗,以提高孔的加工精度。因为铣削 时,切削力较大,工件易发生变形。先铣面后镗孔,使其有一段时间恢复,减少 由变形引起的对孔的精度的影响。反之,如果先镗孔后铣面,则铣削时,必然在 孔口产生飞边、毛刺,从而破坏孔的精度。 •⑦每道工序尽量减少刀具的空行程移动量,按最短路线安排加工表面的加工顺序。
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•图6-16 TMG工具系统示意图
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•6.2 加工中心加工工艺的主要内容
•6.2.1 零件图的工艺分析
• 1.加工中心加工内容的选择 • 一般选择下列表面在加工中心上加工: • (1)尺寸精度要求较高的表面。 • (2)相互位置精度要求较高的表面。需要多次调整的工件必须在一次装夹中 完成各工序的表面。 • (3)普通机床加工难以保证的复杂曲线、曲面或难以通过测量调整进给的不 够敞开的复杂型腔表面。 • (4)能够集中在一次装夹中合并完成的多工序(或工步)表面。 • 在选择和决定加工中心的加工内容时,还要考虑生产批量、生产周期以及工序 间的周转情况等,要合理利用加工中心,以达到产品质量、生产率及综合经济效 益都为最佳的目的。
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•6.2.2 加工阶段的划分和加工顺序的安排
• 1.加工阶段的划分 • 在加工中心上加工,加工阶段的划分主要依据工件的精度要求确定,同 时还需考虑到生产批量、毛坯质量、加工中心的加工条件等因素。 • ①一般情况下,在加工中心上加工的零件已经过粗加工,加工中心只是 完成最后的精加工,因此,可以不划分加工阶段。 • ②对零件的加工精度要求不高,而毛坯质量较高、加工余量不大、生产 批量又很小的零件,则可在加工中心上利用加工中心的良好冷却系统,把 粗、精加工合并进行,完成加工工序的全部内容,但粗、精加工应划分成 两道工序分别完成。在加工过程中,对于刚性较差的零件,可采取相应的 工艺措施,如粗加工后安排暂停指令,由操作者将压板等夹紧元件(装置) 稍稍放松一些,以恢复零件的弹性变形,然后再用较小夹紧力将零件夹紧, 最后再进行精加工。
•(1)整体式工具系统 • 整体式工具系统把工具柄部和装夹刀具的工作部分做成一体。不同品种和 规格的工作部分都必须带有与机床主轴相连接的柄部。其优点是:结构简单,使 用方便、可靠,更换迅速等。缺点是所用的刀柄规格品种和数量较多。图6-15为 TSG工具系统图,表6-2为TSG工具系统用途代号的含义。
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2020/11/26
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•【案例引入】典型盖板类零件如图6-1所示,材料为HT150,加工数量为 5000个/年。底平面、两侧面和φ40H8型腔已在前面工序加工完成,试对 端盖的4个沉头螺钉孔和2个销孔进行加工中心加工工艺分析。
•任务 •制 订 端 盖 零 件 的 沉 头螺钉孔和销孔的加
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•图6-15 TSG工具系统图
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•表6-2 TSG工具系统用途代号的含义
代号 J
Βιβλιοθήκη Baidu
代号的含义 装接长刀杆用锥柄
Q
弹簧夹头
KH
7:24锥柄快换夹头
Z(J)
MW M
用于装钻夹头(莫氏锥 度注J)
装无扁尾莫氏锥柄刀具
装有扁尾莫氏锥柄刀具
G
攻螺纹夹头
C
切内槽刀具
代 代号的含 号义
•图6-3 卧式加工中 心
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•③龙门式加工中心
•图6-4 龙门式加工中心
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•④万能加工中心
•图6-5 万能加工中心
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•⑤虚轴加工中心
•图6-6 虚轴加工中心
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• (2)按换刀形式分类 • ①带刀库、机械手的加工中心 • 加工中心的换刀装置(Automatic T00l Changer,ATC)是由刀库和机械手组 成,换刀机械手完成换刀工作。这是加工中心最普遍采用的形式,如图6-2a) 所示。 • ②无机械手的加工中心 • 这种加工中心的换刀是通过刀库和主轴箱的配合动作来完成的,如图6-2b) 所示。
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• 2.加工中心的分类 • (1)按照加工中心的结构方式分类 • ①立式加工中心 • 立式加工中心指主轴轴线为垂直状态设置的加工中心,如图6-2所示。
•图6-2 立式加工中心 •a)带刀库和机械手的加工中心 b)无机械手的加工中心
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•②卧式加工中心 • 卧式加工中心指主轴轴线为水平状态设置的加工中心,如图6-3所示。
•图6-11 异形零件
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•6.1.3 加工中心的刀具系统
• 加工中心和数控铣床上使用的刀具由刃具和刀柄两部分组成。刃具包括铣 刀、钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和丝锥等。刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工 具,应满足机床主轴的自动松开和夹紧定位,准确安装各种切削刃具、 适应机 械手的夹持和搬运、储存和识别刀库中各种刀具的要求。
带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB/T1443-85 带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB/T1443-85 直柄工具柄
JIS
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•图6-12 加工中心/数控铣床7:24圆锥工具柄结构
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•图6-13 A型拉钉结构
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•图6-14 B型拉钉结构
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• 针对加工中心的工艺特点,加工中心适宜于加工形状复杂、加工内容多、 要求较高、需用多种类型的普通机床和众多的工艺装备,且经多次装夹和调整 才能完成加工的零件。主要的加工对象有下列几种:
•1.既有平面又有孔系的零件
•(1)箱体类零件
•图6-8 热电机车主轴箱体
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•(2)盘、套、板类零件
• 1.刀柄的结构 •刀柄的结构现已系列化、标准化,其标准有很多种,见表6-1所示。
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•表6-1 工具柄部型式代 号
代号 JT BT ST MT MW ZB
工具柄部型式
自动换刀机床用7:24圆锥工具柄 GB/T10944-89
自动换刀机床用7:24圆锥BT型工具柄 B6339
手动换刀机床用7:24圆锥工具柄 GB/T3837.3-83
•2.镗铣类工具系统 • 由于在加工中心和数控铣床上要适应多种形式零件不同部位的加工,故刀 具装夹部分的结构、形式、尺寸也是多种多样的。把通用性较强的几种装夹工具 (例如装夹铣刀、镗刀、铰刀、钻头和丝锥等)系列化、标准化就发展成为不同 结构的镗铣类工具系统。镗铣类工具系统一般分为整体式结构和模块式结构两大 类。
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•④批量生产时,零件定位基准应尽可能与对刀基准重合,以减少对刀误差。 但在单件加工时(每加工一件对一次刀),工件坐标系原点和对刀基准的选 择应主要考虑便于编程和测量,可不与定位基准重合。如图6-17所示零件, 在加工中心上单件加工4×¢25H7孔。4×¢25H7孔都以¢80H7孔为设计基 准,编程原点应选在¢80H7孔中心上,加工时以¢80H7孔中心为对刀基准 建立工件坐标系,而定位基准为A、B两面,定位基准与对刀基准和编程原点 不重合,这样的加工方案同样能保证各项精度。但批量加工时,工件采用A、 B面为定位基准,即使将编程原点选在¢80H7孔中心上并按¢80H7孔中心对 刀,仍会产生基准不重合误差。因为再安装的工件的¢80H7孔中心的位置 是变动的。
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