普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《數控加工技術》吳明友編第三十講（90Min、2節課）2023/5/101第七章加工中心工藝設計（一）

第一節加工中心加工工藝分析（90Min）一、加工中心加工工藝概述（35Min）

1．加工中心的主要加工對象加工中心適用于復雜、工序多、精度要求較高、需用多種類型普通機床和眾多刀具、工裝，經過多次裝夾和調整才能完成加工的零件。其主要加工對象有以下幾類。2023/5/102⑴既有平面又有孔系的零件。加工中心具有自動換刀裝置，在一次安裝中，可以完成零件上平面的銑削、孔系的鉆削、鏜削、鉸削、銑削及攻螺紋等多工步加工。加工的部位可以在一個平面上，也可以不在一個平面上。五面體加工中心一次裝夾可以完成除安裝基面以外的五個面的加工。因此，加工中心的首選加工對象是既有平面又有孔系的零件，如箱體類零件和盤、套、板類零件。1）箱體類零件。一般是指具有多個孔系，內部有型腔或空腔，在長、寬、高方向有一定比例的零件。這類零件在機床、汽車、飛機等行業用得較多，如汽車的發動機缸體、變速箱體、機床的床頭箱、主軸箱、柴油機缸體以及齒輪泵殼體等。2023/5/103箱體類零件一般都需要進行孔系、輪廓、平面的多工位加工，公差要求特別是形位公差要求較為嚴格，通常要經過銑、鏜、鉆、擴、鉸、锪、攻螺紋等工序，使用的刀具、工裝較多，在普通機床上需多次裝夾、找正，測量次數多，導致工藝復雜，加工周期長，成本高，更重要的是精度難以保證。這類零件在加工中心上加工，一次裝夾可以完成普通機床60％～95％的工序內容，零件各項精度一致性好，質量穩定，同時可縮短生產周期，降低生產成本。當加工工位較多，工作臺需多次旋轉角度才能完成的零件時，一般選用臥式加工中心。當加工的工位較少，且跨距不大時，可選立式加工中心，從一端進行加工。

2023/5/1042）盤、套、板類零件。是指帶有鍵槽或徑向孔，或端面有分布孔系以及有曲面的盤套或軸類零件，如帶法蘭的軸套、帶有鍵槽或方頭的軸類零件等；具有較多孔加工的板類零件，如各種電機蓋等。端面有分布孔系、曲面的盤、套、板類零件宜選用立式加工中心，有徑向孔的可選用臥式加工中心。⑵復雜曲面類零件。對于由復雜曲線、曲面組成的零件，如凸輪類、葉輪類和模具類等零件，加工中心是加工這類零件的最有效的設備。1）凸輪類。這類零件有如圖7-1所示的各種曲線的盤形凸輪、圓柱凸輪、圓錐凸輪和端面凸輪等，加工時，可根據凸輪表面的復雜程度，選用三軸、四軸或五軸聯動的加工中心。2023/5/1052023/5/106圖7-1盤形凸輪2）整體葉輪類。整體葉輪常見于航空發動機的壓氣機、空氣壓縮機、船舶水下推進器等，它除具有一般曲面加工的特點外，還存在許多特殊的加工難點，如通道狹窄，刀具很容易與加工表面和鄰近曲面發生干涉。如圖7-2所示是葉輪，它的葉面是一個典型的三維空間曲面，加工這樣的型面，可采用四軸以上聯動的加工中心。2023/5/1072023/5/108圖7-2葉輪2023/5/1093）模具類。常見的模具有鍛壓模具、鑄造模具、注塑模具及橡膠模具等。如圖7-3所示為連桿及其凹模。采用加工中心加工模具，由于工序高度集中，動模、靜模等關鍵件的精加工基本上是在一次安裝中完成全部機加工內容，尺寸累積誤差及修配工作量小。同時，模具的可復制性強，互換性好。對于復雜曲面類零件，就加工的可能性而言，在不出現加工過切或加工盲區時，復雜曲面一般可以采用球頭銑刀進行三坐標聯動加工，加工精度較高，但效率較低。如果工件存在加工過切或加工盲區（如整體葉輪等），就必須考慮采用四坐標或五坐標聯動的機床。僅僅加工復雜曲面時并不能發揮加工中心自動換刀的優勢，因為復雜曲面的加工一般經過粗銑、（半）精銑、清根等步驟，所用的刀具較少，特別是像模具一類的單件加工。2023/5/10102023/5/1011圖7-3連桿鍛壓模具a）

發動機連桿b）

發動機連桿鍛模的上模

c）發動機連桿鍛模的下模⑶外形不規則零件。異形件是外形不規則的零件，大多數需要進行點、線、面多工位混合加工，如支架、基座、樣板、靠模支架等。由于異形件的外形不規則，剛性一般較差，夾緊及切削變形難以控制，加工精度難以保證，因此在普通機床上只能采取工序分散的原則加工，需用較多的工裝，周期較長。這時可充分發揮加工中心工序集中，多工位點、線、面混合加工的特點，采用合理的工藝措施，一次或二次裝夾，完成大部分甚至全部加工內容。2023/5/1012⑷周期性投產的零件。用加工中心加工零件時，所需工時主要包括基本時間和準備時間，其中準備時間占很大比例。例如工藝準備、程序編制、零件首件試切等，這些時間往往是單件基本時間的幾十倍。采用加工中心可以將這些準備時間的內容儲存起來，供以后反復使用。這樣對周期性投產的零件，生產周期就可以大大縮短。2023/5/1013⑸加工精度要求較高的中小批量零件。針對加工中心加工精度高、尺寸穩定的特點，對加工精度要求較高的中小批量零件，選擇加工中心加工，容易獲得所要求的尺寸精度和形狀位置精度，并可得到很好的互換性。2023/5/1014⑹新產品試制中的零件。在新產品定型之前，需經反復試驗和改進。選擇加工中心試制，可省去許多用通用機床加工所需的試制工裝。當零件被修改時，只需修改相應的程序及適當地調整夾具、刀具即可，節省了費用，縮短了試制周期。2023/5/10152．加工中心的工藝特點加工中心是一種功能較全的數控機床，它集銑削、鉆削、鉸削、鏜削、攻螺紋和切螺紋于一身，使其具有多種工藝手段，綜合加工能力較強。與普通機床加工相比，加工中心具有如下的工藝特點。2023/5/1016⑴可減少工件的裝夾次數，消除因多次裝夾帶來的定位誤差，提高加工精度。當零件各加工部位的位置精度要求較高時，采用加工中心加工能在一次裝夾中將各個部位加工出來，避免了工件多次裝夾所帶來的定位誤差，有利于保證各加工部位的位置精度要求。同時，加工中心多采用半閉環，甚至全閉環的位置補償功能，有較高的定位精度和重復定位精度，在加工過程中產生的尺寸誤差能及時得到補償，與普通機床相比，能獲得較高的尺寸精度。另外，采用加工中心加工，還可減少裝卸工件的輔助時間，節省大量的專用和通用工藝裝備，降低生產成本。2023/5/1017⑵可減少機床數量，并相應減少操作工人，節省占用的車間面積。⑶可減少周轉次數和運輸工作量，縮短生產周期。⑷在制品數量少，簡化生產調度和管理。⑸使用各種刀具進行多工序集中加工，在進行工藝設計時要處理好刀具在換刀及加工時與工件、夾具甚至機床相關部位的干涉問題。⑹若在加工中心上連續進行粗加工和精加工，夾具既要能適應粗加工時切削力大、高剛度、夾緊力大的要求，又須適應精加工時定位精度高，零件夾緊變形盡可能小的要求。2023/5/1018⑺由于采用自動換刀和自動回轉工作臺進行多工位加工，決定了臥式加工中心只能進行懸臂加工。由于不能在加工中設置支架等輔助裝置，應盡量使用剛性好的刀具，并解決刀具的振動和穩定性問題。另外，由于加工中心是通過自動換刀來實現工序或工步集中的，因此受刀庫、機械手的限制，刀具的直徑、長度、重量一般都不允許超過機床說明書所規定的范圍。⑻多工序的集中加工，要及時處理切屑。2023/5/1019⑼在將逐毛坯加美工為成康品的過燦程中，湯零件不棵能進行勢時效處部理，內形應力難型以消除無。⑽技術巡壽復雜，弊對使用觀、維修妥、管理游要求較悟高，要展求操作取者具有途較高的糠技術水礎平。⑾加工歪中心一稻次性投芬資大，扔還需配塘置其他戒輔助裝艇置，如要刀具預猶調設備蒸、數控劍工具系深統或三跡坐標測盟量機等妨，機床刊的加工販工時費咸用高，勺如果零謊件選擇遞不當，松會增加睬加工成敬本。202堪3/4引/29203．加工中形心加工內葛容的選擇分析了加場工中心的濤主要加工轟對象，選檢定適合加嫁工中心加示工的零件彼之后，需敏要進一步憐選擇確定告適合加工沾中心加工賢的零件表嶄面。通常芒選擇下列會表面。⑴尺寸燃精度要摩求較高峰的表面豈。⑵相互位蛙置精度要猛求較高的榮表面。⑶不便打于普通姜機床加么工的復伙雜曲線關曲面。⑷能夠假集中加勇工的表閘面。2023形/4/2繭921二、數控顆加工工藝傾文件（5Mi含n）1．數控加狗工工序卡2．數控加蓮工刀具卡3．數控加漂工走刀路臺線圖4．數控色加工程華序單加工中脈心加工變工藝文鈴件與第選三章第振二節中嶄的有關四內容基拍本相同戴，這里波不再贅惰述。加谷工中心棍加工工斗序卡及扶加工中諒心加工爬刀具卡炎的格式疑見本章樣第五節2023芹/4/2妻922三、零壁件的工犁藝分析憶（5Min）零件的真工藝分撲析是制谷訂加工怨中心加友工工藝姿的首要侵工作。較其任務鑼是分析弄零件圖志的完整翁性、正厚確性和減技術要壯求、分血析零件狠的結構宏工藝性劉和定位館基準等急。其中逐，零件率圖的完醫整性、川正確性矮和技術厘要求分吩析與數優控銑削馬加工類偽似，這親里不再勞贅述。⑴零件臂的結構書工藝性傭分析。從機械加驚工的角度艦考慮，在胖加工中心榆上加工的痛零件，其籍結構工藝勿性應具備柄以下幾點攪要求。202爛3/4雷/29231）零件益的切削列加工量仰要小，末以便減拒少加工灣中心的句切削加恨工時間沒，降低老零件的氏加工成敘本。2）零件白上光孔馬和螺紋慶的尺寸攜規格盡落可能少鑄，減少備加工時序鉆頭、券鉸刀及緞絲錐等蒸刀具的企數量，片以防刀街庫容量葵不夠。3）零件尺庸寸規格盡燭量標準化功，以便采判用標準刀星具。4）零件棄加工表長面應具符有加工燦的方便瀉性和可界能性。5）零件結椒構應具有臺足夠的剛怠性，以減酒少夾緊變窯形和切削涌變形。2023食/4/2輪924⑵定位埋基準的雄選擇。加工中體心定位婆基準的工選擇，漁主要有湯以下幾護方面。1）盡量惰選擇零天件上的犯設計基尺準作為稅定位基殼準。2）一次裝雹夾就能夠費完成全部湊關鍵精度擔部位的加黎工。為了曾避免精加揀工后的零典件再經過更多次非重驕要的尺寸喜加工，多宜次周轉，乒造成零件匆變形、磕杠碰劃傷，旗在考慮一抄次完成盡柿可能多的餓加工內容附（如螺孔塑、自由孔出、倒角、更非重要表隔面等）的畜同時，一鈴般將加工輛中心上完犯成的工序安安排在最藥后。202斯3/4閱/29253）當在抽加工中該心上既信加工基泥準又完債成各工娘位的加曾工時，職其定位針基準的鋼選擇需銀考慮完拴成盡可軍能多的區加工內毛容。為私此，要寧考慮便悼于各個濫表面都稻能被加堡工的定江位方式憂，如對挨于箱體通，最好么采用一悲面兩削繭的定位扣方式，類以便刀漂具對其扒他表面莊進行加暈工。202尿3/4否/29264）當零律件的定雨位基準辰與設計懷基準難過以重合楊時，應舟認真分拌析裝配摘圖紙，佳確定該煎零件設關計基準午的設計質功能，伶通過尺束寸鏈的泛計算，歲嚴格規混定定位狀基準與冰設計基扶準間的視公差范竹圍，確罪保加工栗精度。皺對于帶日有自動片測量功際能的加刪工中心磚，可在顏工藝中回安排坐辮標系測菠量檢查勇工步，嶺即每個袖零件加私工前由努程序自襲動控制宣用測頭侍檢測設投計基準楊，系統療自動計墳算并修針正坐標驗系，從激而確保壘各加工滋部位與悅設計基員準間的岔幾何關斗系。2023酬/4/2五927四、零件嘩數控加工筍工藝路線噸的擬定（45Mi第n）1．加工帽方法的澇選擇在加工伐中心上予可以采落用銑削露、鉆削評、擴削搞、鉸削毫、鏜削賓和攻螺慌紋等加遇工方法煌，完成將平面、齡平面輪看廓、曲箭面、曲誓面輪廓傭、孔和謝螺紋等器加工，并所選加喊工方法周要與零鴨件的表知面特征廳、所要張達到的轟精度及痛表面粗目糙度相胳適應。202桌3/4眾/2928平面、平那面輪廓及從曲面在鏜云銑類加工天中心上只鉛能采用銑娛削方式加鑰工。粗銑彩平面，其僑尺寸精度浩可達IT12～IT1易4級（指兩蟲平面之間鄉豐的尺寸）蛛，表面粗燙糙度Ra值可達12.趙5～50μm。粗、旅精銑平碌面，其脊尺寸精然度可達IT7～IT9級，表面趕粗糙度Ra值可達1.6～3.2μm。孔加工財方法比余較多，刻有鉆削送、擴削朵、鉸削銜和鏜削例等。大雄直徑孔饒還可采懸用圓弧段插補方辯式進行禍銑削加做工。鉆粗削、擴邀削、鉸享削及鏜鄭削所能駱達到的氣精度和護表面粗東糙度如胞圖7-4所示。202裕3/4外/2929202嫂3/4認/2930圖7-4孔加工妥方案對于直數徑大于φ30mm的已鑄出必或鍛出毛喜坯孔的孔漂加工，一漁般采用粗煉鏜→半精淺鏜→孔口拾倒角→精巾鏜加工方鹿案；孔徑貨較大時可虜采用立銑醉刀粗銑→勸精銑加工仗方案。有休空刀槽時衰可用鋸片旗銑刀在半栽精鏜之后多、精鏜之千前銑削完怎成，也可段用鏜刀進悼行單刀鏜屈削，但鏜置削效率低廊。202委3/4捏/2931對于直徑涼小于φ30mm的無毛坯蠟孔的孔加崖工，通常均采用锪平悲端面→打石中心孔→衫鉆→擴→祝孔口倒角甩→鉸孔加受工方案；墳有同軸度追要求的小頑孔，須采嬌用锪平端惡面→打中驕心孔→鉆竟→半精鏜少→孔口倒搏角→精鏜勝（或鉸）濃加工方案完。為提高強孔的位置突精度，在訪鉆孔工步平前需安排使锪平端面寇和打中心皮孔工步。醒空口倒角勇安排在半土精加工之葛后、精加革工之前，匙以防孔內治產生毛刺掌。202梳3/4潔/2932螺紋加工代根據孔徑爬大小，一拋般情況下煎，直徑在M6～M20睛mm之間的螺艦紋，通常拳采用攻螺尤紋方法加極工。直徑帝在M6mm以下的螺患紋，在加焦工中心上握完成底孔對加工，通訂過其他手脊段攻螺紋暴。因為在作加工中心宜上攻螺紋繼不能隨機夸控制加工同狀態，小傲直徑絲錐術容易折斷悼。直徑在M20m棄m以上的隊螺紋，獅可采用杜鏜刀片稈鏜削加帖工。202交3/4苦/29332．加工階盒段的劃分一般情況祝下，在加挖工中心上可加工的零右件已在其將他機床上奪經過粗加乏工，加工變中心只是苦完成最后喝的精加工敵，所以不朱必劃分加顫工階段。綁但對加工并質量要求得較高的零紗件，若其供主要表面數在上加工澆中心加工們之前沒有癢經過粗加巧工，則應塌盡量將粗義、精加工袋分開進行施。使零件煩在粗加工佛后有一段縫自然時效捆過程，以美消除殘余哈應力和恢索復切削力逐、夾緊力成引起的彈四性變形、脖切削熱引亂起的熱變素形，必要問時還可以服安裝人工哀時效處理冒，最后通窯過精加工倍消除各種柴變形。2023揭/4/2挽934對加工賴精度要介求不高他，而毛扇坯質量糠較高、暗加工余臥量不大易、生產貸批量很批小的零律件或新動產品試陰制中的搬零件，拖利用加幼工中心波良好的門冷卻系嚇統，可及把粗、指精加工夸合并進劉行。但鍵粗、精規加工應秒劃分成膚兩道工貨序分別旅完成。避粗加工猶用較大嗚的夾緊槳力，精屋加工用狂較小的非夾緊力林。3．加工工肥序的劃分加工中啞心通常遠按工序育集中原哀則劃分掀加工工仔序，主河要從精犯度和效債率兩方秧面考慮湊。202拿3/4哥/29354．加工罰順序的僚安排理想的頃加工工姨藝不僅邊應保證羅加工出葵圖紙要傾求的合啄格工件朵，同時征應能使畝加工中抬心機床史的功能赤得到合昂理應用松與充分鳳發揮。銜安排加鳥工順序馳時，主燦要遵循般以下幾小方面原孤則。⑴同一渴加工表岡面按粗芝加工、屈半精加社工、精糞加工次弓序完成休，或全修部加工鐮表面按雪先粗加漁工，然革后半精穗加工、崗精加工掉分開進沖行。加絞工尺寸蛋公差要客求較高畝時，考寒慮零件犬尺寸、辛精度、典零件剛杏性和變多形等因汁素，可土采用前樂者；加調工位置頑公差要凱求較高鞠時，采綁用后者誰。2023里/4/2稱936⑵對于既拜要銑面又割要鏜孔的揀零件，如尸各種發動棕機箱體，易可以先銑夸面后鏜孔如，這樣可豪以提高孔壟的加工精判度。銑削吐時，切削蛾力較大，者工件易發鉆生變形。垮先銑面后監鏜孔，使敗其有一段裙時間的恢軌復，可減吩少變形對購孔的精度腰的影響。堪反之，如縮慧果先鏜孔湖后銑面，籌則銑削時哨，必然在災孔口產生爭飛邊、毛秧刺，從而賽破壞孔的屢精度。202潤3/4度/2937⑶相同工么位集中加劇工，應盡殿量按就近妥位置加工舒，以縮短陪刀具移動仿距離，減睬少空運行市時間。⑷某些機針床工作臺陡回轉時間把比換刀時根間短，在珍不影響精丙度的前提禍下，為了固減少換刀饒次數，減局少空行程棋，減少不盼必要的定輕位誤差，攪可以采取劈燕刀具集中刊工序。也款就是用同筐一把刀把繳零件上相造同的部位尊都加工完節，再換第軋二把刀。2023安/4/2棍938⑸考慮千到加工亂中存在踩著重復啟定位誤剩差，對析于同軸暖度要求岔很高的斯孔系，俱就不能攀采取刀奏具集中學原則，賄應該在慚一次定認位后，銜通過順睜序連續貧換刀，污順序連凳續加工艱完該同嗚軸孔系昏的全部繪孔后，迫再加工悟其他坐檢標位置后孔，以額提高孔電系同軸謙度。⑹在一次敬定位裝夾器中，盡可跪能完成所沈有能夠加洗工的表面倒。實際生咽產中，霸應根據廁具體情搭況，綜糟合運用箭以上原筑則，從播而制定緒出較完喉善、合炎理的加都工順序形。2023方/4/2緞9395．加工路種線的確定加工中使心上刀崖具的進割給路線然包括孔惜加工進缺給路線普和銑削伐加工進缸給路線照。⑴孔加工忘進給路線鋪的確定。徒孔加工時冰，一般是麻先將刀具怒在xOy平面內快搏速定位到下孔中心線推的位置上縮慧，然后再偏沿Z向（軸乓向）運貧動進行鬼加工。刀具在xOy平面內的簽運動為點先位運動，獸確定其進郵給路線時真重點考慮貼：202捉3/4歷/29401）定位構迅速，舟空行程謀路線要壤短；2）定位矮準確，姥避免機蓋械進給創系統反均向間隙重對孔位嚷置精度魚的影響蠶；3）當定位爽迅速與定查位準確不管能同時滿否足時，若榨按最短進詞給路線進炮給能保證照定位精度摟，則取最吹短路線。月反之，應惡取能保證遼定位準確伴的路線。刀具在Z向的進鍵給路線刊分為快甩速移動逃進給路問線和工蝕作進給叔路線。2023嫁/4/2換941如圖7-5所示，刀難具先從初釘始平面快孫速移動到撓及平面（歪距工件加秤工表面一啄切入距離刊的平面）摘上，然后咬按工作進期給速度加捏工。如圖7-5a所示為單洗孔加工時套的進給路慢線。對多棄孔加工，可為減少刀秩具空行程腿進給時間統，加工后節續孔時，腹刀具只要酬退回到R平面即圈可，如航圖7-5b所示。R平面距透工件表勻面的距果離稱為剖切入距從離。加翼工通孔桐時，為剩保證全席部孔深孫都加工透到，應擋使刀具齊伸出工換件底面珠一段距槍離（切慶出距離局）。切息入切出讓距離的嫁大小與水工件表批面狀況轟和加工治方式有限關，一付般可取2～5mm。2023舌/4/2摟