加工中心培训教材(共13页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上加工中心培训教材（基本理论和工艺）一、 数控机床刀柄标准及种类目前，数控铣床和镗铣加工中心使用最多的仍是724工具锥柄。但在高速加工机床上，110空心短锥柄的使用正日益增多。 手动换刀用724工具锥柄的常见标准有国家标准GB 3837.383和国际标准ISO 29782，以及机械行业标准JB 3381.183。 110空心工具锥柄目前已有国家标准GB 19449.12004“带有法兰接触面的空心圆锥接口第1部分：柄部-尺寸”。它等同采用了国际标准ISO 121641：2001的内容。原德国标准DIN 698931：1996已被新的标准DIN 698731：2003代替，新的德国标准也等同采用了国际标准ISO 121641：2001的内容。其它常见结构的110工具锥柄基本采用企业标准，具有垄断性，如美国肯纳公司的KM型系列、瑞典山特维克公司的Capto系列、德国瓦尔特公司的NOVEX系列等。 自动换刀机床用724工具锥柄的中国国家标准GB 1094489是参照采用国际标准ISO 7388/1：1983制定的，除对极个别项目数据进行了圆整（如尾部螺纹底孔深度13）或未规定数据（如法兰上的键槽根底倒角）外，其它数据完全相同。而国际标准ISO 7388/1：1983又是参照德国标准DIN 698711的A型工具锥柄制定的，所以这三个标准的外形尺寸相同。在国内，其工具锥柄的代号为“JT”。其特征是：法兰厚度较小；有一装刀用的定位缺口；两个端键槽为不对称分布。 自动换刀机床用724工具锥柄在德国标准DIN 698711中分为A型、AD型和B型三种：A型为螺纹底孔不通的；AD型为螺纹底孔贯通的；B型为法兰端面供水的。而DIN 698712则只有C型一种，为双平行法兰、无V型槽的，现在已很少采用。其工具锥柄代号虽然标准中未作规定，但在德国其代号通常称为“SK”。 自动换刀机床用724工具锥柄的日本标准JIS B 6339：1998虽已替代了日本工作机械工业会标准MAS403：1975，但由于其主要外形尺寸相同，对使用基本没有影响，所以在不少制造商的样本上仍然标注MAS403标准代号，而未标注JIS B 6339。但应注意，这两个标准所用的拉钉是不同的。其工具锥柄代号为“BT”，特征为：法兰厚度较大；V型槽非对称分布，靠近工作部分一侧；两个端键槽对称分布；端键槽不铣通。 自动换刀机床用724工具锥柄的美国标准AMSE B5.501994已替代了ANSI/AMSE B5.501985，同样，由于外形尺寸相同，很多制造商在样本上仍标注ANSI/AMSE B5.50，或只标注ANSI。其工具锥柄代号虽然标准中未作规定，但通常称为“CAT”，其特征为：法兰厚度较小；两个端键槽为非对称分布；在一个端键槽的底面上钻有识别孔，用于刀具定位。其尾部螺纹应为UNC制螺纹，国内制造商为方便用户使用，改为对应的公制螺纹，其它尺寸不变。 手动换刀用724工具锥柄的中国国家标准GB 3837.383是等同采用国际标准ISO 29782制订的，其特征为：法兰上无V型槽，两个端键槽为对称分布，锥柄小端带圆柱尾，工具锥柄部分的长度较大。在国内，其工具锥柄代号为“ST”。用于通用铣床。手动换刀用724工具锥柄的机械行业标准JB 3381.183是用于无机械手和刀库的数控铣床的工具锥柄。其特征为：法兰上无V型槽，两个端键槽对称分布，锥柄小端不带圆柱尾。在国内，其工具锥柄代号也为“ST”，因此很容易与带圆柱尾的724工具锥柄相互混淆，因此用户在订货时必须说明是否带圆柱尾（哈量集团样本规定为“WST”，以示区别）。虽然该标准已被国家标准GB 1094489替代，但用户仍有需求，因此建议在以后的标准修订或制定时，解决该标准的合法性及其工具锥柄代号命名问题。除带圆柱尾的手动换刀用724工具锥柄不用拉钉外，上述其它724工具锥柄均需安装拉钉才能使用，其外形尺寸取决于所采用的标准。 国家标准GB 1094589“自动换刀机床用724圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄用拉钉”是参照国际标准ISO 7388/21984制订的，外形尺寸相同，分为A型和B型两种：A型拉钉的拉紧面斜角为15°，用于不带钢球的拉紧装置，代号为“LDA”；B型拉钉的拉紧面斜角为45°，用于带钢球的拉紧装置，代号为“LDB”。二者均带贯通孔，用于冷却液流通。 德国标准DIN 69881987的拉钉有A型和B型两种，A型带贯通孔；B型不带贯通孔，但有密封圈用环形槽，以防止冷却液从尾部泄漏。两种拉钉的拉紧面斜角均为15°，用于不带钢球的拉紧装置。 日本标准JIS B 6339：1998的拉钉只有一种型式，拉钉的拉紧面斜角为15°，用于不带钢球的拉紧装置，代号为“xxP”。日本工作机械工业会标准MAS403的拉钉则有型和型两种：型拉钉的拉紧面斜角为30°，用于不带钢球的拉紧装置；型拉钉的拉紧面斜角为45°，用于带钢球的拉紧装置。使用时应注意，这两种拉钉的头部长度比JIS B 6339：1998标准的拉钉头部直径小，颈部长度长，其代号为“PxxT”。 美国标准AMSE B5.501994的拉钉只有一种型式，拉钉的拉紧面斜角为45°，且凸缘与螺纹之间无定心圆柱。螺纹应为UNC制螺纹，国内制造商为方便用户使用，也改为对应的公制螺纹，其它尺寸不变。 110空心短圆锥柄的国际标准ISO 121641：2001基本采用了德国标准DIN 698731的方案。主要不同之处是：将柄部锥度由110改为19.98，以确保锥柄与安装孔配合时大端直径先接触；只规定了大端直径的理论正确尺寸，取消了大、小端直径及其公差；取消了大、小端直径间的距离尺寸；改变了尾部端键槽倒圆角的标注方法；在规范性附录中规定了锥柄与法兰端面的空刀槽的型式和尺寸；在资料性附录中建议了平衡区域。遗憾的是没有规定锥柄的锥度公差和大端直径公差。它分为A型和C型两种：A型用于自动或手动换刀；C型只能用于手动换刀。由于采用锥面和端面双重定位，轴向和径向定位精度较高；通过尾端的键与锥面、端面的摩擦传递扭矩大；锥柄长度短、重量轻、换刀快；由于适合高速机床使用，因此得到迅速推广。 虽然美国肯纳公司的KM型110空心短圆锥柄出现较早，但由于存在结构和工艺缺陷，因此未能被采用为ISO标准，目前在数控车床上应用较多。 瑞典山德维克公司的Capto系列、德国瓦尔特公司的NOVEX系列等属于企业性标准，其应用有一定局限性。 另外，我们的BT刀柄再细分又划分为BT30（40/50）-ER16、BT30（40/50）-ER25、BT30（40/50）-ER32等等，筒夹（夹心）也随之更改配套使用。二、 刀具补偿原理1、 刀具补偿的定义：数控机床在加工过程中，是通过控制刀具中心或刀架参考点来实现加工轨迹的。但刀具实际参与切削的部位只是刀尖或刀刃边缘，它们与刀具中心或刀架参考点之间存在偏差。因此，需要通过数控系统计算偏差值，并将控制对象由刀具中心或刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘上，以满足加工需要。这种变换过程就称为刀具补偿。2、 在零件加工过程中，若采用刀具补偿功能，可以大大简化数控加工程序的编写工作，提高该程序的利用率。主要表现在一下两个方面：1） 由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具相关尺寸变化不必重新编写程序，只需修改相应的刀补参数即可；2） 当被加工零件在同一机床上经历粗加工、半精加工、精加工多道工序时，不必编写三种加工程序，可将各工序预留的加工余量加入刀补参数即可。3、 刀具补偿一般可分为刀具长度补偿（G43）和刀具半径补偿（G41、G42）。1） 刀具半径补偿原理及类型：数控机床在连续轮廓加工过程中，数控系统所控制的运动轨迹不是零件的轮廓，而是加工刀具的中心轨迹。由于用户总是按零件的轮廓编写加工程序，因此，要加工出合格的零件，就必须使加工刀具中心在零件轮廓的法矢量方向上偏移一个刀具半径值，这种偏移就称为刀具半径补偿。对于同一条刀具中心轨迹，刀具的运动方向有两个，为了便于分析问题，ISO标准规定：沿编程轨迹（零件轮廓）前进方向看去，当刀具中心轨迹始终在编程轨迹的左边时称为左刀补，用指令G41表示。反之，当刀具中心轨迹在编程轨迹的右边时称为右刀补，用指令G42表示。当不需要进行刀具补偿时，可用指令G40来撤消由G41或G42建立的刀具半径补偿。刀具半径补偿类型：在实际加工过程中，随着前后两段编程轨迹的连接方式不同，所产生的刀具中心轨迹转接情况也不尽相同。大多数CNC系统所处理的基本轮廓线型是直线与圆弧。因此，前后两段编程轨迹的连接方式有四种：直线接直线、直线接圆弧、圆弧接直线、圆弧接圆弧。根据拐角（指相邻两轮廓交接点出的切线在工件实体一侧的夹角，其变化范围为：0°360°。其中，当0°180°时，称为外拐角；当180360°时，称为内拐角。）2） 刀具长度补偿：G43三、 主轴准停功能主轴准停功能又称为主轴定位功能。当主轴停止时，控制其停于固定位置（这个在DMG车削中心上用于加工254Ab02、350S01钻机的旋钮，可以省去一道工序），这是自动换刀所必须的功能。在自动换刀的镗铣加工中心上，切削的扭矩通常是通过刀杆的端面键来传递的（BT刀柄）。这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能，比如我们加工180滑套的阶梯孔，在退刀时为了防止刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面而必须先让刀，再退刀。而要让刀，刀具必须具有准确功能。主轴准停功能分为机械准停和电气准停。机械准停控制典型的是V形槽轮定位盘准停结构，还有端面螺旋凸轮准停。目前国内外中高档数控系统均采用电气准停控制。有磁传感器准停、编码器主轴准停、数控系统准停三种方式。四、 浅析加工中心控制系统之进给伺服系统1、 进给伺服系统，是以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，是数控系统的主要子系统；如果把CNC装置看作是数控系统的“大脑”，则进给伺服系统可以认为是数控系统的“四肢”，它绝对地执行由CNC装置发来的运动命令，精确的控制执行部件的运动方向、进给速度及位移量。主要由位置控制单元、速度控制单元、驱动元件（电动机）、检测与反馈单元和机械执行部件组成。2、 分类：a、开环控制系统：典型的开环控制系统是采用步进电机的伺服系统，对于数控装置发来的每一个进给脉冲经驱动线路放大并驱动步进电动机转动每一个步距（及一个固定的角度如1.5°），再经减速齿轮带动丝杠旋转，并通过丝杠螺母副传动工作台移动。这种开环系统的精度完全依赖于步进电动机的步距精度及齿轮、丝杠的传动精度，它没有测量反馈矫正措施，所以对高精度的数控机床往往不能满足要求。但开环系统的机构简单、调试容易、造价低，在数控机床的发展过程中有一定的重要地位，现在仍普遍采用。数控装置放大步进电动机减速齿轮丝杠螺母工作台 开环伺服系统方框图b、半闭环控制系统：采用装在丝杠上或伺服电动机上的角位移测量元件测量丝杠或电动机轴的转动量间接地测量工作台的移动量。它的优点就是不论工作台位移的长短，角位移测量元件是制成360°可循环使用。半闭环的意思就是用丝杠（或电动机轴）的转动量与数控装置的命令相比较（闭环），而另一部分丝杠-螺母-工作台的移动量不受闭环控制（开环），故称为半闭环。数控装置比较装置放大伺服电动机减速齿轮丝杠螺母工作台 测量装置 半闭环伺服系统方框图 测量装置c、闭环控制系统：采用直线位移测量元件，测量机床移动部件工作台（或主轴箱）的位置并将测量结果送回与数控装置命令的移动量相比较，二者不相等有差值时，将此差值放大控制伺服电动机带工作台继续移动；直至测量值与命令值相等，差值为零或接近于零时停止移动。从理论上讲闭环伺服系统的精度取决于测量元件（光栅尺）的精度，但实际上机床的结构、传动装置以及传动间隙等非线性因素都会影响精度，严重的还会使闭环伺服系统的品质下降甚至引起振荡。（我们车间新配置的DMG立式加工中心属于闭环控制）数控装置比较装置放大伺服电动机减速齿轮丝杠螺母工作台 闭环伺服系统方框图 测量装置3、 数控机床中的进给伺服驱动大体可分为直线运动和旋转运动两类：a、 得到直线运动的方法：1） 油缸、气缸 一般不用于伺服系统2） 旋转电动机和丝杠：有旋转电动机通过丝杠螺母传动将旋转运动转换为直线运动，结构稳定可靠、传动精度高，是当前最常用的直线运动方式。 3） 直线电动机：由直线电动机直接产生直线运动带动工作台，这种方式最简单也最理想，其传动环节少，不需要由旋转电动机经丝杠来转换，没有传动间隙（包括反向间隙），因此，精度较高，具有“直接传动”、“无间隙传动”、“零传动”等美称。目前在国外已经出现并兴起采用直线电动机用于机床进给伺服驱动的方式。直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。 近几年来，世界上一些发达国家开始将直线电机技术应用于数控机床直线运动驱动系统中，代替传统的伺服电机+滚珠丝杠副驱动系统，取得了巨大的成功。b、 旋转伺服运动：如分度盘、数控回转工作台等的伺服驱动主要由伺服电动机经减速机构来产生回转运动。五、 加工中心零件制造工艺与编程（加工流程配置、优化以及计算机辅助制造CAM）1、 加工制造流程：目前，在通常的加工中，我们首先对图纸和工艺图表进行工艺性分析，确定基准和定位，尤其是在箱体类零件的加工中确定毛基准是非常必要的；这是加工编程的前提，如果识图不准确，在基准和定位上误入歧途，可能会带来无法加工的首要问题或者批量不合格产生。加工编程的依据是工艺和图纸，必须严格按工艺进行，这也是工艺纪律检查的一个目标，这就需要我们在接到派工单之后应当在工具图借图纸和工艺，两者缺一不可；否则被视为违反工艺纪律（不能生产了一个班次居然都没有图纸工艺在现场，这是绝对不允许的）。举例：滑套（不按工艺加工）和的变速箱盖（图纸无加工符号却加工了，导致另一面留量减小）。如果在加工前或加工过程中发现了工艺错误与图纸不符或者参数、路线有问题，或者你有了更好的参数、路线，一定要提出来（还有IE奖励），由工艺人员修改工艺。在确定工艺后则进行刀具、工装的配置，然后进行编程和对刀，输入刀具参数；高级的系统可以进行切削模拟，对程序的符合性进行模拟调试，最终要首件试切削，自检合格后进行首件检验，由专职检验员开具首检票。然后就是批量化生产了，过程中应当互检、巡检相结合。下面是零件加工编程的一般流程：2、 重视机械加工基础理论及实践我们应当重视基础及经验的积累，在加工的过程中遇到问题，判断问题要准确、及时。比如说在铣13mm手电钻的变速箱大面时发现有明显较大的纹路和接刀，表面较粗糙，第一时间应当考虑是否为刀具磨损至极限，需要换刀，而不能粗略地就认为是夹具夹紧力不足、切削参数不合理（进刀快）等。这就要求我们处理此类问题的流程应当准确有序，包括诸如此类一系列的加工问题，必须对简单、次要的原因先行筛选，复杂的问题留到最后进行筛选。这是一个过程，需要我们不断地学习、充实自我和积累经验，如此一来，既保证了生产，又提高了我们自身的能力。3、 切削参数优化、选择有了基本的机械加工理论和经验积累，但我们在实际加工过程中更要注重细节问题和切削试验，保留重要的结论和切削参数。同样是加工同一种零件，可能有很多种方法和参数，人们常说的“条条大路通罗马”。但是我们为了提高产品质量和生产效率必须要进行“优选”，即对工艺参数的“优选”，优选的原则是在保证、提高质量的前提下选择最高效、低耗的工艺参数。举例：我们在加工箱体时采用一次多件装夹的原则，可以省去再次换刀的时间；采用气动工装或者采用其它的如连杆式、凸轮式机构夹紧工装加工零件，降低辅助时间，提高劳动效率。在刀具应用方面，我们可以采用组合式刀具，这样也可以提高加工效率；另外，优化编程刀具轨迹或者合理使用机床的辅助功能指令、使用刀具补偿（批量生产中需用刀具补偿）功能，都可以降低加工时间。4、 计算机自动编程1、手工编程我们目前编程基本为手工编程，相对于一些形状、线条较为简单的二维加工，手工编程是普遍使用的编程方法。使用手工编程有时需计算出进刀点、出刀点的坐标，然后根据加工工序和切削参数进行G代码编程，这种编程方法目前基本适用于我们的产品零件。 2、CAD/CAM软件自动编程 CAD/CAM系统是现代计算机辅助设计与计算机辅助制造结合起来的形式 ，在这种系统中 ，数控加工数据通过计算机中的设计阶段形成的产品模型 ，以自动或以交互方式产生加工控制数据。cam已广泛应用于飞机、汽车、机械制造业、家用电器和电子产品制造业。cam的应用领域包括： 机械产品的零件加工（切削、冲压、铸造、焊接、测量等）、部件组装、整机装配、验收 、包装入库 、自动仓库控制和管理。在金属切削加工中，计算机内预先建立有基本切削条件方程，根据测量系统测得的参数和机床工作状况，调整进给率、切削力、切削速度、切削操作顺序和冷却液流量，在保证零件表面光洁度和加工精度的条件下，使加工效率、刀具磨损和能源消耗达到最优。电子产品的元件器件老炼、测试、筛选，元件器件自动插入印制电路板，波峰焊接，装置板、机箱布线的自动绕接，部件、整件和整机的自动测试。各种机电产品的成品检验、质量控制，能完成人工方法不能完成的复杂产品（如飞机发动机、超大规模集成电路、电子计算机等）的大量测试工作。当我们在进行零件编程时，如果遇到三维曲面、复杂的二维曲线轮廓，即手工编程操作无法进行或者效率太低，应使用下列CAD/CAM软件进行程序自动生成。常用的软件有：Mastercam、Cimatron、UG/CAM、ProE/CAM、CATIA等等，一般的粗、半精加工用Mastercam、Cimatron这两种软件很方便快捷，也易于操作，方法是先在CAXA或者AutoCAD、UG中作出相应的产品零件图形，再将图形导入上面两种软件，按照工艺工序、运用软件进行自动程序生成的操作。大部分的模具制造以及精加工使用UG/CAM进行编程。程序编制设置完成后，进行模拟切削，切削模拟无误后对G代码程序导出后进行后处理， 然后通过通信接口传输至数控机床进行模拟并切削试验。 六、 高速切削基本原理及应用常识1、 高速切削的概念和基本原理高速切削技术是以比常规高数倍的切削速度对零件进行切削加工的一项先进制造技术。高速切削理论是1931年4月德国物理学家萨洛蒙（Carl.J.Salomon）提出的。他指出，在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值后，切削温度不但不升高反会降低，且该切削速度值与工件材料的种类有关。高速切削是个相对的概念，是相对于常规切削而言。高速切削包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削和大进给切削等。目前，高速切削的高速范围国内外专家尚无共识。通常认为，高速加工时切削速度要比常规切削高5-10倍以上。高速加工各种材料的切削速度范围：钢和铸铁及其合金达500-1500m/min，铸铁最高达2000 m/min（钻削100-200 m/min，攻螺纹100 m/min，滚齿300-600 m/min）；淬硬钢（35-65HRC）达100-400 m/min；铝及其合金达2000-4000 m/min，最高达7500 m/min；纤维增强塑料为2000-9000 m/min；高速切削技术经过发展，现已在生产中得到了一定的推广应用。美德法等国处于领先地位，英日瑞士等国也追踪而上。高速切削已成为当今制造业中一项快速发展的新技术，在工业发达国家，高速切削正成为一种新的切削加工理念。人们逐渐认识到高速切削时提高加工效率的关键技术。例如：日本新泻铁工所的V240立式加工中心主轴转速高达50000r/min，加工一个NAC55钢模具，在普通机床上要9h，而在此机床上用陶瓷刀具加工，只需12-13min。2、 高速切削的特点：1） 随切削速度的提高，单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减少，切削速度提高3-5倍，加工成本可降低20%-40%。2） 在高速切削加工范围内，随切削速度的提高，切削力可减少30%以上，减少工件变形。对大型框架件、刚性差的薄壁件和薄壁槽形零件的高精度高效加工，高速铣削是目前最有效的加工方法。3） 高速切削加工时，切屑以很高的速度排出，切削热大部分被切屑带走，切削速度提高愈大，带走的热量愈多，传给工件的热量大幅度减少，工件整体温升较低，工件的热变形相对较小。因此，有利于减少加工零件的内应力和热变形，提高加工精度，适合于热敏感材料的加工。4） 转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，加工中磷刺、积屑瘤、加工硬化、残余应力等也受到抑制。因此，高速切削加工可以大大降低加工表面粗糙度，加工表面质量可提高1-2等级。5） 高速切削可加工硬度45-65HRC的淬硬钢铁件，如高速切削加工淬硬后的模具可减少甚至取代放电加工和磨削加工，满足加工质量的要求，加快产品开发周期，大大降低制造成本。3、 高速切削的应用范围1） 有色金属及其合金的高速切削； 500-7500m/min2） 模具特别是淬硬模具的高速加工； 600-800m/min3） 汽车工业是高速切削的又一应用领域； 铸铁：750-4500m/min4） 镍基高温合金和钛合金的高速切削（很难加工，一般采用很低的切削速度）；5） 纤维增强复合材料的高速切削（对刀具有十分严重的刻划作用，刀具磨损非常快）。用PCD刀具进行高速加工，收到满意效果，可防止出现“层间剥离”，效率高、质量好；6） 石墨高速加工（很脆）；7） 干切削和硬切削也是高速切削扩展的领域。 4、高速切削旋转刀具的刀柄结构HSK系统HSK刀柄是由德国阿亨大学机床研究室专为高速机床主轴开发的一种刀轴连接结构，已被列入德国标准（DIN6983）。HSK短锥刀柄采用1:10的锥度，它的锥体比标准的7:24锥短，锥柄部分采用薄壁结构，锥度配合的过盈量较小，对刀柄和主轴端部关键尺寸的公差带特别严格，由于短锥严格的公差和具有弹性的薄壁，在拉杆轴向拉力的作用下，短锥有一定的收缩，所以刀柄的短锥和端面很容易与主轴相应结合面紧密接触，具有很高的连接精度和刚度。HSK采用由内向外的锁紧方式，具有良好的静、动态刚度和极高的径向、轴向定位精度，其轴向定位精度比7:24锥柄提高3倍，径向跳动降低2-3倍，特别适合于高速粗、精加工和重负荷切削。加工中心培训教材电动工具分厂2010.05.22目录一、 数控机床刀柄标准及种类-1二、 刀具补偿原理-3三、 主轴准停功能-4四、 进给伺服系统-5五、 加工中心零件制造工艺与编程-7六、 高速切削基本原理及应用常识-10专心-专注-专业