毕业设计（论文）-数控加工工艺及夹具设计.doc

中北大学2010届毕业设计说明书1 引言由于铣床向高速化，智能化，高柔性化，高精度化发展，不得不对这些问题进行深层次的研究。凸轮机构结构简单、紧凑。其优势在于从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可可以实现预定的运动规律，且对于复杂的从动件运动规律也很容易实现。然而要确保从动件复杂运动规律的实现除了在设计中保证准确无误外还取决于加工精度的高低。本文着重探讨研究现代凸轮的加工方法，并以盘形凸轮为例给出凸轮的数控机床铣削过程以及改进手段，并提出为保证使用精度应该注意的问题。2 数控加工工艺的分析及确定2.1 综述数控加工工艺数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。2.2 加工方法的选择及加工工艺的确定2.2.1 .加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于it7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。常用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度可查阅有关工艺手册。2.2.2 加工方案确定的原则零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的it7级精度的孔，最终加工方法取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工2.3 数控加工工艺路线设计零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。在拟定工艺路线时，除了首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工方法的选择，工序集中与分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是及道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。2.3.1 .工序的划分根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：1）以一次安装，加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错和检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点加工部位分成几部分，图内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。4）以粗、精加工划分工序。对于加工后易发生形变的工件，由于对粗加工后可能发生变形需要进行校行，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。2.3.2 .顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装于夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下几则进行：1）上道工序的加工部影响下道工序的定位于夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑2），先进行内腔加工，后进行外形加工3)以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，一减少重复定位次数、 换刀次数与挪动压板次数2.3.3 .数控加工工艺于普通工序的衔接数控加工工艺前后一般都穿插有其他普通加工工序，如衔接的不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序于普通加工工序各自的技术要求，加工目的，加工特点，如要不要留加工余量，留多少：定位面与孔的精度要求及行位公差对校行的技术要求;对毛坯的热处理状态等，这样才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。2.4 走刀路线设计线路板数控铣床的铣技术包括选择走刀方向、补偿方法、定位方法、框架的结构、下刀点。都是保证铣加工精度的重要方面。2.4.1 .走刀方向、补偿方法当铣刀切入板材时，有一个被切削面总是迎着铣刀的切削刃，而另一面总是逆着铣刀的切削刃。前者，被加工面光洁，尺寸精度高。主轴总是顺时针方向转动。所以不论是主轴固定工作台运动或是工作台固定主轴运动的数控铣床，在铣印制板的外部轮廓时，要采用逆时针方向走刀。这就是通常所说的逆铣。而在线路板内部铣框或槽时采用顺铣方式。铣板补偿是在铣板时机床自动安照设定值让铣刀自动以铣切线路的中心偏移所设定的铣刀直径的一半，即半径距离，使铣切的外形与程序设定保持一致。同时如机床有补偿的功能必需注意补偿的方向和使用程序的命令，如使用补偿命令错误会使线路板的外形多或少了相当于铣刀直径的长度和宽度的尺寸。2.4.2 .定位方法和下刀点：定位方法可分为两种；一是内定位，二是外定位。定位对于工艺制定人员也十分重要，一般在线路板前期制作时就应确定定位的方案。内定位是通用的方法。所谓内定位是选择印制板内的安装孔，插拨孔或其它非金属化孔作为定位孔。孔的相对位置力求在对角线上并尽可能挑选大直径的孔。不能使用金属化孔。因为孔内镀层厚度的差异会影响你所选定位孔的一致性，同时在取板时很容易造成孔内和孔表面边缘的镀层损坏，在保证印制板定位的条件下，销钉数量愈少愈好。一般小的板使用2枚销钉，大板使用3枚销钉，其优点是定位准确，板外形变形小精确度高外形好，铣切速度快。其缺点板内各种孔径种类多需备齐各种直径的销钉，如板内没有可用的定位孔，在先期制作时需要与客户商讨在板内加定位孔较，较为烦琐。同时每一种板的铣板模板不同管理较为麻烦，费用较高。外定位是另一种定位方法，是采用在板子外部加定位孔作为铣板的定位孔。其优点是便于管理，如果先期制作规范好的话，铣板模板一般在十五种左右。由于使用外定位所以不能一次将板铣切下来，否则线路板十分容易损坏，特别是拼板，因铣刀和吸尘装置会将板子带出造成线路板损坏和铣刀折断。而采用分段铣切留结合点的方法，先铣板当铣板完了以后程序暂停然后将板用胶带固定，执行程序的第二段，使用3mm至4mm的钻头将结合点钻掉。其优点是模板少费用小易于管理，可铣切所有板内无安装孔和定位孔的线路板，小工艺人员管理方便，特别是cam等先期制作人员的制作可简单化，同时可优化基材的利用率。缺点是由于使用钻头，线路板外形留有至少23个凸起点不美观，可能不符合客户要求，铣切时间长，工人劳动强度稍大。2.4.3 .框架及下刀点框架的制作是属于线路板先期的制作，框架设计不但对电镀的均匀性等有影响，同时对铣板也有影响，如设计不好框架易变形或在铣板时产生部份小的块装的小废块，产生的废块会堵塞吸尘管或碰断高速旋转的铣刀，框架变形特别是对外定位铣板时造成成品板变形，另外下刀点和加工顺序选择的好，能使框架保持最大的强度最快的速度。选择的不好，框架容易变形而使印制板报废。2.4.4 .铣的工艺参数用硬质合金铣刀铣印制板外形，铣刀的切削速度一般为180270m/min。计算公式如下（仅供参考）：s=pdn/1000(m/min)式中：p：pi（3.1415927）d：铣刀直径，mmn；铣刀转速，r/min与切削速度相匹配的是进给速度。若进给速度太低，由于磨擦热使印制板材料软化甚至溶化或烧焦，堵塞铣刀的排屑槽，切削无法进行。如果进给太快，铣刀磨损快，承受的径向负荷大，让刀量大，工作质量差，尺寸不一致。如何判断进给的快慢呢？要考虑下述诸项：印制板材料，厚度，每叠块数，铁刀直径、排屑槽。一般可根据刀具供应商提供的技术资料设定，由于刀具的材料质量品牌和制造工艺的区别，不同厂商的刀具工艺参数有区别。只有低于额定负载，主轴马达的转速才能保持。负载增大，转速下降，直至铣刀折断。铣板时产生断刀问题一般有这几种情况造成此结果：一：是主轴马达功率不足，需要维修更换。二：是每叠板数太多，切削负荷太大或铣切长度超过了铣刀的有效长度。三：铣刀质量问题。四：转速和进刀速度设置问题。五：转轴的钻夹头夹持力下降，吃负载时达不到所要求的转速。六：转轴旋转时同心度有问题产生跳动。七：程序的设计有问题，如使用了错误的命令。2.5 确定夹紧方法和选择夹具2.5.1.定位安装的基本原则 在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则是合理选择定位基准和夹紧方案。 在选择时应注意以下几点： 1)力求设计、工艺和编程计算的基准统一。 2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 3)避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。 2.5.2.选择夹具的基本原则 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求： 一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定； 二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。 除此之外，还要考虑以下几点： 1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。 2)在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3)零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。 4)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。2.6 选择刀具2.6.1夹具、刀具的选择及切削用量的确定，夹具的选择、工件装夹方法的确定 1夹具的选择 数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： 1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。 2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 2夹具的类型 数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。 数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如：通用台虎钳、数控分度转台等。 3零件的安装 数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点： 1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。 2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 2.6.2 刀具的选择及对刀点、换刀点的设置 1 刀具的选择 与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好；同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。（1）车削用刀具及其选择 数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀以及成型车刀三类。 1）尖形车刀 尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。 尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。 2）圆弧形车刀 圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。 圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点：一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉；二是该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。 3）成型车刀 成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。 数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。 （2）铣削用刀具及其选择 数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下： 1）铣刀半径rd应小于零件内轮廓面的最小曲率半径rmin，一般取rd=(0.80.9)rmin 2）零件的加工高度h（1/4-1/6）rd，以保证刀具有足够的刚度。 3）粗加工内轮廓时，铣刀最大直径d可按下式计算（参见图2-10）： 式中 d1轮廓的最小凹圆角半径； 圆角邻边夹角等分线上的精加工余量； 1精加工余量； j圆角两邻边的最小夹角。 4）用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径re=r-r,如图2-11 所示，即直径为d=2 re=2（r-r）,编程时取刀具半径为re=0.95（r-r）。 对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。如图2-12所示。 （3）标准化刀具 目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号；对于加工中心及有自动换刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀具系统的标准代号为tsgjt，直柄刀具系统的标准代号为dsgjz。 此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。 2对刀点、换刀点的设置 工件装夹方式在机床确定后，通过确定工件原点来确定了工件坐标系，加工程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如：某程序开始第一个程序段为n0010 g90 g00 x100 z20 ，是指刀具快速移动到工件坐标下 x=100mm z=20mm处。究竟刀具从什么位置开始移动到上述位置呢？所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。 在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是： 1）便于数值处理和简化程序编制。 2）易于找正并在加工过程中便于检查。 3）引起的加工误差小。 对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。例：以外圆或孔定位零件，可以取外圆或孔的中心与端面的交点作为对刀点。 实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心；平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。 加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。 2.7 切削用量的确定 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。 1主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/d 式中 v-切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定； n- -主轴转速，单位为 r/min； d-工件直径或刀具直径，单位为mm。 计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。 2进给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。 确定进给速度的原则： 1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。 2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。 3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。 4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。 3背吃刀量确定 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.20.5mm。 总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。2.8 数控编程的误差控制 加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状及相互位置)与理想几何参数符合的程度(分别为尺寸精度、形状精度及相互位置精度)。其符合程度越高，精度愈高。反之，两者之间的差异即为加工误差。如图8-1所示，加工后的实际型面与理论型面之间存在着一定的误差。所谓“理想几何参数”是一个相对的概念，对尺寸而言其配合性能是以两个配合件的平均尺寸造成的间隙或过盈考虑的，故一般即以给定几何参数的中间值代替。如轴的直径尺寸标注为100 0 -0.05 mm，其理想尺寸为99.975 mm。而对理想形状和位置则应为准确的形状和位置。可见，“加工误差”和“加工精度”仅仅是评定零件几何参数准确程度这一个问题的两个方面而已。实际生产中，加工精度的高低往往是以加工误差的大小来衡量的。在生产中，任何一种加工方法不可能也没必要把零件做得绝对准确，只要把这种加工误差控制在性能要求的允许(公差)范围之内即可，通常称之为“经济加工精度”。图2.1实际与理想面数控加工的特点之一就是具有较高的加工精度，因此对于数控加工的误差必须加以严格控制，以达到加工要求。首先就了解在数控加工可能造成加工误差的因素及其影响。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。在交互图形自动编程中，我们一般仅考虑两个主要误差：一是刀轨计算误差，二是残余高度。刀轨计算误差的控制操作十分简单，仅需要在软件上输入一个公差带即可。而残余高度的控制则与刀具类型、刀轨形式、刀轨行间距等多种因素有关，因此其控制主要依赖于程序员的经验，具有一定的复杂性。由于刀轨是由直线和圆弧组成的线段集合近似地取代刀具的理想运动轨迹(称为插补运动)，因此存在着一定的误差，称为插补计算误差。插补计算误差是刀轨计算误差的主要组成部分，它造成加工不到位或过切的现象，因此是cam软件的主要误差控制参数。一般情况下，在cam软件上通过设置公差带来控制插补计算误差，即实际刀轨相对理想刀轨的偏差不超过公差带的范围。如果将公差带中造成过切的部分(即允许刀具实际轨迹比理想轨迹更接近工件)定义为负公差的话，则负公差的取值往往要小于正公差，以避免出现明显的过切现象，尤其是在粗加工时。在数控加工中，相邻刀轨间所残留的未加工区域的高度称为残余高度，它的大小决定了加工表面的粗糙度，同时决定了后续的抛光工作量，是评价加工质量的一个重要指标。在利用cad/cam软件进行数控编程时，对残余高度的控制是刀轨行距计算的主要依据。在控制残余高度的前提下，以最大的行间距生成数控刀轨是高效率数控加工所追求的目标。在加工塑料模具的型腔和模具型芯时，经常会碰到相配合的锥体或斜面，加工完成后，可能会发现锥体端面与锥孔端面贴合不拢，经过抛光直到加工刀痕完全消失仍不到位，通过人工抛光，虽然能达到一定的粗糙度标准，但同时会造成精度的损失。故需要对刀具与加工表面的接触情况进行分析，对切深或步距进行控制，才能保证达到足够的精度和粗糙度标准。使用平底刀进行斜面的加工或者曲面的等高加工时，会在两层间留下残余高度;而用球头刀进行曲面或平面的加工时都会留下残余高度;用平底刀进行斜面或曲面的投影切削加工时也会留下残余高度，这种残余类同于球头刀作平面切削。下面介绍斜面或曲面数控加工编程中残余高度与刀轨行距之间的换算关系，以及控制残余高度的几种常用编程方法。2.8.1 平底刀进行斜面加工的残余高度对于使用平底刀进行斜面的加工，以一个与水平面夹角为60的斜面为例作说明。选择刀具加工参数为：直径为8mm的硬质合金立铣刀，刀尖半径为0，走刀轨迹为刀具中心，利用等弦长直线逼近法走刀，切深t为0.3mm，切削速度为4000r/min，进给量为500mm/min，三坐标联动，利用编程软件自动生成等高加工的nc程序。图2.2 理想刀尖与斜面接触1)刀尖不倒角平头立铣刀加工理想的刀尖与斜面的接触情况如图8-2所示，每两刀之间在加工表面出现了残留量，通过抛光工件，去掉残留量，即可得到要求的尺寸，并能保证斜面的角度。若在刀具加工参数设置中减小加工的切深t，可以使表面残留量减少，抛光更容易，但加工时，nc程序量增多，加工时间延长。这种用不倒角平头刀加工状况只是理想状态，在实际工作中，刀具的刀尖角是不可能为零的，刀尖不倒角，加工刀尖磨损快，甚至产生崩刃，致使刀具无法加工。2)刀尖倒斜角平头立铣刀加工实际应用时，刀具的刀尖倒角30，倒角刃带宽0.5mm的平头立铣刀加工进行分析。刀具加工的其他参数设置同上，加工表面残留部分不仅包括分析(1)中的残留部分，而且增加了刀具被倒掉的部分形成的残留余量aeb，这样，使得表面残留余量增多，其高度为e与理想面之间的距离为ed，如图8-3所示。图2.3 刀尖不倒角与斜面接触而人工抛光是以谷e、f为参考的，去掉e、f之间的残留(即去掉刀痕)，则所得表面与理想表面仍有ed距离，此距离将成为加工后存在的误差，即工件尺寸不到位，这就是锥体端面与锥孔端面贴合不拢的原因。若继续抛光则无参考线，不能保证斜面的尺寸和角度，导致注塑时产品产生飞边。3)刀尖倒圆角平头立铣刀加工将刀具的刀尖倒角磨成半径为0.5mm的圆角，刃带宽0.5mm的平头立铣刀加工状况的比较可以发现，切削状况并没有多大改善，而且刀尖圆弧弧刃磨时控制困难，实际操作中一般较少使用，如图8-4所示。图2.4 刀尖倒圆角与斜面接触通过以上分析可知：在使用平底刀加工斜面时，不倒角刀具加工是最理想的状况，抛光去掉刀痕即可得标准斜面，但刀具极易磨损和崩刃。实际加工中，刀具不可不倒角。而倒圆角刀具与倒斜角刀具相比，加工状况并没有多大改进，且刀具刃磨困难，实际加工时一般很少用。在实际应用中，倒斜角立铣刀加工是比较现实的。现在对该情况就如何改善加工状况，保证加工质量作进一步探讨。 (1)刀具下降刀尖倒斜角时，刀具与理想斜面最近的点为e，要使e点与理想斜面接触，即e点到a点，刀具必须下降ea距离，这可以通过准备功能代码g92位置设定指令实现。这种方法适用于加工斜通孔类零件。但是，当斜面下有平台时，刀具底面会与平台产生干涉而过切。 (2)采用刀具半径补偿在按未倒角平头立铣刀生成nc程序后，将刀具作一定量的补偿，补偿值为距离ed，使刀具轨迹向外偏移，从而得到理想的斜面。这种方法的思想是源于倒角刀具在加工锥体时实际锥体比理想锥体大了，而加工锥孔时实际锥孔比理想锥孔小了，相当于刀具有了一定量的磨损，而进行补偿后，正好可以使实际加工出的工件正好是所要求的锥面或斜面。但是这种加工方式只能在没有其他侧向垂直的加工面时使用，否则，其他没有锥度的加工面将过切。 (3)偏移加工面在按未倒角平头立铣刀生成nc程序前，将斜面lc向e点方向偏移ed距离，再编制nc程序进行加工，从而得到理想的斜面。这种方法先将锥体偏移一定距离使之变小，将锥孔偏移一定距离使之变大，再生成nc程序加工，从而使实际加工出的工件正好是所要求的锥面或斜面。2.8.2 用球头刀进行平面或斜面加工时的残余高度控制在曲面精加工中更多采用的是球头刀，以下讨论基于球头刀加工的行距换算方法。 图8-5所示为刀轨行距计算中最简单的一种情况，即加工面为平面。图2.5 球头刀与平面接触图2.6 球头刀与斜面接触这时，刀轨行距与残余高度之间的换算公式为： 其中：h，l分别表示残余高度和刀轨行距。在利用cad/cam软件进行数控编程时，必须在行距或残余高度中任设其一，其间关系就是由上式确定的。同一行刀轨所在的平面称为截平面，刀轨的行距实际上就是截平面的间距。对曲面加工而言，多数情况下被加工表面与截平面存在一定的角度，而且在曲面的不同区域有着不同的夹角。从而造成同样的行距下残余高度大于图8-5所示的情况。图8-6中，尽管在cad/cam软件中设定了行距，但实际上两条相邻刀轨沿曲面的间距l(称为面内行距)却远大于l。而实际残余高度h也远大于图8-5所示的h。其间关系为：由于现有的cad/cam软件均以图8-5所示的最简单的方式作行距计算，并且不能随曲面的不同区域的不同情况对行距大小进行调整，因此并不能真正控制残余高度(即面内行距)。这时，需要编程人员根据不同加工区域的具体情况灵活调整。对于曲面的精加工而言，在实际编程中控制残余高度是通过改变刀轨形式和调整行距来完成的。一种是斜切法，即截平面与坐标平面呈一定夹角(通常为45)，该方法优点是实现简单快速，但有适应性不广的缺点，对某些角度复杂的产品就不适用。一种是分区法，即将被加工表面分割成不同的区域进行加工。该方法不同区域采用了不同的刀轨形式或者不同的切削方向，也可以采用不同的行距，修正方法可按上式进行。这种方式效率高且适应性好，但编程过程相对复杂一些。2.9 数控加工工艺文件数控加工工艺文件主要包括数控加工工序卡、数控刀具调整单、机床调整单、零件加工程序单等。这些文件尚无统一的标准，各企业可根据本单位的特点制订上述工艺文件，加工中心现选几例，仅供参考。2.9.1 数控加工编程任务书数控加工编程任务书记载并说明了工艺人员对数控加工工序的技术要求、摇臂钻床工序说明和数控加工前应保证的加工余量，是编程员与工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一。2.9.2 工序卡数控加工工序卡与普通加132序卡有许多相似之处，但不同的是该卡中应反映使用的辅具、刃具切削参数、切削液等，它是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性工艺资料。工序卡应按已确定的工步顺序填写。若在数控机床上只加工零件的一个工步时，加工中心也可不填写工序卡。在工序加工内容不十分复杂时，可把零件草图反应在工序卡上。2.9.3 数控刀具调整单数控刀具调整单主要包括数控刀具卡片(简称刀具卡)和数控刀具明细表(简称刀具表)两部分。数控加工时，对刀具的要求十分严格，一般要在机外对刀仪上，摇臂钻床事先调整好刀具直径和长度。刀具卡主要反映刀具编号、刀具结构、尾柄规格、组合件名称代号、加工中心刀片型号和材料等，它是组装刀具和调整刀具的依据。控刀具明细表是调刀人员调整刀具输入的主要依据。2.9.4 机床调整单机床调整单是机床操作人员在加工前调整机床的依据。它主要包括机床控制面板开关调整单和数控加工零件安装、零点设定卡片两部分。机床控制面板开关调整单，主要记有机床控制面板上有关“开关”的位置，如进给速度、调整旋钮位置或超调(倍率)旋钮位置、垂直校验开关及冷却方式等内容。 几点说明(1)在机床调整单中应给出倍率旋钮的位置。加工中心倍率范围一般为10120，摇臂钻床即将程序中给出的进给速度变为其值的10-120。(2)对于有刀具半径补偿运算的数控系统，应将实际所用刀具半径值记入机床调整单。(3)垂直校验表示在一个程序段内，从第一个字符到程序段结束字符，总字符数是偶数个。若在一个程序内字符数目是奇数个，则应在这个程序段内加一“空格”字符。加工中心若程序中不要求垂直校验时，应在机床调整单的垂直校验栏内填人“0(断)”。这时不检查程序段中字符数目是奇数还是偶数。(4)冷却方式开关给出的是油冷还是雾冷。(5)数控机床的功能不同，机床调整单的形式也不同。2.9.5 工件安装和零点设定卡片数控加工零件安装和零点(编程坐标系原点)设定卡片(简称装夹图和零点设定卡)表明了数控加工零件定位方法和夹紧方法，也标明了工件零点设定的位置和坐标方向，摇臂钻床加工中心使用夹具的名称和编号等。2.9.6 数控加工进给路线图设计好数控加工刀具进给路线是编制合理加工程序的条件之一。另外在数控加工中要经常注意并防止刀具在运动中与工件、摇臂钻床夹具等发生意外的碰撞，因此机床操作人员要了解刀具运动路线(如从哪里下刀，从哪里抬刀等)，了解并计划好夹紧位置及控制夹紧元件的高度，加工中心以避免碰撞事故发生。这在上述工艺文件中难以说明或表达清楚，常常采用进给路线图加以说明。为简化进给路线图，一般可采取统一约定的符号来表示，摇臂钻床不同的机床可以采用不同的图例与格式。2.9.7 数控加工程序单数控加工程序单是编程员根据工艺分析情况，经过数值计算，按照机床特点的指令代码编制的。它是记录数控加工工艺过程、工艺参数、位移数据的清单以及手动数据输入(mdl)和置备控制介质、实现数控加工的主要依据。3 凸轮轮廓的数控铣削加工图2-1所示为槽形凸轮零件，在铣削加工前，该零件是一个经过加工的圆盘，圆盘直径为280，带有两个基准孔35及12。35及12两个定位孔，x面已在前面加工完毕，本工序是在铣床上加工槽。该零件的材料为ht200，试分析其数控铣削加工工艺。3.1 零件图工艺分析该零件凸轮轮廓由ha、bc、de、fg和直线ab、hg以及过渡圆弧cd、ef所组成。组成轮廓的各几何元素关系清楚，条件充分，所需要基点坐标容易求得。凸轮内外轮廓面对x面有垂直度要求。材料为铸铁，切削工艺性较好。根据分析，采取以下工艺措施：凸轮内外轮廓面对x面有垂直度要求，只要提高装夹精度，使x面与铣刀轴线垂直，即可保证。3.2 选择设备加工平面凸轮的数控铣削，一般采用两轴以上联动的数控铣床，因此首先要考虑的是零件的外形尺寸和重量，使其在机床的允许范围以内。其次考虑数控机床的精度是否能满足凸轮的设计要求。第三，看凸轮的最大圆弧半径是否在数控系统允许的范围之内。根据以上三条即可确定所要使用的数控机床为两轴以上联动的数控铣床。3.3 确定零件的定位基准和装夹方式定位基准采用“一面两孔”定位，即用圆盘x面和两个基准孔作为定位基准。根据工件特点，用一块32032040的垫块，在垫块上分别精镗35及12两个定位孔（当然要配定位销），孔距离800.015，垫板平面度为0.05，该零件在加工前，先固定夹具的平面，使两定位销孔的中心连线与机床x轴平行，夹具平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查，见图2-23.4 确定加工顺序及走刀路线整个零件的加工顺序的拟订按照基面先行、先粗后精的原则确定。因此应先加工用作定位基准的35及12两个定位孔、x面，然后再加工凸轮槽内外轮廓表面。由于该零件的35及12两个定位孔、x面已在前面工序加工完毕，在这里只分析加工槽的走刀路线，走刀路线包括平面内进给走刀和深度进给走刀两部分路线。平面内的进给走刀，对外轮廓是从切线方向切入；对内轮廓是从过渡圆弧切入。在数控铣床上加工时，对铣削平面槽形凸轮，深度进给有两种方法：一种是在xz（或yz）平面内来回铣削逐渐进刀到既定深度；另一种是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到既定深度。进刀点选在p(150，0)点，刀具来回铣削，逐渐加深到铣削深度，当达到既定深度后，刀具在xy平面内运动，铣削凸轮轮廓。为了保证凸轮的轮廓表面有较高的表面质量，采用顺铣方式，即从p点开始，对外轮廓按顺时针方向铣削，对内轮廓按逆时针方向铣削。图3.1 槽形凸轮零件图3.2 凸轮加工装夹示意图1开口垫圈；2带螺纹圆柱销；3压紧螺母；4带螺纹削边销；5垫圈；6工件；7垫块3.5 刀具的选择根据零件结构特点，铣削凸轮槽内、外轮廓（即凸轮槽两侧面）时，铣刀直径受槽宽限制，同时考虑铸铁属于一般材料，加工性能较好，选用18硬质合金立铣刀，见表2-3。3.1 数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称槽型凸轮零件图号序号刀具号刀具规格名称/mm数量粗铣凸轮槽内轮廓备注1t0118硬质合金立铣刀1粗铣凸轮槽内轮廓2t0218硬质合金立铣刀1编制审核批准共 页第 页3.6 切削用量的选择凸轮槽内、外轮廓精加工时留0.2铣削用量，确定主轴转速与进给速度时，先查切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量，然后利用公式vc=dn/1000计算主轴转速n，利用vf= nzfz计算进给速度。3.7 填写数控加工工序卡片单位名称产品名称或代号零件名称零件图号槽型凸轮工序号程序编号夹具名称使用设备车间螺旋压板xk5025数控中心工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度背吃刀量备注mmr/minmm/minmm分两层铣削1来回铣削，逐渐加深铣削深度t0118800602粗铣凸轮槽内轮廓t0118700603粗铣凸轮槽内轮廓t0118700604粗铣凸轮槽内轮廓t021810001005粗铣凸轮槽内轮廓t02181000100编制审核批准年 月 日共 页第 页4 凸轮轮廓的数控铣削加工行实例分析平面凸轮零件图如图3-1所示，工件的上、下底面及内孔、端面已加工。完成凸轮轮廓的程序编制。图4.1 平面凸轮零件示意图解： 工艺分析。从图3-1的要求可以看出，凸轮曲线分别由几段圆弧组成，内孔为设计基准，其余表面包括4-137孔均已加工。故取内孔和一个端面为主要定位面，在连接孔13的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。 因为孔是设计和定位的基准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的相对位置。 加工调整。零件加工坐标系、位于工作台中间，在53坐标系中取-400，-100。坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定，如选用20的立铣刀，零件上端面为向坐标零点，该点在53坐标系中的位置为-80处，将上述三个数值设置到54加工坐标系中，即54：-400，-100，-80.凸轮轮廓加工工序卡见表3-2。 表4.1 铣凸轮轮廓加工工序卡 材料45零件号812程序号8121操作序号内容主轴转速/r.min-1进给速度/r.min-1刀具号数类型直径/mm1铣凸轮轮廓200080、200120mm立铣刀20 数字处理。该凸轮加工的轮廓均为圆弧组成，因而要计算出基点坐标，才可编制程序。在加工坐标系中，各点的计算坐标如下。弧bc的中心1点：-（17563.8）sin859=-37.28y-（17563.8）cos859=-235.86弧ef的中心2点： x2 + y2= 692(-64)2+ y2= 212x=65.75,y=20.93解之得弧hi的中心4点：-（17561）cos2415=-215.18y（17561）sin2415=96.93弧de的中心5点：x2 + y2= 63.72(-65.75)2+ (y-20.93)2= 21.302x=63.70,y=-0.27解之得b点： x-63.8sin859=-9.96y-63.8cos859=-63.02c点： x2 + y2= 642(37.28)2+ （y235.86）2= 1752x=-5.57,y=-63.76解之得d点： (-63.70)2+ （y0.27）2= 0.32 x2 + y2= 642 x=63.99,y=-0.28解之得e点： (-63.7)2 + (y0.27)2= 0.32(-65.75)2 + (y-20.93)2= 212x=63.72,y=-0.03解之得f点： (1.07)2 + (y-16)2= 462(-65.75)2 + (y-20.93)2= 212x=44.79,y=-19.6解之得g点： (1.07)2 + (y-16)2= 462 x2 + y2= 612 x=14.79,y=59.18解之得h点： -61cos2415=-55.62y61sin2415=25.05解之得i点： x2 + y2= 63.802 (215.18)2+(y-96.93)2=1752x=-63.02,y=9.97根据上面的数值计算，可画出凸轮加工走刀路线，如图3-3所示。图4.2 凸轮加工走刀路线示意图 编写加工程序。凸轮加工的程序及说明见表3-4。 表4.2 凸轮加工的程序 参数设置：h01=10;g54:x=-400,y=-100,z=-80 程 序说 明n10 g54 x0 y0 z40进入加工坐标系n20 g90 g00 g17 x-73.8 y20由起刀点到加工开始点n30 m03 s1000启动主轴，主轴正转（顺铣）n40 g00 z0下刀至零件上表面n50 g01 z-16 f200下刀切入工件，深度为工件厚度1mmn60 g42 g01 x-63.8 y10 f80 h01刀具半径右补偿n70 g01 x-63.8 y0切入零件至点n80 g03 x-9.96 y-63.02 r63.8切削n90 g02 x-5.57 y-63.76 r175切削n100 g03 x63.99 y