双面型腔件数控铣削毕业论文.doc

XX 大学毕业论文大学毕业论文 题目 双面复杂轮廓件三维造型与数控题目 双面复杂轮廓件三维造型与数控 加工加工 班班 级 级 09 数控 数控 2 班 班 姓姓 名 名 XXX 学学 号 号 0901040207 专专 业 数控技术业 数控技术 指导老师 指导老师 XXX 目录目录 课题简介课题简介 第第 1 1 章章 概述概述 1 1 数控机床的产生和分类 1 2 数控机床与普通机床的区别 1 3 数控铣床的发展现状和趋势 1 4 毕业设计的目的和要求 第第 2 2 章章 零件工艺分析零件工艺分析 2 1 毛坯材料的选择 2 2 零件的工艺分析 第第 3 3 章章 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 3 1 零件的加工工艺方案分析与比较与设计 3 2 选择加工方法 3 3 选择加工设备和工艺设备 3 4 确定进给路线 3 5 刀具参数 第第 4 4 章章 切削用量的计算切削用量的计算 4 1 影响切削用量的因素 4 2 各工序切削用量的计算 第第 5 5 章章 数控编程与仿真加工数控编程与仿真加工 5 1 数控编程的内容和方法 5 2 各工步的数控编程与仿真加工 总结总结 参考文献参考文献 课题简介课题简介 近年来数控加工在生产中占据着重要的地位 而数控铣削和车削是最基础的 也是最常见的两种加工方式 数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一 数控铣削除了能 铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外 还能铣削普通铣床不能铣削的 需要二 五坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓 平面类零件 曲面类零件 本人所选的双面型腔件是来源于实践 应用于实践 而且都是形状 结构复杂 精度以及表面粗糙度要求较高的工件 其中主要涉及孔 面 圆柱 球槽和倒圆 角等曲面的加工 这些配合件的结构特点充分体现了数控铣削在机械加工中优点 通过这套数控加工工艺的设计 使我更全面的复习了数控铣削的知识 本次所选的毕业设计课题是对典型双面型腔件加工技术的应用及数控加工的工 艺性分析 主要是对零件图的分析 毛坯的选择 零件的装夹 工艺路线的制订 刀具的选择 切削用量的确定 数控加工工艺文件的填写 数控加工程序的编写 选择正确的加工方法 设计合理的加工工艺过程 充分发挥数控加工的优质 高效 低成本的特点 在工艺设计中要首先对零件进行分析 确定装夹方案 然后了解零件的工艺要 求 精度 配合度 锥度等要求 再设计出毛坯的结构并初选毛坯的尺寸 再根 据零件的要求及配合要求设计出零件的工艺路线 接着对零件各个工步的工序进行 尺寸计算 关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量 然后进行对零件的工艺 加工进行制作工序卡 再进行零件的工艺编程与加工 最后对零件的工艺性进行分 析 从中找出合理性与不足之处 并在以后的设计中注意改进 要求正确的解决每 一个零件在加工中的工艺性 毛坯的准确选择 工艺路线的合理安排 和工艺尺寸 的确定问题 并进行模拟的加工 保证零件的加工质量 零件与零件之间的准确 配合 这就是本次设计的主要内容 充分体现了数控铣削的优点 第第 1 1 章章 概述概述 1 11 1 数控机床的产生和分类数控机床的产生和分类 1 数控机床的产生 随着科学技术的发展 机械产品结构越来越合理 其性能 精度和效率日趋提 高更新换代频繁 生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化 因此 对机 械产品的加工相应得提出了高精度 高柔性与高度自动化的要求 数字控制机床就 是为了解决单件 小批量 特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产 生的 2 数控机床的分类 1 按加工方式和工艺用途分类 按加工方式不同 可分为数控车床 数控铣床 数控钻床 数控镗床 数控磨 床等 2 按加工路线分类 数控机床按其刀具与工件相对运动的方式 可以分为点位控制 直线控制和轮 廓控制 3 按伺服系统类型的分类 开环伺服系统数控机床 闭环伺服系统数控系统 半闭环伺服系统数控机床 4 按数控系统功能水平的分类 按数控系统功能水平数控机床可分为低 中 高三档 3 数控机床与普通机床的区别 1 适合于复杂异形零件的加工 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工 因此 在宇航 造船 模具等加工业中得到广泛应用 2 加工精度高 3 加工稳定可靠 实现计算机控制 排除人为误差 零件的加工一致性好 质量稳定可靠 4 高柔性 加工对象改变时 一般只需要更改数控程序 体现出很好的适应性 可大大节 省生产准备时间 在数控机床的基础上 可以组成具有更高柔性的自动化制造 系统 FMS 5 高生产率 数控机床本身的精度高 刚性大 可选择有利的加工用量 生产率高 一般为 普通机床的 3 5 倍 对某些复杂零件的加工 生产效率可以提高十几倍甚至 几十倍 6 劳动条件好 机床自动化程度高 操作人员劳动强度大大降低 工作环境较好 7 有利于管理现代化 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展 为实现生产过程自动 化创造了条件 8 投资大 使用费用高 9 生产准备工作复杂 由于整个加工过程采用程序控制 数控加工的前期准备工作较为复杂 包含工 艺确定 程序编制等 10 维修困难 数控机床是典型的机电一体化产品 技术含量高 对维修人员的技术要求很高 1 31 3 数控铣床的发展现状和趋势数控铣床的发展现状和趋势 1 数控铣床的发展现状 我国工厂的板材下料中应用最为普遍的是数控铣床和等离子切割 所用的设备 包括手工下料 仿形机下料 半自动切割机下料及数控切割机下料等 与其他切割 方式比较而言 手工下料随意性大 灵活方便 并且不需要专用配套下料设备 但 手工切割下料的缺点也是显而易见的 其割缝质量差 尺寸误差大 材料浪费大 后道加工工序的工作量大 同时劳动条件恶劣 用仿形机下料 虽可大大提高下料 工件的质量 但必须预先加工与工件相适应的靠模 不适于单件 小批量和大工件 下料 半自动切割机虽然降低了工人劳动强度 但其功能简单 只适合一种形状的 切割 随着国内经济形势的蓬勃发展以及 以焊代铸趋势的加速 数控铣床的优势正在逐 渐为人们所认识 数控铣床不仅使板材利用率大幅度提高 产品质量得到改进 而 且改善了工人的劳动环境 劳动效率进一步提高 我国数控铣床每年市场需求量约在 400 500 台之间 相较而言 仿形切割机每 年销售几千台 半自动切割机每年销售达上万台 由此可见 我国数控切割市场 尤其是数控铣床市场的发展潜力是巨大的 2 数控铣床的发展趋势 1 高速化 采用高速的 32 位以上的微处理器 可提高数控系统的分辨率及 实现连续小程序段的高速 高精加工 日本产的 FANUC15 系统开发出 64 位 CPU 系统 能达到最小移动单位 0 1um 时 最大进给速度为 100m min 2 多功能化 3 智能化 引进了自适应控制技术 自适应控制 Adaptive Control 简称 AC 技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特性 且能使切削过程达到并维 持最佳状态的技术 4 高精度化 通过减少数控系统误差和采用补偿技术可提高数控机床的加工 精度 5 高可靠性 通过提高数控系统的硬件质量 采用模块化 标准化和通用化 来提高其可靠性 1 41 4 毕业设计的目的和要求毕业设计的目的和要求 1 毕业设计的目的 1 培养学生综合运用所学知识 结合实际 独立完成课题的工作能力 2 对学生的知识面 掌握知识的深度 运用理论结合实际去处理问题的能力 实 验能力 动手操作能力 书面及口头表达能力进行考核 2 毕业设计的要求 1 要求一定要有结合实际的某项具体项目的设计或对某具体课题进行有独立见解 的论证 并要求技术含量较高 2 设计或论文应该在教学计划所规定的时限内完成 3 书面材料 框架及字数应符合规定 第第 2 2 章章 零件工艺分析零件工艺分析 零件工艺分析就是分析被加工零件图样 明确加工内容及技术要求 在此基础 上确定零件的加工方案 制定数控加工工艺路线 如工序的划分 加工顺序的安排 与传统加工工序的衔接等 零件的图样分析主要包括零件的结构 形状 性能 表面质量 材料等方面的 分析 2 12 1 毛坯材料的选择毛坯材料的选择 毛坯的选择是零件设计中的重要一环 合理选择毛坯的类型 会使零件制造工 艺简单 生产率高 质量稳定 成本降低 为能合理选择毛坯 需要了解和掌握各 种毛坯的特点 适用范围和选用原则等 表 2 1 各种毛坯的特点 毛坯特 点生产方法应 用 铸 件 对材料适应性广 铸件价格低廉 应用广 泛 在设备中比例大 可制不同复杂程度的各 类大小铸件 适合各种批量生产 合金组织粗大 内有缺陷 力学性能不高 尤其抗冲击性能较低 工序较多 废品率较高 精度低 加工余量大 砂型铸造 金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造等 在各行各业都应用 广泛 如 活塞环 气缸 套 气缸体 机床床 身 机架 机座 泵 等等 锻 压 件 适应性较广 锻压件力学性能较好 强度 冲击性和抗疲劳性高 合金组织较细 内部缺 陷较少 精度较高 难以获得大型件和复杂的形状 尤其是内 腔 自由锻 模锻 挤压 轧制 冲压等 在各行各业都常应 用 如光轴 阶梯轴 曲轴 连杆等等 焊件 可以小拼大 气密性好 生产周期短 焊 件强度和刚度较高 材料利用率高 抗震性差 易变形 手弧焊 气体保护焊 电阻焊等 广泛应用于石油化 工 船舶 航空等上 型材 可直接使用 精度高 性能较高 成本较低 便于自动化加工 槽钢 工字 钢 角钢等 建筑 桥梁等工程 结构 毛坯选用原则 1 使用要求原则 使用要求具体体现在 零件的工作条件 受力情况及形状 尺寸 精度等 只 有满足使用要求的毛坯 才有实际价值 保证使用要求是选择毛坯的首要原则 2 经济性原则 在保证使用要求的前提下 尽量减少消耗 减低毛坯成本 满足市场竞争的 要求 3 实际生产条件原则 根据使用要求和经济性所确定的毛坯生产方案是否能实现 还必须考虑企业的 实际生产条件 只有实际生产条件能够实现的生产方案才是切实可行的 实际生产条件主要指企业的设备条件 技术水平 厂房情况及原材料供应情况 等 如这些条件不能满足生产要求 就应考虑某些零件的毛坯生产或毛坯生产中的 部分工序与其他企业协作 45 钢强度较高 塑性和韧性尚好 用于制作承受负荷较大的小截面调质件和 应力较小的大型正火零件 以及对心部强度要求不高的表面淬火零件 如曲轴 传 动轴 齿轮 蜗杆 键 销等 水淬时有形成裂纹的倾向 形状复杂的零件应在热 水或油中淬火 而焊接性差 热处理方式为正火 强度较高 塑性和韧性尚好 最 常用中碳调质钢 综合力学性能良好 用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应 力较小的大型正火零件 以及对心部强度要求不高的表面淬火零件 根据要求 选用毛坯尺寸为150mm 110mm 28mm 的45钢 类型为型材 2 22 2 零件的工艺分析零件的工艺分析 如图 2 1 2 2 所示 零件的尺寸公差在 0 05 0 06mm 之间 凸台面表面上 存在很多圆弧加工 且在零件表面上存在凹球面及圆弧倒角 所以对工件的加工精 度和质量的要求很高 工件各部分厚度分配不均匀 有的地方很厚而有的地方却是 薄壁 且工件整个区域面积较大 表面粗糙度也比较高 达到了 Ra1 6um 相对难 加工 加工时容易产生变形 处理不好可能会导致其壁厚公差及表面粗糙度难以达 到要求 图 2 1 腔件上表面零件图 图2 2 腔件前剖视图 图2 3 腔件下表面零件图 图2 4 腔件左剖视图 1 零件尺寸公差分析 尺寸公差简称公差 是指最大极限尺寸减 最小极限尺寸 之差的绝对值 或 上偏差减下偏差之差 它是容许尺寸的变动量 尺寸公差是一个没有符号的绝 对值 极限偏差 极限尺寸 基本尺寸 上偏差 最大极限尺寸 基本尺寸 下 偏差 最小极限尺寸 基本尺寸 尺寸公差是指在切削加工中零件尺寸允许的变 动量 在基本尺寸相同的情况下 尺寸公差愈小 则尺寸精度愈高 尺寸公差 等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之差 或等于上偏差与下偏差之差 切削加 工所获得的尺寸精度一般与使用的设备 刀具和切削条件等密切相关 尺寸精 度愈高 零件的工艺过程愈复杂 加工成本也愈高 由图2 1 2 2可知该零件的尺寸精度要求很高 尺寸公差达到了 0 023mm 这使我们加工该零件的难度大大提高 为了保证零件的尺寸精度达 到要求 所以我在加工零件时采用中径编程 2 零件形位公差分析 加工后的零件不仅有尺寸误差 构成零件几何特征的点 线 面的实际形状或 相互位置与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异 这种形状上 的差异就是形状误差 而相互位置的差异就是位置误差 统称为形位误差 形位公差包括形状公差和位置公差 形位误差对零件使用性能的影响 1 影响零件的功能要求 2 影响零件的配合性质 3 影响零件的互换性 4 影响零件本身及配合件寿命 由图2 1 2 2可知该零件的形位公差包括了面与槽的垂直度公差和面与面 的平行度公差 为了达到形位公差的要求 在铣削零件时要格外注重面与面及 面与孔之间的位置关系 3 零件表面粗糙度分析 表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度 其两波峰或 两波谷之间的距离 波距 很小 在 1mm以下 用肉眼是难以区别的 因此它 属于微观几何形状误差 表面粗糙度越小 则表面越光滑 表面粗糙度的大小 对机械零件的使用性能有很大的影响 1 表面粗糙度影响零件的耐磨性 表面越粗糙 配合表面间的有效接触 面积越小 压强越大 磨损就越快 2 表面粗糙度影响配合性质的稳定性 对间隙配合来说 表面越粗糙 就越易磨损 使工作过程中间隙逐渐增大 对过盈配合来说 由于装配时将微 观凸峰挤平 减小了实际有效过盈 降低了联结强度 3 表面粗糙度影响零件的疲劳强度 粗糙零件的表面存在较大的波谷 它们像尖角缺口和裂纹一样 对应力集中很敏感 从而影响零件的疲劳强度 4 表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性 粗糙的表面 易使腐蚀性气体或 液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层 造成表面腐蚀 5 表面粗糙度影响零件的密封性 粗糙的表面之间无法严密地贴合 气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏 6 表面粗糙度影响零件的接触刚度 接触刚度是零件结合面在外力作用 下 抵抗接触变形的能力 机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触 刚度 7 影响零件的测量精度 零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度 都会直接影响测量的精度 尤其是在精密测量时 此外 表面粗糙度对零件的镀涂层 导热性和接触电阻 反射能力和辐射 性能 液体和气体流动的阻力 导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响 由图2 1 2 2可知该零件的表面粗糙度等级很高 很多加工部位的精度达 到了Ra1 6 最低的精度要求也达到 Ra3 2 所以在加工零件的时候要 进行粗 精加工铣削 从而达到工件表面粗糙度要求 4 零件的结构工艺分析 零件形状如上图2 1 2 2所示 有轮廓 外形铣削 板件凸 凹槽面加工 铣球槽 倒圆角 及打孔加工等 由于典型零件为 薄壁零件 零件形状虽然比 较简单 但是由于是薄壁零件 工序复杂 表面质量和精度要求高 所以从精 度要求上考虑 定位和工序安排比较关键 为了保证加工精度和表面质量 根 据毛胚形状和尺寸 分析采用两次定位 一次粗定位 一次精定位 装夹加工 完成 按照基准面先主后次 先近后远 先里后外 先粗加工后精加工 先面 后孔的原则依次划分工序加工 第第 3 3 章章 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 3 13 1 零件的加工工艺方案分析 比较与设计零件的加工工艺方案分析 比较与设计 1 工艺方案分析 1 选择定位基准 通常毛料未经任何处理时 外表有一层硬皮 硬度很高 很容易磨损刀具 在 选择走刀方式时加以考虑选择逆铣 还有毛刺 装夹前应进行钳工去毛刺处理 再 以面作为粗基准加工精基准定位面 第一道工序 选择产品重要的面 此时是毛坯面 作为粗基准 加工其它的面 以保证下一工序时 重要的面的加工余量均匀 能保留组织细密的表面 位置尺寸 容易保证 第二道工序 以第一道工序加工出的面做基准 加工第一道工序的粗基 准面 加工顺序一般是先面后孔 加工精基准 尽量是产品图中的设计基准 装配 基准 并遵循统一基准的原则 凸台面 任选110mm 28mm的面 用面铣刀加工 即为定位基准 凹槽面 任选110mm 28mm的面 用面铣刀加工 即为定位基准 2 选择加工方法 选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度 零件材料的可加工性 工 件的结构形状和尺寸 生产类型及工厂现有生产条件 表面的技术要求是决定表面加工方法的最重要因素 这些技术要求除了零件设 计图样上所规定的以外 还包括由于基准不重合而提高对某些表面的加工要求 以 及由于选择作为精基准而可能对其提出的更高加工要求 根据各加工表面的技术要求 首先选择能保证该要求的最终加工方法 然后依 次向前选定各预备工序的加工方法 表3 1 孔加工方案的适用范围 加工方案经济精度 表面粗糙度 Ra m 适用范围 钻 T11 1212 5 钻 铰 T93 2 1 6 钻 铰 精铰 T7 81 6 0 8 加工未淬火钢及铸铁的实 心毛坯 也可用于加工孔 径小于15 20mm的有色金属 但表面粗糙度稍粗糙 钻 扩 T10 1112 5 6 3 同上 但孔径大于15 20mm 钻 扩 铰 T8 93 2 1 6 钻 扩 粗铰 精铰 T71 6 0 8 钻 扩 机铰 手铰 T6 70 4 0 1 钻 扩 拉 T7 91 6 0 1 大批大量生产中小零件上 午通孔 精度由拉刀的精 度而定 粗镗 或扩孔 T11 1212 5 6 3 粗镗 粗扩 半精扩 精扩 T8 93 2 1 6 粗镗 扩 半精镗 精扩 精镗 铰 T7 81 6 0 8 粗镗 扩 半精镗 精扩 精镗 浮 动镗刀精镗 T6 70 8 0 4 除淬火钢外各种材料 毛 坯有铸出孔或锻出孔 粗镗 扩 半精镗 磨孔 T7 80 8 0 2 粗磨 扩 半精镗 粗镗 精镗 T6 70 2 0 1 主要用于淬火钢 也可用 于未淬火钢 但不宜用于 有色金属 粗镗 半精镗 精镗 金刚镗 T6 70 4 0 05 主要用于精度要求高的有 色金属加工 钻 扩 粗铰 精铰 珩磨 钻 扩 拉 珩磨 半精镗 精镗 珩磨 T6 70 2 0 025 以研磨代替上述方案中的珩磨 T6级以 上 0 1 黑色金属 表3 2 平面加工方案的适用范围 加工方案经济精度 表面粗糙度 Ra m 适用范围 粗车 半精车 T96 3 3 2 粗车 半精车 精车 T7 81 6 0 8 未淬硬钢 铸铁 有色金属 工件 粗车 半精车 磨削 T8 90 8 0 2 钢 铸铁 粗刨 或粗铣 精刨 或精铣 T8 96 3 1 6 粗刨 或粗铣 精刨 或精铣 刮 研 T6 70 8 0 1 以宽刃刨削代替上述方案刮研 T70 8 0 2 未淬硬钢 铸铁 有色金属 工件 批量较大时宜采用宽 刃精刨方案 粗刨 或粗铣 精刨 或精铣 磨 削 T70 8 0 2 粗削 或粗铣 精刨 或精铣 粗 磨 精磨 T6 70 4 0 02 淬硬或未淬硬黑色金属工件 粗铣 拉 T7 90 8 0 2 大量生产未淬硬较小的平面 精度视拉刀精度而定 粗铣 精铣 磨削 研磨 T6以上 0 1 Rz0 05 淬硬或未淬硬黑色金属工件 在安排数控铣削加工工序的顺序时还应注意以下问题 1 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧 中间穿插有通用机床 加工工序的也要综合考虑 2 一般先进行内形内腔加工工序 后进行外形加工工序 3 以相同定位 夹紧方式或同一把刀具加工的工序 最好连续进行 以减 少重复定位次数与换刀次数 4 在同一次安装中进行的多道工序 应先安排对工件刚性破坏较小的工序 总之 顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况 以及定位安装与夹紧的需要综 合考虑 2 工艺方案设计与比较 1 工艺方案一 凸台面 粗 精铣毛坯的上平面 使上表面达到精度等级要求 将工件沿X方向旋转90 以工件的上表面为基准粗铣工件的四个夹持面 夹持四个夹持面 以夹持面为基准粗铣外形轮廓 编程去槽内的多余残料 用直径20mm的钻刀钻凸台面上直径26mm圆槽 钻孔为通孔 粗 精铣凸台面上直径50mm的槽 粗铣凸台面上直径分别为20mm 15mm和26mm的槽 精铣凸台面上直径分别为20mm 15mm和26mm的槽 点直径12mm和8 5mm的孔 用直径11 8mm的麻花钻 钻直径为12mm的通孔 用直径12mm的铰刀 铰直径为12mm的孔 用直径为8 5mm的麻花钻 钻直径为8 5mm的通孔 粗铣槽内球槽 精铣槽内球槽 铣圆弧倒角 精铣夹持面 凹槽面 以工件上表面为精基准 粗 精铣工件下表面 粗铣凹槽轮廓深度为1 9mm 粗 精铣凹槽两个凸台面 粗铣零件凹槽面轮廓 编程去除凹槽中多余残料 粗 精铣直径38圆 2 工艺方案二 凸台面 粗 精铣毛坯的上平面 使上表面达到精度等级要求 将工件沿X方向旋转90 以工件的上表面为基准粗铣工件的四个夹持面 夹持四个夹持面 以夹持面为基准粗铣外形轮廓 编程去槽内的多余残料 粗 精铣凸台面上直径50mm的槽 粗 精铣凸台面上直径20mm圆槽 粗 精铣凸台面上直径为26mm的槽 粗 精铣凸台面上直径为15mm的槽 点直径12mm和8 5mm的孔 用直径11 8mm的麻花钻 钻直径为12mm的通孔 用直径12mm的铰刀 铰直径为12mm的孔 用直径为8 5mm的麻花钻 钻直径为8 5mm的通孔 粗铣槽内球槽 精铣槽内球槽 铣圆弧倒角 精铣夹持面 凹槽面 以工件上表面为精基准 粗 精铣工件下表面 粗铣凹槽轮廓深度为1 9mm 粗 精铣凹槽两个凸台面 粗铣零件凹槽面轮廓 编程去除凹槽中多余残料 粗 精铣直径38圆 表面的加工顺序是先里后外 先粗后精 先面后孔的方法划分加工步骤 由于 轮廓薄壁太薄 对其划分工序考虑要全面 先对受力大的部位先加工 对剩余部粗 铣后就开始精加工 在确定了某个工序的加工内容后 要进行详细的工步设计 即 安排这些工序内容的加工顺序 同时考虑程序编制时刀具运动轨迹的设计 一般将 一个工步编制为一个加工程序 因此 工步顺序实际上也就是加工程序的执行顺序 一般数控铣削采用工序集中的方式 这时工步的顺序就是工序分散时的工序 顺序 可以按一般切削加工顺序安排的原则进行 通常按照从简单到复杂的原则 先加工平面 沟槽 孔 再加工内腔 外形 最后加工曲面 先加工精度要求低的 表面 再加工精度要求高的部位等 方案一与方案二的区别在于 方案一中将几个圆槽合并到一个工序 使工序更 集中 在加工直径 26mm 的圆槽时 方案一先钻孔 再加工凸台面上直径 26mm 的圆 槽和凹槽面上直径 38mm 的圆槽 提高了加工效率 3 23 2 确定加工方法确定加工方法 根据工艺方案的分析选择方案一 凸台面 粗 精铣毛坯的上平面 使上表面达到精度等级要求 将工件沿X方向旋转90 以工件的上表面为基准粗铣工件的四个夹持面 夹持四个夹持面 以夹持面为基准粗铣外形轮廓 编程去槽内的多余残料 用直径20mm的钻刀钻凸台面上直径26mm圆槽 钻孔为通孔 粗 精铣凸台面上直径50mm的槽 粗铣凸台面上直径分别为20mm 15mm和26mm的槽 精铣凸台面上直径分别为20mm 15mm和26mm的槽 点直径12mm和8 5mm的孔 用直径11 8mm的麻花钻 钻直径为12mm的通孔 用直径12mm的铰刀 铰直径为12mm的孔 用直径为8 5mm的麻花钻 钻直径为8 5mm的通孔 粗铣槽内球槽 精铣槽内球槽 铣圆弧倒角 精铣夹持面 1 凸台面工艺过程 1 选择与之前加工完成的110mm 28mm面相邻的150mm 28mm面加工 用 夹具将工件夹持稍微可以松动 目测之前加工的面与夹具底面垂直 然后用千分尺 测是否垂直 读表后 用扳手轻微修改工件垂直度 直到工件垂直为止 夹紧 然 后用面铣刀加工此面 切削量不要太多 1 1 5mm 2 将工件旋转90度至未加工的一面 然后用千分表测垂直度 用G92指令 和面铣刀加工 再以此面为零点 将零件切削到150mm 105mm 28mm 3 将工件旋转90度至未加工的一面 然后用千分表测垂直度 用G92指令 和面铣刀加工 再以此面为零点 将零件切削到145mm 105mm 28mm 4 然后加工145mm 105mm的面 用G92指令和面铣刀将此面稍微洗掉一点 1 1 5mm 5 将工件翻过来切削另一面 用G92指令和面铣刀稍微切掉一点 以此面 为零点 将工件切削到145mm 105mm 26mm 6 精铣上平面 工件尺寸铣过之后为145mm 105mm 24mm 7 凸台面表面加工 8 将工件旋转精铣夹持面140mm 100mm 24mm 凹槽面 本课程所加工的零件为双面型腔件 所有的事先毛坯加工都在凸台面加工中完 成 所以凹槽面的加工较为简单 以工件上表面为精基准 粗 精铣工件下表面 粗铣凹槽轮廓深度为1 9mm 粗 精铣凹槽两个凸台面 粗铣零件凹槽面轮廓 编程去除凹槽中多余残料 粗 精铣直径38圆 2 凹槽面工艺过程 1 选择已加工好的100mm 24mm为夹持面 用夹具将工件夹持稍微可以松动 目测之前加工的面与夹具底面垂直 然后用千分尺测是否垂直 读表后 用扳手轻 微修改工件垂直度 直到工件垂直为止 夹紧 2 凹槽面的加工 3 33 3 选择加工设备和工艺设备选择加工设备和工艺设备 1 数控机床及系统 选用加工中心 FAUNC VMC850 详见图3 1 加工中心加工柔性比普通数控铣床优越 有一个自动换刀的伺服系统 对于工 序复杂的零件需要多把刀加工 在换刀的时候可以减少很多辅助时间 很方便 而 且能够加工更加复杂的曲面等工件 因此 提高加工中心的效率便成为关键 而合 理运用编程技巧 编制高效率的加工程序 对提高机床效率往往具有意想不到的效 果 图3 1数控加工中心VMC850 表3 3 VMC850加工中心基本参数 工作台面尺寸 长 宽 405 1307 mm 主轴锥孔 刀柄形式 24ISO40 BT40 MAS403 工作台最大纵向行程 650mm 主配控制系统 FANUC 0iMate MC 工作台最大横向行程 450mm 换刀时间 s 6 5s 主轴箱垂向行程 500mm 主轴转速范围 60 6000 r min 工作台 T型槽 槽数 宽度 间距 5 16 60mm 快速移动速度10000 mm min 主电动机功率5 5 7 5 kw 进给速度5 800 mm min 脉冲当量 mm 脉冲 0 001 工作台最大承载 kg 700kg 机床外形尺寸 长 宽 高 mm 2540mm 2520mm 271 0mm 机床重量 kg 4000kg 2 夹具的选择 机械制造过程中用来固定加工对象 使之占有正确的位置 以接受施工或 检测的装置称为夹具 又称卡具 从广义上说 在工艺过程中的任何工序 用 来迅速 方便 安全地安装工件的装置 都可称为夹具 例如焊接夹具 检验 夹具 装配夹具 机床夹具等 在机床上加工工件时 为使工件的表面能达到 图纸规定的尺寸 几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 加 工前必须将工件装好 定位 夹牢 夹紧 夹具通常由定位元件 确定工件在夹具中的正确位置 夹紧装置 对 刀引导元件 确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向 分度装置 使工 件在一次安装中能完成数个工位的加工 有回转分度装置和直线移动分度装置 两类 连接元件以及夹具体 夹具底座 等组成 按进给方式铣床夹具可分为直线进给式 靠模进给式和圆周进给式三种 1 直线进给式铣床夹具 这类铣床夹具用得最多 夹具安装在铣床工作 台上 加工中随工作台按直线进给方式运动 2 靠模铣床夹具 靠模的作用是使工件获得辅助运动 形成仿形运动 它用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面 3 圆周进给式铣床夹具 可在不停车的情况下装卸工件 一般是多工位 在有回转工作台的铣床上使用 这种夹具结构紧凑 操作方便 是高效铣床夹 具 使用于大批量生产 现代的数控铣床夹具除用到常用的虎钳 分度头和三爪夹盘等通用夹具外 还有万能组合夹具 多工位夹具 气动或液压夹具 专用铣切夹具和真空夹具 等 在确定装夹方案时 只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位 夹紧方式 并选择合适的夹具 在选用夹具时 在能用普通夹具装夹加工的尽 可能的选用普通夹具 在经济效应上可以减少成本的开支 数控机床上用的 夹具应满足安装调整方便 刚性好 精度高 耐用度好等要求 此时 主要 考虑以下几点 1 夹紧机构或其它元件不得影响进给 加工部位要敞开 2 必须保证最小的夹紧变形 3 装卸方便 辅助时间应尽量短 4 对小型零件或工序时间不长的零件 可以考虑在工作台上同时装夹几 件进行加工 以提高加工效率 5 夹具结构应力求简单 6 夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接 图3 2平口虎钳夹具 该零件形状规则 四个侧面较光整 加工面与加工面之间的位置精度要求 不高 所以以底面和两个侧面作为定位 用虎钳从工件侧面夹紧 使用注意事项 1 夹紧工件时要松紧适当 用手板紧手柄 不得借助其他工具加力 2 强力作业时 应尽量使力朝向固定钳身 3 不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业 4 对丝杠 螺母等活动表面应经常清洗 润滑 以防生锈 根据分析 该工件夹具选用 平口虎钳夹具 如图3 2所示 表3 4平口虎钳夹具参数 产品名称型号 钳口宽度 mm 钳口高度 mm 钳口最大张开 度 mm 定位键宽度 mm 外形尺寸长 宽 高 mm 平口虎钳 Q121601605016018500 300 200 3 量具的选择 在机械制造中用以直接或间接测出被测对象量值的工具 加工中心仪器 仪表 等称为计量器具 计量器具主要分为量具和量仪 仪器 仪表 两大类 其中量具是 指那些能直接表示出长度单位和界限的简单计量工具 量仪是利用机械 光学 气 动 电动等原理将长度放大或细分 且结构较为复杂的计量器具 一般在计量室中 使用 零件的几何参数的测量包括 长度 角度 表面粗糙度及形位公差 用来测量零件的量具有 1 钢直尺 用来测量长度的一种最常用的简单量具 2 游标卡尺 可以用来测量内 外尺寸 孔距 高度和深度 3 千分尺 这类量具较为精密 可用来测量外圆直径 长度 厚度 4 百分表 在铣削工件时 用来测量工件是否垂直 根据所加工零件的特性选用游标卡尺 千分尺和百分表 3 43 4 确定进给路线确定进给路线 1 机床原点和参考点 1 机床原点 数控铣床的机床原点一般设在刀具远离工件的极限点处 即坐标正方向的极限 点处 2 机床参考点 机床参考点是数控机床上一个特殊位置的点 该点一般位于靠近机床原点的位 置 机床参考点与机床原点的距离由系统参数设定 如果其值为零 则表示机床参 考点和机床原点重合 如果其值不为零 则机床开机回零后显示的机床坐标系的值 即为系统参数中设定的距离值 2 编程坐标系和工件坐标系 编程人员首先根据零件图样及加工工艺建立编程坐标系 当工件装夹后 加工 人员通过对刀将编程原点转换为工件原点 从而确定工件坐标系 数控铣床 Z 轴方向的工件原点 一般取在工件的上表面 而对于 X Y 方向的 工件原点 当工件对称时 一般取在工件的对称中心 当工件不对称时 一般取在 工件的交角处 3 确定进给路线的原则 1 加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度 2 应使加工路线最短 以减少空运行时间 提高加工效率 3 在满足工件精度 表面粗糙度 生产率等要求的前提下 尽量简化数学 处理时的数值计算工作量 以简化编程工作 4 当某段进给路线重复使用时 为简化编程 缩短程序长度 应使用子程 序 具体路线如刀具路径卡片所示 3 53 5 刀具参数刀具参数 表3 5刀具卡 零件图号 01 使用设备 刀具名称 刀具卡 刀具编号 1 换刀方式自动程序编号 O0001 刀具序号编号刀具名称规格数量备注 1T01 立铣刀 502 2T02 立铣刀 128 3T03 铰刀 121 4T04 铰刀 8 51 5T05 立铣刀 81 6T06 球刀 82 7T07 麻花钻 11 81 8T08 麻花钻 201 9T09 球刀 31 组 成 10T10 中心钻 31 表 3 6 刀具参数 刀具号刀具名称长度补偿半径补偿 T1 50mm 立铣刀 H1D1 T2 12mm 立铣刀 H2D2 T3 12mm 铰刀 H3 T4 8 5mm 铰刀 H4 T5 8mm 立铣刀 H5D5 T6 8mm 球刀 H6 T7 11 8mm 麻花钻 H7 T8 20mm 麻花钻 H8 T9 3 球刀 H9 T10 3 中心钻 H10 第第 4 4 章章 切削用量的计算切削用量的计算 4 14 1 影响切削用量的因素影响切削用量的因素 在数控加工中影响切削用量的因素主要包括 切削速度 Vc 进给量 f 背吃刀 量 ap 1 切削速度 Vc 切削速度是主运动的线速度 主运动回转时 运动着的回 转体 刀或工件 上某一点的瞬时线速度为切削速度 单位 m min Vc dn 1000 d 作主运动的回转体上某一点的回转直径 mm N 作主运动回转体的转速 r min 或 r s 2 进给量 进给量是工件或刀具每回转一周时 二者沿进给方向的相对位 移量 单位 mm r 当主运动是直线往复运动时 进给量是每一往复行程中每个刀 齿相对于前一刀齿的进给量 单位 mm z Vf nf fzn 3 背吃刀量 ap 背吃刀量是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上测 量的工件上已加工表面和待加工表面间的距离 单位 mm ap 1 2 dw dm 主运动是回转运动 dw 工件待加工表面厚度 dm 工件已加工表面直径 ap 1 2 hw hm 主运动是直线运动 hw 工件待加工表面厚度 hm 工件已加 工表面厚度 4 24 2 各工序切削用量的计算各工序切削用量的计算 查资料得知45钢的切削速度 见表4 1 表4 1 45钢切削速度 切削速度Vc m min 工件材料硬度 HBS 高速钢铣刀硬质合金铣刀 45钢 230 300100 200200 400 从理论上讲 Vc的值越大越好 因为这不仅可以提高生产率 而且可以避免生 成积屑瘤的临界速度 获得较低的表面粗糙度值 但实际上由于机床 刀具等的限 制 综合考虑 取粗铣时 Vc 200m min 精铣时 Vc 250m min 表4 2 数控铣削每齿进给量 每齿进给量 mm z 粗铣精铣工件材料 高速铣刀硬质合金铣刀高速铣刀硬质合金铣刀 钢0 1 0 150 1 0 25 0 02 0 050 10 0 15 1 工序二 粗铣毛坯上表面 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 1mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 进给量取 f 0 1mm z 3 确定切削速度与机床主轴转速 根据表 4 1 取粗铣时 Vc 200m min 按公式计算主轴转速 n 1000v d 1000 200 3 14x50 1273 9r min 取 n 1200 r min 4 刀每齿进给量 fz 根据表 4 2 取 fz 0 1 mm z 铣刀齿数 z 2 上面计算出 n 1200r min 将它们代入式子计算 F 0 1 2 1200 240mm min 2 工序三 精铣毛坯上表面 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 0 5mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 进给量取 f 0 1mm z 3 确定切削速度与机床主轴转速 根据表 4 1 取精铣时 Vc 250m min 按公式计算主轴转速 n 1000v d 1000 250 3 14x50 1592 4r min 取 n 1500 r min 4 刀每齿进给量 fz 根据表 4 2 取 fz 0 1 mm z 铣刀齿数 z 2 上面计算出 n 1500r min 将它们代入式子计算 F 0 1 2 1500 300mm min 3 工序四 粗铣夹持面 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 1mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 进给量取 f 0 1mm z 3 确定切削速度与机床主轴转速 根据表 4 1 取粗铣时 Vc 200m min 按公式计算主轴转速 n 1000v d 1000 200 3 14x50 1273 9r min 取 n 1200 r min 4 刀每齿进给量 fz 根据表 4 2 取 fz 0 1 mm z 铣刀齿数 z 2 上面计算出 n 1200r min 将它们代入式子计算 F 0 1 2 1200 240mm min 4 工序五 粗 精铣凸台面轮廓 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 粗 1mm ap 精 0 5mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 进给量取 f 0 1mm z 3 确定切削速度与机床主轴转速 根据表 4 1 取粗铣时 Vc 200m min 精铣时 Vc 250m min 按公式计算主轴转速 N 粗 1000v d 1000 200 3 14x12 5307 9r min N 精 1000v d 1000 250 3 14x12 6634 8r min 计算的主轴转速 n 要根据机床有的或接近的转速选取 取 n 粗 2000 r min n 精 3000 r min 4 刀每齿进给量 fz 根据表 4 2 取 fz 粗 0 1 mm z fz 精粗 0 05 mm z 铣刀齿数 z 2 上面计算出 n 粗 2000 r min n 精 3000 r min 将它们代入式子计算 F 粗 0 1 2 2000 400mm min F 精 0 05 2 3000 300mm min 5 工序六 粗 精铣削 50槽 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 粗 1mm ap 精 0 5mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 进给量取 f 0 1mm z 3 确定切削速度与机床主轴转速 根据表 4 1 取粗铣时 Vc 200m min 精铣时 Vc 250m min 按公式计算主轴转速 N 粗 1000v d 1000 200 3 14x12 5307 9r min N 精 1000v d 1000 250 3 14x12 6634 8r min 计算的主轴转速 n 要根据机床有的或接近的转速选取 取 n 粗 2000 r min n 精 3000 r min 4 刀每齿进给量 fz 根据表 4 2 取 fz 粗 0 1 mm z fz 精粗 0 05 mm z 铣刀齿数 z 2 上面计算出 n 粗 2000 r min n 精 3000 r min 将它们代入式子计算 F 粗 0 1 2 2000 400mm min F 精 0 05 2 3000 300mm min 6 工序七 在 26mm 圆槽上钻 20 通孔 1 钻孔加工时的切削深度 ap 取 ap 6mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 得 进给量取 f 120mm r 3 确定切削速度与机床主轴转速 查 实用机械加工工艺手册 得 切削速度 v 35m min n 800r min 7 工序八 九 粗 精铣凸台面上圆槽 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 粗 1mm ap 精 0 5mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 进给量取 f 0 1mm z 3 确定切削速度与机床主轴转速 根据表 4 1 取粗铣时 Vc 200m min 精铣时 Vc 250m min 按公式计算主轴转速 N 粗 1000v d 1000 200 3 14x12 5307 9r min N 精 1000v d 1000 250 3 14x12 6634 8r min 计算的主轴转速 n 要根据机床有的或接近的转速选取 取 n 粗 2000 r min n 精 3000 r min 4 刀每齿进给量 fz 根据表 4 2 取 fz 粗 0 1 mm z fz 精粗 0 05 mm z 铣刀齿数 z 2 上面计算出 n 粗 2000 r min n 精 3000 r min 将它们代入式子计算 F 粗 0 1 2 2000 400mm min F 精 0 05 2 3000 300mm min 8 工序十 点孔 1 点孔加工时的切削深度 ap 取 ap 5mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 表 11 267 得 进给量取 f 100mm r 3 确定切削速度与机床主轴转速 查 实用机械加工工艺手册 表 11 267 得 切削速度 v 30m min n 2000r min 9 工序十一 钻直径11 8mm孔 1 钻孔加工时的切削深度 ap 取 ap 6mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 得 进给量取 f 80mm r 3 确定切削速度与机床主轴转速 查 实用机械加工工艺手册 得 切削速度 v 35m min n 800r min 10 工序十二 铰直径12mm孔 1 钻孔加工时的切削深度 ap 取 ap 1mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 得 进给量取 f 50mm r 3 确定切削速度与机床主轴转速 查 实用机械加工工艺手册 得 切削速度 v 10m min n 200r min 11 工序十三 钻 8 5的孔 1 钻孔加工时的切削深度 ap 取 ap 1mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 得 进给量取 f 50mm r 3 确定切削速度与机床主轴转速 查 实用机械加工工艺手册 得 切削速度 v 10m min n 200r min 12 工序十四 粗铣球槽 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 1mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 进给量取 f 0 1mm z 3 确定切削速度与机床主轴转速 根据表 4 1 取粗铣时 Vc 200m min 按公式计算主轴转速 N 1000v d 1000 200 3 14x12 5307 9r min 计算的主轴转速 n 要根据机床有的或接近的转速选取 取 n 2000 r min 4 刀每齿进给量 fz 根据表 4 2 取 fz 0 1 mm z 铣刀齿数 z 2 上面计算出 n 粗 2000 r min 将它们代入式子计算 F 0 1 2 2000 400mm min 13 工序十五 精铣球槽 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 0 5mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 得 进给量取 f 50mm r 3 确定切削速度与机床主轴转速 查 实用机械加工工艺手册 得 切削速度 v 10m min n 200r min 14 工序十六 铣削圆弧倒角 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 0 5mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 得 进给量取 f 50mm r 3 确定切削速度与机床主轴转速 查 实用机械加工工艺手册 得 切削速度 v 10m min n 200r min 15 工序十七 精铣夹持面 工序十七与工序三都是用直径50mm的铣刀 切都是精加工 所以由工序三得知 n 1500 r min F 150mm min 16 工序十八 粗 精铣零件下表面 1 加工时的切削深度 ap 取 ap 粗 1mm ap 精 0 5mm 2 确定进给量 f 查 实用机械加工工艺手册 进给量取 f 0 1mm z 3