CAD在机械加工中的应用.pdf

冷加工 CFHI 2010 年 第 5 期 总 137 期 yz js CFHI TECHNOLOGY 摘要 实例介绍 CAD 在工艺编制及技术准备过程中 在加工方案确定 刀具 机床及辅具的选择等方面的应 用 关键词 CAD 机械加工 辅助计算 中图分类号 TP319 73文献标识码 B文章编号 1673 3355 2010 05 0014 03 CAD s Application in Mechanical MachiningSun Helong Wangping Abstract The article takes examples to introduce the application of CAD in procedure preparation technical preparation machining solution determination and the selection of cutters machines and auxiliary tools Key words CAD machining auxiliary calculation CAD 在机械加工中的应用 孙贺龙 1 王 萍 2 在零件的机械加工过程中 一些结构复杂 形状特别的零件由于工艺性较差 加工难度大 经常容易出现各种各样的问题 如变形 干涉等 因此如何有效地预见 预测加工过程中可能出现 的问题 并提前采取有效的工艺措施进行预防和 避免显得很重要 而利用 CAD 进行必要的绘图分 析和计算 可以使前期的技术准备工作变得非常 简单方便 AutoCAD 全称 Computer Aided Design 即计 算机辅助设计 简称 CAD 它是机械行业中常用 的绘图软件 使用方便 操作简单 已经普遍使 用于产品设计中 它是利用计算机系统来辅助一 个设计工作的产生 修改 分析及优化 用以完 成各种用户所需的专门设计任务 一般认为 CAD 的功能主要分为四大类 建立几何模型 过程分 析 动态模拟和自动绘图 目前 CAD 主要用于产品设计过程 它的应 用能够大大提高设计效率 优化设计方案 减轻 设计人员工作强度 缩短设计周期 加强设计标 准化 因此在机械设计部门被广泛应用 随着机 械行业的发展 CAD 也逐渐在机械加工过程中被 应用 并且已经取得良好的效果 本文主要针对 CAD 的绘图和计算功能在机械 加工中的应用进行分析和论述 在机械加工过程 中 经常会有结构复杂 设计要求高 工艺性差 加工难度大的零件 仅凭经验或简单的人工计算或 估测 很难准确预测在实际加工过程中可能遇到的 各种技术问题 因此 有效地使用 CAD 进行计算 绘图 模拟真实的零件加工过程 可以让我们少走 弯路 提高工作效率 现在结合实际工作分别从以 下几个方面举例说明 1在鼓形齿加工极限位置校验 在鼓形齿 特别是带有法兰的鼓形齿 的加工 过程中 由于齿轮法兰直径较大 而机床刀架也相 对很大 加工空间则相对很小 刀具半径受到很大 限制 在零件加工过程中很容易产生干涉或过切 而使用 CAD 绘图可以模拟齿轮加工过程 表示出 其极限位置 可以有效预见 预测加工中遇到的问 题 从而在加工中采取有效工艺措施 提前计算 测量机床参数 并选择合理刀具避免加工问题发 生 提高效率 降低成本 减少浪费 这种 CAD 辅助加工的方法应在广大技术人员的工艺准备过程 中进行普遍推广 1 一重有限公司技术质量部助理工程师 黑龙江富拉尔基161042 2 一重有限公司技术质量部高级工程师 黑龙江富拉尔基161042 10 3969 j issn 1673 3355 2010 05 014 47 2010 年 第 5 期 总 137 期 CFHI yz js 冷加工一重技术 1 1鼓形齿辅助加工 利用 CAD 能够准确绘制机床 滚刀和工件的 相互位置 并且能够输出滚刀的运动轨迹 见图 1 虚线 覫327 7 mm 圆弧是滚刀中心的移动轨 迹 即靠模板的圆弧 右侧部分为工件外形轮廓 左侧 覫90 mm 为滚刀直径 虚线为下极限位 置 上限位置未表示 1 2加工过程分析 1 加工设备 加工机床为 YW3180 带有铣鼓形齿仿形装 置 工作台直径 覫800 mm 2 加工过程 滚刀沿着图示虚线 覫327 7 mm 圆弧由上至下 走刀切齿 走刀至 27 57 mm 尺寸下端时齿形加工 结束 当继续走刀至 30 mm 尺寸下端 虚线位置 时必须结束 否则将会切到下部法兰 3 刀具选择 滚刀直径选择很重要 如果滚刀直径过小 刀 架将直接靠在零件法兰外圆上 导致滚刀不能与零 件接触或不能完全滚切齿弧 如果滚刀直径过大 滚刀滚切至齿弧下端时会切到法兰 因此滚刀选择 时要注意直径尺寸 既不能大也不能小 4 行程控制 滚刀的上限位置只要在齿幅中线上方 27 57 mm 以上即可 要求不需很严格 但是滚刀的下限 位置则需要严格控制 即控制在齿幅中线以下 27 57 30 mm 之间 必须在这段距离内停止走刀 才能保证既能完整切削整个齿幅 又不切到下方的 法兰部分 因此 加工前仿形走刀的限位必须保证 准确设定 当然 同时要考虑机床的游隙误差 以 及机床及仿形装置的反应灵敏度 2机床 刀具选择的辅助计算 对特殊零件或零件的特殊位置进行加工前的技 术准备时 机床及辅具的选择 刀具的选择往往也 要求助于 CAD 绘图辅助计算 2 1侧压螺母内孔槽的加工 例如某个侧压螺母 内螺纹小径 覫264 mm 内孔中有一槽 宽 30 mm 长 390 mm 需要在镗 床上用长角铣头加工 由于螺母内孔空间很小 加 工困难 需要提前计算空间大小 以确定合适的刀 具 因此 CAD 的使用显得十分必要 见图 2 图中圆形为侧压螺母边界 内孔 覫264 mm 中间 125 mm 170 mm 为角铣头外形轮廓 留出角铣头 活动空间后 铣刀的空间只有约 75 mm 左右 需 要合理选择铣刀 铣刀过长则铣头不能带铣刀进入 螺母内孔 过短则槽的深度方向不能加工到位 2 2压下螺丝花键铣刀选择 在压下螺丝的加工过程中 矩形花键的加工很 重要 较大的花键在粗加工时一般选择用指形铣刀 进行开沟 如何选择合适的指形铣刀 以十等分 矩形花键为例 主要有三点 一是角度 即指形铣 刀锥度与花键阴牙的夹角角度 36 一致 二是直 径 即指形铣刀的小头端直径与键槽槽底宽度 包 括余量 一致 三是深度 即指型铣刀的长度在满 足前两个条件的基础上必须大于键槽深度 这些数 据的的手工计算是很繁琐的 而且计算误差较大 不够准确 但是利用 CAD 绘制出简图后 通过标 图 2侧压螺母加工示意图 图 1鼓形齿加工示意图 48 冷加工 CFHI 2010 年 第 5 期 总 137 期 yz js CFHI TECHNOLOGY 出阴牙各尺寸值 再按照各尺寸选择刀具 就显得 很简单 很直观 见图 3 2 3花键盘铣刀的选择 在精加工时 如果使用盘铣刀加工花键键宽 特别是齿槽底面为圆弧的花键 由于花键部分与螺 纹部分之间的长度方向空刀空间过小 而盘铣刀直 径较大 当走刀至花键末端时 很容易与螺纹部分 干涉 甚至切到螺纹部分 而利用 CAD 绘制出加工示意图则可以在工艺 编制及技术准备过程中 见图 4 参照 CAD 绘图 尺寸及时进行准确 全面的计算 合理选择机床 刀具 完善零件设计参数和工艺措施 避免不必要 的损失和浪费 3辅助计算 1 3 1普通立车粗加工辅助计算 在加氢反应器通常在普通立车进行粗加工 由 于机床精度较差 加工容易超差 为了提高机床加 工准确性及效率 利用 CAD 作出辅助加工简图 将圆弧用多段折线近似连接 并标注各交点的尺寸 及各线段的角度 加工时只要按照各标注尺寸进行 加工即可 这样简单易懂 方便易行 3 2划线辅助计算 在圆弧直径 70 多米的锥形支承筒焊接前的分 段加工过程中 由于采用分段加工后拼接成筒的方 法 每段只是展开后的大圆环其中一段 而且工艺 要求每段尺寸必须准确无误 在以往划线时 由于 圆弧过大 无法直接划出圆弧 而采用 CAD 绘制简图 利用多段折线近似模 拟圆弧的方法 标出每一点的尺寸 这样使划线工 作变得非常简单 而且能够大大地提高准确度 4其他辅助应用举例 由于 CAD 可以用来精确计算面积 特别是复 杂形状面积 相比人工计算能够极大提高工作效率 和准确度 通过面积计算体积及重量 就显得更简 单 方便 此外 这种辅助计算在机械加工中及相关工装 设计中都有很广泛的应用 比如 在卷取机卷筒中 的导向套粗加工 半精加工时外形尺寸余量的计算 上 在一些定位样板 及工装辅具 刀具的设计过 程中 CAD 都已经被用来进行辅助计算和模拟绘 图等 5结语 CAD 在机械加工中的应用已经涉及各个方面 并且越来越深入 越来越广泛 在解决各种技术难 题 提高效率的同时 CAD 自身也不断地升级和 完善 这样更加促进了工程技术人员的创新能力 熟练使用并推广 CAD 的应用技术 加强其在 机械