烟灰缸的数控铣削加工.doc

2009年全国技工教学和职业培训优秀教研成果评选活动参评论文 烟灰缸的数控铣削加工烟灰缸的数控铣削加工摘要：本文通过数控实习教学过程，利用有限的教学设备，对烟灰缸的加工工艺分析，介绍了数控铣削烟灰缸的加工过程。结合模拟软件Mastercam，阐述了数控铣削烟灰缸的教学实例，使得在教学条件有限的情况下能完成数控铣削示范加工过程。关键词：数控加工(digital control processing)模拟软件(simulation software)烟灰缸加工示教(ashtray processing teaching)刀具半径补偿(cutter radius compensation)前言数控设备的方便、高精度、高效率等优良性能，使其普及率越来越高，特别是在模具制造业中应用越来越广泛，企业急需一大批数控编程、操作及其维修人员。从事数控铣实习教学的探索、实践和研究，深深感觉到传统授练结合的教学模式已经不能满足现在对数控技术人员的需要，必须进行改革，充分锻炼和培养学生的自主创新能力。1、中职数控专业加工实例教学的背景1.1数控应用技术的现状 近些年来，数控机床以其加工精度高、生产率高、柔性高、适应中小批生产而日益受到重视。由于数控机床无需人工操作，只是靠数控程序完成加工循环、调整方便，适应灵活多变的产品，使得中、小批量生产自动化成为可能。数控机床和自动换刀的各种加工中心机床已经成为当今机床发展的趋势。目前我国已能生产100多种数控机床，并研制出六轴五联动的数控系统，可以用于更加复杂型面的加工。国产数控机床的分辨率已经提高到1m。虽然我国机床工业已经取得了巨大的成就，但与世界先进水平相比，还有较大的差距。主要表现在：大部分高精度和超精密机床的性能还不能满足要求，精度保持性也较差，特别是高效自动化和数控机床的数量不到总机床的5，我国数控机床基本上是中等规格的车床、铣床和加工中心等，而精密的、大规格及超大规格或小规格的还远远不能满足需要。至于航天、航空、冶金、汽车、造船和重型机器制造先进工业部门所需要的多种类型的特种数控机床基本上还是一片空白。我国目前对数控机床的需求日益增加，国内市场的需求量很大，所以我国机床企业必须奋发图强，不断扩大技术队伍和提高人员的技术素质，学习和引进国外的先进科学技术，以便早日赶上世界先进水平。1.2中职数控加工教学的背景以精密机械为主的制造业占国民经济的比重越来越高，特别是我国加入世界贸易组织后，制造业是我国少数具有国际竞争优势的产业之一。现在，精密机械制造业广泛采用先进的数控技术，劳动力市场出现数控技术应用型人才的严重短缺的局面，媒体不断呼吁“高薪难聘高素质的数控技术工人”，数控人才的短缺已成为全社会普遍关注的热点问题。中职学校作为“蓝领”生产第一线技术工人的培养基地，应针对传统教学模式不能不适应教学需要的事实，及时合理地调整教学模式，快速高效地培养出符合社会需要的高质量技术工人。但现阶段的中等职业学校一般仍旧沿袭普通中学常用的以教师讲授知识为主的教学模式，强调理论知识体系的完整性、严密性。而对于理论知识的学习正是现在中等职业学校学生的弱项，他们不善于逻辑思维，不善于从理论推导得出结论，所以中等职业学校的学生普遍存在着严重的厌学情绪，使得老师抱怨现在的学生越来越难教了，学生抱怨老师讲的理论知识枯燥乏味，什么都没听懂。随着数控技术的不断发展，中职学校数控专业也在不断的改革。针对企业对学生的要求，强化学生的技能意识，改革传统上的实训教学过程，在教学过程中，不断的总结和革新，让压迫式的学习方式，转变成自主学习的方式。针对数控铣教学中，铣削类零件的加工教学，如何应用有限的教学条件来提高和改善教学质量，让压迫式的学习方式，转变成自主学习的方式，是需要不断思考和控索的问题。2选用烟灰缸作为教学实例的意义2.1烟灰缸数控铣削的特点烟灰缸图是这一操作题练习涉及到了加工圆弧和直线，又涉及到刀具半径左右补偿，还涉及到了用G01X Y ，R 走直线的指令。2.2作为教学示例的意义烟灰缸是日常生活中经常性见到的实物，学生对操作这一课题比较感兴趣。烟灰缸教学实例运用了模拟软件和实体加工，在编程过程中综合运用以前学过的一些专业知识，学生从这一课题的操作过程中能巩固很多知识点，如：刀具半径补偿等。“兴趣是最好的老师。”从学生感兴趣的实物出发，让他们改被动为主动。3、烟灰缸数控铣削的工艺分析3.1.烟灰缸零件图形与结构在教学过程中以铣削烟灰缸为例加工零件图如下：利用MASTERCAM模拟加工程序，在机房上机，效果图如下：（图1）为烟灰缸外型内腔图3.2 烟灰缸坯料和技术要求坯料：12012040 铝（图2）利用工作设定，输入参数设定毛坯技术要求：1、烟灰缸的上表面对于底面的平行度公差为0.02，装夹和加工时考虑到两者的平行度。2、烟灰缸的外型要求做到上偏差+0.03，下偏差为0。3、烟灰缸的内腔要求做到上+0.015、下偏差-0.015。4、烟灰缸的上表面和底面的表面粗糙度值为3.2m。5、加工后去毛刺。3.3 烟灰缸数控铣削工艺分析1、夹120外加工平面2、加工外形和内腔3、用球头铣刀加工槽4、夹100外加工平面3.1.1外形铣削的参数设定浙大辰光数控工业培训系统是桐乡市技工学校的数控铣教学机，因为考虑到这台教学机主轴的承载能力以及教务处对数控实习提出的只要求学生简单了解数控铣加工，所以在教学过程中要求学生设置的参数比较小。图（4）设定外形铣削参数图（5）设定外形铣削参数图（6）铣削烟灰缸外形图3.2.1型腔加工工艺分析相对其它工序而言，加工型腔比较难。考虑到刀具的直径和毛坯的尺寸，不能发生干涉，另外要多采用刀补。在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时，由于刀具半径的存在，刀具中心轨迹和工件轮廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程，即在编程时给出刀具的中心轨迹，其计算相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。刀具半径补偿功能的应用：1）刀具因磨损、重磨、换新刀而引起刀具直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后刀具直径。2）用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗精加工。当加工曲线轮廓时，对于有刀具半径补偿功能的数控系统，可不必求出刀具中心的运动轨迹，只需按被加工工件轮廓曲线编程，同时在程序中给出刀具半径的补偿指令，就可加工出零件的轮廓曲线，使编程工作简化。加工时采用顺铣，用G41，G41为刀具半径左补偿，是指沿着刀具运动方向向前看（假设工件不动），刀具位于零件左侧的刀具半径补偿。3.2.2各型腔加工刀具的选用学校仅有刀具种20立铣刀，16立铣刀，8键槽铣刀，8球头铣刀。3.2.3 各型腔加工的参数设定与优化图（7）挖槽加工参数设定图（8）外型内腔加工图另外采用外型加工把烟灰缸的几条槽模拟出来。图（9）为烟灰缸几条槽的加工图翻过来，夹100100，铣掉余量。图（10）为烟灰缸最终加工效果4.烟灰缸实体加工步骤 4.1准备打开机床，回零。用通用夹具平口钳装夹120120铝合金，通过垫铁组合，保证工件夹持大于等于7mm，同时伸出部分长度大于等于32 mm。并找正，X，Y向原点设为工件中心，Z向尺寸为工件表面。一般情况下，为在铣削加工过程中减少走刀次数、提高加工速度和切削量，保证铣刀有足够的刚性以及良好的散热条件，应尽量选择直径较大的铣刀。加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。4.2 加工平面夹120外加工平面。铣顶面，因为学校条件有限，没有盘铣刀，直径最大的铣刀只有20立铣刀，所以只能用20立铣刀，铣顶面。加工程序如下：O0001（夹120处加工平面）G40 G49 G69 G80 G90 G17 Y2G54 X-52 Y2M03 S800 Y20G00 X0 Y0 X52 Y20Z100 Y38X-80 Y-52 X-52 Y38Z10 Y56G01 Z-1 F50 X52 Y80X52 Y-52 G00 Z100Y-34 X0 Y0X-52 Y-34 M05Y-16 M30X52 Y-164.3加工外形和内腔4.3.1第一种加工方法外形加工仍选用20立铣刀，X、Y方向不需要重新对刀，Z轴方向再对一次刀。用走圆弧直线，加工程序如下：O0002G40 G49 G69 G80 G90 G17 G01 X45.6066 Y25.1041G54 G02 X50 Y14.4975 R15M03 S600 G01 X50 Y-14.4975 G00 X0 Y0 G02 X45.6066Y-25.1041 R15Z100 G01 X25.1041 Y-45.6066X-50 Y-80 G02 X14.4975 Y-50 R15Z10 G01 X-14.4975 Y-50G01 Z-3 F50 G02 X-25.1041 Y-45.6066 R15G41 D1 X-50 Y-50 G01 X-45.6066 Y-25.1041X-50 Y-14.4975 G02 X-50 Y-14.4975 R15X-50 Y14.4975 G01 X-50 Y50G02 X-45.6066 Y25.1041 R15 G40 X-50 Y80G01 X-25.1041 Y45.6066 G00 Z100G02 X-14.4975 Y50 R15 X0 Y0G01 X14.4975 Y50 M05G02 X25.1041 Y45.6066 R15 M304.3.2第二种加工方法加工外形的方法之一，加工程序如下：O0003G40 G49 G69 G80 G90 G17 X-20.7107 Y50，R15G54 X20.7107 Y50，R15M03 S600 X50 Y20.7107，R15G00 X0 Y0 X50 Y-20.7107，R15Z100 X20.7107 Y-50，R15X-50 Y-80 X-20.7107 Y-50，R15Z10 X-50 Y-20.7107，R15G01 Z-3 F50 X-50 Y15G41 D1 X-50 Y-50 G40 X-50 Y80X-50 Y-14.4975 M05X-50 Y20.7107，R15 M304.3.3第一种加工方法内腔若使用8键槽铣刀，设置刀补也可以做出来，但效率比较低。所以为了减少走刀次数，烟灰缸内腔也用20立铣刀加工，再用8键槽铣刀对刀后走一下程序就可以了。因为立铣刀端部无切削刃，不能直接切入工件实体，必须从工件侧面下刀；键槽铣刀端部有切削刃，可以直接切入工件实体。为了20立铣刀从工件中心下刀，所以先用8键槽铣刀在工件中心加工一个圆。加工程序如下：O0004G40 G49 G69 G80 G90 G17 X-7G54 G02 I7M03 S800 Z10G00 X0 Y0 G00 Z100Z100 X0 Y0Z10 M05G01 Z-5 F100 M30再利用上面指令，采用20立铣刀从工件中心下刀，通过加刀补的方法，加工圆，数控铣床上灵活使用刀具半径补偿指令，可使数控编程简单化，保证被加工零件的质量。最后采用8键槽铣刀加工内腔，用走直线和圆弧编程。加工内腔的方法之一，加工程序如下：O0005G40 G49 G69 G80 G90 G17 G02 X38 Y9.5269 R15G54 G01 X38 Y-9.5269M03 S600 G02 X33.6066 Y-20.1335 R15G00 X0 Y0 G01 X20.1335 Y-33.6066Z100 G02 X9.5269 Y-38 R15Z10 G01 X-9.5269 Y-38G01 Z-4 F50 G02 X-20.1335 Y-33.6066 R15G42 D2 X-38 Y0 G01 X-33.6066 Y-20.1335X-38 Y9.5269 G02 X-38 Y0 R15G02 X-9.5269 Y20.1335 R15 G01 X-38 Y0G01 X-20.1335 Y33.6066 G40 X0 Y0G02 X-9.5269 Y38 R15 G00 Z100G01 X9.5269 Y38 M05G02 X20.1335 Y33.6066 R15 M30G01 X33.6066 Y20.13354.3.4第二种加工方法加工内腔的方法之一，加工程序如下：O0006G40 G49 G69 G80 G90 G17 X38 Y15.7401，R15G54 X38 Y-15.7401，R15M03 S600 X15.7401 Y-38，R15G00 X0 Y0 X-15.7401 Y-38，R15Z100 X-38 Y-15.7401，R15Z10 X-38 Y0G01 Z-4 F50 G40 X0 Y0G42 D2 X-38 Y0 G00 Z100X-38 Y15.7401，R15 M05X-15.7401 Y38，R15 M30X15.7401 Y38，R154.4用球头铣刀加工槽用8球头铣刀加工宽为8mm的槽。加工程序如下：O0007G40 G49 G69 G80 G90 G17 G00 Z5G54 X0 Y-56M03 S600 G01 Z-2 F50G00 X0 Y0 X0 Y56Z100 G00 Z5X-56 Y0 X-42 Y42Z5 G01 Z-2 F50G01 Z-2 F50 X42 Y-42X56 Y0 G00 Z100G00 Z5 X0 Y0X42 Y42 M05G01 Z-2 F50 M30X-42 Y-424.5夹100外加工平面调头夹100处，用20立铣刀加工烟灰缸底平面，确保厚度30mm。加工程序如下：O0008G40 G49 G69 G80 G90 G17 Y2G54 X-52 Y2M03 S800 Y20G00 X0 Y0 X42Y 14Z100 Y32X-62 Y-42 X-42 Y32Z10 Y50G01 Z-1 F50 X42 Y62X42 Y-42 G00 Z100Y-24 X0 Y0X-42 Y-24 M05Y-6 M30X42 Y-65、数控铣削烟灰缸的关键问题解决相对普通铣加工而言，数控铣削能加工复杂型面，加工精度高、质量稳定。数控系统每输出一个脉冲，机床移动部件的移动量称为脉冲当量，数控机床的脉冲当量一般为0.001mm，高精度的数控机床可达0.0001mm，其运动分辨率远远高于普通机床。数控机床的动作是由程序控制的，操作者一般只需装卸零件和更换刀具并监视机床的运行，从而减轻了操作者的劳动强度、实现加工自动化和操作简单化。数控铣削加工能得到高精度，高技术要求，比如：烟灰缸良好的表面粗糙度，平行度等，而普通铣床加工如图所示的烟灰缸因坐标很难控制，加工难度比较大，劳动强度也大。6.采用数控铣削实例示教的效果中职学校有约50%的学生学习缺少主动性，对学