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学习领域课程 零件的综合数控加工 学习情境一 使用通用夹具的零件多面综合数控加工项目任务 专用电脑主机盒体零件多面综合数控加工刀路设计与仿真加工 1 任务摘要 一 明确课业工作的任务1 总体工作任务书2 产品加工工艺性分析3 划分任务 签订工作合同二 课业工作的规划1 工作任务的分配2 制订工作计划表3 工艺规程草案 三 工作学习的内容1 刀路规划与设计2 工艺规程修订方案3 程序编制与管理4 仿真加工验证四 课业工作总结1 工作结果及其评价2 疑惑与感悟 2 一 任务主题 专用电脑主机盒体零件多面综合数控加工刀路设计与仿真加工 二 任务子主题1 正面加工2 反面深腔加工3 前侧面加工4 后侧面加工5 左侧面加工6 右侧面加工 3 4 二 主要内容 1解读产品数学模型图 了解其结构特征 分析加工工艺性 签订合同 2分配设计任务 制定各自的工作计划 确立方案 编制工艺规程文件 3利用CAM软件进行刀路规划 构建刀路边界 选用合适的刀具 工艺参数 设计加工刀路 按加工面和加工顺序自动生成加工程序并进行程序优化 实施程序文档的管理 使用数控加工仿真软件进行数控加工仿真 验证加工工艺和程序 整理技术资料 编写工作小结 展示自己的工作成果 5 一 零件加工工艺性分析 从结构形状 尺寸精度和材料性能三方面分析 二 零件加工工艺设计1总体工艺主案 从备料到零件加工工艺过程总表 2简单轮廓箱体零件数控加工工艺 加工顺序 起刀位置 走刀路线 粗精铣安排等到的描述 刀具及设备选用 切削用量选择 6 三 加工工艺卡片 四 零件加工和序设计 程序单 编程技巧 优化合并 7 一 明确课业工作的任务 本课业隶属于学习领域9 零件的综合工艺与数控加工 中学习情境1 使用通用夹具的零件多面综合数控加工 它是以一需要六面加工的专用电脑主机盒体零件为载体 生产性质为单件试制生产 在客户仅提供产品3D数学模型的基础上 基于CAM软件进行数控加工工艺及刀路设计 自动编制程序后利用仿真软件进行加工验证 由此达到学习掌握零件多面综合数控加工技术的目的 8 2 1产品描述 该产品为某专用电脑机壳盒体 由对扣安装显示屏的2件上盖机壳盒体及2件安装主板 键盘的主机壳盒体组成 其中主机壳主盒体是结构最复杂的零件 需要六面加工 本次课业就选择该主盒体零件进行数控加工工艺及刀路设计 按产品结构形状 选用轧制板材 由于板材尺寸规格较大 切削加工量较多 且有薄壁部位 建议加工前应进行回火以充分消除因轧制而产生的残余应力 避免加工后出现变形 在反面深腔粗加工完成后应进行时效或去应力低温回火 待粗切的残余应力释放后再进行精修加工 9 该产品为某专用电脑机壳盒体 由对扣安装显示屏的2件上盖机壳盒体及2件安装主板 键盘的主机壳盒体组成 其中主机壳主盒体是结构最复杂的零件 需要六面加工 本次课业就选择该主盒体零件进行数控加工工艺及刀路设计 按产品结构形状 选用轧制板材 由于板材尺寸规格较大 切削加工量较多 且有薄壁部位 建议加工前应进行回火以充分消除因轧制而产生的残余应力 避免加工后出现变形 在反面深腔粗加工完成后应进行时效或去应力低温回火 待粗切的残余应力释放后再进行精修加工 10 该主盒体零件虽然未提供常规的工程图纸 精度没有明确的要求 但由于该零件与其它盒盖零件之间有明确的装配关系要求 配合部位应与其它部件按配作关系控制加工精度 腔体内安装印刷电路板卡等的部位应在了解板卡结构尺寸后 根据结构要求有选择性的确立尺寸精度控制等级 安装接插件 功能部件等槽孔类开口部位 因其起着隔绝壳体内外并具有防水的密封性要求 其加工精度应按较高等级确定 筋板凸台等结构性部位可直接按数模图尺寸以一般精度等级控制 薄壁部位应在加工工艺上实施控制 以避免铣削过薄或破裂的现象产生 另外基于外观的美学要求 各棱边都有圆弧平滑连接 接合应光顺 壳体表面应光整以确保后续涂覆处理时能获得较漂亮的外观 11 2 2产品结构及工艺分析卡片 12 13 1 产品结构分析 如图所示产品为某专用电脑机壳盒体 主机壳主盒体是结构最复杂的零件 需要六面加工 它是由正面和反面相扣来完成的 本次课业就选择该主盒体零件进行数控加工工艺及刀路设计 反面 该主机壳主盒体反面连接上盖的支座槽形等 正面 前侧 后面 左侧 右侧 14 2 材料及其加工性能 该产品材料为LY12 即超硬铝 切削加工性能良好 但铝材塑性好 在加工过程中易粘刀而形成积屑瘤 故加工过程中要求刀具要锋利 大流量充分冷却 按产品结构形状 选用轧制板材 由于板材尺寸规格较大 切削加工量较多 且有薄壁部位 建议加工前应进行回火以充分消除因轧制而产生的残余应力 避免加工后出现变形 在反面深腔粗加工完成后应进行时效或去应力低温回火 待粗切的残余应力释放后再进行精修加工 15 3 精度及其装配要求 该主盒体零件虽然未提供常规的工程图纸 精度没有明确的要求 但由于该零件与其它盒盖零件之间有明确的装配关系要求 配合部位应与其它部件按配作关系控制加工精度 腔体内安装印刷电路板卡等的部位应在了解板卡结构尺寸后 根据结构要求有选择性的确立尺寸精度控制等级 安装接插件 功能部件等槽孔类开口部位 因其起着隔绝壳体内外并具有防水的密封性要求 其加工精度应按较高等级确定 筋板凸台等结构性部位可直接按数模图尺寸以一般精度等级控制 薄壁部位应在加工工艺上实施控制 以避免铣削过薄或破裂的现象产生 另外基于外观的美学要求 各棱边都有圆弧平滑连接 接合应光顺 壳体表面应光整以确保后续涂覆处理时能获得较漂亮的外观 16 工艺方案与工艺规程 主机壳主盒体零件加工工艺总表 17 18 主机壳主盒体零件加工工艺总表 19 主机壳主盒体零件反面加工工序卡片 20 三 课业工作的内容 1 刀路规划与设计反面深腔加工的刀路定义1 钻引孔 以比内腔最深处浅0 2mm的槽形中部作引孔 为后续进行内腔铣削提供快速下刀的引入点 钻头可选用比粗切铣刀略大的尺寸 即选用 17mm的钻头 钻深37 2mm F 200mm min 主轴转速S 1200r min 以深孔啄钻的刀路定义方式 2 大表面粗切 本层加工到深度为 4mm的大面 以得到左侧4个小凸台和右侧一长凸边 采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式 使用 16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀 以XY向大于毛坯17mm宽的矩形边界为外框 再选择5处保留的凸台边廓为岛屿 以引孔中心为下刀点 F 800mm min 主轴转速S 2200r min 一次切深4mm 边廓留余量0 3mm 底面留余量0 2mm 刀具路径如图所示 21 22 3 外轮廓铣削 本层加工到深度为 13mm的外边框轮廓 采用外形铣削的刀路定义方式 采用 16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀 毛坯外侧快速垂直下刀后切入到轮廓边线 F 800mm min 主轴转速S 2200r min 每层切深4 5mm 分3层铣到 13 2mm 边廓留余量0 3mm 底面不留余量 刀具路径如图所示 23 4 大内腔第一次分层粗切 本层加工到深度为 25 5mm 得到对应深度的大内腔 采用一般挖槽的刀路定义方式 使用 16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀 以内腔口部边框为槽形边界 再选择2处保留的柱台边廓为岛屿 以引孔中心为下刀点 F 800mm min 主轴转速S 2200r min 一次切深5mm 边廓留余量0 3mm 底面留余量0 2mm 刀具路径如图所示 24 5 大内腔第二次分层粗切 本层加工到深度为 30 5mm 得到对应深度的大内腔和一些柱台 采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式 使用 16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀 以内腔口部边框为槽形边界 再选择多处保留的柱台边廓为岛屿 以引孔中心为下刀点 F 800mm min 主轴转速S 2200r min 一次切深5mm 边廓留余量0 3mm 底面留余量0 2mm 刀具路径如图所示 25 6 前部浅腔深度粗切 本层加工到深度为 32 5mm 得到触摸板反面深度内腔和几个柱台 采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式 使用 16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀 以深腔口部边框为槽形边界 再选择需保留的柱台边廓为岛屿 以引孔中心为下刀点 F 800mm min 主轴转速S 2200r min 一次切深5mm 边廓留余量0 3mm 底面留余量0 2mm 刀具路径如图所示 26 7 后部深腔粗切 本层加工到深度分别为 31和 32 5mm 得到键盘区反面矩形浅腔和指示盖板区的深腔 采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式 由于槽宽较小 使用 8的平底钴钢键槽铣刀 以口部边框为槽形边界 再选择需保留的柱台边廓为岛屿 F 400mm min 主轴转速S 2800r min 一次切深2mm 边廓留余量0 3mm 底面留余量0 2mm 刀具路径如图所示 27 8 底部深腔的粗切 本层加工到深度分别为 37和 37 5mm 得到触摸板两侧反面腔体和指示盖板区的深腔窄槽 采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式 继续使用 8的平底钴钢键槽铣刀 以各小槽区边框为槽形边界 再选择需保留的柱台边廓为岛屿 F 400mm min 主轴转速S 2800r min 一次切深2mm 边廓留余量0 3mm 底面留余量0 2mm 刀具路径如图所示 28 9 底部深腔的残料加工 对于底部深腔各处需要采用较小的刀具进行残料加工 刀具尺寸应分析数模图后根据槽宽大小来选用 复制底部深腔粗切的刀路 改用 4的平底钴钢键槽铣刀 并将挖槽刀路方式设置为残料清角 按粗切 8过渡到 4的规格自动计算 F 200mm min 主轴转速S 3200r min 一次切深2mm 边廓留余量0 3mm 底面留余量0 2mm 刀具路径如图所示 29 1 工艺规程修订方案 实施方案 反面深腔的刀路顺序整理当所有刀路定义完成后 再按下述原则对刀路顺序进行整理 总体原则 按粗切 半精修 精修 残料加工顺序划分加工阶段 每一阶段按所用刀具规格由大到小顺序排列 同一刀具的刀路应连续 切削加工由上而下逐层下切 尽量使用同一把刀具加工其所有能够加工的内容后再更换小刀具加工残料部分 粗 精加工应采用不同类别的刀具 粗切时选用韧性较好的高速钢刀具或钴钢刀具 以去除余料为主 精修时选用耐磨损的硬质合金刀具 若从粗切到精修的刀具尺寸变化较大 应考虑使用中间尺寸的刀具作半精修 半精修是以均化精修余量为主的 为节省工时而不安排半精修时 精修刀具应考虑径向分次来逐步减少余量 避免局部精修余量过大而造成刀具折断 30 刀具选用应考虑有效刃长和实际刀具尺寸结构 粗切时通常是分层进行的 因切削量大 其层深设定均小于有效刃长 一般刀具都能满足刃长要求 半精修和精修时由于余量不大 分层深度通常设定的较大 此时必须对刀具刃长提出要求或者根据现有的刀具刃长调整分层深度 以一次切深小于有效刃长进行控制检查 对 4以下的小尺寸规格的刀具 通常其工作刃长较小 且其柄部尺寸一般要比工作端尺寸大一个规格 以确保刀具的刚性 因此该类刀具通常只适宜作浅腔切削 使用这类刀具作深腔切削时必须考虑柄部可能的干涉 在遵循上述原则的基础上对反面深腔加工的刀路顺序调整如下 粗切 钻引孔 17 16铣刀粗切深 4大面 内腔深 25 5 深 30 5 深 32 5 37的前部大腔 深 13的外轮廓 8铣刀粗切深 6的局部边台 深 31的矩形环槽 32 5 37 5的后部窄槽腔 内腔转角各处的残料 柱台顶面 小斜面 4铣刀粗切深 32 5 37 37 5的前后部槽腔 内腔转角各处的残料 2的铣刀铣切深 7的局部内边槽 深 6 2的密封槽 腔底面窄槽精修 10的合金铣刀精修深 4大面 内腔侧壁 大面积的底平面 各柱台顶面 深 13的外轮廓 31 主机壳主盒体零件反面加工工序卡片 32 3 程序编制与管理 33 2 程序的优化 当程序文档占用存贮空间的大小可能超出机床系统允许存贮大小时 必须对程序进行优化或分解 程序优化的内容包括 1 因非圆曲线边界按小直线拟合的形式输出而增加的程序长度 由此对应的处理方法是在刀路定义对话框内设置程序过滤选项功能 即让系统以圆弧逼近的方法将大量小线段转化为少量的圆弧段进行程序输出 该处理方法可大大缩减程序的长度 对3D曲面刀路的处理 其过滤缩减的程序长度可减半甚至更大 34 2 因圆弧程序输出格式设置不当后按多段输出而增加的程序长度 由此必须修改后置处理PST文档的输出设置 1 breakarcs是否分割圆弧输出的设置 默认为0 0 no 1 quadrants 2 180deg maxarcs 即设为0时 不分割圆弧 可整圆输出 设为1时按象限点分割圆弧 整圆则按4段弧输出 设为2时弧心角最大不超过180度 超过时按2段圆弧输出 2 arcoutput圆弧半径输出格式的设置 默认设置为1 0 IJK 1 Rnosign 2 Rsignedneg over180 即设为0时 以IJK形式输出 设为2时 对弧心角超过180度时 R以负半径输出 设为1时 仅以无符号的R值输出 超过180度的弧将按象限点为界分段输出 3 因自动添加程序行号而增加的程序长度 由此可修改后置处理PST文档的输出设置 omitseq程序行号的设置 默认设置为no 当omitseq的值为no时 Mastercam后处理NC程序文件每行都会有行号 当omitseq的值为yes时 Mastercam后处理的NC程序文件将不输出行号 该处理方法仅能缩减部分程序长度 当带序号输出的程序长度比允许存贮空间相差不大时可考虑使用此方法 使用上述优化程序输出的方法还不能解决存贮空间的问题时可对刀路组合进行分割处理 减少刀路组合输出的数量 同一把刀具分割为两个或者多个程序文档的输出 35 3 程序清单 NC程序清单 部分 O1233 PROGRAMNAME 下模 曲面方式 DATE DD MM YY 16 12 04TIME HH MM 14 32 N100G21N102G0G17G40G49G80G90 12 BALLENDMILLTOOL 3DIA OFF 3LEN 3DIA 12 N104T3M6N106G0G90G54X 16 25Y 68 095A0 S1000M3N108G43H3Z20 M8N110Z5 N112G1Z 4 464F100 N114X 16 23Z 4 516F400 N116X 16 05Z 6 N118X 15 998Z 7 155N120X 15 835Z 8 338N122X 15 554Z 9 536N124X 15 148Z 10 73N126X 14 614Z 11 902N128X 13 955Z 13 032N130X 13 176Z 14 099N132X 12 286Z 15 086N134X 11 299Z 15 976N136X 10 232Z 16 755 36 4 仿真加工验证 在程序文档处理完成后 可利用数控仿真软件实施所设计加工面的加工工艺及程序的验证 仿真软件选用上海宇龙或北京斐克的仿真系统 如图所示 由此还可以学习加工中心机床及其其它数控系统 如FANUC SIMINES 的基本操作 37 使用仿真软件实施数控加工的步骤与实际机床操作一致 按照启动机床并回零 选用毛坯 选择夹具及装夹固定方式 选用对刀工具 如寻边器 对刀确定工件坐标系 选用并装夹刀具 测定刀长补偿 调入加工程序 实施加工 检测加工尺寸 卸下刀具和工件的操作顺序进行 1 选用毛坯按照数模图的外形尺寸 经铣六面加工后 毛坯尺寸应为 311 257 39的矩形块 材料为铝 如图所示 38 2 选择夹具及装固方式根据实际加工条件 选用立式加工中心 台钳装夹固定 长度方向为X 宽度方向为Y 厚度方向为Z 台钳活动调节方向为Y方向 X方向为敞口 固定钳口在Y轴正方向一侧 活动钳口在Y轴负方向一侧 为此选用夹具及装固方式定义时应作适当的旋转放置 其操作选用界面如图所示 39 40 3 对刀及设置工件坐标原点选用寻边器对毛坯进行对刀找中的操作 找正后设置G54的原点 如图所示 41 4 选用刀具按照加工刀路规划的顺序 依照刀具号选用合适长度及刃长的对应刀具 则刀具将自动放置到刀库中 如图所示 42 5 测定并设置各刀具的长度补偿在MDI方式下执行 G91G28Z0 TxxM6 G90G0X0Y0 的指令分别换上欲测定的刀具 然后手动下移刀具至刀尖碰触毛坯上表面后即可获得当前刀具的刀长补偿值 输入到对应的刀长补偿数据库中即完成各刀具的Z向补偿设置 43 6