典型銑削零件加工的工藝分析及編程

1、典型銃削零件加工的工藝分析及編程1-工藝分析的基本知識(shí)數(shù)控加工工藝性分析涉及內(nèi)容很多，從數(shù)控加工的可能性和方便性分析,應(yīng)主要考慮:11零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的標(biāo)注原則1）零件圖上尺寸標(biāo)注應(yīng)符合編程方便的特點(diǎn)在數(shù)控加工圖上，宜釆用以同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。這種標(biāo) 注方法，既便于編程，也便于協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、檢測(cè)基準(zhǔn)與編程零點(diǎn)的 設(shè)置和計(jì)算。2）構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分自動(dòng)編程時(shí)要對(duì)構(gòu)成零件輪廓的所有兒何元素進(jìn)行定義。在分析零件圖時(shí)， 要分析兒何元素的給定條件是否充分，如果不充分，則無(wú)法對(duì)被加工的零件進(jìn)行 造型，也無(wú)法編程。1. 2零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的

2、特點(diǎn)1）零件所要求的加工精度、尺寸公差應(yīng)能得到保證。2）零件的內(nèi)腔和外形最好釆用統(tǒng)一的兒何類型和尺寸，盡可能減少刀具規(guī) 格和換刀次數(shù)。3）零件的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)確保能采用較大直徑的刀具進(jìn)行加工。釆用大直 徑銃刀加工，能減少加工次數(shù)，提高表面加工質(zhì)量。4）零件銃削面的槽底回角半徑或腹板與緣板相交處的圓角半徑r不宜太大。 山于銃刀與銃削平面接觸的最大直徑d=D-2r,其中D為銃刀直徑。因此，當(dāng)D 一定時(shí)，圓角半徑r越大，銃刀端刃銃削平面的面積就越小，銃刀端刃銃削平面 的能力就越差；效率越低，工藝性也越差。5）應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。數(shù)控加工過(guò)程中，若零件需重新定位安裝而沒(méi) 有統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。會(huì)導(dǎo)致加工

3、結(jié)束后正反兩面上的輪廓位置及尺寸的不協(xié)調(diào)。 因此，要盡量利用零件本身具有的合適的孔或設(shè)置專門的工藝孔或以零件輪廓的 基準(zhǔn)邊等作為定位基準(zhǔn)，保證兩次裝夾加工后相對(duì)位置的準(zhǔn)確性。1. 3加工方法選擇及加工方案確定1）加工方法選擇在數(shù)控機(jī)床上加工零件，一般有以下兩種情況：一是有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機(jī)床；二是己經(jīng)有了數(shù)控機(jī)床，要選擇適合該機(jī)床加工的零件。無(wú)論哪種情況，都應(yīng)根據(jù)零件的種類和加II內(nèi)容選擇合適的數(shù)控機(jī)床和加工 方法。平面輪廓零件的輪廓多山直線、圓弧和曲線組成，一般在兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控 銃床上加工；具有三維曲面輪廓的零件，多采用三坐標(biāo)或三坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銃床或加 工中心

4、加工。經(jīng)粗銃的平面，尺寸精度可達(dá)IT12IT14級(jí)（指兩平面之間的尺寸），表面 粗糙度（或Ra值）可達(dá)12.5nm50um。經(jīng)粗、精銃的平面，尺寸精度可達(dá) IT7IT9級(jí)，表面粗糙度R a值可達(dá)1. 6 u m32 u孔加工的方法比較多，有鉆削、擴(kuò)削、狡削和鎮(zhèn)削等。大直徑孔還可釆用圓 弧插補(bǔ)方式進(jìn)行銃削加工。對(duì)于直徑大于“ 3 0 mm己鑄岀或鍛岀毛坯孔的孔加工，一般采用粗鋰一 半精鋰孔口倒角一精鋰加工方案?？讖捷^大的可采用立銃刀粗銃一精銃加工方案。有空刀槽時(shí)可用鋸片銃刀 在半精鎮(zhèn)之 后、精鎮(zhèn)之前銃削完成，也可用錘刀進(jìn)行單刃螳削，但單刃模削效 率低。對(duì)于直徑小于2 3 Omm的無(wú)毛坯孔的孔加工

5、，通常釆用饒平端面一打中心 孔鉆f擴(kuò)孔口倒角一錢加工方案。有同軸度要求的小孔，須采用饒平端面一打中心孔一鉆一半精螳一孔口倒角 -精鋰（或 狡）加工方案。為提高孔的位置精度，在鉆孔工步前須安排鉉平端 面和打中心孔工步?？卓诘菇前才旁诎刖庸ぶ?精加工之前，以防孔內(nèi)產(chǎn)生 毛刺。螺紋的加工根據(jù)孔徑大小而定，一般情況下，直徑在M 5mmM 2 0 mm 之間的螺紋， 通常釆用攻螺紋的方法加工。直徑在M6mm以下的螺紋，在加 工中心上完成底孔加工后，通過(guò)其他手段攻螺紋。因?yàn)樵诩庸ぶ行纳瞎ヂ菁y不 能隨機(jī)控制加工狀態(tài)，小直徑絲錐容易拆斷。直徑在M2 5mm以上的螺紋，可 采用鋰刀片螳削加工。加上方法的選擇

6、原則：是保證加工表面的精度和表面粗糙度的要求。山于獲 得同一級(jí)精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實(shí)際選擇時(shí)，要結(jié)合 零件的形狀、尺寸和熱處理要求全面考慮。例如，對(duì)于I T 7級(jí)精度的孔釆用鋰 削、較削、磨削等方法加工可達(dá)到精度要求，但箱體上的孔一般采用鋰削或鐵削; 而不采用磨削。一般小尺寸的箱體孔選擇較削，當(dāng)孔徑較大時(shí)則應(yīng)選擇錘削。此 外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實(shí)際情況。2 ）加工方案確定確定加工方案時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)主要表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求， 初步確定為達(dá)到這些要求所需要的加工方法，即精加丄的方法，再確定從毛坯到 最終成形的加工方案。在加工過(guò)程中

7、，工件按表面輪廓可分為平面類和曲面類零件，其中平面類零 件中的斜面輪廓乂分為有固定斜角和變斜角的外形輪廓面。外形輪廓面的加工， 若單純從技術(shù)上考慮，最好的加工方案是采用多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，這樣不但 生產(chǎn)效率高，而且加工質(zhì)量好。但由于一般中小企業(yè)無(wú)力購(gòu)買這種價(jià)格昂貴、生 產(chǎn)費(fèi)用高的機(jī)床，因此應(yīng)考慮釆用2. 5軸控制和3軸控制機(jī)床加工。2. 5軸控制和3軸控制機(jī)床上加工外形輪廓面，通常釆用球頭銃刀，輪廓面 的加工精度主要通過(guò)控制走刀步長(zhǎng)和加工帶寬度來(lái)保證。加匸精度越臥 走刀步 長(zhǎng)和加工帶寬度越小，編程效率和加工效率越低。如圖1所示，球頭刀半徑為R,零件曲面上曲率半徑為P,行距為S,加 工后曲面表

8、面殘留高度為H。則有：式中，當(dāng)被加工零件的曲面在ab段內(nèi)是凸的時(shí)候取“ + ”號(hào)，是凹的 時(shí)候取“一”號(hào)。1. 4工藝設(shè)計(jì)1）工序和工步的劃分在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序應(yīng)盡量集中，一次裝夾應(yīng)盡可能完成大部分工 序。數(shù)控加工工序的劃分有下列方法：（1）按加工內(nèi)容劃分工序?qū)τ诩庸?nèi)容較多的零件，按零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工內(nèi)容分成若干部分，每 一部分可用典型刀具加工。例如加工內(nèi)臟、外型、干面或曲面等、加工內(nèi)腔時(shí)， 以外形夾緊：加工外腔時(shí)，以內(nèi)腔的孔夾緊。（2）按所用刀具劃分工序這樣可以減少換刀次數(shù)，壓縮空行程和減少換刀時(shí)間，減少換刀誤差。（3）按粗、精加工劃分工序?qū)τ谌菀装l(fā)生加工變形的零件，通常粗加工后需

9、要進(jìn)行矯形，這時(shí)粗加工、 精加工作為兩道工序，即先粗加工再精加工，可用不同的機(jī)床或不同的刀具進(jìn)行 加工。為了便于分析和描述較復(fù)朵的工序，在工序內(nèi)乂分為工步，工步的劃分主要 從加工精度和效率兩方面考慮。如零件在加工中心上加工，對(duì)于同一表面按粗加 工.半精加工.精加工依次完成，整個(gè)加工表面按先粗后精加工分開(kāi)進(jìn)行：對(duì)于 既有銃面乂有鋰孔的零件，可先銃面后鎮(zhèn)孔，以減少因銃削切削力大，造成零件 可能發(fā)生變形而對(duì)孔的精度造成影響：對(duì)于具有回轉(zhuǎn)丄作臺(tái)的加工中心，若回轉(zhuǎn) 時(shí)間比換刀時(shí)間短，可采用按刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工效率。 但數(shù)控加工按工步劃分后，三檢制度（自檢、互檢、專檢）不好執(zhí)行，為了避

10、 免零件發(fā)生批次性質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)釆用分工步交檢，而不是加工完整個(gè)工序之后再 交檢。2）加工余量的選擇加工余量指毛坯實(shí)體尺寸與零件（圖紙）尺寸之差。加工余量的大小對(duì)零件 的加工質(zhì)量和制造的經(jīng)濟(jì)性有較大的影響。余量過(guò)大會(huì)浪費(fèi)原材料及機(jī)械加工工 時(shí)，增加機(jī)床、刀具及能源的消耗：余量過(guò)小則不能消除上道工序留下的各種誤 差、表面缺陷和本工序的裝夾誤差，容易造成廢品。因此，應(yīng)根據(jù)影響余量的因 素合理地確定加工余量。零件加工通常要經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工.精加工才能達(dá) 到最終要求。因此，零件總的加工余量等于中間工序加工余量之和。（1）工序間加工余量的選擇原則采用最小加工余量原則，以求縮短加工時(shí)間，降低零件的加工費(fèi)

11、用。應(yīng)有充分的加工余量，特別是最后的工序。（2）在選擇加工余量時(shí)，還應(yīng)考慮的情況由于零件的大小不同，切削力、內(nèi)應(yīng)力引起的變形也會(huì)有差異，工件大， 變形增加，加工余量相應(yīng)地應(yīng)大一些。零件熱處理時(shí)引起變形，應(yīng)適當(dāng)增大加工余量。加工方法、裝夾方式和工藝裝備的剛性可能引起的零件變形，過(guò)大的加工 余量會(huì)由于切削力增大引起零件的變形。（3）確定加工余量的方法查表法：這種方法是根據(jù)各工廠的生產(chǎn)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)研究積累的數(shù)據(jù)，先制 成各種表格，再匯集成手冊(cè)。確定加工余量時(shí)查閱這些手冊(cè)，再結(jié)合工廠的實(shí)際 情況進(jìn)行適當(dāng)修改后確定。目前我國(guó)各工廠普遍釆用查表法。經(jīng)驗(yàn)估算法：這種方法是根據(jù)工藝編制人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定加工余量

12、。一 般情況下，為了防止因余量過(guò)小而產(chǎn)生廢品，經(jīng)驗(yàn)佔(zhàn)算法的數(shù)值總是偏大。經(jīng)驗(yàn) 估算法常用于單件小批量生產(chǎn)。分析計(jì)算法：這種方法是根據(jù)一定的試驗(yàn)資料數(shù)據(jù)和加工余量計(jì)算公式， 分析影響加工余量的各項(xiàng)因素，并計(jì)算確定加工余量。這種方法比較合理，但必 須有比較全面和可靠的試驗(yàn)資料數(shù)據(jù)。LI前，只在材料十分貴重，以及少數(shù)大量 生產(chǎn)的工廠采用。3）加工路線的確定在數(shù)控加工中，刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為加工路線，它是編程 的依據(jù)，直接影響加工質(zhì)量和效率。在確定加工路線時(shí)要考慮下面兒點(diǎn)：（1）保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，且效率要高。（2）減少編程時(shí)間和程序容量：（3）減少空刀時(shí)間和在輪廓面上的停刀，

13、以免劃傷零件：（4）減少零件的變形；（3）位置精度要求高的孔系零件的加工應(yīng)避免機(jī)床反向間隙的帶入而影響 孔的位置精度；（6）復(fù)雜曲面零件的加工應(yīng)根據(jù)零件的實(shí)際形狀、精度要求、加工效率等 多種因素來(lái)確定是行切還是環(huán)切，是等距切削還是等高切削的加匸路線等。1. 5刀具的選擇。數(shù)控加工刀具從結(jié)構(gòu)上可分為：整體式；鑲嵌式，它可以分為焊接式和 機(jī)夾式。機(jī)夾式根據(jù)刀體結(jié)構(gòu)不同，乂分為可轉(zhuǎn)位和不轉(zhuǎn)位兩種；減振式，當(dāng) 刀具的工作臂長(zhǎng)與直徑之比較大時(shí)，為了減少刀具的振動(dòng)，提高加工精度，多采 用此類刀具；內(nèi)冷式，切削液通過(guò)刀體內(nèi)部山噴孔噴射到刀具的切削刃部； 特殊型式，如復(fù)合刀具、可逆攻螺紋刀具等。數(shù)控加工刀具從

14、制造所采用的材料上可分為：高速鋼刀具；硬質(zhì)合金刀 具：陶瓷刀具；立方氮化硼刀具；金剛石刀具：涂層刀具。數(shù)控銃床和加工中心上用到的刀具有：鉆削刀具，分小孔、短孔、深孔、 攻螺紋、狡孔等；鎮(zhèn)削刀具，分粗鎮(zhèn)、精僮等刀具：銃削刀具，分面銃、立 銃、三面刃銃等刀具。6切削用量的確定切削用量包括切削速度、進(jìn)給出速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量。背吃刀量和側(cè) 吃刀量在數(shù)控加工中通常稱為切削深度和切削寬度。如圖2所示。（a）圓周銃（b）端廄圖2銃削切削用量選擇切削用量的原則是：粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考 慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加和精加時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削 效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體

15、數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合 經(jīng)驗(yàn)而定。從刀具的耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先確定切削深度或切削 寬度，其次確定進(jìn)給岀量，最后確定切削速度。1）切削深度6 在丄件表面粗糙度值要求為Ral2. 5 u m25 u m時(shí)，如果圓周銃削的加工 余量小于5mm,端銃的加工余量小于6mm,粗銃一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但在 余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動(dòng)力不足時(shí)，可分多次進(jìn)給完成。 在工件表面粗糙度值要求為Ra3. 2ym12. 5 u m時(shí)，可分粗銃和半精銃兩 步進(jìn)行。粗銃時(shí)切削深度或切削寬度選取同前。粗銃后留05mm1.0mm余量， 在半精銃時(shí)切除。 在工件表面粗糙度值要求為R

16、aO. 8 u m3.2 Um時(shí)，可分粗銃、半精銃、 精銃3步進(jìn)行。半精銃時(shí)切削深度或切削寬度取l3mm2mm：精銃時(shí)圓周銃側(cè)吃刀量取0. 3mm0. 5mm,面銃刀背吃刀量取0. 5mmlmnu2）進(jìn)給量進(jìn)給量有進(jìn)給速度%、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f和每齒進(jìn)給量f：3種表示方法。進(jìn)給速度譏是單位時(shí)間內(nèi)工件與銃刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位為mm/ min,在數(shù)控程序中的代碼為F。每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f是銃刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件與銃刀的相對(duì)位移，單位為mm/ro 每齒進(jìn)給量f：是銃刀每轉(zhuǎn)過(guò)一齒時(shí)，工件與銃刀的相對(duì)位移，單位為mm / z。3種進(jìn)給量的關(guān)系為：Vf=f n=f： z n銃刀轉(zhuǎn)速為n,銃刀齒數(shù)為z。每齒進(jìn)給量f：

17、的選取主要取決于工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表 面粗糙度等因素。工件材料的強(qiáng)度和硬度越拓，f：越?。环粗畡t越大。硬質(zhì)合金 銃刀的每齒進(jìn)給量高于同類高速鋼銃刀。工件表面粗糙度要求越高，f：就越小。 可查取有關(guān)表格選取。攻絲時(shí)，送給速度的選擇取決于螺孔的螺距P （單位：mm）,由于使用了有 浮動(dòng)功能的攻絲夾頭。一般攻絲時(shí)，進(jìn)給速度小于計(jì)算數(shù)值：VWP n表1： 刀具材料與許用最高切削速度序號(hào)刀具材料類別主要化學(xué)成分最高切削速度/m - min11碳索工具鋼Fc2高速鋼鴨系鋁系18W+4CrHV+(Co)7W-5Mo-4Cr-lV503趨酸丄貝P種腳用）M種鑄鋼用）K科（傳恢用W(：4Co+T

18、iC+(TaC)WC+Co+TiCTaC)WCCo1504涂鍍刀具（COATING）趙破母材料鍍TiTiNil03 A2O32505(CERMET)TicN+NbC 系NbC系TiN系TicN+NbC+CO NbC TicYOTiN-TiOCO300表2：銃刀切削速度（mm/min）工件財(cái)料鐵刀材料高速鋼合金軀碳化仗找化鉗鋁合金75-150180-30024CK460300-600佞合合金45-100 120-190黃甸（軟12-2520-254475100-18010-202(M0335060-130Wtt («)10-1515-2040-60Wtt (軟

19、10-1215-2018-25287075-100Wft <tt)10-1510-2018-2845®（冷）鑄狹10-1512-1830-60可1CK1520-3025-403575廠秋低血10-1418-28233045-701W10-1515-2518-28403* 曲）10-15一 謬乂30-45O kILIVl 合金応法廠35*80346012 2545-70一12. 曲型零件的工藝分析與編程2. 1對(duì)如圖3所示紙墊落料模凸模輪廓進(jìn)行編程與加工。刀具直徑為“10”，對(duì)號(hào)為“01”，切削深度為“5”,工件表面 z坐標(biāo)為“0”。（給定毛坯為160*100*20,所有表面的粗

20、糙度 Ra 為 3.2）a）平面輪廓圖b）加工后的立體圖圖3平面典型零件之一1.工藝分析：1）兒何尺寸分析。從平面輪廓圖中知，所有尺寸的公差沒(méi)有標(biāo)注，即為一 般公差，選用中等級(jí)（GB1804m）,其極限偏差為：±0.3。數(shù)控機(jī)床在正常維 護(hù)和操作情況下是完全可達(dá)到的。2）規(guī)劃刀具路徑。根據(jù)零件表面粗糙度的要求，應(yīng)有粗、精加工。根據(jù)毛坯、刀具的直徑，分二次進(jìn)刀進(jìn)行粗加工。留加工余量0. 2mn）o加工的起刀點(diǎn)設(shè)置在工件的外，距工件邊約lOmmo并設(shè)置刀補(bǔ)。為保證加工平穩(wěn)不振動(dòng)。手工編程起刀點(diǎn)與切入點(diǎn)是直線，如圖4a）；自動(dòng) 編程起刀點(diǎn)與切入點(diǎn)是圓弧，如圖4b）。3）將典型零件的尺寸作如

21、下變化：（達(dá)到IT7）+ 0.030+0.04080-8040-40140-1400一 0.0390當(dāng)尺寸帶有公差時(shí)，必須對(duì)尺寸公差進(jìn)行處理。a）b）圖4刀具路徑的規(guī)劃3）對(duì)尺寸公差處理的方法。一是直接換算，將公差換算成兒何尺寸，供編程 和繪圖用。二是用刀補(bǔ)值來(lái)完成對(duì)公差的處理。22如圖5所示的槽形零件，其毛坯為四周已加工（厚為20mm）,槽寬6 mm,槽深2mm。編寫該槽形零件加工程 序。工藝和操作清單。該槽形零件除了槽的加工外，還有螺紋孔的加工。其工藝 安排為“鉆孔一擴(kuò)孔一攻螺紋一銃槽”，其工藝和操作清單見(jiàn)表3。表3槽形零件的工藝淸單材料零件號(hào)001程序號(hào)0030操作 序號(hào)內(nèi)容主軸轉(zhuǎn)速（r / min）進(jìn)給速度（m / min）刀具號(hào)數(shù)類型直徑（mm）1中心鉆150080T014mm鉆頭42擴(kuò)鉆2000100T025mm鉆頭53攻螺紋200200T03M6攻螺紋64銃斜槽2300100. 180TO46mm銃刀6注意：槽的表面粗糙度為Ra3.2,其余為Ral2.5o ?2. 3圖6為某快餐盒凹模的零件圖。圖6快餐盒的三視圖分析：快餐盒的主要結(jié)構(gòu)是山多個(gè)曲面組