薄板零件加工工藝分析與仿真設計

1、. . . . 薄板零件加工工藝分析與仿真薄板零件加工工藝分析與仿真. . . . 1 / 16摘要摘要薄板零件在實際生產(chǎn)中非常常見，也有很多用途。本文根據(jù)零件圖紙與其技術要求，對該零件進行了詳細的數(shù)控加工工藝分析，根據(jù)分析的結果，確定了該零件加工時的設備選用、刀具使用、裝夾方式、加工方法和走刀路線等，并采用自動編程編制了該零件的數(shù)控加工程序與仿真。關鍵詞關鍵詞：薄板零件；數(shù)控加工；工藝分析；編程；仿真. . . . 2 / 16目錄目錄引言引言 1 1一、零件圖樣分析一、零件圖樣分析 2 2二、選擇加工設備二、選擇加工設備 3 3三、毛坯的選擇三、毛坯的選擇 3 3四、確定裝夾方案四、確定裝

2、夾方案 3 3五、工藝路線五、工藝路線 4 4（一）表面加工方法的選擇 4（二）加工階段的劃分 4（三）工藝路線的安排 5六、刀具的選擇六、刀具的選擇 5 5（一）刀具的選擇原則 5（二）數(shù)控銑削刀具的選擇 5七、機械加工工藝過程卡片七、機械加工工藝過程卡片 6 6八、數(shù)控編程八、數(shù)控編程 7 7（一）銑削平面時的程序 7（二）銑削輪廓時的加工程序 8總結總結 1212參考文獻參考文獻 1313辭辭 1414. . . . 1 / 16引言引言用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令）控制按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。數(shù)控機床具有廣泛的適應性，加工對象改變時只需要改變

3、輸入的程序指令;加工性能比一般自動機床高,可以精確加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟效果。隨著數(shù)控技術的發(fā)展,采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、進行多工序加工的加工中心、車削中心等。數(shù)控銑在數(shù)控加工中占了一定的地位，它可以加工外形、曲面、孔、螺紋等形狀特征，下面來介紹一下薄板零件的數(shù)控銑削加工工藝過程與編程。. . . . 2 / 16一、零件圖樣分析一、零件圖樣分析分析零件圖樣是工藝準備中的首要工作，直接影響零件的工藝編制與加工結果。主要包括以下幾

4、項容：分析加工輪廓的幾何條件，主要目的是針對圖樣上不清楚尺寸與封閉的尺寸鏈進行處理。分析零件圖樣上的尺寸公差要求，以確定控制其尺寸精度的加工工藝，如刀具的選擇。分析形狀和位置公差要求，對于數(shù)控切削加工中，零件的形狀和位置誤差主要受機床機械運動副精度的影響。分析零件的表面粗糙度要求，材料與熱處理要求，毛坯的要求，件數(shù)的要求也是對工序安排與走刀路線的確定等都是不可忽視的參數(shù)。圖 1-1 薄板的零件圖. . . . 3 / 16如圖 1-1 所示為薄板的零件圖，該零件主要加工部位有平面、輪廓、分層輪廓等。圖中尺寸標注齊全，零件的尺寸公差要求一般，表面粗糙度要求一般，技術文件要求鍵槽粗糙度為 3.2，

5、其余平面為 12.5。材料為鋁件，質軟，易于切削加工。二、選擇加工設備二、選擇加工設備由于該零件屬于單件小批量生產(chǎn)，因此不用考慮生產(chǎn)效率等問題，只要在能夠保證其精度要求的前提下選擇相應的設備進行加工即可，但為了減少人為的換刀量，根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)控機床，確定選擇由 CY 集團生產(chǎn)的 CY-VMC850 系列數(shù)控立式加工中心，其主要技術參數(shù)如下：系統(tǒng)配置： FANUC 工作臺面積(mm)：460950(5001050) 行程(X-Y-Z)(mm)：800500550主軸錐孔：BT40 主功率(KW)：7.5/11 主軸轉速(rpm)：50-6000機床結構：主軸、全防護、貼塑滑軌、電柜空調 備注：16

6、 把斗笠式刀庫、20 把圓盤式刀庫 機床重量(噸)：6三、毛坯的選擇三、毛坯的選擇毛坯是根據(jù)零件所要求的形狀，工藝尺寸等方面而制成的供進一步加工使用的生產(chǎn)對象。毛坯種類的選擇不僅影響著毛坯制造的工藝裝備與制造費用，對零件的機械加工工藝裝備與工具的消耗，工時定額計算有很大影響。確定毛坯的形狀與尺寸的步驟是：首先選取毛坯加工余量和毛坯公差；其次將毛坯加工余量疊加在零件相應加工表面上，從而計算出毛坯尺寸，最后標注毛坯尺寸與公差，其總的要：減少“肥頭大耳”，實現(xiàn)少屑或無屑加工。因此毛坯要力求接近成品形狀，以減少機械加工的勞動量。根據(jù)零件的圖樣分析以與零件的材料要求，選擇鋁件；依據(jù)毛坯的選擇原則，綜合考

7、慮零件的使用要求，以與機械加工的效率和經(jīng)濟性，確定毛坯的尺寸為21011035mm。四、確定裝夾方案四、確定裝夾方案從圖 1-1 中可以看出該零件屬于規(guī)則的零件，易于裝夾，因此可以選擇數(shù)控車床夾具平口鉗。使用平口鉗安裝工件時的注意事項：1.車床安裝機用平口鉗時應擦凈鉗底平面、工作臺面，安裝工件時應擦凈鉗口平面、鉗體導軌面與工件表面。. . . . 4 / 162.車床工件在機用平口鉗上裝夾后，銑去的余量層應高出鉗口上平面，高出的尺寸以銑刀銑不著鉗口上平面為宜。3.車床工件在機用平口鉗上裝夾時，放置的位置應適當，夾緊工件后鉗口受力應均勻。4.用平行墊鐵裝夾工件時，所選墊鐵的平面度、平行度、相鄰表

8、面垂直度應符合要求。車床墊鐵表面要具有一定的硬度。5.禁止采用砸扳手的方法緊固工件。車床這樣會使機用平口鉗絲杠變形，夾緊力減小，甚至損壞機用平口鉗。五、工藝路線五、工藝路線零件機械加工的工藝路線是指零件生產(chǎn)過程中，由毛坯到成品所經(jīng)過的工序先后順序。在擬定工藝路線時，除了首先考慮定位基準的選擇外，還應當考慮各表面加工方法的選擇工序集中和分散的程度，加工階段的劃分和工序先后順序的安排等問題。（一）表面加工方法的選擇表面加工方法的選擇就是為零件上每一個有質量要求的表面選擇一套合理加工方法。在選擇時一般先根據(jù)表面的精度與粗糙度要求選定最終加工方法，然后再確定精加工前準備工序的，即確定加工方案。由于獲得

9、同一精度和粗糙度的加工方法有幾種，在選擇時除了考慮生產(chǎn)率要求和經(jīng)濟效益外，還應考慮下列因素：1工件材料的性質。2工件的結構和尺寸。3生產(chǎn)類型。4具體的生產(chǎn)條件。從圖 1-1 中可以看出，該零件最高要求的表面粗糙度為 Ra3.2um，精度要求較高，又因該零件為鋁，其切削性能好，硬度低，因此確定該表面的加工方法為：粗銑半精銑精銑。在粗銑時應盡快的去除零件的加工余量，給精加工留與合適的切削深度，本零件中給 0.3mm 余量。（二）加工階段的劃分針對該零件的形狀特性與精度要求，將該零件劃分為以下幾個階段：粗加工階段主要任務是切除表面上的大部分余量，其關鍵問題是提高生產(chǎn)率。半精加工階段再次切除部分余量，

10、其主要問題是為精加工的高速切削加工提供最佳的加工條件。精加工階段保證各主要表面達到圖樣尺寸與精度要求，其主要問題是如何保證加工質量。. . . . 5 / 16（三）工藝路線的安排根據(jù)該零件的結構工藝性、生產(chǎn)規(guī)模和技術要求，確定該零件的工藝路線如下所述：工序 1 下料，準備 21011035mm 的方塊，材料為鋁。工序 2 裝夾零件，加工零件外型、階梯等輪廓。工序 3 加工階梯層面工序 4 銑刀三個槽工序 5 去上道工序毛刺。工序 6 調頭裝夾，銑削零件底面，保證總厚度為 30mm。工序 7 去毛刺。工序 8 檢驗。六、刀具的選擇六、刀具的選擇刀具壽命與切削用量有密切關系。在制定切削用量時，應

11、首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定。（一）刀具的選擇原則選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取 15-30min。對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。車間某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽

12、命要選得低些，當某工序單位時間所分擔到的全廠開支 M 較大時，刀具壽命也應選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來確定。與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要剛性好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調整方便，這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質合金)并使用可轉位刀片。（二）數(shù)控銑削刀具的選擇在數(shù)控加工中，銑削平面零件外輪廓與銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下：一是銑刀半徑 RD 應小于零件輪廓

13、面的最小曲率半徑 R min，一般取 RD=(0.8-0.9)R min。二是零件的加工高度 H(1/4-1/6)RD，以保證刀具有足夠的剛度。三是用平底立銑刀銑削槽底部時，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑 Re=R-r，即直徑為 d=2Re=2(R-r)，編程時取刀具半徑為 Re=0.95(R-r)。對于. . . . 6 / 16一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。綜上所述，并根據(jù)該零件的結構特性，確定該零件的數(shù)控加工刀具如表 6-1 所示。表 6-1 數(shù)控銑削刀具卡片刀具號刀具名稱刀具規(guī)格加工表面T01面銑刀50mm上平

14、面T02立銑刀20mm粗銑平面以與外輪廓T03立銑刀10mm精銑凹面以與外輪廓T04立銑刀8mm銑槽七、機械加工工藝過程卡片七、機械加工工藝過程卡片編制機加工藝卡片是用來指導工人加工的，一般簡易的工藝卡片中需編制簡易的工藝流程、工序名稱、工裝等。固定產(chǎn)品的工藝卡片比較復雜，每一工步都需編制卡片，卡片中包含本工序加工圖，加工刀具，測量量具，設備，定位等。如表 7-1，7-2所示。表 7-1 機械加工工藝過程卡片機械加工工藝過程產(chǎn)品名稱薄板材料鋁毛坯尺寸20010030mm序號工序名稱工序容車間設備工裝1下料制作 21011035mm 板塊機加車間2銑銑削零件外形輪廓與上表面等機加車間銑削加工中心

15、機用虎鉗3鉗去毛刺4銑銑削平面機加車間銑削加工中心機用虎鉗5鉗去毛刺6檢檢驗圖上各處尺寸表 7-2 數(shù)控加工工序卡片機械加工工序卡（工序 2）產(chǎn)品名稱十字凸臺材料鋁工步號工步容主軸轉速（r/min）進給速度（mm/min）1裝夾零件，對刀。2粗銑零件上表面10002003精銑零件上表面10001504粗銑外輪廓10001505精銑外輪廓20002006粗銑凹面輪廓1200150. . . . 7 / 167精銑凹面階輪廓20001008銑槽20001009精銑凹面階輪廓200010010調頭，銑底面2000150八、數(shù)控編程八、數(shù)控編程編程是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參

16、數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以與輔助操作（換刀、主軸正反轉、冷卻液開關、刀具夾緊松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。數(shù)控編程又可分為手工編程和自動編程兩類。手工編程時，整個程序的編制過程是由人工完成的。這要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼與編程規(guī)則，而且還必須具備有機械加工工藝知識和數(shù)值計算能力。對于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。自動編程是用計算機把人們輸入的零件圖紙信息改寫成數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序，就是說數(shù)控編程的大部分工作有計算機來實現(xiàn)。本題中的零件形狀比較簡單，尺寸易于計算，因此采

17、用自動編程。以下便是該零件的加工程序清單：（一）銑削平面時的程序N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T06 M06N0040 G0 G90 X6.6929 Y-3.5433 S2000 M03N0050 G43 Z.3937 H06N0060 Z.1181N0070 G1 Z0.0 F3.9 M08N0080 G3 X4.9213 Y-1.7717 I-1.7716 J0.0N0090 G1 X-4.9213 F9.8N0100 Y-.5906N0110 X4.9213N0120 Y.5906N0130 X-4.9213N0140 Y1.7

18、717N0150 X4.9213. . . . 8 / 16N0160 G2 X6.6929 Y0.0 I0.0 J-1.7717N0170 G1 Z.1181N0180 G0 Z.3937N0190 M02（二）銑削輪廓時的加工程序該部分的加工是由 UG NX6 自動編制的程序，其走刀軌跡如圖 8-1、8-2、8-3、8-4所示。圖 8-1 銑削零件上表面的走刀路徑圖 8-2 半精加工銑削凹面輪廓的走刀路徑. . . . 9 / 16圖 8-3 精加工銑削凹面輪廓的走刀路徑圖 8-4 精銑輪廓的走刀路徑根據(jù)以上走刀路徑，采用 CAM 軟件自動生成這幾個軌跡的部分程序如下：N0010 G40

19、G17 G94 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T01 M06N0040 G0 G90 X-3.0849 Y1.1849 B0.0 S1000 M03N0050 G43 Z.3937 H01N0060 Z.1181N0070 G3 X-3.0849 Y1.1849 Z-.0277 I.0044 J-.0865 K.0232 F3.9N0080 X-3.1671 Y1.0984 Z-.063 I.0044 J-.0865 K.0232N0090 I.0866 J0.0 F9.8N4290 Y-.8043 F9.8. . . . 10 / 16N4300 X-.570

20、9N4310 Y-1.369N4320 X-.0197 Y-1.3691N4330 Y-1.0867N4340 G3 X-.1235 Y-.8361 I-.3543 J0.0N4350 G1 Z-.3858N4360 G0 Z.3937N4370 M02N0010 G40 G17 G94 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T02 M06N0040 G0 G90 X-3.1376 Y1.1737 B0.0 S1500 M03N0050 G43 Z.3937 H02N0060 Z.1181N0070 G3 X-3.1376 Y1.1737 Z-.041 I.0571 J

21、-.0753 K.0253 F7.9N0080 X-3.175 Y1.0984 Z-.0643 I.0571 J-.0753 K.0253N0090 X-3.1277 Y1.0166 I.0945 J0.0 F9.8N8640 G1 X2.5932 Y.6821 F9.8N8650 G3 X2.643 Y.7431 I.0249 J.0305N8660 G1 X2.1706 Y1.1289N8670 G3 X2.1208 Y1.0679 I-.0249 J-.0305N8680 G1 X2.357 Y.875N8690 G3 X2.4868 Y.836 I.1121 J.1372N8700 G

22、1 Z-.0748N8710 G0 Z.3937N8720 M02N0010 G40 G17 G94 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T03 M06N0040 G0 G90 X-2.9755 Y1.048 B0.0 S2000 M03N0050 G43 Z.3937 H03N0060 Z.1181. . . . 11 / 16N0070 G3 X-2.9755 Y1.048 Z.0068 I-.0428 J.0504 K.0177 F7.9N0080 X-3.0844 Y1.0984 Z-.0643 I-.0428 J.0504 K.0177N0090 I.003

23、9 J0.0 F9.8N7310 G1 X2.2029 Y1.1686 F9.8N7320 G3 X2.0884 Y1.0283 I-.0572 J-.0702N7330 G1 X2.5608 Y.6425N7340 G3 X2.6754 Y.7827 I.0573 J.0701N7350 G1 X2.4392 Y.9756N7360 G3 X2.2397 Y.9555 I-.0897 J-.1097N7370 G1 Z-.1142N7380 G0 Z.3937N7390 M02總結總結本次課題“薄板零件加工工藝分析與仿真”貫穿本專業(yè)所學到的議論知識與實踐操作技術，從分析設計到計算、操作得到成品，同時本次選題提供了自主學習，自主選擇，自主完成的機會。畢業(yè)設計有實踐性，綜合性，探索性，應用性等特點，本次選題的目的是數(shù)控專業(yè)教學體系中構成數(shù)控技術專業(yè)知識與專業(yè)技能的重要組成部分，是運用數(shù)控機床實際操作的一次綜合練習。隨著畢業(yè)設計做完，