带薄壁零件工艺分析案例

带薄壁复杂零件加工【任务描述】任务描述与图样试加工如下图8-3-1所示复杂零件，材料为45号钢。其中，薄壁凸台厚度2±0.03mm的，高100+0.1mm。其余钢块钢图号数量材料名称图8-3-1带薄壁复杂零件图知识点与技能点高速切削技术（HSM）；带薄壁零件的数控加工工艺处理方法；复杂零件加工方法及质量控制。【知识学习】一、高速切削技术（HSM）高速切削技术，是一项先进制造技术，它是集高效、优质、低耗于一身。一般指切削速度和进给速度比传统切削加工快5—10倍的加工方法。切削用量由普通切削阶段跳过不可加工阶段，进入高速加工阶段。高速切削技术的优点主要有：（1）降低了切削力和切削热，提高了刀具寿命；（2）提高了加工效率，缩短产品加工时间；（3）提高了工件的加工精度和表面质量。高速切削的应用有：（1）适合加工带薄壁和细筋的大型轻和静构件的加工，在航天航空领域应该广泛。材料去除率可达100—180cm3/min；（2）适合加工镍合金、钛合金材料的加工，切削速度可达200—1000m/min；（3）在模具加工中，以高速雕刻为代表的高速切削技术正逐步替代传统的电火花切割和成型加工，加工精度和表面质量有较大提高，而且效率提高较大；（4）应用于精密、超低表面粗糙度零件的加工，如光学仪器零件。二、薄壁零件的数控加工工艺本任务要求加工一个带薄壁的复杂零件。薄壁的加工是个难点，薄壁零件加工精度的容易受到多方面因素的影响，归纳起来主要有以下三方面：（1）受力变形；（2）受热变形；（3）振动变形。如果采用传统的数控加工工艺，很难加工出符合精度要求的薄壁零件，甚至使薄壁产生破裂。主要原因如下：（1）在粗加工时，切削量较大，在切削力、夹紧力、残余应力和切削热的作用下，会使薄壁产生一定程度的变形。（2）半精加工和精加工时，随着材料的去除，工件的刚度已降至非常低，薄壁部分的变形会进一步加剧。因此，根据薄壁零件的结构特点和加工精度要求，对于薄壁零件，应尽可能选择高速切削技术来加工。采用高速切削技术，可有效地降低切削力和切削热，消除工件的残余应力，以提高薄壁零件的尺寸稳定性，同时要兼顾加工效率。除采用高速切削技术外，薄壁零件的加工，还要合理安排加工顺序，尽可能保证内外轮廓线依次交叉切削加工。以进一步消除工件变形带来的尺寸误差。三、复杂零件加工工艺路线的设计本任务要求加工一个复杂综合零件，该零件由1个薄壁、1个正方形凸台、1个椭圆凹槽和2个通孔组成，工艺难点如下：（1）本零件加工内容较多，需要多把刀具加工，要合理设计加工工序；（2）薄壁凸台的加工。加工工艺设计如下：1、工序的划分本任务划分为两道工序，共分（1）工序一：薄壁加工；（2）工序二：铣凸台和椭圆槽。（3）工序三：孔加工。其中工序一是难点。划分2个工步，具体加工顺序如下：（1）选择φ10mm双刃键槽铣刀粗加工薄壁内外轮廓线，刀补值选8.3mm，留出半精加工余量，深度方向分层切削，留0.2mm余量；（2）换φ10mm四刃立铣刀，采用高速切削技术半精加工薄壁内外轮廓线，刀补值选8.1mm，深度方向分别留0.1mm余量；（3）用φ10mm四刃立铣刀，采用高速切削技术，精加工薄壁两条轮廓线，并根据实际测量尺寸控制零件加工精度。注意事项：采用高速切削技术加工时，切削用量的选择务必谨慎合理，最好选择毛坯料进行试切加工，以防止损坏刀具和机床。工序二划分2个工步，具体加工顺序如下：（1）选φ10双刃键槽铣刀粗加工正方形凸台和椭圆凹槽；（2）用φ10双刃键槽铣刀精加工正方形凸台和椭圆凹槽。工序三划分2个工步，具体加工顺序如下：（1）选φ12麻花钻，钻3个φ12mm孔；（2）换φ12H8铰刀，铰孔。2、刀具及切削用量的选择刀具及切削用量的选择见下表8-3-1：表8-3-1刀具及切削用量选择表3、走刀路线的确定本复杂零件由1个薄壁、1个正方形凸台、1个椭圆凹槽和2个通孔组成，设计走刀路线时，先加工薄壁轮廓线，再加工凸台和椭圆内槽轮廓线，最后进行孔加工。三、多把刀具加工工艺处理要领本任务要求使用4把刀具进行加工，加工过程中，要求经常换刀，其加工工艺较难，稍有不慎容易撞刀，造成刀具和设备的损坏，甚至人生伤害事故。1、多把刀具加工工序的划分一般工序划分的原则有：工序集中原则和工序分散原则。具体划分依据有：（1）按照刀具划分；（2）按工件装夹划分；（3）按加工内容划分；（4）按粗、精、半精加工阶段划分。本任务选择按加工内容划分加工工序，即工序一：薄壁加工；（2）工序二：铣凸台和椭圆槽。（3）工序三：孔加工。2、多把刀具对刀要领由于涉及到多把刀具，每把刀具尺寸不同，因此加工时，每换一把刀具必须重新对刀，或者使用相对的刀具补偿来消除相应的尺寸差别。否则加工时可能造成撞刀事故。本加工任务具体对刀方式如下：（1）X、Y轴方向对刀：为了保证工件定位精度，不管选择粗加工刀具，还是选择精加工刀具，X、Y轴方向只能对刀一次，否则会带来对刀误差。一般我们选择粗加工刀具来对X、Y轴。X、Y方向采试切法对刀，将机床坐标系原点偏置到工件坐标系原点上，通过对刀操作得到X、Y偏置值输入到G54中。(2)Z轴方向对刀：依次安装粗、半精和精加工铣刀，没换一次刀具必须重新对Z轴。分别测量每把刀的刀位点到工件上表面的Z数据，输入到G54中。或者测量每把刀的刀位点从参考点到工件上表面的Z数据输入到相应的刀具补偿号中，加工时使用刀具长度补偿调用。加工准备与要求选用机床选用TK7640型数控铣床，FANUC0i-MB系统。选用夹具机用平口钳使用毛坯100×100mm，材料45号钢。工量具与刀具：(1)工具选择机用平口钳，扳手，垫铁等。刀具号刀具名称刀具材料工作内容切削用量n(r/min)Vf(mm/min)ap(mm)T01φ10双刃键槽铣刀高速钢粗加工薄壁轮廓线/粗精加工凸台和凹槽800100/T02φ10四刃立铣刀硬质合金半精加工和精加工薄壁轮廓线300020010T03φ12麻花钻高速钢钻φ12孔7006035T04φ12H8铰刀高速钢铰φ12孔1004035(2)量具选择轮廓尺寸用游标卡尺测量，深度尺寸用深度游标卡尺测量，表面质量用表面粗糙度样板检测，另用百分表校正平口钳及工件上表面。(3)刃具选择铣刀直径不得大于φ20mm，本任务选用直径为φ16mm双刃键槽铣刀和φ16mm四刃立铣刀。粗加工用键槽铣刀铣削，半精加工和精加工用四刃立铣刀。工件材料为45号钢，铣刀材料用普通高速钢铣刀。具体选择见下表8-3-2。表8-3-2工、量、刃具清单工、量、刃具清单图号图6-6种类序号名称规格精度/mm单位数量工具l平口钳QHl35个12扳手把l3平行垫铁副14塑胶锤子个1量具1游标卡尺0～150mm0.02把12深度游标卡尺0～200mmO．02把13百分表及表座0～lOmmO．01个14表面粗糙度样板NO—N112级副l刃具1双刃键槽铣刀ф10mm个l2四刃立铣刀ф10mm个13麻花钻φ12mm个14铰刀φ12mmH8个1课题评分表表8-3-3课题评分表班级姓名学号日期课题简单型腔零件加工零件图号图5-1基本检查编程序号检查内容配分学生自评分教师评分1加工工艺制定正确102切削用量选择合理53程序正确、简单、规范10操作4设备操作、维护保养正确55安全文明生产106刀具选择和安装正确、规范57工件找正和安装正确、规范5工作态度8行为规范、纪律表现10尺寸检查9薄壁2±0.03mm1010薄壁100+0.1mm101142-0.030mm5椭圆512φ12H8(3处)5表面粗糙度13Ra3.2μm5综合得分100工艺分析本零件的加工工艺路线如下：1、加工方法的确定采用铣削，选择TK7640型数控铣床。2、工序的划分本任务划分为两道工序，共分（1）工序一：薄壁加工；（2）工序二：铣凸台和椭圆槽。（3）工序三：孔加工。其中工序一划分2个工步，具体加工顺序如下：（1）选择φ10mm双刃键槽铣刀粗加工薄壁内外轮廓线，刀补值选8.3mm，留出半精加工余量，深度方向分层切削，留0.2mm余量；（2）换φ10mm四刃立铣刀，采用高速切削技术半精加工薄壁内外轮廓线，刀补值选8.1mm，深度方向分别留0.1mm余量；（3）用φ10mm四刃立铣刀，采用高速切削技术，精加工薄壁两条轮廓线，并根据实际测量尺寸控制零件加工精度。工序二划分2个工步，具体加工顺序如下：（1）选φ10双刃键槽铣刀粗加工正方形凸台和椭圆凹槽；（2）用φ10双刃键槽铣刀精加工正方形凸台和椭圆凹槽。工序三划分2个工步，具体加工顺序如下：（1）选φ12麻花钻，钻3个φ12mm孔；（2）换φ12H8铰刀，铰孔。3、刀具及切削用量的选择刀具及切削用量的选择见表8-3-1。4、走刀路线的确定本复杂零件由1个薄壁、1个正方形凸台、1个椭圆凹槽和2个通孔组成，设计走刀路线时，先加工薄壁轮廓线，再加工凸台和椭圆内槽轮廓线，最后进行孔加工。5、数学处理以工件中心点为坐标原点，建立编程坐标系。分别计算型腔薄壁轮廓线、正方形凸台轮廓线各基点坐标和椭圆凹槽轮廓线节点坐标，以及孔中心点的坐标值。其中薄壁轮廓线建议采用坐标系比例指令处理，椭圆曲线的加工建议采用宏程序编程，以简化数学处理。参考程序（1）主程序（精加工）表8-3-4主程序程序段号程序内容程序注释（2）子程序表8-3-5子程序程序段号程序内容程序说明操作步骤1、加工准备（1）阅读分析零件图，并检查坯料的尺寸。（2）开机，机床回参考点。（3）输入程序并检查该程序。（4）工件装夹：把机用平口钳装夹在工作台上，用百分表校正钳口，工件装夹在平口钳上，底部加垫块，使工件高出钳口5-10mm,用百分表校正上表面。（5）刀具装夹：本任务共使用了4把刀具，把不同类型的刀具分别安装到对应的刀柄中。根据加工情况，分别把粗、半精加工和精加工铣刀装入铣床主轴。若使用加工中心，则把相应刀具装入刀库中。2、对刀（1）X、Y轴方向对刀：为了保证工件定位精度，不管选择粗加工刀具，还是选择精加工刀具，X、Y轴方向只能对刀一次，否则会带来对刀误差。一般我们选择粗加工刀具来对X、Y轴。X、Y方向采试切法对刀，将机床坐标系原点偏置到工件坐标系原点上，通过对刀操作得到X、Y偏置值输入到G54中。（2）Z轴方向对刀：依次安装粗、半精和精加工铣刀，没换一次刀具必须重新对Z轴。分别测量每把刀的刀位点到工件上表面的Z数据，输入到G54中。或者测量每把刀的刀位点从参考点到工件上表面的Z数据输入到相应的刀具补偿号中，加工时使用刀具长度补偿调用。3、刀具补偿值调整：采用刀具半径补偿功能时，机床中刀具半径补值应作相应调整，调整方法如下：按键，安[补正]软键，出现刀具补偿值设置画面，把光标移动至所用刀具号的(形状)D处，输入相应的刀具半径值，按[输入]软键即可。4、空运行及仿真注意空运行及仿真时，使机床机械锁定或把G54中的Z坐标增加50mm，按下启动键，适当降低进给速度，检查刀具运动轨迹是否正确。若在机床机械锁定状态下，空运行结束后必须回机床参考点。5、零件自动加工首先使各个倍率开关达到最小状态，按下循环启动键。机床正常加工过程中适当调整各个倍率开关，保证加工正常进行。6、零件检测零件加工结束后，进行尺寸检测，把自我检测结果写在评分表中。7、加工结束。清理机床松开夹具，卸下工件，清理机床。注意事项1、采用高速切削技术加工时，切削用量的选择务必谨慎合理，最好选择毛坯料进行试切加工，以防止损坏刀具和机床。2、工艺分析要合理。3、设计走刀路线时，应保证切向切入与切出轮廓线。4、换刀后，不要忘记重新对Z轴。