20110104135014典型零件的数控加工工艺分析

3.3典型零件的数控加工工艺分析3.3.1轴类零件的数控车削加工工艺以右图零件为例，介绍其数控车削加工工艺。用MJ460数控车床加工。1．零件图工艺分析该零件表面有圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面Sφ50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求。通过上述分析，采取以下几点工艺措施。1）对图样上给定的几个精度（IT7~IT8）要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。2）在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。3）为便于装夹，毛坯件左端应预先车出夹持部分（双点划线部分），右端面也应先车出并钻好中心孔。毛坯选φ60mm棒料。2．确定装夹方案确定毛坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支承的装夹方式。3．确定加工顺序加工顺序按由粗到精的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.20mm精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。MJ460数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其加工路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其加工路线。但精车的加工路线需要人为确定，该零件是从右到左沿零件表面轮廓进给加工。4．数值计算为方便编程，可利用AutoCAD画出零件图形，然后取出必要的基点坐标值；利用公式对螺纹牙顶、牙底进行计算。（1）基点计算以图O点为工件坐标原点，则A、B、C三点坐标（mm）分别为：XA=40mm（直径量）、ZA=-69mm；XB=38.76mm（直径量）、ZB=-99mm；XC=56mm（直径量）、ZC=-154.09mm。(2)螺纹牙顶d'、牙底d1计算d'=d-0.2165P=(30-0.2165×2)mm=29.567mm；d1=d'-1.299P=(29.567-1.299×2)mm=26.969mm。5．选择刀具1）粗车、精车均选用35°菱形涂层硬质合金外圆车刀，副偏角48°，刀尖半径0.4mm，为防与工件轮廓发生干涉，必要时应用AutoCAD作图检验。2）车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，取刀尖圆弧半径0.2mm。6．选择切削用量（1）背吃刀量粗车循环时，确定其背吃刀量ap=2mm；精车时，确定其背吃刀量ap=0.2mm。M30螺纹共分5次车削，但每次背吃刀量不同，查表3-7确定为（直径量）：0.9、0.6、0.6、0.4、0.1（mm）。（2）主轴转速1）车直线和圆弧轮廓时的主轴转速：查表取粗车时的切削速度v=90m/min,精车时的切削速度v=120m/min，根据坯件直径（精车时取平均直径），利用式n=1000v/πd计算，并结合机床说明书选取：粗车时，主轴转速n=500r/min；精车时，主轴转速n=1200r/min。2）车螺纹时的主轴转速：按公式np≤1200（n为主轴转速，p为螺距）。取主轴转速n=320r/min。（3）进给速度粗车时，选取进给量f=0.3mm/r，精车时选取f=0.05mm/r。车螺纹的进给量等于螺纹导程，即f=2mm/r。7．数控加工工艺文件的制定1）数控加工工序卡片2）数控加工刀具卡片3.3.2平面凸轮零件的数控铣削加工工艺图3-53为平面槽形凸轮，试分析其数控铣削加工工艺。2轴以上联动数控铣床加工。1．零件图纸工艺分析该零件是平面槽形凸轮，其轮廓由圆弧和直线组成，需要两轴以上联动的数控铣床加工。毛坯材料为铸铁，切削加工性能较好。该零件在数控铣削加工前，是一个经过加工、含有两个基准孔、外直径为φ280mm、厚度为18mm的圆盘。圆盘底面A及φ35G7和φ12H7两孔可用作定位基准。凸轮槽内外轮廓面对A面有垂直度要求，只要提高装夹精度，使A面与铣刀轴线垂直，即可保证。图3-532．确定装夹方案根据凸轮的结构特点，采用“一面两孔”定位，设计下图“一面两销”专用夹具。用一块320mm×320mm×40mm的垫块，在垫块上分别精镗φ35mm及φ12mm两个定位销安装孔。孔距为80±0.015mm，垫块平面度为0.05mm，加工前先固定垫块，使两定位销孔的中心连线与机床的x轴平行，垫块的平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查。1—开口垫圈2—带螺纹圆柱销3—压紧螺母4—带螺纹削边销5—垫圈6—工件7—垫块3．确定加工路线加工路线包括平面内进给和深度进给两部分路线。对平面内进给，对外凸轮廓从切线方向切入，对内凹轮廓从过渡圆弧切入。在2.5轴联动的数控铣床上，对铣削平面槽形凸轮，深度进给有两种方法：一种方法是在xz(或yz)平面内来回铣削逐渐进刀到既定深度；另一种方法是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到既定深度。进刀点选在P（150，0），刀具在y=–15及y=15之间来回运动，逐渐加深铣削深度，当达到既定深度后，刀具在xy平面内运动，铣削凸轮轮廓。为保证凸轮的工作表面有较好的表面质量，采用顺铣方式，即从P（150，0）从开始，对外凸轮廓，按顺时针方向铣削，对内凹轮廓按逆时针方向铣削，如图3-55。图3-55平面槽形凸轮的切入加工路线a）直线切入外凸轮廓b）过渡圆弧切入内凹轮廓4．选择刀具及切削用量选用φ18mm硬质合金立铣刀，主轴转速取150~235r/min，进给速度取30~60mm/min。槽深14mm，铣削余量分三次完成，第一次背吃刀量8mm，第二次背吃刀量5mm，剩下的1mm随同轮廓精铣一起完成。凸轮槽两侧面各留0.5~0.7mm精铣余量。在第二次进给完成之后，检测零件几何尺寸，依据检测结果决定进刀深度和刀具半径偏置量，分别对凸轮槽两侧面精铣一次，达到图样要求的尺寸。5．基点坐标确定为确定各切点A、B、C、D、E、F、G、H的坐标值，可用列方程的方法计算，也可用AutoCAD画出槽形凸轮轮廓线，然后从计算机上读出各切点的坐标值。见下表3-9。3.3.3盖板零件加工中心的加工工艺分析右图盖板零件的加工工艺。1．分析图样，选择加工内容该盖板的材料为铸铁，故毛坯为铸件。由上图知，盖板的四个侧面为不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度为IT7级。从工序集中和便于定位两个方面考虑，选择B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，将A面作为主要定位基准，并在前道工序中先加工好。2．选择加工中心由于B面及位于B面上的全部孔，只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面不多，只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步，所需刀具不超过20把。选用QM-40S型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台工作面尺寸为11500×5200mm，x轴行程为1000mm，y轴行程为520mm，z轴行程为505mm，定位精度和重复定位精度分别为±0.005mm（全程）和±0.002mm，刀库容量为24把，工件在一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步的加工。3．设计工艺（1）选择加工方法B平面用铣削方法加工，因其表面粗糙度Ra6.3μm，故采用粗铣—精铣方案；φ60H7孔为已铸出毛坯孔，为达到IT7级精度和Ra0.8μm的表面粗糙度，需经三次镗削，即采用粗镗—半精镗—精镗方案；对φ12H8孔，为防止钻偏和达到IT8级精度，按钻中心孔—钻孔—扩孔—铰孔方案进行；φ16mm孔在φ12mm基础上锪至尺寸即可；M16螺纹孔采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法，即按钻中心孔—钻底孔—倒角—攻螺纹方案加工。（2）确定加工顺序按照先面后孔、先粗后精的原则确定。加工顺序为粗、精铣B面；粗镗、半精镗、精镗φ60H7孔；钻各光孔和螺纹孔的中心孔；钻、扩、锪、铰φ12H8及φ16孔；M16螺孔钻底孔、倒角、和攻螺纹，详见表3-11。（3）确定装夹方案和选择夹具该盖板零件形状简单，四个侧面较光整，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，故可选用通用台钳，以盖板底面A和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧。（4）选择刀具所需刀具有面铣刀、镗刀、中心钻、麻花钻、铰刀、立铣刀（锪φ16孔）及丝锥等，其规格根据加工尺寸选择。B面粗铣铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率；B面精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹，但要考虑到刀库允许装刀直径（TH5632型加工中心的允许装刀直径：无相邻刀具为φ150mm，有相邻刀具为φ80mm）也不能太大。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。（5）确定加工路线B面的粗、精铣削加工加工路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为φ100mm，故安排沿x方向两次进给（见图3-57）。所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，图3-58~图3-62所示的即为各孔加工工步的加工路线。图3-57铣削B面加工路线图3-58镗φ60H7孔加工路线图3-59钻中心孔加工路线图3-60钻、扩、铰φ12H8孔加工路线图3-61锪φ16mm孔加工路线图3-62钻螺纹底孔、攻螺纹加工路线（6）选择切削用量查表确定切削速度和进给量，然后计算出机床主轴转速和机床进给速度，详见表(3-11)4．数控加工工艺文件的制定本章小结从保证零件的技术要求、提高生产效率和尽可能降低生产成本考虑，数控加工工艺分析主要包括机床的合理选用、加工方法与加工方案的确定、工序与工步的划分、零件的定位与安装、刀具与工具的选用、切削用量与数控加工路线的确定等。其主要内容应写入数控加工工艺文件中，作为数控机床编程的依据。零件图形数学处理（又称数值计算）是数控编程前的主要准备工作，无论对于手工编程还是自动编程都是必不可少的。图形数学处理的内容主要有三个方面，即基点和节点计算、刀位点轨迹计算和辅助计算。