槽板、复杂型面盖板的数控铣加工工艺设计及编程仿真含NX三维及CAD图
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机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称槽板零件名称共页第页车间工序号工序名称材 料 牌 号1火焰切割毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数板材155*110*30设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液皂化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量背吃刀量进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1火焰切割2序调质处理 设 计(日 期)审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称槽板零件名称共页第页车间工序号工序名称材 料 牌 号3普铣毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数板材155*110*30设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液专用夹具皂化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量背吃刀量进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1铣六方盘刀800600.112 设 计(日 期)审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称槽板零件名称共页第页车间工序号工序名称材 料 牌 号3立加毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数板材155*110*301设备名称设备型号设备编号同时加工件数11夹具编号夹具名称切削液专用夹具皂化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量背吃刀量进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1铣平面80盘铣刀80080300122铣凸台16mm铣刀2500805001 53铣凹槽6mm铣刀250080500124加工薄壁35001205001 55点孔中心钻15001830116钻孔9.8mm钻头 800303017铰孔10H7铰刀15010301标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称槽板零件名称共页第页车间工序号工序名称材 料 牌 号4钳工去毛刺毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数板材155*110*301设备名称设备型号设备编号同时加工件数11夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘皂化液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量背吃刀量进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1去毛刺5序终检标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期复杂端盖零件数控加工工艺分析及自动编程摘 要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,数控加工技术对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点,针对具体的零件,进行了工艺方案的分析,工装方案的确定,刀具和切削用量的选择,确定加工顺序和加工路线,数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定,充分体现了数控设备在保证加工精度,加工效率,简化工序等方面的优势。关键词 工艺分析加工方案进给路线控制 目 录摘 要11、图形分析51.1零件分析51.2毛坯的确定61.21常见的毛坯种类6 1.22毛坯的选择原则71.23毛坯的确定81.3.夹具选择81.31夹具的种类81.32常见的装夹方式91.33 夹具的确定91.4 机床的选择92 刀具的选择102.1刀具材料选择的基本要求102.2刀具材料分析112.3 刀具选择原则133、工艺路线133.1定位基准的选择133.2 加工顺序的安排153.3 加工方案的确定163.4切削用量的选择163.41 确定背吃刀量163.42确定主轴转速163.43 确定进给速度174、数控加工工序卡片194.1 工艺过程卡194.2工序卡195、 程序清单245.1UGCAM编程的具体操作245.2零件加工过程316、废品的分析及问题的解决32结束语33致谢词34参考文献35绪 论数控加工就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种用计算机来控制的机床,用来控制机床的计算机不管是专用计算机,还是通用计算机都统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件,其加工方法并无多大差异,但是在机床的运动控制上却有很大的区别。在普通机床加工时,机床的运动受控于操作工人。如机床的开启、主轴转速的变换、走刀路径、运动部件的位移量,以及机床的停止等都是依靠操作工人来控制的。在数控机床上加工零件时,机床的运动和辅助动作的实现均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式编制的。编写加工指令的过程就称为编程。所谓编程,就是把加工零件的工艺过程、工参数、运动要求用数字指令形式记录在介质上,并输入数控系统。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运动或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时,机床便会自动停止。任何一种数控机床,在其数控系统中若没有输入程序指令,数控机床不能工作。要提高加工效率,首先必须提高切削和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度,而可靠性则是上述目标的基本保证。为此,必须要有高性能的数控装置作保证。 1、图形分析1.1零件分析图1-1 复杂端盖零件二维零件图图1-2 复杂端盖零件三维零件图由图纸可以看出零件的加工内容主要包括平面铣削,型腔铣削,凸台铣削,薄壁加工,孔加工等内孔,其中凸台铣削和薄壁铣削五一是本;例的难点所在,由于凸台分布比较密集,凸台加工时需要考虑凸台之间的干涉,选用合适的刀具进行加工,防止过切,薄壁件的加工难点在于,加工变形的控制,在加工过程中必须控制薄壁件的变形,可以采用粗加工,半精加工,精加工分开进行,粗加工时由于切削量比较大,切削力也很大,防止过大的切削力导致薄壁变形,对薄壁的内侧和外侧进行粗加工,预留一定的加工余量然后进行精加工,加工余量的预留在这里有两个作用,一是增加了薄壁件的厚度,提高了薄壁件的刚性,减小薄壁件的变形,二是为薄壁件的变形预留了一定的加工余量,可以在精加工过程中修正薄壁件。1.2毛坯的确定1.21常见的毛坯种类(1) 铸件 对形状较复杂的毛坯,一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造,对尺寸精度要求较高的小型铸件,可采用特种铸造,如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。(二)锻件 锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好,常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低,主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高,主要用于产量较大的中小型锻件。其锻造方法及工艺特点见表 3-9 。(三)型材 型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法,又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大,精度较低,用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小,精度较高,主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。(四)焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差,变形大,需经时效处理后才能进行机械加工。(五)其它毛坯其它毛坯包括冲压件,粉末冶金件,冷挤件,塑料压制件等。1.22毛坯的选择原则选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素:(一)零件的生产纲领 大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法,用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造;锻件采用模锻、精锻;选用冷拉和冷轧型材。单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。(二)零件材料的工艺性 例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯;钢质零件当形状不复杂,力学性能要求又不太高时,可选用型材;重要的钢质零件,为保证其力学性能,应选择锻造件毛坯。(三)零件的结构形状和尺寸 形状复杂的毛坯,一般采用铸造方法制造,薄壁零件不宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴,如各段直径相差不大,可选用圆棒料;如各段直径相差较大,为减少材料消耗和机械加工的劳动量,则宜采用锻造毛坯,尺寸大的零件一般选择自由锻造,中小型零件可考虑选择模锻件。(四)现有的生产条件 选择毛坯时,还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。1.23毛坯的确定 根据上述毛坯种类及毛坯的选择原则,本例为单件生产,考虑零件的加工的成本和效率,选择型材作为毛坯,毛坯为45#热轧钢板,厚度30mm边长155*1251.3.夹具选择1.31夹具的种类机床夹具是机床上用以装夹工件(和引导刀具)的一种装置。其作用是将工件定位,以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置,并把工件可靠地夹紧。夹具按照用途可分为以下几类:1)通用夹具通用夹具是指已经标准化的,在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如,车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘,铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产,常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广,生产效率低,主要适用于单件、小批量的生产中。2)专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑,操作迅速、方便、省力,可以保证较高的加工精度和生产效率,但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时,夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3)通用可调夹具和成组夹具其特点是夹具的部分元件可以更换,部分装置可以调整,以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具,称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比,加工对象不很明确,适用范围更广一些。4)组合夹具组合夹具是指按零件的加工要求,由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造,其特点是灵活多变,万能性强,制造周期短、元件能反复使用,特别适用于新产品的试制和单件小批生产。5)随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用,又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位,进行不同工序的加工。1.32常见的装夹方式1) 平口钳装夹:一般适合板类零件;2) 卡盘装夹:一般适用于轴类零件;3) 压板装夹:适用于异形零件,使用范围较大,但是不宜操作,生产效率较低;4) 专用夹具装夹:试用产品单一,生产效率高。5) V形铁装夹:适用于轴类零件。1.33 夹具的确定 此零件毛坯属于槽板类,可以使用平口钳装夹,此种装夹方案一般在铣床上使用较多。操作方便,夹紧迅速,夹紧力可靠。1.4 机床的选择通过以上对零件的工艺分析,可知加工此零件需要的设备主要为车床及铣床,对于设备的型号的选择主要考虑一下几个方面:1) 机床的加工范围:例如机床的回转直径或者加工行程是否能够满足零件的机构需求。2) 机床的加工精度:所选择的机床的加工精度必须大于零件的加工精度,这样才能够保证零件加工的可靠性3) 机床的切削速度范围:主要体现在机床的主轴转速,一般来说较大的回转直径的设备,转速都比较低,而较小的回转直径的设备转速较高,从切削速度的角度来看,较大的设备是不适合加工较小尺寸的零件。4) 机床的切削功率:机床所提供的切削力必须保证零件的顺利加工,也就是说机床提供的切削力必须大于零件的切削抗力。5) 机床的刚性6) 机床的经济性:在满足上述条件的情况下,竟可能选择成本较低的设备,这样可以大大降低生产成本。根据上述各点,为此零件选择一台车床及铣床,具体型号参数如下:表3-1 铣床主要参数2 刀具的选择随着我国科技的发展,机械加工的强度在不断加大,精度也在不断提高。高速切削刀具切削性能的好坏,取决于构成刀具切削部分的材料,几何形状和刀具结构。刀具材料对刀具的使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都有很大影响。因此要重视刀具材料的正确选择与合理的选用。2.1刀具材料选择的基本要求 具备的优良性能的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求。 1. 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属,这是刀具材料必备的基本要求,现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬,其耐磨性越好,但由于切削条件较复杂,材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2. 足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力,一般地,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。 3. 高耐热性 耐热性又称红硬性,是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4. 良好的工艺性和经济性 为了便于制造,刀具材料应有良好的工艺性,如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵,但其使用寿命很长,在成批大量生产中,分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。2.2刀具材料分析 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料,目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 1) 高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨(W)、铬(Cr)、钒(V)、钼(Mo)等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。高速钢具有较高的硬度,一般硬度为62-67HRC和耐热性。在切削温度高达500-650时仍能进行切削。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。抗弯性是一般硬质合金的2-3倍,是陶瓷的5-6倍。韧性很好,可以在有冲击、振动的场合应用。它可以用于加工有色金属、结构钢、铸铁、高温合金等范围广泛的材料。 2) 硬质合金 硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物(WC、TIC等)和 金属粘结剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的常温硬度达89-93HRA,760时其硬度为77-85HRA,在800-1000时硬质合金还能进行切削。刀具寿命比高速钢刀具高几倍甚至几十倍。可加工包括淬硬钢在内的多种材料。但是强度和韧性比高速钢差,常温下冲击韧性仅为高速钢的1/81/30,因此硬质合金承受切削振动和冲击的能力较差。硬质合金是常用的刀具材料之一,常用于制造车刀和面铣刀,也可以用硬质合金制造深孔钻、铰刀、拉刀和滚刀。尺寸较小和形状复杂的刀具可以采用硬质合金制造。但是整体硬质合金刀具的成本较高,其价格是高速钢刀具的8-10倍。 3) 陶瓷的分类及选用 制作刀具的陶瓷材料是以人造化合物为原料,在高压下形成,在高温下烧结而成的。它有很高的硬度和耐磨性,耐热性高达1200以上,化学稳定性好,与金属的亲和力小,可提高切削速度35倍,但是陶瓷的最大弱点是抗弯强度低,冲击韧性差,因此主要用于钢、铸铁、有色金属等材料的精加工和半精加工。按成分陶瓷可分为以下几种:高纯氧化铝陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷 4) 涂层刀具简述 涂层刀具是近20 年出现的一种新型刀具材料,是刀具发展中的一项重要突破,是解决刀具材料中硬度、耐磨与强度、韧性之间矛盾的一个有效措施。涂层刀具是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上,涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的。常用的涂层材料有TiC、TiN和Al2O3等。除上述单层涂层刀片外,还有TiC+TiN、TiC+TiN+ Al2O3等两层、三层的复合涂层,其性能更优。但是涂层刀具不适宜加工高温合金、钛合金及非金属材料,也不适宜粗加工有夹砂、硬皮的锻铸件。 5) 金刚石刀具 金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。但由于价格昂贵,加工、焊接都非常困难,除少数特殊用途外很少作为切削工具应用在工业中。人造金刚石又分为单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD),聚晶金刚石的晶粒随机排列,属各向同性体,常用于制造刀具。但由于碳对铁的亲和作用,特别是在高温下,金刚石能与铁发生化学反应,因此它不宜于切削铁及其合金工件。 6) 立方氮化硼 立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼经高温高压处理转化而成,是纯人工合成的材料。其硬度高达8000HV,仅次于金刚石。CBN是一种新型刀具材料,它可耐1300-1500高温,热稳定性好;它的化学稳定性也很好,即使温度高达1200-1300也不与铁产生化学反应。立方氮化硼能以硬质合金切削铸铁和普通钢的切削速度对冷硬铸铁、淬硬钢、高温合金等进行加工。 2.3 刀具选择原则刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一,不仅影响机床的加工效率,而且直接影响零件的加工质量,应考虑以下方面:1、根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件,建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。 2、根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主,应选择刚性较好、精度较低的刀具,半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主,应选择耐用度高、精度较高的刀具,粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具,建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具,因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损,涂层磨损修光,继续使用会影响精加工的加工质量,但对粗加工的影响较小。3、 根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角,以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀,齿数也不要超过4齿。 3、工艺路线3.1定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时,正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏,不仅影响零件加工的位置精度,而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提,还能简化加工工序,提高加工效率,零件的定位基准的选择应该遵从以下三个原则。 1)基准重合原则。为了避免基准不重合误差,方便编程,应选用工序基准作为定位基准,尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2)便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠,定位、夹紧机构简单、易操作,敞开性好,能够加工尽可能多的表面。3)便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下,保证对刀的可能性和方便性。a. 粗基准的选择所谓粗基准就是以不加工的表面作为基准;在选择粗基准时应该注意竟可能选择加工余量均匀;加工余量最小,表面平整、光洁、尺寸足够大的表面作为粗基准;也可以以不加工的表面作为粗基,准粗基准应尽量避免重复使用,因为粗基准的重复定位会造成很大的定位误差。 本例中粗基准直接选择在盖板零件的外圆及大端面,此处和铸造面比较光滑平整,有利于对加工精度的保证。b. 精基准的选择精基准的选择应从保证零件加工精度出发,同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则:1) “基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求,应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合,则会增大定位误差。2) “基准统一”原则当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时,应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位,这就是“基准统一”原则。采用“基准统一”原则可减少工装设计制造的费用,提高生产率,并可避免因基准转换所造成的误差。3) “自为基准”原则当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时,应选择加工表面本身作为定位基准,这就是“自为基准”原则。此外,用浮动铰刀铰孔、用拉刀拉孔、用无心磨床磨外圆等,均为自为基准的实例。4) “互为基准”原则为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度,可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时,先以内孔定位加工齿形面,齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄,所以要求磨削余量小而均匀。此时可用齿面为定位基准磨内孔,再以内孔为定位基准磨齿面,从而保证齿面的磨削余量均匀,且与齿面的相互位置精度又较易得到保证。 遵从基准统一原则,此零件的精加工基准选择以粗基准加工出A基准作为精基准,在后续孔加工中遵从基准重合基准统一原则依然选择此基准为精基准,这样可以很有效的提高加工精度。3.2 加工顺序的安排 在安排加工顺序时一般应遵循以下原则:1) 先基准面后其它 应首先安排被选作精基准的表面的加工,再以加工出的精基准为定位基准,安排其它表面的加工。该原则还有另外一层意思,是指精加工前应先修一下精基准。例如,精度要求高的轴类零件,第一道加工工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔,再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工;精加工开始前首先要修整顶尖孔,以提高轴在精加工时的定位精度,然后再安排各外圆面的精加工。2) 先粗后精 这是指先安排各表面粗加工,后安排精加工。3) 先主后次 主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。这些表面是决定零件质量的主要因素,对其进行加工是工艺过程的主要内容,因而在确定加工顺序时,要首先考虑加工主要表面的工序安排,以保证主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工顺序后,常常从加工的方便与经济角度出发,安排次要表面的加工。例如,图5.5所示的车床主轴箱体工艺路线,在加工作为定位基准的工艺孔时,可以同时方便地加工出箱体顶面上所有紧固孔,故将这些紧固孔安排在加工工艺孔的工序中进行加工。此外,次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求,常常要求在主要表面加工后,以主要表面定位进行加工。4) 先面后孔 这主要是指箱体和支架类零件的加工而言。一般这类零件上既有平面,又有孔或孔系,这时应先将平面(通常是装配基准)加工出来,再以平面为基准加工孔或孔系。此外,在毛坯面上钻孔或镗孔,容易使钻头引偏或打刀。此时也应先加工面,再加工孔,以避免上述情况的发生。3.3 加工方案的确定加工方案又称工艺方案,而对具体零件制定加工方案时,应该进行具体分析和区别对待,灵活处理。这样,才能使所制定加工方案合理,达到质量优、效率高和成本低目。下料普铣加工铣六方翻面夹持精铣上平面粗铣凸台精铣凸台粗铣凹槽精铣凹槽粗加工薄壁精加工薄壁点中心孔钻孔铰孔。3.4切削用量的选择 切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量(切削深度)、进给量(进给速度)。对于不同的加工方法,需要选择不同的切削用量,并编入程序单内。3.41 确定背吃刀量背吃刀量ap()ap是指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸, 主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。由于零件精度要求不高,从“切削用量简明手册”可查得,可以一次净加工余量,即ap等于加工余量,即粗铣时ap=1mm。3.42确定主轴转速b)切削速度c(m/min),c是指铣刀旋转时的切削速度n=1000c/d0根据切削原理可知,切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素,可见表5-1选取参数2:表5-1 铣削时切削速度工件材料硬度/HBS切削速度VC/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀钢225184266150225325123654120325425621 3675续表5-1工件材料硬度/HBS切削速度VC/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀铸铁19021366615019026091845901603204.5102130铝70120100200200400从理论上讲,VC的值越大越好,因为这不仅可以提高生产率,而且可以避免生成积屑瘤的临界速度,获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制。3.43 确定进给速度进给量(进给速度)f(mm/min或mm/r) 是数控机床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给量数值应选小些,一般在2050mm/min5范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制,并与脉冲当量有关。 = 式中: 切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移,单位mm/minfz铣刀每齿工作台的移动距离,即每齿进给量(mm/z)铣刀的转速铣刀齿数每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度和硬度越高,fz越小,反之则越大;工件表面粗糙度值越小,就fz越小;硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀,可参考表选取: 铣刀每齿进给量fz工件材料每齿进给量fz/(mm/z)粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.100.150.100.250.020.050.100.15铸铁0.120.200.150.30铝0.060.200.100.250.050.100.020.05 参数、都由实验确定,也可参考有关切削用量手册选用。综上可以得出(机床有的或较接近的转速取百位近似值)详见表。 切削参数表刀具格式车削背吃刀量mm进给速度mm/min主轴转速r/min外圆车刀粗车2100800精车0.3901300合金铣刀粗铣15002500精铣0.33003500 切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手调整,以获得最佳切削状态。 4、数控加工工序卡片4.1 工艺过程卡表7-2 复杂端盖零件加工工艺卡片机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号图2-3产品名称复杂端盖零件零件名称槽板材料牌号45毛坯种类45钢毛坯外形尺寸155*125*30工序号工序名称工序内容设备工艺装备10备料下一尺寸为155*125*30的板料火焰切割20普铣铣六方150*120*25普铣平口钳30立加1钻铣立加平口钳40钳工去除毛刺翻边50检验卡尺编制审核2014.11共一页第一页4.2工序卡用来具体指导工人加工的工艺文件,卡片上有工步内容、刀具型号、切削用量等加工过程中所需要的参数,多用于大批量生产和成批生产中的重要零件。通过工序卡可清楚明了的得知该零件的复杂端盖零件及球形圆轴的工步内容及加工顺序。以下是该零件的数控加工工序卡片。355、 程序清单5.1UGCAM编程的具体操作1) 打开UG8.0软件,选择文件,打开三维模型2) 单击开始,弹出菜单栏,选择加工。3) 弹出CAM加工对话框,选择型腔铣削后单击确定,4) 进入UG8.0加工环境5) 选择几何视图6) 双击,弹出坐标对话框,单击指定MCS7) 选择点作为坐标原点单击确定8) 安全设置选项,单击下拉箭头,选择平面,选择工件最高平面向Z轴正方向偏移5mm作为安全平面9) 单击创建刀具,选择需要加工的刀具种类,单击确定10) 对刀具参数进行设置,如直径,长度,R角等11) 单击创建几何体按钮,设置工件几何体,选择型腔铣削,单击子几何体类型workpice,单击确定。12) 弹出对话框,对指定部件,指定毛坯进行设置,指定部件13) 指定毛坯,选择包容块作为工件毛坯,单击确定,完成设置。14) 单击创建工序,选择型腔铣削,添加设置好的刀具,几何体15) 进入型腔铣削工序对话框16) 设置切削区域,将需要一次进行加工的加工面设置为切削区域17) 检查刀具设置,选择加工需要的刀具。18) 对刀轴的设置,设置z轴方向。19) 对切削参数进行设置20) 对非切削移动进行设置21) 对竟给率和速度进行设定22) 单击生成刀具轨迹23) 加工六个孔位24) 单击确定,完成工序设置,单击后处理,弹出对话框,选择查找后处理器,找到你需要的后处理器,或者使用系统自带后处理器,指定程序的输出位置。将程序输出的格式设置为cnc,或txt25) 生成G代码 5.2零件加工过程 零件加工关键部位有两处,一处为零件的凸台加工一处为零件的凹槽加工。零件外形轮廓粗加工:零件钻铰孔:6、废品的分析及问题的解决加工中产生废品的分析及解决办法:1、 薄壁零件变形分析:粗加工时由于切削量比较大,切削力也很大,导致零件变形。解决办法:防止过大的切削力导致薄壁变形,对薄壁的内侧和外侧进行粗加工,预留一定的加工余量然后进行精加工。2、 零件尺寸超差分析:导致零件尺寸超差原因有以下几点:1) 检查加工所用量具自身误差是否超差;2) 加工人员测量水平是否达到标准;3) 加工测量时,边角毛刺飞边没有去处干净;解决办法:1) 重新校对量具;2) 请专业的测量人员测量工件;3) 使用锉刀去处毛刺再进行测量。3、 凸台出现过切现象分析:刀具直径超过最小缝隙的允许值解决:使用较小直径的刀具加工4、 凸台加工位置偏移分析:在对刀时误差过大,是工件坐标系的中心偏移。解决:重新校对工件坐标系结束语这次的设计是我们离开学校前对所学的内容进行的总结,同时让我们对零件的数控加工有了一个更完整的了解,也提高了自己对于分析解决问题的能力。毕业设计有实践性、综合性、探索性和应用性等特点,是运用数控机床实际操作和理论学习的一次综合练习。通过这次的毕业设计,使自己在理论与实际应用能力方面得到了综合的提高,熟练了操作技能,收获了经验和技巧,为以后的工作奠定了良好的基础。几个星期以来,从开始到毕业设计完成,每一步对我们来说都是新的尝试和挑战,在做这次毕业设计过程中使我学到很多,我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做,才会使自己更快的成长。我相信,通过这次的实践,我对数控的加工能进一步了解,并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误,有能力加工出更复杂的零件,精度更高的产品。致谢词通过这次做毕业设计,我对数控加工的整个过程有了较全面的理解。经过本设计的实践,真切体会到理论必须和生产实践相结合。虽然在以前的学习中学到了许多在实践中用到了的知识,可是那些还是远远不够的,在具体操作时还是会出现一些意想不到的问题,还是得请教有经验的师父才能完成。在整个设计的过程中,不断地遇到新的问题,然后就必须不断地向别人请教,请教我的指导老师,还请教一些有经验的朋友、同学,利用一切可以利用资源,再加上不断地从书上找一些理论的知识,总算是把我的设计弄出个模样来了。在工艺设计好后,加工程序还是要经过多次调试、修改才能最终完成。总之这次的设计考验了我的综合能力,很大程度上提高了我的综合能力。这次的设计让我看到了自己很多方面的不着,需要更多的实践,也需要更多的理论知识才能成为一个更有用技术人员。这次设计也让我学到了很多知识,最要感谢的是我的指导老师,感谢他的不厌其烦的教诲,还要感谢我的朋友、同学及所有指导过我的人,感谢他们!参考文献1邹新宇。数控编程M.清华大学出版社,2006年2陈子银、徐鲲鹏.数控加工技术M.北京理工大学出版社,2006年6余英良.数控加工编程及操作M.北京:高等教育出版社,2004年第一版7黄卫.数控技术与数控编程M.北京:机械工业出版社,2004年3眭润舟.数控编程与加工技术M.北京:机械工业出版社,2006年第一版4詹华西.数控加工技术实训教程M.西安:电子科技大学出版社,2006年5陈富安.数控机床原理与编程M.西安:西安电子科技大学出版社,2004年第一版8李家杰.数控机床编程操作与操作实用教程M.南京:东南大学出版社,2005年9华茂发.数控机床加工工艺M.北京:机械工业出版社,2000年10黄康美.数控加工实训教程M.北京:电子工业出版社,2004年复杂端盖零件数控加工工艺分析及自动编程摘 要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,数控加工技术对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点,针对具体的零件,进行了工艺方案的分析,工装方案的确定,刀具和切削用量的选择,确定加工顺序和加工路线,数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定,充分体现了数控设备在保证加工精度,加工效率,简化工序等方面的优势。关键词 工艺分析加工方案进给路线控制 目 录摘 要2目 录31、图形分析51.1零件分析51.2毛坯的确定61.21常见的毛坯种类6 1.22毛坯的选择原则71.23毛坯的确定81.3.夹具选择81.31夹具的种类81.32常见的装夹方式91.33 夹具的确定91.4 机床的选择92 刀具的选择102.1刀具材料选择的基本要求102.2刀具材料分析112.3 刀具选择原则133、工艺路线133.1定位基准的选择133.2 加工顺序的安排153.3 加工方案的确定163.4切削用量的选择163.41 确定背吃刀量163.42确定主轴转速163.43 确定进给速度174、数控加工工序卡片194.1 工艺过程卡194.2工序卡195、 程序清单245.1UGCAM编程的具体操作245.2零件加工过程316、废品的分析及问题的解决32结束语34致谢词35参考文献36绪 论数控加工就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种用计算机来控制的机床,用来控制机床的计算机不管是专用计算机,还是通用计算机都统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件,其加工方法并无多大差异,但是在机床的运动控制上却有很大的区别。在普通机床加工时,机床的运动受控于操作工人。如机床的开启、主轴转速的变换、走刀路径、运动部件的位移量,以及机床的停止等都是依靠操作工人来控制的。在数控机床上加工零件时,机床的运动和辅助动作的实现均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式编制的。编写加工指令的过程就称为编程。所谓编程,就是把加工零件的工艺过程、工参数、运动要求用数字指令形式记录在介质上,并输入数控系统。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运动或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时,机床便会自动停止。任何一种数控机床,在其数控系统中若没有输入程序指令,数控机床不能工作。要提高加工效率,首先必须提高切削和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度,而可靠性则是上述目标的基本保证。为此,必须要有高性能的数控装置作保证。 1、图形分析1.1零件分析图1-1 复杂端盖零件二维零件图图1-2 复杂端盖零件三维零件图由图纸可以看出零件的加工内容主要包括平面铣削,型腔铣削,凸台铣削,薄壁加工,孔加工等内孔,其中凸台铣削和薄壁铣削五一是本;例的难点所在,由于凸台分布比较密集,凸台加工时需要考虑凸台之间的干涉,选用合适的刀具进行加工,防止过切,薄壁件的加工难点在于,加工变形的控制,在加工过程中必须控制薄壁件的变形,可以采用粗加工,半精加工,精加工分开进行,粗加工时由于切削量比较大,切削力也很大,防止过大的切削力导致薄壁变形,对薄壁的内侧和外侧进行粗加工,预留一定的加工余量然后进行精加工,加工余量的预留在这里有两个作用,一是增加了薄壁件的厚度,提高了薄壁件的刚性,减小薄壁件的变形,二是为薄壁件的变形预留了一定的加工余量,可以在精加工过程中修正薄壁件。1.2毛坯的确定1.21常见的毛坯种类(1) 铸件 对形状较复杂的毛坯,一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造,对尺寸精度要求较高的小型铸件,可采用特种铸造,如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。(二)锻件 锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好,常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低,主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高,主要用于产量较大的中小型锻件。其锻造方法及工艺特点见表 3-9 。(三)型材 型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法,又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大,精度较低,用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小,精度较高,主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。(四)焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差,变形大,需经时效处理后才能进行机械加工。(五)其它毛坯其它毛坯包括冲压件,粉末冶金件,冷挤件,塑料压制件等。1.22毛坯的选择原则选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素:(一)零件的生产纲领 大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法,用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造;锻件采用模锻、精锻;选用冷拉和冷轧型材。单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。(二)零件材料的工艺性 例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯;钢质零件当形状不复杂,力学性能要求又不太高时,可选用型材;重要的钢质零件,为保证其力学性能,应选择锻造件毛坯。(三)零件的结构形状和尺寸 形状复杂的毛坯,一般采用铸造方法制造,薄壁零件不宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴,如各段直径相差不大,可选用圆棒料;如各段直径相差较大,为减少材料消耗和机械加工的劳动量,则宜采用锻造毛坯,尺寸大的零件一般选择自由锻造,中小型零件可考虑选择模锻件。(四)现有的生产条件 选择毛坯时,还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。1.23毛坯的确定 根据上述毛坯种类及毛坯的选择原则,本例为单件生产,考虑零件的加工的成本和效率,选择型材作为毛坯,毛坯为45#热轧钢板,厚度30mm边长155*1251.3.夹具选择1.31夹具的种类机床夹具是机床上用以装夹工件(和引导刀具)的一种装置。其作用是将工件定位,以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置,并把工件可靠地夹紧。夹具按照用途可分为以下几类:1)通用夹具通用夹具是指已经标准化的,在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如,车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘,铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产,常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广,生产效率低,主要适用于单件、小批量的生产中。2)专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑,操作迅速、方便、省力,可以保证较高的加工精度和生产效率,但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时,夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3)通用可调夹具和成组夹具其特点是夹具的部分元件可以更换,部分装置可以调整,以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具,称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比,加工对象不很明确,适用范围更广一些。4)组合夹具组合夹具是指按零件的加工要求,由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造,其特点是灵活多变,万能性强,制造周期短、元件能反复使用,特别适用于新产品的试制和单件小批生产。5)随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用,又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位,进行不同工序的加工。1.32常见的装夹方式1) 平口钳装夹:一般适合板类零件;2) 卡盘装夹:一般适用于轴类零件;3) 压板装夹:适用于异形零件,使用范围较大,但是不宜操作,生产效率较低;4) 专用夹具装夹:试用产品单一,生产效率高。5) V形铁装夹:适用于轴类零件。1.33 夹具的确定 此零件毛坯属于槽板类,可以使用平口钳装夹,此种装夹方案一般在铣床上使用较多。操作方便,夹紧迅速,夹紧力可靠。1.4 机床的选择通过以上对零件的工艺分析,可知加工此零件需要的设备主要为车床及铣床,对于设备的型号的选择主要考虑一下几个方面:1) 机床的加工范围:例如机床的回转直径或者加工行程是否能够满足零件的机构需求。2) 机床的加工精度:所选择的机床的加工精度必须大于零件的加工精度,这样才能够保证零件加工的可靠性3) 机床的切削速度范围:主要体现在机床的主轴转速,一般来说较大的回转直径的设备,转速都比较低,而较小的回转直径的设备转速较高,从切削速度的角度来看,较大的设备是不适合加工较小尺寸的零件。4) 机床的切削功率:机床所提供的切削力必须保证零件的顺利加工,也就是说机床提供的切削力必须大于零件的切削抗力。5) 机床的刚性6) 机床的经济性:在满足上述条件的情况下,竟可能选择成本较低的设备,这样可以大大降低生产成本。根据上述各点,为此零件选择一台车床及铣床,具体型号参数如下:表3-1 铣床主要参数2 刀具的选择随着我国科技的发展,机械加工的强度在不断加大,精度也在不断提高。高速切削刀具切削性能的好坏,取决于构成刀具切削部分的材料,几何形状和刀具结构。刀具材料对刀具的使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都有很大影响。因此要重视刀具材料的正确选择与合理的选用。2.1刀具材料选择的基本要求 具备的优良性能的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求。 1. 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属,这是刀具材料必备的基本要求,现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬,其耐磨性越好,但由于切削条件较复杂,材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2. 足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力,一般地,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。 3. 高耐热性 耐热性又称红硬性,是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4. 良好的工艺性和经济性 为了便于制造,刀具材料应有良好的工艺性,如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵,但其使用寿命很长,在成批大量生产中,分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。2.2刀具材料分析 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料,目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 1) 高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨(W)、铬(Cr)、钒(V)、钼(Mo)等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。高速钢具有较高的硬度,一般硬度为62-67HRC和耐热性。在切削温度高达500-650时仍能进行切削。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。抗弯性是一般硬质合金的2-3倍,是陶瓷的5-6倍。韧性很好,可以在有冲击、振动的场合应用。它可以用于加工有色金属、结构钢、铸铁、高温合金等范围广泛的材料。 2) 硬质合金 硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物(WC、TIC等)和 金属粘结剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的常温硬度达89-93HRA,760时其硬度为77-85HRA,在800-1000时硬质合金还能进行切削。刀具寿命比高速钢刀具高几倍甚至几十倍。可加工包括淬硬钢在内的多种材料。但是强度和韧性比高速钢差,常温下冲击韧性仅为高速钢的1/81/30,因此硬质合金承受切削振动和冲击的能力较差。硬质合金是常用的刀具材料之一,常用于制造车刀和面铣刀,也可以用硬质合金制造深孔钻、铰刀、拉刀和滚刀。尺寸较小和形状复杂的刀具可以采用硬质合金制造。但是整体硬质合金刀具的成本较高,其价格是高速钢刀具的8-10倍。 3) 陶瓷的分类及选用 制作刀具的陶瓷材料是以人造化合物为原料,在高压下形成,在高温下烧结而成的。它有很高的硬度和耐磨性,耐热性高达1200以上,化学稳定性好,与金属的亲和力小,可提高切削速度35倍,但是陶瓷的最大弱点是抗弯强度低,冲击韧性差,因此主要用于钢、铸铁、有色金属等材料的精加工和半精加工。按成分陶瓷可分为以下几种:高纯氧化铝陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷 4) 涂层刀具简述 涂层刀具是近20 年出现的一种新型刀具材料,是刀具发展中的一项重要突破,是解决刀具材料中硬度、耐磨与强度、韧性之间矛盾的一个有效措施。涂层刀具是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上,涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的。常用的涂层材料有TiC、TiN和Al2O3等。除上述单层涂层刀片外,还有TiC+TiN、TiC+TiN+ Al2O3等两层、三层的复合涂层,其性能更优。但是涂层刀具不适宜加工高温合金、钛合金及非金属材料,也不适宜粗加工有夹砂、硬皮的锻铸件。 5) 金刚石刀具 金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。但由于价格昂贵,加工、焊接都非常困难,除少数特殊用途外很少作为切削工具应用在工业中。人造金刚石又分为单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD),聚晶金刚石的晶粒随机排列,属各向同性体,常用于制造刀具。但由于碳对铁的亲和作用,特别是在高温下,金刚石能与铁发生化学反应,因此它不宜于切削铁及其合金工件。 6) 立方氮化硼 立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼经高温高压处理转化而成,是纯人工合成的材料。其硬度高达8000HV,仅次于金刚石。CBN是一种新型刀具材料,它可耐1300-1500高温,热稳定性好;它的化学稳定性也很好,即使温度高达1200-1300也不与铁产生化学反应。立方氮化硼能以硬质合金切削铸铁和普通钢的切削速度对冷硬铸铁、淬硬钢、高温合金等进行加工。 2.3 刀具选择原则刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一,不仅影响机床的加工效率,而且直接影响零件的加工质量,应考虑以下方面:1、根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件,建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。 2、根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主,应选择刚性较好、精度较低的刀具,半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主,应选择耐用度高、精度较高的刀具,粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具,建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具,因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损,涂层磨损修光,继续使用会影响精加工的加工质量,但对粗加工的影响较小。3、 根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角,以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀,齿数也不要超过4齿。 3、工艺路线3.1定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时,正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏,不仅影响零件加工的位置精度,而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提,还能简化加工工序,提高加工效率,零件的定位基准的选择应该遵从以下三个原则。 1)基准重合原则。为了避免基准不重合误差,方便编程,应选用工序基准作为定位基准,尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2)便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠,定位、夹紧机构简单、易操作,敞开性好,能够加工尽可能多的表面。3)便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下,保证对刀的可能性和方便性。a. 粗基准的选择所谓粗基准就是以不加工的表面作为基准;在选择粗基准时应该注意竟可能选择加工余量均匀;加工余量最小,表面平整、光洁、尺寸足够大的表面作为粗基准;也可以以不加工的表面作为粗基,准粗基准应尽量避免重复使用,因为粗基准的重复定位会造成很大的定位误差。 本例中粗基准直接选择在盖板零件的外圆及大端面,此处和铸造面比较光滑平整,有利于对加工精度的保证。b. 精基准的选择精基准的选择应从保证零件加工精度出发,同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则:1) “基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求,应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合,则会增大定位误差。2) “基准统一”原则当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时,应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位,这就是“基准统一”原则。采用“基准统一”原则可减少工装设计制造的费用,提高生产率,并可避免因基准转换所造成的误差。3) “自为基准”原则当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时,应选择加工表面本身作为定位基准,这就是“自为基准”原则。此外,用浮动铰刀铰孔、用拉刀拉孔、用无心磨床磨外圆等,均为自为基准的实例。4) “互为基准”原则为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度,可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时,先以内孔定位加工齿形面,齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄,所以要求磨削余量小而均匀。此时可用齿面为定位基准磨内孔,再以内孔为定位基准磨齿面,从而保证齿面的磨削余量均匀,且与齿面的相互位置精度又较易得到保证。 遵从基准统一原则,此零件的精加工基准选择以粗基准加工出A基准作为精基准,在后续孔加工中遵从基准重合基准统一原则依然选择此基准为精基准,这样可以很有效的提高加工精度。3.2 加工顺序的安排 在安排加工顺序时一般应遵循以下原则:1) 先基准面后其它 应首先安排被选作精基准的表面的加工,再以加工出的精基准为定位基准,安排其它表面的加工。该原则还有另外一层意思,是指精加工前应先修一下精基准。例如,精度要求高的轴类零件,第一道加工工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔,再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工;精加工开始前首先要修整顶尖孔,以提高轴在精加工时的定位精度,然后再安排各外圆面的精加工。2) 先粗后精 这是指先安排各表面粗加工,后安排精加工。3) 先主后次 主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。这些表面是决定零件质量的主要因素,对其进行加工是工艺过程的主要内容,因而在确定加工顺序时,要首先考虑加工主要表面的工序安排,以保证主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工顺序后,常常从加工的方便与经济角度出发,安排次要表面的加工。例如,图5.5所示的车床主轴箱体工艺路线,在加工作为定位基准的工艺孔时,可以同时方便地加工出箱体顶面上所有紧固孔,故将这些紧固孔安排在加工工艺孔的工序中进行加工。此外,次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求,常常要求在主要表面加工后,以主要表面定位进行加工。4) 先面后孔 这主要是指箱体和支架类零件的加工而言。一般这类零件上既有平面,又有孔或孔系,这时应先将平面(通常是装配基准)加工出来,再以平面为基准加工孔或孔系。此外,在毛坯面上钻孔或镗孔,容易使钻头引偏或打刀。此时也应先加工面,再加工孔,以避免上述情况的发生。3.3 加工方案的确定加工方案又称工艺方案,而对具体零件制定加工方案时,应该进行具体分析和区别对待,灵活处理。这样,才能使所制定加工方案合理,达到质量优、效率高和成本低目。下料普铣加工铣六方翻面夹持精铣上平面粗铣凸台精铣凸台粗铣凹槽精铣凹槽粗加工薄壁精加工薄壁点中心孔钻孔铰孔。3.4切削用量的选择 切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量(切削深度)、进给量(进给速度)。对于不同的加工方法,需要选择不同的切削用量,并编入程序单内。3.41 确定背吃刀量背吃刀量ap()ap是指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸, 主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。由于零件精度要求不高,从“切削用量简明手册”可查得,可以一次净加工余量,即ap等于加工余量,即粗铣时ap=1mm。3.42确定主轴转速b)切削速度c(m/min),c是指铣刀旋转时的切削速度n=1000c/d0根据切削原理可知,切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素,可见表5-1选取参数2:表5-1 铣削时切削速度工件材料硬度/HBS切削速度VC/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀钢225184266150225325123654120325425621 3675续表5-1工件材料硬度/HBS切削速度VC/ (m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀铸铁19021366615019026091845901603204.5102130铝70120100200200400从理论上讲,VC的值越大越好,因为这不仅可以提高生产率,而且可以避免生成积屑瘤的临界速度,获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制。3.43 确定进给速度进给量(进给速度)f(mm/min或mm/r) 是数控机床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给量数值应选小些,一般在2050mm/min5范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制,并与脉冲当量有关。 = 式中: 切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移,单位mm/minfz铣刀每齿工作台的移动距离,即每齿进给量(mm/z)铣刀的转速铣刀齿数每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度和硬度越高,fz越小,反之则越大;工件表面粗糙度值越小,就fz越小;硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀,可参考表5-2选取:表5-2 铣刀每齿进给量fz工件材料每齿进给量fz/(mm/z)粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.100.150.100.250.020.050.100.15铸铁0.120.200.150.30铝0.060.200.100.250.050.100.020.05 参数、都由实验确定,也可参考有关切削用量手册选用。综上可以得出(机床有的或较接近的转速取百位近似值)详见表5-3。表5-3 切削参数表刀具格式车削背吃刀量mm进给速度mm/min主轴转速r/min外圆车刀粗车2100800精车0.3901300合金铣刀粗铣15002500精铣0.33003500 切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手调整,以获得最佳切削状态。 4、数控加工工序卡片4.1 工艺过程卡表7-2 复杂端盖零件加工工艺卡片机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号图2-3产品名称复杂端盖零件零件名称槽板材料牌号45毛坯种类45钢毛坯外形尺寸155*125*30工序号工序名称工序内容设备工艺装备10备料下一尺寸为155*125*30的板料火焰切割20普铣铣六方150*120*25普铣平口钳30立加1钻铣立加平口钳40钳工去除毛刺翻边50检验卡尺编制审核2014.11共一页第一页4.2工序卡用来具体指导工人加工的工艺文件,卡片上有工步内容、刀具型号、切削用量等加工过程中所需要的参数,多用于大批量生产和成批生产中的重要零件。通过工序卡可清楚明了的得知该零件的复杂端盖零件及球形圆轴的工步内容及加工顺序。以下是该零件的数控加工工序卡片。365、 程序清单5.1UGCAM编程的具体操作1) 打开UG8.0软件,选择文件,打开三维模型2) 单击开始,弹出菜单栏,选择加工。3) 弹出CAM加工对话框,选择型腔铣削后单击确定,4) 进入UG8.0加工环境5) 选择几何视图6) 双击,弹出坐标对话框,单击指定MCS7) 选择点作为坐标原点单击确定8) 安全设置选项,单击下拉箭头,选择平面,选择工件最高平面向Z轴正方向偏移5mm作为安全平面9) 单击创建刀具,选择需要加工的刀具种类,单击确定10) 对刀具参数进行设置,如直径,长度,R角等11) 单击创建几何体按钮,设置工件几何体,选择型腔铣削,单击子几何体类型workpice,单击确定。12) 弹出对话框,对指定部件,指定毛坯进行设置,指定部件13) 指定毛坯,选择包容块作为工件毛坯,单击确定,完成设置。14) 单击创建工序,选择平面铣削,添加设置好的刀具,几何体15) 进入型腔铣削工序对话框16) 设置切削区域,将需要一次进行加工的加工面设置为切削区域17) 检查刀具设置,选择加工需要的刀具。18) 对刀轴的设置,设置z轴方向。19) 对切削参数进行设置20) 对非切削移动进行设置21) 对竟给率和速度进行设定22) 单击生成刀具轨迹23) 加工六个孔位24) 单击确定,完成工序设置,单击后处理,弹出对话框,选择查找后处理器,找到你需要的后处理器,或者使用系统自带后处理器,指定程序的输出位置。将程序输出的格式设置为cnc,或txt25) 生成G代码 5.2零件加工过程 零件加工关键部位有两处,一处为零件的凸台加工一处为零件的凹槽加工。零件外形轮廓粗加工:零件钻铰孔:6、废品的分析及问题的解决加工中产生废品的分析及解决办法:1、 薄壁零件变形分析:粗加工时由于切削量比较大,切削力也很大,导致零件变形。解决办法:防止过大的切削力导致薄壁变形,对薄壁的内侧和外侧进行粗加工,预留一定的加工余量然后进行精加工。2、 零件尺寸超差分析:导致零件尺寸超差原因有以下几点:1) 检查加工所用量具自身误差是否超差;2) 加工人员测量水平是否达到标准;3) 加工测量时,边角毛刺飞边没有去处干净;解决办法:1) 重新校对量具;2) 请专业的测量人员测量工件;3) 使用锉刀去处毛刺再进行测量。3、 凸台出现过切现象分析:刀具直径超过最小缝隙的允许值解决:使用较小直径的刀具加工4、 凸台加工位置偏移分析:在对刀时误差过大,是工件坐标系的中心偏移。解决:重新校对工件坐标系结束语这次的设计是我们离开学校前对所学的内容进行的总结,同时让我们对零件的数控加工有了一个更完整的了解,也提高了自己对于分析解决问题的能力。毕业设计有实践性、综合性、探索性和应用性等特点,是运用数控机床实际操作和理论学习的一次综合练习。通过这次的毕业设计,使自己在理论与实际应用能力方面得到了综合的提高,熟练了操作技能,收获了经验和技巧,为以后的工作奠定了良好的基础。几个星期以来,从开始到毕业设计完成,每一步对我们来说都是新的尝试和挑战,在做这次毕业设计过程中使我学到很多,我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做,才会使自己更快的成长。我相信,通过这次的实践,我对数控的加工能进一步了解,并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误,有能力加工出更复杂的零件,精度更高的产品。致谢词通过这次做毕业设计,我对数控加工的整个过程有了较全面的理解。经过本设计的实践,真切体会到理论必须和生产实践相结合。虽然在以前的学习中学到了许多在实践中用到了的知识,可是那些还是远远不够的,在具体操作时还是会出现一些意想不到的问题,还是得请教有经验的师父才能完成。在整个设计的过程中,不断地遇到新的问题,然后就必须不断地向别人请教,请教我的指导老师,还请教一些有经验的朋友、同学,利用一切可以利用资源,再加上不断地从书上找一些理论的知识,总算是把我的设计弄出个模样来了。在工艺设计好后,加工程序还是要经过多次调试、修改才能最终完成。总之这次的设计考验了我的综合能力,很大程度上提高了我的综合能力。这次的设计让我看到了自己很多方面的不着,需要更多的实践,也需要更多的理论知识才能成为一个更有用技术人员。这次设计也让我学到了很多知识,最要感谢的是我的指导老师,感谢他的不厌其烦的教诲,还要感谢我的朋友、同学及所有指导过我的人,感谢他们!参考文献1邹新宇。数控编程M.清华大学出版社,2006年2陈子银、徐鲲鹏.数控加工技术M.北京理工大学出版社,2006年6余英良.数控加工编程及操作M.北京:高等教育出版社,2004年第一版7黄卫.数控技术与数控编程M.北京:机械工业出版社,2004年3眭润舟.数控编程与加工技术M.北京:机械工业出版社,2006年第一版4詹华西.数控加工技术实训教程M.西安:电子科技大学出版社,2006年5陈富安.数控机床原理与编程M.西安:西安电子科技大学出版社,2004年第一版8李家杰.数控机床编程操作与操作实用教程M.南京:东南大学出版社,2005年9华茂发.数控机床加工工艺M.北京:机械工业出版社,2000年10黄康美.数控加工实训教程M.北京:电子工业出版社,2004年
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