典型铣削零件加工的工艺分析及编程机械制造数控机床_机械制造-制造加工工艺.pdf
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1、典型铳削零件加工的工艺分析及编程 1-工艺分析的基本知识 数控加工工艺性分析涉及内容很多,从数控加工的可能性和方便性分析,应主要考虑:11零件图样上尺寸数据的标注原则 1)零件图上尺寸标注应符合编程方便的特点 在数控加工图上,宜釆用以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标 注方法,既便于编程,也便于协调设计基准、工艺基准、检测基准与编程零点的 设置和计算。2)构成零件轮廓的几何元素的条件应充分 自动编程时要对构成零件轮廓的所有儿何元素进行定义。在分析零件图时,要分析儿何元素的给定条件是否充分,如果不充分,则无法对被加工的零件进行 造型,也无法编程。1.2零件各加工部位的结构工艺性应符合数控
2、加工的特点 1)零件所要求的加工精度、尺寸公差应能得到保证。2)零件的内腔和外形最好釆用统一的儿何类型和尺寸,尽可能减少刀具规 格和换刀次数。3)零件的工艺结构设计应确保能采用较大直径的刀具进行加工。釆用大直 径铳刀加工,能减少加工次数,提高表面加工质量。4)零件铳削面的槽底回角半径或腹板与缘板相交处的圆角半径 r 不宜太大。山于铳刀与铳削平面接触的最大直径 d=D-2r,其中 D 为铳刀直径。因此,当 D 一定时,圆角半径 r越大,铳刀端刃铳削平面的面积就越小,铳刀端刃铳削平面 的能力就越差;效率越低,工艺性也越差。5)应采用统一的基准定位。数控加工过程中,若零件需重新定位安装而没 有统一的
3、定位基准。会导致加工结束后正反两面上的轮廓位置及尺寸的不协调。因此,要尽量利用零件本身具有的合适的孔或设置专门的工艺孔或以零件轮廓的 基准边等作为定位基准,保证两次装夹加工后相对位置的准确性。1.3加工方法选择及加工方案确定 1)加工方法选择 在数控机床上加工零件,一般有以下两种情况:一是有零件图样和毛坯,要选择适合加工该零件的数控机床;二是己经有了数控机床,要选择适合该机床加工的零件。无论哪种情况,都应根据零件的种类和加II内容选择合适的数控机床和加工 方法。平面轮廓零件的轮廓多山直线、圆弧和曲线组成,一般在两坐标联动的数控 铳床上加工;具有三维曲面轮廓的零件,多采用三坐标或三坐标以上联动的
4、数控铳床或加 工中心加工。经粗铳的平面,尺寸精度可达 IT12IT14 级(指两平面之间的尺寸),表面 粗糙度(或 Ra 值)可达 12.5nm50um。经粗、精铳的平面,尺寸精度可达 IT7IT9 级,表面粗糙度 R a 值可达 1.6 u m32 u 孔加工的方法比较多,有钻削、扩削、狡削和镇削等。大直径孔还可釆用圆 弧插补方式进行铳削加工。对于直径大于“3 0 mm 己铸岀或锻岀毛坯孔的孔加工,一般采用粗锂一 半精锂孔口倒角一精锂加工方案。孔径较大的可采用立铳刀粗铳一精铳加工方案。有空刀槽时可用锯片铳刀 在半精镇之 后、精镇之前铳削完成,也可用锤刀进行单刃螳削,但单刃模削效 率低。对于直
5、径小于 2 3 Omm 的无毛坯孔的孔加工,通常釆用饶平端面一打中心 孔钻f 扩孔口倒角一钱加工方案。有同轴度要求的小孔,须采用饶平端面一打中心孔一钻一半精螳一孔口倒角-精锂(或 狡)加工方案。为提高孔的位置精度,在钻孔工步前须安排铉平端 面和打中心孔工步。孔口倒角安排在半精加工之后.精加工之前,以防孔内产生 毛刺。螺纹的加工根据孔径大小而定,一般情况下,直径在 M 5mm M 2 0 mm 之间的螺纹,通常釆用攻螺纹的方法加工。直径在 M6mm 以下的螺纹,在加 工中心上完成底孔加工后,通过其他手段攻螺纹。因为在加工中心上攻螺纹不 能随机控制加工状态,小直径丝锥容易拆断。直径在 M2 5mm
6、 以上的螺纹,可 采用锂刀片螳削加工。加上方法的选择原则:是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要求。山于获 得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多,因而在实际选择时,要结合 零件的形状、尺寸和热处理要求全面考虑。例如,对于 I T 7 级精度的孔釆用锂 削、较削、磨削等方法加工可达到精度要求,但箱体上的孔一般采用锂削或铁削;而不采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择较削,当孔径较大时则应选择锤削。此 外,还应考虑生产率和经济性的要求,以及工厂的生产设备等实际情况。2)加工方案确定 确定加工方案时,首先应根据主要表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求,初步确定为达到这些要求所需要的加工方法,即精加丄的方
7、法,再确定从毛坯到 最终成形的加工方案。在加工过程中,工件按表面轮廓可分为平面类和曲面类零件,其中平面类零 件中的斜面轮廓乂分为有固定斜角和变斜角的外形轮廓面。外形轮廓面的加工,若单纯从技术上考虑,最好的加工方案是采用多坐标联动的数控机床,这样不但 生产效率高,而且加工质量好。但由于一般中小企业无力购买这种价格昂贵、生 产费用高的机床,因此应考虑釆用 2.5 轴控制和 3 轴控制机床加工。2.5 轴控制和 3轴控制机床上加工外形轮廓面,通常釆用球头铳刀,轮廓面 的加工精度主要通过控制走刀步长和加工带宽度来保证。加匸精度越臥 走刀步 长和加工带宽度越小,编程效率和加工效率越低。和方便性分析应主要
8、考虑零件图样上尺寸数据的标注原则零件图上尺寸标注应符合编程方便的特点在数控加工图上宜釆用以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸这种标注方法既便于编程也便于协调设计基准工艺基准检测基准与编义在分析零件图时要分析儿何元素的给定条件是否充分如果不充分则无法对被加工的零件进行造型也无法编程零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点零件所要求的加工精度尺寸公差应能得到保零件的内腔和外形最好釆加工釆用大直径铳刀加工能减少加工次数提高表面加工质量零件铳削面的槽底回角半径或腹板与缘板相交处的圆角半径不宜太大山于铳刀与铳削平面接触的最大直径其中为铳刀直径因此当一定时圆角半径越大铳刀端刃铳削平面的面如图 1 所
9、示,球头刀半径为 R,零件曲面上曲率半径为 P,行距为 S,加 工后曲面表面残留高度为 H。则有:式中,当被加工零件的曲面在 ab 段内是凸的时候取“+”号,是凹的 时候取“一”号。1.4工艺设计 1)工序和工步的划分 在数控机床上加工零件,工序应尽量集中,一次装夹应尽可能完成大部分工 序。数控加工工序的划分有下列方法:(1)按加工内容划分工序 对于加工内容较多的零件,按零件结构特点将加工内容分成若干部分,每 一部分可用典型刀具加工。例如加工内脏、外型、干面或曲面等、加工内腔时,以外形夹紧:加工外腔时,以内腔的孔夹紧。(2)按所用刀具划分工序 这样可以减少换刀次数,压缩空行程和减少换刀时间,减
10、少换刀误差。(3)按粗、精加工划分工序 对于容易发生加工变形的零件,通常粗加工后需要进行矫形,这时粗加工、精加工作为两道工序,即先粗加工再精加工,可用不同的机床或不同的刀具进行 加工。为了便于分析和描述较复朵的工序,在工序内乂分为工步,工步的划分主要 从加工精度和效率两方面考虑。如零件在加工中心上加工,对于同一表面按粗加 工.半精加工.精加工依次完成,整个加工表面按先粗后精加工分开进行:对于 既有铳面乂有锂孔的零件,可先铳面后镇孔,以减少因铳削切削力大,造成零件 可能发生变形而对孔的精度造成影响:对于具有回转丄作台的加工中心,若回转 时间比换刀时间短,可采用按刀具划分工步,以减少换刀次数,提高
11、加工效率。但数控加工按工步划分后,三检制度(自检、互检、专检)不好执行,为了避 免零件发生批次性质量问题,应釆用分和方便性分析应主要考虑零件图样上尺寸数据的标注原则零件图上尺寸标注应符合编程方便的特点在数控加工图上宜釆用以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸这种标注方法既便于编程也便于协调设计基准工艺基准检测基准与编义在分析零件图时要分析儿何元素的给定条件是否充分如果不充分则无法对被加工的零件进行造型也无法编程零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点零件所要求的加工精度尺寸公差应能得到保零件的内腔和外形最好釆加工釆用大直径铳刀加工能减少加工次数提高表面加工质量零件铳削面的槽底回角半径或腹板
12、与缘板相交处的圆角半径不宜太大山于铳刀与铳削平面接触的最大直径其中为铳刀直径因此当一定时圆角半径越大铳刀端刃铳削平面的面工步交检,而不是加工完整个工序之后再 交检。2)加工余量的选择 加工余量指毛坯实体尺寸与零件(图纸)尺寸之差。加工余量的大小对零件 的加工质量和制造的经济性有较大的影响。余量过大会浪费原材料及机械加工工 时,增加机床、刀具及能源的消耗:余量过小则不能消除上道工序留下的各种误 差、表面缺陷和本工序的装夹误差,容易造成废品。因此,应根据影响余量的因 素合理地确定加工余量。零件加工通常要经过粗加工、半精加工.精加工才能达 到最终要求。因此,零件总的加工余量等于中间工序加工余量之和。
13、(1)工序间加工余量的选择原则 采用最小加工余量原则,以求缩短加工时间,降低零件的加工费用。应有充分的加工余量,特别是最后的工序。(2)在选择加工余量时,还应考虑的情况 由于零件的大小不同,切削力、内应力引起的变形也会有差异,工件大,变形增加,加工余量相应地应大一些。零件热处理时引起变形,应适当增大加工余量。加工方法、装夹方式和工艺装备的刚性可能引起的零件变形,过大的加工 余量会由于切削力增大引起零件的变形。(3)确定加工余量的方法 查表法:这种方法是根据各工厂的生产实践和实验研究积累的数据,先制 成各种表格,再汇集成手册。确定加工余量时查阅这些手册,再结合工厂的实际 情况进行适当修改后确定。
14、目前我国各工厂普遍釆用查表法。经验估算法:这种方法是根据工艺编制人员的实际经验确定加工余量。一 般情况下,为了防止因余量过小而产生废品,经验佔算法的数值总是偏大。经验 估算法常用于单件小批量生产。分析计算法:这种方法是根据一定的试验资料数据和加工余量计算公式,分析影响加工余量的各项因素,并计算确定加工余量。这种方法比较合理,但必 须有比较全面和可靠的试验资料数据。LI 前,只在材料十分贵重,以及少数大量 生产的工厂采用。3)加工路线的确定 在数控加工中,刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线,它是编程 的依据,直接影响加工质量和效率。在确定加工路线时要考虑下面儿点:(1)保证零件的加工精度
15、和表面质量,且效率要高。(2)减少编程时间和程序容量:(3)减少空刀时间和在轮廓面上的停刀,以免划伤零件:(4)减少零件的变形;(3)位置精度要求高的孔系零件的加工应避免机床反向间隙的带入而影响 孔的位置精度;(6)复杂曲面零件的加工应根据零件的实际形状、精度要求、加工效率等 多种因素来确定是行切还是环切,是等距切削还是等高切削的加匸路线等。1.5刀具的选择。数控加工刀具从结构上可分为:整体式;镶嵌式,它可以分为焊接式和 机夹式。机夹式根据刀体结构不同,乂分为可转位和不转位两种;减振式,当 刀具的工和方便性分析应主要考虑零件图样上尺寸数据的标注原则零件图上尺寸标注应符合编程方便的特点在数控加工
16、图上宜釆用以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸这种标注方法既便于编程也便于协调设计基准工艺基准检测基准与编义在分析零件图时要分析儿何元素的给定条件是否充分如果不充分则无法对被加工的零件进行造型也无法编程零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点零件所要求的加工精度尺寸公差应能得到保零件的内腔和外形最好釆加工釆用大直径铳刀加工能减少加工次数提高表面加工质量零件铳削面的槽底回角半径或腹板与缘板相交处的圆角半径不宜太大山于铳刀与铳削平面接触的最大直径其中为铳刀直径因此当一定时圆角半径越大铳刀端刃铳削平面的面作臂长与直径之比较大时,为了减少刀具的振动,提高加工精度,多采 用此类刀具;内冷式,切削液
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