典型銑削零件加工的工藝分析及編程(供畢業(yè)設(shè)計(jì)參考用)

1、典型銑削零件加工的工藝分析及編程1工藝分析的基本知識(shí) 數(shù)控加工工藝性分析涉及內(nèi)容很多，從數(shù)控加工的可能性和方便性分析，應(yīng)主要考慮：11零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的標(biāo)注原則1）零件圖上尺寸標(biāo)注應(yīng)符合編程方便的特點(diǎn)在數(shù)控加工圖上，宜采用以同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。這種標(biāo)注方法，既便于編程，也便于協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、檢測基準(zhǔn)與編程零點(diǎn)的設(shè)置和計(jì)算。2）構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分自動(dòng)編程時(shí)要對(duì)構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進(jìn)行定義。在分析零件圖時(shí)，要分析幾何元素的給定條件是否充分，如果不充分，則無法對(duì)被加工的零件進(jìn)行造型，也無法編程。12零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)1）零件

2、所要求的加工精度、尺寸公差應(yīng)能得到保證。2）零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸，盡可能減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。3）零件的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)確保能采用較大直徑的刀具進(jìn)行加工。采用大直徑銑刀加工，能減少加工次數(shù)，提高表面加工質(zhì)量。4）零件銑削面的槽底回角半徑或腹板與緣板相交處的圓角半徑r不宜太大。由于銑刀與銑削平面接觸的最大直徑d=d-2r，其中d為銑刀直徑。因此，當(dāng)d一定時(shí)，圓角半徑r越大，銑刀端刃銑削平面的面積就越小，銑刀端刃銑削平面的能力就越差；效率越低，工藝性也越差。5）應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。數(shù)控加工過程中，若零件需重新定位安裝而沒有統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。會(huì)導(dǎo)致加工結(jié)束后正反兩面上的輪廓位

3、置及尺寸的不協(xié)調(diào)。因此，要盡量利用零件本身具有的合適的孔或設(shè)置專門的工藝孔或以零件輪廓的基準(zhǔn)邊等作為定位基準(zhǔn)，保證兩次裝夾加工后相對(duì)位置的準(zhǔn)確性。13加工方法選擇及加工方案確定1）加工方法選擇 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，一般有以下兩種情況：一是有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機(jī)床；二是己經(jīng)有了數(shù)控機(jī)床，要選擇適合該機(jī)床加工的零件。無論哪種情況，都應(yīng)根據(jù)零件的種類和加工內(nèi)容選擇合適的數(shù)控機(jī)床和加工方法。平面輪廓零件的輪廓多由直線、圓弧和曲線組成，一般在兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床上加工；具有三維曲面輪廓的零件，多采用三坐標(biāo)或三坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床或加工中心加工。經(jīng)粗銑的平面，尺寸精度可達(dá)it1

4、2it14級(jí)（指兩平面之間的尺寸），表面粗糙度（或值）可達(dá)12.5m50m。經(jīng)粗、精銑的平面，尺寸精度可達(dá)it7it9級(jí)，表面粗糙度值可達(dá)1.6m3.2m?？准庸さ姆椒ū容^多，有鉆削、擴(kuò)削、鉸削和鏜削等。大直徑孔還可采用圓弧插補(bǔ)方式進(jìn)行銑削加工。 對(duì)于直徑大于己鑄出或鍛出毛坯孔的孔加工，一般采用粗鏜半精鏜孔口倒角一精鏜加工方案。 孔徑較大的可采用立銑刀粗銑一精銑加工方案。有空刀槽時(shí)可用鋸片銑刀在半精鏜之 后、精鏜之前銑削完成，也可用鏜刀進(jìn)行單刃螳削，但單刃模削效率低。對(duì)于直徑小于mm的無毛坯孔的孔加工，通常采用饒平端面打中心孔鉆擴(kuò)孔口倒角鉸加工方案。有同軸度要求的小孔，須采用饒平端面打中心孔鉆

5、半精螳孔口倒角精鏜（或 鉸）加工方案。為提高孔的位置精度，在鉆孔工步前須安排锪平端面和打中心孔工步?？卓诘菇前才旁诎刖庸ぶ蟆⒕庸ぶ?，以防孔內(nèi)產(chǎn)生毛刺。螺紋的加工根據(jù)孔徑大小而定，一般情況下，直徑在之間的螺紋， 通常采用攻螺紋的方法加工。直徑在mm以下的螺紋，在加工中心上完成底孔加工后， 通過其他手段攻螺紋。因?yàn)樵诩庸ぶ行纳瞎ヂ菁y不能隨機(jī)控制加工狀態(tài)，小直徑絲錐容易拆斷。直徑在mm以上的螺紋，可采用鏜刀片螳削加工。加上方法的選擇原則：是保證加工表面的精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級(jí)精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實(shí)際選擇時(shí)，要結(jié)合零件的形狀、尺寸和熱處理要求全面考慮。例

6、如，對(duì)于級(jí)精度的孔采用鏜削、鉸削、磨削等方法加工可達(dá)到精度要求，但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削；而不采用磨削。一般小尺寸的箱體孔選擇鉸削，當(dāng)孔徑較大時(shí)則應(yīng)選擇鏜削。此外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實(shí)際情況。）加工方案確定 確定加工方案時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)主要表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求，初步確定為達(dá)到這些要求所需要的加工方法，即精加工的方法，再確定從毛坯到最終成形的加工方案。在加工過程中，工件按表面輪廓可分為平面類和曲面類零件，其中平面類零件中的斜面輪廓又分為有固定斜角和變斜角的外形輪廓面。外形輪廓面的加工，若單純從技術(shù)上考慮，最好的加工方案是采用多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，這

7、樣不但生產(chǎn)效率高，而且加工質(zhì)量好。但由于一般中小企業(yè)無力購買這種價(jià)格昂貴、生產(chǎn)費(fèi)用高的機(jī)床，因此應(yīng)考慮采用2.5軸控制和軸控制機(jī)床加工。2.5軸控制和3軸控制機(jī)床上加工外形輪廓面，通常采用球頭銑刀，輪廓面的加工精度主要通過控制走刀步長和加工帶寬度來保證。加工精度越高，走刀步長和加工帶寬度越小，編程效率和加工效率越低。 如圖1所示，球頭刀半徑為r，零件曲面上曲率半徑為，行距為，加工后曲面表面殘留高度為。則有： 式中，當(dāng)被加工零件的曲面在b段內(nèi)是凸的時(shí)候取“”號(hào)，是凹的時(shí)候取“一”號(hào)。圖1 行距的計(jì)算圖14工藝設(shè)計(jì)1）工序和工步的劃分在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序應(yīng)盡量集中，一次裝夾應(yīng)盡可能完成大部分

8、工序。數(shù)控加工工序的劃分有下列方法：（1）按加工內(nèi)容劃分工序 對(duì)于加工內(nèi)容較多的零件，按零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工內(nèi)容分成若干部分，每一部分可用典型刀具加工。例如加工內(nèi)臟、外型、干面或曲面等、加工內(nèi)腔時(shí)，以外形夾緊：加工外腔時(shí)，以內(nèi)腔的孔夾緊。（2）按所用刀具劃分工序這樣可以減少換刀次數(shù)，壓縮空行程和減少換刀時(shí)間，減少換刀誤差。（3）按粗、精加工劃分工序?qū)τ谌菀装l(fā)生加工變形的零件，通常粗加工后需要進(jìn)行矯形，這時(shí)粗加工、精加工作為兩道工序，即先粗加工再精加工，可用不同的機(jī)床或不同的刀具進(jìn)行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又分為工步，工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。如零件在加工中心

9、上加工，對(duì)于同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，整個(gè)加工表面按先粗后精加工分開進(jìn)行：對(duì)于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔，以減少因銑削切削力大，造成零件可能發(fā)生變形而對(duì)孔的精度造成影響：對(duì)于具有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的加工中心，若回轉(zhuǎn)時(shí)間比換刀時(shí)間短，可采用按刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工效率。但數(shù)控加工按工步劃分后，三檢制度（自檢、互檢、專檢） 不好執(zhí)行，為了避免零件發(fā)生批次性質(zhì)量問題，應(yīng)采用分工步交檢，而不是加工完整個(gè)工序之后再交檢。2）加工余量的選擇加工余量指毛坯實(shí)體尺寸與零件（圖紙）尺寸之差。加工余量的大小對(duì)零件的加工質(zhì)量和制造的經(jīng)濟(jì)性有較大的影響。余量過大會(huì)浪費(fèi)原材料及機(jī)械

10、加工工時(shí)，增加機(jī)床、刀具及能源的消耗；余量過小則不能消除上道工序留下的各種誤差、表面缺陷和本工序的裝夾誤差，容易造成廢品。因此，應(yīng)根據(jù)影響余量的因素合理地確定加工余量。零件加工通常要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工才能達(dá)到最終要求。因此，零件總的加工余量等于中間工序加工余量之和。（1） 工序間加工余量的選擇原則采用最小加工余量原則，以求縮短加工時(shí)間，降低零件的加工費(fèi)用。應(yīng)有充分的加工余量，特別是最后的工序。（2）在選擇加工余量時(shí)，還應(yīng)考慮的情況 由于零件的大小不同，切削力、內(nèi)應(yīng)力引起的變形也會(huì)有差異，工件大，變形增加，加工余量相應(yīng)地應(yīng)大一些。 零件熱處理時(shí)引起變形，應(yīng)適當(dāng)增大加工余量。 加工方法、

11、裝夾方式和工藝裝備的剛性可能引起的零件變形，過大的加工余量會(huì)由于切削力增大引起零件的變形。（3）確定加工余量的方法 查表法： 這種方法是根據(jù)各工廠的生產(chǎn)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)研究積累的數(shù)據(jù)，先制成各種表格，再匯集成手冊(cè)。確定加工余量時(shí)查閱這些手冊(cè)，再結(jié)合工廠的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)修改后確定。目前我國各工廠普遍采用查表法。經(jīng)驗(yàn)估算法： 這種方法是根據(jù)工藝編制人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定加工余量。一般情況下，為了防止因余量過小而產(chǎn)生廢品，經(jīng)驗(yàn)估算法的數(shù)值總是偏大。經(jīng)驗(yàn)估算法常用于單件小批量生產(chǎn)。分析計(jì)算法： 這種方法是根據(jù)一定的試驗(yàn)資料數(shù)據(jù)和加工余量計(jì)算公式，分析影響加工余量的各項(xiàng)因素，并計(jì)算確定加工余量。這種方法比較合理

12、，但必須有比較全面和可靠的試驗(yàn)資料數(shù)據(jù)。目前，只在材料十分貴重，以及少數(shù)大量生產(chǎn)的工廠采用。3）加工路線的確定在數(shù)控加工中，刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為加工路線，它是編程的依據(jù)，直接影響加工質(zhì)量和效率。在確定加工路線時(shí)要考慮下面幾點(diǎn)：（1）保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，且效率要高。 (2)減少編程時(shí)間和程序容量： (3)減少空刀時(shí)間和在輪廓面上的停刀，以免劃傷零件： (4)減少零件的變形； (5)位置精度要求高的孔系零件的加工應(yīng)避免機(jī)床反向間隙的帶入而影響孔的位置精度； (6）復(fù)雜曲面零件的加工應(yīng)根據(jù)零件的實(shí)際形狀、精度要求、加工效率等多種因素來確定是行切還是環(huán)切，是等距切削還是等高切削

13、的加工路線等。 15刀具的選擇。數(shù)控加工刀具從結(jié)構(gòu)上可分為：整體式；鑲嵌式，它可以分為焊接式和機(jī)夾式。機(jī)夾式根據(jù)刀體結(jié)構(gòu)不同，又分為可轉(zhuǎn)位和不轉(zhuǎn)位兩種；減振式，當(dāng)?shù)毒叩墓ぷ鞅坶L與直徑之比較大時(shí)，為了減少刀具的振動(dòng)，提高加工精度，多采用此類刀具；內(nèi)冷式，切削液通過刀體內(nèi)部由噴孔噴射到刀具的切削刃部；特殊型式，如復(fù)合刀具、可逆攻螺紋刀具等。數(shù)控加工刀具從制造所采用的材料上可分為：高速鋼刀具；硬質(zhì)合金刀具：陶瓷刀具；立方氮化硼刀具；金剛石刀具：涂層刀具。數(shù)控銑床和加工中心上用到的刀具有：鉆削刀具，分小孔、短孔、深孔、攻螺紋、鉸孔等；鏜削刀具，分粗鏜、精鏜等刀具：銑削刀具，分面銑、立銑、三面刃銑等刀具

14、。16切削用量的確定 切削用量包括切削速度、進(jìn)給出速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量。背吃刀量和側(cè)吃刀量在數(shù)控加工中通常稱為切削深度和切削寬度。如圖2所示。圖2 銑削切削用量 選擇切削用量的原則是：粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加和精加時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。 從刀具的耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先確定切削深度或切削寬度，其次確定進(jìn)給出量，最后確定切削速度。1）切削深度ap在工件表面粗糙度值要求為ra12.5m25m時(shí)，如果圓周銑削的加工余量小于5mm，端銑的加工余量小于

15、6mm，粗銑一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動(dòng)力不足時(shí)，可分多次進(jìn)給完成。在工件表面粗糙度值要求為ra3.2m12.5m時(shí)，可分粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑時(shí)切削深度或切削寬度選取同前。粗銑后留0.5mm1.0mm余量，在半精銑時(shí)切除。在工件表面粗糙度值要求為ra0.8m3.2m時(shí)，可分粗銑、半精銑、精銑3步進(jìn)行。半精銑時(shí)切削深度或切削寬度取1.5mm2mm：精銑時(shí)圓周銑側(cè)吃刀量取0.3mm0.5mm，面銑刀背吃刀量取0.5mmlmm。2)進(jìn)給量進(jìn)給量有進(jìn)給速度vf、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f和每齒進(jìn)給量fz3種表示方法。進(jìn)給速度vf是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位

16、為mmmin，在數(shù)控程序中的代碼為f。每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f是銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件與銑刀的相對(duì)位移，單位為mmr。每齒進(jìn)給量fz是銑刀每轉(zhuǎn)過一齒時(shí)，工件與銑刀的相對(duì)位移，單位為mmz。 3種進(jìn)給量的關(guān)系為：vffn=fzzn 銑刀轉(zhuǎn)速為n，銑刀齒數(shù)為z。 每齒進(jìn)給量fz的選取主要取決于工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料的強(qiáng)度和硬度越高，fz越小；反之則越大。硬質(zhì)合金銑刀的每齒進(jìn)給量高于同類高速鋼銑刀。工件表面粗糙度要求越高，fz就越小?？刹槿∮嘘P(guān)表格選取。攻絲時(shí)，送給速度的選擇取決于螺孔的螺距p（單位：mm），由于使用了有浮動(dòng)功能的攻絲夾頭。一般攻絲時(shí)，進(jìn)給速度小于計(jì)算數(shù)值：vf

17、pn表1： 刀具材料與許用最高切削速度表2： 銑刀切削速度（mm/min）2曲型零件的工藝分析與編程21對(duì)如圖3所示紙墊落料模凸模輪廓進(jìn)行編程與加工。刀具直徑為“10”，對(duì)號(hào)為“01”，切削深度為“5”，工件表面z坐標(biāo)為“0”。(給定毛坯為160*100*20，所有表面的粗糙度ra為3.2) a）平面輪廓圖 b）加工后的立體圖圖3 平面典型零件之一1工藝分析：1）幾何尺寸分析。從平面輪廓圖中知，所有尺寸的公差沒有標(biāo)注，即為一般公差，選用中等級(jí)（gb1804m），其極限偏差為：0.3。數(shù)控機(jī)床在正常維護(hù)和操作情況下是完全可達(dá)到的。2）規(guī)劃刀具路徑。根據(jù)零件表面粗糙度的要求，應(yīng)有粗、精加工。根據(jù)毛

18、坯、刀具的直徑，分二次進(jìn)刀進(jìn)行粗加工。留加工余量0.2mm。加工的起刀點(diǎn)設(shè)置在工件的外，距工件邊約10mm。并設(shè)置刀補(bǔ)。為保證加工平穩(wěn)不振動(dòng)。手工編程起刀點(diǎn)與切入點(diǎn)是直線，如圖4a）；自動(dòng)編程起刀點(diǎn)與切入點(diǎn)是圓弧，如圖4b）。3）將典型零件的尺寸作如下變化：（達(dá)到it7） 8080 4040 140140當(dāng)尺寸帶有公差時(shí)，必須對(duì)尺寸公差進(jìn)行處理。 a） b）圖4 刀具路徑的規(guī)劃3)對(duì)尺寸公差處理的方法。一是直接換算，將公差換算成幾何尺寸，供編程和繪圖用。二是用刀補(bǔ)值來完成對(duì)公差的處理。22如圖5所示的槽形零件，其毛坯為四周已加工（厚為20mm），槽寬6mm,槽深2mm。編寫該槽形零件加工程序。

19、圖5 槽形零件工藝和操作清單。該槽形零件除了槽的加工外，還有螺紋孔的加工。其工藝安排為“鉆孔擴(kuò)孔攻螺紋銑槽” ，其工藝和操作清單見表3。表3 槽形零件的工藝清單材料鋁零件號(hào)001程序號(hào)0030操作序號(hào)內(nèi)容主軸轉(zhuǎn)速（rmin）進(jìn)給速度（mmin）刀 具號(hào)數(shù)類型直徑（mm）1中心鉆150080t014mm鉆頭42擴(kuò)鉆2000100t025mm鉆頭53攻螺紋200200t03m6攻螺紋64銑斜槽2300100、180t046mm銑刀6注意： 槽的表面粗糙度為ra3.2，其余為ra12.5。？23圖6為某快餐盒凹模的零件圖。圖6 快餐盒的三視圖分析：快餐盒的主要結(jié)構(gòu)是由多個(gè)曲面組成的凹型型腔，型腔四周的斜平面之間采用半徑為20mm