加工中心技師論文-薄壁件的數(shù)控銑削加工及工裝設(shè)計(jì)

1、國家職業(yè)資格全國統(tǒng)一鑒定 加工中心技師論文 國家職業(yè)資格二級(jí) 論文題目 : 薄壁件的數(shù)控銑削加工及工裝設(shè)計(jì)姓 名：身份證號(hào)：準(zhǔn)考證號(hào)：所在省市：江蘇省南京市 所在單位：薄壁件的數(shù)控銑削加工及工裝設(shè)計(jì)姓 名：單 位：摘要: 薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門,由于它具有重量輕,節(jié) 約材料,結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)；但薄壁零件很難加工,緣由是薄壁零件 剛性差,強(qiáng)度弱,在加工中極簡單變形,使零件的形位誤差增大,不易保證零件的加工質(zhì)量；但是薄壁零件尺寸較大、加工余量大、相對(duì)剛度較低；在切削力、切削熱、切削振顫等因素影響下,易發(fā) 生加工變形,不易掌握加工精度和提高加工效率；加工變形和加工 效率問題已成為薄壁結(jié)構(gòu)

2、加工的重要約束本文就以典型薄壁零件的 數(shù)控加工進(jìn)加工分析,解決以上問題為更好的加工薄壁零件供應(yīng)了 好的依據(jù)及借鑒；關(guān)鍵詞：薄壁；工裝設(shè)計(jì)；工藝分析；數(shù)控編程一、運(yùn)算機(jī)幫助制造 運(yùn)算機(jī)幫助制造 computer aided manufacturing 是指在機(jī)械制造業(yè) 中,利用電子數(shù)字運(yùn)算機(jī)通過各種數(shù)值掌握機(jī)床和設(shè)備,自動(dòng)完成離散產(chǎn)品的加工、裝配、檢測(cè)和包裝等制造過程；簡稱CAM；除 CAM的狹義定義外,國際運(yùn)算機(jī)幫助制造組織CAM-I 關(guān)于運(yùn)算機(jī)幫助制造有一個(gè)廣義的定義：“ 通過直接的或間接的運(yùn)算機(jī)與企業(yè)的物質(zhì)資源或人力資源的聯(lián)接界面,把運(yùn)算機(jī)技術(shù)有效地應(yīng)用于企業(yè)的治理、掌握和加工操作；” 依

3、據(jù)這肯定義,運(yùn)算機(jī)幫助制造包括企業(yè)生產(chǎn)信息治理、運(yùn)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)（CAD）和運(yùn)算機(jī)幫助生產(chǎn)、制造 3 部分；運(yùn)算機(jī)幫助生產(chǎn)、制造又包括連續(xù)生產(chǎn)過程掌握和離散零件自動(dòng)制造兩種運(yùn)算機(jī)掌握方式；這種廣義的運(yùn)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)又稱為整體制造系統(tǒng)IMS）；采納運(yùn)算機(jī)幫助制造零件、部件,可改善對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和品種多變的適應(yīng)才能,提高加工速度和生產(chǎn)自動(dòng)化水 平,縮短加工預(yù)備時(shí)間,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量和批量生產(chǎn)的勞動(dòng) 生產(chǎn)率；1二、影響其加工精度的因素 大家都知道影響加工精度的因素許多,其中有以下三方面最為主要；受力變形；因工件薄壁,在夾緊力的作用下簡單產(chǎn)生變形,從而影響工 件的尺寸精度和外形精度；受熱變形；切

4、削熱會(huì)引起工件熱變形,使工 件尺寸難于掌握； 機(jī)械振動(dòng)； 在切削力的作用下, 簡單產(chǎn)生振動(dòng)和變形；影響工件的尺寸精度、外形、位置精度和表面粗糙度；三、提高薄壁零件加工精度的方法 采納數(shù)控機(jī)床加工 3.1 目前,我國加工此類零件多采納數(shù)控機(jī)床加工；數(shù)控機(jī)床具有精度高、穩(wěn)固性好,刀庫大等特點(diǎn),在加工薄壁零件的過程中,大大的縮短了傳統(tǒng)的機(jī)加工工藝規(guī)程和工時(shí). 提高了零件的加工精度；采納數(shù)控機(jī)床時(shí)應(yīng)留意下面幾方面；裝夾方式,采納一般的三爪卡盤簡單因受力不均造成工件 變形；可以采納開口過渡環(huán)、專用卡爪、心軸或?qū)Ｓ脢A具等防止工件變形；合理挑選刀具幾何角度,削減徑向切削力；合理挑選切削用量削減工 件變形；合

5、理編寫程序,以達(dá)到提高工件加工精度和質(zhì)量的目的； 3.2 采納高速加工技術(shù) 高速加工 HSM或 HSC是二十世紀(jì)九十歲月快速進(jìn)展應(yīng)用的先進(jìn)加工技、 高 的 進(jìn) 給 速 度 術(shù) ； 通 常 是 指 高 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 10000-100000r/min 40m-180m/min 下的銑削加工；高速加工在實(shí)際應(yīng)用中能解決新材料的加 工問題,適應(yīng)表面質(zhì)量高、精度高、外形復(fù)雜的三維曲面加工,削減和避 免效率低的電火花加工,解決薄壁零件的加工問題；高速銑削銑削力小,有較高的穩(wěn)固性,可高質(zhì)量地加工出薄壁模具和整體結(jié)構(gòu)式零件；如高速 切削可使飛機(jī)大量采納整體結(jié)構(gòu)零件,明顯減輕部件重量,提高零件牢靠 性,

6、削減裝配工時(shí)；在數(shù)碼產(chǎn)品或繼電器產(chǎn)品中,薄壁模具加工困難,但采納高速銑削技術(shù)可以大大改善；能加工出壁厚 零件； 3.3 進(jìn)刀和退刀方法0.2mm,壁高 20mm的薄壁每次當(dāng)一個(gè)銑刀刀片進(jìn)入切口時(shí),切削刃可能會(huì)遭受到?jīng)_擊載荷影響,這取決于切屑截面、工件材料和切削類型；對(duì)于銑削過程來講,切削刃和 工件材料之間最初接觸與最終接觸的類型是否合適是極為重要的；另外,對(duì)于切削刃的進(jìn)入和退出,精確定位刀具也很重要；2在第一種情形下,刀具的中心線完全位于工件寬度之外,并且刀片進(jìn) 入時(shí)最外端的刀尖會(huì)受到猛烈碰撞,這意味著刀具最敏銳的部位易受到初 始的沖擊載荷影響；刀片也會(huì)離開切口僅保持刀尖接觸,這意味著會(huì)將切

7、削力完全施加到刀片的最外端,并保持到刀片突然脫離工件為止；這就是 沖擊卸載力；在其次種情形下,刀具的中心線與工件邊緣處于同一條直線；當(dāng)切削 厚度處于最大值時(shí),刀片便會(huì)離開切口,并且在刀片進(jìn)入和退出時(shí)沖擊載 荷會(huì)特別高；在第三種情形下,刀具的中心線完全位于工件寬度之內(nèi)；當(dāng)?shù)镀M(jìn)入 切口時(shí),初始撞擊更多會(huì)沿著切削刃,而遠(yuǎn)離敏銳的刀尖；并且在刀片退 出時(shí),刀片會(huì)逐步地離開切口；這種使切削刃離開工件材料的方式是特別重要的；在逐步接近切口末 端時(shí),剩余材料會(huì)略微退開,從而削減了刀片間隙；另外在將切削排出時(shí) 會(huì)順著刀片表面產(chǎn)生瞬時(shí)張力,并且經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致在工件上形成毛刺的風(fēng)險(xiǎn)；這種張力可確保在此風(fēng)險(xiǎn)下切削刃的

8、安全性；這種情形便特別明顯；當(dāng)?shù)毒叩闹行木€與工件邊緣一樣或特別靠近時(shí),此時(shí),銑刀應(yīng)以肯定的正前角而不是負(fù)前角（工件與切削刃的夾角）離開 工件；當(dāng)工件表面上存在空間時(shí)就會(huì)顯現(xiàn)問題；在這種情形下,常用的解 決方案是挑選更牢固的切削刃,同時(shí)仍有時(shí)必需重新考慮齒距或刀片槽形；在考慮全部方方面面的同時(shí),應(yīng)將銑削工序看作為一個(gè)整體,以獲得最合 適的刀具和刀片類型；四、零件圖紙分析 尺寸標(biāo)注應(yīng)符合加工的特點(diǎn) 4.1 在編程中,全部點(diǎn)、線、面的尺寸和位置都是以編程原點(diǎn)為基準(zhǔn)的；因此零件圖樣上最好直接給出坐標(biāo)尺寸,或盡量以同一基準(zhǔn)引注尺寸； 4.2 零件圖的完整性與正確性分析 在程序編制中,必需充分把握構(gòu)成零件

9、輪廓的幾何要素,參數(shù)及各幾 何要素間的關(guān)系；由于在自動(dòng)編程時(shí)要對(duì)零件輪廓的全部幾何元素進(jìn)行定 義,手工編程時(shí)要運(yùn)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo),無論哪一點(diǎn)不明確或不確定,編程都無法進(jìn)行；4.3 零件技術(shù)要求分析3零件的技術(shù)要求主要指尺寸精度、外形精度、位置精度、表面粗糙度 及熱處理等,這些要求在保證零件使用性能的前提下,應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理；4.4 定位基準(zhǔn)的挑選 依據(jù)基準(zhǔn)挑選原就并結(jié)合該零件的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了專用夾具；由于該零 件最大的特點(diǎn)就是壁薄,導(dǎo)致銑削加工時(shí)剛性不足；因此在工裝設(shè)計(jì)時(shí)既 要考慮定位牢靠、夾緊便利,仍要考慮如何增加工件的剛性,削減銑削時(shí) 的振動(dòng)及由于剛性不足而引起的變形,從而有效保證零件加工精度；

10、定位 夾具設(shè)計(jì)如圖 1 所示；圖 1 定位夾具的設(shè)計(jì) 五、薄壁的加工工藝性分析 薄壁件加工工藝性分析是編程前的重要工藝預(yù)備工作之一,依據(jù)加工 實(shí)踐,利用數(shù)控機(jī)床具有高精度、高柔性、高效率,特別適合加工具有精 度要求高,工序多和曲面輪廓復(fù)雜的零件等特點(diǎn)；零件圖紙如圖 2 所示； 5.1 薄壁件的圖樣工藝分析 圖樣分析主要有以下幾點(diǎn)：1 尺寸精度要求和表面粗糙度要求；2 相互位置精度要求；3 復(fù)雜的曲線曲面；4 是否有集中加工的表面； 5.2 挑選合適的機(jī)床 在挑選加工此件時(shí),應(yīng)充分發(fā)揮加工中心的加工外形復(fù)雜,工序集中,4加工精度和定位精度高等加工優(yōu)勢(shì)；挑選數(shù)控加工中心的主要依據(jù)如下：加工中心綜合

11、了現(xiàn)代掌握技術(shù),運(yùn)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),精密測(cè)量技術(shù)以及 機(jī)床設(shè)計(jì)與制造等方面的最新成就,具有較高科技含量；加工中心集中了金屬切削設(shè)備的優(yōu)勢(shì),具有多工藝手段,能實(shí)現(xiàn)工件 一次裝夾后銑、鏜、鉆、锪等綜合加工,對(duì)中等加工難度的批量工件,其 生產(chǎn)效率是一般設(shè)備的 510 倍,而且仍節(jié)約工裝,調(diào)換工藝時(shí)能表達(dá)出 相對(duì)的柔性；加工中心的掌握系統(tǒng)功能較多,機(jī)床運(yùn)動(dòng)至少用個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸,在 機(jī)械制造領(lǐng)域承擔(dān)著精密復(fù)雜的任務(wù)加工,按給定的工藝指令自動(dòng)工出所 需幾何外形的工件；a 俯視圖 b 正視圖 c 成型圖圖 2 零件圖紙5 5.3 加工路線的挑選加工中心刀具的進(jìn)給路線包括孔加工進(jìn)給路線和銑削加工進(jìn)給路線： 1 孔加

12、工進(jìn)給路線的確定孔加工時(shí),一般是先將刀具在 然后再沿 Z 向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工；XY平面內(nèi)快速定位到孔中心線的位置上,刀具在 XY平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)為點(diǎn)位運(yùn)動(dòng),確定其進(jìn)給路線是重點(diǎn)考慮：a. 定位快速,空行程路線要短；b. 定位要精確,防止機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)反向間隙對(duì)孔位置精度的影響；c. 當(dāng)定位快速與定位精確不能同時(shí)滿意時(shí),如按最短進(jìn)給路線進(jìn)給能 保證定位精度,就取最短路線；反之,應(yīng)取能保證定位精度的路線；刀具在 Z 向的進(jìn)給路線分為快速移動(dòng)進(jìn)給路線和工作進(jìn)給路線；如圖 3 所示；圖 3 刀具 Z 向 的進(jìn)給路線 2 銑削加工進(jìn)給路線的確定銑削加工進(jìn)給路線包括切削進(jìn)給和Z 向快速移動(dòng)進(jìn)給兩種進(jìn)給路線；銑床加工進(jìn)給路線