X010200288B18NR02P0003 課件5.4 減材制造

課程框架課程引入課程認知減材制造數(shù)控編程實踐訓練交流討論實踐訓練評價反饋課程總結，布置作業(yè)激學導思講授新知教學鞏固教學提升教學延伸課程總結及5S整理5分鐘30分鐘30分鐘140分鐘140分鐘15分鐘課程引入課程認知數(shù)控編程減材制造課程總結、課后作業(yè)及5S管理一二三四五目錄能力目標（1）根據(jù)結構特點對零件進行拆分；（2）獨立完成零部件的編程及加工；（3）掌握減材制造設備的基本操作。知識目標（1）能夠選擇合適的命令完成零件編程；（2）了解數(shù)控機床的結構、傳動方式、操作方式等。素質目標（1）具有嚴謹求實的精神；（2）具有個人實踐創(chuàng)新能力；（3）具備5S職業(yè)素養(yǎng)。課程目標一課程引入經(jīng)小組討論，小組A已經(jīng)確定各零部件的加工方法。現(xiàn)由小組A對創(chuàng)新后的上殼進行打樣，根據(jù)現(xiàn)有設備、上殼結構特征，對上殼進行減材制造。圖1.4-1上殼三維模型二課程認知

減材制造，顧名思義，是相對增材制造而言，是近幾年在3D打印增材制造技術得到普及后，對沿用的生產(chǎn)方式進行重新定義后所得，是“傳統(tǒng)”機械加工制造的一種別稱。與增材制造、等材制造，統(tǒng)稱為制造業(yè)的“三大支柱”。圖1.4-2減材制造的產(chǎn)品定義二課程認知

手動加工：是指通過機械工人手動操作車床、銑床、刨床、磨床、鉆床、鋸床等機械設備來實現(xiàn)對各種材料進行加工，最終得出所需產(chǎn)品的方法。手動加工適合進行小批量、簡單化的零件生產(chǎn)。圖1.4-3手動加工設備定義二課程認知

數(shù)控加工：是指在數(shù)控機床上進行零件加工的一種工藝方法，數(shù)控機床加工與傳統(tǒng)機床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的，但也發(fā)生了明顯的變化。用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復雜、精度高等問題和實現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。圖1.4-4數(shù)控加工設備定義二課程認知

數(shù)控機床是按預先編制好的加工程序自動對工件進行加工的。數(shù)控機床通常由機床本體、伺服系統(tǒng)、數(shù)控裝置和控制介質四部分組成?？刂平橘|又稱為信息載體，是將人的操作意圖轉達給數(shù)控機床的一個中間媒體，它載有加工一個零件所必需的全部信息。常用的控制介質有穿孔帶、磁帶、磁盤等可以存儲指令信息的載體。對于簡短的數(shù)控加工程序，可通過數(shù)控操作面板上的鍵盤直接輸入數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的中樞，它接收控制介質送來的信息，加以變換和處理后轉換成脈沖信號控制機床動作。伺服系統(tǒng)是連接機床運動部件與數(shù)控系統(tǒng)的裝置，包括伺服驅動機構和機床的可移動部件。它是機床數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，將數(shù)控裝置發(fā)出來的脈沖信號轉變?yōu)闄C床部件的運動，使工作臺或刀架精確定位或按預期軌跡作嚴格的相對運動，加工出符合圖樣要求的零件。機床本體是數(shù)控機床的機械部分，除了主傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺和輔助部分等一般部件外，還有特殊部件，如儲備刀具的刀庫、自動換刀裝置和回轉工作臺等。機床組成二課程認知

(1) 加工精度高，加工質量穩(wěn)定(2) 適應性強(3) 加工生產(chǎn)率高，經(jīng)濟效益好(4) 減輕操作者的勞動強度，加工自動化和操作簡單化。(5) 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化(6) 數(shù)控機床價格昂貴，維修較難加工特點二課程認知

加工范圍直紋曲面類零件平面類零件圖1.4-5平面類零件與直紋曲面類零件二課程認知

加工范圍立體曲面類零件圖1.4-6立體曲面類零件加工加工方法行切加工法

三坐標聯(lián)動加工法二課程認知

切削要素1、切削速度（Vc）定義：主運動的線速度稱為切削速度(m/min)。由于加工中心的主運動是指銑刀的旋轉運動，故銑削的切削速度是指銑刀外圓上刀刃的線速度。其計算公式為：Vc=πnD/1000其中D-----銑刀的直徑（mm）

n-----機床的主軸轉速（r/min）一般情況下，在加工過程中，會把切削速度Vc換算成主軸轉速n，即程序中必定會出現(xiàn)的程序段M03S______。二課程認知

切削要素1、切削速度（Vc）選擇合適的切削參數(shù)，同時也要考慮以下幾點：1）刀具材料硬度高，耐磨、耐熱性較好時，可取較高的切削速度。2）工件材料可切削性差時，如強度、硬度高，塑性太大或較小，切削速度應取低些。3）粗加工時，宜選用較低的切削速度。精加工時，宜選用較高的切削速度。4）工藝系統(tǒng)(機床、夾具、刀具、工件)的剛度較差時，應適當降低切削速度以防止振動。5）切削速度的選用應與切深、進給量的選擇相適應。當切深、進給量增大時，刀刃負荷增加，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高。當切深、進給量均小時，可選擇較高的切削速度。6）在機床功率較小的機床上，限制切削速度的因素也可能是機床功率。在一般情況下，可以先根據(jù)刀具耐用度來求出切削速度，然后再校驗機床功率是否超載。二課程認知

切削要素2、進給量（f）定義：進給運動速度的大小，即刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。一般有以下三種方法:①每齒進給量fz：銑刀每轉過1齒，工件沿進給方向所移動的距離(mm/z)。②每轉進給量f：銑刀每轉過1轉，工件沿進給方向所移動的距離(mm/r)。③每分鐘進給量F：銑刀每旋轉1min，工件沿進給方向所移動的距離(mm/min)。上述三種進給量存在關系:F=nf=nZfz其中D-----銑刀的齒數(shù)

n-----機床的主軸轉速（r/min）二課程認知

切削要素2、進給量（f）選擇合適的進給量，同時也要考慮以下幾點：1）每齒進給量的選取主要依據(jù)工件材料的力學性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強度和硬度越高，且切削力越高，每齒進給量宜選得小些；刀具強度、韌性越高，可承受的切削力越大，每齒進給量宜選得大一些；工件表面粗糙度要求越高，每齒進給量選小些：工藝系統(tǒng)剛性差，每齒進給量應取較小值。2）粗加工時，由于對工件的表面質量沒有太高的要求，這時主要根據(jù)機床進給機構的強度和剛性、刀桿的強度和剛性、刀具材料、刀桿和工件尺寸，以及已選定的背刀吃量等因素來選取進給速度。3）精加工時，則按工件表面粗糙度、刀具及工件材料等因素來選取進給速度。二課程認知

切削要素3、吃刀量（a）吃刀量是指兩平面之間的距離。吃刀量包含背吃刀量ap和側吃刀量ae。其中背吃刀量（ap）又稱銑削深度，是指在平行于銑刀軸線方向上測得的切削層尺寸，單位為mm。側吃刀量（ae）又稱銑削寬度，是指垂直于銑刀軸線方向與工件進給方向所在平面上測得的切削層尺寸，單位為mm。二課程認知

切削要素3、吃刀量（a）選擇合適的背吃刀量和側吃刀量主要由加工余量和對表面質量的要求決定：1）當工件表面粗糙度值要求為Ra=12.5～25um時，如果圓周銑削加工余量小于5mm，端面銑削加工余量小于6mm，粗銑一次進給就可以達到要求。但是在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機床動力不足時，可分為兩次進給完成。2）當工件表面粗糙度值要求為Ra=32～12.5um時，應分為粗銑和半精銑兩步進行。粗銑時背吃刀量或側吃刀量選取同Ra=12.5～25um時的加工數(shù)值。粗銑后留0.5～1.0mm余量,在半精銑時切除。3）當工件表面粗糙度值要求為Ra=0.8～3.2um時，應分為粗銑、半精銑、精銑三步進行。半精銑時背吃刀量或側吃刀量取1.5～2mm，精銑時，圓周銑側吃刀量取0.3～0.5mm,面銑刀背吃刀量取0.5～1mm。三數(shù)控編程側槽用于安裝聲音調節(jié)按鈕，如采用減材加工方式加工，有兩種常用的加工方法。方法一為對上殼完成正面、反面加工工位后，增加第三工位。方法二為在進行反面工位加工時，增加一個工步，使用T型刀進行加工。1.拆分上殼圖1.4-7上殼卡扣位三數(shù)控編程扣位也稱卡扣，是塑膠件連接固定的常用結構，在強度要求不高的情況下可以用于代替螺絲固定。扣位設計在于“扣”，需要結合緊密，保證測試強度，達到安裝目的即可。卡扣常做在裝飾件固定，面底殼組裝、屏固定、按鍵限位、蓋體扣合、方向球等結構處。1.拆分上殼圖1.4-8上殼側槽三數(shù)控編程1.拆分上殼在進行手辦加工前，考慮滿足樣件的基本功能的同時，為了降低開發(fā)成本及提高生產(chǎn)效率，會對此類特征進行拆分，對拆分后的小部件根據(jù)結構特點及難易程度，選擇增材制造、減材制造進行制作圖1.4-9上殼拆分結果實踐與訓練實踐與訓練針對項目單卡“訓練一”，根據(jù)現(xiàn)有設備、上殼的結構特點，對上殼進行拆分并確定各拆分件加工方法。要求：（1）拆分過程中要保證特征的單一性；（2）按照拆分后各部件的特點，選擇合適的加工方法并填寫表格。三數(shù)控編程三數(shù)控編程2.編程準備1、繪制輔助體（圍框）依次1、提取上殼最大輪廓，向外偏置10mm（粗加工所用刀具直徑+2～5mm），高度為21mm（-0.5～+20.5）；2、提取步驟1的輪廓向外偏置5mm，高度為25mm（-4.5～+20.5）；3、上述兩實體求差得出輔助體。圖1.4-10繪制輔助體（圍框）三數(shù)控編程2.編程準備1、繪制輔助體依次1、使用“抽取幾何體”命令，復制上殼；2、使用“刪除面”命令，移除上殼上的孔特征；圖1.4-11繪制輔助體三數(shù)控編程2.編程準備2、繪制毛坯使用“包容塊”命令，創(chuàng)建加工毛坯，尺寸為130×95×25。圖1.4-12繪制毛坯三數(shù)控編程2.編程準備3、創(chuàng)建刀具根據(jù)工件加工要求，以及刀具的屬性，創(chuàng)建所需使用的刀具。經(jīng)分析，上殼加工需要用到3把刀具，分別為Φ8平銑刀、Φ6平銑刀、和R3球頭銑刀。1、T1D8：Φ8平銑刀；2、T2D6：Φ6平銑刀；3、T3R3：R3球頭銑刀圖1.4-13刀具列表三數(shù)控編程2.編程準備4、創(chuàng)建坐標系及部件依次創(chuàng)建坐標系及部件1）正面加工：

WCS1（毛坯上表面中心處）

WP1-1（部件選擇輔助體1與輔助體2）

WP1-2（部件選擇輔助體1與上殼）圖1.4-14創(chuàng)建坐標系三數(shù)控編程2.編程準備4、創(chuàng)建坐標系及部件依次創(chuàng)建坐標系及部件2）翻面加工：WCS2（毛坯反面后表面中心處）

WP2-1（部件選擇輔助體1）

WP2-2（部件不選擇任何實體）圖1.4-15創(chuàng)建坐標系三數(shù)控編程2.編程準備圖1.4-16調整加工余量5、修改加工余量依次修改粗精加工余量1）粗加工：部件余量調整為0.2mm

其余不變2）精加工內公差、外公差調整0.01

其余不變三數(shù)控編程3.編程-正面（1）工步一：整體開粗【型腔銑】本工步主要對零件整體進行開粗。在編程時要注意：需根據(jù)零件與邊框間的間距選擇合適刀具；選擇部件時，為了提高效率，需把上殼中內輪廓特征剔除；確定切削分層時，需根據(jù)特征特點進行分層，曲面分層不大于1mm，垂直面分層不大于所選刀具半徑即可。圖1.4-17整體開粗刀軌三數(shù)控編程3.編程-正面（2）工步二：上表面精加工【面銑】本工步主要對毛坯上表面進行精加工。由于工步一已對毛坯中部進行挖空處理，上表面只剩余四周部分余料，因此僅需對該部分進行加工即可，在編程時，可以對已挖空部分的程序進行修剪，減少程序步數(shù)，提高效率。圖1.4-18上表面精加工刀軌三數(shù)控編程3.編程-正面（3）工步三：對刀位/裝夾位加工【平面銑/平面輪廓銑本工步主要對毛坯四周進行精加工，加工出翻面加工時的對刀位、裝夾位。編程時可以利用毛坯的輪廓，通過控制余量保證輪廓四周都能被切削。圖1.4-19對刀位/裝夾位加工刀軌三數(shù)控編程（4）工步四：內輪廓粗加工【平面銑】本工步主要對上殼內輪廓進行粗加工。注意底面需低于底面不少于0.5mm，且進刀方式注意避免直插式進刀。3.編程-正面圖1.4-20內輪廓粗加工刀軌三數(shù)控編程（5）工步五：內輪廓精加工【平面銑】本工步主要對上殼內輪廓進行精加工。編程時可對工步四所編制的程序進行復制后再進行微調即可，進刀時注意避空，避免出現(xiàn)過切現(xiàn)象。3.編程-正面圖1.4-21內輪廓精加工刀軌三數(shù)控編程（6）工步六：外輪廓精加工【平面輪廓銑】本工步主要對上殼主體外輪廓進行精加工。編程時，進刀方式可選擇圓弧進退刀，選用該方式時必須計算圓弧半徑的合理范圍，在合理范圍內，盡可能的選擇最大數(shù)值。3.編程-正面圖1.4-22外輪廓精加工刀軌三數(shù)控編程（7）工步七：曲面精加工【固定輪廓銑】本工步主要對上殼上表面的曲面進行精加工。在設定驅動方式參數(shù)時，根據(jù)特征的斜度選擇步距的應用場景。特征傾斜角度<30°，可選擇步距應用于平面上，既能保證加工效率，又能獲得較好的表面加工效果；否則，需選擇應用于部件上。3.編程-正面圖1.4-23曲面精加工刀軌三數(shù)控編程3.編程-反面（1）工步一：整體開粗【型腔銑】本工步主要對上殼進行整體粗加工。由于部分特征平面高度之間的高度差較少，粗加工時無需因此而創(chuàng)建多個不同分層，統(tǒng)一設定一個切削層值即可。圖1.4-24整體開粗刀軌三數(shù)控編程（2）工步二：整體輪廓精加工【底壁銑】本工步主要對上殼內壁進行精加工。此工步對內輪廓進行精加工時，由于銑床的加工特點，無法對所有特征均加工到位，不可避免有所殘留，因此，可以根據(jù)產(chǎn)品之間的裝配關系，對裝配位、關鍵特征加工到位即可，其余特征可以放棄或者等后處理進行修整。

3.編程-反面圖1.4-25整體輪廓精加工刀軌三數(shù)控編程（3）工步三：底面精加工【底壁銑】本工步主要對上殼內底面進行精加工。此工步與工步二基本相同，只需對工步二程序進行復制，修改切削模式與分層情況即可，無需進行過多的調整。3.編程-反面圖1.4-26整體底面精加工刀軌三數(shù)控編程（4）工步四：內平面精加工組【平面輪廓銑/底壁銑】本工步主要對上殼除內底面外的平面進行精加工。此工步對除底面外的平面進行分層加工，根據(jù)特征平面的高度、特征的特點，可以采用平面銑、平面輪廓銑、底壁銑進行。編程時根據(jù)高度進行編程，可減少漏加工的情況出現(xiàn)。3.編程-反面圖1.4-27內平面精加工刀軌三數(shù)控編程（4）工步四：內平面精加工組【平面輪廓銑/底壁銑】由于下殼支撐筋所在高度基本在同一高度，且平面面積小，因此可以采用平面輪廓銑指令把同一高度的平面連接起來一起加工。3.編程-反面圖1.4-27內平面精加工刀軌三數(shù)控編程（4）工步四：內平面精加工組【平面輪廓銑/底壁銑】剩余的平面特征相對較大，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，這些平面無法通過簡單線段連接，或者連接后的線段結構復雜，不利于編程，因此可底壁銑進行編程。3.編程-反面圖1.4-27內平面精加工刀軌三數(shù)控編程（5）工步五：拔模柱精加工【深度輪廓銑】本工步主要對拔模柱進行精加工。此工步按照一般情況，會采用球頭銑刀進行加工，對于本零件，該拔模圓柱用于電路板定位，與底面交接處無太大關系，因此可以采用球刀直接加工，忽略底面的方法加工；或者使用平銑刀進行加工。此處使用平銑刀一次性對拔模柱進行精加工。3.編程-反面圖1.4-28拔模柱精加工刀軌三數(shù)控編程（6）工步六：拆分位加工【平面銑】本工步主要對裝配位加工。由于裝配位需通過后處理，后處理時需要對該特征進行修整，使用爽身粉、原子灰進行粘合，因此此處尺寸要求不高，無需分粗精加工，一步加工到位即可。3.編程-反面圖1.4-28拆分位加工刀軌三數(shù)控編程（7）工步七：切斷【平面銑】本工步主要是分離上殼。本公布的編程情況需根據(jù)零件翻面前是否填充塑凝石膏選擇不用的加工刀路。如已填充石膏，由于石膏已把正面加工的縫隙填充，產(chǎn)品的剛性得到提高，在編程時可以直接拾取輪廓線，進行2次輪廓加工即可分離工件；如未填充石膏，由于剛性不足，需根據(jù)實際情況，增加輔助特征，且進行多刀次加工，一般行距為0.3-0.5mm。此處采用無填充石膏情況進行編程。3.編程-