X010200288B18NR02P0003 課件5.4 減材制造

課程框架課程引入課程認(rèn)知減材制造數(shù)控編程實(shí)踐訓(xùn)練交流討論實(shí)踐訓(xùn)練評(píng)價(jià)反饋課程總結(jié)，布置作業(yè)激學(xué)導(dǎo)思講授新知教學(xué)鞏固教學(xué)提升教學(xué)延伸課程總結(jié)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(rèn)知數(shù)控編程減材制造課程總結(jié)、課后作業(yè)及5S管理一二三四五目錄能力目標(biāo)（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)零件進(jìn)行拆分；（2）獨(dú)立完成零部件的編程及加工；（3）掌握減材制造設(shè)備的基本操作。知識(shí)目標(biāo)（1）能夠選擇合適的命令完成零件編程；（2）了解數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、操作方式等。素質(zhì)目標(biāo)（1）具有嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的精神；（2）具有個(gè)人實(shí)踐創(chuàng)新能力；（3）具備5S職業(yè)素養(yǎng)。課程目標(biāo)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?，F(xiàn)由小組A對(duì)創(chuàng)新后的上殼進(jìn)行打樣，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備、上殼結(jié)構(gòu)特征，對(duì)上殼進(jìn)行減材制造。圖1.4-1上殼三維模型二課程認(rèn)知

減材制造，顧名思義，是相對(duì)增材制造而言，是近幾年在3D打印增材制造技術(shù)得到普及后，對(duì)沿用的生產(chǎn)方式進(jìn)行重新定義后所得，是“傳統(tǒng)”機(jī)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(rèn)知

手動(dòng)加工：是指通過機(jī)械工人手動(dòng)操作車床、銑床、刨床、磨床、鉆床、鋸床等機(jī)械設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料進(jìn)行加工，最終得出所需產(chǎn)品的方法。手動(dòng)加工適合進(jìn)行小批量、簡(jiǎn)單化的零件生產(chǎn)。圖1.4-3手動(dòng)加工設(shè)備定義二課程認(rèn)知

數(shù)控加工：是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法，數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)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(jī)械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問題和實(shí)現(xiàn)高效化和自動(dòng)化加工的有效途徑。圖1.4-4數(shù)控加工設(shè)備定義二課程認(rèn)知

數(shù)控機(jī)床是按預(yù)先編制好的加工程序自動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行加工的。數(shù)控機(jī)床通常由機(jī)床本體、伺服系統(tǒng)、數(shù)控裝置和控制介質(zhì)四部分組成?？刂平橘|(zhì)又稱為信息載體，是將人的操作意圖轉(zhuǎn)達(dá)給數(shù)控機(jī)床的一個(gè)中間媒體，它載有加工一個(gè)零件所必需的全部信息。常用的控制介質(zhì)有穿孔帶、磁帶、磁盤等可以存儲(chǔ)指令信息的載體。對(duì)于簡(jiǎn)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(jī)床的中樞，它接收控制介質(zhì)送來(lái)的信息，加以變換和處理后轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)控制機(jī)床動(dòng)作。伺服系統(tǒng)是連接機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件與數(shù)控系統(tǒng)的裝置，包括伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床的可移動(dòng)部件。它是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，將數(shù)控裝置發(fā)出來(lái)的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)或刀架精確定位或按預(yù)期軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出符合圖樣要求的零件。機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分，除了主傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)和輔助部分等一般部件外，還有特殊部件，如儲(chǔ)備刀具的刀庫(kù)、自動(dòng)換刀裝置和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等。機(jī)床組成二課程認(rèn)知

(1) 加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定(2) 適應(yīng)性強(qiáng)(3) 加工生產(chǎn)率高，經(jīng)濟(jì)效益好(4) 減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，加工自動(dòng)化和操作簡(jiǎn)單化。(5) 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化(6) 數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，維修較難加工特點(diǎn)二課程認(rèn)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(rèn)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(biāo)聯(lián)動(dòng)加工法二課程認(rèn)知

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

n-----機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速（r/min）一般情況下，在加工過程中，會(huì)把切削速度Vc換算成主軸轉(zhuǎn)速n，即程序中必定會(huì)出現(xiàn)的程序段M03S______。二課程認(rèn)知

切削要素1、切削速度（Vc）選擇合適的切削參數(shù)，同時(shí)也要考慮以下幾點(diǎn)：1）刀具材料硬度高，耐磨、耐熱性較好時(shí)，可取較高的切削速度。2）工件材料可切削性差時(shí)，如強(qiáng)度、硬度高，塑性太大或較小，切削速度應(yīng)取低些。3）粗加工時(shí)，宜選用較低的切削速度。精加工時(shí)，宜選用較高的切削速度。4）工藝系統(tǒng)(機(jī)床、夾具、刀具、工件)的剛度較差時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度以防止振動(dòng)。5）切削速度的選用應(yīng)與切深、進(jìn)給量的選擇相適應(yīng)。當(dāng)切深、進(jìn)給量增大時(shí)，刀刃負(fù)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(dāng)切深、進(jìn)給量均小時(shí)，可選擇較高的切削速度。6）在機(jī)床功率較小的機(jī)床上，限制切削速度的因素也可能是機(jī)床功率。在一般情況下，可以先根據(jù)刀具耐用度來(lái)求出切削速度，然后再校驗(yàn)機(jī)床功率是否超載。二課程認(rèn)知

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

n-----機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速（r/min）二課程認(rèn)知

切削要素2、進(jìn)給量（f）選擇合適的進(jìn)給量，同時(shí)也要考慮以下幾點(diǎn)：1）每齒進(jìn)給量的選取主要依據(jù)工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強(qiáng)度和硬度越高，且切削力越高，每齒進(jìn)給量宜選得小些；刀具強(qiáng)度、韌性越高，可承受的切削力越大，每齒進(jìn)給量宜選得大一些；工件表面粗糙度要求越高，每齒進(jìn)給量選小些：工藝系統(tǒng)剛性差，每齒進(jìn)給量應(yīng)取較小值。2）粗加工時(shí)，由于對(duì)工件的表面質(zhì)量沒有太高的要求，這時(shí)主要根據(jù)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性、刀桿的強(qiáng)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(lái)選取進(jìn)給速度。3）精加工時(shí)，則按工件表面粗糙度、刀具及工件材料等因素來(lái)選取進(jìn)給速度。二課程認(rèn)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(cè)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(cè)得的切削層尺寸，單位為mm。側(cè)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(jìn)給方向所在平面上測(cè)得的切削層尺寸，單位為mm。二課程認(rèn)知

切削要素3、吃刀量（a）選擇合適的背吃刀量和側(cè)吃刀量主要由加工余量和對(duì)表面質(zhì)量的要求決定：1）當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=12.5～25um時(shí)，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(jìn)給就可以達(dá)到要求。但是在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動(dòng)力不足時(shí)，可分為兩次進(jìn)給完成。2）當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=32～12.5um時(shí)，應(yīng)分為粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量選取同Ra=12.5～25um時(shí)的加工數(shù)值。粗銑后留0.5～1.0mm余量,在半精銑時(shí)切除。3）當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=0.8～3.2um時(shí)，應(yīng)分為粗銑、半精銑、精銑三步進(jìn)行。半精銑時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量取1.5～2mm，精銑時(shí)，圓周銑側(cè)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(cè)槽用于安裝聲音調(diào)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(duì)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(jìn)行反面工位加工時(shí)，增加一個(gè)工步，使用T型刀進(jìn)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(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度要求不高的情況下可以用于代替螺絲固定?？畚辉O(shè)計(jì)在于“扣”，需要結(jié)合緊密，保證測(cè)試強(qiáng)度，達(dá)到安裝目的即可?？鄢Ｗ鲈谘b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(jié)構(gòu)處。1.拆分上殼圖1.4-8上殼側(cè)槽三數(shù)控編程1.拆分上殼在進(jìn)行手辦加工前，考慮滿足樣件的基本功能的同時(shí)，為了降低開發(fā)成本及提高生產(chǎn)效率，會(huì)對(duì)此類特征進(jìn)行拆分，對(duì)拆分后的小部件根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及難易程度，選擇增材制造、減材制造進(jìn)行制作圖1.4-9上殼拆分結(jié)果實(shí)踐與訓(xùn)練實(shí)踐與訓(xùn)練針對(duì)項(xiàng)目單卡“訓(xùn)練一”，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備、上殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)上殼進(jìn)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(diǎn)，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(zhǔn)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(shí)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(zhǔn)備1、繪制輔助體依次1、使用“抽取幾何體”命令，復(fù)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)備4、創(chuàng)建坐標(biāo)系及部件依次創(chuàng)建坐標(biāo)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(biāo)系三數(shù)控編程2.編程準(zhǔn)備4、創(chuàng)建坐標(biāo)系及部件依次創(chuàng)建坐標(biāo)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(shí)體）圖1.4-15創(chuàng)建坐標(biāo)系三數(shù)控編程2.編程準(zhǔn)備圖1.4-16調(diào)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(diào)整為0.2mm

其余不變2）精加工內(nèi)公差、外公差調(diào)整0.01

其余不變?nèi)龜?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(duì)零件整體進(jìn)行開粗。在編程時(shí)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(shí)，為了提高效率，需把上殼中內(nèi)輪廓特征剔除；確定切削分層時(shí)，需根據(jù)特征特點(diǎn)進(jìn)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(duì)毛坯上表面進(jìn)行精加工。由于工步一已對(duì)毛坯中部進(jìn)行挖空處理，上表面只剩余四周部分余料，因此僅需對(duì)該部分進(jìn)行加工即可，在編程時(shí)，可以對(duì)已挖空部分的程序進(jìn)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(duì)刀位/裝夾位加工【平面銑/平面輪廓銑本工步主要對(duì)毛坯四周進(jìn)行精加工，加工出翻面加工時(shí)的對(duì)刀位、裝夾位。編程時(shí)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(duì)刀位/裝夾位加工刀軌三數(shù)控編程（4）工步四：內(nèi)輪廓粗加工【平面銑】本工步主要對(duì)上殼內(nèi)輪廓進(jìn)行粗加工。注意底面需低于底面不少于0.5mm，且進(jìn)刀方式注意避免直插式進(jìn)刀。3.編程-正面圖1.4-20內(nèi)輪廓粗加工刀軌三數(shù)控編程（5）工步五：內(nèi)輪廓精加工【平面銑】本工步主要對(duì)上殼內(nèi)輪廓進(jìn)行精加工。編程時(shí)可對(duì)工步四所編制的程序進(jìn)行復(fù)制后再進(jìn)行微調(diào)即可，進(jìn)刀時(shí)注意避空，避免出現(xiàn)過切現(xiàn)象。3.編程-正面圖1.4-21內(nèi)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(duì)上殼主體外輪廓進(jìn)行精加工。編程時(shí)，進(jìn)刀方式可選擇圓弧進(jìn)退刀，選用該方式時(shí)必須計(jì)算圓弧半徑的合理范圍，在合理范圍內(nèi)，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(duì)上殼上表面的曲面進(jìn)行精加工。在設(shè)定驅(qū)動(dòng)方式參數(shù)時(shí)，根據(jù)特征的斜度選擇步距的應(yīng)用場(chǎng)景。特征傾斜角度<30°，可選擇步距應(yīng)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(yīng)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(duì)上殼進(jìn)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(shí)無(wú)需因此而創(chuàng)建多個(gè)不同分層，統(tǒng)一設(shè)定一個(gè)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(duì)上殼內(nèi)壁進(jìn)行精加工。此工步對(duì)內(nèi)輪廓進(jìn)行精加工時(shí)，由于銑床的加工特點(diǎn)，無(wú)法對(duì)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(guān)系，對(duì)裝配位、關(guān)鍵特征加工到位即可，其余特征可以放棄或者等后處理進(jìn)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(duì)上殼內(nèi)底面進(jìn)行精加工。此工步與工步二基本相同，只需對(duì)工步二程序進(jìn)行復(fù)制，修改切削模式與分層情況即可，無(wú)需進(jìn)行過多的調(diào)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(nèi)平面精加工組【平面輪廓銑/底壁銑】本工步主要對(duì)上殼除內(nèi)底面外的平面進(jìn)行精加工。此工步對(duì)除底面外的平面進(jìn)行分層加工，根據(jù)特征平面的高度、特征的特點(diǎn)，可以采用平面銑、平面輪廓銑、底壁銑進(jìn)行。編程時(shí)根據(jù)高度進(jìn)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(nèi)平面精加工刀軌三數(shù)控編程（4）工步四：內(nèi)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(lái)一起加工。3.編程-反面圖1.4-27內(nèi)平面精加工刀軌三數(shù)控編程（4）工步四：內(nèi)平面精加工組【平面輪廓銑/底壁銑】剩余的平面特征相對(duì)較大，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，這些平面無(wú)法通過簡(jiǎn)單線段連接，或者連接后的線段結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于編程，因此可底壁銑進(jìn)行編程。3.編程-反面圖1.4-27內(nèi)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(duì)拔模柱進(jìn)行精加工。此工步按照一般情況，會(huì)采用球頭銑刀進(jìn)行加工，對(duì)于本零件，該拔模圓柱用于電路板定位，與底面交接處無(wú)太大關(guān)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(jìn)行加工。此處使用平銑刀一次性對(duì)拔模柱進(jìn)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(duì)裝配位加工。由于裝配位需通過后處理，后處理時(shí)需要對(duì)該特征進(jìn)行修整，使用爽身粉、原子灰進(jìn)行粘合，因此此處尺寸要求不高，無(wú)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(shí)可以直接拾取輪廓線，進(jìn)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(shí)際情況，增加輔助特征，且進(jìn)行多刀次加工，一般行距為0.3-0.5mm。此處采用無(wú)填充石膏情況進(jìn)行編程。3.編程-