第六章 第五节 数控铣削和铣削中心的加工工艺文档格式.docx
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铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一,它主要包括平面铣削和轮廓铣削,也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。
数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。
1、平面类零件
平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面,以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件,这类加工面可展开为平面
2、曲面类零件
1.直纹曲面类零件
直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。
2.立体曲面类零件
加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。
这类零件的加工面不能展成平面,一般使用球头铣刀切削,加工面与铣刀始终为点接触,若采用其它刀具加工,易于产生干涉而铣伤邻近表面。
加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床,采用以下两种加工方法。
(1)行切加工法
(2)三坐标联动加工
3、箱体类零件
箱体类零件一般是指具有一个以上孔系,内部有一定型腔或空腔,在长、宽、高方向有一定比例的零件。
加工箱体类零件的加工中心,当加工工位较多,需工作台多次旋转角度才能完成的零件,一般选卧式镗铣类加工中心。
当加工的工位较少,且跨距不大时,可选立式加工中心,从一端进行加工。
箱体类零件的加工方法,主要有以下几种:
(1)当既有面又有孔时,应先铣面,后加工孔;
(2)所有孔系都先完成全部孔的粗加工,再进行精加工;
(3)一般情况下,直径>
Φ30㎜的孔都应铸造出毛坯孔。
在普通机床上先完成毛坯的粗加工,给加工中心加工工序的留量为4~6㎜(直径),再上加工中心进行面和孔的粗、精加工。
通常分“粗镗-半精镗-孔端倒角-精镗”四个工步完成。
(4)直径<
Φ30㎜的孔可以不铸出毛坯孔,孔和孔的端面全部加工都在加工中心上完成。
可分为“锪平端面—(打中心孔)—钻—扩—孔端倒角—铰”等工步。
有同轴度要求的小孔(<
Φ30㎜),须采用“锪平端面—(打中心孔)—钻—半精镗—孔端倒角—精镗(或铰)”工步来完成,其中打中心孔需视具体情况而定。
(5)在孔系加工中,先加工大孔,再加工小孔,特别是在大小孔相距很近的情况下,更要采取这一措施;
(6)对于跨距较大的箱体的同轴孔加工,尽量采取调头加工的方法,以缩短刀辅具的长径比,增加刀具刚性,提高加工质量;
(7)螺纹加工,一般情况下,M6㎜以上,M20㎜以下的螺纹孔可在加工中心上完成螺纹攻丝。
M6㎜以下,M20㎜以上的螺纹可在加工中心上完成底孔加工,攻丝可通过其它手段加工。
因加工中心的自动加工方式在攻小螺纹时,不能随机控制加工状态,小丝锥容易折断,从而产生废品,由于刀具、辅具等因素影响,在加工中心上攻M20㎜以上大螺纹有一定困难。
但这也不是绝对的,可视具体情况而定,在某些机床上可用镗刀片完成螺纹切削
二、铣削加工工艺的制订
1、零件图工艺分析
针对数控铣削加工的特点,下面列举出一些经常遇到的工艺性问题作为对零件图进行工艺性分析的要点来加以分析与考虑。
(1)图纸尺寸的标注方法是否方便编程?
构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充要?
各几何元素的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明确?
有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸?
等等。
(2)零件尺寸所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证?
(3)内槽及缘板之间的内转接圆弧是否过小?
(4)零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大?
(5)零件图中各加工面的凹圆弧(R与r)是否过于零乱,是否可以统一?
(6)零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性?
哪些部位最容易变形?
(7)分析零件的形状及原材料的热处理状态,会不会在加工过程中变形?
2、工序和装夹方法的确定
1.加工工序的划分
经常使用的有以下几种方法:
(3)加工部位分序法
(2)粗、精加工分序法
(1)刀具集中分序法
2.零件装夹和夹具的选择
在数控加工中,既要保证加工质量,又要减少辅助时间,提高加工效率。
因此要注意选用能准确和迅速定位并夹紧工件的装夹方法和夹具。
零件的定位基准应尽量与设计基准及测量基准重合,以减少定位误差。
在数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床一样,所使用的夹具往往并不很复杂,只要有简单的定位、夹紧机构就行。
为了不影响进给和切削加工,在装夹工件时一定要将加工部位敞开。
选择夹具时应尽量做到在一次装夹中将零件要求加工表面都加工出来。
3、加工顺序和进给路线的确定
1.加工顺序的安排
在安排数控铣削加工工序的顺序时还应注意以下问题:
(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧,中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑;
(2)一般先进行内形内腔加工工序,后进行外形加工工序;
(3)以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序,最好连续进行,以减少重复定位次数与换刀次数;
(4)在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏较小的工序。
总之,顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况,以及定位安装与夹紧的需要综合考虑
2.进给路线的确定
(1)铣削平面类零件的进给路线
铣削平面类零件外轮廓时,一般采用立铣刀侧刃进行切削。
为减少接刀痕迹,保证零件表面质量,对刀具的切入和切出程序需要精心设计。
铣削外表面轮廓时,图6-8所示,铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切入和切出零件表面,而不应沿法向直接切入零件,以避免加工表面产生划痕,保证零件轮廓光滑。
铣削封闭的内轮廓表面时,若内轮廓曲线允许外延,则应沿切线方向切入切出。
若内轮廓曲线不允许外延则刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出,并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。
当内部几何元素相切无交点时,为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口,刀具切入切出点应远离拐角
(2)铣削曲面类零件的加工路线
在机械加工中,常会遇到各种曲面类零件,如模具、叶片螺旋桨等。
由于这类零件型面复杂,需用多坐标联动加工,因此多采用数控铣床、数控加工中心进行加工。
①直纹面加工
对于边界敞开的直纹曲面,加工时常采用球头刀进行“行切法”加工,即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的,行间距按零件加工精度要求而确定
②曲面轮廓加工
立体曲面加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求采用不同的铣削方法。
两坐标联动的三坐标行切法加工X、Y、Z三轴中任意二轴作联动插补,第三轴做单独的周期进刀,称为二轴半坐标联动。
用球头铣刀加工曲面时,总是用刀心轨迹的数据进行编程。
4、切削用量的选择
铣削加工的切削用量包括:
切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。
从刀具耐用度出发,切削用量的选择方法是:
先选择背吃刀量或侧吃刀量,其次选择进给速度,最后确定切削速度。
1.背吃刀量ap或侧吃刀量ae
背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定:
1当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.5~25μm时,如果圆周铣削加工余量小于5㎜,端面铣削加工余量小于6㎜,粗铣一次进给就可以达到要求。
但是在余量较大,工艺系统刚性较差或机床动力不足时,可分为两次进给完成。
2当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.2~12.5μm时,应分为粗铣和半精铣两步进行。
粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。
粗铣后留0.5~1.0㎜余量,在半精铣时切除。
3当工件表面粗糙度值要求为Ra=0.8~3.2μm时,应分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。
半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5~2㎜;
精铣时,圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5㎜,面铣刀背吃刀量取0.5~1㎜。
2.进给量f与进给速度Vf的选择
铣削加工的进给量f(㎜/r)是指刀具转一周,工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量;
进给速度Vf(㎜/min)是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。
进给速度与进给量的关系为Vf=nf(n为铣刀转速,单位r/min)。
进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数,根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素,参考切削用量手册选取或通过选取每齿进给量fz,再根据公式f=Zfz(Z为铣刀齿数)计算。
每齿进给量fz的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。
工件材料强度和硬度越高,fz越小;
反之则越大。
硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。
工件表面粗糙度要求越高,fz就越小。
工件刚性差或刀具强度低时,应取较小值。
3.切削速度Vc
铣削的切削速度Vc与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比,而与铣刀直径成正比。
为提高刀具耐用度允许使用较低的切削速度。
但是加大铣刀直径则可改善散热条件,可以提高切削速度。
三、典型工件的工艺分析
1、平面凸轮的数控铣削工艺分析
图6-30所示为槽形凸轮零件,在铣削加工前,该零件是一个经过加工的圆盘,圆盘直径为Ф280㎜,带有两个基准孔Ф35㎜及Ф12㎜。
Ф35㎜及Ф12㎜两个定位孔,X面已在前面加工完毕,本工序是在铣床上加工槽。
该零件的材料为HT200,试分析其数控铣削加工工艺。
1.零件图工艺分析
该零件凸轮轮廓由HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF所组成。
组成轮廓的各几何元素关系清楚,条件充分,所需要基点坐标容易求得。
凸轮内外轮廓面对X面有垂直度要求。
材料为铸铁,切削工艺性较好。
根据分析,采取以下工艺措施:
凸轮内外轮廓面对X面有垂直度要求,只要提高装夹精度,使X面与铣刀轴线垂直,即可保证。
2.选择设备
加工平面凸轮的数控铣削,一般采用两轴以上联动的数控铣床,因此首先要考虑的是零件的外形尺寸和重量,使其在机床的允许范围以内。
其次考虑数控机床的精度是否能满足凸轮的设计要求。
第三,看凸轮的最大圆弧半径是否在数控系统允许的范围之内。
根据以上三条即可确定所要使用的数控机床为两轴以上联动的数控铣床。
3.确定零件的定位基准和装夹方式
(1)定位基准采用“一面两孔”定位,即用圆盘X面和两个基准孔作为定位基准。
(2)根据工件特点,用一块320㎜×
320㎜×
40㎜的垫块,在垫块上分别精镗Ф35㎜及Ф12㎜两个定位孔(当然要配定位销),孔距离80±
0.015㎜,垫板平面度为0.05㎜,该零件在加工前,先固定夹具的平面,使两定位销孔的中心连线与机床x轴平行,夹具平面要保证与工作台面平行,并用百分表检查,见图6-31。
4.确定加工顺序及走刀路线
整个零件的加工顺序的拟订按照基面先行、先粗后精的原则确定。
因此应先加工用作定位基准的Ф35㎜及Ф12㎜两个定位孔、X面,然后再加工凸轮槽内外轮廓表面。
由于该零件的Ф35㎜及Ф12㎜两个定位孔、X面已在前面工序加工完毕,在这里只分析加工槽的走刀路线,走刀路线包括平面内进给走刀和深度进给走刀两部分路线。
平面内的进给走刀,对外轮廓是从切线方向切入;
对内轮廓是从过渡圆弧切入。
在数控铣床上加工时,对铣削平面槽形凸轮,深度进给有两种方法:
一种是在xz(或yz)平面内来回铣削逐渐进刀到既定深度;
另一种是先打一个工艺孔,然后从工艺孔进刀到既定深度。
进刀点选在P(150,0)点,刀具来回铣削,逐渐加深到铣削深度,当达到既定深度后,刀具在xy平面内运动,铣削凸轮轮廓。
为了保证凸轮的轮廓表面有较高的表面质量,采用顺铣方式,即从P点开始,对外轮廓按顺时针方向铣削,对内轮廓按逆时针方向铣削。
图6-30槽形凸轮零件
图6-31凸轮加工装夹示意图
1—开口垫圈;
2—带螺纹圆柱销;
3—压紧螺母;
4—带螺纹削边销;
5—垫圈;
6—工件;
7—垫块
5.刀具的选择
根据零件结构特点,铣削凸轮槽内、外轮廓(即凸轮槽两侧面)时,铣刀直径受槽宽限制,同时考虑铸铁属于一般材料,加工性能较好,选用Ф18㎜硬质合金立铣刀,见表6-5。
表6-5数控加工刀具卡片
产品名称或代号
×
零件名称
槽形凸轮
零件图号
序号
刀具号
刀具规格名称/mm
数量
加工表面
备注
1
T01
Ф18硬质合金立铣刀
粗铣凸轮槽内外轮廓
2
T02
精铣凸轮槽内外轮廓
编制
审核
批准
共页
第页
6.切削用量的选择
凸轮槽内、外轮廓精加工时留0.2㎜铣削用量,确定主轴转速与进给速度时,先查切削用量手册,确定切削速度与每齿进给量,然后利用公式vc=πdn/1000计算主轴转速n,利用vf=nZfz计算进给速度。
7.填写数控加工工序卡片(见表6-6)
表6-6槽形凸轮的数控加工工艺卡片
单位名称
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
螺旋压板
XK5025
数控中心
工步号
工步内容
刀具规格
/㎜
主轴转速
/r.min
进给速度
/㎜.min
背吃刀量
/㎜
来回铣削,逐渐加深铣削深度
Ф18
800
60
分两层铣削
粗铣凸轮槽内轮廓
700
3
粗铣凸轮槽外轮廓
4
精铣凸轮槽内轮廓
1000
100
5
精铣凸轮槽外轮廓
年月日
2、异形件的数控铣削工艺分析
图6-32为是某机床变速箱体中操纵机构上的拨动杆,用作把转动变为拨动,实现操纵机构的变速功能。
材料为HT200,该零件的生产类型为中批量生产。
分析其数控加工工艺。
先对拨动杆零件进行精度分析。
对于形状和尺寸(包括形状公差、位置公差)较复杂的零件,一般采用化整体为部分的分析方法,即把一个零件看作由若干组表面及相应的若干组尺寸组成。
然后分别分析每组表面的结构及其尺寸、精度要求,最后再分析这几组表面之间的位置关系。
由零件图样可以看出,该零件上有三组加工表面,这三组加工表面之间有相互位置要求,其具体分析如下:
三组加工表面中每组的技术要求是:
(1)以尺寸Ф16H7为主的加工表面,包括Ф25h8外圆、端面以及与之相距74㎜±
0.3㎜的孔Ф10H7。
其中Ф16H7孔中心与Ф10H7孔中心的连线,是确定其它各表面方位的设计基准,以下简称为两孔中心连线。
(2)表面粗糙度Ra6.3μm平面M,以及平面M上的角度为1300槽。
(3)P、Q两平面,及相应的2×
M8㎜螺纹孔。
对这三组加工表面之间主要的相互位置要求是:
第
(1)组和第
(2)组为零件上的主要表面。
第
(1)组加工表面垂直于第
(2)组加工表面,平面M是设计基准。
第
(2)组面上槽的位置公差Ф0.5㎜,即槽的位置(槽的中心线)与B面轴线垂直且相交,偏离误差不大于Ф0.5㎜。
槽的方向与两孔中心连线的夹角为22047,±
15‘。
第(3)组及其他螺孔为次要表面。
第(3)组上的P、Q两平面与第
(1)组的M面垂直,P面上螺孔M8㎜的轴线与两孔中心线连线的夹角450。
Q面上的螺孔M8㎜的轴线与两孔中心线连线平行。
而平面P、Q位置分别与M8㎜的轴线垂直,P、Q位置也就确定了。
图6-32拨动杆零件简图
2.设备的选择
该零件加工表面较多,用普通机床加工,工序分散,工序数目多。
采用加工中心可以将普通机床加工的多个工序在一个工序完成,提高生产率,降低生产成本。
因此选用加工中心。
3.确定零件的定位基准
精基准的选择选择精基准思路的顺序是,首先考虑以什么表面为精基准定位加工工件的主要表面,然后考虑以什么面为粗基准定位加工出精基准表面,即先确定精基准,然后选出粗基准。
由零件的工艺分析可知道,此零件的设计基准是M平面、Ф16㎜和Ф10㎜两孔中心的连线,根据基准重合原则,应选设计基准为精基准,即以M平面和两孔为精基准。
由于多数工序的定位基准都是一面两孔,因此上述的选择也符合基准统一原则。
粗基准的选择根据粗基准选择应合理分配加工余量的原则,应选Ф25㎜外圆的毛坯面为粗基准(限制四个自由度),以保证其加工余量均匀;
选平面N为粗基准(限制一个自由度),以保证其有足够的余量;
根据要保证零件上加工表面与不加工表面相互位置的原则,应选R14㎜圆弧面为粗基准(限制一个自由度),以保证Ф10㎜孔轴线在R14㎜圆心上,使R14㎜处壁厚均匀。
4.工艺路线的拟定
加工工艺路线安排如下:
(1)工序1:
以Ф25㎜外圆(四个自由度)、N面(一个自由度)、R14㎜(一个自由度)为粗基准定位,采用立式加工中心加工,工步内容为:
铣M面;
“粗铣—精铣”尺寸为130o的槽;
铣P、Q面到尺寸;
“钻—扩—铰”加工Ф16H7、Ф10H7两孔。
为消除粗加工(钻孔)所产生的力变形及热变形对精加工的影响,在钻孔后,插入铣P、Q面的工步,以使钻孔后的表面有短暂的散热时间,最后安排孔的半精加工(扩孔)、精加工(铰孔)工步,以保证加工精度。
(2)工序2:
以M面、Ф16H7和Ф10H7(一面两孔)定位,车Ф25㎜外圆到尺寸,车N面到尺寸。
(3)工序3:
以M面、Ф16H7和Ф10H7(一面两孔)定位,“钻-攻螺纹”加工2×
M8㎜螺孔。
由以上分析可以看到,只需要三道工序就可以完成零件的加工,工序集中,极大提高了生产率,充分地反映了采用数控加工的优越性、先进性。
下面针对工序1的数控加工工艺进行分析。
工序2、3分析省略。
5.刀具选择(见表6-7)
表6-7数控加工刀具卡片
拨动杆
加工表面(尺寸单位㎜)
刀长/mm
面铣刀Ф120
铣M平面
实测
续表
成形铣刀
粗、精铣130°
槽,
T03
中心钻I34-4
钻Ф10、Ф16中心孔
T04
麻花钻Ф15
钻Ф16孔至尺寸Ф15
T05
麻花钻Ф9
钻Ф10孔至尺寸Ф9
6
T06
立铣刀Ф15
铣P、Q面到尺寸
7
T07
扩孔钻Ф15.85
扩Ф16孔至尺寸Ф15.85
8
T08
扩孔钻Ф9.8
扩Ф10孔至尺寸Ф9.8
9
T09
铰刀Ф16H7
铰Ф16H7孔成
10
T10
铰刀Ф10H7
铰Ф10H7孔成
6.确定切削用量(略)
7.数控加工工艺卡片拟订(见表6-8)
表6-8拨动杆数控加工工艺卡片
组合夹具
立式加工中心
(尺寸单位㎜)
/mm.min
600
粗铣130°
槽,留余量0.5
精铣130°
槽成
50
钻Ф16中心孔
80
钻Ф10中心孔
500
铣P面到尺寸
铣Q面到尺寸
11
12
13
3、箱体的数控加工工艺分析
图6-33所示为铣床变速箱体图。
零件材料为HT200,中批量生产,其加工工艺分析如下:
图6-33铣床变速箱体
1.零件图工艺分析
该零件由平面、型腔以及孔系组成。
零件结构较复杂,尺寸精度较高。
零件上需要加工的孔较多,虽然绝大部分配合孔的尺寸精度最高仅为7级,但孔系内各孔之间的相互位置精度要求较高,除一处垂直度允差为0.03㎜外,其余各处同轴度、平行度允差为0.02㎜。
为确保这些孔加工精度的实现,提高生产率,本例选择日本一家公司生产的卧式加工中心加工该件。
机床配有MAZATALCAM—2数控系统,具有3坐标联动,双工作台自动交换,由机械手自动换刀,传感器自动测量工件坐标系和自动测量刀具长度等功能。
刀库容量为60把。
工作台面积630㎜×
630㎜,工作台横向(X轴)行程910㎜,纵向行程(Z向)行程635㎜,主轴垂向行程710㎜,编程可用人机会话式,一次装夹可完成不同工位的钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等工序。
对于加工变速箱体这类多工位,工序密集工件与普通机床相比,有其独特的优越性。
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- 第六章 第五节 数控铣削和铣削中心的加工工艺 第六 五节 数控 铣削 中心 加工 工艺