高速加工.docx
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高速加工
高速加工简介
高速加工是继CNC技术之后,给机械制造业带来又一次革命性变化。
其巨大吸引力在于实现高速加工的同时,把原来普通数控难以达到的对加工精度、表面质量、以及刀具磨损和生产时间等更高的要求变成了现实。
高速铣削的实现不仅要求有好的机床和刀具等硬件条件,还必须有优秀的CAM软件与之相匹配。
高速铣削是一种不同于传统加工的加工方式,与之相比,它主轴转速高、切削进给速度高、切削量小,但单位时间内的材料切除量却增加3~6倍。
高速铣削在工件本身刚度不足(如薄壁件和细长杆件)、复杂曲面加工、难加工材料以及超精密切削等加工领域中都得到了充分的应用。
高速加工的切削量大约是传统加工的1/3,切削力会减少30%左右,所以小直径刀具使用率大大提高,这使得易变形零件和狭小区域的铣削加工都成为了可能。
在高速切削时,由于95%以上的切削热是被切屑迅速带走的,所以工件和刀具基本保持冷态,因而特别适合于加工容易产生热变形的零件,同时刀具寿命也得到极大的提高。
高速铣削采用浅切深,切削残留高度小,加上切削时激振频率远高于机床固有频率,因而工艺系统振动小,从而降低了粗糙度,得到更加光滑的零件表面。
1学习目标
了解:
高速加工项目事实性知识。
了解高速加工的应用特点,及相关技术发展趋势。
理解:
高速加工项目原理性知识
能做:
高速加工项目实训技能操作
会做:
高速加工项目实训技能操作
1.2工作任务
1.2.1任务一:
电刨壳体塑料模具紫铜电极高速铣削加工(图1)。
图1电极三维图形
1、任务分析:
本任务针对电刨壳体塑料模具型腔电加工用紫铜电极的铣削。
模具制造中,由于模具材料硬度较高,当模具型腔中有深孔、窄槽及尖角时,受刀具的硬度和尺寸规格等特性限制,往往无法用数控铣削的方法将模具零件各轮廓尺寸直接加工到位。
尤其是模具型腔,直接对应产品的外观面,对加工的表面质量要求较高,故数控铣削难以加工的部位常需要采用电火花成型加工完成。
由电极的三维造型图分析可知,该电极的图形较复杂,由多个曲面组成。
同时,电极轮廓的高低落差较大,加工量较大。
电极外形轮廓尺寸为230×130×82.7。
电极中间部位有若干条表面装饰纹。
该零件形状较复杂,加工要求较高。
图2电极外形尺寸
从电极图形的作用分析,电极上半部轮廓为电极直接成型部位,其精度和表面质量将直接影响到电火花成型加工后模具型腔的精度和质量。
电极的下半部长方体轮廓为电火花成型加工时电极水平方向定位基准面,也是电极损耗后进行再次铣削加工的校准基准,因此,对加工的精度和表面质量同样要求较高。
本任务要求采用不同的刀具、切削用量及合理的刀具路径完成电极的高速加工。
2、情景模拟:
(1)工作情境分析
实际生产中,要完成图示电极的加工,往往牵涉到三方面的人员,即跟模工程师、
数控编程人员和机床操作人员。
跟模工程师:
电极毛坯采购或准备;
数控机床操作人员:
电极毛坯检查→毛坯装夹→对刀(建立工件坐标系)→调出加工程序→自动加工→质量检验→交付电火花成型加工使用;
编程人员:
分析电极三维造型图→建立编程坐标系→刀具路径设置→切削模拟→生成加工程序→交付机床操作人员使用。
(2)学习情境模拟
按实际工作情境将学习小组分为数控编程小组和数控机床操作小组。
数控编程小组负责电极三维图形的分析,提出该电极数控编程的重点和难点,并对自动编程的各参数设置作仔细推敲,最终完成编程坐标系原点位置设置、刀具的选用、切削用量的合理选择、程序编制等任务。
最终以数控加工工艺单的形式交付机床操作小组;机床操作小组则根据数控加工工艺单有关内容,负责毛坯的装夹、刀具的安装、对刀、程序导入及自动加工等工作。
期间的问题可通过小组讨论的方式解决,最终各环节落实专人具体完成。
3、思路分析:
(1)毛坯分析
电极材料为紫铜,紫铜具有韧性足、硬度较低的特性。
毛坯为锻造成形,轮廓各处
的切削余量不均匀。
毛坯大小根据电极三维图形的实际大小及高度确定,长、宽、高方向应均有一定的加工余量。
(2)定位与装夹分析
为节省紫铜毛坯用量,可采用电极底面定位,利用装夹固定板固定的装夹方式。
具体做法如下:
将紫铜毛坯底面铣平,用钻床钻出4个M16螺纹底孔并攻丝至20mm深度(图3)。
图3毛坯底面作出4个M16内螺纹
图4装夹固定板
装夹时,先用内六角螺钉固定在装夹固定板上,再将装夹固定板用压板固定在机床工作台上(图5)。
图5装夹方式
(3)加工工艺分析
紫铜是一种易切削材料,但韧性较大。
考虑到毛坯为锻造成形,轮廓各处的切削余量不
均匀,应采用粗加工+半精加工+精加工的加工顺序完成电极铣削加工,保证加工质量。
粗加工可采用大直径刀具切除多余材料,留下半精加工和精加工余量;半精加工要保证精加工时轮廓各处的余量基本相等,保证精加工时的刀具受力均匀,提高精加工质量。
由于粗加工时采用的刀具直径较大,而曲面内部转角处的圆弧半径较小,粗加工时会留下较大的加工余量。
半精加工时,为避免断刀,应先用小直径刀具进行清角加工并留取适当的加工余量;精加工采用高精度小直径刀具,保证轮廓各处尺寸加工至图形实际要求。
电极的下半部长方体轮廓采用大直径刀具采用粗加工+精加工的加工顺序完成。
(4)刀具与切削用量选择
紫铜材料较软,易于加工,可使用锋利的白钢刀,采用较高的转速和进给量,并使用切
削液。
精加工时,为保证精度和质量,要使用新刀。
精加工采用整体式合金铣刀或高速钢铣刀可以保证加工精度。
转速为12000r/min,F=12000mm/min。
4、工作计划:
(1)讨论制定小组工作计划
根据小组人数及学习实际情况,将学习小组分为数控编程小组和数控机床操作小组。
数控编程小组:
熟悉CAD/CAM软件→图形导入→图形分析→编程坐标系设置→粗加工刀具、刀具路径、切削用量设置→半精加工加工刀具、刀具路径、切削用量设置→精加工加工刀具、刀具路径、切削用量设置→切削模拟→生成加工程序文件→填写数控加工工艺单。
自动编程的基本步骤如下:
①导入需要加工的工件模型;
②分析工件模型,确定并创建MCS(加工坐标系);
③设置各项参数,生成粗加工、半精加工、精加工刀具路径;
④对生成的刀具路径进行过切检查;
⑤确定所有编程操作准确无误后,进行后处理,生成加工程序;
⑥数控加工工艺单填写,应包含工件的装夹方式、毛坯料的方位和大小、对刀位置、机床偏置、程式名称、使用刀具、刀具避空长度、加工深度等;
⑦加工完毕进行过工件的外观和尺寸检查;
⑧如果是加工电极,需要给出电极的放电方位和坐标。
自动编程的基本思想:
①正确第一。
最大限度地避免过切和撞刀。
在实际加工前,数控加工编程始终都是在电脑里进行模拟,而在实际加工中可能会产生许多意想不到的情况,且数控加工又几乎是最后一道关键工序,因此要求数控编程技术人员必须要仔细认真,确保编制的程序安全正确,否则加工出来的就是废品。
②高效至上。
效益是企业的生命,有时企业的效益就是靠提高加工效率来实现。
数控加工的高效追求永无止境。
③清晰明白。
加工的思路要清晰,与操作人员的交代要清楚明白。
加工的思路要清晰,每把刀的顺序、加工的全过程和装夹方式等都要清楚明白。
将车间文件(数控加工工艺单)写清楚,并交代清楚,不允许有模棱两可的地方存在。
④参数合理。
加工参数的设定是一个经验要求较高的方面,它涉及到多方面的知识和经验,需要平时的点滴积累。
了解工件加工质量的要求,在达到加工要求的前提下,设定合理参数,适当提高加工速度。
了解刀具的知识和被加工材料方面的知识。
设定合理的刀具参数和余量参数。
包含转速、进给速度、切削进给量、工件余量等。
数控机床操作小组:
阅读数控加工工艺单→准备刀具和装夹用具→制定毛坯装夹方案→毛坯装夹→对刀→导入数控加工程序→自动加工→。
(2)生成加工工艺卡片和刀具卡片
①选取Ф16平底白钢刀,用3D曲面挖槽刀具路径对电极所有曲面进行粗加工。
留加工余量0.5mm;
②选取Ф16平底白钢刀,用2D外形加工刀具路径对电极外形进行粗加工,留XY方向的加工余量为0.5mm,Z方向不留加工余量;
③选取Ф16平底白钢刀,用2D外形加工刀具路径对电极外形进行精加工;
④选取Ф10R5整体合金铣刀对电极所有曲面进行半精加工;
⑤选取Ф6R3整体合金铣刀对电极所有曲面进行精加工;
⑥选取Ф3R1.5整体合金铣刀对电极细节轮廓进行精加工。
5、任务实施:
(1)自动编程
①CAD/CAM软件平台界面操作介绍
MastercamX4是美国CNCSoftware公司研制开发的CAD/CAM一体化软件的最新版本,在保留原有特色的基础上,增加了新的功能和模块。
高速加工模块的推出使得应用该软件进行高速加工编程的效益更高。
②CAD模型导入
双击MastercamX4图标,进入MastercamX4设计模块界面。
图6MastercamX4设计模块界面
点击“文件”→“打开文件”。
在弹出的文件打开对话框中选择文件类型为“STEP”,文件名“DJ1”。
按
打开选择的文件,完成图形导入。
结果如图8所示。
图7文件打开对话框
图8图形导入
点击图标
,选择3D绘图方式。
点击菜单“创建”→“画边界盒”。
在弹出的边界盒选项对话框(图9)中,选择“所有图素”作为边界盒创建大小依据,创建“线或弧”,X、Y、Z方向的展开长度都为0。
按
创建边界盒,完成结果如图10所示。
图9边界盒选项
图10绘制边界盒
点击“创建”→“直线”→“任意直线”。
利用边界盒顶部两对角点绘制一对角直线(图11)。
图11绘制顶部对角直线
点击“转换”→“平移”。
用窗选方式选择所有图素,按回车键。
在弹出的转换对话框(图12)中,选择“移动”。
选择“从一点到另一点”的移动方式。
点
,选择平移起点为对角直线中点;点
,选择平移终点为软件绘图坐标系原点。
按
。
点击“屏幕”→“清除颜色”。
点击“视图”→“适度化”。
结果如图13所示。
图12转换对话框
图13转换结果
点击“机床类型”→“铣床”→“默认”。
点击“刀具路径”→“高速曲面刀具路径”。
在弹出的“新NC对话框”中输入文件名称“DJ1”(图14)。
按
确定。
图14输入NC名称
选择所有实体作为加工面。
按回车键,确认。
在弹出的“刀具路径的曲面选择”对话框(图15)中,显示加工曲面的数量252个。
点击边界范围对应的选择箭头
,在弹出的“串联选项”对话框中,选择
。
选择边界盒顶部四边形作为加工时的边界范围(图17),按
确定边界范围的选择。
按
确定单据路径的曲面选取。
图15“刀具路径的曲面选择”对话框图16“串联选项”对话框
图17选取加工边界范围
③高速加工参数选择
④高速加工方法选择
⑤生成加工刀具路径
⑥刀具路径检查与仿真
刀具路径检查与仿真是利用CAD/CAM软件的实体切削仿真功能对刀具路径检查的最直观的方法。
⑦后置处理
后置处理的目的是生成针对某一特定数控系统的数控加工程序。
由于各种机床使用的数控系统各不相同,例如有FANUC,SIEMENS,AB,GE等系统,每一种数控系统所规定的代码及格式不尽相同,为此,自动编程软件系统通常提供多种专用的或通用的后置处理文件,这些后置处理文件的作用是将已生成的刀位文件转变成合适后置处理的目的是生成针对某一特
定数控系统的数控加工程序。
早期的后置处理文件是不开放的,使用者无法修改。
目前绝大多数优秀的CAD/CAM软件提供开放式的通用后置处理文件。
使用者可以根据自己的需要打开文件,按照希望输出的数控加工程序格式,修改文件中相关的内容。
这种通用后置处理文件,只要稍加修改,就能满足多种数控系统的要求。
⑧生成高速加工程序
点击,以文件名电极粗加工命名粗加工程序文件;
(2)高速加工准备
①毛坯定位与装夹
将紫铜毛坯底面铣平,用钻床钻出4个M16螺纹底孔并攻丝至20mm深度。
装夹时,先用内六角螺钉固定在装夹固定板上,再将装夹固定板用压板固定在机床工作台上。
②高速加工刀具准备
粗加工刀具—Ф16平底白钢刀。
伸出长度50mm;
半精加工刀具—Ф10R5,伸出长度50mm;
精加工刀具—Ф6R3整体合金铣刀、Ф3R1.5整体合金铣刀,伸出长度50mm。
③高速加工机床准备
采用高速加工机床。
型号
④加工程序传送与校验
程序采用DNC传输,波特率38400,
(3)模具电极高速加工及其过程监控
将进给倍率调至10%档,快速移动倍率调至10%档。
仔细观察刀具位置变化,若有问题,立即停止加工。
(4)加工质量检验
加工质量检验加工精度检验和加工表面质量检验。
加工精度:
是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。
实际加工的结果不可能与理想零件完全一致,总会有大小不同的偏差,零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度,称为加工误差。
机械加工精度的内容:
1尺寸精度。
限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围。
2几何形状精度。
限制加工表面的宏观几何形状误差,如圆度、圆柱度、直线度和平面度等。
3相互位置精度。
限制加工表面与其基准间的相互位置度误差,如平行度、垂直度和同轴度等。
工件表面质量:
机械零件的加工质量,除了加工精度之外,表面质量也是不能忽视的极其重要的一个方面。
任何机械加工的表面,总会存在一定程度的微观不平、加工的冷作硬化、表面层的金相组织变化及表面层的残余应力等,这些将影响零件的使用性能、寿命及可靠性,从而降低产品的质量。
机械加工表面质量的内容:
1表面粗糙度。
指已加工表面微观几何形状误差。
2波度。
它是介于宏观几何误差(即形状误差)与微观几何形状误差之间。
零件表面周期性的几何形状误差。
③④⑤
质量检验工具及检验方法准备
采用三坐标测量机对精加工后的电极作三维定点测量。
出具检测报告。
加工质量检验
生成质量检验报告
不合格零件处理
6、总结与评价:
(1)项目工作过程评价
①导入需要加工的工件模型;
②分析工件模型,确定并创建MCS(加工坐标系);
③设置各项参数,生成粗加工、半精加工、精加工刀具路径;
④对生成的刀具路径进行过切检查;
⑤确定所有编程操作准确无误后,进行后处理,生成加工程序;
⑥数控加工工艺单填写,应包含工件的装夹方式、毛坯料的方位和大小、对刀位置、机床偏置、程式名称、使用刀具、刀具避空长度、加工深度等;
⑦加工完毕进行过工件的外观和尺寸检查;
⑧如果是加工电极,需要给出电极的放电方位和坐标。
(2)加工质量评价
7、知识解析:
8、拓展练习:
(1)实训一:
(2)实训二:
(3)实训三:
(4)……
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