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随着机械加工业的快速发展,人们对机械产品的机械结构、机械性能、加工精度和生产效率的要求越来越高,在产品加工过程中小批量零件的加工比重变大。之前采用的大批量生产方式已经不能满足现在的生产需求。从而选择数控机床(优点:加工精密、加工产品多样化,液压气动装夹方便),有效地解决了复杂外型、精密尺寸、小批量多样化的零件加工问题,能满足其加工要求,能适应现在零件的发展需求。其中数控车床由于具有高效率、高精度和高柔性的特点,在机械制造业中得到日益广泛的应用,成为目前应用最广泛的数控机床之一。但是,要充分发挥数控车床的作用,根据不同的零件的特点和精度要求,编制合理、高效的加工程序。采用手工编程和自动编程两种数控编程方法。手工编程:零件图样分析工艺处理数据计算编写程序单输入程序到程序校验等各步骤主要由人工完成的编程过程。手工编程主要适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工等。对于几何形状复杂的零件,常采用软件绘制零件图,通过软件生成加工程序进行加工。
在加工配合精度较高的零件时,没有较好的工艺分析,不管采用手工编程或自动编程加工,都无法准确保证精度要求。例:加工精度要求高,形状复杂的配合零件时,常选用在数控机床来加工。配合类零件在手工编程时需要注意其公差尺寸,达到公差要求是指零件加工完成之后,满足零件图纸标注的尺寸范围,而零件中的相关尺寸能满足尺寸链。所以手工编程时应满足以下要求:
一、正确选择程序原点
使用数控车床编程车削时,应选择合理的加工原点和合理的基准点,并以此为原点建立一个工件坐标系。同一个零件,同样的加工由于编程原点选的不同,编程的坐标数值就不一样,所以编程之前首先要选定编程原点。从理论上说,编程原点选在任何位置都是可以的。但实际上,为了换算尽可能简便以及尺寸较为直观(至少让部分点的指令值与零件上的尺寸值相同),应尽可能把编程原点的位置选的合理,编程原点的确定原则为:
1.将编程原点选在设计基准上并以设计基准为定位基准,这样可避免基准不重合而产生的误差及不必要的尺寸换算;
2.容易找正对刀,对刀误差小;
3.编程方便;
4.在毛坯上的位置能够容易,准确地确定,并且各面得加工余量均匀;
5.对称零件的编程原点应选在对称中心。一方面可以保证加工余量均匀,另一方面可采用镜像编程,编一个程序加工两个工序,零件的形廓精度高。
二、合理选择进给路线
遵循刀具在加工中合理的运动轨迹,合理地选择进给路线应考虑以下几个方面:
1.尽量使用较短的进给路线,减少空走刀量,从而提高加工效率。
(1)正确选择起刀点。(2)合理规划起刀点和终点坐标。(3)粗加工是选择合理的进给方式。
2.保证加工零件的各项精度要求。
(1)选择合理的起刀点、切入点,切入方式要平稳。(2)确保所加工的零件不会变形,选择合适的切削方法和切削量。(3)尽量遵循“先粗后精”“先近后远”“先内后外”的加工工序。
3.保证加工过程的安全性。避免刀具与工件相撞,选择合适的进刀和退刀点。
4.复杂零件和选用自动编程加工。
三、加工工艺分析
分析零件精度和表面粗糙度为基础,对加工方法、装夹方式、进给路线、刀具及切削用量等进行正确而合理的选择。主要包括:
1.分析精度及各项技术要求是否齐全、合理;
2.分析本工序的数控加工精度能否达到图样要求,若达不到,需采取其它措施弥补的话,注意给后续工序留有余量;
3.找出图样上有较高位置精度要求的表面,这些表面应在一次安装下完成;
4.对表面粗糙度要求较高的表面,应确定用恒线速切削。
四、配合零件的数控加工
(一)机床的选择及G54坐标系确定。
无论是普通车床加工还是数控车床加工,都必须要选择对刀(基准点),在刀具选择时应尽量选择标准刀具,选择合理的对刀方法。如选择数控机床加工时,所采用的绝对方式对刀是指,根据使用到的每一把刀具单独建立自己的补偿偏置值,该值会从工件坐标系G54上建立起来。而相对方式对刀是指建立一把基准刀具,其余所使用的每一把刀具都相对于基准刀具进行偏置。该数值不会反映到工件坐标系G54上,此时只建立一个由基准刀确定的工件坐标系。
(二)编程尺寸设定值的确定
编程尺寸设定值应为该尺寸误差分散中心,但由于事先无法知道分散中心的确切位置,可先由平均尺寸代替,最后根据试加工结果进行修正,以消除常值系统性误差的影响。
编程尺寸设定值确定的步骤:
1.精度高的尺寸处理,将基本尺寸换算成平均尺寸;
2.几何关系的处理,保持原重要的几何关系,如角度,相切等不变;
3.精度低的尺寸的调整,通过修改一般尺寸保持零件原有几何关系,使之协调;
4.节点坐标尺寸的计算,按调整后的尺寸计算有关未知节点的坐标尺寸;
5.编程尺寸的修正,按调整后的尺寸编程并加工一组工件,测量关键尺寸的实际分散中心并求出常值系统性误差,再按此误改程序。
五、企业实际加工
根据零件的实际加工情况,在加工企业即便加工相同的零件,所需要的加工时间也会不同,这就关系到零件的加工效率和零件的质量情况。较好的产品质量和生产效率能提升企业的实际效益,使企业更具行业的竞争力。从而怎样提高产品的加工效率和质量就成为企业发展的的重要问题。以下分析实际加工中的工艺过程:
就以一般的配合零件(非复杂类零件)为例,根据企业的产品零件图纸,我们首先是分析零件图纸,根据实际加工的产品零件来进行工艺分析,从而得出合理的加工方案。然后对零件图形进行坐标点的计算,进行手工编程。对于简单的零件所采用手工编程,程序较简短,为实际加工大大节省了加间,提高了加工效率,企业人员由于知识储备不同,分析零件后所编出的程序也不同,因此,为了节省编写程序的时间,应提倡多采用循环指令加工,从而大大节省了辅助时间。在加工时也要考虑刀具材质问题,根据加工材料选用合适的刀具,能大大提高加工效率。在保证零件加工精度方面,除了保证对刀的精度以外,还需要在编程方面考虑,例如分析配合类零件加工时,要考虑零件的配合公差,分析几种公差的配合时,准确来说,加工轴类零件时应选取上公差,而套类零件的孔径尺寸则应取下公差,而选取公差时,我们一般是采用公差中的平均值,这样容易保证尺寸要求,最后加工零件时应保留精加工的加工余量,而精加工又可以根据精度要求区分为半精加工和最后精加工两个阶段,(精加工之前应测量实际尺寸,根据实际尺寸来修改精加工量)这样能更好的保证零件加工精度。螺纹加工时,根据实际加工经验,最后车削螺纹时,应采用光走几刀,这样可以使螺纹的表面质量提高。
结束语
配合类零件的加工在企业中较为广泛,其在零件形状,加工的工艺分析、实际加工等方面都需要全面考虑,每个细节都考虑到实际加工,这不仅要考虑到操作者知识的全面性,也要考虑到加工工艺的完整性。总之,加工配合类零件时,各方面都需要操作者掌握,必须具有一定的专业知识,这对于提高产品的质量和效率都有很大的帮助。
参考文献
关键词:工艺分析加工方案进给路线控制尺寸
随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,数控加工技术对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。
1加工零件图(图1)
2确定零件车削加工方案
零件图纸工艺分析-确定装夹方案-确定工序方案-确定工步顺序-确定进给路线-确定所用刀具-确定切削参数-编写加工程序
2.1零件图纸工艺分析
该零件尺寸精度要求较高,有外圆锥面,外圆弧面,内锥,内槽,内螺纹等形面。精度上,外圆Φ48与Φ38等外径及长度方向尺寸精度较高。并且左圆锥面与右圆柱面具有同轴度要求,可见该零件结构复杂,适合数控加工。
2.2装夹方案
形位精度的要求确定了零件的装夹方案,从该零件可看出,需要经过多次掉头装夹才能达到要求。应先夹住左端面,除了直径Φ40的外锥及内螺纹内槽不需加工外,其它的需加工完毕。接着掉头夹住Φ38的外径加工剩余的部分。第二次装夹需以Φ38的外径及左端面定位,采用百分表找正,才能较好保证同轴度。还需注意,第二次装夹时该零件属薄壁件,易变形,夹紧力要适当。
2.3工序方案
分为四道工序,工序1,夹住零件右端,夹位为30长,加工Φ48、Φ38柱面、R40、R4圆弧、保证外径各个长度。工序2,加工Φ16、Φ30内圆柱,圆锥面、R2圆弧、保证内径各个长度。工序3,工掉头装夹Φ38×25柱面,控制总长,加工Φ40外锥面;工序4钻螺纹底孔,加工内槽。内螺纹。
2.4确定工步顺序、进给路线及刀具
确定进给路线的工作重点,主要在于确定粗加工及空行程的进给路线,因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。
进给路线泛指刀具从对刀点(或机床固定原点)开始运动起,直至返回该点并结束加工程序所经过的路径,包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。
在保证加工质量的前提下,使加工程序具有最短的进给路线,不仅可以节省整个加工过程的执行时间,还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。
而刀具的选择也是数控加工中重要内容之一,它不仅影响机床的加工效率,而且直接影响加工质量。编程时,选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。如下是对该零件工步顺序、刀具的选择。
①粗车外圆表面。刀具:90o外圆刀片,80o菱形刀片。Φ48、Φ30外圆、R40圆弧。
②半精车R4过渡圆弧。刀具:Φ6圆形刀。
③粗车内孔端部,刀具:三角形刀片。这道工步是为下一道工步服务,减少钻削加工变形。
④钻削内孔深部。刃具:Φ16钻头。
⑤粗车内锥面。刀具:55o菱形刀片。
⑥精车右端面。刀具:55o菱形刀片。
⑦精车内锥面。刀具:93o菱形刀片。
⑧精车外圆及圆弧面。刀具:93o外圆刀片,R3圆弧车刀。
⑨掉头装夹,粗、精车左端面,保证总长。刀具:55o菱形刀片。
⑩粗车Φ40外锥面。刀具:90o外圆刀片。
11粗、精螺纹底孔。刀具:93o菱形刀片。
12精车Φ40外锥面。刀具:93o外圆刀片。
13)车内螺纹退刀槽及车螺纹。刀具:90o内槽刀片及60o内螺纹刀片。
2.5确定切削用量
切削用量是衡量工作运动大小的数值,它的选择与保证工件质量和提高生产效率有密切的关系。切削用量主要包括切削速度、进给量和切削深度。切削用量大小决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削用量。如下是对该零件切削用量的选择。
①外圆柱面
粗车:S=600r/minF=80mm/minap=4mm
精车:S=1000r/minF=100mm/minap=1mm
②内圆柱面
粗车:S=600r/minF=60mm/minap=3mm
精车:S=1000r/minF=80mm/minap=1.5mm
③内槽S=600r/minF=50mm/minap=4mm
④内螺纹S=600r/min
2.6指令(GSK980T系统)选择
①准备功能指令GOOG01G71G73G75G76
②辅助功能指令M03M05M08M09M00M30
③刀具功能代码T
④主轴功能代码S
3控制尺寸精度的方法
数控加工中,经常碰到这样一种现象:程序自动运行后,停车测量,发现工件尺寸达不到要求,尺寸变化无规律。这时可采取以下常用的控制尺寸的方法。
①修改刀补值保证尺寸精度。由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差,不能满足加工要求时,可通过修改刀补使工件达到要求尺寸,保证径向尺寸方法如下:根据“大减小,小加大”的原则,在刀补001~004处修改。如用1号切断刀切槽时工件尺寸大了0.2mm,而001处刀补显示是X3.8,则可输入X3.6,减少1号刀补。
②修改程序控制尺寸。如用2号外圆刀加工完上图工件后,经粗加工和半精加工后停车测量,各轴段径向尺寸如下:φ48.06mm、φ38.03mm。这时,可以采用修改程序的方法进行补救,方法为把X48改为X47.93,X38改为X37.97,这样一来,这两处外圆能达到要求。
经过上述程序和刀补双管齐下的修改后,再调用精车程序,工件尺寸一般都能得到有效的保证。
4结语
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式,实际加工中,操作者只有具备较强的加工工艺分析能力和丰富的实践技能,方能编制出高质量的加工程序,加工出高质量的工件。
关键词:立式铣床铣工
1 概述
铣刀旋转是铣削加工的主运动,工件或铣刀做进给运动的切削加工方法。用旋转的多刃刀具来进行切削是铣削加工的主要特点,所以效率较高,加工范围广。铣削是加工平面的主要方法之一。在铣床上使用各种不同的铣刀可以加工平面(水平面、垂直面、斜面)、阶台、沟槽(直角沟槽和V形槽、T形槽、燕尾槽等特殊形状的沟槽)、特形面和切断材料等。同时,使用分度装置可加工需周向等分的花键、牙嵌轮、螺旋槽、齿式离合器等。此外,在铣床上还可以进行钻孔、铣孔、铰孔和镗孔等工作。
2 加工步骤
加工零件如图1所示:
加工步骤如下:
2.1 铣六面体
用平口钳装夹工件,立式铣床上用镶齿端铣刀(直径80mm)铣削六面体。量具:游标卡尺、深度游标卡尺、角尺、千分尺。选择铣削用量(主轴转速n=325r/min,进给速度=60mm/min,切削深度=1.5mm),平口钳固定钳口与铣床主轴轴线垂直安装。
①铣基准面A(面1)铣质量最差最不规则的大面作为基准面,少铣以铣平为止。
②(铣面2)以面1为基准靠向固定钳口,在活动钳口与工件间置圆棒装夹工件,少铣铣平为止。
③(铣面3)仍以面1为基准装夹工件,控制尺寸,保证平行度。
④(铣面4)面1靠向平行垫铁,面3靠向固定钳口装夹工件,控制尺寸,保证平行度。
⑤平口钳夹面1和面4用90°角尺校正工件面2与平口钳钳体导轨面垂直,少铣铣平为止。
⑥面1靠向固定钳口,面5靠向平口钳钳体导轨面装夹工件,控制尺寸,保证平行度。
⑦用挫刀打各棱边毛刺。
2.2 铣斜面
用平口钳装夹工件,立式铣床上用镶齿端铣刀(直径80mm)铣削斜面,量具:游标卡尺、万能角度尺,选择铣削用量(主轴转速n=32r/min,进给速度=60mm/min,切削深度=1.5mm)。
①读图、确定基准面。②加工步骤:平口钳固定钳口与铣床纵向工作台平行安装。③将工件转动45°用万能角度尺校正装夹工件。
2.3 铣台阶
用平口钳装夹工件,选用立铣刀(选择直柄20mm、18mm、16mm立铣刀),选择铣削用量(主轴转速N=250r/min,进给速度=60mm/min),量具:游标卡尺、深度游标卡尺、千分尺。
①读图、确定基准面。②加工步骤:校正固定钳口与纵向工作台平行。③铣双台阶、单台阶面至尺寸。④测量,卸下工件。
2.4 铣直角通槽
用平口钳装夹工件,卧式铣床上用三面刃铣刀(选择80mm×10mm×27mm的三面刃铣刀),选择铣削用量(主轴转速n=80r/min,进给速度=23mm/min),量具:游标卡尺、深度游标卡尺。
①读图、确定基准面。②加工步骤:校正固定钳口与铣床主轴轴线平行。③铣宽度10±0.1mm,深度5mm。④测量,卸下工件。
2.5 铣∨形槽
用平口钳装夹工件,立式铣床上用立铣刀(选择直柄20mm、18mm、16mm立铣刀),卧式铣床上用锯片铣刀铣窄槽(选择63mm×4mm×22mm的锯片铣刀),量具:游标卡尺、深度游标卡尺。
①读图、确定基准面。②铣窄槽,在卧式铣床上校正固定钳口与铣床主轴轴线平行。铣削前先用试铣法对中心,以保证其对称度要求。主轴转速=112R/min。按深度尺寸16mm手动进给铣窄槽至要求。③铣∨形槽,在立式铣床上校正固定钳口与纵向工作台平行。以前面斜面为基准校正铣削至图。④测量,卸下工件。
2.6 铣T形槽
用平口钳装夹工件,立式铣床上用立铣刀或键槽(选择直柄8mm立铣刀或键槽),卧式铣床上用三面刃铣刀铣直槽(选择63mm×8mm×22mm的三面刃铣刀)和16mmT形槽铣刀,量具:游标卡尺、深度游标卡尺,千分尺。
①读图、确定基准面。②加工步骤:安装、校正平口钳固定钳口与纵向工作台方向平行。③铣直槽,用立铣刀或键槽,保证宽度10±0.05mm,深度至图。④铣底槽,用T形槽铣刀铣底槽至图。
2.7 铣封闭式键槽及十字槽
用平口钳装夹工件,立式铣床上用键槽铣刀(选择直柄6mm键槽铣刀),量具:游标卡尺、深度游标卡尺,塞规。
①读图、确定基准面。②加工步骤:安装、校正平口钳固定钳口与纵向工作台方向平行。③铣封闭式键槽,用键槽铣刀,保证键宽度6H8、键长30+0.1mm、深度至图。④测量,卸下工件。
2.8 孔加工
用平口钳装夹工件,立式铣床上用麻花钻和铰刀(选择麻花钻直径5mm,5.8mm,铰刀H7),量具:游标卡尺、深度游标卡尺,塞规,千分尺。
①读图、确定基准面。②加工步骤:安装、校正平口钳固定钳口与纵向工作台方向平行。③钻孔,装夹时,应使工件底面与钳身导轨面离开一定的距离,以防钻孔时损伤导轨面。④按孔径尺寸选好麻花钻,用钻夹头和弹簧夹安装于主轴锥孔中(先安装5mm麻花钻,再安装5.8mm麻花钻。调整主轴转速为650r/min,然后纵向、横向移动工作台,用靠刀法找中心,将纵向、横向移动工作台锁紧,即可开机,手动升降台进给钻第一个孔,然后移动孔距(20mm),钻第二个孔。更换10mm的键槽铣刀(由于键槽铣刀底齿通过中心,可以作轴向运动)加工至图。⑤铰孔,选择切削速度v≤10m/min,进给量f≤0.8mm/r,加工至图。
3 结束语
本文介绍了铣床加工复杂零件的一般步骤。当然,在具体实现过程中还需要掌握一些基本技术和方法。本文所介绍的操作步骤虽然看起来简单,但要真正掌握它,还需在实践中不断体会和提高。
参考文献:
[1]段春辉.铣床通用处理系统研制[D].成都:西南交通大学,2008.
关键词:失蜡模 精密铸造 切削加工
飞轮零件(如图1)一般的加工方法是选用圆棒料车削加工达到图样要求,用圆棒料加工飞轮不尽加工余量大,而且在加工过程中需要频繁更换刀具,既增加操作者的劳动强度,又降低了生产效率;另一种方法是用锻件坯料,虽可降低材料用量,但由于锻件毛坯锻造误差大,切削加工余量也相应较大,而且锻件在锻造过程中劳动强度大、锻造成本高,这种方法对切削加工效率也无明显提高。
图1
该零件(材料65Mn)为批量生产,需要提高生产效率,降低生产成本。
一、选择模具类型的思路分析
1.锻造模
在锻造成型中一般的锻造模不能满足要求,如果采用精密锻造模就必须要制造出坯料粗锻模和一套整形模,还需要制造一套切边模,而且零件的φ20mm孔在锻造时不便成型。
2.热挤压模
虽然热挤压模的成型性能较好,但是对用料的要求较高(毛坯用料误差要求高),否则会造成毛坯成型后薄厚不一,同样需要制造切边模进行切边。
以上两种模具的最大弱点是只适合单件生产,生产效率低,无法满足大批量生产的要求。
3.失蜡模
选用失蜡模精密铸造成型的优点有:(1)模具造型可一模二出或一模多出;(2)适合批量生产,能满足大批量生产的需要;(3)精密铸造零件的尺寸、形状稳定一致,在机加工时可采用定型件操作工艺加工,减少对刀、测量等辅助时间,能有效地提高加工效率;(4)精密铸造零件可实现加工余量最小、用量最省的目的,除预留极少的切削余量外,不会造成材料的浪费;(5)失蜡模对材料的要求没有像锻造模、热挤压模那样高;(6)65Mn材料性能稳定,采用失蜡模铸造该零件比较适合材料的性能特点。
根据以上比较,我们选用失蜡模精密铸造该零件的坯料既经济实用,又能满足该零件的各种技术要求。
二、模具设计
该产品每个面均需要经过切削加工才能达到表面粗糙度值Ra3.2。Ra3.2粗糙度值经过精车即可保证,故在模具设计时要将每个加工面的余量放大0.5mm(单边)。φ20mm孔内表面粗糙度值Ra1.6,用车削加工难以保证其表面质量,故φ20mm孔留1mm余量(单边)。精车后由磨削加工保证φ20mm孔的尺寸精度与表面粗糙度要求。8-φ10mm孔的成型在模具设计时不予考虑。模具设计思路基于以下几点。
第一,失蜡模铸造是一种精密铸造工艺,其尺寸与形状在铸造过程中处于一种稳定的状态,不会产生崩形、变形等。
第二,失蜡模铸造件的表面总会产生型砂微细颗粒形成的粗糙表面,这种表面不能满足图样表面粗糙度值Ra3.2的要求。留有0.5mm的精车余量既可以保证每个加工表面对粗糙度的加工要求,又能使每个加工表面都有充足的加工余量。
第三,65Mn材料的铸造件在机械切削加工前要进行退火处理,而且不存在由于表面层硬化而造成不利于切削的情况。
第四,8-φ10mm孔和键槽在模具设计时可以不考虑,主要是基于模具的制造成本及模具的制造难度和与机加工工艺相比的性价比问题。
三、模具的结构组成
模具结构(见图2)。
1.模具组成及作用
(1)在底板上安装一个推料套,当把底板上的活动垫板拿掉后,推压下型芯板,推料套可将蜡型从型腔中推出。同时,模具两侧的活动螺栓可以达到锁紧模具的目的。
(2)在下型芯板上形成飞轮的背部斜锥与台阶尺寸,并且作出注蜡口。
(3)在上型芯板上加工出与台阶孔相对的飞轮零件外锥体部分,安装零件内孔成型的活动芯轴,并作出注蜡口。
(4)活动抽芯的上端在上型芯板孔中滑配,下端与推料套孔作间隙配合,以确保与成型件的位置精度,当型腔注满蜡后,可以将其手动抽出。
(5)锁紧装置由螺母与螺栓组成,螺栓与底板之间采用铰链式活动连接,当活动垫块、下型芯板、上型芯板依次在底板上装配组合后,螺母在螺栓上旋紧即可锁紧整个模具。
2.蜡型成型过程与特点
(1)注蜡嘴与上型芯板注蜡口锥型孔锥面相吻合。注蜡使型腔充满蜡料达到成型的目的,待液态蜡冷却成固态蜡型后,抽出活动抽芯,松开锁紧螺母,拿出上型芯板,割断注蜡口余料,抽出活动垫块,把下型芯板向底板方向下压,推出蜡型(毛坯型)。
(2)模具设计为一模二出型,可提高造型工作效率1倍。成型后的坯型各项尺寸精度、形位精度较好。
四、节约用料的经济估算
1.用圆棒加工时每件耗料
W=πr2hg=3.14×47.52×38×7.8×10-6=2.1(kg)
2.用锻件加工时每件耗料
W总=W净+30%W净
W净=π[r12h1+(r22+r2r3+r32)h2/3+(r32+r3r4+r42)h3/3-(r42+r4r5+r52)h4/3]g
=3.14×[17.52×10+(342+34×46.5+46.52)×12.3/3+(46.52+46.5×33.5+33.52)×12.8/3-(33.52+33.5×28.5+28.52)×5.1/3]×7.8×10-6=0.95(kg)
W总=W净+30%W净=0.95+30%×0.95=1.24(kg)
3.用失蜡模精密铸造时每件耗料
W总=W净-W孔
W孔=3.14×92×35×7.8×10-6=0.07(kg)
W总=W净-W孔=0.95-0.07=0.88(kg)
根据计算结果得出:用失蜡模精密铸造时每件耗料最低,经济效益最好。
[摘 要]偏心轴 镍基合金 变形 位置度
中图分类号:D415 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)13-0289-01
一、零件介绍
SS.050023是我最早接触的偏心轴之一,2009年开始试制,2009年年底交付首件。首件得到了客户的认可。随后即投入批量生产。本文以该偏心轴为例,通过分析并解决在试制过程中出现的工艺问题。为后续偏心轴的试制提供宝贵经验。
该偏心轴的毛坯为镍合金ALL0Y718的棒料。零件总长965.962mm,最大外径为Φ87.376mm,零件有一个 Φ31.75的偏心通孔,零件左端有位置度要求较高的偏心内孔,零件右端有位置度要求较高的偏心外圆,偏心距全部为8.89mm,在零件右端面有许多台阶孔,尺寸及位置度要求高,加工时要避开63mm的干涉距离。如下图所示:
二、加工中存在的问题
该零件材料主要成分含镍50-55%,含铬17-21%,含锰2.8-3.3%等等,和其它镍基合金的一样,有优良的高温强度、热稳定性,硬度高,导热系数低。
加工中主要存在的问题:
1.深孔钻加工偏心内孔,进出口偏差较大。
2.图纸要求所有未注外圆位置度为0.127,立加铣削槽时,粗加工完检查中间外圆跳动超过0.4,变形导致所有位置度无法满足要求。
3.偏心外圆位置度要求高,数车加工时无法检查。
4.端面孔复杂,孔加工难度大,冷却不充分,排屑不畅,刀具磨损较快,容易打刀。
三、偏心轴的工艺安排
先在零件两端面各加工一个偏心孔,在卧式加工中心上钻两个偏心孔作为深孔钻加工偏心孔的引导孔,孔口倒角作为顶尖孔。
然后在零件适当位置上组合工艺套,再用两顶尖装夹在车床上将工艺套车成偏心套,这样就可以支撑该偏心套来加工偏心孔。
工艺套使用45#钢,价格低廉,适合我们这种批量少价格昂贵的零件。为防止加工中偏心套松动导致偏心错位,我们将偏心套配过盈0.1~0.15,加热后组合在零件上,取下偏心套也很容易,在偏心套最薄处铣个开口就可以很方便的卸下来。
四、工艺流程
合理的工艺线路对零件的加工质量至关重要。偏心轴的工艺就是要控制零件的偏心距。
工艺编排,把容易引起零件弯曲变形的工序编排靠前位置。比如去除大余量的深孔钻工序和四槽去大余量立加粗加工工序编排在两端型面精加工前完成,最大限度的减小加工内应力影响零件后续精加工。
后续工序需检查零件中间位置的跳动,监控零件变形情况,按零件变形情况,安排校正工序,较直变形零件。
减小零件加工中的人为因素,尽量用机器完成工序中的工作,易于保证零件加工精度。比如螺纹加工,改钳工攻丝为加工中心螺纹铣削。
五、加工分析
1.深孔钻削
正常的钻削技术所加工的孔,其孔深一般不超过5倍直径,而该偏心轴中心的偏心孔长径比超过30,加工难度极大,而且只能从一头加工偏心孔,如果两头加工则很难做到两头偏心孔同轴。任何孔深大于10倍直径的孔都称为深孔,深孔加工需要高压的冷却液和良好排屑系统。深孔加工排屑是难题,切屑越小越好排出。高压力的切削液流经钻头与己钻孔之间的外钻管,钻头是中空的,切削液携带铁屑进入钻体,然后经钻杆排出。
因镍基高温合金很难加工,刀具磨损严重,加工到一半深度就必须退刀更换刀片后再继续加工。孔径比越大,孔的同轴度越难以保证,加工出来的偏心孔出口偏差在0.5~1.6mm之间,超过最终图纸要求,所以外圆必须留有余量,以内孔为基准修车外圆来满足同轴度要求。
偏心轴是采取在卧式加工中心上找正己加工的偏心孔,修正外圆基准,保证零件偏心轴。
2.控制铣削变形
因为不对称铣削,粗加工后零件中间弯曲变形0.2~0.5,必须进行校直后才能进行精加工。校直时支撑零件两头,找到中间外圆跳动最大处,根据百分表的显示慢慢调整机床压力。
采用合理有效的刀具和切削参数对控制铣削变形至关重要。
高温合金是难加工的材料之一。其主要的切削特点为 ①切削力大,②切削温度高,③加工硬化严重,④刀具易磨损。镍基高温合金ALLOY 718基体硬度约HRC37,切削后表面产生0.03毫米左右的硬化层,硬度增加到HRC47左右,硬化程度高达27%,加工硬化现象对刀具寿命有很大影响。
在加工的过程中,增强零件装夹钢性和强有力的冷却有效的减小铣削变形,还能延长刀具寿命。
3.端面孔加工
端面细长孔因为尺寸及位置度要求高,所以工艺编排在最后加工。
孔加工属半封闭式加工,是轴类零件加工中难度最大的加工方式,主要难点表现在孔的直径较小,孔径较深,冷却效果差,产生的切削热和切屑难以及时排出,刀具磨损严重,并且轴端面在有凸台,刀具伸出很长导致刀具的钢性差,加工过程中让刀严重磨损,影响孔的直径和位置度。
通过加工中摸索,钻削镍基合金小深孔需关注以上几点:
优先使用带涂层的整体硬质合金刀具,带涂层刀具可明显延长刀具寿命。
增大锋角可减少刃屑接触长度,降低切削热,改善钻头切削条件,高温合金钻头的锋角推荐135°~140°。
钻小深孔时必须使用啄钻,每啄钻一次后将刀具完全退出零件表面,让冷却液充分冷却钻头并冲走切屑。
刀具悬深太长,刚性太差时可将刀具做成阶梯式刀具,在不干涉的情况下增大夹持部分的直径。
尽量使用强力夹头刀柄或液压刀柄等高精度刀柄来装夹刀具,这样刀具的跳动小寿命长,加工的孔位置精度高。
钻头在切入工件时震动最大,导致钻头的横刃磨损或崩刃,钻头寿命低。可调整切削参数,在切入工件的时候将进给降低到30%,等钻头进入工件3-5mm后再使用正常的进给。
长径比超过10的小深孔可使用内冷钻头,这样可充分冷却削刃,使排屑变得更为顺畅。
六、存在的问题及改进方向
关键词: VNUC;仿真加工;数控教学
Abstract: The VNUC simulation software simulation machining of the shaft parts as an example, through the teaching practice, the application of VNUC simulation software can not only make up the equipment deficiencies, and to mobilize the enthusiasm of the students, improve the teaching quality of nc.
Key words: VNUC; machining simulation; NC Teaching
中图分类号:TG659文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
随着“三本”院校加强对于学生动手能力的要求,以及数控加工在机械制造业中的广泛应用,对数控相关技术人员的需求日益增加,数控操作者的大量培训便成为迫切的问题。在传统的操作培训中,数控编程和操作的有效培训必须在实际机床上进行,这既占用了设备加工时间,又具有风险,培训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏[1]。随着计算机技术的发展,尤其是虚拟现实技术和理念的发展,产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真软件。它用计算机仿真软件进行培训,不仅可迅速提高操作者的素质,而且安全可靠、费用低。因此,VNUC数控仿真软件在数控教学中发挥着重要的作用,本文以VNUC仿真软件对轴类零件的仿真加工为例,通过一段时间的数控教学,发现数控仿真软件能在其中显示出桥梁作用,能使理论和实践有效的衔接,打破了传统的数控教学模式,增加了学生动手的机会,提高了操作的熟练程度。因此,把数控仿真软件用于教学,是解决这一问题的有效途径[2]。
车削零件的数控仿真加工
车削零件的尺寸及程序的编写
图1 车削加工零件
以加工如图1所示零件为例说明FANUC车床的操作方法。采用外圆加工方式,选取刀尖半径0.8,刀具长度60, D号刀片,J型刀柄。加工应选择直径62mm,高为200圆柱型毛坯。
程序如下:
%
O0001
T0101;
M03 S800;
G00 X65. Z10. ;
G71 U7.0 R1.0 ;
G71 P050 Q110 U4. W2. F0.2 S500. ;
N050 G00 X6.0 Z2.0;
G01 Z-20.0 F10.;
G03 X14.0 Z-24.0 R4.0;
G01 W-8;
G02 X20.0 W-3.0 R3.0;
G01 W-37.0;
G03 U20.0 W-10.0 R10.0;
G01 W-20.0;
G02 X52.0 W-6.0 R6.0;
N110G03 U10.0 W-5.0 R5.0;
G70 P050 Q110;
G00 X65.0 Z10.;
M05;
M02;
%
打开“开始”菜单,在“程序/数控加工仿真系统/”中选择“数控加工仿真系统”点击,进入系统,点击“快速登录”进入系统主界面。
1.2 选择机床
点击菜单“机床/选择机床…”,在选择机床对话框中控制系统选择FANUC,机床类型选择车床并按“确定”按钮。
1.3 机床回零
先使X轴回零,再使Z轴回零。
1.4 安装零件
点击菜单“零件/定义毛坯…”,在定义毛坯对话框中可改写零件尺寸高和直径,按确定按钮。点击菜单“零件/放置零件…”,在选择零件对话框中,选取名称为“毛坯1”的零件,并按确定按钮,界面上出现控制零件移动的面板,可以用其移动零件,此时点击面板上的退出按钮,关闭该面板,零件已放置在机床工作台面上。
1.5 输入NC程序
数控程序可以通过记事本或写字板等编辑软件输入并保存为文本格式文件,也可直接用FANUC系统的MDI键盘输入。
1.6 安装刀具
点击菜单“机床/选择刀具”在“车刀选择”对话框中根据加工方式选择所需的刀片和刀柄,确定后退出。
1.7 对刀
平端面
在手动(jog)状态下,让刀具靠近毛坯并主轴打开正转。进给速率减慢, +X方向退刀。点击“offset setting”进入坐标系设定补正里面在G01行里面输入“Z0”并自动“测量”。如图2所示
图2平端面 图3试切直径
试切直径
在手动(jog)状态下,让刀具靠近毛坯并主轴打开正转。进给速率减小一点。试切直径,并+Z方向退刀。主轴停转,点击主菜单里面“工具”。点击测量功能就,把式切直径测量出来,例如:71.066式切直径。把式切直径输入到补正里面。用X71.066输入,并“测量”。如图3所示
1.8 自动加工
机床位置确定和工件中心坐标输入后,就可以开始自动加工了。此时将操作面板的MODE旋钮切换到AUTO模式,点击start按钮,机床就开始自动加工了,如图4。加工完毕就会出现如图5所示的效果。
图4 加工过程示意图图5 加工完毕后的效果图
结语
VNUC数控加工仿真软件是利用计算机虚拟动画技术来模拟实际机床的加工过程,可使用户既能掌握数控机床加工的基本原理,又能掌握数控机床操作的基本技能。将该软件应用于教学培训和实际生产中,可以减少培训成本,保证生产质量,具有十分重要的意义[3]。
参考文献:
[1]李芹.基于VNUC数控仿真软件下的教学[J].科技风,2009,(19)
机械零件的设计与加工质量对最终的机械质量十分重要,因此,在进行机械零件加工工作时,需要专业的制造能力。我国大部分机械零件加工多采用数控加工形式,对数控机床、数控编程设计、工作效率都有很大要求。为了满足机械零件的质量与速度需求,必须加大对机械零件的设计要求与加工工艺要求。本文通过对设计加工工艺内容进行整理,对机械零件加工原则进行分析,进而促进我国机械零件行业的发展。
关键词:
机械零件;设计加工;加工工艺;内容及原则
科技的进步带动着许多领域的工作方式产生了改变,在机械零件加工领域,从传统的工业生产方式改变为数控生产模式[1]。科学技术的快速进步推动了机械零件行业的快速发展,在机械零件数控技术中,加工工艺内容与水平是衡量机械零件质量的重要指标。
一、机械零件设计加工工艺的具体内容及特点
1.机械零件加工工艺的内容
现在大多数机械零件加工工作都选择数控生产方式进行加工运作,在进行机械零件加工前,必须对加工工艺进行仔细的了解,再根据加工零件资料制定合理的加工方案,才能够确保机械零件的质量合格。在对机械零件进行加工前,确定加工工艺内容主要有以下三步骤。第一,当准备对机械零件进行加工时,应当选择适合机械零件的数控机床[2]。只有选择出恰当的数控机床,才能加工出合格质量的机械零件。选择好数控机床后,再确定具体的加工工序。不同种类的机械零件所经历的加工工序均有所不同,机械零件加工工作人员必须根据所加工的机械零件特点进行工序设计,再进行加工。第二,在根据机械零件的特点制定好机械零件的加工方案后,再开始对所需加工的机械零件图纸进行具体分析,研究出最适合该零件的加工技术。选择恰当的加工技术是整个加工工作的基础。第三,对机械零件的加工工艺设计,这一步骤是机械零件加工的核心步骤。对机械零件的加工工艺的设计关系到零件的质量好坏。因此,在进行机械零件设计时,需要清楚的对加工程序、基准选择、工具选择以及夹具和安装步骤的确定都十分重要,只有将这些东西整理清楚,才能制定出最适合机械零件的加工工艺,进而保证机械零件质量。
2.机械零件加工工艺的特点
由于机械零件加工会采用数控加工方式,因此,在机械零件加工工艺中处处体现着具有数控特点,在数控特点中又融合进机械零件加工自身所有的特点。主要的特点有三个。第一,机械零件加工工艺具有详细性。在进行机械零件加工前,需要做好充足的准备才能开始进行加工。为了保证机械零件的质量,在加工前需要制定完善的数控机床加工方案,选择适当的数控机床。在加工过程中,还应当对加工程序、刀具、方法及参数等多方面内容进行确定。在机械零件加工过程中,只有将这些资料都准备齐全,才能开始对机械零件进行加工。这样才能减少机械零件加工企业的损耗,确保机械零件的加工质量。第二,机械零件加工工艺的严密性。采用数控机床进行机械零件加工,能够提升机械零件的精密度,确保机械零件的质量[3]。并且在加工过程中,可以降低工人的工作量,提升工人的工作效率。由于采用数控机床加工,有可能在加工过程中发生问题而无法停止加工。因此,在进行机械零件加工前,必须确保在加工工艺程序设置上的严密与准确性。一点小的设置误差,都有可能造成机械零件报废,对机械零件的质量造成影响,严重时甚至会造成机械事故,对工作人员的生命造成威胁。第三,机械零件加工工艺需要进行合理的数学计算。采用数控机床方式进行加工,需要进行数控编程。而在数控编程工作中,对机械零件的长、宽、高等尺寸都需要进行设置。因此,在进行机械零件数控编程前,需要先利用数学知识对零件各个尺寸进行设计,对机械零件进行优化。
二、机械零件设计的原则
1.机械零件设计的定位基准原则
在机械零件进行加工时,需要设置机床与刀具的相对位置参数。在加工最初阶段,机械零件处于粗基准阶段,为了保证机械零件加工质量,需要对机械零件进行精准定位[4]。在进行机械零件加工过程中,需要根据零件自身特点来制定相应的定位基准。倘若不能选择恰当的定位基准,对于最终生产出来的机械零件质量有很大影响。在对机械零件加工位置进行定位时,有两个原则:第一,是对机械零件加工粗基准的原则。在选择粗基准定位时,首先需要确保机械零件加工的原材料充足,在加工表面需要预留出足够的余量。在选择夹具时,应当尽可能选择简单的夹具。第二,对机械零件加工精基准定位的原则。当加工定位选择为精基准定位时,为了方便定位,需要观察精基准面的选择恰当性。在机械零件加工时,需要慎重对精基准定位进行选择,以此来提升机械零件加工效率。
2.机械零件加工设计方法的选择原则
在进行机械零件加工设计方法的选择时,需要遵循两种选择原则。其一是需要符合经济适用性原则。如果设计的加工方法对于生产企业会产生较大的负担,如材料价格过大,设备需求过大等对企业自身的利益会产生影响,则不利于企业的发展。因此在选择时,需要根据生产企业自身的情况进行适当性选择。第二,应当遵循设计方法与实际零件匹配原则。在对机械零件的加工方法进行设计时,应当根据零件自身的形态来进行设计。同时还应当与机械零件的材料、工厂的设备、工人的水平等要求综合考虑来进行设计,否则容易造成机械零件的加工失败状况,对企业造成损失。结束语综上所述,机械零件的加工工艺具有自身的特点与需求,在进行机械零件的设计时,必须遵循相应的原则。否则,不仅会造成机械零件的加工失败,影响机械零件质量,严重时甚至有可能会发生机械事故,对企业造成损失。
参考文献:
[1]王东辉.连杆零件的机械加工工艺规程和专用夹具设计[J].科技展望,2014,23(17):22.
[2]计正寅.零件机械加工工艺设计原则分析[J].工业设计,2015,08(10):117-121.
[3]刘丹青.典型轴套类零件设计及加工工艺分析[J].赤子(上中旬),2015,24(45):341-342.
【关键词】机械加工;零件加工;精度 随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈,现代企业在高目标和低成本的追求过程中,对零件制造的基本要求就是要做到多、快、好、省。其中“好”的含义包括不断提高零件的质量,提高其使用效能与使用寿命,最大限度地消灭废品,降低次品率,提高零件的合格率。因为零件的质量直接影响着机器的性能、寿命、效率、可靠性等指标,是保证机器质量的基础,而零件的制造质量,是依靠其毛坯的制造方法、机械加工、热处理以及表面处理等工艺来保证的。因此,在零件制造的各个环节都要始终把保证质量放在首位。
1.对加工精度和加工误差的分析
加工精度是指零件加工后的实际几何参数与图纸规定的理想几何参数符合的程度,这种相符合的程度越高,加工精度也越高。在加工中,由于各种因素的影响,实际上不可能将零件的每一个几何参数加工的与理想几何参数完全相符,总会产生一些偏离,这种偏离,就是加工误差。实际上,只要零件的加上误差不超出零件图上按零件的设计要求所规定的公差,就可以说保证了零件的加工精度要求。由此可见,“加工精度”和“加工误差”这两个概念是从两个侧面来评定零件几何参数这个同一事物的。加工精度的低和高是通过加工误差的大和小来表示的。所以,保证和提高加工精度的问题,实际上就是限制和减小加工误差的问题。
2.如何获得加工精度
由于在加工过程中有很多因素影响加工精度,所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。如果盲目追求加工精度,就会降低生产效率,增加加工成本。所以,我们在保证加工质量的前提下,应尽量达到提高效率,降低生产成本的目的。加工精度可以分为尺寸精度、形状精度和位置精度,因此,加工精度的高、低是以尺寸公差、形状公差和位置公差来衡量的。
2.1零件尺寸的精度方法
零件尺寸的加工方法首先包括试切法,就是先试切出很小部分加工表面,测量试切所得的尺寸,按照加工要求适当调刀具切削刃相对工件的位置,再试切,再测量,如此经过两三次试切和测量,当被加工尺寸达到要求后,再切削整个待加工表面。其次是调整法,就是预先用样件或标准件调整好机床、夹具、刀具和工件的准确相对位置,用以保证工件的尺寸精度,并在一批零件加工过程中尺寸保持不变,这就是调整法。还有定尺寸法,即用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法,它是利用标准尺寸的刀具加工,加工面的尺寸由刀具尺寸决定,即用具有一定的尺寸精度的刀具来保证工件被加工部位的精度。最后是自动控制法,即在加工过程中,通过由尺寸测量装置、动力进给装置和控制机构等组成的自动控制系统,使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿调整和切削加工等一系列工作自动完成,从而自动获得所要求尺寸精度的一种加工方法。
2.2获得形状精度的方法
获得形状精度的方法首先包括轨迹法,这种加工方法是利用刀尖运动的轨迹来形成被加工表面的形状的,普通的车削、铣削、刨削和磨削等均属于刀尖轨迹法,用这种方法得到的形状精度主要取决于成形运动的精度。另外是成形法,通过利用成形刀具的几何形状来代替机床的某些成形运动而获得加工表面形状的。如成形车削、铣削、磨削等,成形法所获得的形状精度主要取决于刀刃的形状。
还有展成法,就是利用刀具和工件作展成运动所形成的包络面来得到加工表面的形状,这种方法所获得的形状精度主要取决于刀刃的形状精度和展成运动精度。
2.3获得位置精度方法
机械加工中,被加工表面对其他表面位置精度的获得,主要取决工件的装夹。
直接找正装夹法是用百分表、划线盘或目测直接在机床上找正工件位置的装夹方法。划线找正装夹法是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线,然后将工件装上机床,按照划好的线找正工件在机床上的装夹位置,这种装夹方法生产率低,精度低,且对工人技术水平要求高,一般用于单件小批生产中加工复杂而笨重的零件,或毛坯尺寸公差大而无法直接用夹具装夹的场合。最后是用夹具装夹,夹具是按照被加工工序要求专门设计的,夹具上的定位元件能使工件相对于机床与刀具迅速占有正确位置,不需找正就能保证工件的装夹定位精度,用夹具装夹生产率高,定位精度高,但需要设计、制造专用夹具,广泛用于成批及大量生产。
3.数控工艺对零件加工精度的影响
自 1952 年世界上第一台数控铣床产生以来,高精度化就成为数控技术发展追求的目标。随着现代制造技术的发展,数控机床越来越普及,与普通机床相比,数控机床在控制系统、伺服驱动、机械结构等方面发生了具大变化。数控机床采用计算机数字控制,各坐标轴采用闭环或半闭环伺服驱动,机械传动链变短,机械部件在消隙、减磨等方面进行了很多改进,因此,数控机床具有加工精度高、生产效率高、产品质量稳定、加工过程柔性好、加工性能强等特点。数控编程对加工精度的影响主要来自编程原点的确定、数据处理、轨迹拟合、加工路线选择等方面。
首先是编程原点选择对加工精度的影响,数控编程首先遇到的问题就是确定编程原点,编程坐标系一般是编程人员根据零件加工特点和零件图纸确定的。编程原点的选择直接影响零件的加工精度,确定编程坐标系最根本的原则是编程基准、设计基准、工艺基准统,这样可最大限度地减少尺寸公差换算所引起的误差。另外是编程时数据处理对加工精度的影响,数控编程时的数据处理对轮廓轨迹的加工精度有直接影响,其中比较重要的因素是未知编程节点的计算以及编程尺寸公差带的换算。还有加工路线对加工精度的影响,加工路线是编程的重要内容之一,加工路线对加工精度及加工效率影响很大。接下来是插补运算对加工精度的影响,插补运算对加工精度的影响取决于系统的插补方式,经济型数控系统多采用脉冲增量法,标准型数控系统则多采用数据采样法及软件、硬件相配合的两级插补法,但无论哪种插补方法都会产生累积误差,当累计误差达到一定值时,会使机床产生移动和定位误差,影响加工精度。最后是轨迹拟合误差对加工精度的影响,数控机床在进行非圆曲线加工时是利用小直线段或小圆弧段生成加工轨迹的拟合曲线,因为一般数控系统只具备直线和指定平面内圆弧插补功能,当加工轨迹为非圆曲线时,只能用直线和圆弧去逼近。非圆曲线轨迹的拟合常用等间距、等弦长、等误差法,其中等误差法可以在保证拟合精度的同时,提高加工效率。非圆曲线轨迹的拟合必定带来拟合误差,这里最重要的是控制拟合误差小于工件的允许误差,必要时要经过严格的计算。
4.结束语
综上所述,本文对机械加工过程中的零件精度加工的方法进行了分析和讨论,还对数控技术对零件精度加工的影响进行了总结。事实上,在机械加工中,误差是不可避免的,加工过程中不管采用那种加工方法,只要精心操作,细心调整,并选用合适的切削参数进行加工,都能使加工精度得到较大的提高,相信随着我国机械加工工艺的不断提高,在不久的将来就能建立基础工程的数据库,提高数控加工效率,最终获得质量精度合格的零件。
【参考文献】
[1]张全.机械加工工艺对零件加工精度的影响[J].工具技术,2007(08).
关键词:数铣 薄壁零件 刀具路径;
中图分类号:TG547 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)05(a)-0036-02
随着数控加工行业技术水平的飞速提高,各行业对零件的需求也不断的发生着改变,目前对于高精度的薄壁零件的需求越来越广泛。薄壁零件具有结构紧凑、重量轻、节省原材料等特点,但由于其特殊的构造也给加工过程带来了一系列的问题,(1)薄壁零件由于壁薄(有的小于5 mm)造成零件刚性差,但在铣削过程中又需要夹具加紧,所以容易造成零件受力变形,导致零件形状和尺寸受到影响不能达到要求;(2)切削过程会产生大量的热,由于壁薄热量全部集中在薄壁上,导致零件受热变形;(3)薄壁零件的稳固性差,在切削力的作用下,容易产生振动,导致零件变形,影响尺寸以及零件表面粗糙度。因此想要加工出高品质的薄壁零件就要解决加工过程中的变形问题,其次要选择合适的刀具和走到路径保证零件表面的粗糙程度。在以上问题解决的基础上再考虑如何提高生产效率。下面通过实例结合笔者在加工薄壁零件上的一些经验,讲解如何根据薄壁零件的特点制定一套合理的数控加工工艺。零件结构图如图1。
1 零件结构
有图可知零件基本结构:零件最外面是一个尺寸为120×80×27长方体,零件的4边中心处加工出一个凹形缺口,按中心线对称,中间有一个直径为¢46 mm的圆形台阶,其高度为4 mm,圆形台阶上面是一个高为6 mm,壁厚0.88 mm的正五边形的薄壁设计,此处为本次加工的重点,倒圆角后与圆形台阶相切,五边形的中间部分设计一个R4圆弧,四个角的是倒角为2×45,孔为4-¢12的设计,表面粗糙度要求较高(Ra3.2)。
2 加工思路
由于本零件表面要求较高,加工思路选择:粗加工-半精加工-精加工-钻孔。具体工艺如下。
2.1 粗加工
选取尺寸为122×82×30的毛坯,用面铣的方式上下各铣去1.5 mm,这样就能够保证设计要求的27 mm,然后铣去其他四面多余的2 mm,进行整体开粗,曲面刀具路径有挖槽式铣削、等高外形铣削和平行铣削3种可选,根据本零件的设计要求,这里我们选择挖槽式铣削,因为挖槽式能够将零件的大部分设计的轮廓加工出来,而且走刀和抬刀次数少,这样缩短了刀具路径,能够有效地提高效率。应用挖槽式铣削进行粗加工时,原则为边界外下刀,因此边界的选择尤为重要,最需要注意的就是薄壁部分,因为薄壁的设计为0.88 mm,精加工时铣刀直径较大,容易造成变形,因此粗加工时余量需多留一些,这里选择留0.6 mm这样总体壁厚在粗加工完成后保持在1.5 mm左右。
2.2 半精加工
半精加工的主要目的为去除粗加工所剩余的残留料,避免残留料过多而影响精加工,这里我们选择等高外形铣削的方式,刀具选择¢8 mm 平底刀进行半精加工,保证精加工时的余量为0.3 mm。加工时刀具对平面xy进行轮廓切削,完成一个平面后刀具沿z轴平移,进行下一个平面切削直至完成。
2.3 精加工
根据零件设计,其最小曲面半径为R4.0 mm,因此这里选用R3.0 mm球刀,切削间距定为0.1 mm,主轴转速设定为2700~2800,切削时刀具切处的速度选择相对较小,这样的设计能够保证零件的表面质量。
2.4 清角加工
由于精加工选用的R3.0 mm球刀,因此在零件¢25的圆和R4的圆角的连接处会有残余料,需要清角,这里选择¢8的平底刀进行清角。
2.5 孔加工
对于设计中¢12H7的通孔,采用先在中心打中心孔,然后用¢6 mm的钻头钻孔,最后¢用12 mm的钻头扩孔。钻孔刀路选用深孔啄钻,这种方式排屑效果好,而且能够改变刀具回退高度。
3 加工中的难点
(1)零件中心位置的0.88 mm薄壁设计,此处由于壁薄,造成很大的加工难度,加工时由于切削力的挤压容易产生变形导致影响整个零件的精度,在此我们的处理方案为此处先不处理,等其他位置处理完成后再重点处理此位置,首先在设计图上将壁厚更改为1 mm,加上粗加工时多留的0.6 mm,需要加工的壁厚总厚度为1.6 mm,分四次进行加工,每次的加工量为0.4 mm,这样打好处在于每次加工量较小,因此产生的挤压力也较小,不会导致薄壁部分因受力过大而产生变形,再就是加工量小,加工时产生的切屑相对较少,因切屑而造成的一系列问题同时得到解决。
(2)零件中R4.0的圆弧,由于其位置的特殊性,在加工时很难处理,它与上平面相切,而圆弧的另一半必须要在反面加工,对刀时的偏差,和刀路切入、切出时的方式对这个地方的加工质量起到决定性的影响,我们的圆弧在内轮廓处,由于该曲线无可供延伸的线段,可采用增加圆弧段切入和圆弧段切出的方法。这样可以减小刀具在切入切出点产生的驻刀痕迹,提高表面质量。
4 零件的编程注意事项
4.1 刀具的选择
加工凸形表面时,粗加工可选择圆角立铣刀或平端立铣刀,精加工时最好选择圆角立铣刀,主要原因为圆角立铣刀的几何条件更好;加工凹形表面时,粗加工应选择圆角立铣刀或平端立铣刀,精加工时应选择球头刀,球头刀能够保证零件的表面加工质量。
4.2 切削参数的控制
切削参数的选择对加工质量、加工效率以及刀具耐用度有着直接的影响。与切削相关的参数主要有主轴转速、进给速率、刀具切人时的进给速率、步距宽度和切削深度等。主轴转速――其计算公式为:n=1000V/π×d。精加工时,应尽量避免中途换刀,以得到较高的加工质量,因此应结合刀具耐用度认真选择切削速度。零件加工选用d=12的刀具,铣削速度V=60m/min:
d=12 mm时n=1000×60/3.14×12= 1592(r/min)取整数1600
d=8mm时n=1000×60/3.14×8= 2388(r/min)取整数2400
进给速度Vf――Vf=fz×Z×n
加工精度和表面粗糙度要求较高时,应选择较低的进给量;刀具切入进给速度应小于正常切削进给速度。零件加工选用4齿,白钢刀加工,根据查表选用fz=0.20(粗铣)fz=0.15(精铣);Vf=0.2×4×1600= 1280,取整数1200 mm/min(粗铣)
Vf=0.15×4×2400=1440,取整数 1400mm/min(精铣)
根据零件设计的要求,分析加工时的要点和难点,设计出以上加工工艺,不仅巧妙地解决了薄壁零件加工时易变形的难题,而且通过这种方法加工出的零件表面也达到了Ra3.2的要求,另外通过实际的加工验证,其生产效率也得到了较大的提升。
参考文献
[1] 王卫兵.数控编程100例[M].机械工业出版社,2006.
[2] 朱淑萍.机械加工工艺及装备[M].上海:机械工业出版社.