典型铣削零件加工的工艺分析及编程供毕业设计参考用样本.docx

经典铳削零件加工工艺分析及编程1-工艺分析基础知识数控加工工艺性分析包含内容很多，从数控加工可能性和方便性分析，应关键考虑:11零件图样上尺寸数据标注标准1）零件图上尺寸标注应符合编程方便特点在数控加工图上，宜采取以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标 注方法，既便于编程，也便于协调设计基准、工艺基准、检测基准和编程零点设 置和计算。2）组成零件轮廓几何元素条件应充足自动编程时要对组成零件轮廓全部儿何元素进行定义。在分析零件图时，要 分析儿何元素给定条件是否充足，假如不充足，则无法对被加工零件进行造型， 也无法编程。1. 2零件各加工部位结构工艺性应符合数控加工特点1）零件所要求加工精度、尺寸公差应能得到确保。2）零件内腔和外形最好采取统一儿何类型和尺寸，尽可能降低刀具规格和 换刀次数。3）零件工艺结构设计应确保能采取较大直径刀具进行加工。采取大直径铳 刀加工，能降低加工次数，提升表面加工质量。4）零件铳削面槽底回角半径或腹板和缘板相交处圆角半径r不宜太大。因 为铳刀和铳削平面接触最大直径d二D-2r,其中D为铳刀直径。所以，当D定 时，圆角半径r越大，铳刀端刃铳削平面面积就越小，铳刀端刃铳削平面能力就 越差；效率越低，工艺性也越差。5）应采取统一基准定位。数控加工过程中，若零件需重新定位安装而没有 统一定位基准。会造成加工结束后正反两面上轮廓位置及尺寸不协调。所以，要 尽可能利用零件本身含有适宜孔或设置专门工艺孔或以零件轮廓基准边等作为 定位基准，确保两次装夹加工后相对位置正确性。1. 3加工方法选择及加工方案确定1）加工方法选择在数控机床上加工零件，通常有以下两种情况：一是有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件数控机床；二是己经有了数控机床，要选择适合该机床加工零件。不管哪种情况，全部应依据零件种类和加工内容选择适宜数控机床和加工方 法。平面轮廓零件轮廓多山直线、圆弧和曲线组成，通常在两坐标联动数控铳床 上加工；含有三维曲面轮廓零件，多采取三坐标或三坐标以上联动数控铳床或加工中 心加工。经粗铳平面，尺寸精度可达IT12IT14级（指两平面之间尺寸），表面粗糙 度（或R a值）可达12.5um50um。经粗、精铳平面，尺寸精度可达IT7IT9 级，表面粗糙度R a值可达1.6Pm3.2um。孔加工方法比较多，有钻削、扩削、较削和镇削等。大直径孔还可采取圆弧 插补方法进行铳削加工。对于直径大于“ 3 0 mm己铸出或锻出毛坯孔孔加工，通常采取粗锂一半 精锂一孔口倒角一精锂加工方案。孔径较大可采取立铳刀粗铳一精铳加工方案。有空刀槽时可用锯片铳刀在 半精镇之后、精镇之前铳削完成，也可用锤刀进行单刃螳削，但单刃模削效率 低。对于直径小于"3 Omm无毛坯孔孔加工，通常釆取饶平端面一打中心孔一 钻一扩一孔口倒角一钱加工方案。有同轴度要求小孔，须采取饶平端面一打中心孔一钻一半精螳一孔口倒角一 精锂（或 铁）加工方案。为提升孔位置精度，在钻孔工步前须安排铉平端面和 打中心孔工步。孔口倒角安排在半精加工以后、精加工之前，以防孔内产生毛刺。螺纹加工依据孔径大小而定，通常情况下，直径在M 5 mmM 2 0 mm之 间螺纹， 通常采取攻螺纹方法加工。直径在M6mm以下螺纹，在加工中心上 完成底孔加工后，经过其它手段攻螺纹。因为在加工中心上攻螺纹不能随机控 制加工状态，小直径丝锥轻易拆断。直径在M2 5mm以上螺纹，可采取镇刀片 螳削加工。加上方法选择标准：是确保加工表面精度和表面粗糙度要求。因为取得同一 级精度及表面粗糙度加工方法通常有很多，所以在实际选择时，要结合零件形状、 尺寸和热处理要求全方面考虑。比如，对于I T 7级精度孔采取镇削、狡削、磨 削等方法加工可达成精度要求，但箱体上孔通常采取镇削或狡削；而不采取磨削。 通常小尺寸箱体孔选择较削，当孔径较大时则应选择镇削。另外，还应考虑生产 率和经济性要求，和工厂生产设备等实际情况。2）加工方案确定确定加工方案时，首先应依据关键表面尺寸精度和表面粗糙度要求，初步 确定为达成这些要求所需要加工方法，即精加工方法，再确定从毛坯到最终成形 加工方案。在加工过程中，工件按表面轮廓可分为平面类和曲面类零件，其中平面类零 件中斜面轮廓乂分为有固定斜角和变斜角外形轮廓面。外形轮廓面加工，若单纯 从技术上考虑，最好加工方案是采取多坐标联动数控机床，这么不仅生产效率高, 而且加工质量好。但因为通常中小企业无力购置这种价格昂贵、生产费用高机床, 所以应考虑釆取2. 5轴控制和3轴控制机床加丄。2. 3轴控制和3轴控制机床上加工外形轮廓面，通常采取球头铳刀，轮廓面 加工精度关键经过控制走刀步长和加工带宽度来确保。加工精度越高，走刀步长 和加工带宽度越小，编程效率和加工效率越低。图1所表示，球头刀半径为R，零件曲面上曲率半径为P,行距为S,加丄后曲面表面残留高度为H。则有:S = 2Qh（2R H） R±p式中，当被加工零件曲面在ab段内是凸时候取“ + ”号，是凹时候取1. 4工艺设计1）工序和工步划分在数控机床上加工零件，工序应尽可能集中，一次装夹应尽可能完成大部分 工序。数控加工工序划分有下列方法：（1）按加工内容划分工序对于加工内容较多零件，按零件结构特点将加工内容分成若干部分，每一 部分可用经典刀具加工。比如加工内脏、外型、干面或曲面等、加工内腔时，以 外形夹紧：加工外腔时，以内腔孔夹紧。（2）按所用刀具划分工序这么能够降低换刀次数，压缩空行程和降低换刀时间，降低换刀误差。（3）按粗、精加工划分工序对于轻易发生加工变形零件，通常粗加工后需要进行矫形，这时粗加工、精 加工作为两道工序，即先粗加工再精加工，可用不一样机床或不一样刀具进行加工。为了便于分析和描述较复杂工序，在工序内乂分为工步，工步划分关键从加 工精度和效率两方面考虑。如零件在加工中心上加工，对于同一表面按粗加工、 半精加工、精加工依次完成，整个加工表面按先粗后精加工分开进行：对于现有 铳面乂有镇孔零件，可先铳面后镇孔，以降低因铳削切削力大，造成零件可能发 生变形而对孔精度造成影响：对于含有回转工作台加工中心，若回转时间比换刀 时间短，可采取按刀具划分工步，以降低换刀次数，提升加工效率。但数控加工 按工步划分后，三检制度（自检、互检、专检）不好实施，为了避免零件发生 批次性质量问题，应采取分工步交检，而不是加工完整个工序以后再交检。2）加工余量选择加工余量指毛坯实体尺寸和零件（图纸）尺寸之差。加工余量大小对零件加 丄质量和制造经济性有较大影响。余量过大会浪费原材料及机械加工工时，增加 机床、刀具及能源消耗；余量过小则不能消除上道工序留下多种误差、表面缺点 和本工序装夹误差，轻易造成废品。所以，应依据影响余量原因合理地确定加工 余量。零件加工通常要经过粗加工、半精加工、精加工才能达成最终要求。所以, 零件总加工余量等于中间工序加工余量之和。（1）工序间加工余量选择标准采取最小加工余量标准，以求缩短加工时间，降低零件加工费用。应有充足加工余量，尤其是最终工序。（2）在选择加丄余量时，还应考虑情况因为零件大小不一样，切削力、内应力引发变形也会有差异，工件大，变 形增加，加工余量对应地应大部分。零件热处理时引发变形，应合适增大加工余量。加工方法、装夹方法和工艺装备刚性可能引发零件变形，过大加工余量会 因为切削力增大引发零件变形。（3）确定加工余量方法查表法：这种方法是依据各工厂生产实践和试验研究积累数据，先制成多 种表格，再聚集成手册。确定加工余量时查阅这些手册，再结合工厂实际情况进 行合适修改后确定。现在中国各工厂普遍采取查表法。经验估算法：这种方法是依据工艺编制人员实际经验确定加工余量。通常 情况下，为了预防因余量过小而产生废品，经验估算法数值总是偏大。经验估算 法常见于单件小批量生产。分析讣算法：这种方法是依据一定试验资料数据和加工余量计算公式，分 析影响加工余量各项原因，并计算确定加工余量。这种方法比较合理，但必需有 比较全方面和可靠试验资料数据。现在，只在材料十分珍贵，和少数大量生产工 厂采取。3) 加工路线确实定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线，它是编程依 据，直接影响加工质量和效率。在确定加工路线时要考虑下面儿点：(1) 确保零件加工精度和表面质量，且效率要高。(2) 降低编程时间和程序容量：(3) 降低空刀时间和在轮廓面上停刀，以免划伤零件：(4) 降低零件变形；(5) 位置精度要求高孔系零件加工应避免机床反向间隙带入而影响孔位置 精度；(6) 复朵曲面零件加工应依据零件实际形状、精度要求、加工效率等多个 原因来确定是行切还是环切，是等距切削还是等高切削加丄路线等。1. 5刀具选择。数控加工刀具从结构上可分为：整体式；镶嵌式，它能够分为焊接式和 机夹式。机夹式依据刀体结构不一样，乂分为可转位和不转位两种；减振式， 当刀具工作臂长和直径之比较大时，为了降低刀具振动，提升加工精度，多采取 这类刀具；内冷式，切削液经过刀体内部山喷孔喷射到刀具切削刃部；特殊 型式，如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。数控加丄刀具从制造所采取材料上可分为:高速钢刀具;硬质合金刀具: 陶瓷刀具；立方氮化硼刀具；金刚石刀具：涂层刀具。数控铳床和加工中心上用到刀含有：钻削刀具，分小孔、短孔、深孔.攻 螺纹、狡孔等；锤削刀具，分粗镇、精镇等刀具：铳削刀具，分面铳、立铳、 三面刃铳等刀具。1- 6切削用量确实定切削用量包含切削速度、进给出速度、背吃刀量和侧吃刀量。背吃刀量和侧吃刀量在数控加工中通常称为切削深度和切削宽度。图2所表示。(a)圆周铳图2铳削切削用量选择切削用量标准是：粗加工时，通常以提升生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加和精加时，应在确保加工质量前提下，兼顾切削效率、 经济性和加工成本。具体数值应依据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而 定。从刀具耐用度出发，切削用量选择方法是：先确定切削深度或切削宽度, 其次确定进给出量，最终确定切削速度。1) 切削深度6 在丄件表面粗槌度值要求为Ral2. 5um25 um时，假如圆周铳削加工余 量小于5mm,端铳加工余量小于6mm,粗铳一次进给就能够达成要求。但在余量 较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分数次进给完成。 在工件表面粗糙度值要求为Ra3. 2 u m12. 5 u m时，可分粗铳和半精铳两 步进行。粗铳时切削深度或切削宽度选择同前。粗铳后留0.5mm1.0mm余量， 在半精铳时切除。 在工件表面粗糙度值要求为RaO. 8 M m3. 2 Um时，可分粗铳、半精铳、 精铳3步进行。半精铳时切削深度或切削宽度取1.3mm2mm：精铳时圆周铳侧 吃刀量取0. 3mm0. 5mm,面铳刀背吃刀量取0. 5mmlmm；2）进给量进给量有进给速度% 每转进给量f和每齿进给量f：3种表示方法。进给速度也是单位时间内工件和铳刀沿进给方向相对位移,单位为mm/min, 在数控程序中代码为F。每转进给量f是铳刀每转一转，工件和铳刀相对位移，单位为mm/ro每齿进给量匚是铳刀每转过一齿时，工件和铳刀相对位移，单位为mm/zo3种进给量关系为：V；=f n=f： z n铳刀转速为n,铳刀齿数为z。每齿进给量f：选择关键取决于工件材料力学性能、刀具材料、工件表面粗 糙度等原因。工件材料强度和硬度越高，f：越小；反之则越大。硬质合金铳刀每 齿进给量高于同类高速钢铳刀。工件表面粗糙度要求越高，f：就越小。可查取相 关表格选择。攻丝时，送给速度选择取决于螺孔螺距P （单位：mm）,因为使用了有浮动 功效攻丝夹头。通常攻丝时，进给速度小于讣算数值：VfWP n表1：刀具材料和许用最高切削速度序号刀具材料类别主要化学成分最高切削速度min11碳索工具钢Fc2窩速钢餡系铝系18W+4Cr+IV(Co)7 V*5Mo* 4Cr * 1V503超皎工貝P种脚用）M种铸钢用）K种Wk用）WC：4Co+TiC*(TaC)WC+CoTiCHTaC)WC+Co1504涂镀刀具（COATING）趙锁母材料镀TiTiNil03 A2O32505(CERMET)TicN+NbC 系NbC系TiN系TicN+NbC+CONbC Tic <0TiNTiC+CO300表2：铳刀切削速度（mm/min）工件财科铁刀材料破累钢高速钢合金傩碳化伏找化错铝合金75-150180-30024(460300700侵合金18427015000<8合金45-100120-190J5M (软12-2520-25447510G-g0WW10-20204033506CK130(tt)10-1515-204(K60Wtt(«10-1215-2018-2528707410010-1510-2018-284D（冷）传狭10-1512-1830-60可SWtt10-152G-3025-4035757 JI11418-2823304470« «!«)10-1515-2518-28403* <««)10-1512-2030-4535-80合金优（ft）3460ASM122545-70一12. 曲型零件工艺分析和编程21对图3所表示纸垫落料模凸模轮廓进行编程和加工。刀具直径为“10”，对号为“01”，切削深度为“5”，工件表面 z坐标为“0”。（给定毛坯为160*100*20,全部表面粗糙度 Ra 为 3.2）a）平面轮廓图图3平面经典零件之一1.工艺分析：1）儿何尺寸分析。从平面轮廓图中知，全部尺寸公差没有标注，即为通常 公差，选择中等级（GB1804m）,其极限偏差为：±0.3。数控机床在正常维护 和操作情况下是完全可达成。2）计划刀具路径。依据零件表面粗槌度要求，应有粗、精加工。依据毛坯、刀具直径，分二次进刀进行粗加工。留加工余量0.2mm。加工起刀点设置在工件外，距工件边约lOmmo并设置刀补。为确保加工平稳不振动。手工编程起刀点和切入点是直线，图4d）；自动编 程起刀点和切入点是圆弧，图4b）。3）将经典零件尺寸作以下改变：（达成IT7）80-80+ 0.03040-40-0.039140140+ 0.040当尺寸带有公差时，必需对尺寸公差进行处理。a)b)图4刀具路径计划3）对尺寸公差处理方法。一是直接换算，将公差换算成儿何尺寸，供编程和绘图用。二是用刀补值来完成对公差处理。22图5所表示槽形零件，其毛坯为四面已加工(厚为20mm),槽宽6 mm，槽深2mm。编写该槽形零件加工程 序。工艺和操作清单。该槽形零件除了槽加工外，还有螺纹孔加工。其工艺安排 为“钻孔一扩孔一攻螺纹一铳槽”,其工艺和操作清单见表3。表3槽形零件工艺淸单材料铝零件号001程序号0030操作序号内容主轴转速(r / min)进给速度(m / min)刀具号数类型直径(mm)1中心钻150080T014mm钻头42扩钻100T025mm钻头53攻螺纹200200T03M6攻螺纹6斗铳斜槽2300100. 180TO46mm铳刀6注意：槽表面粗糙度为Ra3.2,其它为Ral2.5o ?2. 3图6为某快餐盒凹模零件图。图6快餐盒三视图分析：快餐盒关键结构是山多个曲面组成凹型型腔，型腔四面斜平面之间釆 取半径为20mm圆弧过渡，斜平面和底平面之间采取半径为5mm圆弧过渡，在凹 模底平面上有一个四面为斜平面锥台。凹模上部型腔为锥面，用于压边，模具外 形结构较为简单，为标准长方体。数控加工工艺：粗加工整个型腔，去除大部分加工余量；精加工上凹槽；精 加工下凹槽；精加工底部锥台四面表面；精加工底部上表面：精加工上、下凹槽 过渡平面。工件定位和夹紧：工件直接安装在机床工作台面上，用两块压板压紧。凹模 中心为工件坐标系X、Y原点，上表面为工件坐标系Z零点。刀具选择：依据工件加工工艺，型腔粗加工选择"20mm波刃立铳刀；上凹 槽精加工采取"20mm平底立铳刀；下凹槽精加工为l）6R3mm球头铳刀。底面锥台 四面表面精加工采取直径为4mm平底立铳刀（因锥台直角边和底平面交线距离 仅为4.113mm）；用"20mm平底立铳刀精加工底部锥台上表面和上、下凹槽过渡 平面。上下凹槽粗加工一起进行，精加工采取"6mm球头铳刀。切削用量加工工序卡（表5）。表5：快餐盒凹模加工工序卡工步 序号工步内容刀具号刀具规格(mm)主轴转速 r min1进给速度mm min-1切削深度mm1型腔挖槽粗加 工T01“20波刃立铳刀50020022上凹槽表面精加匸T04"20平底立铳刀6003003下凹槽表面精 加匸T02R3球头铳刀15003004底部锥台四而 表而精加工T034)4mm平底立 铳刀16002005底部锥台上表 右精加工T04"20平底立铳刀6003006上、下凹槽过渡 平面T04"20平底立铳丿J600300