[排版]數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手設(shè)計(jì),排版,數(shù)控機(jī)床,上下,機(jī)械手,設(shè)計(jì) 專題部分 高速切削的數(shù)控加工工藝 數(shù)控銑削加工工藝的制訂 一．零件圖工藝分析 針對(duì)數(shù)控銑削加工的特點(diǎn)，下面列舉出一些經(jīng)常遇到的工藝性問(wèn)題作為對(duì)零件圖進(jìn)行工藝性分析的要點(diǎn)來(lái)加以分析與考慮。 ?? （1）圖紙尺寸的標(biāo)注方法是否方便編程？構(gòu)成工件輪廓圖形的各種幾何元素的條件是否充要？各幾何元素的相互關(guān)系（如相切、相交、垂直和平行等）是否明確？有無(wú)引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸？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證？不要以為數(shù)控機(jī)床加工精度高而放棄這種分析。特別要注意過(guò)薄的腹板與緣板的厚度公差，“銑工怕銑薄”，數(shù)控銑削也是一樣，因?yàn)榧庸r(shí)產(chǎn)生的切削拉力及薄板的彈性退讓。極易產(chǎn)生切削面的振動(dòng)，使薄板厚度尺寸公差難以保證，其表面粗糙度也將惡化或變壞。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)面積較大的薄板厚度小于3㎜時(shí)就應(yīng)充分重視這一問(wèn)題。 ?? （3）內(nèi)槽及緣板之間的內(nèi)轉(zhuǎn)接圓弧是否過(guò)小? ?? （4）零件銑削面的槽底圓角或腹板與緣板相交處的圓角半徑r是否太大？ ?? （5）零件圖中各加工面的凹圓弧(R與r)是否過(guò)于零亂，是否可以統(tǒng)一？因?yàn)樵跀?shù)控銑床上多換一次刀要增加不少新問(wèn)題，如增加銑刀規(guī)格，計(jì)劃停車次數(shù)和對(duì)刀次數(shù)等，不但給編程帶來(lái)許多麻煩，增加生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間而降低生產(chǎn)效率，而且也會(huì)因頻繁換刀增加了工件加工面上的接刀階差而降低了表面質(zhì)量。所以，在一個(gè)零件上的這種凹圓弧半徑在數(shù)值上的一致性問(wèn)題對(duì)數(shù)控銑削的工藝性顯得相當(dāng)重要。一般來(lái)說(shuō)，即使不能尋求完全統(tǒng)一，也要力求將數(shù)值相近的圓弧半徑分組靠攏，達(dá)到局部統(tǒng)一，以盡量減少銑刀規(guī)格與換刀次數(shù)。 ?? （6）零件上有無(wú)統(tǒng)一基準(zhǔn)以保證兩次裝夾加工后其相對(duì)位置的正確性？有些工件需要在銑完一面后再重新安裝銑削另一面]。由于數(shù)控銑削時(shí)不能使用通用銑床加工時(shí)常用的試削方法來(lái)接刀，往往會(huì)因?yàn)楣ぜ闹匦掳惭b而接不好刀(即與上道工序加工的面接不齊或造成本來(lái)要求一致的兩對(duì)應(yīng)面上的輪廓錯(cuò)位)。為了避免上述問(wèn)題的產(chǎn)生，減小兩次裝夾誤差，最好采用統(tǒng)一基準(zhǔn)定位，因此零件上最好有合適的孔作為定位基準(zhǔn)孔。如果零件上沒(méi)有基準(zhǔn)孔，也可以專門設(shè)置工藝孔作為定位基準(zhǔn)（如在毛坯上增加工藝凸耳或在后續(xù)工序要銑去的余量上設(shè)基準(zhǔn)孔）。如實(shí)在無(wú)法制出基準(zhǔn)孔，起碼也要用經(jīng)過(guò)精加工的面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。如果連這也辦不到，則最好只加工其中一個(gè)最復(fù)雜的面，另一面放棄數(shù)控銑削而改由通用銑床加工。?? ?? (7）分析零件的形狀及原材料的熱處理狀態(tài)，會(huì)不會(huì)在加工過(guò)程中變形？哪些部位最容易變形？因?yàn)閿?shù)控銑削最忌諱工件在加工時(shí)變形，這種變形不但無(wú)法保證加工的質(zhì)量，而且經(jīng)常造成加工不能繼續(xù)進(jìn)行下去，“中途而廢”，這時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮采取一些必要的工藝措施進(jìn)行預(yù)防，如對(duì)鋼件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，對(duì)鑄鋁件進(jìn)行退火處理，對(duì)不能用熱處理方法解決的，也可考慮粗、精加工及對(duì)稱去余量等常規(guī)方法。此外，還要分析加工后的變形問(wèn)題，采取什么工藝措施來(lái)解決。 二．切削用量的選擇 ?? ?影響切削用量的因素有： ?? 機(jī)床???切削用量的選擇必須在機(jī)床主傳動(dòng)功率、進(jìn)給傳動(dòng)功率以及主軸轉(zhuǎn)速范圍、進(jìn)給速度范圍之內(nèi)。機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)的剛性是限制切削用量的重要因素。切削用量的選擇應(yīng)使機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)不發(fā)生較大的“振顫”。如果機(jī)床的熱穩(wěn)定性好，熱變形小，可適當(dāng)加大切削用量。 表1-1 常用刀具材料的性能比較 刀具材料 切削速度 耐磨性 硬度 硬度隨溫度變化 高速鋼 最低 最差 最低 最大 硬質(zhì)合金 低 差 低 大 陶瓷刀片 中 中 中 中 金剛石 高 好 高 小 刀具???刀具材料是影響切削用量的重要因素。表1-1是常用刀具材料的性能比較。 ??? 數(shù)控機(jī)床所用的刀具多采用可轉(zhuǎn)位刀片（機(jī)夾刀片）并具有一定的壽命。機(jī)夾刀片的材料和形狀尺寸必須與程序中的切削速度和進(jìn)給量相適應(yīng)并存入刀具參數(shù)中去。 工件不同的工件材料要采用與之適應(yīng)的刀具材料、刀片類型，要注意到可切削性?？汕邢餍粤己玫臉?biāo)志是，在高速切削下有效地形成切屑，同時(shí)具有較小的刀具磨損和較好的表面加工質(zhì)量。較高的切削速度、較小的背吃刀量和進(jìn)給量，可以獲得較好的表面粗糙度。合理的恒切削速度、較小的背吃刀量和進(jìn)給量可以得到較高的加工精度。 冷卻液冷卻液同時(shí)具有冷卻和潤(rùn)滑作用。帶走切削過(guò)程產(chǎn)生的切削熱，降低工件、刀具、夾具和機(jī)床的溫升，減少刀具與工件的摩擦和磨損，提高刀具壽命和工件表面加工質(zhì)量。使用冷卻液后，通?？梢蕴岣咔邢饔昧?。冷卻液必須定期更換，以防因其老化而腐蝕機(jī)床導(dǎo)軌或其他零件，特別是水溶性冷卻液。 銑削加工的切削用量包括：切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量。從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選擇背吃刀量或側(cè)吃刀量，其次選擇進(jìn)給速度，最后確定切削速度。 ??? 1.背吃刀量ap或側(cè)吃刀量ae 背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測(cè)量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時(shí)，ap為切削層深度；而圓周銑削時(shí)，為被加工表面的寬度。側(cè)吃刀量ae為垂直于銑刀軸線測(cè)量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時(shí)，ae為被加工表面寬度；而圓周銑削時(shí)，ae為切削層深度，見圖1-1。 ???背吃刀量或側(cè)吃刀量的選取主要由加工余量和對(duì)表面質(zhì)量的要求決定： · 當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=12.5～25μm時(shí)，如果圓周銑削加工余量小于5㎜，端面銑削加工余量小于6㎜，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。 圖1-1銑削加工的切削用量 · 當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=3.2～12.5μm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)吃刀量選取同前。粗銑后留0.5～1.0㎜余量，在半精銑時(shí)切除。 · 當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=0.8～3.2μm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1.5～2㎜；精銑時(shí)，圓周銑側(cè)吃刀量取0.3～0.5 ㎜，面銑刀背吃刀量取0.5～1 ㎜。 ???2.進(jìn)給量f與進(jìn)給速度Vf的選擇 ?? ?削加工的進(jìn)給量f（㎜/r）是指刀具轉(zhuǎn)一周，工件與刀具沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移量；進(jìn)給速度Vf（㎜/min）是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量。進(jìn)給速度與進(jìn)給量的關(guān)系為Vf= nf（n為銑刀轉(zhuǎn)速，單位r /min）。進(jìn)給量與進(jìn)給速度是數(shù)控銑床加工切削用量中的重要參數(shù)，根據(jù)零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，參考切削用量手冊(cè)選取或通過(guò)選取每齒進(jìn)給量fz，再根據(jù)公式f =Zfz（Z為銑刀齒數(shù)）計(jì)算。 每齒進(jìn)給量fz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，fz越?。环粗畡t越大。硬質(zhì)合金銑刀的每齒進(jìn)給量高于同類高速鋼銑刀。工件表面粗糙度要求越高，fz就越小。每齒進(jìn)給量的確定可參考表1-2選取。工件剛性差或刀具強(qiáng)度低時(shí)，應(yīng)取較小值。 3.切削速度Vc 銑削的切削速度Vc與刀具的耐用度、每齒進(jìn)給量、背吃刀量、側(cè)吃刀量以及銑刀齒數(shù)成反比，而與銑刀直徑成正比。其原因是當(dāng)fz、ap、ae和Z增大時(shí)，刀刃負(fù)荷增加，而且同時(shí)工作的齒數(shù)也增多，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高。為提高刀具耐用度允許使用較低的切削速度。但是加大銑刀直徑則可改善散熱條件，可以提高切削速度。 表1-2 銑刀每齒進(jìn)給量參考值 工件材料 fz/mm 粗銑 精銑 高速鋼銑刀 硬質(zhì)合金銑刀 高速鋼銑刀 硬質(zhì)合金銑刀 鋼 0.10~0.15 0.11~0.25 0.02~0.05 0.10~0.15 鑄鐵 0.12~0.20 0.15~0.30 ?? ?銑削加工的切削速度Vc可參考表1-3選取，也可參考有關(guān)切削用量手冊(cè)中的經(jīng)驗(yàn)公式通過(guò)計(jì)算選取。 表1-3 銑削加工的切削速度參考值 工件材料 硬度 Vc/（m.min） 高速鋼銑刀 硬質(zhì)合金銑刀 鋼 <225 18~42 66~150 225~325 12~36 54~120 325~425 6~21 36~75 鑄鐵 <190 21~36 66~150 190~260 9~18 45~150 260~320 4.5~10 21~30 典型工件的工藝分析 三．平面凸輪的數(shù)控銑削工藝分析 ? ?圖1-2所示為槽形凸輪零件，在銑削加工前，該零件是一個(gè)經(jīng)過(guò)加工的圓盤，圓盤直徑為Ф280㎜，帶有兩個(gè)基準(zhǔn)孔Ф35㎜及Ф12㎜。Ф35㎜及Ф12㎜兩個(gè)定位孔，X面已在前面加工完畢，本工序是在銑床上加工槽。該零件的材料為HT200，試分析其數(shù)控銑削加工工藝。 ? ?1．零件圖工藝分析 ? ? 該零件凸輪輪廓由HA、BC、DE、FG和直線AB、HG以及過(guò)渡圓弧CD、EF所組成。組成輪廓的各幾何元素關(guān)系清楚，條件充分，所需要基點(diǎn)坐標(biāo)容易求得。凸輪內(nèi)外輪廓面對(duì)X面有垂直度要求。材料為鑄鐵，切削工藝性較好。 ?? 根據(jù)分析，采取以下工藝措施： ?? 凸輪內(nèi)外輪廓面對(duì)X面有垂直度要求，只要提高裝夾精度，使X面與銑刀軸線垂直，即可保證。 ?? 2．選擇設(shè)備 ?? 加工平面凸輪的數(shù)控銑削，一般采用兩軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，因此首先要考慮的是零件的外形尺寸和重量，使其在機(jī)床的允許范圍以內(nèi)。其次考慮數(shù)控機(jī)床的精度是否能滿足凸輪的設(shè)計(jì)要求。第三，看凸輪的最大圓弧半徑是否在數(shù)控系統(tǒng)允許的范圍之內(nèi)。根據(jù)以上三條即可確定所要使用的數(shù)控機(jī)床為兩軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床。 ?? 3．確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式 · 定位基準(zhǔn)采用“一面兩孔”定位，即用圓盤X面和兩個(gè)基準(zhǔn)孔作為定位基準(zhǔn)。 · 根據(jù)工件特點(diǎn)，用一塊320㎜×320㎜×40㎜的墊塊，在墊塊上分別精鏜Ф35㎜及Ф12㎜兩個(gè)定位孔（當(dāng)然要配定位銷），孔距離80±0.015㎜，墊板平面度為0.05㎜，該零件在加工前，先固定夾具的平面，使兩定位銷孔的中心連線與機(jī)床x軸平行，夾具平面要保證與工作臺(tái)面平行，并用百分表檢查，見圖1-3。 ?? 4．確定加工順序及走刀路線 ?? 整個(gè)零件的加工順序的擬訂按照基面先行、先粗后精的原則確定。因此應(yīng)先加工用作定位基準(zhǔn)的Ф35㎜及Ф12㎜兩個(gè)定位孔、X面，然后再加工凸輪槽內(nèi)外輪廓表面。由于該零件的Ф35㎜及Ф12㎜兩個(gè)定位孔、X面已在前面工序加工完畢，在這里只分析加工槽的走刀路線，走刀路線包括平面內(nèi)進(jìn)給走刀和深度進(jìn)給走刀兩部分路線。平面內(nèi)的進(jìn)給走刀，對(duì)外輪廓是從切線方向切入；對(duì)內(nèi)輪廓是從過(guò)渡圓弧切入。在數(shù)控銑床上加工時(shí)，對(duì)銑削平面槽形凸輪，深度進(jìn)給有兩種方法：一種是在xz（或yz）平面內(nèi)來(lái)回銑削逐漸進(jìn)刀到既定深度；另一種是先打一個(gè)工藝孔，然后從工藝孔進(jìn)刀到既定深度。 ? ? 進(jìn)刀點(diǎn)選在P(150，0)點(diǎn)，刀具來(lái)回銑削，逐漸加深到銑削深度，當(dāng)達(dá)到既定深度后，刀具在xy平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，銑削凸輪輪廓。為了保證凸輪的輪廓表面有較高的表面質(zhì)量，采用順銑方式，即從P點(diǎn)開始，對(duì)外輪廓按順時(shí)針?lè)较蜚娤鳎瑢?duì)內(nèi)輪廓按逆時(shí)針?lè)较蜚娤鳌? 圖1-2槽形凸輪零件 圖1-3凸輪加工裝夾示意圖 1—開口墊圈；2—帶螺紋圓柱銷；3—壓緊螺母；4—帶螺紋削邊銷；5—墊圈；6—工件；7—墊塊 ? ?5．刀具的選擇 ? ? 根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，銑削凸輪槽內(nèi)、外輪廓（即凸輪槽兩側(cè)面）時(shí)，銑刀直徑受槽寬限制，同時(shí)考慮鑄鐵屬于一般材料，加工性能較好，選用Ф18㎜硬質(zhì)合金立銑刀，見表1-4。 ? 表1-4 數(shù)控加工刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號(hào) XXX 零件名稱 槽形凸輪 零件圖號(hào) XXX 序號(hào) 刀具號(hào) 刀具規(guī)格名稱(mm) 數(shù)量 加工表面 備注 1 T01 Ф18硬質(zhì)合金立銑刀 1 粗銑凸輪槽內(nèi)外輪廓 2 T02 Ф18硬質(zhì)合金立銑刀 1 精銑凸輪槽內(nèi)外輪廓 編制 XXX 審核 XXX 批準(zhǔn) XXX 共 頁(yè) 第 頁(yè) ?6．切削用量的選擇 ? ? 凸輪槽內(nèi)、外輪廓精加工時(shí)留0.2㎜銑削用量，確定主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度時(shí)，先查切削用量手冊(cè)，確定切削速度與每齒進(jìn)給量，然后利用公式vc=πdn/1000計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速n，利用vf= nZfz計(jì)算進(jìn)給速度。 ? ?7．填寫數(shù)控加工工序卡片（見表1-5） 表1-5 槽形凸輪的數(shù)控加工工藝卡片 單位名稱 XXX 產(chǎn)品名稱或代號(hào) 零件名稱 零件圖號(hào) XXX 槽形凸輪 XXX 工序號(hào) 程序編號(hào) 夾具名稱 使用設(shè)備 車間 XXX XXX 螺旋壓板 5025 數(shù)控中心 工步號(hào) 工步內(nèi)容 刀具號(hào) 刀具規(guī)格(mm) 主軸轉(zhuǎn)速(r/min) 進(jìn)給速度(mm/min) 背吃刀量(mm) 備注 1 來(lái)回銑削，逐漸加深銑削深度 T01 Ф18 800 60 分兩層削 2 粗銑凸輪槽內(nèi)輪廓 T01 Ф18 700 60 3 粗銑凸輪槽外輪廓 T01 Ф18 700 60 4 精銑凸輪槽內(nèi)輪廓 T02 Ф18 1000 100 5 精銑凸輪槽外輪廓 T02 Ф18 1000 100 編制 XXX 審核 XXX 批準(zhǔn) XXX 年 月 日 共 日 第 日