管道零件數(shù)控銑削加工工藝設計
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管道零件數(shù)控銑削加工工藝設計摘要:隨著數(shù)控技術的發(fā)展,數(shù)控技術給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的不斷擴大,它對一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用?,F(xiàn)在數(shù)控技術也稱計算機數(shù)控技術,加工軟件的更新快,CAD/CAM 應用是一項實踐性很強的技術。如 UG,PRO/E,Master CAM,CAXA 制造工程師等。數(shù)控技術是技術性極強的工作,尤其在模具領域應用最為廣泛,所以這要求從業(yè)人員具有很高的機械加工工藝知識,數(shù)控編程知識和數(shù)控操作技能。本文主要通過對管道零件進行加工工藝設計。關鍵詞:CAD/CAM、UG、數(shù)控加工 一、數(shù)控技術與 UG 加工的簡要介紹數(shù)控技術是現(xiàn)代制造的基礎,它的廣泛應用使普通機械被數(shù)控機械所代替,使全球數(shù)控業(yè)發(fā)生了根本的變化。數(shù)控技術的水準,擁有和普及程度已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。為適應這種形勢,需要大量培養(yǎng)數(shù)控專業(yè)技術人才。隨著計算機技術和機床制造業(yè)的不斷發(fā)展,CAD/CAM 圖形交互式的應用成為數(shù)控技術發(fā)展的新趨勢。數(shù)控編程在 CAD/CAM 系統(tǒng)中能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一,而 PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)和 UG 的結(jié)合,讓CAD/CAM 的設計過程變得容易管理和控制,實現(xiàn)了時間的節(jié)約,有助于實現(xiàn)設計加工自動化,提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等。1.數(shù)控加工技術的發(fā)展趨勢(1)繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 說具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點,更多的數(shù)控系統(tǒng)廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為他的前端機,來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題,由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的良好的人機界面,將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊、遠程診斷和維修將更加普遍。高速化和精度化發(fā)展這是適應機床向高速和高精度發(fā)展的需要。(2)向智能化發(fā)展隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。1)應用自適應控制技術數(shù)控系統(tǒng)能在運行過程中檢測一些重要信息,并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù),達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。2)引入專家系統(tǒng)指導加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗,加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中,以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐,建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。3)引入故障診斷專家系統(tǒng)在設備診斷系統(tǒng)中借助多種數(shù)學原理和系統(tǒng)理論,形成多種不同的診斷方法。4)智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置可以通過自動識別負載,而自動調(diào)整參數(shù),使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行狀態(tài)。2.UG 加工的特點(1)刀具統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,真正實現(xiàn)了 CAD/CAM 等模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換,可施行并行工程。(2)采用復合建模技術,可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。(3)基于特征(如:孔、凸臺、型腔、溝槽、倒角等)的建模和編輯方法作為實體造型的基礎,形象直觀,類似于工程師傳統(tǒng)的設計方法,并能用參數(shù)驅(qū)動。(4)曲線設計采用非均勻有理 B 樣條作為基礎,可用多樣方法生成復雜的曲面造型,特別適合于汽車、飛機、船舶、汽輪機葉片外形設計等外形復雜的曲面造型。(5)出圖功能強,可以十分方便地從三圍實體模型直接升成二維工程圖。能按 ISO 標準標注名義尺寸、尺寸公差、行位公差漢字說明等,并能直接對實體進行局部剖、旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測圖挖切,生成各種剖視圖,增強了繪圖功能的實用性。(6)以 Parasolid 為實體建模核心,實體造型功能處于領先地位。目前著名的 CAD/CAM 軟件均以此作為實體造型的基礎。(7)提供了界面良好的二次開發(fā)工具 GRIP 和 UFUNC,并能通過高級語言接口,使 UG 的圖形功能與高級語言的計算機功能緊密結(jié)合起來。(8)具有良好的用戶界面,絕大多數(shù)功能都可以通過圖標實現(xiàn),進行對象操作時,具有自動推理功能,同時在每個步驟中,都有相應的信息提示,便于用戶做出正確的選擇。 二、管道零件圖紙分析這是一個管道零件,有孔、曲面、平面。曲面是一個難點,何為曲面?曲面是一條動線,在給定的條件下,在空間連續(xù)運動的軌跡。 根據(jù)圖紙我們可以發(fā)現(xiàn),該零件需要進行雙面加工,因此我們可以創(chuàng)建兩個模。一個是管道零件的底座,另一個是管道零件圓柱形輪廓。由于管道零件是個對稱的零件,在建模的時候,我們可以將原點設在底座的對角線交點處,與加工坐標原點相重合,這樣就不需要再重新創(chuàng)建坐標系原點了。在數(shù)控銑床上裝夾管道零件時,曲面是不能直接被裝夾的,因此在裝夾底座平面的時候,實際的零件與創(chuàng)建的模型不是同一個,存在著旋轉(zhuǎn) 90°差異。對此我們可以有三種方法來解決這個問題:(1)創(chuàng)建的模型還是圖紙給定的,在該零件“后處理”的文件中中,添加“G68 X0 YO P90”的指令。(2)建模建好后,先將原模型旋轉(zhuǎn) 90°,再進行刀具軌跡的設計,“后處理”生成的程序即為該零件的程序。(3)在建模的時候,直接將原模型旋轉(zhuǎn) 90°建模,“后處理”生成的程序即為該零件的程序。三、管道零件的加工工藝分析1.加工分析根據(jù)圖紙,我們可以選擇 115×75×75 的毛坯,需要用到的刀具有立銑刀、麻花鉆、鉸孔刀、球頭銑刀。(1)加工難點:1)A 面的 0.02 的平行度控制。2)雙面裝夾時,平行度的保證。3)2×φ16H7 的孔位置度保證。4)曲面的加工。(2)坐標原點的創(chuàng)建:可以用建模時的原點作為加工坐標原點。(3)加工順序考慮到裝夾因素,底座的圓弧是不能用來裝夾的,應先銑削管道零件的底座,再銑削上部的圓柱形輪廓,最后鉸 φ16H7 的通孔。2.刀具選擇粗加工時,為了提高銑削效率,一般選擇較大的銑削深度,且留一定的銑削余量。精加工時為了保證尺寸精度,一般選擇較大的銑削速度和較小的進給量。本零件加工刀具使用清單如表一所示。表一:刀具類型 刀具材料 刀具直徑(D)麻花鉆 高速鋼 φ15.8鉸孔刀 高速鋼 φ16立銑刀 硬質(zhì)合金 φ30立銑刀 硬質(zhì)合金 φ20球頭銑刀 硬質(zhì)合金 φ16盤銑刀 硬質(zhì)合金 Φ503.加工工藝卡片研定加工工藝卡片如表二所示。表二:4、A 面的平行度 0.02 如何保證第一次裝夾毛坯料,先用盤銑刀進行平端面,平好后,用百分表進行校驗,正負偏差不能超過 0.01,然后再進行底座的銑削。第二次裝夾底座的兩端平面,圓柱形輪廓精銑好后,再用百分表進行校驗,正負偏差不能超過 0.01。 這樣 A 面平行度 0.02 就得以保證了。四、UG 加工造型1.UG 建模這是一個管道零件,可以通過拉伸增料、旋轉(zhuǎn)、邊倒圓等方法完成。根據(jù)圖紙的特性,管道零件的底座可以用拉伸來完成,軸的部分可以通過旋轉(zhuǎn)來完成,比較快捷。具體操作步驟如下:工種 工序 工步 加工內(nèi)容銑 一 1 用 φ20 的立銑刀粗銑管道零件的底座。2 用 φ20 的立銑刀精銑管道零件的底座。銑 二 1 反身裝夾,用 φ30 立銑刀粗銑圓柱形輪廓。2 用 φ16 的球頭銑刀粗銑曲面。3 用 φ16 的球頭銑刀精銑曲面。4 用 φ30 的立銑刀精銑圓柱形輪廓。鉆 三 1 用 φ15.8 的麻花鉆通孔。鉸 四 1 用 φ16 的鉸孔刀鉸通孔。檢查、去毛刺、上油。 (1)創(chuàng)建草圖進入 UG8.0 軟件,選擇創(chuàng)建草圖,選擇“XY”平面為基準平面,畫出如圖 1 所示的草圖。圖 1 草圖 圖 2 拉伸對話框(2)拉伸增料在“過濾器”里面選擇“曲線”、“相連曲線”選擇外輪廓和 2個孔,選擇拉伸增料,如圖 2 所示。(3)創(chuàng)建草圖選擇“草圖”,選擇“XZ”平面為基準平面,創(chuàng)建草圖如圖 3 所示。圖 3 草圖 圖 4 回轉(zhuǎn)對話框 (4)旋轉(zhuǎn)選擇“回轉(zhuǎn)圖標”,在“過濾器”里面選擇“曲線”、“相連曲線”,選擇上面所畫輪廓為旋轉(zhuǎn)曲線,Z 軸為旋轉(zhuǎn)軸,參數(shù)設置如圖4 所示。(5)邊倒圓選擇“邊倒圓”圖標,“選擇邊”為圓柱形的上表面圓,其它參數(shù)設置如圖 5 所示。圖 5 邊倒圓對話框建好后的零件如圖 6 所示。圖 6 管道零件模型 五、管道零件加工軌跡設計1.銑削管道零件底座打開底座模型如圖 7 所示,進入“加工”界面。圖 7 底座(1)創(chuàng)建幾何坐標系:原點設置如圖 8 所示。圖 8 幾何坐標系 圖 9 幾何體對話框(2)創(chuàng)建工件毛坯:進入加工界面后,選擇幾何視圖,類型設置為包容塊,其它參數(shù)設置如圖 9 所示。(3)創(chuàng)建刀具組:創(chuàng)建一把直徑 30cm 的立銑刀,參數(shù)設置如圖10 所示。圖 10 銑刀參數(shù)對話框 圖 11 創(chuàng)建工序?qū)υ捒? (4)創(chuàng)建工序:選擇創(chuàng)建工序圖標,粗加工時將銑削方法設置為“mill_rough”,其它參數(shù)設置如圖 11 所示,型腔銑削中指定切削區(qū)域為底座輪廓四周,其余參數(shù)默認,選擇下方的生成圖標,確認以后就會生成模擬的加工圖,如圖 12 所示。圖 12 模擬底座加工圖2.圓柱表面加工工藝軌跡 (1)打開圓柱表面模型,重新創(chuàng)建工件坐標原點,原點設置如圖 13 所示。圖 13 工件坐標原點建立(2)重新創(chuàng)建毛坯,參數(shù)設置如圖 14 所示。圖 14 毛坯幾何體對話框選擇 φ30 的立銑刀,按照銑削底座平面的方法進行圓柱輪廓的粗精銑削。3.銑削凹橢球曲面創(chuàng)建一把 φ16 的球頭銑刀,粗銑削凹橢球曲面時參數(shù)設置如圖15 所示。確定以后進入型腔銑對話框如圖 16 所示,指定切削區(qū)域選擇凹橢球曲面。 圖 15 創(chuàng)建刀具對話框 圖 16 型腔銑對話框精銑削凹橢球曲面,選擇 φ16 的球頭銑刀,參數(shù)設置如圖 18 所示。圖 17 刀軌設置對話框銑削完成后的凹橢球曲面如圖 18 所示。圖 18 橢球曲面加工模型4.精銑圓柱形輪廓精加工時,創(chuàng)建一把 φ20 的立銑刀,將銑削方法設置為“mill_finish”,其余參數(shù)與粗加工時類似。 5.鉆孔和鉸孔加工創(chuàng)建一把 φ15.8 的麻花鉆進行鉆削加工,再創(chuàng)建一把 φ16 的鉸孔刀進行粗精鉸孔加工。銑削刀具軌跡如圖 19 所示。圖 19 銑削刀具軌跡 5.生成部分程序選取所有的加工步驟,如圖所示,選擇“后處理”,根據(jù)提示選擇“MILL_3_AXIS 后處理器,如圖 20 所示。圖 20 后處理程序?qū)υ捒蚩偨Y(jié)從準備論文到開始寫作,總共用了一個多月的時間,時間比較倉促。如有不到位的地方,請多多包涵。在這期間,老師和同學都是我的好伙伴,不懂的地方都是他們指導的。我也通過查閱書籍、收集資料,寫成了這篇論文。在此謝謝我的指導老師!參考文獻(1)洪惠良主編.《CAD/CAM 應用技術(UG)》.中國勞動出版社 2012.1.(2)沈建峰、黃俊剛主編.《數(shù)控銑床/加工中心技能鑒定》.北京化學工業(yè)出版社.2007 年.(3)沈建峰主編.《數(shù)控機床編程操作》.中國勞動社會保障出版社.2008年.- 配套講稿:
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