模块七-典型零件配合的数控铣削加工工艺案例分析.

模块七典型零件配合的数控铣削加工工艺案例分析项目板类配合件的数控加工工艺案例【工作任务】分别完成如图7-1所示“凸模”零件和如图7-2所示“凹模”零件的数控加工工艺的分析与工艺文件的编制，使两者达到合理的配合。毛坯尺寸为160mm×130mm×30mm，材料为45钢。图7-1“凸模”零件图图7-2“凹模”零件图【能力目标】1．会拟定配合件的数控铣削加工路线；2．会选择配合件的数控铣削加工刀具；3．会选择配合件的数控铣削加工夹具，确定装夹方案；4．会编制配合件的数控铣削加工工艺文件。一、影响加工余量大小的因素(1)表面粗糙度Ra；(2)材料表面缺陷曾深度Ra+Da；(3)空间偏差；(4)表面几何形状误差；(5)装夹误差εb；(6)实际的加工要求和材料性能。二、提高劳动生产率的工艺途径（一）缩减时间定额1）提高切削用量由基本时间的计算公式可知，增大切削速度、进给量和切削深度都可缩减基本时间，这是广泛采用的非常有效的方法。目前，硬质合金车刀的切削速度可达200m/min，陶瓷刀具的切削速度可达500m/min。近年来出现的聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼新型刀具材料，切削普通钢材时，切削速度可达1200m/min；加工60HRC以上的淬火钢时，切削速度在90m/min以上。高速滚齿机的切削速度已达65～75m/min，目前最高滚切速度已超过300m/min。磨削的发展趋势是高速磨削和重磨削。目前，采用的磨削速度已达60m/s，近10年来，国外已生产出全封闭的切削速度达90～120m/s的高速磨床，试验室正在试验的磨削速度为200m/s。重磨削包括大进给和深切深缓进给的强力磨削等。缓进给强力磨削一次，切深可达6～12mm，最大时可达37mm，金属切除率可达656cm3/min。砂带磨削切除同样金属余量的加工时间仅为铣削加工的1/10。采用高速切削和强力切削时，机床刚度和功率都要加强，应对原机床进行改造或设计新机床。2）减少或重合切削行程长度利用n把刀具或复合刀具对工件的同一表面或n个表面同时进行加工，或者利用宽刃刀具或成形刀具作横向进给同时加工多个表面，实现复合工步，都能减少每把刀的切削行程长度或使切削行程长度部分或全部重合，减少基本时间。采用多刃或多刀加工时，要尽理做到粗、精分开。同时，由于刀具间的位置精度会直接影响工件的精度，故调整精度要求较高。另外，工艺系统的刚度和机床的功率也要相应增加，要在保证质量的前提下提高生产率。3）采用多件加工多件加工有顺序多件加工、平行多件加工、平行顺序加工三种形式。（2）缩减辅助时间1）采用先进夹具2)采用连续加工方法3）采用主动测量或数字显示自动测量装置主动测量的自动测量装置能在加工过程中测量工件的实际尺寸，并能由测量结果操作或自动控制机床。在内、外圆磨床上，主动测量已取得显著的效果。目前，在各类机床上已逐步配置的数字显示装置，都是以光栅、感应同步器为检测元件，可以连续显示出刀具在加工过程中的位移量，使工人能直观地看出工件尺寸的变化情况，大大节省了停机测量的时间。（3）缩减布置工作地时间布置工作地时间中，主要是消耗在更换刀具和调整刀具的工作上。因此，缩减布置工作地时间主要是减少换刀次数、换刀时间和调整刀具的时间。减少换刀次数就是要提高刀具或砂轮的耐用度，而减少换刀和调刀时间是通过改进刀具的装夹和调整方法，采用对刀辅具来实现的。（4）缩减准备与终结时间缩减准备与终结时间的主要方法是扩大零件的批量和减少调整机床、刀具和夹具的时间。在中小批生产中，产品经常更换，批量又小，使准终时间在单件计算时间中占有较大的比重。同时，批量小又限制了高效设备和高效装备的应用。因此，扩大批量是缩减准终时间的有效途径。目前，应用相似原理，采用成组技术以及零、部件通用化、标准化，产品系列化是扩大批量最有效的方法：1）采用易于调整的先进加工设备。2）夹具和刀具的通用化。3）减少换刀和调刀时间。4）减少夹具在机床上的装夹找正时间。（二）采用新工艺和新方法（1）先进的毛坯制造方法如精铸、精锻、粉末冶金等方法。（2）无切削的新工艺如采用冷挤、冷轧、滚压和滚轧等方法，不仅能提高生产率，而且工件的表面质量和精度也能得到明显改善。（3）特种加工目前各种电加工机床应用较普遍。用常规切削方法很难加工的特硬、特脆、特韧材料以及复杂型面，采用电加工等特种加工后均可迎刃而解。。（4）改进加工方法（三）提高机械加工自动化程度加工过程自动化是提高劳动生产率最理想的手段，但自动化加工投资大、技术复杂，因而要针对不同的生产类型，采取相应的自动化水平。大批大量生产时，由于工件批量大，生产稳定，可采用多工位组合机床或组合机床自动线，整个工作循环都是自动进行的，生产率很高。中批生产的自动化可采用各种数控机床及其他柔性较高的自动化生产方式。三、配合件加工时应考虑的因素（1）考虑因素零件的表面粗糙度明显达不到图纸要求，将影响工件间配合的紧密度，进而达不到配合的要求。其原因主要有：刀具的选择、切削用量的选择等。刀具的选择，主要体现在刀具的的质量和适当的选刀，对球形刀具行距选择过大，使零件的粗糙度达不到要求；切削用量的选择，主要体现在加工不同材料时，铣削三要素的选择有很大的差异，因此选择切削用量时，要根据机床的实际情况而定。此外，在加工时，要求机床主轴具有一定的回转运动精度。即加工过程中主轴回转中心相对刀具或者工件的精度。当主轴回转时，实际回转轴线其位置总是在变动的，也就是说，存在回转误差。主轴的回转误差可分为三种形式：轴向窜动、径向圆跳动和角度摆角。在切削加工过程中的机床主轴回转误差使得刀具和工件间的相对位置不断变化，影响着成形运动的准确性，在工件上引起加工误差。（2）解决方案1）刀具的选择，应尽可能选择较大的刀具，避免让刀震动，以提高表面粗糙度。2）铣削用量的确定，在加工中，粗加工主轴转速慢一些，进给速度慢一些，铣削深度大一些（D刀具半径），精加工转速快一些。3）尽量避免接刀痕产生。4）尽量避免装夹误差。主要是夹紧力和限制工件自由度要做到合理。5）加工余量的确定要合理。主要是X、Y轴的加工余量选择应合理。【任务实施】（1）零件图的工艺分析1）零件结构的分析如图7-1、7-2所示可知，该零件需要配合的薄壁零件，形状比较简单，但是供需较复杂，表面质量和精度要求较高，因此，从精度要求上考虑，定位和工序安排比较关键。为了加工精度和表面质量，根据毛坯质量（主要是指形状和尺寸），分析采用两次定位（一次粗定位，一次精定位）装夹加工完成，按照基面先行、先主后次、先近后远、先里后外、先粗后精、先面后孔的原则一次划分工序加工。2）加工余量的分析根据精度要求，该图的尺寸精度要求较高，即需要有余量的计算，正确规定加工余量的数值，是完成加工要求的重要任务之一。在具体确定工序的加工余量时，应根据下列条件选择大小：①对最后的加工工序，加工余量应达到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求；②考虑加工方法、设备的刚性以及零件可能发生的变形；③考虑零件热处理时引起的变形；④考虑被加工零件的大小，零件愈大，由于切削力、内应力引起的变形也会增加，因此要求加工余量也相应地大一些。3）精度分析该零件的尺寸公差比较高，在0.02～0.03mm之间，且凸件薄壁厚度为0.96mm，区域面积较大，表面粗糙度也比较高，达到了Ra1.6µm，比较加工，加工时极容易产生变形，处理不好可能会导致其壁厚公差及表面粗糙度难以达到要求，所以必须合理的确定加工余量。4）定位基准分析定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。该零件首先以一个毛坯件的一个平面为粗基准定位，将毛坯料的精加工定位面铣削出来，并达到规定的要求和质量，作为夹持面，再以夹持面为基准装夹来加工零件，最后再将粗基准面加工到尺寸要求。（2）机床的选择选择KVC650加工中心，FANUC0iMate系统。加工中心加工柔性比普通数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。（3）装夹方案的确定该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面与加工面之间的位置精度要求不高，因此，以底面和两个侧面作为定位基准，用平口虎钳从工件侧面夹紧即可。（4）加工工艺过程设计1）确定工序方案根据零件图样和技术要求，制定一套加工用时少，经济成本花费少，又能保证加工质量的工艺方案。通常毛坯未经过任何处理时，外表有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，在选择走刀方式时加以考虑选择逆铣，并且在装夹前应进行钳工去毛刺处理，再以面作为粗基准加工精基准定位面。①“凸模”零件工艺方案铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣内轮廓（挖槽）→粗铣槽内凸台→手动去除槽内多余残料→粗铣槽内圆弧槽→粗铣外轮廓→粗此凸台→手动去除多余残料→精铣槽内凸台→精铣槽内圆弧槽→半精铣内轮廓→半精铣外轮廓→精铣凸台→精铣槽面→精铣内轮廓→精铣外轮廓→钻孔→绞孔→翻面铣掉夹持面。②“凹模”零件工艺方案铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣内轮廓（挖槽）→手动去除槽内多余残料→粗铣定位槽→粗铣槽底面→精铣内轮廓和倒圆角→精铣定位槽→钻孔→绞孔→翻面铣掉夹持面。方案的加工顺序是先里后外，先粗后精，先面后孔的方法划分加工步骤，由于轮廓薄壁太薄，对其划分工序考虑要全面，先对受力大的部位先加工，对剩余部分粗铣后就开始精加工。由于粗精加工同一个部位都用的不是同一把刀，所以选择加工方案要综合考虑。2）加工工步顺序的安排①“凸模”零件加工工步顺序加工上表面由于下表面的精度要求不高，所以以底面作为基准，粗、精加工上平面，以底面作为基准线粗铣外轮廓尺寸精度可达IT7～IT8，表面粗糙度可达12.5～50µm。再精铣外轮廓，精度可达IT7～IT8，表面粗糙度可达0.8～3.2µm。因此采用粗、精铣的顺序。加工槽轮廓、槽内岛屿和圆弧槽根据槽轮廓尺寸要求、圆弧曲率及其加工精度要求可知：轮廓精度要求很高，公差要求为0.03mm，表面粗糙度1.6µm，壁厚0.96，按其深度分层粗加工，留有合适的加工余量，所以要采用粗加工→半精加工→精加工的方案来完成加工，以满足加工要求；槽内岛屿只对表面质量有较高要求，在粗加工时留0.3mm的余量，采用同一把刀粗加工，按其深度分层粗加工，采用同一把刀精加工，减少换刀时间和增加刀具误差。采用粗加工→精加工方案来完成加工，以满足加工的要求。在倒圆角上，还要用到球形刀具，考虑行距的大小；圆弧槽的加工没什么要求，只对其深度尺寸限制了公差，要求不高，但还要进行粗、精铣削加工，刀具尺寸最大有所限制，所以选择10的立铣刀，同前面加工可以选同一把10粗加工刀具、另一把10精加工刀具。加工外轮廓和凸台外轮廓的加工要求比内轮廓要求高，采用同样的方法加工，同一规格10的立铣刀，粗加工→半精加工→精加工的方案，只是在加工时要小心一点；凸台的尺寸要求和表面质量要求比较高，按其深度分层粗加工，留有0.3mm的精加工余量。还有C2的倒角，要用到球形刀具，考虑行距的大小。加工中间底面底面的表面质量要求高，考虑到铣面程序不好编制，计算注意会产生过切的地方。孔加工通孔10mm，H7的公差，Ra1.6µm粗糙度。通孔26mm，0.022的公差，Ra1.6µm粗糙度，所以先钻孔，再绞孔才能完成加工达到要求。②“凹模”零件加工工步顺序加工上表面和外轮廓凹模上表面和外轮廓加工方案与凸模的加工方案大致相同；两个凹槽的要求比较高，凹槽的深度要求为8～10mm，需要分层加工，公差要求有高、有低，但表面粗糙度均为Ra1.6µm，因此采用粗加工→半精加工→精加工的方案来完成加工，以满足加工的要求。凹槽的圆弧最小曲率半径为8mm，所以在选择加工刀具时，应选择半径小于8mm的铣刀。孔加工通孔10mm，H7的公差，Ra1.6µm粗糙度，加工方法与凸模相同，先钻孔，再绞孔才能完成加工达到要求。3）铣削下刀方式的设定①“凸模”铣削下刀方式槽内轮廓深度不是很深，区域比较