盤類零件數(shù)控車削工藝分析與加工

1、 . . . 冶金職業(yè)技術(shù)學院自學考試畢業(yè)設計(論文)題目:盤類零件數(shù)控加工工藝分析與加工實例系 (部): 機械工程系 專業(yè)名稱: 數(shù)控技術(shù)應用姓 名:號: 1 班級名稱: 08數(shù)控本科班 提交時間:目 錄前言1一、零件圖工藝分析1 1.1選擇設備11.2確定零件的定位基準和裝夾方式11.3制定加工方案11.4刀具選擇與刀位號21.5確定切削用量21.6數(shù)控加工工藝卡片擬訂3 二、數(shù)控加工的工藝分析42.1零件的結(jié)構(gòu)特點42.2 工藝分析42.3 精加工型腔時零件的定位與裝夾5 三、加工型腔的數(shù)控加工程序總方案6四、加工中心精銑削過程7五、 工藝設計105.1精加工某發(fā)動機

2、飛輪105.2精加工某發(fā)動機飛輪正反兩個平面115.3精加工某制動盤12六、工裝設計146.1保證定心精度的方法146.2保證端面跳動精度的方法14七、設備選擇意見167.1機床結(jié)構(gòu)的選擇167.2刀塔結(jié)構(gòu)的選擇17結(jié)束語19致 20參考文獻2117 / 19盤類零件數(shù)控加工工藝分析與加工實例引言理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應能使數(shù)控機床的功能得到合理的應用和充分的發(fā)揮。數(shù)控機床是一種高效率的自動化設備，它的效率高于普通機床的23倍，要充分發(fā)揮數(shù)控機床的這一特點，必須在編程之前對工件進行工藝分析，根據(jù)具體條件，選擇經(jīng)濟、合理的工藝方案。數(shù)控加工工藝考慮不周是影響數(shù)控機

3、床加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率與加工成本的重要因素。一、零件圖工藝分析   如圖所示工件，該零件屬于典型的盤類零件，材料為45鋼，可選用圓鋼為毛坯，為保證在進行數(shù)控加工時工件能可靠的定位，可在數(shù)控加工前將左側(cè)端面、95外圓加工，同時將55孔鉆53孔。 圖1-1帶孔圓盤1.1選擇設備     根據(jù)被加工零件的外形和材料等條件，選定Vturn-20型數(shù)控車床。 1.2確定零件的定位基準和裝夾方式1.2.1定位基準 以已加工出的95外圓與左端面為工藝基準。1.2.2裝夾方法 采用三爪自定心卡盤自定心夾緊。1.3 制定加工方案根據(jù)圖樣要求、毛坯與前道工

4、序加工情況，確定工藝方案與加工路線。工步順序：1.3.1 粗車外圓與端面 1.3.2 粗車孔1.3.3 精車外輪廓與端面1.3.4 精車孔 1.4刀具選擇與刀位號選擇刀具與刀位號如圖1-2。 圖1-2將所選定的刀具參數(shù)填入表1-1帶孔圓盤數(shù)控加工刀具卡片中。 表1-1帶孔圓盤數(shù)控加工刀具卡片1.5確定切削用量對于高效率的金屬切削機床加工來說，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。這些條件決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。編程人員在確定每道工序的切削用量時，應根據(jù)刀具的耐用度和機床說明書中的規(guī)定去選擇。也可以結(jié)合實際經(jīng)驗用類比法確定切削用

5、量。在選擇切削用量時要充分保證刀具能加工完一個零件，或保證刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于半個工作班的工作時間。背吃刀量主要受機床剛度的限制，在機床剛度允許的情況下，盡可能使背吃刀量等于工序的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率。對于表面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工余量，數(shù)控加工的精加工余量可比普通機床加工的余量小一些。編程人員在確定切削用量時，要根據(jù)被加工工件材料、硬度、切削狀態(tài)、背吃刀量、進給量，刀具耐用度，最后選擇合適的切削速度。1.6數(shù)控加工工藝卡片擬訂     以工件右端面為工件原點，換刀點定為X200、Z200。數(shù)控加工

6、工藝卡片見表1-2。 表1-2 帶孔圓盤的數(shù)控加工工藝卡片二、數(shù)控加工的工藝分析2.1零件的結(jié)構(gòu)特點 該零件材料為硬鋁LY12，其切削性能良好，屬于典型的薄壁盤類結(jié)構(gòu)，外形尺寸較大，周邊與部筋的厚度僅為2mm，型腔深度為27mm。該零件在加工過程中如果工藝方案或加工參數(shù)設置不當，極易變形，造成尺寸超差，零件結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1零件結(jié)構(gòu)示意圖2.2 工藝分析 該零件毛坯選用棒料，采用粗加工、精加工的工藝方案，具體工藝流程如下：毛坯粗車粗銑時效精車精銑。 粗車：分別在外圓與端面預留1.5mm精加工余量，并預鉆中心孔。  粗銑：分別在型腔側(cè)面與底面預留

7、余量1.5mm，并在12mm孔位處預鉆工藝孔。 時效：去除材料與加工應力。 精車：精車端面、外圓并鏜工藝孔6mm，要求一次裝夾完成，以便保證同軸度，為后序加工打好基礎。精銑：保證零件的最終要求，是本文論述的重點。2.2.1粗銑型腔粗加工主要是去除大余量，并為后序精加工打好基礎，所以加工型腔時，選擇低成本的普通數(shù)控銑床加工。該工序要求按所示零件結(jié)構(gòu)圖加工出形輪廓，圓弧拐角為R5mm，所留精加工余量均勻，為1.5mm。而且本道工序還需要在12mm孔位處預先加工精加工所需的定位孔。 2.2.2精銑型腔高速加工技術(shù)是近年應用起來的制造技術(shù)。在高速切削加工中，由于切削力小，可減小零件的加工變形

8、，比較適合于薄壁件，而且切屑在較短時間被切除，絕大部分切削熱被切屑帶走，工件的熱變形小，有利于保證零件的尺寸、形狀精度；高速加工可以獲得較高的表面質(zhì)量，加工周期也大大縮短，所以結(jié)合該類薄壁盤類零件的特點，精加工型腔時選用高速加工。 2.2.3 定位孔的加工  該零件精加工選用中心孔6mm與12mm孔作為定位孔，所以精加工型腔前必須先將其加工到位。中心孔6mm在車工精車外圓301.5mm時將其鏜削為6H8；12mm孔由數(shù)控銑床鉆、鉸至12H8。 2.3 精加工型腔時零件的定位與裝夾 為了使工件在機床上能迅速、正確裝夾，而且在加工一批工件時不必逐個找正，所以此次加工采用一面兩銷

9、的定位方式。以零件上已經(jīng)存在的6mm與12mm孔作為定位孔，做簡易工裝，該工裝采用一個圓柱銷和一個扁形銷作為定位元件。由于該零件屬于薄壁件，容易變形，在夾緊工件時，壓板應壓在工件剛性較好的部位，分布盡可能均勻，以保證夾緊的可靠性，而且夾緊力的大小應適當，以防破壞工件的定位或使工件產(chǎn)生不允許的變形。其具體定位與裝夾示意圖見圖2-2。此裝夾方式完全符合加工中心的特點，一次裝夾可以完成型腔與所有孔的加工。圖2-2 零件的定位與裝夾方式示意圖三、加工型腔的數(shù)控加工程序總方案3.1編程軟件該零件的數(shù)控加工程序是基于軟件MasterCAM生成的。該軟件無須畫出實體，只需按1：1正確畫出要加工的輪廓線，選擇

10、適當?shù)膱D形和參數(shù)即可生成用于加工的程序。  3.2設備的選擇精加工型腔選用加工中心設備：德國HERMLE(悍馬)C1200U，該設備的操作系統(tǒng)是HEIDENHIN(海德漢)，其性能指標為：主軸最高轉(zhuǎn)速18000r/mm，快速移動30000mm/min，行程1200mm×1000mm×800mm，響應靈敏，適合高速加工。該零件以前曾選用其他加工中心設備進行加工，但因為壁薄，筋厚度僅為2mm，型腔深，為27mm，為防止零件變形，只能選用小規(guī)格刀具，較小的加工速度，并進行多次時效，加工周期很長，所以此次加工選用了適合高速加工的數(shù)控設備。  3.3刀具的選擇根據(jù)

11、零件材料，選擇國產(chǎn)的鑲齒硬質(zhì)合金立銑刀，雙刃，大螺旋角，刃前空間大，耐磨，成本低。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)該刀具非常適合鋁材的高速加工。對具體的參數(shù)選擇，需要在實際切削中摸索，發(fā)現(xiàn)合適速度，當然還要參考廠家的資料。四、加工中心精銑削過程該型腔的銑削加工分兩步進行，分別為底面和側(cè)面加工，先底面，后側(cè)面。數(shù)控程序的中心設在工件外圓圓心，安全高度在零件表面上方50mm處。 4.1底面加工刀具規(guī)格：選用14mm的立銑刀。下刀方式：采用螺旋下刀，可以改善進刀時的切削狀態(tài)，保持較高的進刀速度和較低的切削負荷。  走刀方式：選用PocketParallel，Spiral，clean Cor-ners(平行環(huán)繞

12、并清角)方式，從到外，三個型腔分別加工，可以減少提刀，提升銑削效率。  加工時按順銑方式，將底面1.5mm的加工余量分兩次完成，第一刀背吃刀量1.4mm，刀路重疊50，轉(zhuǎn)速8000r/min，進給速度1400mm/min；精加工時，背吃刀量0.1mm，轉(zhuǎn)速升至12000r/min，進給不變，底面的表面質(zhì)量非常好。其刀路軌跡如圖4-1所示，由里向外逐步擴展，與外形相似，刀路平順、柔和，盡量減少劇烈變化，以免引起機床振動。注意：精加工底面時，給側(cè)面預留了3mm余量，以免銑到側(cè)面時吃刀量增大。圖4-1型腔底面刀路軌跡4.2側(cè)面加工刀具規(guī)格：為防止在拐角處走刀路徑突然改變而導致沖擊力太大，所

13、以高速加工時應盡量避免選用與拐角半徑一致的刀具，此次選用8mm的立銑刀(拐角為R5mm)。裝刀時，刀具盡可能縮短伸出長度，以保證高速加工時的刀具強度。進、退刀方式：以圓弧方式接近、離開工件，可以避免突然接觸工件時產(chǎn)生的接刀痕，保證零件的表面質(zhì)量。走刀方式：選用Contour(外形銑削)方式。加工時，按Z軸分層并以順銑的方式進行，轉(zhuǎn)速10000r/min，進給速度1000mm/min，三個型腔同時逐層向下銑，每次背吃刀量為2mm。注意：不可一個型腔銑削后再銑削下一個型腔。因為，當?shù)谝粋€型腔加工完后，部筋的壁厚只剩3.5mm，而加工下一個型腔時，部筋的切削量將是1.5mm，這會導致局部支撐力變小，

14、工件容易受切削力的影響而變形；若三個型腔同時逐層向下銑削時，筋的壁厚是5mm，相對而言支撐力要大得多。加工的刀路軌跡如圖4-2所示。圖4-2型腔側(cè)面刀路軌跡加工操作完成后，選擇HEIDENHIN后置處理，生成NC程序，用網(wǎng)線傳到機床。 盤類零件的數(shù)控車床加工編程源程序如下：N10 G92X100Z100N20 M06T0101N25 G04P3N30 M03M07N40 G90G00X42Z2N50 G01Z0F200N60 X15N70 G90G00X60Z10N80 G73U7W0R5P90Q170X0.5Z0F200N90 G01X28Z10F100N100 Z0N110 X30Z-1N

15、120 Z-10N130 X26Z-12N140 Z-22.775N150 G02X30.8Z-28R7N160 G01X38Z-48N170 Z-52N180 G90G00X100Z100N190 T0100N200 M05M00N210 M06T0303N215 G04P3N220 M03N225 G90G00X15Z4N230 G71U1W0R1P240Q270X-0.5Z0F200N240 G01X22Z4F100N250 Z0N260 X18Z-10N270 Z-52N280 G90G00X100Z100N290 T0300N300 M05N310 M00N320 M06T0202N

16、330 G04P3N340 M03N350 G90G00X34Z4N360 G82X29.3Z-14F0.75N370 G82X29.1Z-14F0.75N380 G82X29.03Z-14F0.75N390 G90G00X100Z100N400 T0200N410 M05M00N420 M06T0404N430 M03N480 G90G00X42Z-54（假定切刀寬4mm）N490 G01X15F20N500 G90G00X100Z100N510 T0400N520 M05M09N530 M30五、 工藝設計盤類零件的數(shù)控加工工藝設計，最重要的是將有相互行位公差要求的加工面安排在一

17、道工序，在一次裝夾下完成加工，消除二次裝夾誤差。 5.1精加工某發(fā)動機飛輪（圖5-1）圖5-1 某發(fā)動機飛輪若用圖5-2所示的立式多刀自動車床加工，加工工藝為： 5.1.1 精車大平面。安排左、右其中一個刀架車平面，另一個刀架車孔（438mm、50mm）。5.1.2 再精車基準A面。安排左、右其中一個刀架車平面，另一個刀架車孔（128mm）和外圓（412mm）。圖5-2 立式多刀自動車床該工藝受機床動作功能限制128mm孔與50mm孔不能在同一工序完成，需正反兩次裝夾加工，由于重復定位誤差與夾具制造誤差的存在，很難穩(wěn)定滿足產(chǎn)品兩孔的同軸度要求。 為滿足產(chǎn)品設計要求，穩(wěn)定控制產(chǎn)品質(zhì)量，可采用如圖

18、5-3的數(shù)控車床加工，工藝設計上利用數(shù)控車床的自動換刀功能采用孔背鏜刀用程序控制從A面加工50mm孔，將128mm、50mm安排在同一道工序加工完成。避免重復定位誤差與夾具制造誤差對加工精度的影響，保證產(chǎn)品0.03mm的同軸度要求。圖5-3 立式數(shù)控車床5.2精加工某發(fā)動機飛輪正反兩個平面（圖5-4）圖5-4 某發(fā)動機飛輪圖5-5 專用背鏜刀一般傳統(tǒng)工藝是先精車一面，然后下道工序再精車另一面。第二序工件再次裝夾的質(zhì)量對加工精度（平行度）的影響非常大（用一般三爪卡盤夾緊，工件易產(chǎn)生夾緊抬起）。若采用數(shù)控車床，工藝設計上可根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點設計專用刀具（如圖5-5）在一道工序上完成兩面的精加工：大

19、平面朝上，程序控制專用刀具背鏜F面。因為孔直徑為48mm，F(xiàn)面最大加工直徑100mm，切削寬度26mm，圖示專用刀桿的強度最弱處尺寸為20mm，用于精加工強度足夠。該工藝方案充分利用了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和數(shù)控設備動作控制靈活的特點，不但可減少一道加工工序，節(jié)約設備和加工成本，而且可穩(wěn)定保證加工質(zhì)量。 5.3精加工某制動盤 精加工圖5-6所示基準A面與上下制動面，要滿足產(chǎn)品要求三個平面必須一次裝夾在同一工序完成加工，并且要采用圖5-7所示專用刀夾和卡爪，同時精車上下制動面。這樣加工并不完全是提高加工效率，更主要的是為了滿足產(chǎn)品“兩制動面一周厚度變化不大于0.01mm”的質(zhì)量要求。雖然數(shù)控車可以采用兩

20、把刀具通過程序控制分別加工。圖5-6某制動盤圖5-7 專用刀夾和卡爪上下制動面受主軸的擺差、加工變形等因素的影響，很難滿足上述要求，只能采用“同時”加工，將系統(tǒng)的誤差“同時”反映在上下制動面上才能滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。兩把刀加工完畢后不能直接退刀，否則，將在制動面上留下退刀痕跡。因此，下面一把刀必須具備向下“讓刀”動作，然后機床程序控制刀塔上移，使上面的刀具“讓刀”后兩把刀一起快退，最后，下面一把刀必須向上“復位”，以保證上下制動面尺寸。這樣，數(shù)控車要配備專用“液壓雙面刀架”。 盡管數(shù)控車加工精度高、加工靈活，在進行工藝設計時仍要根據(jù)產(chǎn)品特點仔細分析，沒有正確的工藝設計，再先進的設備也發(fā)揮不了它

21、的價值。六、工裝設計數(shù)控車床的主要裝夾工具是卡盤，設計使用時應重點考慮卡盤的定心精度，避免工件夾緊變形和抬起現(xiàn)象。 6.1保證定心精度的方法 當加工面與裝夾面有較高的同軸度要求時，卡盤的卡爪一般要在設備本身經(jīng)過“自車”來保證定位面與主軸軸線同心度?！白攒嚒睍r應盡量模擬在加工狀態(tài)下自車：例如“自車”正爪時，應在卡爪行程的中間位置卡緊一個輔具（如圖6-1），并且“自車”時的油缸壓力應與正常工作時壓力一致。圖6-1自車卡爪圖6-2 某發(fā)動機用飛輪卡爪“自車”后的圓弧面直徑應與工件的卡緊外圓直徑盡量一致。同樣，“自車”反爪時，最好漲緊一個輔具。 6.2保證端面跳動精度的方法 工件的軸向定位支撐可以通過

22、調(diào)整或“自車”來保證定位點“共面”。但是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤，卡爪要在卡爪座移動，必然要存在一定的滑動間隙。在夾緊過程中，不可避免的會產(chǎn)生 。工件“抬起”現(xiàn)象。當工件要求加工面與定位面之間有較嚴的跳動要求時，統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤是很難保證裝夾精度的。圖9是某發(fā)動機用飛輪，為保證孔、外圓的同軸度要求必須將它們安排在同一道工序完成（大平面向上裝夾）?？墒枪ぜ婕庸面時，要保證圖示跳動要求，加工時必須保證工件的定位面緊貼卡盤的軸向定位面。若采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪盤裝夾很難滿足加工要求。因此，應采用帶有“向下拉力”的卡盤，工件夾緊時，有一個向下的分力將工件緊貼定位面。另外，卡盤作為數(shù)控車床的關鍵部件，要按說

23、明書指定的方法，按時潤滑與拆解清洗，防止鉄屑加劇滑動面的磨損。七、設備選擇意見7.1 機床結(jié)構(gòu)的選擇 7.1.1臥式“簡易數(shù)控車床”（如圖7-1）。這種機床采用平床身的布局，機床的制造工藝性好，便于導軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的運動精度。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，刀架水平放置使滑板橫向尺寸較長，從而加大了機床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。該設備的主要特點是具備兩軸聯(lián)動功能并且設備價格便宜。但是之所以稱其為“簡易數(shù)控車床”是因為它的主軸不能無級調(diào)速、刀架裝刀數(shù)量較少、快移速度慢、無自動排屑機構(gòu)，床身整體結(jié)構(gòu)比數(shù)控臥式車床的剛性差、加工精度低。但是該設備

24、經(jīng)過多年改進，技術(shù)成熟、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，加工精度可達IT7IT8，可用于零件的粗加工、半精加工和簡單的型面加工。 圖7-1 臥式簡易數(shù)控車床7.1.2臥式數(shù)控車床（如圖7-2）。這類機床結(jié)構(gòu)一般有斜床身結(jié)構(gòu)和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)兩種布局。導軌傾斜的角度小，排屑不便；傾斜角度大，導軌的導向性與受力情況差。其傾斜角度的大小還直接影響機床外形尺寸高度與寬度的比例。綜合考慮以上因素，中小規(guī)格的數(shù)控車床，其床身的傾斜度以60°為宜。其中平床身斜滑板結(jié)構(gòu)。 圖7-2臥式數(shù)控車床一方面具有水平床身工藝性好的特點，另一方面機床又具有斜床身結(jié)構(gòu)寬度方向的尺寸小、排屑方便、機床占地面積小，外形

25、美觀，容易實現(xiàn)封閉式保護等優(yōu)點。這兩種布局形式被中、小型數(shù)控車床所普遍采用。在選擇時，整體斜床身結(jié)構(gòu)的剛性略高于平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，設備價格也略高一些。當存在重切削加工容時最好選用整體斜床身結(jié)構(gòu)。臥式數(shù)控車床比較適宜軸類零件與直徑較?。?lt;300mm）重量較輕（<10kg）的盤類零件的加工。7.1.3立式數(shù)控車床。與臥式數(shù)控車床最大的區(qū)別是主軸與水平方向垂直，適宜直徑較大、較重的盤類、輪轂類工件，工件裝卸方便、定位可靠，便于組成加工自動線。另外德國埃馬克公司研制的倒置式數(shù)控車，是對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一種革新，它更有利于組成自動線，實現(xiàn)自動上下料。但是此類設備價格較高，一般轎車用的盤類零件由于批

26、量大、直徑小比較適宜選用。 7.2刀塔結(jié)構(gòu)的選擇圖7-3為立式刀塔，該結(jié)構(gòu)刀具的安裝數(shù)量較多，適宜加工工件高度不高盤類零件。若加工類似輪轂這樣需要鏜深孔的工件，則適宜選擇圖7-14所示的臥式刀塔，因為刀具懸深較長，選擇立式刀塔，刀具的干涉半徑較小，裝刀的數(shù)量將受到限制。為避免干涉，實際裝刀數(shù)量將減少。圖7-3 立式刀塔圖7-4臥式刀塔另外在轉(zhuǎn)位方式上有電動和液壓兩種方式。電動刀塔換刀快捷并且故障低、維修方便，但價格略高。 由于數(shù)控立車的投資比較大，在選擇時，要廣泛調(diào)研，結(jié)合加工工件特點與成本投入綜合考慮。在選擇數(shù)控系統(tǒng)時，應根據(jù)加工工件的復雜程度、工廠的應用習慣綜合進行考慮。目前國產(chǎn)控制系統(tǒng)在一般加工應用中也很成熟和穩(wěn)定。結(jié)束語本文介紹的這種加工設備主要應用于超大直徑圓盤或圓環(huán)零件的圓周表面的