《機(jī)械制造工藝》課件-第16次課 板類零件的技術(shù)要求分析及毛坯的選擇

板類零件的技術(shù)要求分析及毛坯的選擇專業(yè)課程/項(xiàng)目化課程機(jī)械制造工藝01任務(wù)下達(dá)3課程引入夾具底座夾具底座支撐件4項(xiàng)目二夾具底座的數(shù)控工藝分析任務(wù)1夾具底座的圖紙分析及毛坯的選擇夾具是機(jī)械加工中不可缺少的一種工藝裝備，應(yīng)用十分廣泛。它能起以下作用：（1）保證穩(wěn)定可靠地達(dá)到各項(xiàng)加工精度要求；（2）縮短加工工時(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；（3）降低生產(chǎn)成本；（4）減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度；（5）可由較低技術(shù)等級(jí)的操作者進(jìn)行加工；（6）能擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍。在本項(xiàng)目選取典型夾具體底座，常用于生產(chǎn)實(shí)際，如圖2-1所示，零件材料為鋁材，無(wú)熱處理和硬度要求，試對(duì)其進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析。502基礎(chǔ)知識(shí)7一、數(shù)控銑削機(jī)床選擇

數(shù)控銑削機(jī)床是主要采用銑削方式加工工件的數(shù)控機(jī)床。典型的數(shù)控銑削機(jī)床有數(shù)銑床和加工中心兩種,由于加工中心增加了刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置,主要用于自動(dòng)換刀對(duì)體類等復(fù)雜零件進(jìn)行多工序鏜銑綜合加工,所以數(shù)控銑削機(jī)床一般是指數(shù)控銑床。數(shù)控銑床除了能夠進(jìn)行外形輪廓銑削、平面型腔銑削及三維復(fù)雜型面的銑削(如凸輪、模具、葉片螺旋槳等復(fù)雜零件的銑削加工)外,還具有孔加工功能。它通過(guò)人工手動(dòng)換刀,也可以進(jìn)系列孔的加工,如鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔和攻螺紋等。9101.銑床介紹（一）數(shù)控銑床的分類數(shù)控銑床的種類很多，常用的分類方法有以下三種：

(1)按主軸的布置形式分類

1)立式數(shù)控銑床立式數(shù)控銑床的主軸軸線垂直于水平面，如圖所示，它是銑床中數(shù)量最多的一種，應(yīng)用范圍也最廣。立式數(shù)控銑床中又以三坐標(biāo)(X、y、Z)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床居多，其各坐標(biāo)的控制方式有以下幾種：工作臺(tái)縱向、橫向及上下向移動(dòng)，主軸不動(dòng)。這種數(shù)控銑床與普通立式升降臺(tái)銑床相似，一般小型立式數(shù)控銑床采用這種方式。工作臺(tái)縱向、橫向移動(dòng)，主軸上下移動(dòng)。這種方式一般運(yùn)用在中型立式數(shù)控銑床中。/v?pd=wisenatural&vid=4383339365980232188/v?pd=wisenatural&vid=8618954966499186890立式銑床視頻11圖

立式數(shù)控銑床122)臥式數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床的主軸軸線平行于水平面，如圖3-10所示。為了擴(kuò)大其功能和加工范圍，通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)或萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)四軸或五軸加工。一次裝夾后可完成除安裝面以外的其余四個(gè)面的各種工序加工，尤其是萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)可以把工件上各種不同角度的加工面擺成水平面來(lái)加工，可以省去許多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚毋姷?。圖

臥式數(shù)控銑床/v?pd=wisenatural&vid=11477620266567834729/v?pd=wisenatural&vid=17983495037635489822133)立臥兩用數(shù)控銑床如圖所示，也稱萬(wàn)能式數(shù)控銑床，主軸可以旋轉(zhuǎn)90°或工作臺(tái)帶著工件旋轉(zhuǎn)90°，一次裝夾后可以完成對(duì)工件五個(gè)表面的加工，即除了工件與轉(zhuǎn)盤(pán)貼面的定位面外，其他表面都可以在一次安裝中進(jìn)行加工。其使用范圍更廣、功能更全，選擇加工對(duì)象的余地更大。給用戶帶來(lái)了很多方便，特別是當(dāng)生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立、臥兩種方式加工時(shí)，用戶只需要一臺(tái)這樣的機(jī)床就行了。圖立臥兩用數(shù)控銑床/6874021794538324493?wid_try=1144)龍門(mén)式數(shù)控銑床對(duì)于大型的數(shù)控銑床，一般采用對(duì)稱的雙立柱結(jié)構(gòu)，保證機(jī)床的整體剛性和強(qiáng)度，即數(shù)控龍門(mén)銑床，它有工作臺(tái)移動(dòng)和龍門(mén)架移動(dòng)兩種形式，如圖3-12所示。龍門(mén)式數(shù)控銑床適用于加工飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件零件、大型箱體零件和大型模具等。圖3-12龍門(mén)式數(shù)控銑床/v?pd=wisenatural&vid=113044569597516320715（2）按數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)軸數(shù)量分類1)兩軸半坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床數(shù)控機(jī)床只能進(jìn)行X、y、Z三個(gè)坐標(biāo)中的任意兩個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工。2)三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床數(shù)控機(jī)床能進(jìn)行X、y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工。3)四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床數(shù)控機(jī)床能進(jìn)行X、y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸和繞其中一個(gè)軸作數(shù)控?cái)[角聯(lián)動(dòng)加工。4)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床數(shù)控機(jī)床能進(jìn)行X、y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸和繞其中兩個(gè)軸作數(shù)控?cái)[角聯(lián)動(dòng)加工。16（3）按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類1)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床一般是在普通立式銑床或臥式銑床的基礎(chǔ)上改造而來(lái)的，采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，成本低，機(jī)床功能較少，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度不高，主要用于精度要求不高的簡(jiǎn)單平面或曲面零件加工。2)全功能數(shù)控銑床全功能數(shù)控銑床一般采用半閉環(huán)或閉環(huán)控制，控制系統(tǒng)功能較強(qiáng)，數(shù)控系統(tǒng)功能豐富，一般可實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)或以上的聯(lián)動(dòng)，加工適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用最為廣泛。3)高速銑削數(shù)控銑床我們一般把主軸轉(zhuǎn)速在8000～40000r/min的數(shù)控銑床稱為高速銑削數(shù)控銑床，其進(jìn)給速度可達(dá)10～30m/min。這種數(shù)控銑床采用全新的機(jī)床結(jié)構(gòu),功能強(qiáng)大的數(shù)控系統(tǒng)，并配以加工性能優(yōu)越的刀具系統(tǒng)，可對(duì)大面積的曲面進(jìn)行高效率、高質(zhì)量的加工。高速銑削是數(shù)控加工的一個(gè)發(fā)展方向，目前，其技術(shù)正日趨成熟，并逐漸得到廣泛應(yīng)用，但機(jī)床價(jià)格昂貴，使用成本較高。17二、數(shù)控銑削的加工對(duì)象適合數(shù)控銑床加工的零件主要有以下幾種：(1)平面曲線輪廓類零件平面曲線輪廓類零件是指有內(nèi)、外復(fù)雜曲線輪廓的零件，特別是由數(shù)學(xué)表達(dá)戲等給出其輪廓為非圓曲線或列表曲線的零件。平面曲線輪廓零件的加工面平行或垂直于水平面，或加工面與水平面的夾角為一定值，各個(gè)加工面是平面，或可以展開(kāi)為平面，如圖3-13所示。（a)

（b）

（c）圖3-13平面類零件（a)帶平面輪廓的平面零件（b）帶斜平面的平面零件（c）帶正圓臺(tái)和斜肋的平面零件18（2）曲面類（立體類）零件曲面類零件一般指具有三維空間曲面的零件，曲面通常由數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)出，因此往往要借助于計(jì)算機(jī)來(lái)編程，其加工面不能展開(kāi)為平面。加工時(shí)，銑刀與加工面始終為點(diǎn)接觸，一般用球頭銑刀采用兩軸半或三軸聯(lián)動(dòng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工。當(dāng)曲面較復(fù)雜、通道較狹窄、會(huì)傷及毗鄰表面及需刀具擺動(dòng)時(shí)，要采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控銑床加工，如模具類零件、葉片類零件、螺旋槳類零件等。圖3-14變斜角類零件（3）變斜角類零件加工面與水平面的夾角呈連續(xù)變化的零件稱為變斜角類零件。這類零件的特點(diǎn)是加工面不能展開(kāi)為平面，但在加工中，銑刀圓周與加工面接觸的瞬間為一條直線。圖3-14所示是飛機(jī)上的一種變斜角梁椽條，該零件在第2肋至第5肋的斜角從3°10′均勻變化為2°32′，從第5肋至第9肋再均勻變化為1°20′，從第9肋至第12肋又均勻變化至0°。變斜角類零件一般采用四軸或五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床加工，也可以在三軸數(shù)控銑床上通過(guò)兩軸聯(lián)動(dòng)用鼓形銑刀分層近似加工，但精度稍差。20（4）其他在普通銑床上難加工的零件1)形狀復(fù)雜，尺寸繁多，劃線與檢測(cè)均較困難，在普通銑床上加工又難以觀察和控制的零件。2)高精度零件。尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求較高的零件。如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的多組尺寸精度要求高，且有較高相對(duì)尺寸、位置要求的孔或型面。3)一致性要求好的零件。在批量生產(chǎn)中，由于數(shù)控銑床本身的定位精度和重復(fù)定位精度都較高，能夠避免在普通銑床加工中，因人為因素而造成的多種誤差。故數(shù)控銑床容易保證成批零件的一致性，使其加工精度得到提高，質(zhì)量更加穩(wěn)定。同時(shí)，因數(shù)控銑床加工的自動(dòng)化程度高，還可大大減輕操作者的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著提高其生產(chǎn)率。21（三）數(shù)控銑削加工的主要內(nèi)容圖銑削加工的基本內(nèi)容22三、零件圖的工藝分析數(shù)控銑削零件圖紙工藝分析包括分析零件圖紙技術(shù)要求、檢查零件圖的完整性和正確性、零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析和零件毛坯的工藝性分析。（一）分析零件圖技術(shù)要求分析銑削零件圖技術(shù)要求時(shí)，主要考慮如下方面：（1）各加工表面的尺寸精度要求；（2）各加工表面的幾何形狀精度要求；（3）各加工表面之間的相互位置精度要求；（4）各加工表面粗糙度要求以及表面質(zhì)量方面的其他要求；（5）熱處理要求及其他要求。23（二）檢查零件圖的完整性和正確性數(shù)控銑削加工程序是以準(zhǔn)確的坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)編制的，因此，各圖形幾何要素間的相互關(guān)系（如相切、相交、垂直、平行和同心等）應(yīng)明確；各種幾何要素的條件要充分，應(yīng)無(wú)引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸；尺寸、公差和技術(shù)要求是否標(biāo)注齊全等。例如，在實(shí)際加工中常常會(huì)遇到圖紙中缺少尺寸，給出的幾何要素的相互關(guān)系不夠明確，使編程計(jì)算無(wú)法完成，或者雖然給出了幾何要素的相互關(guān)系，但同時(shí)又給出了引起矛盾的相關(guān)尺寸，同樣給數(shù)控編程計(jì)算帶來(lái)困難。另外，要特別注意零件圖紙各方向尺寸是否有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，以便簡(jiǎn)化編程，保證零件的加工精度要求。（三）零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件在滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。良好的結(jié)構(gòu)工藝性,可以使零件加工容易,節(jié)省工時(shí)和材料。而較差的零件結(jié)構(gòu)工藝性，會(huì)使加工困難，浪費(fèi)工時(shí)和材料，有時(shí)甚至無(wú)法加工。因此，零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)。圖5-2封閉尺寸零件加工要求（1）零件圖紙上的尺寸標(biāo)注應(yīng)方便編程在分析零件圖時(shí)，除了考慮尺寸數(shù)據(jù)有否遺漏或重復(fù)、尺寸標(biāo)注是否模糊不清和尺寸是否封閉等因素外。還應(yīng)該分析零件圖的尺寸標(biāo)注方法是否便于編程。無(wú)論是用絕對(duì)、增量、還是混合方式編程，都希望零件結(jié)構(gòu)的形位尺寸從同一基準(zhǔn)出發(fā)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。25圖5-3輪廓尺寸公差帶的調(diào)整（2）分析零件的變形情況，保證獲得要求的加工精度檢查零件加工結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在現(xiàn)有的加工條件下是否可以得到保證，是否還有更經(jīng)濟(jì)的加工方法或方案。雖然數(shù)控銑床的加工精度高，但對(duì)一些過(guò)薄的腹板和緣板零件應(yīng)認(rèn)真分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。均修改為對(duì)稱公差），計(jì)算與編程時(shí)選用括號(hào)內(nèi)的尺寸進(jìn)行。26（3）盡量統(tǒng)一零件輪廓內(nèi)圓弧的有關(guān)尺寸1）零件的槽底圓角半徑內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，所以內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)太小。如圖5-4所示的零件，其結(jié)構(gòu)工藝性的好壞與被加工輪廓的高低、轉(zhuǎn)角圓弧半徑的大小等因素有關(guān)。圖5-4內(nèi)槽結(jié)構(gòu)工藝性對(duì)比圖（a）內(nèi)槽結(jié)構(gòu)工藝性不好(b)內(nèi)槽結(jié)構(gòu)工藝性較好272）轉(zhuǎn)接圓弧半徑值大小的影響轉(zhuǎn)接圓弧半徑大，可以采用較大銑刀加工，效率高，且加工表面質(zhì)量也較好，因此工藝性較好。銑槽底平面時(shí)，槽底圓角半徑ｒ不要過(guò)大。如圖5-5所示，銑刀端面刃與銑削平面的最大接觸直徑d＝D-2r(Ｄ為銑刀直徑），當(dāng)Ｄ一定時(shí)，ｒ越大，銑刀端面刃銑削平面的面積越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工藝性也越差。當(dāng)ｒ大到一定程度時(shí)，甚至必須用球頭銑刀加工，這是應(yīng)該盡量避免的。當(dāng)銑削的底面面積較大，底部圓弧r也較大時(shí)，我們只能用兩把r不同的銑刀分兩次進(jìn)行切削。圖5-5槽底平面圓弧對(duì)銑削工藝的影響28（4）保證基準(zhǔn)統(tǒng)一原則有些零件需要多次裝夾才能完成加工時(shí)，所示，由于數(shù)控銑削不能采用“試切法”來(lái)接刀，會(huì)因?yàn)榱慵闹匦掳惭b而接不好刀。為避免兩次裝夾誤差，最好采用統(tǒng)一基準(zhǔn)定位，因此零件上應(yīng)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，可專門(mén)設(shè)置工藝孔作為定為基準(zhǔn)（如在毛坯上增加工藝凸耳設(shè)基準(zhǔn)孔）。如實(shí)在無(wú)法制出基準(zhǔn)孔，也要用經(jīng)過(guò)精加工的面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。圖5-6必須兩次安裝加工的零件293031（四）零件毛坯的工藝性分析（1）分析毛坯余量毛坯主要指鍛件、鑄件。鍛件在鍛造時(shí)欠壓量與允許的錯(cuò)模量會(huì)造成余量不均勻；鑄件在鑄造時(shí)因砂型誤差、收縮量及金屬液體的流動(dòng)性差不能充滿型腔等造成余量不均勻。此外，毛坯的撓曲和扭曲變形量的不同也會(huì)造成加工余量不充分、不穩(wěn)定。經(jīng)驗(yàn)表明，數(shù)控銑削中最難保證的是加工面與非加工面之間的尺寸。因此，在對(duì)毛坯的設(shè)計(jì)時(shí)就加以充分考慮，即在零件圖樣注明的非加工面處增加適當(dāng)?shù)挠嗔?。?）分析毛坯裝夾適應(yīng)性主要考慮毛坯在加工時(shí)定位和夾緊的可靠性與方便性，以便在一次安裝中加工出較多表面。對(duì)不便裝夾的毛坯，