工艺技术_典型难加工零件工艺分析及编程

典型 难加工零件工艺分析及编程 加工 2 一 典型 难加工零件概念 1 什么是 典型 难加工零件 通常所指的难加工零件就是在加工之前零件的加工工艺复杂 属于特殊难加工材料 用到特殊材料的刀具 成型刀具 自磨刀具等用普通 常规方法难以或无法加工的零件 同时尺寸精度 形位公差难以保证的零件也属于难加工零件的范畴 常见的难加工零件在摩托车 汽车 飞机等制造业中经常出现 而由于现代制造业技术的发展和特种加工的出现 许多难加工零件的制造技术 工艺有了很大的突破 如电火花成型 线切割 激光加工 超声波加工 高频振动加工 电化学加工 纳米加工等 新材料 新刀具的出现也为难加工零件的制造提供了解决的条件 如立方氮化硼涂层刀具 高速钢或硬质合金基体 陶瓷刀具 金刚石刀具等 3 2 典型 难加工零件常采用的加工解决途径 路线 4 二 数控铣 加工中心 典型 难加工零件 例1 支架零件的数控铣削加工工艺 下图1所示为薄板状的支架 结构形状较复杂 是适合数控铣削加工的一种典型平面类零件 下面简要介绍该零件的工艺分析过程 图1 5 1 零件图样工艺分析 1 结构分析由图1可知 该零件的加工轮廓由列表曲线 圆弧及直线构成 形状复杂 加工 检验都较困难 除粗铣底平面宜在普通铣床上铣削外 其余各加工部位均需采用数控铣床加工 2 精度分析该零件的列表曲线尺寸公差为0 2mm 其余尺寸公差都为IT14级 表面粗糙度均为Ra6 3 比较容易加工 但其腹板厚度只有2mm 且面积较大 加工时极易产生振动 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 3 毛坯 余量分析支架的材料为锻铝LD5 毛坯为铸件 形状与零件相似 各处均有单边加工余量5mm 毛坯图略 零件在加工后各处厚薄尺寸相差非常大 除扇形框外 其他各处刚性很差 尤其是腹板两面切削余量相对其基本尺寸相对较大 故该零件在铣削过程中及铣削后都将产生较大变形 4 结构工艺性分析该零件被加工轮廓表面的最大高度H 41 2 39mm 转接圆弧为R10mm 略大于0 2H 故该处的铣削工艺性尚可 全部底圆角为R10mm和R5mm 不统一 另外 加工列表曲线轮廓的铣刀底圆角半径应尽可能小 故需多把不同底圆角半径的铣刀 6 5 定位基准分析该零件只有底面及 70mm孔 先制成 20H7的工艺孔 可作定位基准 还缺一孔 需要在毛坯上专做一辅助工艺基准孔 根据上述分析 针对提出的主要问题 变形及2mm厚的腹板难加工 采取如下工艺措施 a 设计真空夹具 提高薄板件的装夹刚性 b 安排粗 精加工及钳工矫形 c 采用小直径铣刀加工 减小切削力 e 先铣加强筋 后铣腹板 最后铣外形及 70孔 有利于提高刚性 防止振动 f 在毛坯右侧对称轴线处增加一工艺凸耳 并在该凸耳上加工一工艺孔 解决缺少的定位基准 g 腹板与扇形框周缘相接处的底圆角半径R10mm 采用底圆角半径为R10的成形球铣刀 带7 斜角 补加工完成 2 制定工艺过程根据前述的工艺措施 制定支架加工主要工艺过程 1 普通铣床 铣底平面 2 立式钻床 钻 镗2 20H7定位孔 3 数控铣床 粗铣腹板厚度 型面轮廓及内外形 4 数控铣床 精铣腹板厚度 型面轮廓及内外形 5 普通铣床 铣去工艺凸耳 6 钳工 矫平底面 表面光整 尖边倒角 7 表面处理 7 3 确定装夹方案如前所述 在数控铣削加工工序中 选择底面 70孔位置上预制的 20H7工艺孔以及工艺凸耳上的 20H7工艺孔为定位基准 夹具定位元件为 一面两销 图2所示的是专为数控铣削工序中设计制造的过渡真空平台 利用真空来吸紧工件 夹紧面积大 夹紧力均匀 夹紧刚性好 铣削时不易产生振动 非常适用于薄板件装夹 为防止抽真空装置发生故障或漏气 使夹紧力突然消失或下降 需另加辅助夹紧装置 避免工件松动 图3即为数控铣削加工装夹示意图 图3 图2 8 4 划分数控铣削加工工步和安排加工顺序支架在数控机床上进行铣削加工的工序共两道 按同一把铣刀的加工内容来划分工步 其中数控精铣工序可划分为三个工步 具体的工步内容及工步顺序见表1 5 确定进给路线图4 5 6是数控精铣工序中三个工步的进给路线 图中Z值是铣刀在Z方向的移动坐标 在第三工步进给路线中 铣削 70孔的进给路线未绘出 粗铣进给路线从略 表1工步内容及工步顺序 9 图4铣支架零件型面轮廓周边R5进给路线 10 图5铣支架零件扇形框内外形进给路线 11 图6铣支架零件外形进给路线 12 表2数控加工刀具卡片 6 选择刀具铣刀种类及几何尺寸根据被加工表面的形状和尺寸选择 本例数控精铣工序选用铣刀为立铣刀和成形铣刀 刀具材料为高速钢 所选铣刀及其几何尺寸见表2数控加工刀具卡片 7 确定切削用量切削用量根据工件材料 刀具材料及图样要求选取 数控精铣的三个工步所用铣刀直径相同 加工余量和表面粗糙度也相同 故可选择相同的切削用量 所选主轴转速S 3000r min 进给速度F 1000mm min 13 例2 某10KV高压断路器机构侧板零件的加工 零件的特点 1 零件 5 175 550 45 钢 属于薄板多孔类零件 2 整个零件在加工过程中由于有大大小小28个孔 以及一个工字槽和一个梅花缺口 一个缺口孔 因此零件在加工的过程中工艺的安排 加工的方法不合适都将直接影响到零件产品质量和零件的变形 3 零件在加工过程中不能受到过大的切削力和压变形 否则在取掉装夹后由于零件的弹性变形 塑性变形将使零件尺寸超差 14 15 该零件最大的难点在于程序的编制 如果采用传统的手工编程 那么出错几率大大增加 劳动强度成倍增长 检查困难 修改麻烦等一系列的问题随之出现 因此 对这种多孔类的零件必须采用计算机CAM编程加工 孔系零件CAM编程注意事项和编程技巧方法 1 对不同直径的孔在CAM软件中分组 在需要做刀具路径的时候按组选择 要求 第一次划分组时必须正确 否则就会一直错下去 优点是 只需要划分一次 使用时只需要指定组名称 绝对不会出错 2 对孔系零件编程必须做刀具使用列表 按刀具表进行编程 下面对该零件的刀具使用列表做以示范 16 17 18 程序清单格式 通过CAM编程后 在计算机内生成NC文件的同时 应打印交加工操作者 以核对 同时应将刀具排列表一并交付操作者 每次更换刀具 应在程序中注明 提醒操作者刀具是否正确 每次更换刀具 应在程序中注明 提醒操作者刀具是否正确 19 加工效果图 20 例3 运八某型号工程飞机支架前 后短粱 某型号工程飞机前短粱 属于整体薄壁型腔加工 结构形状较复杂 是适合数控铣削加工的一种典型三维类零件 加工特点 1 该零件分为前短梁左右件 后短梁左右件 其左右件对称 2 该零件材料为美国进口7075T651锻铝 材料价格昂贵 300元 Kg 3 零件去除材料余量大 毛坯材料为13Kg 加工完后为1Kg 去除材料超过90 板厚度将从43mm加工到5mm 而后短梁将从40mm加工到3mm 加工过程中零件变形大 4 毛坯零件6个面全部要进行加工 工艺 工序安排非常重要 5 基准选择非常关键 在整个零件加工的最后一道工序前基准不能被破坏 6 由于材料余量去除大 刀具的选择要合理 在大余量的时候大刀具 小余量时候小刀具 同时必须防止变形 7 型腔精加工的时候防止零件发颤 切削深度大 刀具悬长 刀具发颤等因素的解决 8 该零件无图纸 零件图为电子数模 全部为曲面 无实体 无其他信息 9 该零件完全用计算机CAM编程 DNC加工和测量关键尺寸数据 21 轴侧视图 俯视图 侧视图 零件毛坯尺寸 43 170 530数模最小包围矩形尺寸 41 953 159 690 467 582 正视图 22 一 图纸分析 1 在MASTERCAM中观察零件 分别确定以下几个部位 a 两侧面分别为倾斜状态 侧壁与内壁为等厚度的平行圆弧曲面 b 零件两侧面分别需要正 反两次大背面加工分别成型 同一条边上下不重合 c 零件正视图形状为单一轮廓曲线 可以直接加工 但由于有两侧 不可能一次加工 因此需要正反两侧面加工 23 d 零件四个角落的外部分别有变倒圆连接 因此需一个周侧一个周侧的加工 e 零件型腔正面时需要去除大余量 及半精 精加工 同时 根据图纸得知所有型腔角落为圆角 f 型腔左端为陡峭的大斜面内型腔 与型腔整体在一个工序加工 但分工步加工 24 h 由于内斜度太大 其他刀具无法完全清除残余材料 因此必须用 8球头刀具清根 否则无法保证图纸要求的R4圆角 g 确定背面大斜面的倾斜度数为34 856 25 二 坐标系选择及确定 根据毛坯尺寸在厚度方向几乎没有余量 在宽度方向每边平均为5mm 长度方向为 530 470 2 30mm 因此坐标系选择在背面大部分区域不加工的表面 以及零件左端面 实际加工后的零件 并不是毛坯 中心的宽度对称中心处 如下图 26 三 加工工艺分析 加工顺序 刀具选择 1 工艺号 05工种 数铣工步号 1 2装夹 定位 以虎钳装夹定位加工部位 加工两侧面单一轮廓及两侧面变倒圆部分 刀具 12硬质合金立铣刀CAM 二维轮廓平面铣 刀具 粗 18R3高速钢铣刀精 8球头硬质合金铣刀CAM 曲面平行粗 曲面平行精 刀具路径修剪 27 2 工艺号 10工种 数铣工步号 1 2 3装夹 定位 长度方向两端压板压于工作台上 板厚43mm 强度足够 为防止颤动 中部用可调螺纹支撑支住加工部位 加工两侧面倾斜面的粗 精加工 及孔 工步1 粗加工 刀具 20高速钢立铣刀CAM 二维平面轮廓铣 工步2 半精加工 刀具 18R3高速钢铣刀精加工 12加长球头硬质合金铣刀 保证悬出部分 40mm 下部材料已被切除 CAM 曲面等高精加工 刀具路径修剪 工步3 2 5中心钻 6高速钢钻头钻10mm深 28 3 工艺号 15工种 数铣工步号 1 2 3 4装夹 定位 长度方向两端压板压于工作台上 板厚43mm 在加工过程中厚度将逐渐减小到5mm 为防止颤动 中部必须以可调螺纹支撑盘支住加工部位 粗 半精 精加工型腔 半精加工内侧面倾斜壁 工步1 粗加工 刀具 40镶齿硬质合金立铣刀去除开阔处大余量 由于铣刀直径很大 因此无法向下切削CAM 平面轮廓拔模铣 工步2 粗加工 刀具 18R3高速钢铣刀去除型腔内大部分残余材料 给周侧留半精加工余量 给底面和圆角留精加工余量CAM 曲面挖槽 POCKET 曲面平行粗 29 工步2 半精加工 刀具 18R3高速钢铣刀去除周侧部分残余材料 为精加工做准备CAM 曲面等高精 刀具路径修剪 工步3 精加工 刀具 12R3硬质合金铣刀除大斜度清根外的所有型腔内曲面精加工CAM 曲面等高精 刀具路径修剪曲面平行精 曲面浅平面 shallow 30 工步4 清根精加工 刀具 8球头硬质合金铣刀大斜度清根加工CAM 曲面平行精 4 工艺号 20工种 普铣工步号 1装夹 定位 中部可调螺纹支撑盘支住 上面压紧 板转主轴头进行加工加工部位 大斜度背面及两边工艺装夹部位的切断及平整 5 工艺号 25工种 钳工工步号 1加工部位 轻去毛刺 包装 6 工艺号 30工种 检验工步号 1入库 31 四 各工序 工步加工效果图 32 33 数控铣 加工中心三维难加工零件在加工过程中应掌握 1 对零件加工图纸进行细化的分析 充分使用计算机软件对数模进行尺寸测量 2 合理安排工艺路线 在工艺路线划分完成之后合理的在每一个工序中合理的安排每一个工步路线 原则 1 如何保证零件的工艺 测量 加工基准的统一 同时必须保证在后续的各加工工序 工步中加工基准不被破坏 2 每一个工序应合理的衔接 在每一个工步之间应前后照应3 尽量减少装夹次数完成所有加工部位的加工 3 灵活应用计算机编程软件进行产品的数控编程和加工 对计算机编程软件的加工方式 编程应非常熟悉擦才能得心应手 在编程软件中选择合适的加工方法是保证产品质量 粗糙度的关键 34 三 数控车 典型 难加工零件 数控车 典型 难加工零件常见问题 工艺复杂 在保证零件的尺寸精度和形位公差的前提下 各工序需要协调 装夹困难或者是需要考虑到某些难以保证的尺寸设计专用夹具 程序的编制困难 通常是宏程序或者是子程序的嵌套调用 需要高超的生产实际经验调整合适的切削参数来保证零件的尺寸精度和表面粗糙度 35 例1 典型零件模具芯轴的数控车加工 下图1是模具芯轴的零件简图 单位 mm 零件的径向尺寸公差为0 01mm 角度公差为 1 材料为45钢 毛坯尺寸为 64 100mm 批量30件 图1模具芯轴零件简图 36 加工方案如下 工序1 用三爪卡盘夹紧工件一端 加工 64 38柱面并调头打中心孔 工序2 用三爪卡盘夹紧工件 64一端 另一端用顶尖顶住 加工 24 62柱面 如图2所示 工序3 1 钻螺纹底孔 2 精车 20表面 加工14 锥面及背端面 3 攻螺纹 如图3所示 图3 图2 工序4 加工SR19 4圆弧面 26圆柱面 角15 锥面和角15 倒锥面 装夹方式如图4 图5所示 A为换刀点 远离工件 以求安全 B为起刀点 既是复合循环的起点 又是循环的终点 装夹时增加一个工艺环 目的是每加工一个零件进行一次校刀 装夹时用手将工件推向三爪卡盘 37 工序4的加工过程 1 先用复合循环 G71指令分若干次一层层加工 逐渐靠近由E F G H I 等基点组成的回转面 后两次循环的走刀路线都与B C D E F G H I B相似 用 G71指令完成粗加工 精加工用G70指令完成 走刀路线是B C D E F G H I B 如图4所示 2 再用固定循环指令加工出最后一个15 的倒锥面 如图5所示 图4 图5 38 例2 难加工零件变圆弧槽离合器的数控车加工 批量 1000件 39 加工难