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《零件的综合数控加工》

学习情境一：使用通用夹具的零件多面综合数控加工项目任务：《专用电脑主机盒体零件多面综合

数控加工刀路设计与仿真加工》任务摘要一、明确课业工作的任务1．总体工作任务书2．产品加工工艺性分析3．划分任务、签订工作合同二、课业工作的规划1．工作任务的分配2．制订工作计划表3．工艺规程草案三、工作学习的内容1．刀路规划与设计2．工艺规程修订方案3．程序编制与管理4．仿真加工验证四、课业工作总结1．工作结果及其评价2．疑惑与感悟一、任务主题：

《专用电脑主机盒体零件多面综合数控加工

刀路设计与仿真加工》

二、任务子主题1．正面加工2．反面深腔加工3．前侧面加工4．后侧面加工5．左侧面加工6．右侧面加工二、主要内容

1解读产品数学模型图，了解其结构特征，分析加工工艺性，签订合同。2分配设计任务，制定各自的工作计划，确立方案，编制工艺规程文件。3利用CAM软件进行刀路规划、构建刀路边界，选用合适的刀具、工艺参数、设计加工刀路；按加工面和加工顺序自动生成加工程序并进行程序优化，实施程序文档的管理；使用数控加工仿真软件进行数控加工仿真、验证加工工艺和程序。整理技术资料，编写工作小结。展示自己的工作成果一、零件加工工艺性分析（从结构形状、尺寸精度和材料性能三方面分析）二、零件加工工艺设计1总体工艺主案（从备料到零件加工工艺过程总表）2简单轮廓箱体零件数控加工工艺（加工顺序、起刀位置、走刀路线、粗精铣安排等到的描述，刀具及设备选用、切削用量选择）三、加工工艺卡片

四、零件加工和序设计（程序单、编程技巧、优化合并）

一、明确课业工作的任务本课业隶属于学习领域9《零件的综合工艺与数控加工》中学习情境1“使用通用夹具的零件多面综合数控加工”。它是以一需要六面加工的专用电脑主机盒体零件为载体，生产性质为单件试制生产，在客户仅提供产品3D数学模型的基础上，基于CAM软件进行数控加工工艺及刀路设计，自动编制程序后利用仿真软件进行加工验证，由此达到学习掌握零件多面综合数控加工技术的目的。2．1产品描述该产品为某专用电脑机壳盒体，由对扣安装显示屏的2件上盖机壳盒体及2件安装主板、键盘的主机壳盒体组成，其中主机壳主盒体是结构最复杂的零件，需要六面加工，本次课业就选择该主盒体零件进行数控加工工艺及刀路设计。按产品结构形状，选用轧制板材，由于板材尺寸规格较大，切削加工量较多，且有薄壁部位，建议加工前应进行回火以充分消除因轧制而产生的残余应力，避免加工后出现变形。在反面深腔粗加工完成后应进行时效或去应力低温回火，待粗切的残余应力释放后再进行精修加工。该产品为某专用电脑机壳盒体，由对扣安装显示屏的2件上盖机壳盒体及2件安装主板、键盘的主机壳盒体组成，其中主机壳主盒体是结构最复杂的零件，需要六面加工，本次课业就选择该主盒体零件进行数控加工工艺及刀路设计。按产品结构形状，选用轧制板材，由于板材尺寸规格较大，切削加工量较多，且有薄壁部位，建议加工前应进行回火以充分消除因轧制而产生的残余应力，避免加工后出现变形。在反面深腔粗加工完成后应进行时效或去应力低温回火，待粗切的残余应力释放后再进行精修加工。该主盒体零件虽然未提供常规的工程图纸，精度没有明确的要求，但由于该零件与其它盒盖零件之间有明确的装配关系要求，配合部位应与其它部件按配作关系控制加工精度；腔体内安装印刷电路板卡等的部位应在了解板卡结构尺寸后，根据结构要求有选择性的确立尺寸精度控制等级；安装接插件、功能部件等槽孔类开口部位，因其起着隔绝壳体内外并具有防水的密封性要求，其加工精度应按较高等级确定；筋板凸台等结构性部位可直接按数模图尺寸以一般精度等级控制，薄壁部位应在加工工艺上实施控制，以避免铣削过薄或破裂的现象产生。另外基于外观的美学要求，各棱边都有圆弧平滑连接，接合应光顺，壳体表面应光整以确保后续涂覆处理时能获得较漂亮的外观。2．2产品结构及工艺分析卡片1．产品结构分析如图所示产品为某专用电脑机壳盒体，主机壳主盒体是结构最复杂的零件，需要六面加工，它是由正面和反面相扣来完成的，本次课业就选择该主盒体零件进行数控加工工艺及刀路设计。反面：该主机壳主盒体反面连接上盖的支座槽形等；正面：前侧：后面：左侧：右侧：2．材料及其加工性能该产品材料为LY12，即超硬铝，切削加工性能良好。但铝材塑性好，在加工过程中易粘刀而形成积屑瘤，故加工过程中要求刀具要锋利、大流量充分冷却。按产品结构形状，选用轧制板材，由于板材尺寸规格较大，切削加工量较多，且有薄壁部位，建议加工前应进行回火以充分消除因轧制而产生的残余应力，避免加工后出现变形。在反面深腔粗加工完成后应进行时效或去应力低温回火，待粗切的残余应力释放后再进行精修加工。3．精度及其装配要求该主盒体零件虽然未提供常规的工程图纸，精度没有明确的要求，但由于该零件与其它盒盖零件之间有明确的装配关系要求，配合部位应与其它部件按配作关系控制加工精度；腔体内安装印刷电路板卡等的部位应在了解板卡结构尺寸后，根据结构要求有选择性的确立尺寸精度控制等级；安装接插件、功能部件等槽孔类开口部位，因其起着隔绝壳体内外并具有防水的密封性要求，其加工精度应按较高等级确定；筋板凸台等结构性部位可直接按数模图尺寸以一般精度等级控制，薄壁部位应在加工工艺上实施控制，以避免铣削过薄或破裂的现象产生。另外基于外观的美学要求，各棱边都有圆弧平滑连接，接合应光顺，壳体表面应光整以确保后续涂覆处理时能获得较漂亮的外观。工艺方案与工艺规程主机壳主盒体零件加工工艺总表主机壳主盒体零件加工工艺总表序号工序名称工序内容刀具夹具设备1备料冷轧铝板320×265×42采购2回火加热到达200度随炉冷却热处理炉3铣六面312×258×40Φ80面铣刀台钳普通铣床/数控铣床4正面铣削/检验

铣到-7的深，把所有的轮廓铣到位Φ10槽刀和Φ2的台钳立式加工中心5前侧铣削/检验铣

到位……压板螺钉卧式加工中心6后侧铣削/检验…………压板螺钉卧式加工中心7左侧铣削/检验………………压板螺钉卧式加工中心8右侧铣削/检验…………压板螺钉卧式加工中心9反面腔体粗铣/检验铣到-37.5Φ4Φ16Φ10Φ2台钳立式加工中心10去应力回火加热到180~200度随炉冷却热处理炉11反面腔体铣削/检验…………台钳立式加工中心12检验每个尺寸都检验合格13入库或交货主机壳主盒体零件反面加工工序卡片产品名称数控加工工序卡片零（部）件图号零（部）件代号工序名称工序号主机盒体1盒体反面1材料名称材料牌号硬铝LY12机床名称机床型号夹具名称夹具编号工步工作内容刀具量具主轴转速Nr/min背吃刀量mm进给速度F（mm/min）1备料2铣毛料320×265×42Φ８０３０００２．５６００3回火处理4铣前面5铣后面６铣左面７铣右面８铣正面９铣反面Φ１６Φ１０Φ８Φ２游标卡尺２５００２～３.545010回火处理三、课业工作的内容1．刀路规划与设计反面深腔加工的刀路定义

1）钻引孔。以比内腔最深处浅0.2mm的槽形中部作引孔，为后续进行内腔铣削提供快速下刀的引入点。钻头可选用比粗切铣刀略大的尺寸，即选用Φ17mm的钻头，钻深37.2mm，F=200mm/min，主轴转速S=1200r/min，以深孔啄钻的刀路定义方式。

2）大表面粗切。本层加工到深度为-4mm的大面，以得到左侧4个小凸台和右侧一长凸边，采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式。使用Φ16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀，以XY向大于毛坯17mm宽的矩形边界为外框，再选择5处保留的凸台边廓为岛屿，以引孔中心为下刀点。F=800mm/min，主轴转速S=2200r/min，一次切深4mm。边廓留余量0.3mm，底面留余量0.2mm。刀具路径如图所示。

3）外轮廓铣削。本层加工到深度为-13mm的外边框轮廓，采用外形铣削的刀路定义方式。采用Φ16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀，毛坯外侧快速垂直下刀后切入到轮廓边线。F=800mm/min，主轴转速S=2200r/min，每层切深4.5mm，分3层铣到-13.2mm。边廓留余量0.3mm，底面不留余量。刀具路径如图所示。

4）大内腔第一次分层粗切。本层加工到深度为-25.5mm，得到对应深度的大内腔，采用一般挖槽的刀路定义方式。使用Φ16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀，以内腔口部边框为槽形边界，再选择2处保留的柱台边廓为岛屿，以引孔中心为下刀点。F=800mm/min，主轴转速S=2200r/min，一次切深5mm。边廓留余量0.3mm，底面留余量0.2mm。刀具路径如图所示5）大内腔第二次分层粗切。本层加工到深度为-30.5mm，得到对应深度的大内腔和一些柱台，采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式。使用Φ16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀，以内腔口部边框为槽形边界，再选择多处保留的柱台边廓为岛屿，以引孔中心为下刀点。F=800mm/min，主轴转速S=2200r/min，一次切深5mm。边廓留余量0.3mm，底面留余量0.2mm。刀具路径如图所示.6）前部浅腔深度粗切。本层加工到深度为-32.5mm，得到触摸板反面深度内腔和几个柱台，采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式。使用Φ16的平底钴钢铣刀或波刃粗切铣刀，以深腔口部边框为槽形边界，再选择需保留的柱台边廓为岛屿，以引孔中心为下刀点。F=800mm/min，主轴转速S=2200r/min，一次切深5mm。边廓留余量0.3mm，底面留余量0.2mm。刀具路径如图所示7）后部深腔粗切。本层加工到深度分别为-31和-32.5mm，得到键盘区反面矩形浅腔和指示盖板区的深腔，采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式。由于槽宽较小,使用Φ8的平底钴钢键槽铣刀，以口部边框为槽形边界，再选择需保留的柱台边廓为岛屿，F=400mm/min，主轴转速S=2800r/min，一次切深2mm。边廓留余量0.3mm，底面留余量0.2mm。刀具路径如图所示8）底部深腔的粗切。本层加工到深度分别为-37和-37.5mm，得到触摸板两侧反面腔体和指示盖板区的深腔窄槽，采用一般岛屿挖槽的刀路定义方式。继续使用Φ8的平底钴钢键槽铣刀，以各小槽区边框为槽形边界，再选择需保留的柱台边廓为岛屿，F=400mm/min，主轴转速S=2800r/min，一次切深2mm。边廓留余量0.3mm，底面留余量0.2mm。刀具路径如图所示

9）底部深腔的残料加工。对于底部深腔各处需要采用较小的刀具进行残料加工。刀具尺寸应分析数模图后根据槽宽大小来选用。复制底部深腔粗切的刀路，改用Φ4的平底钴钢键槽铣刀，并将挖槽刀路方式设置为残料清角，按粗切Φ8过渡到Φ4的规格自动计算。F=200mm/min，主轴转速S=3200r/min，一次切深2mm。边廓留余量0.3mm，底面留余量0.2mm。刀具路径如图所示1．工艺规程修订方案（实施方案）反面深腔的刀路顺序整理当所有刀路定义完成后，再按下述原则对刀路顺序进行整理。总体原则：①按粗切→半精修→精修→残料加工顺序划分加工阶段；②每一阶段按所用刀具规格由大到小顺序排列，同一刀具的刀路应连续，切削加工由上而下逐层下切，尽量使用同一把刀具加工其所有能够加工的内容后再更换小刀具加工残料部分；③粗、精加工应采用不同类别的刀具。粗切时选用韧性较好的高速钢刀具或钴钢刀具，以去除余料为主；精修时选用耐磨损的硬质合金刀具，若从粗切到精修的刀具尺寸变化较大，应考虑使用中间尺寸的刀具作半精修，半精修是以均化精修余量为主的。为节省工时而不安排半精修时，精修刀具应考虑径向分次来逐步减少余量，避免局部精修余量过大而造成刀具折断。④刀具选用应考虑有效刃长和实际刀具尺寸结构。粗切时通常是分层进行的，因切削量大，其层深设定均小于有效刃长，一般刀具都能满足刃长要求；半精修和精修时由于余量不大，分层深度通常设定的较大，此时必须对刀具刃长提出要求或者根据现有的刀具刃长调整分层深度，以一次切深小于有效刃长进行控制检查；对Φ4以下的小尺寸规格的刀具，通常其工作刃长较小，且其柄部尺寸一般要比工作端尺寸大一个规格，以确保刀具的刚性，因此该类刀具通常只适宜作浅腔切削，使用这类刀具作深腔切削时必须考虑柄部可能的干涉。在遵循上述原则的基础上对反面深腔加工的刀路顺序调整如下：粗切：钻引孔Φ17→Φ16铣刀粗切深-4大面，内腔深-25.5、深-30.5，深-32.5、-37的前部大腔，深-13的外轮廓→Φ8铣刀粗切深-6的局部边台，深-31的矩形环槽，-32.5、-37.5的后部窄槽腔，内腔转角各处的残料、柱台顶面、小斜面→Φ4铣刀粗切深-32.5、-37、-37.5的前后部槽腔，内腔转角各处的残料→Φ2的铣刀铣切深-7的局部内边槽，深-6.2的密封槽，腔底面窄槽精修：Φ10的合金铣刀精修深-4大面，内腔侧壁，大面积的底平面，各柱台顶面，深-13的外轮廓主机壳主盒体零件反面加工工序卡片产品名称数控加工工序卡片零（部）件图号零（部）件代号工序名称工序号主机盒体11盒休反面材料名称材料牌号硬铝LY12机床名称机床型号夹具名称夹具编号它是LY12硬铝所以不能切削量过大。

工步工作内容刀具量具主轴转速Nr/min背吃刀量mm进给速度F（mm/min）1备料锯床下料游标卡尺2铣六面320×265×42Φ8030002．510003回火处理4铣盒体反面Φ16

Φ10Φ8Φ23000、2500、15003．5、3、2、1200、800、4505回火处理随炉冷却3．程序编制与管理零部件名称主机壳主盒体工序名称反面深腔加工工序号9工件材料LY12使用机床XH713A使用夹具台钳工作日程备注主机盒体深度要求高，且又是单件生产对刀具有很严的要求，和刚性。工步工序名称、内容所用刀具装刀要求程序文档名原文档大小优化后大小刀具号刀具规格悬伸长度工作刃长1钻引孔T1钻头Φ17≥40≥40O00012内腔粗切T2铣刀Φ16≥40≥20O00023残料粗切T3铣刀Φ8≥40≥20O00034密封槽T4铣刀Φ2≥40≥25O00042）程序的优化：当程序文档占用存贮空间的大小可能超出机床系统允许存贮大小时，必须对程序进行优化或分解。程序优化的内容包括：1、因非圆曲线边界按小直线拟合的形式输出而增加的程序长度，由此对应的处理方法是在刀路定义对话框内设置程序过滤选项功能，即让系统以圆弧逼近的方法将大量小线段转化为少量的圆弧段进行程序输出。该处理方法可大大缩减程序的长度，对3D曲面刀路的处理，其过滤缩减的程序长度可减半甚至更大。2、因圆弧程序输出格式设置不当后按多段输出而增加的程序长度，由此必须修改后置处理PST文档的输出设置。1）breakarcs是否分割圆弧输出的设置：默认为0，[0=no,1=quadrants,2=180deg.maxarcs]即设为0时，不分割圆弧，可整圆输出；设为1时按象限点分割圆弧，整圆则按4段弧输出；设为2时弧心角最大不超过180度，超过时按2段圆弧输出。2）arcoutput圆弧半径输出格式的设置：默认设置为1，[#0=IJK，1=Rnosign，2=Rsignedneg.over180。]即设为0时，以IJK形式输出；设为2时，对弧心角超过180度时，R以负半径输出；设为1时，仅以无符号的R值输出，超过180度的弧将按象限点为界分段输出。3、因自动添加程序行号而增加的程序长度，由此可修改后置处理PST文档的输出设置。omitseq程序行号的设置：默认设置为no，当omitseq的值为no时，Mastercam后处理NC程序文件每行都会有行号。当omitseq的值为yes时，Mastercam后处理的NC程序文件将不输出行号。该处理方法仅能缩减部分程序长度，当带序号输出的程序长度比允许存贮空间相差不大时可考虑使用此方法。使用上述优化程序输出的方法还不能解决存贮空间的问题时可对刀路组合进行分割处理，减少刀路组合输出的数量，同一把刀具分割为两个或者多个程序文档的输出。3）程序清单：NC程序清单（部分）%O1233(PROGRAMNAME-下模-曲面方式)(DATE=DD-MM-YY-16-12-04TIME=HH:MM-14:32)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(12.BALLENDMILLTOOL-3DIA.OFF.-3LEN.-3DIA.-12.)N104T3M6N106G0G90G54X-16.25Y-68.095A0.S1000M3N108G43H3Z20.M8N110Z5.N112G1Z-4.464F100.N114X-16.23Z-4.516F400.N116X-16.05Z-6.N118X-15.998Z-7.155N120X-15.835Z-8.338N122X-15.554Z-9.536N124X-15.148Z-10.73N126X-14.614Z-11.902N128X-13.955Z-13.032N130X-13.176Z-14.099N132X-12.286Z-15.086N134X-11.299Z-15.976N136X-10.232Z-16.755。。。。。。4．仿真加工验证在程序文档处理完成后，可利用数控仿真软件实施所设计加工面的加工工艺及程序的验证。仿真软件选用上海宇龙或北京斐克的仿真系统，如图所示。由此还可以学习加工中心机床及其其它数控系统（如FANUC、SIMINES）的基本操作

使用仿真软件实施数控加工的步骤与实际机床操作一致，按照启动机床并回零→选用毛坯→选择夹具及装夹固定方式→选用对刀工具（如寻边器）、对刀确定工件坐标系→选用并装夹刀具→测定刀长补偿→调入加工程序→实施加工→检测加工尺寸→卸下刀具和工件的操作顺序进行。

1）选用毛坯

按照数模图的外形尺寸，经铣六面加工后，毛坯尺寸应为：311×257×39的矩形块，材料为铝。如图所示。2）选择夹具及装固方式

根据实际加工条件，选用立式加工中心、台钳装夹固定，长度方向为X，宽度方向为Y，厚度方向为Z。台钳活动调节方向为Y方向，X方向为敞口，固定钳口在Y轴正方向一侧，活动钳口在Y轴负方向一侧，为此选用夹具及装固方式定义时应作适当的旋转放置。其操作选用界面如图所示。3）对刀及设置工件坐标原点

选用寻边器对毛坯进行对刀找中的操作，找正后设置G54的原点，如图所示

4）