X010200288B18NR02P0003 课件5.4 减材制造

课程框架课程引入课程认知减材制造数控编程实践训练交流讨论实践训练评价反馈课程总结，布置作业激学导思讲授新知教学巩固教学提升教学延伸课程总结及5S整理5分钟30分钟30分钟140分钟140分钟15分钟课程引入课程认知数控编程减材制造课程总结、课后作业及5S管理一二三四五目录能力目标（1）根据结构特点对零件进行拆分；（2）独立完成零部件的编程及加工；（3）掌握减材制造设备的基本操作。知识目标（1）能够选择合适的命令完成零件编程；（2）了解数控机床的结构、传动方式、操作方式等。素质目标（1）具有严谨求实的精神；（2）具有个人实践创新能力；（3）具备5S职业素养。课程目标一课程引入经小组讨论，小组A已经确定各零部件的加工方法。现由小组A对创新后的上壳进行打样，根据现有设备、上壳结构特征，对上壳进行减材制造。图1.4-1上壳三维模型二课程认知

减材制造，顾名思义，是相对增材制造而言，是近几年在3D打印增材制造技术得到普及后，对沿用的生产方式进行重新定义后所得，是“传统”机械加工制造的一种别称。与增材制造、等材制造，统称为制造业的“三大支柱”。图1.4-2减材制造的产品定义二课程认知

手动加工：是指通过机械工人手动操作车床、铣床、刨床、磨床、钻床、锯床等机械设备来实现对各种材料进行加工，最终得出所需产品的方法。手动加工适合进行小批量、简单化的零件生产。图1.4-3手动加工设备定义二课程认知

数控加工：是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。图1.4-4数控加工设备定义二课程认知

数控机床是按预先编制好的加工程序自动对工件进行加工的。数控机床通常由机床本体、伺服系统、数控装置和控制介质四部分组成。控制介质又称为信息载体，是将人的操作意图转达给数控机床的一个中间媒体，它载有加工一个零件所必需的全部信息。常用的控制介质有穿孔带、磁带、磁盘等可以存储指令信息的载体。对于简短的数控加工程序，可通过数控操作面板上的键盘直接输入数控装置。数控装置是数控机床的中枢，它接收控制介质送来的信息，加以变换和处理后转换成脉冲信号控制机床动作。伺服系统是连接机床运动部件与数控系统的装置，包括伺服驱动机构和机床的可移动部件。它是机床数控系统的执行部分，将数控装置发出来的脉冲信号转变为机床部件的运动，使工作台或刀架精确定位或按预期轨迹作严格的相对运动，加工出符合图样要求的零件。机床本体是数控机床的机械部分，除了主传动装置、进给传动装置、床身、工作台和辅助部分等一般部件外，还有特殊部件，如储备刀具的刀库、自动换刀装置和回转工作台等。机床组成二课程认知

(1) 加工精度高，加工质量稳定(2) 适应性强(3) 加工生产率高，经济效益好(4) 减轻操作者的劳动强度，加工自动化和操作简单化。(5) 有利于生产管理的现代化(6) 数控机床价格昂贵，维修较难加工特点二课程认知

加工范围直纹曲面类零件平面类零件图1.4-5平面类零件与直纹曲面类零件二课程认知

加工范围立体曲面类零件图1.4-6立体曲面类零件加工加工方法行切加工法

三坐标联动加工法二课程认知

切削要素1、切削速度（Vc）定义：主运动的线速度称为切削速度(m/min)。由于加工中心的主运动是指铣刀的旋转运动，故铣削的切削速度是指铣刀外圆上刀刃的线速度。其计算公式为：Vc=πnD/1000其中D-----铣刀的直径（mm）

n-----机床的主轴转速（r/min）一般情况下，在加工过程中，会把切削速度Vc换算成主轴转速n，即程序中必定会出现的程序段M03S______。二课程认知

切削要素1、切削速度（Vc）选择合适的切削参数，同时也要考虑以下几点：1）刀具材料硬度高，耐磨、耐热性较好时，可取较高的切削速度。2）工件材料可切削性差时，如强度、硬度高，塑性太大或较小，切削速度应取低些。3）粗加工时，宜选用较低的切削速度。精加工时，宜选用较高的切削速度。4）工艺系统(机床、夹具、刀具、工件)的刚度较差时，应适当降低切削速度以防止振动。5）切削速度的选用应与切深、进给量的选择相适应。当切深、进给量增大时，刀刃负荷增加，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。当切深、进给量均小时，可选择较高的切削速度。6）在机床功率较小的机床上，限制切削速度的因素也可能是机床功率。在一般情况下，可以先根据刀具耐用度来求出切削速度，然后再校验机床功率是否超载。二课程认知

切削要素2、进给量（f）定义：进给运动速度的大小，即刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。一般有以下三种方法:①每齿进给量fz：铣刀每转过1齿，工件沿进给方向所移动的距离(mm/z)。②每转进给量f：铣刀每转过1转，工件沿进给方向所移动的距离(mm/r)。③每分钟进给量F：铣刀每旋转1min，工件沿进给方向所移动的距离(mm/min)。上述三种进给量存在关系:F=nf=nZfz其中D-----铣刀的齿数

n-----机床的主轴转速（r/min）二课程认知

切削要素2、进给量（f）选择合适的进给量，同时也要考虑以下几点：1）每齿进给量的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料强度和硬度越高，且切削力越高，每齿进给量宜选得小些；刀具强度、韧性越高，可承受的切削力越大，每齿进给量宜选得大一些；工件表面粗糙度要求越高，每齿进给量选小些：工艺系统刚性差，每齿进给量应取较小值。2）粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸，以及已选定的背刀吃量等因素来选取进给速度。3）精加工时，则按工件表面粗糙度、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。二课程认知

切削要素3、吃刀量（a）吃刀量是指两平面之间的距离。吃刀量包含背吃刀量ap和侧吃刀量ae。其中背吃刀量（ap）又称铣削深度，是指在平行于铣刀轴线方向上测得的切削层尺寸，单位为mm。侧吃刀量（ae）又称铣削宽度，是指垂直于铣刀轴线方向与工件进给方向所在平面上测得的切削层尺寸，单位为mm。二课程认知

切削要素3、吃刀量（a）选择合适的背吃刀量和侧吃刀量主要由加工余量和对表面质量的要求决定：1）当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.5～25um时，如果圆周铣削加工余量小于5mm，端面铣削加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但是在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分为两次进给完成。2）当工件表面粗糙度值要求为Ra=32～12.5um时，应分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同Ra=12.5～25um时的加工数值。粗铣后留0.5～1.0mm余量,在半精铣时切除。3）当工件表面粗糙度值要求为Ra=0.8～3.2um时，应分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5～2mm，精铣时，圆周铣侧吃刀量取0.3～0.5mm,面铣刀背吃刀量取0.5～1mm。三数控编程侧槽用于安装声音调节按钮，如采用减材加工方式加工，有两种常用的加工方法。方法一为对上壳完成正面、反面加工工位后，增加第三工位。方法二为在进行反面工位加工时，增加一个工步，使用T型刀进行加工。1.拆分上壳图1.4-7上壳卡扣位三数控编程扣位也称卡扣，是塑胶件连接固定的常用结构，在强度要求不高的情况下可以用于代替螺丝固定。扣位设计在于“扣”，需要结合紧密，保证测试强度，达到安装目的即可。卡扣常做在装饰件固定，面底壳组装、屏固定、按键限位、盖体扣合、方向球等结构处。1.拆分上壳图1.4-8上壳侧槽三数控编程1.拆分上壳在进行手办加工前，考虑满足样件的基本功能的同时，为了降低开发成本及提高生产效率，会对此类特征进行拆分，对拆分后的小部件根据结构特点及难易程度，选择增材制造、减材制造进行制作图1.4-9上壳拆分结果实践与训练实践与训练针对项目单卡“训练一”，根据现有设备、上壳的结构特点，对上壳进行拆分并确定各拆分件加工方法。要求：（1）拆分过程中要保证特征的单一性；（2）按照拆分后各部件的特点，选择合适的加工方法并填写表格。三数控编程三数控编程2.编程准备1、绘制辅助体（围框）依次1、提取上壳最大轮廓，向外偏置10mm（粗加工所用刀具直径+2～5mm），高度为21mm（-0.5～+20.5）；2、提取步骤1的轮廓向外偏置5mm，高度为25mm（-4.5～+20.5）；3、上述两实体求差得出辅助体。图1.4-10绘制辅助体（围框）三数控编程2.编程准备1、绘制辅助体依次1、使用“抽取几何体”命令，复制上壳；2、使用“删除面”命令，移除上壳上的孔特征；图1.4-11绘制辅助体三数控编程2.编程准备2、绘制毛坯使用“包容块”命令，创建加工毛坯，尺寸为130×95×25。图1.4-12绘制毛坯三数控编程2.编程准备3、创建刀具根据工件加工要求，以及刀具的属性，创建所需使用的刀具。经分析，上壳加工需要用到3把刀具，分别为Φ8平铣刀、Φ6平铣刀、和R3球头铣刀。1、T1D8：Φ8平铣刀；2、T2D6：Φ6平铣刀；3、T3R3：R3球头铣刀图1.4-13刀具列表三数控编程2.编程准备4、创建坐标系及部件依次创建坐标系及部件1）正面加工：

WCS1（毛坯上表面中心处）

WP1-1（部件选择辅助体1与辅助体2）

WP1-2（部件选择辅助体1与上壳）图1.4-14创建坐标系三数控编程2.编程准备4、创建坐标系及部件依次创建坐标系及部件2）翻面加工：WCS2（毛坯反面后表面中心处）

WP2-1（部件选择辅助体1）

WP2-2（部件不选择任何实体）图1.4-15创建坐标系三数控编程2.编程准备图1.4-16调整加工余量5、修改加工余量依次修改粗精加工余量1）粗加工：部件余量调整为0.2mm

其余不变2）精加工内公差、外公差调整0.01

其余不变三数控编程3.编程-正面（1）工步一：整体开粗【型腔铣】本工步主要对零件整体进行开粗。在编程时要注意：需根据零件与边框间的间距选择合适刀具；选择部件时，为了提高效率，需把上壳中内轮廓特征剔除；确定切削分层时，需根据特征特点进行分层，曲面分层不大于1mm，垂直面分层不大于所选刀具半径即可。图1.4-17整体开粗刀轨三数控编程3.编程-正面（2）工步二：上表面精加工【面铣】本工步主要对毛坯上表面进行精加工。由于工步一已对毛坯中部进行挖空处理，上表面只剩余四周部分余料，因此仅需对该部分进行加工即可，在编程时，可以对已挖空部分的程序进行修剪，减少程序步数，提高效率。图1.4-18上表面精加工刀轨三数控编程3.编程-正面（3）工步三：对刀位/装夹位加工【平面铣/平面轮廓铣本工步主要对毛坯四周进行精加工，加工出翻面加工时的对刀位、装夹位。编程时可以利用毛坯的轮廓，通过控制余量保证轮廓四周都能被切削。图1.4-19对刀位/装夹位加工刀轨三数控编程（4）工步四：内轮廓粗加工【平面铣】本工步主要对上壳内轮廓进行粗加工。注意底面需低于底面不少于0.5mm，且进刀方式注意避免直插式进刀。3.编程-正面图1.4-20内轮廓粗加工刀轨三数控编程（5）工步五：内轮廓精加工【平面铣】本工步主要对上壳内轮廓进行精加工。编程时可对工步四所编制的程序进行复制后再进行微调即可，进刀时注意避空，避免出现过切现象。3.编程-正面图1.4-21内轮廓精加工刀轨三数控编程（6）工步六：外轮廓精加工【平面轮廓铣】本工步主要对上壳主体外轮廓进行精加工。编程时，进刀方式可选择圆弧进退刀，选用该方式时必须计算圆弧半径的合理范围，在合理范围内，尽可能的选择最大数值。3.编程-正面图1.4-22外轮廓精加工刀轨三数控编程（7）工步七：曲面精加工【固定轮廓铣】本工步主要对上壳上表面的曲面进行精加工。在设定驱动方式参数时，根据特征的斜度选择步距的应用场景。特征倾斜角度<30°，可选择步距应用于平面上，既能保证加工效率，又能获得较好的表面加工效果；否则，需选择应用于部件上。3.编程-正面图1.4-23曲面精加工刀轨三数控编程3.编程-反面（1）工步一：整体开粗【型腔铣】本工步主要对上壳进行整体粗加工。由于部分特征平面高度之间的高度差较少，粗加工时无需因此而创建多个不同分层，统一设定一个切削层值即可。图1.4-24整体开粗刀轨三数控编程（2）工步二：整体轮廓精加工【底壁铣】本工步主要对上壳内壁进行精加工。此工步对内轮廓进行精加工时，由于铣床的加工特点，无法对所有特征均加工到位，不可避免有所残留，因此，可以根据产品之间的装配关系，对装配位、关键特征加工到位即可，其余特征可以放弃或者等后处理进行修整。

3.编程-反面图1.4-25整体轮廓精加工刀轨三数控编程（3）工步三：底面精加工【底壁铣】本工步主要对上壳内底面进行精加工。此工步与工步二基本相同，只需对工步二程序进行复制，修改切削模式与分层情况即可，无需进行过多的调整。3.编程-反面图1.4-26整体底面精加工刀轨三数控编程（4）工步四：内平面精加工组【平面轮廓铣/底壁铣】本工步主要对上壳除内底面外的平面进行精加工。此工步对除底面外的平面进行分层加工，根据特征平面的高度、特征的特点，可以采用平面铣、平面轮廓铣、底壁铣进行。编程时根据高度进行编程，可减少漏加工的情况出现。3.编程-反面图1.4-27内平面精加工刀轨三数控编程（4）工步四：内平面精加工组【平面轮廓铣/底壁铣】由于下壳支撑筋所在高度基本在同一高度，且平面面积小，因此可以采用平面轮廓铣指令把同一高度的平面连接起来一起加工。3.编程-反面图1.4-27内平面精加工刀轨三数控编程（4）工步四：内平面精加工组【平面轮廓铣/底壁铣】剩余的平面特征相对较大，通过分析可以发现，这些平面无法通过简单线段连接，或者连接后的线段结构复杂，不利于编程，因此可底壁铣进行编程。3.编程-反面图1.4-27内平面精加工刀轨三数控编程（5）工步五：拔模柱精加工【深度轮廓铣】本工步主要对拔模柱进行精加工。此工步按照一般情况，会采用球头铣刀进行加工，对于本零件，该拔模圆柱用于电路板定位，与底面交接处无太大关系，因此可以采用球刀直接加工，忽略底面的方法加工；或者使用平铣刀进行加工。此处使用平铣刀一次性对拔模柱进行精加工。3.编程-反面图1.4-28拔模柱精加工刀轨三数控编程（6）工步六：拆分位加工【平面铣】本工步主要对装配位加工。由于装配位需通过后处理，后处理时需要对该特征进行修整，使用爽身粉、原子灰进行粘合，因此此处尺寸要求不高，无需分粗精加工，一步加工到位即可。3.编程-反面图1.4-28拆分位加工刀轨三数控编程（7）工步七：切断【平面铣】本工步主要是分离上壳。本公布的编程情况需根据零件翻面前是否填充塑凝石膏选择不用的加工刀路。如已填充石膏，由于石膏已把正面加工的缝隙填充，产品的刚性得到提高，在编程时可以直接拾取轮廓线，进行2次轮廓加工即可分离工件；如未填充石膏，由于刚性不足，需根据实际情况，增加辅助特征，且进行多刀次加工，一般行距为0.3-0.5mm。此处采用无填充石膏情况进行编程。3.编程-