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下料→铣夹持面→铣上平面→精铣上平面→粗铣外轮廓→精铣外轮廓→粗铣两边凸台→精铣两边凸台→粗铣心形凸台→精铣心形凸台→粗铣心形凹槽→精铣心形凹槽→粗铣四角凹槽→精铣四角凹槽→粗铣底面→精铣底面→去毛刺→整理
心形零件一方案二:
下料→铣夹持面→粗铣上平面→粗铣外轮廓→粗铣两边凸台→粗铣心形凸台→粗铣心形凹槽→粗铣四角凹槽→精铣上平面→精外轮廓→精铣两边凸台→精铣心形凹槽→精铣四角凹槽→粗铣底面→精铣底面→去毛刺→整理
方案二的加工顺序是先在粗铣上平面后就对剩余的部位逐个进行粗铣后在进行精铣,那样就会每换个加工部位就会再换一次刀,增加换刀的次数从而增长加工时间,降低生产效率。
而方案一的加工顺序是粗精铣上平面后对剩余的部分一一进行粗精加工。
由于粗精加工同一个部位都是用的同一把刀。
所以选择方案一,这有利于提高生产效率,也是最佳方案。
心形零件二方案一:
下料→铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣外轮廓→精铣外轮廓→粗铣四角凸台→精铣四角凸台→粗铣两边凹槽→精铣两边凹槽→粗铣心形凹槽→精铣心形凹槽→粗铣心形凸台→精铣心形凸台→粗铣底面→精铣底面→去毛刺→整理
心形零件二方案二:
下料→铣夹持面→粗铣上平面→粗铣外轮廓→粗铣四角凸台→粗铣两边凹槽→粗铣心形凹槽→粗铣心形凸台→精铣上平面→精铣外轮廓→精铣四角凸台→精铣心形凹槽→精铣心形凸台→粗铣底面→精铣底面→去毛刺→整理
5设备的选择
5.1选择机床
实验室设备:
结合零件图分析,该零件有平面和型腔内的圆、圆弧、孔及槽等构成,加工工序复杂。
并为减换刀和对刀时间,保证良好精度要求。
结合我院机床的实际,最后确定为加工中心KVC650。
KVC650加工中心配置FANUC0i-MC控制系统,功能全、性能可靠、操作方便。
机床的各进给坐标轴的运动,采用数字式交流伺服驱动,具有转矩脉冲小,低速运转平稳和噪音低等优点。
机床主要参数见表5-1:
表5-1机床主要参数表
工作台面尺寸
(长×
宽)
1370×
405(mm)
主轴锥孔/刀柄形式
24ISO40/BT40(MAS403)
工作台最大纵向行程
650mm
主配控制系统
FANUC0iMate-MC
工作台最大横向行程
450mm
换刀时间(s)
6.5s
主轴箱垂向行程
500mm
主轴转速范围
60—6000(r/min)
工作台T型槽
(槽数-宽度×
间距)
5-16×
60mm
快速移动速度
10000(mm/min)
主电动机功率
5.5/7.5(kw)
进给速度
5—8000(mm/min)
脉冲当量(mm/脉冲)
0.001
工作台最大承载(kg)
700kg
机床外形尺寸
宽×
高)(mm)
2540mm×
2520mm×
2710mm
机床重量(
kg)
4000kg
图5-1kvc650机床
5.2夹具的选择
经上综合分析,结合我院实际,该零件的装夹可选用平口虎钳及垫片和垫块作为辅助夹紧装置加工所需内容。
根据零件图分析,该零件可采取如下工艺措施:
以夹持面和两个侧面定位选用平口虎钳装夹,如图5-2所示。
安排粗、精加工,采用小直径铣刀铣夹持面以减小切削变形。
再以夹持面为定位基准进行装夹,完成所有加工内容,最后翻面夹凸台两侧面,将夹持面铣掉。
由于毛坯为铸铁在装夹时勿过于紧以免发生变形造成加工精度的误差。
图5-2平口虎钳
表5-2平口虎钳夹具参数
产品
名称
型号
钳口宽度(mm)
钳口高度(mm)
钳口最大张开度(mm)
定位键宽度(mm)
外形尺寸长×
高(mm)
平口
虎钳
Q12160
150
70
125
18
464×
276×
208
5.3刀具的选择
首先,刀具的合理选择和使用,对提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期等方面有十分重要的作用。
数控加工对刀具的要求很高,不仅要求其精度高、刚度好、耐用度高,还要求尺寸稳定、安装调整方便。
首先,使用好的刀具会增加成本,但效率提高则会使机床费用和人工费用有大幅度的降低,这正是制造业发达国家所采用的加工策略之一。
其次,应根据机床的加工能力、工件材料的性质、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选择刀具及刀柄。
刀具选择的总原则是:
安装调整方便,刚性好,耐用度和精度高。
在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性,结合我院实际,采用高速钢刀具加工。
切削用刀具材料应具备的性能如表5-3所示:
表5-3切削用刀具材料应具备的性能
希望具备的性能
作为刀具使用
时的性能
作为刀具使用时的性能
高硬度(常温及高温状态)
耐磨损性
化学稳定性良好
耐氧化性耐扩散性
高韧性(抗弯强度)
耐崩刃性
耐破损性
低亲和性
耐溶着、凝着(粘刀)性
高耐热性
耐塑性
变形性
磨削成形性良好
刀具制造的高生产率
热传导能力良好
耐热冲击性
耐热裂纹性
锋刃性良好
刃口锋利表面质量好微小切削可能
5.3.1刀具尺寸选择
刀具尺寸选择包括直径尺寸和长度尺寸:
(1)直径尺寸:
根据零件图样不同,选用的刀具尺寸不一样,因图而异。
选取的原则是:
在刀具能够满足加工前提下,尽量选取直径大的刀具,铣削刀具都是标准的成型刀具,同时可根据选取刀具的直径提取各异的刀具。
(2)长度尺寸:
在加工中心上,刀具长度一般是指主轴端面到刀尖距离,包括刀柄和刃具。
在满足各个部分加工要求的前提下,尽量减小刀具长度,以提高工艺系统的刚性,制造工艺和编程时,一般不必准确的确定刀具的长度,只需初步估算出刀具长度范围。
根据经验公式:
=A-B-N+L+
+
公式中:
—刀具长度
A—主轴端面至工作台中心最大距离
B—主轴在Z向的最大行程
N—加工表面距工作台中心距离
L—工件的加工深度尺寸
—刀具切出工件长度(以加工表面取2-5mm,毛坯表面取5-8mm)
刀具长度示意图如图5-3:
图5-3刀具长度示意图
5.3.2常用的刀具材料
常用的两种刀具材料,高速钢和硬质合金,其性能如下:
(1)高速钢在
仍能保持较高的硬度,较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧性高,但压延性较差,热加工困难,耐热冲击性较弱。
不适合高速切削和硬的材料。
(2)硬质合金具有较高的红硬性,能在
保持较好的加工性能,允许切削速度就高速刚的4~10倍。
复合碳化物系硬质合金在铣削金属的切削中显示出极好的性能。
于是,硬质合金得到了很大的普及。
综合我院机床以及加工材料为铸铝分析,所用刀具采用高速钢。
5.3.3确定刀具
由于该零件材料采用毛坯为145mm×
30mm铸铁,结合该零件的加工性能、加工要求分析,所需刀具如下:
32mm面铣刀1把、
20mm立铣刀1把、
10mm键槽铣刀、
5mm键槽铣刀,具体的刀具参数见表5-4数控加工刀具卡片:
表5-4刀具卡片
零件号
程序号
年月日
零件名称
刀具号
刀具规格、名称
刀柄型号
长度补偿值
半径补偿值
T01
32mm面铣刀
BT40
D01=30mm
T02
20mm立铣刀
H02=-10.52
D02=10mm
T03
10mm键槽铣刀
BT50
H03=-12.21
D03=2.5mm
T04
5mm键槽铣刀
H04=-16.51
D04=4mm
编制
审核
批准
共1页
第1页
5.4量具的选择
根据该零件的实际形状,需采用游标卡尺、千分尺、直尺等量具来测量。
其量具的使用表如表5-5所示:
表5-5量具表
规格
用途
量程(mm)
分度值(mm)
游标卡尺
0-150
0.02
主要用于测量内、外尺寸和深度等
千分尺
0-25
75-100
用于长度测量工具
直尺
0-100
1
用来测量工件的长度
6定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准两种,用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准,用已加工过的表面作为定位基准称为精基准。
选择定位基准要遵循基准重合原则,即力求设计基准、工艺基准和编程基准统一,这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量,并且能有效地减少装夹次数。
因下表面作为精基准可以满足基准重合的原则。
所以在加工中,先将零件的上表面作为粗基准,铣出夹持面,再将夹持面作为精基准进行加工。
如图6-1所示:
图6-1定位基准图
7冷却液的选择
由于该零件在KVC650加工中心进行加工,须根据其切削用量、刀具的材料以及毛坯的材料等选取冷却液,因为在切削加工过程,被切削金属层的变形,切屑与刀具前刀面的摩擦和工件与刀具后刀面的摩擦等,容易产生大量的切削热。
其中,大量的切削热被工件吸收,大量的切削热传入刀具,容易使刀具损坏,为了提高零件的加工精度,延长刀具的耐用度和使用寿命,在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却,也能起到良好的排屑和润滑等作用。
从工件材料、冷却液作用和冷却液的价格综合分析,如表7-1所示:
表7-1冷却液
冷却液名称
主要成份
主要作用
水溶液
水、防锈添加剂
冷却
乳化液
水、油、乳化剂
冷却、润滑、清洗
切削油
矿物油、动植物油、极压添加剂或油性
润滑
综合该零件的加工性能、选择机床、切削用量、刀具的材料以及毛坯的材料等,最后确定冷却液使用乳化液,选用乳化液是最适宜的。
8切削用量选择
数控加工切削用量包括主轴转速n、背吃刀量ap和进给量f,其确定原则与普通机械加工相似,对于不同的加工方法,需要选择不同的切削用量,并编入程序单内。
该零件切削用量的选择:
由于该零件的毛坯采用115mm×
115mm×
30mm和另一个配合零件毛坯尺寸115mm×
30mm都为铸铁
材料,再根据其加工精度要求以及刀具的一些相关要求选择,粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;
半精加工和精加工时,应在保证质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书,参考的切削用量手册,并结合经验而定。
8.1背吃刀量确定
背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定,在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率。
为了保证加工表面质量,可留小量精加工余量,一般在0.2~0.5mm。
由于该零件材料为铸铝,硬度不高,所以粗加工背吃刀量为1-3mm,精加工背吃刀量为0.5mm。
8.2主轴转速的确定
主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取
n=
(8-1)
其中:
Vc-切削速度
D-铣刀的直径(mm)
由于每把刀计算方式相同,现选取
32的立铣刀为例说明其计算过程。
D=32mm
根据切削原理可知,切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素,可参考表8-2选取。
表8-2铣削时切削速度
工件材料
硬度/HBS
切削速度
/(mm/min)
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
<
225
18~42
66~150
225~325
12~36
54~120
325~425
6~21
36~75
铸铁
190
21~36
190~260
9~18
45~90
160~320
4.5~10
21~30
铝
70~120
100~200
200~400
黄铜
53~56
20~50
100~180
从理论上讲,
的值越大越好,因为这不仅可以提高生产率,而且可以避免生成积屑瘤的临界速度,获得较低的表面粗糙度值。
但实际上由于机床、刀具等的限制,综合考虑:
取粗铣时
=45m/min
精铣时
=80m/min
代入7-1式中:
=
=500r/min
=800r/min
计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取:
取
=500r/min
同理计算
10立铣刀:
取
=890r/min
=1600r/min
8.3进给速度的确定
切削进给速度F时切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移,单位mm/min。
它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量
(mm/z)的关系为
F=
Z
(8-2)
每齿进给量
的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。
工件材料的强度和硬度越高,
越小,反之则越大;
工件表面粗糙度值越小,
就越小;
硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀,可参考表8-3选取:
表8-3铣刀每齿进给量
/(mm/z)
粗铣
精铣
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.12~0.20
0.15~0.30
0.06~0.20
0.05~0.10
综合选取:
=0.12mm/z
精铣
=0.02mm/z
铣刀齿数z=3
上面计算出:
=890r/min
=1600r/min
将它们代入式子8-2计算:
粗铣时:
F=0.12×
3×
890=300mm/min
精铣时:
F=0.02×
1600=100mm/min
切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整,以获得最佳切削状态。
9起刀进刀和退刀有关的工艺问题的处理
9.1起始平面、返回平面、进刀平面、安全平面的确定
9.1.1起始平面
起始平面是程序开始时刀具的初始位置所在的平面,在定义被加工零件的最高点一般在80mm左右的某一位置上,一般高于安全平面,在此平面上刀具以G00速度行进。
根据该零件分析,其毛坯零件高为30mm,故把起始平面固定在Z50mm的位置,可以达到加工安全性,可防止碰刀,也可考虑到加工效率,使非切削时间控制在一定的范围内,提高加工效率。
9.1.2返回平面
返回平面返回平面是指程序结束后,刀具尖点(不是刀具中心)所在的Z平面,也定义在被加工表面最高点50mm左右的某一位置上,一般与起始面重合。
因为,该零件加工的起始面定在了Z50mm处,处于安全位置,即返回平面的位置也是非常安全的,所以该零件加工返回平面位置设置在Z50mm处。
9.1.3进刀平面
进刀平面是刀具以高速指令G00下刀至要铣削到工件时变成进刀速度下刀,以避免撞刀,此速度转折点的位置为进刀平面,其高度为进刀高度,此高度一般在加工面和安全平面之间,离加工面10mm(指刀尖点到加工面间的距离),加工面为毛坯时取大值,加工面为已加工面时取小值。
所以结合该零件图分析,在加工面与安全面之间,加工毛坯面取大值,由于是首次铣削毛坯上平面,所以进刀高度设置为10mm。
符合上述条件,满足加工要求。
9.1.4退刀平面
退刀平面是指加工结束后,刀具以切削进给速度离开工件表面一段距离—10mm后转为以高速返回安全平面。
据分析刀具此时已离开工件表面,离表面10mm,由于进刀平面把Z定了10mm所以把退刀平面也定为10mm,再高速返回安全平面。
9.1.5安全平面
安全平面是指加工完成一段面后,刀具沿轴方向运动一段距离后,刀尖所在的Z面,一般为被加工面最高点10mm左右的位置上,并以G00指令快速行进。
设置安全高度能防止刀具碰伤工件,也能使非切削加工时间控制在、一定范围内,即把该零件加工的安全高度定为10mm,满足安全条件。
刀具在加工中的几个平面如图9-1所示:
图9-1刀具在加工中的几个平面
9.2程序起始点、返回点和切入切出点的确定
9.2.1程序起始点、返回点
程序起始点是指程序开始时,刀尖(刀位点)的初始停留点,采用G54对刀时一般为对刀点。
返回点是指一把刀程序执行完毕后,刀尖返回后的停留点,一般为换刀点。
在同一个程序中起始点和返回点最好要相同,如果一个零件的加工需要几个,以免引起加工操作上的麻烦。
为可确保加工后零件表面位置的准确性,对刀后必须人工使刀具的到位点在G54指令后面规定的X、Y、Z坐标值上。
起始点和返回点应定义杂高出被加工零件的最高点50mm左右的某一位置上,即平面、退刀所在的位置。
主要是为了在加工中的安全性,防止碰刀,同时也考虑了加工效率,是时间控制在一定时间内。
根据加工分析得出零件毛坯高为30mm,所以为了满足上述条件,达到安全保障,也为提高加工效率,所以将起刀点和返回点设定为(0,0,50),符合加工原理。
9.2.2切入、切出点选择的原则
切入点即在进刀或切削曲面的过程中,要使刀具不受损坏。
一般来说,对粗加工而言,选择曲面内的最高角点作为曲面的切入点(初始切削点)。
因为该点的切削余量较小,进刀时不易损坏刀具;
对于精加工而言,选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点。
因为在该点处,刀具所受的弯矩较小,不易折断刀具。
切出点选择的原则即主要考虑曲面能连续完整地加工及曲面与曲面加工间的切削加工时间尽可能短,换刀方便,以提高机床的有效工作时间。
10编写加工工艺过程卡片
(一)
零件
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