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苏州数控车床加工零件的工艺性分析

发布时间: 2015-12-07 14:12 浏览次数:

  1.零件图样分析

(1)尺寸标注方法分析    由于数控加工精度及重复定位精度都很高,不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性,因此可将局部的尺寸分散标注法改为以集中引注或坐标式的尺寸标注法。(图5—18)
(2)零件轮廓的几何要素分析    要分析几何元素的给定条件是否充分、正确。 (图5—19、 图5—20) 
(3)精度及技术要求分析
    ①分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理。对采用数控加工的表面,其精度要求应尽量一致,以便最后能一刀连续加工。 
    ②分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求,若达不到,需采用其他措施(如磨削)弥补的话,注意给后续工序留有余量。 
    ③找出图样上有较高位置精度要求的表面,这些表面应在一次安装下完成。   
    ④对表面粗糙度要求较高的表面,应确定用恒线速切削。
 2.零件结构工艺性分析( 图5—21 )
 

图5-18  局部分散标注与坐标式标注

 

  图5-19  几何要素缺陷示例一                 图5-20  几何要素缺陷示例二

 

  图5-21  结构工艺性示例

数控车床加工工艺路线的拟订

工序的划分

        在批量生产中,常用下列两种方法进行工序的划分:

1 .按零件加工表面划分工序(图5—22)

将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成,以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。适用于加工内容不多的零件。

2.按粗、精加工划分工序

    以粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序,精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这法适用于零件加工后易变形或精度要求较高的零件。

 

图5-22  轴承内圈精车加工方案.

[例]

    加工如图5-23a所示手柄零件,该零件加工所用坯料为φ32mm,批量生产,加工时用一台数控车床。工序的划分及装夹方式如下:

 

      a)

      工序1:(如图5-23b所示将一批工件全部车出,包括切断),夹棒料外圆柱面,工序内容有:车出φ12mm和φ20mm两圆柱面→圆锥面(粗车掉R42mm圆弧的部分余量)→转刀后按总长要求留下加工余量切断。

 

b)

      工序2:(见图5-23c),用φ12㎜外圆和φ20㎜端面装夹,工序内容有:车削包络SR7㎜球面的30°圆锥面→对全部圆弧表面半精车(留少量的精车余量)→换精车刀将全部圆弧表面一刀精车成形。

 

              c)

图5—23  手柄加工示意图

加工顺序的安排

1.先粗后精(图5—24)   

    对于粗精加工在一道工序内进行的,先对各表面进行粗加工,全部粗加工结束后在进行半精加工和精加工,逐步提高加工精度。

2.先近后远(图5—25)

    在一般情况下,离对刀点近的部位先加工,离对刀点远的部位后加工,以便缩短刀具移动距离,减少空行程时间。

3.内外交叉

    对既有内表面(内型、腔),又有外表面需加工的回转体零件,安排加工顺序时,应先进行外、内表面粗加工,后进行外、内表面精加工。

4.基面先行

    用作精基准的表面应优先加工出来,因为定位基准的表面越精确,装夹误差就越小。

 

 

 

 

进给路线的确定

1.最短的空行程路线

(1)巧用起刀点 。(图5—26a为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况示例)

(2)巧设换(转)刀点 .(图5—26a将换(转)刀点也设置在离坯件较远的位置处 )

(3)合理安排“回零”路线。(执行“回零”(即返回对刀点)指令 )

2.粗加工(或半精加工)进给路线

(1)常用的粗加工进给路线。(图5—27为利用数控系统具有的矩形循环功能、三角形循环功能、封闭式复合循环功能的进给路线  )

(2)大余量毛坯的阶梯切削进给路线。(图5—28为车削大余量工件两种加工路线 )

(3)双向切削进给路线 。(图5—29为轴向和径向联动双向进刀的路线 )

3.精加工进给路线

 (1)完工轮廓的连续切削进给路线。在安排一刀或多刀进行的精加工进给路线时,其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成。

 (2)各部位精度要求不一致的精加工进给路线。若各部位精度相差不是很大时,应以最严的精度为准,连续走刀加工所有部位;若各部位精度相差很大,则精度接近的表面安排同一把刀走刀路线内加工,并先加工精度较低的部位,最后再单独安排精度高的部位的走刀路线。

4.特殊的进给路线(如图5—30-图5—32)   

   在数控车削加工中,一般情况下,Z坐标轴方向的进给路线都是沿着坐标的负方向进给的,但有时按这种常规方式安排进给路线并不合理,甚至可能车坏工件。

 

图5—26  巧用起刀点

a)将起刀点与对刀点重合在一起:             b)巧将起刀点与对刀点分离:

  第一刀为A→B→C→D→A;                  起刀点与对刀点分离的空行程为A→B;

  第二刀为A→E→F→G→A;                  第一刀为B→C→D→E→B;

  第三刀为A→H→I→J→A。                  第二刀为B→F→G→H→B;

                                            第三刀为B→I→J→K→B。

 

图5—27  常用的粗加工循环进给路线

图5—27a为利用数控系统具有的矩形循环功能而安排的“矩形”循环进给路线。

图5—27b为利用数控系统具有的三角形循环功能而安排的“三角形”循环进给路线。

图5—27c为利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿工件轮廓等距线循环的进给路线。

对以上三种切削进给路线,经分析和判断后可知矩形循环进给路线的进给长度总和最短。因此,在同等条件下,其切削所需时间(不含空行程)最短,刀具的损耗最少。但粗车后的精车余量不够均匀,一般需安排半精车加工。

 

 图5—28  大余量毛坯的阶梯切削进给路线

  a) 错误的阶梯切削路线  b)正确的阶梯切削路线

 

图5—29  顺工件轮廓双向进给的路线

 

图5—30  两种不同的进给方法

 

 图5—31 嵌刀现象            图5—32  合理的进给方案  

夹具的选择

1.圆周定位夹具

(1)三爪自定心卡盘:能自动定心,夹持范围大,一般不需找正,装夹速度较快。但夹紧力小,卡盘磨损后会降低定心精度。(图5—33)  

(2)软爪:软爪是在使用前配合被加工工件特别制造的,如加工成圆弧面、圆锥面或螺纹等形式,可获得理想的夹持精度。(图5—34)

(3)弹簧夹套:弹簧夹套定心精度高,装夹工件快捷方便,常用于精加工的外圆表面定位.。弹簧夹套夹持工件的内孔是标准系列,并非任意直径。   

(4)四爪单动卡盘:四爪单动卡盘夹紧力较大,所以适用于大型或形状不规则的工件。但四爪单动卡盘找正比较费时,只能用于单件小批生产。(图5—35)

2.中心孔定位夹具

(1)两顶尖拨盘:两顶尖(活顶尖、死顶尖)装夹工件方便,不需找正,装夹精度高。该方式适用于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类工件的精加工。(图5—36~5—38)  

(2)拨动顶尖 :常用拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面顶尖两种(图5—39、5-40)

3.复杂、异形、精密工件的装夹

(1)花盘 :加工表面的回转轴线与基准面垂直、外形复杂的零件可以装夹在花盘上加工。(图5—41)

(2)角铁:加工表面的回转轴线与基准面平行、外形复杂的零件可以装夹在角铁上加工。(图5—42) 

 

图5—33  三爪卡盘示意图                        图5—34  加工软爪

 

  图5—35  四爪单动卡盘

                  a) 四爪单动卡盘   b) 四爪单动卡盘装夹工件  1-卡爪  2-螺杆  3-木板

 

    图5—36  顶尖

                              a) 普通顶尖      b) 活顶尖

 

     图5—37  两顶尖装夹工件              图5—38  两顶尖车偏心轴  

 

 图5—39  内、外拨动顶尖

刀具的选择

1.常用车刀种类和用途

(1)尖形车刀  以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成.

(2)圆弧形车刀  构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧,该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此,刀位点不在圆弧上,而在该圆弧的圆心上。(如图5—43)

(3)成型车刀  成型车刀俗称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。 

     数控车床加工零件的工艺性分析  

                                          图5—43  圆弧形车刀  

数控车床加工零件的工艺性分析

              

                                图5—44    常用车刀的种类、形状和用途

     1-切断刀  2-90°左偏刀  3-90°右偏刀  4-弯头车刀  5-直头车刀  6-成型车刀  7-宽刃精车刀

     8-外螺纹车刀 9-端面车刀  10-内螺纹车刀  11-内槽车刀 12-通孔车刀  13-盲孔车刀

可转位刀片的标记

1    2    3    4    5    6   7    8   —   9    10

式中每一位字符串代表刀片某种参数的意义:

1——刀片的几何形状及其夹角。

2——刀片主切削刃后角(法后角)。

3——公差  表示刀片内接圆d与厚度s的精度级别。

4——刀片形状、固定方式或断屑槽。

5——刀片边长、切削刃长。

6——刀片厚度。

7——修光刀  刀尖圆角半径r或主偏角κr或修光刃后角αn。

8——切削刃状态  尖角切削刃或倒棱切削刃。

9——进刀方向或倒刃宽度。

10——各刀具公司的补充符号或倒刃角度。

 

【例】车刀可转位刀片:S N G M 16 06 12 E R—A3型号表示含义。

    S—35°菱形刀片;N—法后角为0°;G—刀尖位置尺寸允差(±0.025mm),刀片厚度允差(±0.13 mm),内接圆公称直径允差(±0.025mm);M—一面有断屑槽,有中心定位孔;16—切削刃长;06—刀片厚度;12—刀尖圆角半径1.2 mm;E—倒圆刀刃;R—右手刀;A3—A型断屑槽,断屑槽宽3.2~3.5 mm。

机夹可转位车刀的选用

为了减少换刀时间和方便对刀,便于实现机械加工的标准化,数控车削加工时,应尽量采用机夹刀和机夹刀片。数控车床一般选用可转位车刀。这种车刀就是使用可转位刀片的机夹车刀,把经过研磨的可转位多边形刀片用夹紧组件夹在刀杆上,其夹紧方式(如图5—45所示)。车刀刀片每边都有切削刃,当某切削刃磨损钝化后,只需松开夹紧元件,将刀片转一个位置,即可用新的切削刃继续切削,只有当多边形刀片所有的刀刃都磨钝后,才需要更换刀片。

 

数控车床加工零件的工艺性分析

  

                              图5—45    可转位车刀夹紧方式

                 (a)楔块上压式夹紧    (b)杠杆式夹紧    (c)螺钉上压式夹紧

(1)刀片材质的选择     常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等,其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。

 (2)刀片尺寸的选择  刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L。有效切削刃长度与背吃刀量ap和车刀的主偏角kr有关(图5—46),可查阅有关刀具手册选取。

(3)刀片形状的选择   常见可转位车刀刀片形状及角度(图5—47)。一般外圆车削常用80°凸三边形(W型)、四方形(S型)和80°棱形(C型)刀片。仿形加工常用55°(D型)、35°(V型)菱形和圆形(R型)刀片。90°主偏角常用三角形(T型)刀片。

    不同的刀片形状有不同的刀尖强度,一般刀尖角越大,刀尖强度越大(图5—48)。在机床刚性、功率允许的条件下,大余量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片,反之,宜选用较小刀尖角的刀片。

 (4)刀尖圆弧半径的选择  刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及被加工零件的表面粗糙度。刀尖圆弧半径大,表面粗糙度值增大,切削力增大且易产生振动,但刀刃强度增加。通常在切深较小的精加工、细长轴加工、机床刚度较差情况下,选用刀尖圆弧较小些;而在需要刀刃强度高、工件直径大的粗加工中,选用刀尖圆弧大些。

(5)刀杆头部形式的选择  刀杆头部形式按主偏角和直头、弯头分有15-18种,有直角台阶的工件,可选主偏角大于或等于90°的刀杆。一般粗车可选主偏角45°—90°的刀杆;精车可选45°—75°的刀杆;中间切入、仿形车则可选45°~107.5°的刀杆;工艺系统刚性好时可选较小值,工艺系统刚性差时,可选较大值。当刀杆为弯头结构时,则既可加工外圆,又可加工端面,图5—49所示为几种不同主偏角车刀车削加工的示意图。

(6)左右手刀柄的选择  有三种选择:R(右手)、L(左手)和N(左右手)。要注意区分左、右刀的方向,机床刀架是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的旋转方向以及需要的进给方向等。

(7)断屑槽形的选择  断屑槽形的参数直接影响着切屑的卷曲和折断,槽形根据加工类型和加工对象的材料特性来确定:基本槽形按加工类型有精加工(代码F)、普通加工(代码M)和粗加工(代码R);加工材料按国际标准有加工钢的P类、不锈钢、合金钢的M类和铸铁的K类。这两种情况一组合就有了相应的槽形,选择时可查阅具体的产品样本。比如FP就指用于钢的精加工槽形,MK是用于铸铁普通加工的槽形等。

 数控车床加工零件的工艺性分析

 

                 

 

数控车床加工零件的工艺性分析

                      

  

数控车床加工零件的工艺性分析

 

                   

数控车床加工零件的工艺性分析

 

 

图5—49    不同主偏角车刀车削加工的示意图

  

切削用量的选择

1.确定背吃刀量ap(㎜)     背吃刀量ap相当于加工余量,应以最少的进给次数切除这一加工余量,最好一次切净余量,以提高生产效率。为了保证加工精度和表面粗糙度,一般都留有一定的精加工余量,其大小可小于普通加工的精加工余量,一般半精车余量为0.5㎜左右,精车余量为0.1~0.5㎜。

2.确定主轴转速n (r/min)

     (1)光车时主轴转速    光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径,并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度vc(m/min)来确定。切削速度除了计算和查表选取外,还可根据实践经验确定。切削速度确定之后,用下式计算主轴转速:

数控车床加工零件的工艺性分析

 式中n ————工件或刀具的转速,r/min;

    vc ————切削速度,m/min;

    d ————切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径,mm。

(2)车螺纹时主轴转速       对于不同的数控系统,推荐不同的主轴转速选择范围。如大多数普通型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下:

数控车床加工零件的工艺性分析

式中n——主轴转速,r/min;

P——工件螺纹的螺距或导程,mm;

k——保险系数,一般取为80。

3.确定进给速度vf (mm/min )

       进给速度的大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率,因此进给速度的确定应在保证表面质量的前提下,选择较高的进给速度。

      进给速度包括纵向进给速度和横向进给速度。一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素,查阅切削用量手册选取每转进给量f,再按下式计算进给速度:

vf = f n

式中f——每转进给量,mm/r。

 式中每转进给量f,粗车时一般选取为0.3~0.8 mm/r,精车时常取0.1~0.3 mm/r,切断时常取0.05~0.2 mm/r。

11  轴承套数控加工刀具卡片

产品名称或代号

×××

零件名称

轴承套

零件图号

×××

序号

刀具号

刀具规格名称

数量

加工表面

备注

1

T01

450硬质合金端面车刀

1

车端面

 

2

T02

φ5㎜中心钻

1

钻φ5㎜中心孔

 

3

T03

φ26㎜钻头

1

钻底孔

 

4

T04

镗刀

1

镗内孔各表面

 

5

T05

930右手偏刀

1

从右至左车外表面

 

6

T06

930左手偏刀

1

从左至右车外表面

 

7

T07

600外螺纹车刀

1

M45螺纹

 

编制

×××

审核

×××

批准

×××

   

 

  

                               

6)切削用量选择

根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料,参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量,然后利用公式v c=πdn/1000vf nf,计算主轴转速与进给速度(计算过程略),计算结果填入表15工序卡中。

背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。粗加工时,在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下,尽可能取较大的背吃刀量,以减少进给次数;精加工时,为保证零件表面粗糙度要求,背吃刀量一般取0.10.4㎜较为合适。

7)数控加工工艺卡片拟订

将前面分析的各项内容综合成表12所示的数控加工工艺卡片。

12  轴承套数控加工工艺卡片

单位名称

×××

产品名称或代号

零件名称

零件图号

×××

轴承套

×××

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

001

×××

三爪卡盘和自制心轴

CJK6240数控车床

数控中心

工步号

工步内容

(尺寸单位 ㎜)

刀具号

刀具、刀柄规格

/ 

主轴转速

/r.min

进给速度

/.min

背吃刀量

/

备注

1

平端面

T01

25×25

320

 

1

手动

2

钻φ5中心孔

T02

φ5

950

 

2.5

手动

3

钻φ32孔的底孔φ26

T03

φ26

200

 

13

手动

4

粗镗φ32内孔、150斜面及0.5×450倒角

T04

20×20

320

40

0.8

自动

5

精镗φ32内孔、150斜面及0.5×450倒角

T04

20×20

400

25

0.2

自动

6

掉头装夹粗镗1:20锥孔

T04

20×20

320

40

0.8

自动

7

精镗1:20锥孔

T04

20×20

400

20

0.2

自动

8

心轴装夹从右至左粗车外轮廓

T05

25×25

320

40

1

自动

                   

续表

单位名称

×××

产品名称或代号

零件名称

零件图号

×××

轴承套

×××

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

001

×××

三爪卡盘和自制心轴

CJK6240数控车床

数控中心

工步号

工步内容

(尺寸单位 ㎜)

刀具号

刀具、刀柄规格

/ 

主轴转速

/r.min

进给速度

/.min

背吃刀量

/

备注

9

从左至右粗车外轮廓

T06

25×25

320

40

1

自动

10

从右至左精车外轮廓

T05

25×25

400

20

0.1

自动

11

从左至右精车外轮廓

T06

25×25

400

20

0.1

自动

12

卸心轴,改为三爪装夹,粗车M45螺纹

T07

25×25

320

1.5/ r

0.4

自动

13

精车M45螺纹

T07

25×25

320

1.5/ r

0.1

自动

编制

×××

审核

×××

批准

×××

    

 

 

                         
 

 


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