特殊零件加工工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控加工
張海燕
摘要:在法蘭固定座加工中,由于零件的材料和形狀特殊,致使加工和裝夾困難,基于加工的實(shí)效,合理設(shè)計(jì)加工工藝,選擇合適的加工基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn),正確選用加工刀具和最佳的切削用量,采取仿真加工和先進(jìn)數(shù)控機(jī)床加工,提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:法蘭固定座;加工工藝 切削用量;數(shù)控加工;
1、零件分析
在機(jī)械零件加工中,一些不規(guī)則的零件,在使用傳統(tǒng)加工手段時(shí),無法保證零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量,如圖1所示。該零件主要用來支承、固定法蘭的作用,零件材料為0Cr18Ni9(0Cr19Ni9、304)不銹鋼材質(zhì),此零件具有以下特點(diǎn):

a)零件形狀特殊。加工M3孔和R14圓。ā11面),存在頻繁更換刀具和刀位限制現(xiàn)象。
b)裝夾困難,容易變形。當(dāng)加工工藝設(shè)計(jì)不當(dāng),在加工時(shí)出現(xiàn)裝夾和定位困難,造成R24圓弧(○6面)因受力而產(chǎn)生變形。
c)小孔定位精度較高,增加機(jī)加工螺紋的難度。在加工M3、M4孔時(shí)容易出現(xiàn)排屑困難,鉆頭、絲錐折斷的現(xiàn)象。
d)材料特殊,切削困難。零件為0Cr18Ni9不銹鋼,屬于難切削材料,其切削加工時(shí)具有如下難點(diǎn):①抗拉強(qiáng)度高,易產(chǎn)生毛刺;②較強(qiáng)的親和力,易引起粘刀;③熱傳導(dǎo)系數(shù)小,易產(chǎn)生高溫;④較強(qiáng)的加工硬化,易引發(fā)刀具損傷和崩刃。
由于零件的特性,因此在加工中選用刀具和編制加工工藝時(shí),需要考慮加工面精度要求和孔的位置要求。
1.1加工面及加工基準(zhǔn)的確定
a)加工面的確定
主要加工面確定如下:1)外形平面○2、○3、○4、○5;圓弧面○6、平面○7和圓弧過渡面○8。2)平面○10、螺紋M3、圓弧面○11。3)臺(tái)階平面○12,倒角面○13,螺紋M4。
b)基準(zhǔn)面的確定
主要基準(zhǔn)面確定如下:1)法蘭固定座前平面○1。2)法蘭固定座后平面○9和○10。3)法蘭固定座底平面○5。
1.2零件加工工藝
從提高加工效率和保證加工精度的前提下,設(shè)法減少加工難度和加工工序,優(yōu)化設(shè)計(jì)加工工藝,如表1所示。

1.3加工刀具的選用
根據(jù)機(jī)床的加工能力、零件材料性能、加工精度、加工工序、切削用量、刀具耐用度和刀具價(jià)格等因素正確選用刀具。選用涂層刀具時(shí),采用刃口精細(xì)化和表面平滑化處理后,有效抑制毛刺的產(chǎn)生,減少粘刀現(xiàn)象發(fā)生,防止發(fā)生崩刀,實(shí)現(xiàn)優(yōu)異穩(wěn)定切削加工,因此優(yōu)先選用涂層刀具進(jìn)行加工。
2、銑削切削用量的確定
法蘭固定座零件毛坯尺寸為75×25×25(長(zhǎng)×寬×高,mm),上下外形尺寸精度為 和 ,R24圓弧 ,表面粗糙為Ra3.2μm,加工機(jī)床為數(shù)控銑床KND-100M,工序1~2的加工工步為銑前平面、銑外形、銑R24圓弧、R3圓弧。加工工具分別為:銑平面、銑外形、銑R24圓弧、R3圓弧粗加工用YB135涂層硬質(zhì)合金銑刀,精加工用YB125涂層硬質(zhì)合金銑刀。
a)確定銑○1平面背吃刀量(銑削深度)ap:根據(jù)零件加工余量為4mm,加工表面粗糙為Ra3.2μm,確定粗、精兩次加工,查閱實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)和數(shù)控系統(tǒng)用戶手冊(cè)可得粗銑ap=3.2mm,精銑ap=0.8mm。
b)確定銑○1平面?zhèn)瘸缘读浚ㄣ娤鲗挾龋゛c:根據(jù)零件加工要求和零件加工面的寬度尺寸,采用Φ20mm YB135涂層硬質(zhì)合金帶整體刀頭的4齒立銑刀,粗精銑ac=(0.6~0.9)d=12~18mm,取ac=15mm。
c)確定銑○1平面進(jìn)給量f:根據(jù)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的強(qiáng)度和剛性、工件剛度和表面粗糙度的要求。查閱實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)和數(shù)控系統(tǒng)用戶手冊(cè)可得每齒進(jìn)給量fz粗=0.10mm/z,fz精=0.04mm/z,故f粗=fz粗z=0.4mm/r,f精=fz精z=0.16mm/r。
d)確定銑○1平面切削速度vc:根據(jù)機(jī)床功率和在保證合理的刀具耐用度的前提下,查閱實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)可得粗銑vc=70m/min,精銑vc=90m/min。
e)確定銑○1平面進(jìn)給速度vf:由vc= ,故粗銑n= =1114.65 r/min,精銑n= =1433.12 r/min。查閱數(shù)控系統(tǒng)用戶手冊(cè)取粗銑n=1100r/min,精銑n=1500r/min。粗銑時(shí)vf=fn=0.4mm/r×1100r/min=440mm/min精銑時(shí)vf=fn=0.16mm/r×1500r/min=240mm/min。
同理,可計(jì)算出工序3~8的其他加工平面、圓弧、螺紋孔等切削用量,在此不作詳述。
3、零件仿真加工
在零件加工前先進(jìn)行仿真加工,主要檢驗(yàn)各個(gè)工序加工工藝、切削用量、刀具干涉等情況,確認(rèn)加工工藝、切削用量和選用刀具的有效性、合理性。通過仿真試驗(yàn),便于對(duì)NC加工程序的校驗(yàn),為數(shù)控加工作好準(zhǔn)備。三次裝夾仿真情況如下表:
4.1第一次裝夾加工
第一次裝夾法蘭固定座上下平面(○4○5平面),夾持高度為5mm,先粗加工再精加工,其加工順序?yàn)椋杭庸ぁ?平面(基準(zhǔn)面)、○4、○5平面(非夾持部分、基準(zhǔn)面)和○2、○3平面、圓弧面○6、過渡圓弧面○8,如圖2所示。
4.2第二次裝夾加工
第二次裝夾以法蘭固定座前平面作為基準(zhǔn),夾持上下平面(夾持高度8mm),先粗加工再精加工,其加工順序?yàn)椋杭庸ず笃矫、臺(tái)階、R14圓弧面、鉆孔、攻螺紋。在加工R14圓弧面和鉆孔時(shí)都要換刀加工,如圖3所示。
4.3第三次裝夾加工
第三次裝夾以法蘭固定座下平面作為基準(zhǔn),夾持前后平面下方部分(夾持高度8mm),先粗加工再精加工,其加工順序?yàn)椋杭庸づ_(tái)階、倒角、鉆孔、攻螺紋。在加工孔時(shí)要換刀加工,如圖4所示。

4.3數(shù)控加工NC代碼
用數(shù)控銑加工時(shí)的NC代碼如下(程序代碼大多,中間部分省略):
%
O0000
N104T1M6(AAAAAAAA)
N106G0G90G54X-50.6Y-9.998S1200M3
N108G43H1Z30.M8
N110Z5.
……
N2820G0Z30.
N2822M5
N2824G91G28Z0.M9
N2826G28X0.Y0.
N2828M30
%
5、結(jié)束語
在機(jī)械零件加工時(shí),應(yīng)采用最佳的加工工藝設(shè)計(jì)和加工手段、合理選取切削用量和切削刀具,進(jìn)行必要的加工仿真,盡可能采用先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工,充分的發(fā)揮機(jī)床和刀具的整體性能,提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。
參考
文獻(xiàn):
[1]陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)(第2版).機(jī)械工業(yè)出版社.2003
[2]譚雪松.Mastercam X2中文版
機(jī)械設(shè)計(jì)與加工教程.人民郵電出版社.2010
[3]中國就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心.數(shù)控銑工(高級(jí)).勞動(dòng)出版社.2008
[4]北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)公司.KND-100M銑、鉆、鏜床用數(shù)控系統(tǒng)用戶手冊(cè). 北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)公司.2005
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