机械制造技术基础课件最新版第五章工艺规程设计第4节

(3)设置坐标系及G代码偏置 在导航器内分别单击坐标系统和G代码偏置并选择对应的坐标系统和G 代码偏置。
(4)创建刀具、添加G代码 在导航器内单击加工刀具并选择对应的刀具,再对装夹点等参数进行设 置。在导航器内单击数控程序并选择叶轮数控加工程序。
第四节 数控加工工艺过程分析与设计
(5)加工过程仿真 所有参数设置完成后,单击重置模型并进行仿真。
图5-16 工件模拟加工结果示意图 通过VeriCUT软件仿真,我们不仅可得到叶轮数控程序是否满足要求,还可以得到工 件体积、切除材料体积等信息。如果数控程序不能满足零件加工精度的要求,应该重新分析 刀具加工参数、刀具加工轨迹、机床进给参数等因素,进一步在CAM软件中进行设置,之后再 进行后处理并生成数控程序。将再次生成的数控程序放到VeriCUT软件中进行G代码仿真,确 保程序无误,再进行切削试加工,直至零件的加工精度满足要求。
第四节 数控加工工艺过程分析与设计
(2)加工工艺参数 在确定加工工艺参数之前,应先确定加工余量。 加工余量过大会影响加工工时,也浪费材料;加工余量过小,不易消除各种
误差,容易造成废品。因此在满足粗加工、半精加工和精加工的加工余量时,应 尽可能缩小加工余量,但也要有充分的加工余量来防止零件废品的产生。加工 工艺参数指的是切削用量,包括主轴转速、进给速度和切削深度等。
第四节 数控加工工艺过程分析与设计
1.被加工零件的加工工艺分析 根据被加工零件的特点,对零件进行全面的图样工艺分析(复杂空间曲面 的图样工艺则是确定多个截面的轮廓尺寸等)、结构工艺分析和毛坯工艺分析。 零件图样工艺分析主要确定零件图是否完整正确、技术要求的难易程 度(包含零件的表面质量和精度)、定位基准是否可靠、尺寸标注是否合适等内 容。
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4.确定刀具进给路线及加工工艺参数 (1)刀具进给路线 主要是确定粗加工及空行程的进给路线,因为半精加工和精加工的进给
路线基本上都是按零件的轮廓进行的。
原则: 1)选择使零件在加工后变形小的路线 2)尽量缩短进给路线,合理选择对刀点、换刀点,减少换刀次数,并使数值 计算简单,程序段数量少,以减少编程工作量 3)合理选取起刀点、切入点和切入方式,保证切入过程平稳 4)最终轮廓尽量一次进给完成,以免产生刀痕等缺陷 5)避免刀具与非加工面的干涉,保证加工过程安全可靠等
第四节 数控加工工艺过程分析与设计
二、数控加工工艺过程分析步骤
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,如工序集中等特点。另一方面,由于数控加工是采用数字信息 控制零件和刀具位移的机械加工方法,因此,在数控加工前,要将数控机床的运动 过程、零件工艺过程、工序内工步安排、刀具形状、切削用量、对刀点、换刀 点及走刀路线等都需编入程序,这也导致了数控加工工艺过程较传统机床加工 工艺过程具有更多的复杂性。
零件结构工艺分析主要是确定零件加工工序的集中度及各工序所用刀 具的种类、规格,有利于减少机床调整,缩短辅助时间,减少编程工作量和加工劳 动量,有利于保证定位刚度和刀具刚度,充分发挥数控机床的特长,提高加工精度 和效率。
不同的毛坯种类适用范围也不相同,因此需要通过零件毛坯工艺分析确 定毛坯的种类,如型材、锻件、铸件、焊接、冲压等半成品件。
(1)选择机床及匹配的控制系统 这里不阐述车削叶轮雏形的加工过程,仅阐述叶轮的加工仿真过程。叶 轮零件需要在五轴数控机床上进行加工,因此需要构造一个具有X、Y、Z三个 直线轴和B、C两个旋转轴的数控机床模型。在确定数控机床的同时,也需要确 定机床的控制系统。
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(2)创建夹具及毛坯 选择适合叶轮加工所对应的夹具类型,并导入叶轮雏形。
1)粗车外圆和端部定位基准面(留余量1mm) 2)精车外圆和端部定位基准面 3)粗车叶轮外轮廓(留余量1mm) 4)精车叶轮外轮廓 5)钻中心孔
钻定位销孔(与工装相匹配) 检验毛坯尺寸和定位工艺孔是否满足要求 1)叶轮流道粗加工(留余量0.5mm) 2)叶轮流道精加工 3)叶轮叶片/叶根精加工 检验叶轮加工精度 车削掉定位工艺孔,满足尺寸要求 出具详细的检验报告
图5-11 整体叶轮零件模型及其主要尺寸图
第四节 数控加工工艺过程分析与设计
整体叶轮的数控加工工艺过程见下表。
表5-5 整体叶轮的数控加工工艺过程(简表)
序号 1
2
3 4 5 6 7 8 9
工序名称 下料
叶轮雏形加工
打定位工艺孔 检验
铣整体叶轮 检验
去定位工艺孔 最终检验 包装、入库
工序内容及要求 确定毛坯尺寸、类型、余量等
由于叶轮的加工区域具有重复性,因此,可通过对象变化命令对各个刀具 轨迹进行变换,最终生成叶轮的完整刀路。在变换的过程中需对变换的类型、 变换参数、结果等参数进行定义。
最后对完整的刀具轨迹进行确认。
图5-14 切削动态模拟仿真效果
图5-15 生成后处理程序
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以VeriCUT为例,在其系统中,通过单击“Setup” “Toolpath”命令,将 “Toolpath Type”设置为“G-Code”格式,即可用于仿真G 代码刀具轨迹文件。如 在VeriCUT数据库中没有找到所需的机床模型,用户可以根据需要自定义机床模 型。VeriCUT软件仿真大概需要经过以下几个步骤:
(3)平面、简单曲面零件的加工 对于平面、简单曲面常选择在数控铣 床进行加工。单一进给轴运动能实现平面的加工,两坐标轴联动能实现简单曲 面的加工。
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(4)空间曲面零件的加工 对于复杂的空间曲面常选择在五轴数控加工 中心或数控铣床上进行加工。三轴、四轴或五轴联动加工能形成空间曲面。
(5)零件上键槽的加工 旋转体上的键槽可在数控车床上进行车削加工。 平面或简单曲面或孔内键槽常采用插床、拉床、铣削类机床上进行加工。
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3.确定零件的加工工艺路线 根据加工方法、零件的结构特点、技术要求和选取的机床、夹具和工
艺基准等具体生产条件来确定加工工艺路线。主要包括工序划分、工步划分、 加工阶段划分和加工顺序安排。
入CAM加工环境;接着根据机床坐标系、刀具、加工方法等信息创建几何组、 刀具组和加工方法组,进一步创建、设置并生成具体的加工工序(图5-19),加工工 序设置的内容主要有指定加工切削区域、驱动方法、投影矢量、刀具、刀轴、 刀轨等参数。
图5-13 加工工序设置及生成效果示意图
第四节 数控加工工艺过程分析与设计
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三、整体叶轮数控加工工艺设计案例
右图示出了整体叶轮零件模型及主要 尺寸图,整体叶轮主要由叶片和轮毂构成,叶片与 轮毂的交界处俗称叶根(叶片和轮毂之间为变圆 弧过渡)。
该叶轮有15个叶片,叶片的厚度为2mm。 叶轮的加工精度和表面质量应满足设计要求,如 表面粗糙度Ra值应不小于1.6μm。
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(3)加工阶段划分 数控加工工艺与普通加工工艺相似,通常也将零件的整个加工过程划分
为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。
(4)加工顺序安排 复杂工件的数控加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。
因此,在拟定工艺路线时,工艺人员要全面地把切削加工、热处理和辅助工序三 者一起加以考虑。此外,数控加工工序的划分与安排要满足基面先行、先粗后 精、先主后次、先面后孔、进给路线短、换刀次数少、工件刚性好等原则。
(1)工序划分 在保证零件的加工精度和高加工效率条件下合理安排加工工序。划分 工序的基本原则有工序集中原则和工序分散原则。 工序分散的情况下工序内容简单,有利于选择较为合理的切削用量,便于 选择通用设备,生产准备工作量较少。 工序集中的情况下,减少了零件装夹次数,缩短了工艺路线等优点。在数 控机床上进行零件加工,工序应尽可能集中,即在一次装夹中尽可能完成大部分 或全部工序,它适合单件小批量生产。
不同的加工方法,其切削用量也不相同。 切削用量的选择应基于加工方式。粗加工时应选择尽可能大的切削深 度,再根据机床动力和刚性的限制条件选取尽可能大的进给速度,最后根据刀具 的寿命确定最佳的主轴转速(切削速度)。半精加工和精加工时应先保证加工质 量,再兼顾切削效率和加工成本,即在精加工时应选择较小的切削深度、进给速 度及较高的切削速度。
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(2)工步划分 工步划分的原则: 1)根据零件的精度要求考虑同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工
依次完成,还是全部加工表面都先粗加工后精加工分开进行。
2)对于既要加工平面又要加工孔的零件,可以采用“先面后孔”的原则 划分工步。
3)按所用刀具划分工步。
4)在一次安装中,尽可能完成所有能加工的表面,有利于保证表面相互位 置精度的要求。
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2.确定零件的加工方法 (1)旋转体零件的加工 对于旋转体的零件常选择在数控车床上进行加
工。此外,车床可以车旋转体端部的平面和旋转的沟槽。
(2)孔系零件的加工 对于孔的加工常选择在数控钻床、坐标镗床(精度 较高)和数控加工中心及内圆磨床、珩磨机(长孔)等机床上进行数控加工。
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一、数控加工概述 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。
数控机床是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床。 它是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,能实现多轴联 动。目前,它朝着高速高精、高可靠性和智能化等方向发展。数控加工是指在 数控机床上采用数控信息控制零件和刀具位移的机械加工方法,即根据零件图 样及工艺要求等原始条件,编制零件数控加工程序,并输入到数控机床的数控系 统,以控制数控机床中刀具与工件的相对运动,从而完成零件的加工。它是解决 零件品种多变、批量小、型面复杂、精度高、加工质量一致性等问题和实现高 效化和自动化加工的有效途径。