镁合金零件的机械加工与安全（共7篇）
镁合金零件的机械加工与安全 篇1
随着“镁合金应用开发与产业化”项目的深入实施，企业在实际生产中出现了不少问题，如工艺和安全方面的问题，这是因为国内大多数镁合金压铸企业第一次接触镁合金，因此，本文将对镁合金压铸零件的机械加工工艺及安全操作规程进行了概括性的介绍，以供参考。
1 镁合金的机械加工
密度为的镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%，被公认为是质量最小的结构金属材料。小批量镁合金零件的机械加工可在手动操作的小型机床上进行;大批量高效率加工镁合金零件时，采用专用的大型自动化机械加工中心或计算机数控机床将更加经济。与那些机械加工性能较差的金属材料相比，切削性能良好的镁合金具有十分突出的优点。对于镁合金，可以在高切削速度和大进给量下进行强力切削，这样机加工工时数就可以减少。因此，在完成同样的工作任务时，若采用镁合金作原材料，可以减少加工设备的台数，节约基建投资，减少占地面积，降低劳动力成本和管理费用。
1.1 镁合金的切削功率消耗
对镁合金零件进行加工时，单位体积切削量的功率消耗比其他常见金属都要低。在几种典型的切削加工速度下，各种金属相对于镁的功率消耗如表1所示。
由于镁合金导热性好、切削力小，故在加工过程中的散热速度很快，因而刀具寿命长，粘刀量少，从而可以降低刀具费用，缩短更换刀具所需的停机时间。因为镁合金易切削，其断屑性能十分良好，一般清况下只需经过一次精加工便可达到所要求的最终表面粗糙度。
1.2 镁合金材料对加工性能的影响
1.2.1 对切屑形成的影响
在机械加工过程中所形成的切屑类型，与材料成分、零件形状、合金状态及进给速度等因素相关。当采用单刃刀具进行镁合金的车、膛、刨、铣时，所产生的切屑可以分为3大类:a.在大进给量下形成粗大和断屑良好的切屑:b.在中等进给量下形成长度短和断屑良好的切屑;c.在小进给量下形成长而卷曲的切屑。
1.2.2 对扭曲变形的影响
由于镁的比热高、导热性良好，摩擦产生的热量会迅速地扩散到零件的各个部分，因此对镁合金进行切削加工时并不会产生较高的温度。但是，在高切削速度和大进给量的情况下，零件所产生的热量也是相当高的，很可能因为温度过高而发生扭曲变形。
1.2.3 对热膨胀的影响
如果对成品零件的尺寸公差要求比较严格，则在设计中必须考虑到镁的热膨胀系数这一影响因素。如果在上述加工条件下产生了相当多的热量，则很可能会影响到零件的加工精度。镁的热膨胀系数略高于铝，明显高于钢，在0℃范围内为26.6-27.4μ m/m℃。
1.2.4 对冷变形的影响
在机械加工过程中，镁合金零件很少发生因为冷变形引起的扭曲变形或翘曲。但刀具太钝、进给速度太慢以及刀具在加工过程中有停顿等不利因素时，也可能造成扭曲变形或翘曲。
1.3 刀具对镁合金零件机械加工的影响
1.3.1 刀具材料的影响
加工镁合金的刀具材料的选择取决于所需完成的机加工作量。小批
随着“镁合金应用开发与产业化”项目的深入实施，企业在实际生产中出现了不少问题，如工艺和安全方面的问题，这是因为国内大多数镁合金压铸企业第一次接触镁合金。因此，本文将对镁合金压铸零件的机械加工工艺及安全操作规程进行了概括性的介绍，以供参考。
1 镁合金的机械加工
密度为的镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%，被公认为是质量最小的结构金属材料。小批量镁合金零件的机械加工可在手动操作的小型机床上进行;大批量高效率加工镁合金零件时，采用专用的大型自动化机械加工中心或计算机数控机床将更加经济。与那些机械加工性能较差的金属材料相比，切削性能良好的镁合金具有十分突出的优点。对于镁合金，可以在高切削速度和大进给量下进行强力切削，这样机加工工时数就可以减少。因此，在完成同样的工作任务时，若采用镁合金作原材料，可以减少加工设备的台数，节约基建投资，减少占地面积，降低劳动力成本和管理费用。
1.1 镁合金的切削功率消耗
对镁合金零件进行加工时，单位体积切削量的功率消耗比其他常见金属都要低。在几种典型的切削加工速度下，各种金属相对于镁的功率消耗如表1所示。
由于镁合金导热性好、切削力小，故在加工过程中的散热速度很快，因而刀具寿命长，粘刀量少，从而可以降低刀具费用，缩短更换刀具所需的停机时间。因为镁合金易切削，其断屑性能十分良好，一般清况下只需经过一次精加工便可达到所要求的最终表面粗糙度。
1.2 镁合金材料对加工性能的影响
1.2.1 对切屑形成的影响
在机械加工过程中所形成的切屑类型，与材料成分、零件形状、合金状态及进给速度等因素相关。当采用单刃刀具进行镁合金的车、膛、刨、铣时，所产生的切屑可以分为3大类:a.在大进给量下形成粗大和断屑良好的切屑:b.在中等进给量下形成长度短和断屑良好的切屑;c.在小进给量下形成长而卷曲的切屑。
1.2.2 对扭曲变形的影响
由于镁的比热高、导热性良好，摩擦产生的热量会迅速地扩散到零件的各个部分，因此对镁合金进行切削加工时并不会产生较高的温度。但是，在高切削速度和大进给量的情况下，零件所产生的热量也是相当高的，很可能因为温度过高而发生扭曲变形。
1.2.3 对热膨胀的影响
如果对成品零件的尺寸公差要求比较严格，则在设计中必须考虑到镁的热膨胀系数这一影响因素。如果在上述加工条件下产生了相当多的热量，则很可能会影响到零件的加工精度。镁的热膨胀系数略高于铝，明显高于钢，在20200℃范围内为26.6-27.4μ m/m℃。
1.2.4 对冷变形的影响
在机械加工过程中，镁合金零件很少发生因为冷变形引起的扭曲变形或翘曲。但刀具太钝、进给速度太慢以及刀具在加工过程中有停顿等不利因素时，也可能造成扭曲变形或翘曲。
1.3 刀具对镁合金零件机械加工的影响
1.3.1 刀具材料的影响
加工镁合金的刀具材料的选择取决于所需完成的机加工作量。小批
量加工时，一般使用寿命特别长的普通碳钢刀具;大批量加工时，通常优先选用镶嵌硬质合金的刀具;当加工批量大和公差要求很严时，可以使用成本较高的镶金刚石刀头来省去繁琐的复位补偿调整工作。
1.3.2 刀具设计
加工钢和铝的刀具通常也适合于镁合金的加工，
但是，由于镁的切削力小，热容量也相当低，故其加工刀具应当具有较大的外后角、较大的走屑空隙、较少的刀刃数和较小的前角。另外，保证刀具的各个表面很平滑也是十分重要的。
1.3.3 刀具刃磨
对镁合金进行机械加工的一条重要原则是，应当使刀具保持尽可能高的锋利和光滑程度，必须没有划伤、毛刺和卷刃。如果刀具切削过其他金属，即使切削角没有改变，也应进行重新刃磨和晰磨。
刀具初磨可采用中等粒度的砂轮，然后使用精细粒度的砂轮进行刃磨，并在必要时再用细油石或超细油石进行手工珩磨。对于高速钢刀具，采用100目的氧化铝砂轮进行精磨即可获得满意的效果;对于刃磨镶嵌硬质合金的刀具，一般采用320目的碳化硅砂轮或00目的金刚石砂轮。
1.4 切削液对机械加工的影响
切削液有两大功能即冷却和润滑。由于镁的散热速度很快，可使被加工表面保持在较低的温度水平上，此外镁的易切削性使其不易与钢发生胶合，切削加工时一般不需要润滑。
加工镁合金零件时，无论用高速或低速的切削速度，用或不用切削液，都可以获得平滑的加工表面，而使用切削液主要是为了冷却工件，尽可能减少零件发生扭曲变形及切屑着火的可能性。因此，在镁合金零件的机械加工中，切削液一般被称作冷却液。在生产批量很大时，冷却液是延长刀具寿命的因素之一。
冷却液一般使用的是矿物油。矿物密封油和煤油已被成功地用作镁合金加工的冷却液。为了达到更好的冷却效果，切削油应当具有较低的粘度。为了防止镁合金零件腐蚀，切削液中的游离酸含量应低于0.2%。
2 机械加工安全操作规程
2.1 机械加工过程中的不安全因素
在对镁合金进行机械加工的过程中，产生的切屑和细粉末都有燃烧或爆炸的危险。初加工阶段产生的切屑尺寸较大，由于镁的导热率很高，产生的摩擦热可迅速散失出去，故难以达到燃点温度，此阶段事故发生较少。但在精加工阶段，由于所产生的细小切屑和细粉末具有很大的比表面积，因而很容易达到引燃温度而造成燃烧或爆炸事故。
在镁合金的加工过程中，使切屑升温到达闪点或燃烧的影响因素如下。
a.加工速度与切削速率之间的关系。在任何一组给定条件下，都存在一个可能引起燃烧的加工速度和进给速率范围。进给速率提高，切屑厚度增大，从而更不容易达到燃点温度。加工速度只要足够低，任何尺寸大小的切屑都不可能被引燃。如果加工速度足够高，由于切屑与刀具的接触时间很短，故不可能将任何尺寸大小的切屑加热到引燃温度。
b.环境的相对温度。相对温度越高，则失火的可能性越大。
c.合金的成分与状态。与多相合
金相比，单相合金更不容易失火。合金状态越均匀，则失火的可能性越小。
d.其他因素。进给速率或吃刀量太小;加工过程中的停顿时间过长;刀具的后角和容屑空间过小;在没有使用切削液的情况下采用了很高的切削速度;刀具与嵌套在铸件中的异种金属芯衬相撞时可能产生火花;镁切屑在机床周围或下方积聚等。
2.2 机械加工的安全操作规程
a.切削工具要保持锋利，并磨出较大的后角与离隙角;不允许使用钝的、粘有切屑的或破裂的刀具。
b一般情况下，尽量使用大进给量进行加工，避免使用微小的进给量，以产生较大厚度的切屑。
c.不要让刀具中途停顿在工件上。
d.使用微小切削量时，要使用矿物油冷却液来减少降温。
e.如果镁合金零件中有钢铁芯衬时，要避免与刀具相碰产生火花。
f.保持环境整齐、干净。
g.严禁在机加工工作区内吸烟、生火、电焊。
h.工作区域内应存放足量的灭火器材。
2.3 磨削加工中的安全问题
镁粉很容易燃烧，悬浮在空气中时会引起爆炸。应采取一切可能的措施，确保镁磨削粉尘的正确收集与处置。
在对镁合金零件进行干法磨削时，必须用设计得当的湿法吸尘系统将镁渣立即从工作区域中清除出去。吸尘器与磨床之间的连接管应当短而直，吸尘器应保持清洁，并将其排风口设在室外。需及时将吸尘器中的镁渣清理出去，以防止其过多积聚。在对淤渣进行处理之前，应将其保存在水中。
随时保持工作环境的整洁，对于保证磨削镁合金零件的安全至关重要。每天必须对砂轮与吸尘器之间的连接管进行至少一次检查和清理，每个月应对整个吸尘系统至少进行一次彻底的清理。不得让镁粉聚集在座椅、窗户、管路和其他水平面上。
不应将太多的吸尘设备与一个集中排放系统相连接。干燥管路很长的中央吸尘系统和带过滤器的普通吸尘系统，都不适合于收集镁粉。
如果要在带式打磨装置或圆盘式磨床上对镁合金零件进行湿法磨削，应当使用足量的切削液来收集所有粉尘，并将其输送到收集点。
因此，对镁合金零件进行磨削加工时必须采取下列预防措施。
a.必须有专门用于镁合金零件加工的磨床，并贴上“镁专用”标签。在对砂轮进行修整之前，应对吸尘器做彻底清理。
b.对用铬酸盐蚀洗过的镁合金零件表面进行返工磨削时，有可能引起火花，因此要特别小心，绝不允许有粉尘聚集在附近。
c.磨削设备操作人员应当使用平滑的帽子、平滑的手套与无口袋和袖口的平滑阻燃服，所用的围裙或防护服应当清洁无尘和易于脱下。
d.警告标志应当放置在显眼的地方。
e.工作区域内应存放足量的灭火器材。
2.4 镁屑与微细粉末的处理
干燥切屑应放置在清洁和密封的钢制容器中，并存放在不会与水接触的地方。
湿切屑与淤渣应存放在置于偏僻处的通风钢制窗口中，且必须有足够的通风量，以便使氢气逸出。把湿的切屑和细粉末
装在盖紧的容器中特别危险，因为高浓度的氢气集聚易发生爆炸。
目前，镁屑、镁粉末与淤渣的常用处理方法是，用5%的氯化铁溶液进行溶解(一般1kg干燥镁使用0.6kg氯化铁)，可在数小时内使绝大多数镁转化成不燃烧的氢氧化镁和氯化镁残渣。由于在这种反应中会产生氢气，故应在室外的敞开容器中进行处理，并严禁在反应器的周围生火吸烟或焊接作业。在配制5%的氯化铁溶液时，应将淤渣中的水考虑进去。
2.5 镁屑燃烧的灭火
a. D级灭火器。其材料通常使用氯化钠基粉末或一种经过钝化处理的石墨基粉末，其原理是通过排除氧气来闷熄灭火。
b.覆盖剂或干砂。小面积着火可用其覆盖，其原理也是通过排除氧气来闷熄灭火。
c.铸铁碎屑。在没有其他好的灭火材料的情况下也可用之，主要作用是将温度降到镁的燃点以下，而不是将火闷熄。
总之，无论在什么情况下，都不能用水或任何其他标准灭火器去扑灭由镁引起的失火。水、其他液体、二氧化碳、泡沫等都会与燃烧着的镁起反应，并且是加强火势而不是抑制火势。
镁合金零件的机械加工与安全 篇2
钛及钛合金具有强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列优点, 主要用于飞机结构中承载大、温度高的特殊载荷部位, 如发动机承载框、挂架、起落架舱框等, 并已逐步代替铝合金成为飞机主要承力结构材料, 如第三代战斗机F-15 钛合金的用量占27%, 第四代战斗机F- 22 钛合金的用量占41%, 国内钛合金的用量从歼7 ( 60 年代投产) 中的9 kg增加到歼8 ( 70 年代投产) 中的60 kg[1], 随着航空航天工业的进一步发展, 钛合金的用量比例将会进一步增加。
残余应力的测试技术始于20 世纪30 年代, 迄今为止根据资料可了解的有10 多种。其测量方法大致分为机械释放测量法和非破坏无损伤测量法2 种。其中机械释放法包括有钻孔法、切槽法、剥层法和取条法等。非破坏的无损伤测量法主要有X射线衍射法、中子衍射法、超声波法、电子散斑干涉法和磁性法[2,3,4]。在切削加工过程中, 由于机械应力与热应力共同作用, 导致塑性变形的产生, 局部体积不协调, 金相组织变化导致材料晶体体积变化等, 这些体积的变化产生的应力重新分布, 最终在全局达到一种平衡, 形成加工残余应力。80 年代后, 对残余应力的研究开始逐渐增加。Mastumoto对硬车削加工过程进行了实验研究, 指出进给量和切削深度对残余应力值几乎没有影响, 而刀具几何形状却对表层残余应力的分布影响明显[5]。Jacobson对硬车削加工M50 钢的实验研究发现, 已加工表面产生残余压应力, 大的刀具负前角和小刀尖半径更易产生残余压应力, 硬切削时切削深度对残余应力没有影响[6]。
现有的针对钛合金的表面残余应力研究已进行得较为深入, 但对于表面残余应力层沿深度方向的残余应力分布情况所进行的研究还比较少。为此, 现利用化铣剥层测试技术, 在最大限度节约研究成本的前提下, 探索TC4 材料在铣削加工过程中不同铣削参数对其表面残余应力的影响规律, 为控制已加工表面残余应力提供依据。
1 化铣剥层法测量原理
设定零件长度为L, 厚度为H, 零件的几何中间位置即为零件的中性层, 高度为H/2。假定第一次腐蚀的深度为ΔH1, 可得第一次腐蚀后中性层位置向远离加工面方向移动了。
假定零件挠度趋于稳定时一共腐蚀了n次, 第n次腐蚀的材料层厚度为 ΔHn, 此时零件剩余厚度Hn, 在腐蚀最后一残余应力层时由于没有其他残余应力共同作用, 因此可认为该层腐蚀引起的挠度变化值 ΔYn完全是由该层的残余应力 σn的释放而引起的。根据弯矩是由力与力臂的乘积来表示, 可得第n应力层弯矩计算方程:
其中: Fn为第n层的作用力; ln为第n层被腐蚀前其中心线与中性层的距离; a为条形件的宽度。
第n应力层在第n次腐蚀剥层被完全去除材料之后条形件内部所产生的弯矩变化表达式为:
其中: 上标n表示第n次腐蚀; 下标n表示第n应力层; 以下均以此含义表达。
由材料力学中弯矩与挠度的关系式可得:
其中: E为条形件材料的弹性模量, I为横截面的二次截面矩, 可将 ΔMnn通过挠度表示为:
其中: In为第n次腐蚀后条形件横截面的二次截面矩, 其表达式为:
综上各式, 可得第n层的平均残余应力表达式:
以此类推, 倒数第m层的应力可表示为:
其中: ΔMn-m+1n-m+1的值为:
综上所述, 在计算一层应力时需要考虑在其之后腐蚀的每一层应力值所引起的弯矩的变化, 以此为基础, 求得各层残余应力平均值[7]。
2 试验过程
2.1 试验方案
铣削试验方案采用单因素设计形式, 铣削参数设置如表1 所示。
2.2 工件材料
试样材料为钛合金Ti6Al4V板材, 材料主要化学成分见表2。从同一板材割取170 mm×20 mm×5 mm尺寸试样若干。先进行退火处理消除原先内应力 ( 退火温度600 ℃ ) , 保温2 h, 随炉冷却。试样如图1 所示。
2.3 加工设备与刀具
机床为Mikron UCP710 五坐标高速加工中心, 使用M.A.FORD 17762900A型硬质合金刀具。工件的装夹和切削方式如图2 所示。
2.4 测量设备
激光位移传感器1 台, TH5660A立式加工中心1 台, 笔记本电脑1 台, 测厚规1 个。
2.5 试验方法
钛合金的化铣液选用HNO3做氧化剂, 主要作用是抑制氢的生成和提高化铣表面的粗糙度; HF做腐蚀剂, 作用是加速钛的腐蚀溶解 ( 其中每次化铣剥层HNO3用量60ml, HF 30ml, H2O 150ml, 以此保证腐蚀速率约为5 um / min) [8,9]。使用硅胶和胶布对条形件的侧面及背面进行密封, 防止因腐蚀对挠度的精确测量造成影响。通过控制腐蚀时间 ( 约2 min) , 确保每次腐蚀厚度在10 um左右, 腐蚀过程中均匀搅拌化铣液以保证条形件腐蚀均匀, 取出条形件后立即用水清洗。
在化铣剥层开始前, 需要首先测量条形件背面的原始轮廓。使用夹具将零件固定, 记录下此时零件的位置, 以便此后的测量均在此位置进行, 确保测量的精确性。将条形件加工面朝下并在机床工作台固定完毕后, 把激光位移传感器固定在机床主轴上, 设定程序, 使条形件相对于激光位移传感器做匀速直线运动, 如图3 所示。得到背面轮廓数据后去除两端50 mm的部分, 留下中间长度120 mm加工部分背面轮廓线, 将挠度曲线旋转至两端水平得到轮廓曲线W1。将加工背面、侧面密封好后的条形件放入化铣液中剥层。使用计时器计时, 约2 min将条形件取出, 去除背面的胶布, 使用精度为0.001 mm的测厚规测量被腐蚀条形件的厚度, 为保证测量精度, 这里使用多次测量求平均值的方法进行测量。而后, 继续使用激光位移传感器扫描条形件的背面, 得到轮廓曲线, 处理方式如同W1, 得到轮廓曲线W2, 求得曲线W2与W1之差, 可得挠度为Y1的抛物线, 如图4 所示。
重复上述操作, 直至条形件的挠度几乎不变为止, 此时的铣削加工残余应力层已被基本腐蚀完毕。
3 实验结果与分析
将测得的数值带入之前的公式中计算可得不同加工参数下随深度变化的残余应力值曲线如图5、图6、图7、图8 所示 ( 1-5 的序号是表1 中加工参数由小到大依次对应) 。
已加工表面应力状态随材料性能和切削条件的不同而有所差异, 可表现为拉应力或压应力[10,11]。在钛合金顺铣加工中, 残余应力的产生主要与铣削力和铣削热引起的塑性变形有关。
图5 为残余应力随径向切深的变化曲线。当径向切深由0.2 mm到1 mm变化时, 表面残余压应力值有明显增大趋势。这是因为随着径向切深增大, 铣削面积增大, 铣削力增大, 所产生的切削热增多, 但此时切削刃参与工作的长度增加, 改善了散热条件, 导致切削温度变化不明显, 因此由冷塑性变形产生的压应力增大。
图7 为残余应力随每齿进给量变化曲线。当每齿进给量由0.026 mm~ 0.033 mm变化时, 表面残余压应力值有明显增大趋势。这是因为随着每齿进给量增加, 金属切除率增大, 单位时间所产生的热量也增多, 导致切削温度升高, 使热塑性变形引起的拉应力与冷塑性变形引起的压应力相互抵消一部分, 但此时依然是冷塑性变形占据主导地位, 因此, 表现为条形件表面的残余压应力水平降低, 逐步趋向于拉应力。
图8 为残余应力随铣削速度变化曲线。当铣削速度由50.24 m/min ~ 150.72 m/min变化时, 表面残余压应力值逐步减小。这是因为随着铣削速度增加, 铣削力降低, 铣削温度升高, 由冷塑性变形引起的压应力减小, 同时由于热塑性引起的拉应力与冷塑性引起的压应力相互抵消一部分, 但是冷塑性变形依然占据主导地位, 因此表现为条形件表面的残余压应力水平降低。
综上所述, 铣削加工在工件表面产生的残余应力在深度方向上由压应力逐步变为拉应力, 总体范围在-90 MPa与30 MPa之间。随着铣削速度增加, 残余应力沿深度方向的绝对值减少。随每齿进给量增加, 残余应力沿深度方向的绝对值减小。通过数据的对比可以发现, 随径向切深增加, 条形件表面的压应力有整体增大的趋势。轴向切深的改变对残余应力的影响基本可以忽略。
4 结语
1) 铣削加工在工件表面产生的残余应力在深度方向上由压应力逐步变为拉应力, 且随着铣削速度的增加, 沿深度方向的残余压应力值呈现减小趋势; 随着每齿进给量的增加, 其沿深度方向的压应力值呈现减少趋势; 随径向切深增加, 条形件表面的压应力值有增大趋势; 轴向切深的改变对残余应力值几乎没有影响。
2) 通过改变铣削参数, 有可能产生定制化的残余应力。这对于改善工件表面完整性, 提高工件的疲劳寿命和抗应力腐蚀性能具有重要的指导意义。
参考文献
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镁合金零件的机械加工与安全 篇3
(一)图案填充命令启动命令◆命令：Bhatch◆“绘图”菜单在“绘图”菜单中单击“图案填充”选项◆“绘图”工具栏在“绘图”工具栏中单击图案填充图标用任意一种方式启动命令后，系统弹出如图13-1所示的“边界图案填充”对话框快速选项卡，
AutoCAD2007机械制图教程-5图案填充、块创建与插入、技术要求、绘制零件图
。该对话框的主要选项含义如下：1.类型设置图案类型。在其下拉列表选项中“预定义”为用AutoCAD的标准填充图案文件中的图案进行填充;“用户定义”为用用户自己定义的图案进行填充;“自定义”表示选用ACAD.PAT图案文件或其它图案中的图案文件。2.图案确定填充图案的样式。单击下拉箭头，出现填充图案样式名的下拉列表选项供用户选择;单击其右边的对话框按钮图标将出现如图13-2所示的“填充图案调色板”对话框，显示系统提供的填充图案。用户在其中选中图案名或者图案图标后，单击“确定”按钮，该图案即设置为系统的默认值。机械制图中常用的剖面线图案为ANSI31。3.样例显示所选填充对象的图形。4.角度设置图案的旋转角。系统默认值为0。机械制图规定剖面线倾角为45°或135°，特殊情况下可以使用30°和60°。若选用图案ANSI31,剖面线倾角为45°时，设置该值为0°;倾角为135°时，设置该值为90°。5.比例设置图案中线的间距，以保证剖面线有适当的疏密程度。系统默认值为1。6.拾取点提示用户选取填充边界内的任意一点。注意：该边界必须封闭。7.选择对象提示用户选取一系列构成边界的对象以使系统获得填充边界。8.预览预览图案填充效果。9.确定结束填充命令操作，并按用户所指定的方式进行图案填充。实例讲解以轴承座为例，介绍用AutoCAD表达机件视图的步骤和方法。1、创建或调用样板图。2、布图打开中心线层，运用直线命令绘制图中的主要中心线。这一步应注意中心线的位置安排要考虑给尺寸标注留出空间。3、画机件的主、左视图。如图13-3。4、选择适当的表达方法并修改视图。如图13-4。图13-3图13-4
5、画剖面符号。方法和步骤如下：
1、启动“图案填充”命令。
2、在如图13-1所示的“边界图案填充”对话框“快速”选项卡中，选取“类型”为“预定义”;“图案”为ANSI31;角度为0°;比例为2。3、单击“拾取点”按钮，在要画剖面线的区域内取点。如图13-4左视图中的1、2、3点。此时，选中的区域内亮显。4、回车，返回“边界图案填充”对话框。5、单击“预览”按钮，预览剖面线在图中的显示情况。6、单击“确定”按钮，将剖面线绘制到图中。如图13-5。
图13-5
7、存盘退出。
(二)AutoCAD中块的创建和插入用AutoCAD绘图的最大优点就是AutoCAD具有库的功能且能重复使用图形的部件。利用AutoCAD提供的块、写入块和插入块等操作就可以把用AutoCAD2007绘制的图形作为一种资源保存起来，在一个图形文件或者不同的图形文件中重复使用。一、创建及插入AutoCAD2007中的块分为内部块和外部块两种，用户可以通过“块定义”对话框精确设置创建块时的图形基点和对象取舍。1、图块及其作用~图块是由一个或者多个对象组成的对象集合。~使用图块可以简化绘图过程。~使用图块能系统地组织绘图任务。~使用图块能减小图形文件的大小。2、存储图块(WBLOCK)在“写块”对话框中，确定块的组成对象、插入基点、图块文件名及存盘位置等。注：~启动存储图块命令的方法是：在命令窗口键入“WBLOCK”或别名“W”。~执行WBLOCK命令之前，构成块的组成对象必须已经生成。~用存储图块命令(WBLOCK)定义的图块能被别的图形文件引用。3、插入图块(INSERT)【插入】→【块…】在“插入”对话框中确定图块文件名、插入点、比例因子和旋转角度等。4、定义块属性(ATTDEF)【绘图】→【块】→【定义属性…】打开“属性定义”对话框，设置属性标记、输入提示、缺省属性值、插入点、属性模式和文字格式等。创建粗糙度图块及其属性的方法步骤：1、绘制粗糙度符号。2、创建属性定义。3、创建粗糙度图块(块的组成对象为粗糙度符号及所定义的属性)。5、编辑属性值(ATTEDIT)【修改】→【对象】→【属性】→【单个…】选择带属性的块参照后，在打开的“编辑属性”对话框中修改其属性值。补充说明：最好在0层定义图块，这样做的好处是：无论图块 入到哪一个图层，块中对象的颜色、线型和线宽特性都将与插入层的颜色、线型和线宽设置保持一致。(三)用AutoCAD标注技术要求一、创建、标注表面粗糙度1、创建粗糙度符号(1)、绘制如图13-9所示的表面粗糙度符号。(2)、在“格式”下拉式菜单中单击“文字样式”子菜单，弹出“文字样式”对话框，在其中设置“字高”为“0”，“宽度比例”为“0.7”。图13-9图13-10
(3)、单击“绘图”工具栏上的创建块图标，AutoCAD弹出如图13-10所示的“块定义”对话框，在“名称”输入框中输入“粗糙度”;单击“选择对象”按钮，在屏幕上将粗糙度符号与属性一起定义成块，然后单击“拾取点”，确定图13-9中的插入点b，单击“确定”系统弹出“编辑属性”对话框，在其中可修改粗糙度的默认值，再单击“确定”即完成块定义。
2、插入粗糙度符号单击“绘图”工具栏上的插入块图标，AutoCAD弹出“插入”对话框，在“名称”输入框选择“粗糙度”，确定“插入点”和“旋转”为在屏幕上指定，缩放比例为统一比例后在屏幕上选取插入点(应用对象捕捉中的“最近点”，将粗糙度符号插入到需要的位置并旋转角度(15)。此时命令窗口将提示用户输入新的粗糙度值(6.3)。如图13-11。图13-11二、标注尺寸公差•启动命令：◆命令mstyle◆“标注”菜单在“标注”菜单中选择“样式”子菜单◆“标注”工具栏在“标注”工具栏中单击标注样式图标2、启动命令后，可利用“标注样式管理器”对话框设置尺寸公差标注样式。在“标注样式管理器”对话框中，单击“新建”按钮，AutoCAD弹出一个“创建新标注样式”对话框，在“新样式名”中输入名称后，对话框变成如图13-15所示的“新建标注样式”，单击“公差”选项，就可完成设置。各选项含义如下：图13-15“公差”选项卡3、公差格式选项组设置公差格式。(1)方式设置公差表示形式，其下拉表中有五种选项：无-无公差标注，如图13-16(a);对称-对称分布标注，如图13-16(b);极限偏差-上下偏差数值不等，符号为正或负，如图13-16(c);极限尺寸-用极限尺寸标注,如图13-16(d);基本尺寸-标注基本尺寸,如图13-16(e)(a)(b) (c)(d)(e)图13-16尺寸公差格式三、标注形位公差1、功能：标注形位公差。2、启动命令：◆命令：Tolerance◆“标注”菜单在“标注”菜单单击“形位公差”子菜单◆“标注”工具栏在“标注”工具栏上单击形位公差图标用上述方法中任一种命令输入，则AutoCAD会弹出如图13-17所示的“形位公差”对话框。图13-17“形位公差”对话框例：标注图13-18零件图中的圆度和圆柱度误差。1.在“标注”工具栏中单击“快速引线标注”图标启动快速引出标注命令，绘制形位公差标注引线;2.绘制基准符号，用单行文字输入方法和移动命令在其中输入“B”;图13-183.在“标注”工具栏中单击“形位公差”图标，在弹出的“形位公差”对话框中单击“符号”框弹出如图13-19“符号”选择框，选择圆柱度符号;单击公差1拾取直径符号“φ”，在其输入框中输入0.012;在基准1中输入“B”。4.单击“确定”，完成该项形位公差的标注。图13-19“符号”选择框(四)用AutoCAD绘制零件图轴类零件是最常见的零件之一，这类零件的视图较简单。下面以图13-21所示轴为例，介绍用AutoCAD2007绘制零件图的步骤和方法。一、调用A3样板图二、绘制视图1.打开1层，用直线命令绘制轴的中心线。注意其位置要使图形布局合理;用偏移命令绘制轴线上方的主要轮廓线;用修剪命令进行修剪。如图13-21。图13-212.用倒角、画圆及修剪命令绘制齿形轮廓、键槽和倒角。修改中心线属性。3.用镜像命令复制轴线下方的轮廓;单击“绘图”工具栏上的“样条曲线”图标，绘制局部断裂线;作移出剖面图并标注;用图案填充命令绘制剖面线。4.标注尺寸、技术要求在“格式”下拉式菜单中选择“尺寸样式”项利用对话框设置尺寸标注样式并进行尺寸标注;打开文字层，用多行文字输入方法填写技术要求及标题栏。如图13-24。图13-245.检查。6.存盘或打印输出。u总结与巩固(小结、考核知识点、作业等)(课堂小结)1、图案填充命令，2、块的创建与插入，3、标注技术要求，4、用AutoCAD绘制零件图的步骤，(上机作业)习题指导：P25、P26、P27,课后练习第六讲图案填充、块创建与插入、技术要求、绘制零件图(一)图案填充命令启动命令◆命令：Bhatch◆“绘图”菜单在“绘图”菜单中单击“图案填充”选项◆“绘图”工具栏在“绘图”工具栏中单击图案填充图标用任意一种方式启动命令后，系统弹出如图13-1所示的“边界图案填充”对话框快速选项卡。该对话框的主要选项含义如下：1.类型设置图案类型。在其下拉列表选项中“预定义”为用AutoCAD的标准填充图案文件中的图案进行填充;“用户定义”为用用户自己定义的图案进行填充;“自定义”表示选用ACAD.PAT图案文件或其它图案中的图案文件。2.图案确定填充图案的样式。单击下拉箭头，出现填充图案样式名的下拉列表选项供用户选择;单击其右边的对话框按钮图标将出现如图13-2所示的“填充图案调色板”对话框，显示系统提供的填充图案。用户在其中选中图案名或者图案图标后，单击“确定”按钮，该图案即设置为系统的默认值。机械制图中常用的剖面线图案为ANSI31。3.样例显示所选填充对象的图形。4.角度设置图案的旋转角。系统默认值为0。机械制图规定剖面线倾角为45°或135°，特殊情况下可以使用30°和60°。若选用图案ANSI31,剖面线倾角为45°时，设置该值为0°;倾角为135°时，设置该值为90°。5.比例设置图案中线的间距，以保证剖面线有适当的疏密程度。系统默认值为1。6.拾取点提示用户选取填充边界内的任意一点。注意：该边界必须封闭。7.选择对象提示用户选取一系列构成边界的对象以使系统获得填充边界。8.预览预览图案填充效果。9.确定结束填充命令操作，并按用户所指定的方式进行图案填充。实例讲解以轴承座为例，介绍用AutoCAD2004表达机件视图的步骤和方法。1、创建或调用样板图。2、布图打开中心线层，运用直线命令绘制图中的主要中心线。这一步应注意中心线的位置安排要考虑给尺寸标注留出空间。3、画机件的主、左视图。如图13-3。4、选择适当的表达方法并修改视图。如图13-4。图13-3图13-4
5、画剖面符号。方法和步骤如下：
1、启动“图案填充”命令。
2、在如图13-1所示的“边界图案填充”对话框“快速”选项卡中，选取“类型”为“预定义”;“图案”为ANSI31;角度为0°;比例为2。3、单击“拾取点”按钮，在要画剖面线的区域内取点。如图13-4左视图中的1、2、3点。此时，选中的区域内亮显。4、回车，返回“边界图案填充”对话框。5、单击“预览”按钮，预览剖面线在图中的显示情况。6、单击“确定”按钮，将剖面线绘制到图中。如图13-5。
图13-5
7、存盘退出。
(二)AutoCAD中块的创建和插入用AutoCAD绘图的最大优点就是AutoCAD具有库的功能且能重复使用图形的部件。利用AutoCAD提供的块、写入块和插入块等操作就可以把用AutoCAD2007绘制的图形作为一种资源保存起来，在一个图形文件或者不同的图形文件中重复使用。一、创建及插入AutoCAD2007中的块分为内部块和外部块两种，用户可以通过“块定义”对话框精确设置创建块时的图形基点和对象取舍。1、图块及其作用~图块是由一个或者多个对象组成的对象集合。~使用图块可以简化绘图过程。~使用图块能系统地组织绘图任务。~使用图块能减小图形文件的大小。2、存储图块(WBLOCK)在“写块”对话框中，确定块的组成对象、插入基点、图块文件名及存盘位置等。注：~启动存储图块命令的方法是：在命令窗口键入“WBLOCK”或别名“W”。~执行WBLOCK命令之前，构成块的组成对象必须已经生成。~用存储图块命令(WBLOCK)定义的图块能被别的图形文件引用。3、插入图块(INSERT)【插入】→【块…】在“插入”对话框中确定图块文件名、插入点、比例因子和旋转角度等。4、定义块属性(ATTDEF)【绘图】→【块】→【定义属性…】打开“属性定义”对话框，设置属性标记、输入提示、缺省属性值、插入点、属性模式和文字格式等。创建粗糙度图块及其属性的方法步骤：1、绘制粗糙度符号。2、创建属性定义。3、创建粗糙度图块(块的组成对象为粗糙度符号及所定义的属性)。5、编辑属性值(ATTEDIT)【修改】→【对象】→【属性】→【单个…】选择带属性的块参照后，在打开的“编辑属性”对话框中修改其属性值。补充说明：最好在0层定义图块，这样做的好处是：无论图块 入到哪一个图层，块中对象的颜色、线型和线宽特性都将与插入层的颜色、线型和线宽设置保持一致。(三)用AutoCAD标注技术要求一、创建、标注表面粗糙度1、创建粗糙度符号(1)、绘制如图13-9所示的表面粗糙度符号。(2)、在“格式”下拉式菜单中单击“文字样式”子菜单，弹出“文字样式”对话框，在其中设置“字高”为“0”，“宽度比例”为“0.7”。图13-9图13-10
(3)、单击“绘图”工具栏上的创建块图标，AutoCAD弹出如图13-10所示的“块定义”对话框，在“名称”输入框中输入“粗糙度”;单击“选择对象”按钮，在屏幕上将粗糙度符号与属性一起定义成块，然后单击“拾取点”，确定图13-9中的插入点b，单击“确定”系统弹出“编辑属性”对话框，在其中可修改粗糙度的默认值，再单击“确定”即完成块定义。
加工中心加工零件的基本操作过程 篇4
主要讲解加工中心操作面板上各个按键的功用，使学生掌握加工中心的调整及加工前的准备工作以及程序输入及修改方法。最后以一个具体零件为例，讲解了加工中心加工零件的基本操作过程，使学生对加工中心的操作有一个清楚的认识。
一、加工要求
加工如下图所示零件。零件材料为 LY12，单件生产。零件毛坯已加工到尺寸。
选用设备： V-80 加工中心
二、准备工作
加工以前完成相关准备工作，包括工艺分析及工艺路线设计、刀具及夹具的选择、程序编制等。
三、操作步骤及内容
1、开机，各坐标轴手动回机床原点
2、刀具准备
根据加工要求选择Φ20 立铣刀、Φ5中心钻、Φ8麻花钻各一把，然后用弹簧夹头刀柄装夹Φ20立铣刀，刀具号设为T01，用钻夹头刀柄装夹Φ5中心钻、Φ8麻花钻，刀具号设为T02、T03，将对刀工具寻边器装在弹簧夹头刀柄上，刀具号设为 T04。、将已装夹好刀具的刀柄采用手动方式放入刀库，即）输入 “T01 M06”，执行）手动将 T01 刀具装上主轴）按照以上步骤依次将 T02、T03、T04 放入刀库
4、清洁工作台，安装夹具和工件
将平口虎钳清理干净装在干净的工作台上，通过百分表找正、找平虎钳，再将工件装正在虎钳上。
5、对刀，确定并输入工件坐标系参数）用寻边器对刀，确定 X、Y 向的零偏值，将 X、Y 向的零偏值
输入到工件坐标系 G54 中，G54 中的 Z 向零偏值输为 0 ；）将 Z 轴设定器安放在工件的上表面上，从刀库中调出 1 号刀具装上主轴，用这把刀具确定工件坐标系 Z 向零偏值，将 Z 向零偏值输入到机床对应的长度补偿代码中，“+”、“-” 号由程序中的 G43、G44 来确定，如程序中长度补偿指令为 G43，则输入 “-” 的 Z 向零偏值到机床对应的长度补偿代码中；）以同样的步骤将 2 号、3 号刀具的 Z 向零偏值输入到机床对应的长度补偿代码中。
6、输入加工程序
将计算机生成好的加工程序通过数据线传输到机床数控系统的内存中。
7、调试加工程序
采用将工件坐标系沿 +Z 向平移即抬刀运行的方法进行调试。）调试主程序，检查 3 把刀具是否按照工艺设计完成换刀动作；）分别调试与 3 把刀具对应的 3 个子程序，检查刀具动作和加工路径是否正确。、自动加工
确认程序无误后，把工件坐标系的 Z 值恢复原值，将快速移动倍率开关、切削进给倍率开关打到低档，按下数控启动键运行程序，开始加工。加工过程中注意观察刀具轨迹和剩余移动距离。
9、取下工件，进行检测
选择游标卡尺进行尺寸检测，检测完后进行质量分析。
10、清理加工现场
薄壁螺纹零件的滚压加工工艺 篇5
薄壁零件在现代工业的各个领域都有应用，如汽车制造业、军事工业等。
不可否认在薄壁零件加工中是存在一定问题，常常会出现不合格的零件，造成浪费。
所以我们有必要通过对薄壁零件加工工艺问题的分析研究，优化薄壁零件制造加工措施，进而解决薄壁零件加工中所存在的问题，保证薄壁零件的精度和质量，提高所制造加工零件的合格率。
关键词：薄壁零件 车削加工 车工夹具
引言
薄壁零件因它具有重量轻，节约材料， 结构紧凑等特点而广泛应用于产品生产中。
但薄壁零件的加工特别是在车削加工过程中，由于薄壁零件刚性原因，如果不采取措施，常常会因为夹紧力、车削力、车削热、内应力、振动与变形等，使工件产生较大的变形，导致零件的加工质量难以保证。
我校在满足正常专业技能教学的前提下，积极进行产教结合，让学生参与产教结合工作，既提高了教师的能力水平，也锻炼了学生，使教师和学生在实际生产中不断提高技能，同时也减少了实习教学消耗。
薄壁零件(如图1) ，是我校外加工产品中的一种零件，它生产批量较大，为了提高产品的合格率和加工效率，便利用数控车床进行加工，并进行夹具的改装，从而解决了薄壁零件刚性差，强度弱的问题，有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形，并提高了零件的加工精度，保证了产品的质量。
一、影响薄壁零件加工精度因素分析
铝合金零件数控铣削加工 篇6
使用数控加工中心设备加工铝合金零件,实现高效、高精度的数控加工,是多种工艺条件之间相辅相成、综合作用的结果.这些工艺条件除了包括机床、刀具、卡具、附具甚至切削液等硬件因素之外,还包括切削参数的选用、工序安排、零件结构特点的考虑、编程系统功能等软件因素,此外还要考虑付出的加工成本,忽略了任何一个因素,都不能得到好的加工效果.硬件条件是基础,但往往受客观条件的限制,在必备的硬件条件基础上,合理地安排利用软件条件,才能达到需要的加工效果,下面就使用数控加工中心设备加工铝合金零件的数控加工工艺方法进行探讨.
1 机床的选用
机床是加工过程中最基本、最重要的硬件条件,机床的形式、特点、功能、精度等因素会直接影响到数控加工效率、成本及质量.不同结构形式的机床适合不同结构形式的零件加工,在实际加工过程中,必须根据具体的零件的结构特性,选用相应类型的机床.
一般来说,按机床大小、功能及形态分类,可分为卧式加工中心、立式加工中心、立卧转换加工中心、龙门加工中心四大类.
1.1 卧式加工中心
卧式加工中心是主轴处于水平状态的加工中心,通常带有可编程的数控回转工作台.常见的是3个直线运动坐标加一个回转工作台运动坐标,既X、Y、Z、C 4个运动轴,可实现四轴联动,它能够使工件在一次装夹后完成多个侧面的加工,但不能与顶面和底面同时加工,也可作多个坐标的联合运动,以便加工复杂的空间曲面,适宜复杂的箱体类零件、泵体、阀体等零件的加工. 有的卧式加工中心带有自动交换工作台,在对位于工作台上的工件进行加工的同时,可以对位于装卸位置工作台上的工件进行装卸,从而大大缩短辅助时间,提高加工效率.
1.2 立式加工中心
立式加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心.一般具有3个直线运动坐标轴,既X、Y、Z轴,有的配置绕Z轴回转的可编程数控回转工作台,既C轴,有的配置绕X轴回转的可编程数控转轴,既A轴,这样可扩展成四轴、五轴机床,最少是能实现三轴二联动,一般可实现三轴三联动,扩展后的机床可实现四轴四联动或五轴五联动,能够完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等工序,主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件.
由于立式加工中心立柱高度是有限的,因此对箱体类工件加工范围要减少,这是立式加工中心的缺点,但立式加工中心工件装夹、定位方便,刃具运动轨迹易观察,调试程序检查测量方便,可及时发现问题,进行停机处理或修改,冷却条件易建立,切削液能直接到达刀具和加工表面,3个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合,感觉直观与图样视角一致,切屑易排除和掉落,避免划伤加工过的表面.
1.3 龙门加工中心
与龙门铣床类似,龙门加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的大型加工中心,龙门由一个横梁和2个立柱构成.一般加工范围在2 m以上,适应于大型复杂的工件加工.
1.4 立卧转换加工中心
立卧转换加工中心同时具有立式加工中心和卧式加工中心的优点,一次装夹后可连续对五面体进行加工,相对于立式、卧式而言,可减少装卡次数,因此是一种高性能、高效率的数控机床,深受很多用户的欢迎,加工范围一般在1 m左右,但设备价格较高.
1.5 选用合适加工设备
每类机床有自己独特的加工特点,在对铝合金零件加工时,首先要根据零件的尺寸大小、结构特性,选择相应功能的机床进行加工,这样才能充分发挥机床自有的功能效率,取得最好的效果.
2 机床切削参数的选取
使用数控加工中心加工铝合金零件时,根据机床和切削刀具等设备条件合理确定主轴转速、切削速度、进给率等机床切削参数是关键环节,直接影响到零件的加工质量和刀具的利用率.
主轴转速与切削速度之间遵循下面的计算公式
其中:n为主轴转速;vc为选定的切削速度;d为工件或刀具直径.
既主轴转速是根据刀具-工件两者材料选定切削速度,再根据直径(车削为工件直径,铣削一般为铣刀直径)来计算.
由式(1)可知,机床的主轴转速由刀具的切削速度Vc与刀具直径来确定.
主轴转速n和刀具切削速度Vc是分别用来描述机床性能和刀具切削性能的两个重要的、客观存在的性能指标,这两个指标是随着时代、技术的发展而不断变化的.
2.1 主轴转速
主轴转速是机床的一个重要性能指标,每台机床的主轴转速是不同的,有着很大的差异.以能达到的最大转速能力来衡量,通常分为4 000 r/min 、8 000 r/min、12 000 r/min、24 000 r/min、40 000 r/min几个档次范围,现在有的小型加工中心的最高主轴转速甚至可以达到60 000 r/min,目前我国绝大多数的小型加工中心的配置是4 000 r/min、8 000 r/min、12 000 r/min这几个档次.
2.2 刀具的切削速度Vc
每种刀具在切削不同材质的零件加工过程中,刀具的制造厂商会给出不同的推荐值范围,一般来说,被切削的材料的硬度越低,则推荐值越高.
该指标由刀具自身直径大小、制造时采用的材质、自身结构设计水平及制造工艺水平、表面涂层技术等诸多制造条件决定,是刀具自身的性能指标,在使用刀具进行切削加工时,应按照厂商的推荐,合理地利用刀具,选择合适的切削速度,不仅有利于刀具的使用寿命,同时也会大大地提高加工效率.
加工铝合金时,综合考虑到刀具的成本、加工效率等因素,一般可采用高速钢材质或硬质合金材质的刀具,根据工作经验,推荐使用硬质合金刀具进行铝合金的铣削加工,可获得很好的加工质量和效率.
2.3 刀具的切削速度Vc与主轴转速
刀具商在提供刀具的时候,会给出刀具的2个切削性能参数,既Vc(刀具的线速度,单位:m/min)和f(刀具每转进给量,单位:mm/z),按照
刀具Vc=220 m/min,刀具直径d=20 mm,f=
确定主轴转速n后,由公式F=f×n计算进给率
F=f×n=3 500×0.5=1 750 mm/min
这样就得到了在数控编程时需要输入的进给率F=1 750 mm/min
既由Vc计算出n,由n、f计算出F.
3 常用的加工方法
使用数控加工中心加工铝合金零件,针对不同结构特点,应该采用不同的方法进行加工,如毛坯获得、装卡方式、编程方法等,下面就几种常用的加工方法进行探讨.
3.1 面板、盖类零件的数控加工
铝合金零件的加工中,经常会遇到面板、盖类结构零件,一般厚度在3～20 mm之间,对于这类零件,可采用如下的方法进行加工,如图1所示.
在装卡方法上采用压板压边的方法,零件毛坯预先留出压板压边余量5～8 mm,留出铣刀切断余量(依据选用切断铣刀直径),图1中两虚线之间为刀具直径余量,留出刀具和压板之间1～2 mm的间隙余量.为保护工作台,零件的底部可加一块垫板,零件长边可增加压板数量,保证毛坯板料在加工过程中不产生抖动.
采用这种方式进行装卡,由于零件四周都被压板牢牢地压住,不仅确保在加工过程中零件相对位置保持不变,还可以省去毛坯外形的粗加工工序,使得零件内部形状与外形在一次装卡中完成加工,保证了零件的尺寸精度和位置精度.尤其是对外形带有圆角、倒角、斜边等形状的板类零件.
3.2 内部型腔的数控加工
内部型腔的数控加工是指不需要加工外型,只需加工内部型腔的数控加工.符合这种加工方式的这类零件的结构特点是存在一个或几个内部型腔,型腔的开口在结构体的一个面上或上下相对的2个面上,一般具有规则的长方形或圆形外形,且其外形可通过普通机床加工获得.
对于这类零件,只需在数控机床上加工内部型腔,而外形采用普通机床加工成方形或圆形坯料(可直接加工到图纸尺寸),这样做的目的是可以更加合理、有效地利用企业的工艺资源,在装卡上可采用平行钳或圆盘直接装卡毛坯外形.
因加工去料都在毛坯的内腔,为减少加工工序,节省周转时间,最好采用过中心的切削刃刀具进行加工,这样可以直接采用斜线或螺旋入刀方式,不用预先钻工艺孔.
3.3 外形与内部型腔的数控加工
外形与内部型腔的数控加工是指零件的外形和内部型腔需要在一次装卡的条件下同时进行的数控加工.该类零件的结构较只有内部型腔加工的零件类复杂,一般要求在数控机床上通过一次装卡,同时加工出复杂的型腔和外形,这样能够保证零件外形与内部型腔之间的相对精度的同时,减少装卡次数,提高加工效率.
零件的装卡要根据具体的结构特点装卡不同的位置,一般存在以下两种情况.
一种情况是零件的结构特点提供了可用于装卡的外形位置,如零件具有台阶类外形,或者只有部分外形需要进行数控加工,但仍然有可利用的外形进行装卡,这种情况下采用装卡外形的方式实现数控加工,毛坯外型可由普通机床加工得到.
另一种情况是零件的结构特点没有提供可用于装卡的外形位置,这种情况下,需要通过毛坯留出装卡余量,在进行完数控加工外形和腔体后去掉装卡余量.
3.4 不需开粗的曲面加工
对于有些曲面的数控加工,如果球刀可以直接从毛坯的外部切入曲面,那么可以省略使用平底刀层切的粗加工工序,利用球刀的侧刃,沿零件外形的方向走刀,渐渐地切入曲面,每个切入步距依照曲面光洁度要求进行调整,一般可选用0.1～0.2 mm的步距,进给率F可选5 000 m/min左右,初始进刀的地方由于占用一个刀具半径的毛坯量,为避免较大的切削量,可通过数模的构造或编程软件进行调整,保证初始切入时侧刃切削量满足刀具强度要求.
采用这种方法加工曲面,要求曲面的高度差要小于球刀的有效切削侧刃高度.
3.5 通过刀轨偏置实现多件加工
利用刀轨的偏置实现零件的多件加工,是提高加工效率的一种十分有效的方法,一般可通过2种方式实现.
一种是通过设置多个编程原点的方法来实现.既利用多个机床提供的偏置寄存器建立多个工件坐标系.例如可使用偏置寄存器G54记录一个原点、G55记录另一个原点,依次类推,在装卡工件时使用定位的方法,使工件的装卡位置与每个编程原点坐标系对应,或者是通过对刀得到每个工件的原点坐标值,再传递给G54、G55等偏置寄存器进行记录,这样可使用同一个数控程序,实现多个零件的加工.
另一种方法是使用同一个编程原点,利用机床或编程软件的刀轨偏置功能(如偏移、镜像、旋转、复制等功能),生成多个位置的刀轨轨迹,由于刀轨是在编程系统中预先偏置生成的,因此要求在装卡工件时要保证工件在工作台上的实际偏置距离与编程中的偏置距离保持一致.
3.6 合理地利用及设计工装卡具
为能充分发挥数控加工中心的效率,或者是要保证精度要求,在有些情况下,必须进行装卡具的合理设计,配合加工中心,完成零件加工.
由于装卡具的设计、制造是一门复杂、专业的学科,并且与加工零件的结构特点、工艺安排密切结合在一起的,这里无法展开叙述,文中提到这点,是想说明在数控加工过程中合理地利用、设计装卡具的必要性,或者说它是加工过程中必须考虑的一个重要环节,必须要依据每个加工的具体特点给予考虑.
如某些铸件毛坯、局部尺寸已经到量的毛坯或者是具有薄壁的特征零件,在数控加工中心上进行数控加工时,为避免在装卡时产生的过量变形,常常需要自行设计内胎进行定位支撑.
在某些批量生产的条件下,通过自制工装卡具,或者是组合卡具,可提高零件的装卡精度和装卡效率,起到事半功倍的效果.
4 结 束 语
对于铝合金零件的数控加工,要实现高效、高精度加工的目的,需要多种工艺基础条件的支持,片面地强调某一种条件都是不能达到既定目的.在实际的加工实践中,必须依据企业自身的各种工艺基础条件,合理地安排加工工序,合理地使用机床、刀具、卡具、附具等工艺资源.只有这样,才能充分挥数控机床的作用,实现高效、高精度加工.
参考文献
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[3]李海泳.张森棠.赵明,等.UG NX数控加工技术[M].北京:清华大学出版社,2006.
[4]上海市金属切削技术协会.金属切削手册[M].上海:上海科学技术出版社,2001.
某轴类零件的加工工艺分析 篇7
【摘要】现如今机械加工的水平越来越高，在轴类零件的加工中，数控机床也扮演着越来越重要的角色。本文主要针对某种轴类零件进行加工工艺的分析，着重介绍加工的细节。
1引言
本次所加工的连接轴属于台阶轴类零件，是由圆柱面、轴肩、轴端螺纹孔、键槽等组成。轴肩是用来固定安装在轴上的轴承，键槽用于安装键，以传递转矩;螺纹用于安装吊钩锁紧螺母。
2加工图纸分析
根据工作性能与条件，该传动轴规定了主要轴颈（含有键槽）以及轴肩有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值。另外对于尾端螺纹孔的技术要求也是成品能否正常工作的重中之重。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是前段含有键槽轴颈和尾端螺纹孔的加工。如图1所示为吊钩连接轴的加工技术要求图。
图1 传动轴零件图
3吊钩传动轴加工流程及分析
根据轴类零件的加工工艺流程并集合本次所加工传动轴的实际情况，该传动轴的工艺路线如下：
车两端面，钻中心孔→粗车各外圆→半精车各外圆，倒角→粗磨加工→精磨加工→铣键槽→钻孔→检验。
（1）确定毛坯
吊钩连接轴为一般传动轴，故选45钢可满足其要求。该传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择Φ100mm的热轧圆钢作毛坯。
（2）确定主要表面的加工方法
传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的大部分要表面的公差等级（IT6）较高，表面粗糙度Ra值较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案可为：粗车→半精车→磨削。
（3）确定定位基准
吊钩连接轴并不是所有的面都进行加工，所选取有的Φ100mm毛坯中间一段无需进行加工，则取图中B作为粗基准。对其他需要加工的表面，根据加工余量最小来找正。精基准的选择则选取Φ80mm的装配的轴承面。
合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该零件的几个主要配合表面及轴肩面对基准轴线A-B均有端面圆跳动和径向圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。
（4）划分加工阶段
该传动轴加工划分为三个阶段：粗车（粗车外圆、钻中心孔等），半精车（半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等），粗、精磨（粗、精磨各处外圆）。各阶段划分大致以热处理为界。
（5）热处理工序安排
轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。
（6）加工尺寸和切削用量
车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定;一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。
传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定。
（7）工件的装夹方法
粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡顶法可避免这种现象的产生。
精加工时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。
（8）拟定工艺过程
定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小表面粗糙度值。在制定传动轴的加工工艺过程中，除了考虑主要装配表面加工的同时，还需考虑次要表面的加工。在半精加工Φ60mm、Φ65mm及Φ80mm外圆时，应车到图样所规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角;Φ60mm面上的键槽应该在半精车工序后和磨削工序前铣削加工出来，这样既可以确保在铣键槽时有精确的定位基准，又可以避免在精磨后铣键槽时磨损已经精加工出来的的外圆表面。
结语
在现实生产中轴类零件的加工，占有很大一部分的比例，只有利用合理的加工工艺才能生产出合格的工件。每一次的加工都不能马虎，每一部分加工都能决定产品的成败。
参考文献：
【1】吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，2008，6
【2】 林弈鸿.机床数控技术及其应用.北京：国防工业出版社，2001，2
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