数控铣削加工教学（精选10篇）
数控铣削加工教学 篇1
微课程是指有明确的教学目标、内容短小、集中说明一个问题的小课程,是把教师的课程用数字化手段,既有别于传统单一资源类型的教学课例、教学课件、教学设计、教学反思等教学资源,又是在其基础上继承和发展起来的一种新型教学资源。
一、微课程的特点
微课程有两个显著特征:一是以视频为呈现方式;二是凸显微课程的“微”,教学时间较短,时长一般为5~8分钟,最长不宜超过10分钟。微课主要是为了突出课堂教学中某个学科知识点的教学,或是反映课堂中某个教学环节、教学主题的教与学活动。同时微课程以教学视频片段为主线,整合教学设计、素材、课件、教学反思、学生反馈等资源,形成主题单元资源包,营造真实的“微教学资源环境”,成为独立的教学案例。这种形成的成果简化、多样传播。因为内容具体、主题突出,所以,研究内容容易表达,研究成果容易转化;又因容量微小、用时短,所以适于网上视频、手机传播等。
二、研究意义
微课程是网络时代的新型学习资源,高质量的微课程不但能满足学生的个性化学习需求,提高课堂教学和实习实训效率,而且能有效提高教师的专业发展能力。微课程在中职实习实训中的应用有两个方面,一是在课堂教学、实习实训中,运用微课程设置问题情境,解决教学中的重难疑点,提高课堂教学效率。二是为学生提供优质的课外辅导资源,让“微课程”逐渐成为学生们自主学习的最佳工具,对提高学生的学习兴趣、挖掘其学习潜能发挥着重要作用。
三、微课程在中职数控铣削加工实训教学中的应用
微课程的种类主要有PPT式微课程、讲课式微课程和情景式微课程。本文以数控铣削加工实训教学中的轮廓加工为例,探索微课的设计、制作与应用实践。
1. 微课程的教学设计
在微课程教学设计过程中,微课的教学目标、教学主线和教学内容是要点。教学目标从知识和技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度进行描述。如轮廓加工的知识和技能目标确定为能描述轮廓加工的注意事项;能识读加工图纸,制订加工工艺,编制加工程序;能操作数控铣床加工出零件;能正确使用工量具检测轮廓零件的精度。教学主线的构建方法有以知识点构建顺序、以学习者认知规律、以技能形成规律等多种方法。轮廓加工选择以技能形成规律为线索构建教学主线:图纸分析—工艺分析—数控编程—机床加工—零件检测。教学内容围绕教学主线上教学焦点设计。
2. 微视频的制作
微视频的制作首先要选择建制方式及设备,包括拍摄方式、录像设备、录音设备、后期制作设备等。根据不同的教学环节,微视频制作的方式也会不同,如轮廓加工的任务导入环节,将搜集的教学材料和多媒体素材结合新技术、新工艺等元素制作成多媒体,再对多媒体进行录制,最终制作成为以凸台加工为实例导入轮廓铣削加工内容与要求的微视频。操作技能演示环节,分别用摄像机对轮廓零件编程、装夹、加工、检测等操作过程进行了录制,边录制边讲解操作要求和技术要领,形成微视频。录制的微视频采用应用程序进行后期的编辑制作,如素材的分割与剪切、音视频的编程、文字编辑、文件输出与保存等,最终完成达到预期效果的微视频。由于数控铣削加工的每个实训项目都会有任务操作单,在每个操作单上都列出了完成该实训项目所用的仪器、仪表、工具、量具、机器等。因此教师在实训场地,只要用智能手机或者摄像机将整个仪器、仪表、工具、量具、机器等的操作过程进行拍摄,边操作边讲解,再进行后期处理就能形成微课程。
在中职的实训教学的过程中,教师要从讲授演示为主变为实训教学的设计者和学生实训过程的指导者,要让学生真正成为实训的主体,让学生通过和教师线上、线下的交流,课上、课下的学习操作来完成实训任务。微课程是微时代在线学习或移动学习的重要学习资源,必将对中职实训教学的改革提供更加广阔的平台。
摘要：在实践性较强的中职实训教学领域,微课程以其独特的存储载体和传播途径,突破了传统课程教学的基本结构,必然带来了新的教与学方式的变革。文章以轮廓铣削加工为例,探索了微课程在中职数控铣削加工实训教学中的应用。
关键词：微课程,中职,实训教学,数控铣削加工
参考文献
[1]戴云飞.微课在中职教学中的实际应用[J].中国教师,2014,(S2).
[2]赵春阳,方小娟.微课程在中职教学中的应用研究[J].当代教研论丛,2015,(8).
数控铣削加工教学 篇2
关键词:刀具半径补偿 刀具补偿指令 加工误差
中图分类号:D99 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0103-01
1 数控铣床刀具补偿原理
刀具半径补偿即根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数,实时自动生成刀具中心轨迹的功能成为刀具半径补偿功能。用铣刀铣削工件的轮廓时,刀具中心的运动轨迹并不是加工工件的实际轮廓。加工内轮廓时,刀具中心要向工件的内侧偏移一个距离;而加工外轮廓时,同样刀具中心也要向工件的外侧偏移一个距离。由于数控系统控制的是刀心轨迹,因此编程时要根据零件轮廓尺寸计算出刀心轨迹。注意到零件轮廓可能需要粗铣、半精铣和精铣三个工步,由于每个工步加工余量不同,因此它们都有相应的刀心轨迹。另外刀具磨损后,也需要重新计算刀心轨迹,这样势必增加编程的复杂性。为了解决这个问题,数控系统中专门设计了若干存储单元,存放各个工步的加工余量及刀具磨损量。数控编程时,只需依照刀具半径值编写公称刀心轨迹。加工余量和刀具磨损引起的刀心轨迹变化,由系统自动计算,进而生成数控程序。进一步地,如果将刀具半径值也寄存在存储单元中,就可使编程工作简化成只按零件尺寸编程。这样既简化了编程计算,又增加了程序的可读性。 根据ISO标准,沿刀具运动方向看,当刀具中心在工件轮廓右侧时,称为右刀补,用G42表示,反之称为左刀补,用G41表示。
加工中心、数控铣床的数控系统,刀具补偿功能包括刀具半径补偿、长度补偿等刀具补偿功能。
(1)刀具半径补偿(C4l、C42、G40)刀具的半径值预先存人存储器Dxx中,xx为存储器号。执行刀具半径补偿后,数控系统自动计算,并使刀具按照计算结果自动补偿。使用中需注意:建立、取消刀补时,即使用G41、G42、G40指令的程序段必须使用G00或G01指令,不得使用G02或G03,当刀具半径补偿取负值时,C4l和C42的功能互换。
(2)刀具长度补偿(G43、G44、C49)。利用刀具长度补偿(043、G44)指令可以不改变程序而随时补偿刀具长度的变化,补偿量存入由H码指令的存储器中。G43表示存储器中补偿量与程序指令的终点坐标值相加,G44表示相减,取消刀具长度偏置可用G49指令或H00指令。存储器中补偿量的数值,可用MDI或DPLN先存人存储器,也可用程序段指令G10P05R18,0表示在05号存储器中的补偿量为18ram。
意义:数控铣床中,刀具半径偏置量预先寄存在指定的寄存器中,運用刀具半径补偿指令,通过调整刀具半径补偿值来补偿刀具的磨损量等,以消除由于刀具磨损等引起的加工误差。同时即使更换刀具或进行了刀具重磨。只要加工轮廓不变、加工坐标系不变,就完全可以使用原来的程序。同时作为应用还可以通过调整刀具半径补偿量,来使用同一程序进行同一轮廓同一条件下的粗、精加工。
2 刀具半径补偿的执行过程
2.1 刀补建立
刀具接近工件,根据G41或G42所指定的刀补方向,控制刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径。当N4程序段中写上G41和D01指令后,运算装置立即同时先读入N6、N8两段,在N4段的终点(N6段始点),作出一个矢量,该矢量的方向与下一段的前进方向垂直向左,大小等于刀补值(即D01的值)。刀具中心在执行这一段(N4段)时,就移向该矢量的终点。在该段中,动作指令只能采用G00或G01,不能用G02或G03。
2.2 刀补执行
控制刀具中心的轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具半径值的距离。从N6开始进入刀补状态,在此状态下,G01、G02、G03、G00都可用。
2.3 刀补撤消
在刀具撤离工作表面返回到起刀点的过程中,根据刀补取消前G41或G42的情况,刀具中心轨迹与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编程轨迹重合。当N14程序段中用到G40指令时,则在N12段的终点(N14段的始点),作出一个矢量,它的方向是与N12段前进方向的垂直朝左、大小为刀补值。刀具中心就停止在这矢量的终点,然后从这一位置开始,一边取消刀补一边移向N14段的终点。此时也只能用G01或G00,而不能用G02或G03等。
前面阐述了灵活应用刀具半径补偿功能、合理设置刀具半径补偿值在数控加工中的重要意义,然而在实际使用时必须注意以下几个事项。
(1)C41、C42、G40必须在G00或G01模式下使用。(2)为保证工件、刀具安全,建立和取消刀补宜采用C01方式,若用G00,则应先建刀补再下刀,先抬刀再取消刀补。并且补偿方向与进、退刀位置在同一侧。(3)C41、C42不能重复使用,并且在使用时不允许有两句连续的非移动指令。(4)使用G41、G42时应避免过切削现象(5)应用G41、G42时应指定G17、G18、G19平面,尤其是XZ平面和YZ平面,必须指定G18、G19,但XY平面G17可以省略,因为它是系统缺省的平面。(6)补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行,否则会出现补偿错误。
3 结语
因为刀具半径补偿是一个比较难以理解和使用的一个指令,所以在编程中很多编程者不愿使用它。但是我们一旦理解和掌握了它,使用起来对我们的编程和加工将带来很大的方便。总之,刀补在数控加工中有着相当重要的作用,应充分理解掌握刀补原理,并加以正确运用,熟记这些注意事项,在编制程序中可以大大简化编程工作,使数控加工程序简捷易懂、准确有效。
参考文献
[1]李锋,白一凡.数控铣削变量编程实例教程[M].化学工业出版社.
[2]吴祥.数控技术[M].机械工业出版社,2003．
[3]陈海舟.数控铣削加工宏程序[M].北京:机械工业出版社,2006.
螺纹数控铣削加工技术研究 篇3
传统螺纹加工方法主要是采用车刀车削螺纹、或采用丝锥、板牙手工攻丝或套扣。大直径螺纹加工可在数控铣床上,采用单刀镗加工的工艺方法实现,即利用镗刀的转速与螺距的匹配关系进行编程和加工。其优点是不需购置专用刀具,实施快。但是,单刀镗螺纹的加工质量差,刀具磨损快,需要经常来回换刀、磨刀、对刀,加上切削力大,走刀次数多,切削速度很慢,使得加工效率很低。由于刀杆较长,螺纹加工的表面出现颤纹,且加工质量不稳定。
随着数控机床的出现,使得更先进的螺纹加工方法——螺纹数控铣削加工方法得以实现。螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比,在加工精度、加工效率方面有极大优势,且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制,如一把螺纹铣刀可以加工多种不同旋向的内外螺纹。另外,螺纹铣削加工方法本身具有一定的天然优势。由于目前螺纹铣刀的制造材料为硬质合金,加工线速度可达80~200m/min,而高速钢丝锥的加工线速度仅为10~30m/min,故螺纹铣刀适合高速切削,加工螺纹的表面光洁度也大幅提高。高硬度材料和高温合金材料,如钛合金、镍基合金的螺纹加工一直是一个比较困难的问题,主要是因为高速钢丝锥加工上述材料螺纹时,刀具寿命较短,而采用硬质合金螺纹铣刀对硬材料螺纹加工则是效果比较理想的解决方案,可加工硬度为HRC58~62。对高温合金材料的螺纹加工,螺纹铣刀同样显示出非常优异的加工性能和超乎预期的长寿命。对于相同螺距、不同直径的螺纹孔,采用丝锥加工需要多把刀具才能完成,但如采用螺纹铣刀加工,使用一把刀具通过调整数控程序就可实现。在丝锥磨损、加工螺纹尺寸小于公差后则无法继续使用,只能报废;而当螺纹铣刀磨损、加工螺纹孔尺寸小于公差时,可通过数控程序进行必要的刀具半径补偿调整后,就可继续加工出尺寸合格的螺纹。同样,为了获得高精度的螺纹孔,采用螺纹铣刀调整刀具半径的方法,比生产高精度丝锥要容易得多。对于小直径螺纹加工,特别是高硬度材料和高温材料的螺纹加工中,丝锥有时会折断,堵塞螺纹孔,甚至使零件报废;采用螺纹铣刀,由于刀具直径比加工的孔小,即使折断也不会堵塞螺纹孔,非常容易取出,不会导致零件报废;采用螺纹铣削,和丝锥相比,刀具切削力大幅降低,这一点对大直径螺纹加工时,尤为重要,解决了机床负荷太大,无法驱动丝锥正常加工的问题。
1 螺纹数控铣削加工
螺纹数控铣削加工就是通过数控机床运动实现螺纹加工。工作时工件或螺纹铣刀旋转一周,工件或铣刀沿轴向移动一个螺距,即可切出全部螺纹。
1.1 螺纹数控铣机床选择
螺纹数控铣加工时,只要机床是三轴联动数控铣床就能实现。
1.2 螺纹铣刀选择
螺纹数控铣削加工方法采用的是专用刀具——螺纹铣刀。螺纹铣刀是套在心轴上的若干个圆盘铣刀的组合体,外形很像圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体,如图1所示。但它的螺纹切削刃与丝锥不同,刀具上无螺旋升程。目前最常用的螺纹铣刀有两种,即硬质合金整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀,如图1和图2所示。
整体螺纹铣刀在一周上有4~6个切削刃,而机夹式螺纹铣刀在一周上仅有1~2个切削刃,因此,整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀在工作时切削用量是不同的。
在选择螺纹铣刀时,螺纹铣刀的齿距(螺纹铣刀上沿铣刀轴线相邻两齿对应两点之间的距离)必须等于被加工螺纹的螺距,而对于内螺纹时,除过上述条件外,还有螺纹铣刀的外径必须小于被加工螺纹底孔孔径的0.8倍。
1.3 螺纹数控铣中铣刀位轨迹
数控铣中螺纹铣刀位轨迹就是等螺距螺旋线,轨迹如图3所示。螺纹铣刀位轨迹数学模型如公式(1)所示。
式中:α∈[0,h.2π/p],h为螺纹深度;
p为螺纹螺距;
xc、yc、zc为螺纹位置坐标;
D为铣万直径;
d为内螺纹大径或外螺纹小径;
δ为加工余量,精加工时如果铣刀有磨损可作为铣刀磨损量进行补偿;
m为内外螺纹控制量,当为内螺纹时,m=-1,当为外螺纹时,m=+1;
n为左右旋螺纹控制量,当为左旋螺纹时,n=-1,当为右旋螺纹时,n=+1。
进刀方式以螺旋线切入,只要进刀螺旋线在要加工的螺纹上方就可以了,退刀方式按直线退出,对内螺纹向中心退出,对外螺纹向外退出。
1.4 螺纹铣削走刀步长
螺纹铣削时,由于刀位轨迹是螺旋线,因此可以直接采用数控系统的螺旋插补指令。但是由于每个数控系统指令格式不同,编程时必须对指令特别熟悉,本文为了使编程简单化,将螺旋线进行直线插补,即根据加工精度按一定的走刀步长将螺旋线拟合成线段。
走刀步长的确定是直线插补刀具轨迹生成的一个基本而重要的问题。走刀步长小,意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度大,零件程序膨胀,编程效率下降,更重要的是在一般加工方式下,小步长零件程序的执行会产生进给速度波动和平均速度下降,从而影响表面质量和加工效率。刀位步长过大,意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度小,加工效率高,但轮廓逼近精度降低,螺纹表面质量恶化,因此,合理步长的确定是非常重要的。
螺纹铣削的走刀步长与公式(1)里的变量α有关,α的增量越大,走刀步长就越大,加工误差就越大,如图4所示。所以,控制公式(1)里α的增量就可以达到控制加工误差确定螺纹铣削的走刀步长。
当α的增量∆α很小时,相邻两刀位点之间的曲线可以近似为半径为r圆弧,如图4所示。则误差e与允许误差E之间的关系为:
其中:
r为螺纹的公称直径;
E为螺纹加工允许误差。
2 螺纹铣削数控编程系统
根据公式(1)作者开发了螺纹铣削数控编程系统,界面如图5所示。只要知道螺纹的参数、螺纹的位置、铣刀的参数以及加工误差、加工余量就可以自动输出螺纹数控铣削程序。
3 螺纹铣切削参数选择
选择合理的切削参数是提高加工效率、保证螺纹质量、提高刀具耐用度的关键因素。如果参数选择不当,则切削不稳定、刀片崩刃或加工效率太低,最严重的则会影响螺纹的质量。
3.1 走刀速度F
式中:N为主轴转速;
Z为螺纹铣刀每周齿数;
fZ为铣刀每齿进给量。
在铣刀每齿进给量fZ确定后,关键是根据(2)式匹配好走刀速度F与主轴转速N之间的关系。铣刀每齿进给量fZ由经验或铣刀制造厂商提供,一般为0.1~0.2mm/Z。
3.2 切削深度ap
其中m、d、δ含义与公式(1)一样,D初为内螺纹底孔初始直接,外螺纹初始圆柱直径。
切削深度ap在编程时就要确定,通过加工余量δ来控制。切削深度ap的取值一把为1~2mm。
4 结束语
经过实际加工验证,通过螺纹铣削数控编程系统输出的螺纹铣削加工程序加工的螺纹合格,质量好,加工效率高。
摘要：螺纹数控铣削是先进的螺纹加工方法,已成为降低螺纹加工成本、提高效率、解决螺纹加工难题的有效办法,正越来越广泛地被企业所接受。本文对螺纹数控铣削加工技术进行了研究,提出了螺纹铣削刀位轨迹以及走刀步长确定方法,并开发了螺纹铣削数控编程系统。
关键词：螺纹加工,数控铣削,数控编程,螺纹铣刀,加工步长
参考文献
[1]螺纹铣刀的发展与应用[J].http//news.mechnet.com.cn.
[2]陆邦春,张立武,李亚杰.超高强度钢大直径螺纹数控铣加工[J].航天制造技术,2003,(6):3-7.
[3]蔺小军,任军学,史耀耀,田荣鑫.基于UG的变距螺杆造型与数控加工[J].航空制造技术,2003,(8):33-34,64.
[4]蔺小军,史耀耀,任军学,孟晓娴.螺旋桨叶型数控加工编程研究[J].制造技术与机床,2004(6):51-52,55.
数控铣削编程教学经验 篇4
【关键词】数控车床；铣削加工；数控编程；教学经验
1、引言
近年来，随着我国制造业的迅速崛起和科学技术的不断提高，数控机床在各个领域得到了广泛的应用，机床数量呈几何倍数增加，使得整个制造业对数控人才的需求也变得极为旺盛。作为数控操作人员培训的核心教程，数控铣削编程的教学就显得极为重要。但是，目前我国中职、高职学校学生大多数学习能力、理解能力较差，不管是从生理还是从心理方面都很不成熟，很多学生自由散漫，再加上数控铣削编程是理论性与实践性并重的学科，不仅包含了大量现在机床加工知识和数字制造知识，还有大量实践性应用技术，因此其教学难度较大，必须突破传统学科体系教学模式，根据劳动力市场对人才的需求实际出发，以提高学生职业应用能力为基础，才能取得良好的效果。下面，本文从数控铣削编程教学实践出发，就如何进行数控铣削编程教学进行一番浅要的探讨。
2、数控铣削编程教学基本思想
数控铣削编程是理论性与实践性并重的学科，其产生是由于数控机床在现代制造业广泛应用的原因，整个课程包含了大量机械加工知识、现代数字制造知识以及大量实践性技术，因此采用传统教学模式很明显与课程内容不符。而数控铣削课程的设置主要是为了提高学生的职业技术水平，对学生进行职业实践性应用培训，因此整个教学过程都應当紧密围绕学生职业能力的提高而进行。这就要求教师在进行教学时，要以学生就业作为导向，着眼于学生职业生涯，营造出职业岗位实际工作氛围进行教学，让学生能够体验生产第一线的情境以提高学生职业能力。同时，对于数控编程，应当以典型的、常见的生产实际零件加工作为案例，从零件的设计、工艺分析到编程实行一体化教学。此外，还要让学生多观察、多动手、多思考，充分激发学生自主学习、自由思考的积极性，潜移默化的提高学生综合素质，培养学生实践操作应用能力。
3、数控铣削编程教学策略
传统观念认为数控铣削编程教学，其难点在于编程，只要学生将编程学会了，操作就没什么问题，将编好的程序输入机床自动运行即可，但实际上却并非如此，编程与实际加工两者都是这门课程的重点，同时也是难点，在实际教学中，应当将两者结合起来，形成一体化教学模式。
3.1 程序编写教学
程序是数控机床运行的基础，是数控机床完成自动机械加工制作的指令集合。作为整个数控铣削编程教学中最重要的理论知识部分，大量的指令极容易让学生感觉枯燥乏味，生涩难懂。因此，教师在实际教学中，应当尽量同实践应用相结合，对相关指令进行讲解，从而让学生明白每一条指令所代表的意义，在数控机床运行中所起的作用。程序编写教学内容包括编程指令的讲解、简单零件编程、外形轮廓铣削编程、孔系零件编程、键槽铣削编程、型腔铣削编程等。教师在教学中，可以举一些实际例子进行讲解，还可以结合仿真软件或机床实践进行讲解。
比如数控铣床编程中非常重要的刀具补偿，学生对于刀具补偿的理解往往仅停留于表面，处于似懂非懂的状态，在实际应用中极容易出错，尤其在对工件轮廓进行数控铣削加工时，刀具半径的存在使刀具的中心同编程轨迹不重合，此时如果不考虑刀具半径加工出来的零件尺寸在加工外轮廓时必然小一圈，在加工内轮廓时则又大一圈，因此必须用G41或G42进行左补偿或右补偿来确定刀具半径补偿偏置方向。在零件刀具半径补偿轨迹加工完成后，刀具撤回工件回到退刀点，这一过程则应取消刀具半径补偿，其指令则用G40。其中G41和G42是模态指令，G41和G42必须同G40成对使用。
通过这种相似指令对比教学，能有效的帮助学生归纳记忆，区分各指令所代表的意义，避免学生对数控程序产生混乱而出现程序输入错误现象。
3.2 铣床实控操作
在数控铣床的实际操作过程中，经常会因为各种问题而造成加工过程的中断。因此，数控铣削编程教学不能仅局限于单纯的数控指令意义、编写的教学，还应当让学生在学会输入程序的同时，对数控铣床操作过程中将会遇到的各种问题有所了解，并掌握相应的处理方法，训练学生独立解决实际操作过程中各种问题的能力，这样才算是真正培养了学生的职业操作技能。
比如刀具方向的准确控制，这对于学生来说是非常重要的，只有学生辩清方向，才可以避免手动加工时出现撞刀现象，尤其是在刀架移动超程需要取消超程操作时，如果方向不正确将会直接造成铣床的损坏。而在编写程序时，既便正确编写了程序但出现了错误的输入，都会造成扎刀与撞刀现象，这种现象在学生中是极常见的。因此，要通过实践培养学生仔细检查、图形模拟、单步运行等习惯，避免在实际应用中出现错误造成不必要的麻烦。比如为保证工件轮廓不会产生过切，编程时就必须注意加工程序的结构，严格根据编程规则进行，如刀具半径补偿规则，在建立好刀具半径补偿之后，不能连续出现两断z轴移动指令，否则将会出现补偿位置不正确现象，使系统无法正确判断补偿矢量方向。
4、结束语
数控铣削编程课程是理论性与实践性相结合的一门课程，具有很强的操作性、实践性和应用性，是学生职业能力培养的重要组成部分，其实践操作性的特点使传统教学模式根本无法满足课程教学的要求，必须根据课程实际和学生实际，采用理论教学与实践操作相结合的教学方法，才能真正提高学生的数控铣削编程水平，使学生形成职业实践应用能力，达到课程设置的目的。
参考文献
[1]张燕.杜威新职业教育观简论[J].职业技术教育,2005（10）
[2]段友良.数控车床手工编程教学心得[J].湘潮（下半月）,2011（06）
[3]黄永娜.数控车床编程与操作教学体会说[J].职业教育研究,2007（06）
数控铣削加工编程与工艺策略 篇5
1 加工阶段的划分
1.1 粗加工阶段
粗加工一般称为区域切除。在此加工阶段中, 应该在公差允许范围内尽可能多地切除材料。比较典型的区域切除方式是等高切面, 即在毛坯上沿着高度方向等距离划分出数个切削层, 每次切削一个层面的毛坯余量。粗加工阶段的主要任务是切削掉尽可能多的余量, 精度保障不是主要目标, 因此, 在粗加工阶段, 一般选用圆柱立铣刀进行加工。选择圆柱立铣刀的原因是它的圆柱面和端面都有切削刃, 它们可同时进行切削, 切削效率高。除了考虑切削角度外, 选择刀具的主要参数是刀具直径。刀具直径的选择原则:一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin, 一般取RD= (0.8-0.9) Rmin。二是零件的加工高度H< (1/6-1/4) RD, 以保证刀具有足够的刚度。同时在粗加工阶段一般采用行切方式进行切削, 产生区域清除刀具路径。行切法也称为平行切削加工, 它是指刀具以平行走刀的方式切削工件, 可以选择单向或往复两种方式, 并且可以指定角度, 角度指生成的刀位行与X轴的夹角。行切方式可以灵活地设定加工角度, 以最合适的角度对工件进行加工。在粗加工时, 行切法加工具有很高的效率, 一般其切削的步距可以达到刀具直径的70%~90%。
1.2 精加工阶段
对于复杂的曲面加工, 我们可以把加工阶段进一步划分成半精加工和精加工两个阶段, 或只划分成一个精加工阶段。精加工阶段的主要任务是满足加工精度和表面粗糙度要求, 而加工余量是非常小的。如果是曲面铣削, 一般选取球头铣刀。球头铣刀在切削过程中, 被加工曲面与铣刀球面的公法线经过铣刀球面的球心, 使干涉过切现象易于监测, 切削运动轨迹易于控制, 因此在复杂的曲面数控加工中, 得到广泛的应用。
除了刀具角度外, 球头铣刀的主要刀具参数就是球头直径参数。精加工阶段可以采用行切方式, 也可以采用环切方式。环绕切削也称为环切法加工, 环绕式的加工方式是以绕着轮廓的方式清除材料, 并逐渐加大轮廓, 直到无发放大为止。这样可减少提刀次数, 提高铣削效率。使用环绕切削方法, 生成的刀具轨迹在同一层内不抬刀, 并且可以将轮廓及岛屿边缘加工到位。
2 铣削加工类型
根据不同的加工对象, 铣削加工类型是不同的, 基本上可以划分为以下四种情况。
2.1 点位加工
在点位加工中, 刀具从一点到另一点运动时不切削, 各点的加工顺序一般也没有要求, 只根据最少换刀次数原则及路线最短原则, 确定加工路线, 生成刀具运动轨迹。零件中孔的加工就属于点位加工, 它包括钻孔, 扩孔, 镗孔, 攻丝等操作。
2.2 平面轮廓加工
平面轮廓零件的轮廓多由直线、圆弧和曲线组成, 选用两轴连动的数控铣床即可加工。加工时一般采用环切方式, 即刀具沿着某一固定的转向围绕工件轮廓作环形运动。最终一环刀具的运动轨迹是工件轮廓的等距曲线, 即将加工轮廓线按实际情况向左或向右偏一个刀具半径。轮廓精加工编程时采用刀具半径补偿功能, 直接按轮廓轨迹编程, 并且选为顺铣切削模式。
2.3 型腔加工
二维型腔是指以平面封闭轮廓为边界的平底直壁凹坑, 二维型腔加工的一般过程是:沿轮廓边界留出精加工余量, 先用平底端铣刀用环切或行切法走刀, 铣去型腔的多余材料, 再沿型腔底面和轮廓走刀, 精铣型腔底面和边界外形。型腔加工有两种方式:一种是环切方式, 另一种是行切方式。型腔的环切方式与平面轮廓的环切方式相似, 刀具基本上是做与工作轮廓等距离的环形运动, 逐步接近工件, 最后一环是沿工件轮廓向左或右偏离一个刀具半径的曲线。行切方式, 刀具可以按S形或Z形方式走刀, 当型腔较深时, 则要分层进行粗加工, 这时还需要定义每一层粗加工的深度以及型腔的实际深度, 以便计算需要分多少层进行粗加工。
2.4 曲面加工
用于加工具有三维曲面轮廓的零件, 采用三坐标或三坐标以上连动的数控机床或加工中心加工。曲面加工比较复杂, 根据加工精度、表面粗糙度要求, 曲面加工需要经历粗加工、半精加工、精加工等加工阶段, 每个阶段的切削方式是不同的。根据曲面形状的差异, 切削方式也是不一样的。平行式主要用于凸形和凹形工件的加工。径向式切削适合圆形工件, 沿圆工件的中心产生径向刀具路径。挖槽式用于型腔类工件。等高外形式适用于凸形和凹形坡度较陡的工件。使用等高外形加工时, 可能在工件顶部或曲线处无法切削到, 以致留下一些刀痕, 可以用浅平面加工加以清除。曲面间交角处的残屑可用交线清角式清理。残屑清除式主要清除在以前的加工区, 用较大的铣刀铣削时所剩下的余屑材料。
3 数控铣削编程工艺要点
3.1 集中加工工序
数控铣削经常采用工序集中加工方式, 尽可能减少装夹次数, 减小重复定位误差。在一次装夹下, 要完成粗、半精和精加工, 合理地安排各工序的加工顺序, 有利于提高加工精度和生产效率。
3.2 采用分层铣削
先粗铣去除余量, 然后再精铣。在粗加工时可以采用较大的切削用量, 在精加工时则采用较小的切削用量和较高的主轴转速。在粗、精加工阶段可以编制不同的刀具路径。
3.3 多点工件夹持
在装夹时对工件的多个部位进行夹持, 应注意既要保持工件装夹的稳定性, 又要考虑到不影响加工中的走刀、进退刀、换刀和中间测量。
3.4 优化加工路线
尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间;铣削零件轮廓时, 尽量采用顺铣方式, 以提高表面精度;进、退刀位置应选在不太重要的位置, 并且使刀具沿零件的切线方向进刀和退刀, 以免产生刀痕;先加工外轮廓, 再加工内轮廓。
3.5 合理选择切削用量
合理地选择切削用量, 不但可以提高切削效率, 还可以提高零件的表面精度。选择切削用量的原则: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, 应在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率、经济性和加工成本, 影响切削用量的因素有机床的刚度、刀具的使用寿命、工件的材料和切削液。切削用量的具体数值应根据机床说明书、切削用量手册, 并根据实际经验确定。
总而言之, 在生产加工时, 对于不同的零件必须根据它的形状特点、工件的材料、加工的精度和表面粗糙度要求来选择最佳的加工方法, 合理划分加工阶段, 选择合适的加工刀具, 确定最优的切削用量, 计算合理的毛坯尺寸与形状, 确定合理的走刀路线, 最终编制出高质量的数控加工程序, 以提高数控加工的质量和效率, 并降低生产和加工的成本。
摘要：本文主要围绕数控铣削加工过程中, 依据零件形状、材料、加工精度的不同, 采用等高切削、行切、环切等加工方式, 合理划分铣削的阶段, 通过选取点位加工、平面轮廓加工、型腔加工、曲面加工等方式, 合理选择刀具, 确定切削余量, 优化加工路线, 提高数控加工的质量和效率。
关键词：数控铣削,加工,编程,工艺策略
参考文献
[1]许祥泰, 刘艳芳.数控加工编程实用技术[M].北京:机械工业出版社, 2000.
[2]邓弈, 苏先辉, 肖调生.Mastercam数控加工技术[M].北京:清华大学出版社, 2004.
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
[1]马秋成.UG CAM篇[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]孟少农.机械加工工艺手册[M].3版.北京:机械工业出版社,1992.
[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.
基于UG的数控铣削加工仿真 篇7
UG是西门子旗下UGS公司的一款集CAD/CAM/CAE于一身的高端三维软件。其中包括零件设计、二维工程图、零件加工和仿真以及有限元分析等模块[1]-[2]。通过模块之间的无缝集成,实现了对新产品从设计到加工制造的一整套完整的解决方案,并且完成了产品信息在设计、数控加工以及有限元分析模块之间的同步和共享,具有设计修改方便,更新迅速,易于管理等特点[3]。
对于数控加工仿真和编程技术,多数研究集中在数控车削、加工中心等相对较复杂的方面,而在最为通用的数控铣削仿真方面的研究较少[4]-[5]。
传统的铣削需要手动编程、对刀,而且加工误差难以控制,对于需要二次装卡的工件更是如此。本文利用图1所示的铣削加工流程图在UG/NX模块进行仿真车削生成CLSF文件,用户可以对生成的刀具轨迹进行仿真验证,根据仿真结果修改加工序列,随后进行后处理,生成G代码,最后导入数控机床,有效降低了加工成本[6]-[8]。
2 建立加工零件三维图
首先利用UG8.0建立一个类型为建模的文件,进入UG8.0建模模块后,草图通过旋转拉伸而成的转轴实体模型,在UG8.0下还可以对实体模型进行标注。本文选取一个常见的轴承座零件为例,来进行数控铣削下的加工仿真。预加工表面为轴承座上的凹平台,轴承座的二维工程图如图2所示,轴承座的三维建模图如图3所示。
3 坐标系的确定和刀具、毛坯的选择
3.1 坐标系的确定
在UG8.0操作界面上,首先选择启动-加工-加工环境,在加工环境对话框你选择cam general,mill planar。然后右击工序导航器选择几何视图。指定MCS坐标系:将原点调节至零件加工的中心,在坐标系的选取上一定要注意将机床MCS坐标系的Z轴要与加工的铣削平面垂直[9]。X轴水平向外,Y方向可以根据右手定则确定。MCS坐标系如图4所示。
3.2 刀具的选择
本文所仿真加工的为铣削凹平面,选择平头铣刀,铣削方式选择为顺铣加工。在UG/NX8.0操作界面上选择插入—刀具进入创建刀具对话框。类型选择为mill-planar。名称改为D2,并修改刀具直径为2mm。刀具的创建如图5所示。
3.3 毛坯的选择
由于轴承座体要承受螺杆工作时产生的轴向力、要保证传动轴的正确工作位置,所以要求轴承座体结构和制造材料要有足够的支撑传动轴工作和承受螺杆工作时产生巨大轴向力的强度[10]。选择的轴承座用HT200铸铁铸造成型[11]。所以在UG8.0铣削仿真加工中,我们将毛坯选择为部件偏置,偏置尺寸设置为3mm。
4 创建工序
选择插入—工序—进入创建工序对话框。类型选择mill-planar,工序子类型选择第二个,程序选择NC—PROGRAM。刀具选择D2,几何体选择WORKPIECE。方法选MILL—SEMI—FINISH。
4.1 面铣参数
指定加工面边界,单击指定面边界—类选择—点击需要加工的两个凹平面—确定。切削模式改为跟随部件,平面百分比设置为75%。毛坯距离改为22mm,每刀深度改为1mm,最终底面余量改为0.1mm。
4.2 切削参数
顺铣时作用于工件上的垂直切削分力始终压下工件,这对工件的夹紧有利。而逆铣垂直切削分力时向上,有将工件抬起的趋势,易引起振动,影响工件的夹紧[12]-[13]。故将切削方向设为顺铣,毛坯距离22mm,合并距离50mm,刀具延展量60%。切削参数的设定如图6所示。
4.3 非切削移动参数
点击工具栏的进行区域铣削加工,在UG/NC序列设置对话框里会出现“进刀”、“退刀”、“起点”、“转移/快速”,“避让”等操作栏,然后首先设置进刀类型选择为“线性”,铣削区域之间的转移类型设为“毛坯平面”,铣削区域内的转移类型设置为“前一平面”。
4.4 进给量和速度
本文所选取的轴承座零件的材料型号为TH200,在整个加工仿真的过程中,我们根据公式(1)-(4)可以求得切削速度,进给量和切削深度[14]-[15]。
1)切削速度
式中:dw为工件待加工表面或者刀具的最大直径(mm);n为工件或者刀具每分钟转数(r/min)。
2)进给量
得到进给速度为:
式中:n主运动的转速(r/s);
z为刀具齿数。
3)切削深度
式中:dw为工件待加工表面加工前的高度(mm);
dm为工件待加工表面加工后的高度(mm)
4.5 刀具运动路径的生成
将所有参数设置完整后,检查无误后,便可以选择自动生成刀具运动路径。如图7刀具运动路径所示。在此图中可以清楚看到刀具运动路径,观察是否存在过切或者加工不到位的情况。
5 3D动态仿真和后处理
5.1 3D动态仿真
在每个零件加工序列设置完成后,可以在刀路轨迹可视化中找到“重播”,“2D动态”“3D动态”,在“播放路径”中观察车削刀路是否正确,UG/NX检查是通过将工件导入内置VERICUT软件进行模拟加工,打开刀轨可视化,选中所有工序进行屏幕演示和NX检查,如图7所示,可以看出刀路清楚,且没有过切现象,保证了二次装卡的流畅性,最后保存刀路文件。最后进行3D动态仿真如图8所示。
5.2 后处理
选中一个操作指令或者一个创建完成的工序,我们可以用系统提供的后处理器来处理自动生产的程序。一方面我们可以从中得到一个对加工车间有用的tap文本,包括数控程序中的刀具参数清单,加工工艺,加工方法和切削参数清单等;另一方面我们可以得到一个CLSF文件,CLSF文件为刀具位置原文件。
后处理得到的程序文件,只需通过内置的FAUNC控制系统的后处理器,即可生成后缀为.tap的G代码文件。自动生成的G代码(选取部分)如下:
检查程序无误后将文件的后缀名改为.txt,即可通过数据线传到数控车床。
5.3 验证可行性
将后处理后的编程G代码输入到XK7132数控铣床上的数据输入端口上,进行预加工参数的设置。最终可以得到了数控铣床反馈到的部分代码的错误的提示,根据提示定位到指定的编程代码错误的区域。本文建立的三维模型在数控铣削仿真的编程G代码为367行,而输入到数控铣床中后反馈需要修改的G代码为6行,修正后再次验证无误便可以进行实际加工生产。这样大大的提高了编程工作人员的工作效率。
6 结束语
(1)在UG/NC进行铣削模拟加工的过程中,有两点需要注意的地方:一是机床坐标系的Z轴和工件坐标系的Z轴一定要保持方向一致;二是在铣削时进刀/退刀的安全距离设定上一定要考虑到零件的结构特点和刀具运动的路径,避免出现误伤零件的问题。
(2)采用本文介绍的数控铣削仿真,一定程度上解决了铣削时的自动编程问题,减少了人为编程错误,提高了编程工作人员的工作效率。
(3)通过3D动态模拟仿真,可以清楚直观的反映实际的铣削加工过程,不仅可以检验数控代码的正确性,还可以发现刀具与零件之间是否存在过切或碰撞的情况。
(4)通过数控铣削加工仿真的后处理,有助于优化传统铣削的工艺过程。
摘要：利用UG8.0中的UG/NX模块对一个轴承座零件进行模拟铣削加工仿真,完成数控刀路文件(.CLSF文件)和G代码(.tap文件)的创建,并通过3D动态屏幕演示和在VERICUT中的模拟仿真验证可行性,最后经过后处理生成可在XK7132数控铣床上运行的G代码。有助于优化数控铣削加工工艺。
数控铣削加工精度预测模型的建立 篇8
本文研究的机床是三轴数控立铣床, 工件可在X、Y方向随工作台移动, 刀具可沿着Z方向移动。
根据数控铣床的坐标系, 分别定义工艺基准坐标系 (Ot-xtytzt, 用∑t表示) 、主轴坐标系 (Os-xsyszs, 用∑s表示) 和刀架坐标系 (Oc-xcyczc, 用∑c表示) 。
为研究方便, 通常取机床理想主轴坐标系为参考坐标系 (O-xyz, 用∑o表示) 。
理想情况下, 各坐标系的坐标轴分别与参考坐标系的坐标轴平行, 且它们的xoy面重合。
实际加工时, 由于数控机床本身存在动、静误差, 刀架坐标系、主轴坐标系、工艺基准坐标系的实际位置均与理想位置不重合, 均不同程度地偏离参考坐标系, 相对于参考坐标系会产生平移和旋转。图1所示为工艺系统实际坐标系相对位置关系的示意图。
2 预测模型的综合变换矩阵
设xc, yc, zc分别为某一瞬时刀尖点在刀架坐标系∑c中的坐标, xt, yt, zt分别为某一瞬时刀尖点在机床工艺基准坐标系∑t中的坐标, 本文采用齐次坐标变换法建立加工精度预测模型。设Tct表示由刀架坐标系∑c变换到工艺基准坐标系∑t的变换矩阵, 则
其中, Tct为精度预测模型的综合变换矩阵, Tco、Tcs、Tst分别为∑c→∑o、∑o→∑s、∑s→∑t的变换矩阵, 且Tct= (Ttc) -1, 其它依此类推。
本文应用Denavit和Hartenberg提出的D-H法[1]进行矩阵求解, 写成变换矩阵形式为:
依据上述方法, 设xoc, yoc, zoc分别为刀架坐标系相对于参考坐标系x, y, z轴的平移分量, αoc, βoc, γoc分别为刀架坐标系分别绕参考坐标系x, y, z轴的旋转角度, 依据坐标变换原理[2], 则:
通常情况下αoc, βoc, γoc, 都比较小, 近似为零。在仅考虑一阶误差项时, sinx≈x, cosx≈1, 上述矩阵可简化为:
式中的角度单位取弧度。同理, 设xos, yos, zos分别为主轴坐标系相对于参考坐标系x, y, z轴的平移分量, αos, βos, γos分别为主轴坐标系分别绕参考坐标系x, y, z轴的旋转角度;xst, yst, zst分别为工艺基准坐标系相对于主轴坐标系x, y, z轴的平移分量;αst, βst, γst分别为工艺基准坐标系分别绕主轴坐标系x, y, z轴的旋转角度。经推导得:
将公式 (6) 和公式 (7) 求得逆矩阵后与公式 (3) 一起代入到公式 (2) , 得精度预测模型综合变换矩阵Tct为:
采用精度预测综合模型计算的关键就是求得式 (8) 所示的综合变换矩阵, 矩阵中各分量是通过将机床几何 (运动) 误差、夹具误差、工艺系统受力变形、受热变形、刀具磨损等分解到相应坐标系获得的。由此可见该预测模型是开放的, 可随时引入其它因素的作用。
4 加工精度预测
本文采用R35X250mm的试验工件作为研究对象, 材料为45钢。图2为工艺基准坐标系下的试验工件, M (xt, yt, zt) 为在加工状态下的瞬时坐标。
在充分考虑机床几何 (运动) 误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形对加工精度的影响的情况下[3], 通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系, 并结合实验测量及计算结果, 得到综合变换矩阵:
设刀尖点在刀架坐标系中的坐标值为M' (r, o, z) , 通过式 (2) 求得刀尖点在工艺基准坐标系中的瞬时坐标M (xt, yt, zt) , 即:
而在加工过程中形成的任意时刻的工件瞬时半径为:
最终求得离坐标原点Ot处为z值的工件径向尺寸的加工误差为:
4 实验验证
为验证加工精度模型的预测结果, 本文对相同工况下的实际加工所得工件尺寸和预测工件加工尺寸进行了对比分析。图3为工件实测尺寸和预测尺寸的对比图。分析比较图3所列数据知, 预测值与实测值的变化趋势一致, 最大误差0.36mm, 这证明本文所建立的精度预测综合模型是正确和可行的。
具体实例:球头合金钢立铣刀的齿数Z=2, 半径R=5mm, 主轴转速n=1000r/min, 进给速度v=400mm/min。
工件材料:45钢切削深度:a=0.3mm
切削行间距:L=1mm工件1尺寸:R35X250mm
5 结束语
本文在充分考虑机床几何 (运动) 误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形对加工精度的影响的情况下, 通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系, 求出综合误差, 并据此建立了加工精度预测的综合模型。所建模型具有开放性, 可随时把其它影响因素引入加工精度预测模型。经过生产实例考证, 本文的加工精度数学预测模型真实可靠。
摘要：依据铣削加工的特点, 将影响加工精度的误差从坐标分解的角度分为三大类:刀架坐标系、主轴坐标系和工艺基准坐标系。在充分考虑机床几何 (运动) 误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形等对加工精度的影响的情况下, 通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系, 采用齐次坐标变换法建立了加工精度的预测模型。所建的加工精度模型具有开发性和实用性, 已在实际数控铣削加工中得到验证。
关键词：数控铣削,加工精度,误差模型
参考文献
[1]徐元昌工业机器人[M].北京:中国轻工业出版社, 1999:15-50.
[2]王占礼、杜爽、王尧虚拟制造中的数控车削仿真加工[D].吉林.吉林大学, 2006.
数控铣削加工教学 篇9
关键词：中职模具专业;数控铣削技术;教学
中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2014）10-0115-01
模具是工业生产的基础工艺装备，涉及机械、汽车、电子等多个行业，应用十分广泛。模具行业作为我国一个朝阳行业发展迅速且对中职专业技术人才的需求大。中职模具专业培养的学生就是模具一线加工的蓝领技术工人。另一方面，模具专业中职毕业生从事本专业领域的工作中最容易上手并且体现其价值所在的就是数控铣工或者说是加工中心操作工。这些职业的基础就是学校教授的数控铣削技术课程。
一、中职模具专业数控铣削技术课堂现状
1.知识基础。
数控铣削技术课程作为一门专业课程都会安排在相应基础课程之后来学习。这时候，学生已经学了相应的模具制造基础课程如钳工、车工、制图、零件测量、数控编程、计算机辅助设计与制造等课程。一方面，学生已经掌握大量的基础知识，能够对其进行迁移和综合应用，能很好的被教授，能自主学习。另一方面，学生也可能基础薄弱，或者空有大量知识储备，不知道怎样去具体运用。
2.时间节点。
一般而言，数控铣削技术课程都会放在第二年来学习，时间上来说是比较靠后。一方面，学生对模具专业现状及中职模具专业毕业生就业岗位要求、待遇都有一定程度的了解，会知而后进，主动学习。另一方面，学生如果在这时候对自己的就业岗位已经有其他方向定位的话，那么枯燥的专业课程无疑更枯燥、更乏味。
二、引导知识整合阶段
1.本阶段任务。
引导知识整合阶段是学生初始接触数控铣床的学习阶段。在这一阶段中的主要任务是引导学生把以前学过的专业知识运用到数控铣削加工技术中来。其中钳工知识用于工量夹具的使用和模具产品的装配;刀具系统知识用于毛坯切削刀具选择;数控知识用于编写零件加工程序;工艺基础知识用于零件的加工方案确定;安全生产知识用于劳动保护方面;还有环境保护、模具造型与自动编程、机床维护、识图等等;当然，这些都需要通过数控铣床来具体化和专业化。通过产品制造来让学生入门。
2.本阶段课程计划实施。
本阶段根一般一到两周，据学生掌握过程情况，做一到两个完整数控铣削加工模具产品零件过程。产品选择以形状简单或造型规律为主。教学模式以发挥学生自主能动性为准，教学方法采用引导文教学法。这样学生就能很好的把握过程概念，上手容易。而当学生在有意识的一步步完成任务时，整个加工过程每一部分运用的是哪些知识就一目了然，这样也在无意识中完成知识的迁移和综合运用。
3.本阶段课程实施举措。
为确保本阶段课程目标，除了运用引导文给出知识点外，还要调动非岗位目标群体以及惰性群体积极参与。教学过程中可以参考ARCS模型，以较好地激发学生在课堂学习中的动机。
4.本阶段课程检测、评估。
本阶段课程的检测和评估以调动学生积极性为基调，以完成零件的数控铣削过程为主线来进行，综合考核学生的知识整合能力。在以自评、互评以及老师评价三者相结合的评价体系中，以老师引领为主，学生积极参与为辅，固化评价过程和基调。
三、指导自我项目制作阶段
1.本阶段课程任务。
指导学生完成不同类型模具数铣产品的加工，让学生掌握数控铣削技术方向的一般模具加工方法。完成知识由点到面的整体性自我迁移，并且重要的是数控铣削专有知识也在这一阶段掌握。
2.本阶段课程计划实施。
大部分时间都用在这一阶段，按照学生接收水平以及数控铣削知识的难易程度，选取对应的模具类型，采用理论和实践一体化的项目式教学方法来进行教学活动。随着项目开展，让学生有意识的去学习，并具备一定基础去挖掘自身潜力，寻找诸如加工中心技术等更多的专业知识去学习。
3.本阶段课程实施举措。
总体来讲，前一二个项目在兼顾知识结构的情况下巩固学生学习兴趣，中期项目用于数铣专业知识学习和拓展，后期项目重于和实际生产接轨。
本阶段教学项目的开发和制定要保持开放性，不同能力层次的学生对应不同的零件产品。零件可以更改结构组合，可以增减形状要素，以实现项目的自我开发。但是零件在结构类别要素点上要固化，以保持加工知识的完整性。课程项目开发可以参考姜大源先生的基于多元载体工作过程系统化方法。
4.本阶段课程检测、评估。
本阶段课程的检测和评估以学生项目完成过程为基调，以数控铣削技术实操为主线来进行，综合考核学生接收知识和实际操作能力水平。在以自评、互评以及老师评价三者相结合的评价体系中，以学生自评、互评为主，老师以技术指导的身份参与评价。
四、监督实际产品项目练习阶段
1.本阶段课程任务。
本阶段学习既是让学生巩固数控铣削技术专业内容的过程，又是让学生熟悉企业模具数控铣削生产流程的过程，其强化中职毕业生动手能力强的优势，还减少就业实习适应期，同时注重个人专长的培养和个人社会能力的综合培养。
2.本阶段课程计划实施。
本阶段课程计划时间可以灵活安排，一般做一个为期两周左右相对大型一点的项目。这个项目可以是通过校企合作的形式来安排，也可以是企业曾经实施过的项目。项目在老师的监督下，由学生自主练习开发生产。课堂组织形式在考虑充分发挥个人专长的基础上可以灵活多变。教学时可以采用拼图法、角色扮演等形式来进行。学生自主练习开发生产的具体形式可以采用PDCA循环来进行。
3.本阶段课程实施举措。
学生在本阶段知识与技能积累已经完成，但即便是能力层次较高的学生要想充分的发挥还是有一定的困难。这一阶段要充分发挥老师的监督作用，做好裁决和协调的工作，避免时间和材料的浪费以及其他不良情况的产生。
五、结束语
中国的中等职业教育环境和国外先进职业教育环境毕竟不同，但基础出发点都是供应企业或用人单位的需求，都是培养一线技术人才。我们不可能把企业搬到学校里来，那么利用好当前资源，通过行为导向化项目教学，以多元载体工作过程系统项目系列来建设好课堂，针对我国中等职业模具专业学生进行数控铣削技术的培训，引领其入门就是最有利的一条道路。
参考文献：
[1]姜大源，《职业教育学研究新论》，教育科学出版社.
作者简介：
数控铣削加工教学 篇10
关键词：刀具选择,刀路工艺,加工质量
0 引言
MasterCAM9.1提供了多种粗加工技术和丰富的曲面精加工功能。精加工的走刀形式直接影响加工件表面加工质量,想要达到图纸要求的尺寸精度和表面精度,需要针对曲面特点合理的选择刀具及走刀路径,才能有效减少提刀,空刀及不必要的重复路线,从而大大改善加工质量,同时也提高了加工效率。
1 零件曲面特点及技术要求
1.1 曲面特点
如图1所示,零件外形尺寸118mm×78mm×28mm。曲面凹形面较平坦,在MasterCAM中称之为浅平面,如图A处,此种曲面适合选择平行刀路。在凹形表面有两个通孔,如图B处,是比较典型的曲面通孔位置,腔体部分,如图C处,最小曲率半径为R6,与零件最高面距离为20 mm。
1.2 加工凹形腔体零件的技术要求
(1)加工区域表面粗糙度要求Ra3.2;
(2)工件表面无缺陷。
2 加工凹形腔体零件的工艺分析
(1)材料:45#钢,毛坯尺寸118 mm×78 mm×28 mm (毛坯为精料件);
(2)刀具材料:根据加工材料,选择YT15的硬质合金刀具;
(3)设备加工中心;
(4)工艺分析及刀具选择。
对于曲面铣削(精加工情况),粗糙度影响因素主要是切削速度和切削行距的选择,具体表现为:其一是纵向粗糙度,即沿刀具进给方向的粗糙度;其二是横向粗糙度,即垂直于刀具进给方向的粗糙度。因此基于优化刀具路径的目的,本文只对切削行距的选择进行研究。
(1)粗加工。粗加工是为提高生产效率,迅速去除多余材料,产品各面一起开粗,刀具要求有足够的强度,因此尽量选择一把比较大的刀具,根据工件材料、腔体最小R角尺寸,故选择圆角半径R1 mm直径Φ10 mm的圆鼻刀。
(2)半精加工。半精加工是为了去除过多的残料,使精加工余量均匀,刀具选择应考虑能够承受粗加工所留残料而不至于断刀,且不会留下过多残料而给精加工造成困难。故半精加工选择R8 mm球刀。
(3)精加工。曲面精加工需达到需求的尺寸精度和表面精度,同时兼顾效率,选择刀具时要考虑刀具强度及是否会留有残料或过切,工件选用Φ10平刀;曲面上选用R6球刀。
(4)通孔加工。在选择加工刀具与顺序中,首先应考虑通孔位置及加工深度,故选择Φ3 mm中心钻,粗孔Φ9.5 mm钻头,精孔Φ10 mm钻头。
3 加工难点分析及解决方案
基于以上工艺分析、曲面特点及技术要求,加工凹形腔体零件难点有两个:一是浅平面及边缘部分加工问题,二是曲面通孔加工问题。
3.1 浅平面与其边缘加工问题
精加工要保证整个曲面的加工精度,在解决加工质量的问题的同时还要兼顾效率。因此,合理选择精加工方法与轮廓至关重要。
(1)平行铣削。平行铣削加工采用XY方向的最大间距来控制刀具路径的细密程度,所以平行铣削较适合加工浅平面区域,零件凹型曲面属于典型的浅平面加工区域,如直接选取凹型曲面进行平行铣削,则会使产品出现缺陷,主要问题如图2所示:
(1)零件边缘出现沉刀现象;
(2)零件边缘残留R角;
(3)抬刀过多。
基于上述问题采用以下两种解决办法:
第一种方法:提取曲面采用恢复修整使零件凹型曲面恢复到初始形状如图3所示,此意图减少抬刀与沉刀,在恢复修整好的曲面基础上,沿曲面边缘曲率扩大曲面,选择曲面所围成的最大外轮廓线作为加工范围,使刀具切削略多过加工区域,消除了边缘残留的R角,加工用时为2 h 57 min。
第二种方法:提取曲面并沿凹型曲面轮廓内外边缘曲率进行略微扩大,选择曲面所围成的岛屿轮廓线作为加工区域,以减少沉刀及消除轮廓边缘R角,如图4所示,用时2 h 8 min。
通过对比两种方法得知:
第一种优点是抬刀较第二种方法少,缺点加工时间过长,空刀过多。
第二种优点切削时间较第一种方法时间少并且空刀少,缺陷抬刀较第一种抬刀多。
基于两种方法均可达到零件技术要求,且产品设计TQCS中T(time)首要作用,所以凹型零件曲面部分采用第二套解决方案。
3.2 曲面通孔加工方案
由于孔位处于曲面凹型区域,在曲面区域无法完成孔的定位,所以零件在粗加工前应首先把通孔加工出来,加工孔时模具下方垫块要避开通孔位,以免被钻穿,在设置通孔加工时避免出现没有钻通完全,需设置刀具补偿值,具体加工方案如表1所示。
4 结语
根据腔体模具特点及加工难点,对其刀具路径分析对比,提出最佳加工方案。使用以上方法加工,整个零件的表面精度均可达到模具要求,在加工参数设置完全相同的情况下,加工效率有略微提高。由于走刀路径合理,因此还可以提高进给率,在保证加工质量的前提下,进一步提高加工效率。
参考文献
[1]王卫兵.MasterCAM数控加工实例教程[M].北京:清华大学出版社,2006:258-259