典型零件的数控加工

典型零件的数控加工（共10篇）

典型零件的数控加工 篇1

前段时间我们车间接到了一个灯罩零件, 如图1。

由于灯罩内表面有很多凸点和凹点光花纹, 而且表面光泽度要求非常高, 如果采用模具成形时很难完成, 原因是: (1) 零件的表面光泽度要求较高; (2) 零件的内部有凹下去的花纹; (3) 零件的壁厚较薄、较深。而且此零件不需要大批量生产, 如果加工出一套模具再对其进行加工, 不但提高了成本, 还浪费了时间。笔者经过多方面的工艺分析, 自制了一把刀具, 采取了特殊的装置 (图3) 对其在数控车进行滚压加工。这样不仅达到了零件的要求, 还缩短了加工时间, 降低了成本。受到了客户的认可与好评。

1 工艺分析

此零件材料为铝合金, 是一个装饰灯罩, 因此对光泽度要求非常高, 因为还要起到反光作用。而且壁厚非常薄, 如果采用普通的滚刀在滚压加工过程中很容易拉破, 笔者经过几次试车, 最后终于研制出了加工方案, 特制作了一把滚刀 (图⑵) 。因为模芯上有反光纹路, 零件在滚压加工过程禁止发生零件滑动, 因为这样会导致纹路错开而使零件报废, 因此要装夹紧固。如果采用螺钉固定, 在加工受力下仍会产生零件滑动, 而且加工完后很难拆下工件, 甚至损坏零件, 因此笔者采用了图⑶的装夹方式, 先将零件材料配进模芯的定位柱上, 再垫上一块尼龙胶, 然后在用顶尖顶紧, 这样不仅能使工件装夹紧固, 而且拆装方便。

刀具体与刀杆要采用轴承连接, 然后用螺母将其锁紧。因为在加工过程中, 刀具体也要一边滚压一边旋转。为了避免加工时, 刀具体的左端面和铝合金片发生干涉。应将刀具体制成一个倾斜角, 在滚压加工过程中为避免后刀尖高出前刀尖点而产生干涉, 应降低后刀尖点高度, 向下倾斜角度为10度, 这样还可以提高它的强度。另外, 在制作刀杆时, 要考虑刀杆与刀具体安装完后最前端不能超出刀具体的加工点, 防止螺母刮伤零件。刀杆顶端应低于刀具体加工点, 防止刀杆产生干涉 (如图4) 。

2 零件的加工

经过笔者的几次试加工发现, 若采用一次成型滚压加工, 因为产品在挤压时一次变形太大, 产生的热量过大, 因而产品会在拐角处拉破, 导致产品报废。后来笔者采用三次靠模滚压加工 (图5) , 得到了很好的效果。

其加工步骤为:

第一刀先将铝合金用前端面滚压成型, 并把其余部分滚压成喇叭形状;第二刀, 刀从前端面靠近, 将铝合金滚压与模芯靠近, 使其与模芯相贴;第三刀, 刀具从前端面开始向后走, 将其采用靠模仿形进行滚压, 将铝合金均匀地滚压成型;将分为三个步骤可以减小其变形程度, 从而减小滚压的力和所产生的温度, 并且热量能从中得到很好的散发, 在滚压时, 前二刀铝合金的厚度为0.6mm, 而第三刀才将其挤压成到0.4mm的厚度。并且在每一刀中, 转速S和进给速度F点相对较大, 分别取1200r/min和250mm/min。这样才不会使铝合金和刀具在一个地方连续进行磨擦而产生大量的热量。

3 结论

利用数控车床进行靠模滚压加工, 不仅提高了材料的利用率, 还降低了成本。而且灵活性较大, 生产周期短。可以解决传统的手动靠模加工, 以及不必用到的模具加工。

摘要：数控车床具有高效率、高精度、高柔性、低劳动强度的性能, 它能完成各种各样轴套类的加工, 正满足企业提高产品质量、降低生产成本、提高经济效率的要求。但对一些特殊的回转体薄壁零件要采用特殊的刀具和特殊的加工方法才能完成。本文主要讲利用自制的刀具与装置利用数控车床对灯罩在加工好的模芯上进行滚压加工, 提高了材料的利用率, 降低了成本。

关键词：数控车床,靠模,滚压,薄壁

参考文献

[1]数控加工工艺学[M].北京:中国劳动社会保障出版社.

[2]数控车床培训教程[M].北京:机械工业出版社.

[3]金属切削机床设计简明手册[M].北京:机械工业出版社.

典型零件的数控加工 篇2

通过本次毕业设计〖资料来源:毕业设计(论文)网 C machining technology and programming, key design elements include: the completion of this part of the technical rules(including the process cards, process cards and CNC tool cards)and major processes of tooling design.And draw parts diagram, fixture map.The preparation of the parts with the G code CNC machining procedures, were enrolled in CAD / CAM-related knowledge, and the preparation of its architecture.〖资料来源：毕业设计(论文)网 http://C Programming, CAD / CAM

毕业论文（设计）主要内容：

1、分析典型零件图纸，用CAD绘制零件图；

2、编制零件加工工艺卡片；

3、编制零件加工程序；

4、程序的仿真调试；

目录

11000字 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

〖毕业设计(论文)咨询QQ：306826066〗

Abstract………………………………………………………………………………………………….2

第一章

零件分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.1毛坯的选择

„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2机床的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„„„3 〖毕业设计(论文)咨询QQ：306826066〗

第二章

零件图加工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.5 2.1 零件1与零件2工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.1零件毛坯设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1.2零件的热处理技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.6 2.1.3定位基准的选择原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 〖资料来源：56DOC.COM 毕业设计(论文)网〗

2.1.4粗、精基准的选择原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„...7 2.1.5零件的装夹„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„„„„„„„„„7 2.1.6加工刀具的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..8 2.1.7加工顺序及进给路线的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.1.8刀具的选择及切削用量的选择„„„„„„„„„„„„„„.„„9 2.2 零件1加工工艺设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 〖资料来源：毕业设计(论文)网 〗

2.3：零件2加工工艺设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 2.4:组合加工加工工艺设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 第三章

零件图加工程序编写„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 3.1件1加工程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..19 3.1.1零件1右端程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗

3.1.2零件1左端程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 3.2件2加工程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„„21 3.2.1零件2右端程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 3.2.2零件2左端程序„„„„

„.„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 3.3：合体加工程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 〖资料来源：毕业设计(论文)网 http://〗

第四章

程序调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.25 考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.26 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗

本设计还要检验程序的不合理的地方，以对其修改，根据学校提供的机床型号和系统型号，进行程序输入机床，程序输入完以后，用手动把刀具从工件处移开，把机械运动，主轴运动以及M，S，T，等辅助功能锁定，在自动循环模式下让程序运行，通过观察机床坐标位置数据和报警显示判断程序是否有语法错，格式或数据错误。但没有尺寸的显示，所有不能确定零件的尺寸大小。

有图形的模拟功能的数控车床，在自动加工前，为避免程序错误，刀具碰撞工件或卡盘，可对整个加工过程进行图形模拟，检查刀具轨迹是否正确。

数控车床的图形显示一般为二维坐标（Xz平面）显示。图形模拟操作步骤如下。1.调出需要图形模拟的数控程序：

按(AUTO)键，或者方式选择开关置“自动AUTO位” 按（PROGRAM）键

通过MDI键盘键入地址O和程序号

按（----O检索）软键，被搜索的程序号及程序内容会出现在屏幕中 2.按机床锁住键。

3.按(CUSTOM GRAPH)键，按(G.PRM)软键，将光标移至需要修改的参数处，键入数据后按（、INPUT)键，比如输入毛坯直径，长度以及比例系数等 4..按(GRAPH）软键，进入模拟加工显示界面。

〖资料来源：毕业设计(论文)网 5 6 D O C.C O M〗

5.按（循环启动）键，在画面上绘制出刀具的运动轨迹。

模拟时如果发现程序有错误，退出模拟程序修改后，再模拟加工，直到正确为止

参考文献

[1] 沈建峰，朱勤惠 《数控车床技能鉴定考点分析和试题集萃》 化学工业出版社2007 [2] 张思弟, 贺曙新

《数控编程加工技术》化工工业出版社, 2005 [3] 蔡兰, 王霄

《数控加工工艺学》化工工业出版社, 2005 [4] 余英良

《数控加工编程及操作》 高等教育出版社,2005 [5] 李正峰.《数控加工工艺》上海交通大学出版社, 2004 [6] 陈志雄

《数控机床与数控编程技术 》 电子工业出版社,2003 [7] 任国兴

典型壳体零件加工工艺及夹具设计 篇3

关键词：壳体零件；装夹设计；加工工艺

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1005-1422（2015）06-0089-02

在机械加工中，由机床、夹具、刀具与被加工工件一起构成了这一加工过程的一个整体，这一整体称为机械加工工艺系统。因而，分析机械加工精度的过程，也就是分析这一工艺系统在各种不同的工作条件下以各种不同方式反映工件的加工误差，而机床、夹具又是这一工艺系统的重要组成部分，复杂的零件常用数控加工以达到其各种技术要求，在加工零件之前必须进行工艺规划分析和设计，目的是希望得到使用数控机床后的最佳工艺制造流程，最大限度地提高生产效率。

对于壳体零件，采用数控加工，可有效提高零件质量，安装容易，改善传动性能，延长产品使用寿命，以下图典型零件为例介绍壳体零件的加工过程中的部分工艺。

一、壳体零件的技术要求分析

（1）如图一所示零件，要确保主视图位置公差26±0.02、55±0.02、9.5±0.02，主视图B面与￠15沉孔平面距离31.6±0.02，平行度0.02符合图纸要求。

（2）右视图￠18+0.02孔与￠11+0.02轴承孔有垂直度要求，所以二次装夹所用基准要保持相互垂直关系。

（3）右视图平面与￠11+0.02轴承孔中心有67±0.02位置公差要求。

（4）后视图孔位置与主视图孔位置有同位度要求。

二、在安排工艺流程中主要考虑的因素

（1） 选择最短的加工工艺流程。

（2） 尽量发挥机床的各种工艺特点，追求最大限度地发挥数控机床的综合加工能力特长（多工序集中的工艺特点），应在生产流程中配置最少的机床数量、最少的工艺装备和夹具。

（3）工序集中与工艺加工渐精原则的矛盾。

（4） 在对典型工件族工艺流程的安排中，应妥善安排各台机床和生产线的手工调整和检测等工作，即人工干预的影响。

三、关键装夹工具的解决方案

夹具的作用是使工件相对于机床和刀具具有一个正确的安装位置，因此，夹具的制造误差对工件的加工精度影响很大。一是基准不重合误差，在零件图上确定某一表面尺寸、形状、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置所依据的基准称为工序基准。在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准，如果所选用的定位基准与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。二是定位副制造不准确产生的误差，夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，其实际尺寸（或位置）都允许在规定的公差范围内变动。

加工此零件，首先要解决装夹问题，这是加工的前题和准备工作，必须要做好，也就是要制作一套工装夹具，是用来确保￠18+0.02孔与各位置公差达到图纸要求，下面对夹具进行设计。

夹具如图二所示（已省略安装螺丝及零件压紧螺丝），在夹具上设置了两个工位01和02，工位01的定位基准为图示的A、B、C三个平面，三平面于空间构成工位01的坐标标系。此工位的作用：一是用于加工主视图上螺孔，轴承孔，定位孔，通孔和台阶，二是用于加工后视图上的螺孔，定位及沉孔，工位02的定位基准是图示的A1、B1、C1三个平面，同样此平面于空间亦构成工位02的坐标系，其作用是用于加工上视图尺寸￠18+0.02孔，M5螺纹孔，平面到￠11+0.02轴承孔中心距离67±0.02，此夹具的制造关键在于保证两坐标系的平行与垂直关系，夹具制造完后，须经严格检验，方向投入生产加工使用。

四、主要加工工艺规划

（1）利用普通车床和普通铣床分别加工图三所示的件A和B，并组装成图三所示的毛坏。其中外圆￠132.mm车至尺寸，内圆为￠98. mm车至尺寸，壳体高度为55.3mm（图纸要求是55mm，留0.3mm余量），内圆￠125. mm台阶深16.3mm （图纸要求￠124.5+0.3+0.0，深度16. mm，分别留0.5 mm和0.3 mm余量），￠11+0.02孔在车床钻孔至￠10，此孔未精加工之前作为加工4个￠11工艺沉孔时压紧零件用。67±0.02尺寸留1-2mm余量。

（2）加工主视图所需尺寸，在机床上校正夹具的坐标方向并压紧夹具，把模板放置在01工位上压紧，再把壳体放置于模板上，以壳体外圆￠132 mm和镶件80mm尺寸定位工件，用一支M10内六角螺丝穿过壳体￠10通孔压紧零件（见图四），找出内圆￠125. mm中心为加工零点值X1Y1，并把其输入到数控机床内，首先加工4个￠11工艺沉孔，加工￠7通孔时，由于孔较深，为防止钻头拆断，必须采用G83啄钻方式。加工完4个￠11工艺沉孔后，用4支M6内六角螺丝穿过￠11沉孔压紧零件，拆去原先M10压紧螺丝。用中心钻分别定位M4螺纹孔，￠3+0.02孔￠9+0.02孔，中心钻选用英寸中心钻，选用该中心钻的特点是，定位孔时通过深度控制，一次把定位和孔口倒角加工完，减少孔口倒角工序。M4螺纹孔按钻底孔￠3.3后用M4丝攻攻牙，￠3+0.02￠9+0.02孔分别采用钻孔、粗镗、精镗，￠11+0.02孔已有￠10底孔，采用粗镗、精镗。粗镗时单边留0.15余量精镗，这样既可保证加工精度，亦能充分发挥加工中心的高效率性，在加工过程中，为防止铝屑粘刀，提高加工表面粗糙度，必须加冷却液，具体的切削参数，粗镗主轴1500r/m，进给速度50mm/m，精镗主轴转速2000 r/m，进给速度40 mm/m，完成孔的加工后，精铣B面与￠15沉孔平面，B面只有0.3 mm余量，采用￠20平刀一次精铣到尺寸，为避免在B面上留下进退刀痕迹，必须采用切线进退刀方式，切削参数主轴转速S1000 r/m，进给速度为200 mm/m，￠15沉孔平面加工采用￠8平刀一次精加工到尺寸，进刀和退刀也采用切线进刀和退刀方式，加工程式见附表程式0001。完成主视图所需加工尺寸后，利用加工中心Y方向读数测量出67±0.02的实际距离，计算出加工余量，为在02工件加工67±0.02作准备，测量方法是用￠10零位棒，在01工位的加工零点，也是￠11+0.02孔的中心Y向读数为零，再移动Y向工作台，使零位棒接触67±0.02侧面，Y向读数会显示实际距离，这样的测量方法只需用于首件加工，以后加工就不需要。

（3） 上视图尺寸的加工，把零件与模板构成的整体从工位01移置于工位02上（见图四），压紧后，X方向加工零点与01工位数值相同，Y方向加工零点定在￠18+0.02孔中心上。首先用￠16平刀粗铣67±0.02尺寸，加工时根据在01工位测量出67±0.02余量是多少，留0.3 mm余量精铣，粗铣完后用中心钻定位￠18+0.02孔和M5螺纹孔，M5螺纹孔的加工按钻底孔￠4.2后用M5丝攻攻牙，￠18+0.02孔的加工过程，分别采用￠12钻头钻孔，￠16平刀扩孔，￠17.7镗刀粗镗，￠18镗刀精镗，要注意的是，由于￠18+0.02孔较深，钻孔必须采用G83啄钻方式，以方便铝屑排出而防止钻头拆断。镗孔时，要采用刚性好的镗刀，镗孔完后用￠16平刀精铣67±0.02到尺寸。

（4）最后加工后视图面各孔，从02工位拆下模板和零件，把模板重新装夹在01工位上，用壳体外圆￠132和￠9+0.02孔定位后压紧。加工零点和主视图加工零点数值相同，首先用中心钻定位M6螺纹孔，￠5.5+0.02孔，￠11沉孔已加工￠7通孔，直接用￠11平刀扩孔，M6螺纹孔的加工按钻底孔￠5.1后用M6丝攻攻牙，￠5.5+0.02孔按钻底孔￠5.1后用￠5.5镗刀精镗到尺寸。

参考文献：

[1]漆向军.车工工艺与技能训练[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2]谭雪松.数控加工技术[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[3]于作功.数控铣床和加工中心编程与操作[M].北京：人民邮电出版社，2009.

典型零件的数控加工 篇4

数控机床加工与普通机床加工不同, 工件的加工精度不仅与加工过程有关, 而且与加工前编程阶段紧密相关。由于程序控制原理自身的原因, 编程误差不可避免。在编程阶段, 图纸上的信息转换为对于控制数控机床可以接受的形式, 这时会产生近似运算误差、插补误差、尺寸圆整误差、积累误差、理论刀具运动轨迹与实际刀具运动轨迹之间的误差。编程误差的大小与所用数控机床的脉冲当量有一定的关系。在编程过程中, 我们只要针对这几种误差的一种或几种采取相应的措施减少这种误差, 数控机床的编程误差都会做到相应的减少。下面我们就根据部分典型零件的加工来分析这些误差的形成原因及减少这些误差的方法。

2 典型零件加工

2.1 典型车床零件加工

2.2 工艺分析

根据零件图样要求、毛坯情况 (毛坯为Φ42的棒料) , 确定工艺方案及加工路线。

该零件总长为64mm, 属短轴类零件, 右端面为工艺基准, 采用一端夹紧一次装夹完成粗精加工。工步顺序如下:

(1) 粗车外圆。基本采用阶梯形、梯形切削路线去除余量。

(2) 自右向左精车各外圆面:倒角→切削螺纹外圆→车锥体→车R22mm圆弧→车φ38mm外圆。

(3) 切槽。

(4) 车螺纹。

(5) 切断。

2.3 编制零件加工程序

2.3.1 选择机床设备

根据零件图样要求, 选用经济型数控车床即可达到要求。故选用GSK980T型数控卧式车床。

2.3.2 选择刀具

根据加工要求, 选用四把刀具, T01为粗加工刀, 选90°外圆车刀, T02为精加工刀, 选90°外圆车刀, T03为切槽刀, 刀宽为4mm, T04为60°螺纹刀, 同时把四把刀在四工位自动换刀刀架上安装好, 且都对好刀, 把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。

2.3.3 确定切削用量

切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定, 详见加工程序。

2.3.4 确定工件坐标系、对刀点和换刀点

确定以工件右端面与轴心线的交点O为工件原点, 建立XOZ工件坐标系。

采用手动试切对刀方法 (操作与前面介绍的数控车床对刀方法相同) 把点O作为对刀点。换刀点设置在工件坐标系下X15、Z150处。

2.3.5 编写程序 (该程序用于GSK980T车床)

按该机床规定的指令代码和程序段格式, 把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下: (该系统X方向采用直径径编程)

方法一: (对图示零件不做任何数学处理直接按轮廓编程)

单位:mm

方法二: (按上述减小编程误差的方法对该零件进行数学处理后进行编程)

将φ38-0.04、φ26-0.04、φ16-0.04处理为φ37.98±0.02、φ25.98±0.02、φ15.98±0.02, 将39+0.1、54+0.05处理为39.05±0.05、54.025±0.025。将精车时的z-19、处理为z-19.13, 将圆弧半径R22+0.1处理为R22.05±0.05。编程如下:

只要将方法一中的精车程序段 (N0370----N0440) 加以修改即可

单位:mm

2.4 比较加工误差

用第一种方法加工后, 测量值与理论值对照表:

单位:mm

用第二种方法加工后, 测量值与理论值对照表:

单位:mm

2.5 分析不同编程方法对该零件加工精度的影响应采取的措施

通过上面的实例加工, 可以看出用第一种方法编程, 加工误差较大。用第二种方法编程, 加工误差大部分在公差范围之内。所以说, 不同的编程方法对零件的加工精度影响很大, 应在编程前先对该零件尺寸进行数学处理, 再进行编程加工。

2.6 总结:针对不同零件的加工应采取哪种合适的编程方法

数控编程中误差处理是一项重要问题。在编程中, 影响轮廓加工精度的主要是插补误差, 另外还有近似运算误差、尺寸圆整误差、积累误差、理论刀具运动轨迹与实际刀具运动轨迹之间的误差等等。下面针对不同的零件所应采取的编程方法进行总结:

(1) 锥体面和圆弧面时应考虑刀尖圆弧半径对零件加工的影响, 应按2.5 (理论刀具运动轨迹与实际刀具运动轨迹的误差) 中介绍的方法进行处理。

(2) 在编制程序时, 径向尺寸最好采用绝对编程, 轴向尺寸可采用相对编程, 即采用混合编程比较好。但对于重要的轴向尺寸, 也可采用绝对编程, 以尽量减少其积累误差。在经济型数控铣床上加工平行孔系时, 用相对编程时, 考虑到机床定位误差的累积, 设计加工路线时, 最好是沿同一方向依次走刀至各孔中心, 以提高各孔之间的相对精度。用绝对编程可在很大程度上减小积累误差。

(3) 编制程序时, 应正确处理零件图上的尺寸标注, 如标注的是非对称尺寸, 则要变换为对称尺寸来编程。

(4) 对于重复定位精度很高的机床, 为了保证主要尺寸的加工精度, 在加工主要尺寸之前, 刀具可先返回参考点在重新运行到加工位置。如此做法的目的实际上是重新校核一下基准, 以确定加工的尺寸精度。

(5) 有刀具半径补偿功能的数控系统, 编程时要按零件轮廓编程, 使用刀具半径补偿功能指令, 在控制面板上手工输入刀具半径, 以便于在更换刀具或修磨刀具后, 直接在控制面板上输入刀具尺寸的变化值, 而不必重新调整刀具、重新对刀、重新编程。

(6) 钻孔、镗孔、车螺纹时要正确考虑刀具的引入长度和超出长度。在有接刀的地方, 刀具应切向切入和切向切出。

数控编程的方法及应注意的问题是很多的, 在实际工作中, 针对零件的不同特点, 考虑所使用的数控系统不同, 采用灵活多样的编程方法是很有必要的。数控机床突出特点之一是:零件的加工精度不仅在加工过程中形成, 而且在加工前编程阶段就已形成, 编程阶段的误差是不可避免的。因此, 在应用数控机床进行机械零件加工时, 要充分地考虑工艺问题、编程方法对零件加工精度的影响, 这对提高数控机床的加工精度具有现实的指导意义。

参考文献

[1]杜家熙, 李颖主编.数控机床编程与结构.中国国际商务出版社, 2003 (7) .

[2]张超英主编.数控车床.北京.化学工业出版社, 2004 (2) .

[3]唐正清.试析数控编程及应注意的几个问题.北京:北京工业职业技术学院, 2005 (1) .

[4]杨有亮.刀具几何参数对编制数控车床加工程序的影响.汽车技术, 1995 (1) .

[5]房长隆.数控加工中编程误差的分析.黑龙江纺织, 2004 (9) .

典型零件的数控加工 篇5

一、轴类零件

1、轴类零件的功用为支承传动零件，传递扭矩或运动，承受载荷，并保证装配在轴上的零件具有一定的回转精度。

2、轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴

3、轴类零件是回转体零件，其长度远大于直径。按轴的长度L与直径D的比,当L/D≤12时，为刚性轴；当L/D＞12时，为挠性轴。

4、轴主要由圆柱面、圆锥面、端面、螺纹、键槽、花键等组成。

5、一般轴类零件常选用45钢，通过正火、凋质、淬火等不同的热处理工艺，获得一定的强度、韧性和耐磨性。

对于中等精度和转速较高的轴，可选用40Cr等合金结构钢，通过调质和表面淬火获得较好的综合力学性能。

6、轴类零件外圆表面的车削加工一般可划分为粗车、半精车、精车和精细车等。

粗车是粗加工，从毛坯上切去大部分余量，以尽快获得接近于最后的工件形状和尺寸的操作。

半精车是为了进一步提高零件的加工精度和改善表面质量。精车既可作为较高精度外圆表面的终加工，又可作为光整加工表面的预加工。

精细车是高精度外圆表面的最终加工工序，适用于有色金属零件的加工。

7、细长轴外圆表面的车削

细长轴:长度与直径之比大于20(L／D>20)的轴称为细长轴。细长轴的车削特点为：①细长轴刚性差，在切削过程中受切削力的作用极易产生弯曲变形和振动；②在切削热的作用下，产生很大的线膨胀，若两端顶尖固定支承，则会弯曲变形；③加工中连续切削时间长，刀具磨损大，影响加工精度和表面质量。

细长轴的先进车削方法 ①改进工件装夹方式一般采用一夹一顶的方法。同时在工件端部缠绕一圈直径为φ4的钢丝，以减少接触面积，避免夹紧时形成弯曲力矩；②尾座顶尖改为弹性顶尖，避免工件受热弯曲变形；③采用跟刀架，以提高工件的刚度。④为减小背向力，尽量采用大主偏角车刀，一般取κr=75°-93°；⑤采用反向进 给切削，改变工件受力方向，可减少工件的弯曲变形。

8、定位基准的选择

轴类零件的定位基准，最常用的是两中心孔。因为一般轴的设计基准都是其中心线，用中心孔定位，可实现基准重合，且能最大限度地在一次安装中加工尽可能多的外圆和端面，符合基准统一的原则。

9、主轴加工的工艺过程分为三个阶段：凋质以前的工序为粗加工阶段；调质以后到表面淬火间的工序为半精加工阶段；表面淬火以后的工序为精加工阶段。

10、在主轴加工的过程中，应安排足够的热处理工序。毛坯锻造后安排正火处理，以消除锻造应力，改善切削性能。粗加工后安排调质处理，以提高其力学性能，并为表面淬火准备良好的金相组织。半

精加工后安排表面淬火处理，以提高其耐磨性。

11、加工顺序的安排 轴主要加工表面的工序安排大致如下：锻造→正火→车端面钻中心孔→粗车→调质→半精车→精车→表面淬火→粗、精磨外圆表面。

二、套筒类零件加工

1、常用的套筒类零件的内孔表面加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔、研磨孔、珩磨孔和滚压孔等。

三、箱体类零件加工

1、箱体平面加工常用的方法有刨削、铣削和磨削。

2、精基准的选择

箱体加工通常优先考虑“基准统一”原则，使具有相互位置精度要求的大部分加工表面的大部分工序，尽可能用同一组基准定位，以避免因基准转换而带来的累积误差，有利于保证箱体各主要表面的相互位置精度。

箱体的设计基准往往也是箱体的装配基准，为保证主要表面间的相互位置精度，也必须考虑“基准重合”原则，使定位基准与设计基准、装配基准重合，避免基准不重合误差，有利于提高箱体各主要表面的相互位置精度。

3、箱体的定位基准常用以下两种方案： 1)三面定位 2)一面两孔定位

4、粗基准的选择

①在保证各加工面均有加工余量的前提下，应使重要孔的加工余

量均匀；②装入箱体内的旋转零件(如齿轮、轴套等)应与箱体内壁有足够的间隙；③注意保持箱体必要的外形尺寸。还应保证定位夹紧可靠。

4.4 圆柱齿轮加工

1、齿轮是齿轮传动中的主要传动元件，其功用是按一定的速比传递运动和动力。

2、齿轮的内孔（或轴颈）、端面（有时还有顶圆）常被用作齿轮加工定位、测量及装配的基准。

3、齿轮的材料按照使用时的工作条件进行选择。一般中等精度齿轮，可选用中碳钢(如45钢)、中碳合金钢(如40Cr)进行调质或表面淬火处理。

4、按齿面形成的原理不同，齿面加工可以分为两类方法：一是成形法，用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面，如铣齿、拉齿和成形磨齿等；二是展成法，齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系做展成运动，工件齿面由刀具的切削刃包络而成，如滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等。

5、齿形加工方法 1）铣齿

铣齿是指用齿形铣刀在铣床上加工齿面的方法。模数m≤8 mm的齿轮，一般用盘状齿形铣刀在卧式铣床上加工；m>8 mm的齿轮，用指状齿形铣刀在立式铣床上加工。

2）滚齿

滚齿加工是根据展成法原理来加工齿形的。滚刀加工齿轮，相当于齿轮齿条的啮合过程.滚刀旋转时，就相当于齿条在连续地移动，被切齿轮的分度圆沿齿条节线作无滑动的纯滚动，滚刀切削刃的包络 线就形成渐开线齿形。

3）插齿

插齿加工原理相当于一对圆柱齿轮相啮合，一个齿轮磨出前后角以形成切削刃即为插齿刀，通过严格的啮合运动，其包络线形成齿形。

4）剃齿

剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿圆柱齿轮，并在每个齿面上沿渐开线方向开出许多小沟槽，形成切削刃。剃齿时剃齿刀1与工件2在空间成交错啮合，剃齿刀高速正反转，带动工件作双面无侧隙的自由对滚，使两啮合面产生相对滑移，刀刃在一定压力下从工件齿面上剃下很薄的切屑

5）珩齿

珩齿原理与剃齿相似，珩磨轮和工件在空间作交错齿轮 副无侧隙啮合传动。当珩磨轮高速带动被珩齿轮正反转时，在相啮合齿轮的齿面上产生相对滑动，磨粒在进给压力下进行切削，为一低速磨削、研磨和抛光等的综合过程。

6）．磨齿

磨齿是高精度齿面的加工方法，多用作齿面淬硬后的光整加工。磨齿有展成法和成形法两种，在生产中常用展成法，它根据齿轮齿条的啮合原理来进行加工。按砂轮形状不同，分为以下几种：

1)碟形砂轮磨齿 2)锥形砂轮磨齿 3)蜗杆砂轮磨齿

6、圆柱齿轮加工工艺过程的制定原则:根据齿轮的精度等级、技术要求、结构与尺寸大小、材料与热处理、生产批量及车间现有设备条件而制定。

7、圆柱齿轮加工工艺路线大致为：毛坯制造及热处理—齿坯加工—齿形粗加工—齿圈热处理—精基准修正—齿形精加工—检验。

8、圆柱齿轮加工定位基准的选择

1）盘类齿轮的齿形加工，一般选择内孔和一个端面作为定位基准，符合“基准重合”原则。

2）轴类齿轮的齿形加工一般选择两顶尖孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择轴径和一端面定位。

9、齿坯加工方案

1)大批量生产的齿坯加工 ①在多刀半自动车床上粗车外圆、端面和内孔；②以内孔定位，端面支承，拉花键孔或圆柱孔；③以内孔在 精密心轴或可胀心轴上定位，在多刀半自动车床上精车外圆、端面等。

2)中小批生产的齿坯加工①在卧式车床上粗车齿坯各部分；②在一次安装中精车内孔和基准端面，以保证基准端面对内孔的圆跳动要求；③以内孔在心轴上定位精车外圆及端面等。

3）对于花键孔齿坯，①在卧式车床上粗车齿坯外圆、端面和花键底孔；②以花键底孔定位，端面支承，拉花键孔；③以花键孔在心轴上定位，精车外圆、端面等。

10、齿形加工方案

1）对于8级精度以下的调质齿轮，用滚齿或插齿就能满足要求。2）对于6～7级精度的齿轮，一般有两种加工方案：

①剃—珩方案：滚(插)齿—齿端加工—剃齿—表面淬火—修正基准—珩齿。这种加工方案生产率高，设备简单，成本低，广泛用于成批或大批大量生产中。

②磨齿方案：滚(插)齿— 齿端加工—渗碳淬火—修正基准—磨齿。这种加工方案生产率低，适用于单件小批生产或淬火后变形较大的齿轮。

典型零件的数控加工 篇6

多轴数控机床指在一台机床上除了具有x、y、z直线移动轴外,还具备至少1个以上的旋转轴,并可以联动控制的数控机床。多轴联动数控机床进行加工的优点是:可以实现一次装夹,多工位加工;能使用简单夹具,避免复杂或过渡工装的设计与制造,显著地减少制造的辅助时间;刀具或刀具姿态角可调,避免刀具干涉、欠切或过切,简化刀具形状;实现空间斜孔、复杂型面的简化编程加工;提高加工精度和制造效率,极大地提高经济效益。

最近几年,科学技术的发展突飞猛进,多轴加工技术发展趋于成熟,多轴加工机床也开始渗透到我国的民用工业中,随着人们对产品快速更新换代的要求越来越高,多轴加工机床在制造领域正在体现出越来越明显的优势。

本文利用五轴的数控编程技术,探讨多轴刀路策略及其数控加工工艺,并使用国内优秀CAD/CAM软件CAXA制造工程师,对图1所示的典型五轴零件完成数控加工工艺分析和编程加工。

2 五轴零件的总体工艺分析及工装设计

从图1的零件结构特征分析,关键结构有两个:一是由斜平面组成的顶部五角星,二是6个叶片及其叶片底部曲面组成的叶轮结构。面对这一组合结构,采用传统的3 轴数控加工策略,即使用清根刀路也无法清晰地加工出五角星的斜平面交接边,而采用专用夹具亦需多次装夹和定位,效率低下,且加工质量不佳;而对叶轮结构的加工则完全无能为力。综合以上分析,引入多轴加工思想,刀路设计思路如下:首先以三轴加工策略完成粗加工和规则特征的加工,其次以五轴定向加工策略结合三轴加工策略完成五角星的加工,最后以五轴叶轮加工策略完成叶片及叶片底面的加工。

五轴零件材料为铝,毛坯采用实心圆盘(直径150mm、厚62mm),刀具采用高速钢。数控编程工艺编排按粗加工、半精加工、精加工的顺序进行。粗加工用大刀具快速地加工出工件大致形状,半精加工用较小刀具去除粗加工遗留的大余量,并保留适当余量,精加工根据结构特征采用不同的刀具及工艺分区域加工,保证加工效果和加工精度。基本的工艺过程如表1所示。

零件使用广州数控25i型五轴数控机床完成加工,该机床采用典型的3+2结构,即配置双数控转台,在X、Y、Z三直线轴的基础上增加B、C两旋转轴。数控转台的定位装夹部件是数控转台上的圆盘(放射状均布8条T型槽,中心为准25mm通孔)。

工装夹具需自行设计,夹具采用直径100mm(小于零件直径)、高100mm的圆柱钢件,具体设计如下:(1)圆柱夹具与零件的装夹:圆柱夹具一端面过中心加工出宽16mm的十字凸台,圆盘零件底面过中心加工出宽16mm十字凹槽,夹具十字凸台与零件十字凹槽配合定位,同时圆柱夹具中心加工成阶梯通孔,零件底面中心加工出M12工艺螺纹孔,M12螺栓通过夹具阶梯通孔并锁紧零件;(2)圆柱夹具与数控转台的装夹:夹具另一端面中心加工直径25mm、高10mm圆凸台,与数控转台中心孔配合定位,距此端面10mm的外圆周处加工宽15mm圆周槽,使用T形键和压板压紧夹具圆周槽于数控转台上,完成装夹。

3 五轴零件的子工艺分析及数控编程

使用CAXA进行编制加工刀路之前,首先需完成以下编程准备:(1)造型准备———叶轮曲面的创建,加工轮廓的抽取等等;(2)装夹准备———同上,制作直径小于工件的夹具、在工件底面加工定位槽和攻丝,并安装在数控转台圆盘上。

3.1 顶面光整

工件底面装夹前已经过加工,工装后,为保证零件总高61mm尺寸,首先进行顶面光整加工,测量工件厚度,通过改变降低工件坐标系Z值,完成工件厚度的精度保证。加工过程打开切削液,提高切削顶面的光洁度。综合考虑到后续的整体加工,减少换刀,采用准20平底铣刀进行加工。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min;进给速度800mm/min;下刀速度300mm/min;退刀速度3000mm/min;加工轮廓选取圆柱外圆周;加工行距16mm。刀路轨迹计算如图2所示。

3.2 外圆柱面加工

采用直径为准150的圆盘料作为毛坯,毛坯外径略大于准150,考虑到毛料的不均匀性和外圆柱面的光洁度,外圆柱面的加工分圆周侧向两次加工完成。(1)第一步半精加工外圆柱面,留侧壁余量为0.4mm,分层加工到深度Z-62mm,层深8mm;主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度800mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,刀路轨迹计算如图3(a)所示;(2)第二步精加工外圆面,一层加工到位,主要切削参数设置为:切削速度1400r/min,进给速度600mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min。刀路轨迹计算如图3(b)所示。

3.3 整体开粗

五轴零件的基本形状为凸台结构,无凹槽特征,相对环切加工策略,整体开粗采用平行加工策略突现以下优点:刀路规整,折弯少,抬刀少,加工综合效果好。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度1200mm/min,加工深度范围为Z-1～Z-47mm,切削层深1.5mm,切削行距16mm,加工余量0.5mm,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,加工对象选择工件整体,限制边选择圆柱外轮廓。刀路轨迹计算如图4所示。

3.4 五角星精加工

五角星由10个侧三角平面组合构成,且平面交界处为锐边连接,不能使用小球刀加工曲面的加工策略,典型的3轴清根刀路亦无法加工到位,而需借助五轴定向加工策略,使用平底铣刀完成加工。首先选择五角星一角的一侧平面建立坐标系,在此坐标系下使用三轴的轮廓铣刀路加工此侧平面,如图5(a)所示,并围绕中心轴(Z轴)进行旋转阵列,可得其它四角同侧平面的刀路轨迹;五角星五角的另一5个同侧平面的刀路轨迹同上操作可得,如图5(b)所示。主要加工参数设置如下:切削速度1400r/min,进给速度600mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min。

3.5 圆球特征精加工

五角星往下拉伸与圆球交接,构成圆球的基本特征,曲面特征既有陡峭面,也存在平缓面。选用等高精加工2刀路较为合适,既可设置深度加工变化的层高,也可设置XY平面的间距,同时对陡峭面和平缓面达到较好的综合加工效果。五角星与圆球交界处曲率半径为3mm,由于加工深度较大,为保证刀具加工时的刚性,故尽可能选用大刀,此处采用R3球刀,主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度2000mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,Z向层高0.3mm,最小层高0.1mm,最小XY距离0.05mm,最大投影距离5mm,加工范围为Z-4～Z-36mm。刀路轨迹计算如图6所示。

3.6 圆球底部平面精加工

为得到良好光洁的圆球底部平面,采用尽量大的平底刀是合理的选择,故此处不采用3.5节中的球头刀同时加工,而增加新的轮廓铣刀路,选用平底刀加工。在软件中通过测量,圆球底部平面宽度为8～9mm之间,为保证加工过程的刀具刚性,选择准8平底刀。使用空间曲线功能构建圆球底部平面的外圆轮廓边和内圆轮廓边,首先使用轮廓铣精加工刀路沿内圆轮廓加工,如图7(a)刀路所示,其次使用轮廓铣加工刀路沿外圆轮廓加工,如图7(b)刀路所示,达到加工效果,主要加工参数设置如下:切削速度2400r/min;进给速度600mm/min;下刀速度200mm/min,退刀速度3000mm/min。

3.7 叶轮精加工

叶轮特征包括叶片和叶轮底面特征。为简化曲面处理和刀路运算,将叶轮底面、叶片和叶片顶部分开加工。

(1)叶轮底面精加工,整体粗加工以后,叶片左侧呈外凸状,余量较小,叶片右侧呈内凹状,余量较大,故加工叶轮底面时应从叶轮底面右侧(即叶片左侧边)进刀,避免首先切入零件大余量处影响切削质量,严重时甚至断刀。主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度1500mm/min,下刀速度200mm/min,退刀速度3000mm/min,叶轮装卡方式为Z轴向上,分度角为60°,底面上下部延伸量分别为3mm,最大步长为0.3mm,最大行距0.3mm,走刀方式为往复,进给方向为从右到左,选择底面优先,取消叶片选项。刀路轨迹计算如图8所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶轮底面的加工刀路。

(2)叶片顶面精加工:叶片顶面精加工无需五轴加工策略,使用三轴加工策略即可,在此选择参数线精加工刀路。由于该刀路受曲面边的限制,需在顶部曲面四周做2mm的延伸,以保证加工到位。主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度2000mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,行距0.3mm,切削方向沿顶面由下往上。刀路轨迹计算轨迹如图9所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶轮顶面的加工刀路。

(3)叶片侧面精加工:以上完成叶片底面和顶面加工后,再单独进行叶片侧面的加工,主要加工参数设置如下:切削速度3600r/min,进给速度1500mm/min,下刀速度300mm/min,退刀速度3000mm/min,最大步长0.3mm,叶轮装卡方式为Z轴向上,走刀方向为环切方式,加工层数10层,叶片的上部延伸量为3mm,下部延伸量为6mm。刀路轨迹计算轨迹如图10所示。继而将刀路绕中心轴(Z轴)旋转阵列5份,即可得其余5个叶片侧面的加工刀路。

4 结语

针对不同结构的多轴机床,需开发对应的后处理程序。以上刀路轨迹经过专用的后处理程序编译为数控加工程序,在广州数控25i型五轴数控铣床上完成了加工,加工效果满足所需技术要求,零件实物见图11所示。使用多轴机床能够实现一次装夹即可完成零件的多特征和多变曲面加工,同时避免了多次装夹导致的精度误差,节省了大量的工装设计与制作等辅助加工时间。多轴加工技术已成为现代加工技术发展和普及的方向,可显著提升零件的加工效率与制造质量。

摘要：文中在典型五轴零件的结构分析和工艺分析基础上,基于传统的三轴数控加工工艺,融合前沿的五轴加工策略,使用CAXA制造工程师设计了典型五轴零件的刀路,并完成了五轴零件的数控编程和加工,获得了满足要求的加工效果。

关键词：数控加工,五轴,CAXA

参考文献

典型零件的数控加工 篇7

数控技术在社会发展中具有重要地位, 在很多领域都被广泛应用, 在这种情况下, 国家正在加大力度培养专业技术人才, 同时相关领域也都加大了数控技术加工零件工艺的关注。另一方面, 数控铣床是加工典型零件的主要途径, 其加工工艺正在逐渐改进、完善、创新, 加工零件的精准度和质量也在不断提升, 效率也很高。由此可见, 尝试典型零件在数控铣床上加工工艺不断创新十分必要, 本文研究内容具有现实意义。

二、数控铣床加工零件的优势与创新

数控铣床加工零件是一项先进的工艺, 主要包括直线铣削、圆弧铣削、平面铣削、轮廓铣削、钻孔、深孔加工、刚性攻螺纹、带补偿夹具攻螺纹、铰孔、镗孔、扩孔、锪孔、螺纹铣削、圆弧槽铣削、矩形槽铣削等等。数控铣床加工零件具有自身独特的优势, 均被日常生产中大量应用, 数控铣床加工零件的类型主要包括以下几个方面:第一种是平面类零件加工, 其特点就在于加工面与水平面相互垂直或者相互平行, 加工面与水平面之间呈现一定值的夹角, 并且加工面能够展开成一个平面。第二种是直线曲面类零件加工, 其特点在于, 加工面以一条直线的形式与铣刀圆周接触, 并且能够在三坐标数控铣床上实现近似加工。第三种是立体曲面类零件加工, 该工艺一般采用三坐标数控铣床, 其特点在于, 加工面是空间曲面, 而且加工面只能为曲面, 不能展开为平面, 通常情况下, 在立体曲面类零件加工过程中需要采用球头铣刀切削, 并且加工面与铣刀一直是以点的形式接触, 如果在立体曲面类零件加工过程中使用其他种类刀具, 很容易损伤临近表面。

总而言之, 数控铣床加工零件工艺具有很多优势, 适用范围十分广泛, 为了更好地发挥数控铣床的各项优势, 通过广大技术工程人员与操作人员不懈努力, 设计最先进、最科学的加工工艺, 不断地去尝试创新, 最终目的是达到高精准度、高质、低成本、高效的效果。通过实践经验总结出了数控铣床加工零件的工艺优势特点, 具体包括了几个方面, 首先使用数控铣床加工零件, 工艺具有良好的灵活性, 一些轮廓形状较为复杂的零件均可通过数控铣床工艺进行加工, 例如模具类零件以及壳体类零件等等。其次, 数控铣床工艺的先进程度高, 很多普通机床难以加工的零件, 也可以通过数控铣床工艺进行加工, 比如三维空间曲面类零件、通过数学模型描述的曲线零件等等。再次, 数控铣床加工零件还具有精准度高、效率高、质量高等优势, 一些零件需要在一次装夹定位之后再通过多道工序进行加工, 数控铣床可以快速完成, 最重要的是, 高质高效是现代社会中各个领域的普遍要求, 数控铣床加工零件工艺自动化程度较高, 方便工作人员的操作, 有助于实现自动化生产, 同时数控铣床的抗冲击性能、韧性、耐磨性能比较良好, 工作质量和工作效率均十分突出。数控铣床加工零件工艺, 经过广大技术人员不断创新, 利用有限的人力、物力、财力, 大大提升精准度, 低成本、高效率、高质量的空间很广阔。

三、实例分析

上文简单介绍了数控铣床的工艺, 分析了数控铣床加工零件工艺的类型以及优势特点, 下面以二阶外轮廓矩形槽板零件加工为例进行实验分析, 特别在相同的生产成本, 采用不同的刀具、切削用量三要素与冷却液等方面进行比对, 突显新方法的优势。

(一) 加工流程

二阶外轮廓矩形槽板零件加工起来十分复杂, 对加工质量, 加工精度的要求都很高, 若零件材质为铝合金, 毛坯尺寸为Φ55х20, 底平面与Φ55外圆不加工, 只加工上平面与二阶外轮廓与矩形槽轮廓。所加工表面光洁度要求▽6, 零件加工图如图1所示。

该零件采用数控铣床进行加工, 主要加工上平面、槽板轮廓和矩形轮廓, 以该零件的上平面作为深度尺寸测量基准, 槽板最小凹圆弧半径8mm, 因此在采用数控铣床进行加工时, 在同一机床、相同换刀时间、相同工件材质、同等生产成本、同一形状与尺寸毛坯的情况下, 进行二次铣削试验, 第一次是传统上加工方法进行加工, 第二次是采用新方法进行加工。

1传动上一般的加工工艺流程

(1) 用三爪卡盘夹紧工件毛坯外圆不加工部分。凸出需加工部分的足够尺寸;

(2) 确定工件中心上平面O’为工件坐标中心;

(3) 输入程序;

(4) 选硬质合金YT15可转位面铣刀直径80 mm, 转速800 r/min, 进给速度200 mm/min, 切削深度为1.5 mm, 采用自动方式对零件上平面进行铣削, 之后明确轮廓深度测量基准;

(5) 选用高速钢三刃立铣刀直径为14 mm, 转速600 r/min, 进给速度100mm/min, 切削深度为4.5-5.1mm, 进行槽板粗、半精铣矩形和槽板轮廓, 留精铣加工余量为0.1mm;

(6) 选用高速钢三刃立铣刀, 直径为14 mm, 转速1000 r/min, 进给速度80mm/min, 切削深度为0.1mm进行精铣矩形和槽板轮廓。

2创新性试验加工工艺流程

(1) 用三爪卡盘夹紧工件毛坯外圆不加工部分, 凸出需加工部分的足够工件尺寸;

(2) 确定工件中心上表面O’为工件坐标中心;

(3) 输入程序;

(4) 选硬质合金YW1可转位面铣刀, 直径为80 mm, 转速为1000 r/min, 进给速度250 mm/min, 切削深度为1.5mm, 采用自动方式对零件上表面进行铣削, 以此平面为基准测量轮廓深度尺寸;

(5) 选用高速钢四刃立铣刀, 直径为14 mm, 转速为800 r/min, 进给速度120 mm/min, 切削深度为4.5-5.1mm, 进行槽板粗、半精铣矩形和槽板轮廓, 留精铣加工余量为0.2mm;

(6) 选用高速钢四刃立铣刀, 直径为14 mm, 转速1500 r/min, 进给速度100 mm/min, 切削深度为0.2mm进行精铣矩形和槽板轮廓。

(二) 切削用量和刀具的选用

(1) 传统上一般加工中, 切削用量和刀具的选用情况如表1所示。

(2) 新方法加工中, 切削用量和刀具的选用情况如表2所示。

实验证明, 采用新方法铣削加工具有质量高、效率高、光洁度高、无振纹粘刀现象的优势。

四、结论

通过上述工艺各环节可以看出, 典型零件在数控铣床上加工, 将传统采用三刃立铣刀改为四刃立铣刀, 把传统所留余量0.1mm调为0.2mm, 并把转速、进给速度提高, 把传统冷却液柴油 (或乳化油) 改为适应切削铝合金的煤油, 用传统方法与新方法加工相同零件进行对比, 总结得出如下结论:

1使用新方法提高了精准度和质量。

2加工时间由传统方法的13分钟/件, 缩少到新方法的11分钟/件, 每件节省了2分钟, 从而达到降低成本, 提高了效率, 对大规模生产更显优势。

3新方法加工的零件光洁度得到提升, 由原来的▽6提高到▽7。

4新方法中, 加工的零件无振纹与铝屑粘刀现象, 从而提高了产品的质量。

在以后的发展中, 数控铣床加工零件的技术会更加完善, 零件加工工艺也会更加先进, 如何利用好数控铣床, 不断提高零件加工的质量、精准度和效率、降低生产成本, 还有待我们不断创新探索。

摘要：随着社会的不断发展和进步, 工业生产需求旺盛典型零件加工的应用也越来越广泛, 就目前而言, 典型零件在数控铣床上加工的应用越来越普遍, 其加工工艺也受到了人们的广泛关注, 基于此种形势, 本文结合实例分析, 尝试对典型零件在数控铣床上加工进行工艺创新, 旨在不断提高零件的精准度、光洁度、质量、效率, 为大规模生产提供借鉴。

关键词：典型零件,数控铣床,加工,创新

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[7]罗建平.XK8150数控铣床典型结合部动力学特性研究[D].昆明理工大学, 2007.

典型零件的数控加工 篇8

随着数控机床的普及,数控加工技术已广泛应用于各工业生产领域,对于复杂配合类零件加工也不在是难事,而薄壁配合类零件因用途特殊性,经常出现在各种装配性部件产品上。薄壁零件刚性差,在加工过程中因受到切削力、夹紧以及切削热和残余应力影响极易产生变形,很难保证零件的加工质量。如果按照单一零件来加工,往往是加工时零件形状及尺寸都符合技术要求,在装配时确没有考虑装配间隙的预留量及加工过程的变形量,导致配合不上,影响工程进度。薄壁配合件在加工时要考虑尺寸精度、配合精度及形位公差,使得加工强度高,生产效率低,因此薄壁类配合零件的加工是迫切需要解决的难题。文中介绍薄壁配合类零件与传统先加工凸件方法不同,而是采用试配法先加工凹件,后加工凸件方式,其优点是既能保证配合产生的挤压变形,还可以更好的保证薄壁尺寸精度及表面质量。

2 例举典型案例分析

薄壁类配合零件其形状都以薄壁为加工要点,本案例如图1-1所示封闭薄壁件1和零件2作为加工配合讨论要点,设备在加工中心完成,工件材料为45#钢。

分析加工零件的图纸如图1-1所示,零件加工部位由不规则腔槽、圆柱、薄壁、孔组成,其几何形状属于平面二维图形,图1-1a中可看出零件1为薄壁类零件,壁厚为1-0-0..0603mm深度10mm,圆柱形尺寸为φ400+0.025mm,深度13mm,销孔φ10H7 mm。图1-1b零件2腔槽与零件1配做,配合公差控制在0.05mm以内,型腔通孔φ40--00..002458,不规则轮廓倒角2×45°,轮廓与与外形之间定位尺寸1 30-0.027。零件的初始毛坯料在不本次加工讨论范围。

技术要求:

1.零件1和零件2配合的同时,可用标准件φ10 mm销同时能插入零件1和零件2对应4-φ10H7 mm的孔内。

2.未标注公差均为±0.1mm。

3.配合间隙允许公差小于0.05mm。

3 工件的装夹与刀具选择

图形1与零件2均为长方形毛坯形状,装夹采用液压平口钳装夹,对平口钳进行安装调试,待安装好后将工件装上,进行水平校正。装夹时要注意测量装夹的夹持部位,零件1高度尺寸的夹持部位在23～32mm尺寸之间,零件2夹持部位在10～32mm尺寸之间,不可高于零件加工部位,以免切削到平口钳上。

零件1的难加工部位是薄壁厚度部分,根据零件型腔最小的内圆弧半径为R17,对于刀具粗加工轮廓铣削选用两刃镶刀片硬质合金刀刃Φ25mm立铣刀,其优点是铣削每层进刀量、切削量余量小,进给率大,薄壁轮廓受到挤压力相对减小。半精加工轮廓铣削选用高速钢四刃Φ20mm立铣刀,粗加工后轮廓余量相对减小,采用高速钢刀具即可。精加工轮廓铣削选用高速钢六刃Φ20mm立铣刀,选用六刃高速钢立铣刀可减小单位时间内刀具切削刃切削力,避免挤压导致薄壁变形;型腔轮廓倒角2×45°精加工采用Φ12mm硬质合金球头铣刀。销孔φ10H7加工采用Φ3mm中心钻,Φ9.8mm钻头,Φ10mm铰刀。

4 加工方法的选择

刀具半径补偿手动编写加工程序时刀具半径补偿的建立需要一个过程,零件1薄壁轮廓下刀点可设在工件的坐标原点上,然后可进行直线建立刀具半径补偿过渡切削到轮廓上;零件2铣削型腔轮廓可在零件X正方向和Y正方向进刀;为防止在刀具半径补偿建立与取消过程中产生过切现象,刀具半径补偿建立与取消的开始点与终点位置最好与补偿方向在同一侧。

轮廓加工方法的选择:零件1薄壁避免采用法向进刀方式,以免会在进刀处产生冲击力,使薄壁产生变形;可采用圆弧切向进刀、退刀,轮廓切向进刀可减小薄壁轮廓受力变形,过渡更顺畅。零件2加工部位为型腔,可选择法向进刀,也可以选择圆弧切向进刀。

5 工序的划分

工序安排按加工形状的性质和要求与传统的加工方式不同,本次加工是先加工零件2型腔部分后加工零件1薄壁部分。

(1)加工零件2型腔分粗加工、半精加工、精加工三步进行;

粗加工

根据零件形状可完成外形2400-0.029mm、圆柱孔φ40-0-0..048025mm、型腔轮廓倒角2×45°及型腔轮廓粗加工,加工不分先后顺序,型腔轮廓余量较大,必须在粗加工把多余的余量给去掉。刀具半径补偿要留0.5～0.8mm左右余量和深度留0.5mm余量到半精加工工序;切削方式采用顺铣加工,防止切削量过大导致过切现象。

半精加工

轮廓粗加工后余量小于1mm,切削深度100-0.08mm,采用高速钢立铣刀铣削可直接铣削到要求深度,公差控制下偏差-0.04～-0.06mm适合。外形2400-0.029mm、圆柱孔φ40-0-0..048025及型腔轮廓半精加工余量控制在0.2～0.3mm,其中通孔φ40--00..002458深度较深,分两层进行铣削。

精加工

精加工把零件尺寸直接加工到位,加工过程分两至三次铣削进行,根据刀具补偿半径对加工结果进行参数的设置,直到符合图纸公差尺寸要求。精加工步骤:1)铣削外形2400-0.029mm,外形尺寸在零件中处于定位尺寸,故在加工时先加工。2)铣削型腔轮廓控制尺寸130-.0027mm,保证型腔的基本位置。3)铣削圆柱孔φ40-0-0..048025mm,公差最好取下偏差。4)型腔轮廓倒角2×45°Φ12mm高速钢球头铣刀进行精加工,刀具行距设置0.1mm。5)销孔φ10H7加工采用3mm中心钻点钻,然后Φ9.8mm钻头钻通孔,最后Φ10mm铰刀铰孔。

(2)加工零件1薄壁形状同样分粗加工、半精加工、精加工三步进行,与零件2加工不同的是零件1主要是以加工薄壁轮廓为主,将采用试配法先加工薄壁外侧,后加工薄壁内侧型腔部分。

粗加工

首先要加工Φ40mm凸圆,去除多余的残料,使凸圆留有0.5～0.8mm左右余量;接着铣削薄壁外形轮廓和型腔,薄壁厚度预留3mm左右给半精加工,薄壁厚度可通过半径不错的方式进行;深度预留均为0.2mm余量。

半精加工

同样先加工Φ40mm凸圆,余量控制在0.2mm左右。铣削薄壁外形轮廓,Φ25mm立铣刀半径补偿D1=12.7mm,余量在0.3mm左右即可,薄壁深度与粗加工相同,预留0.2mm余量。

精加工

精加工步骤:1)将深度尺寸控制在公差范围内,可调用粗加工程序进行加工。2)接着采用试配法加工凸圆φ400+0.025mm和薄壁外轮廓,凸圆φ400+0.025mm加工控制尺寸精度在+0.01～+0.02mm适合,薄壁外轮廓没有公差要求,加工时通过修改刀具半径补偿的方式进行试配,控制配合间隙尺寸。3)当零件2与零件1有部分配合上时,可加工薄壁型腔将壁厚1mm预留余量0.2mm左右。4)薄壁外轮廓和Φ40mm凸圆完全配合好后,加工薄壁内侧,将尺寸加工到1--.0.00036mm。5)配合好后根据零件2销孔位置情况加工零件1销孔,最终完成整个零件配合加工任务。

6 工序的实施

(1)设备采用数控加工中心,在加工前进行加工工艺卡设定如表1-1所示,将刀具合理安排在刀库中,将刀具高度补偿值H按顺序依次放入刀库中。按照工件加工表面的性质和要求,将粗加工、半精加工、精加工和孔加工如表1-1。

7 制订加工计划及程序编制

(1)下刀点的确定

零件2型腔,采用在工件左侧R10圆弧进刀方式,外形轮廓走刀,刀具的下刀点必须在工件外侧,下刀点位置刀具不直接与工件接触。型腔轮廓走刀;刀具的下刀点在G54原点处,方便编程定坐标点,刀具下刀点最好不要Z向下刀,可通过钻下刀孔或螺旋下刀的方式,避免立铣刀Z向下刀受力过大造成刀具崩刃。

(2)NC加工程序编制

1)选择编程原点:跟据基准统一原则,编程坐标系G54原点选择260×190mm毛坯料对称中心处。

2)切削方式及进、退刀线的设计:本次加工切削方式采用顺铣加工方式,进、退刀的方式采用圆弧进刀或螺旋进刀方式。

3)工程图样的NC编程处理:将下刀点延长至工件外侧处,采用圆滑切入切出完成整个走刀过程。

4)坐标计算:计算出各个基点、节点坐标,坐标点根据图形可直接找出,圆弧相切处可以通过图纸测量得出。

8 结论

本文论述了薄壁加工中,刀具的选择,加工工艺的安排,加工时避免过切采取的一系列措施及刀具路径的设定,工序的安排等内容。加工薄壁产品多种多样,不同材料选择不同的加工工艺,刀具材料也不同,文章采用较常见的45#钢材料作为加工典范。零件中0.5mm的薄壁,这个位置的薄壁在加工时受到刀具切削力的挤压产生塑性变形,容易产生振动和变形,影响工件的尺寸精度,形状、位置精度和表面粗糙度。而且钢件在加工过程中切削量较小时很难把材料去除掉,在变编写程序时按照给定点进行编写,尺寸的控制只能通过刀具半径补偿来控制。刀具半径补偿值不能设置过大,只能通过不断的试切、测量来设定,大大的影响了加工时间。

工件较薄,切削热会引起工件热变形,从而使工件尺寸难以控制。由切削热引起工件的热变形,会对其尺寸精度产生极大影响。因此粗加工时留有足够的余量给后续半精加工,通过余量的修补完成尺寸精度控制。

参考文献

[1]黄国权.数控技术(第一版)[M].哈尔滨工程大学出版社,2004

[2]黄康美.数控加工编程(第二版)[M].上海出版社,2004

[3]汪目兰.数控原理与系统(第一版)[M].西南交通大学出版社,2004.

[4]马立克.数控编程与加工技术(第一版)[M].大连理工大学出版社,2003.

机械制造中典型盘类零件的加工 篇9

1 加工图样分析

加工产品如图1。在拿到图纸时, 先要对这件产品在图纸上所体现的加工内容与要求进行初步的了解与分析, 考虑如何安排加工工艺, 由下图可知本产品由外圆、内孔、外切槽、阶台面、四周排列孔、排列螺纹孔等组成, 它所包含的加工部分并不多, 但内孔尺寸及部分加工内容之间的位置精度要求却较高, 而且为节省材料降低生产成本期间, 所选用的可加工的原材料为圆型钢板, 从夹持的角度去考虑, 这就决定了我们在对产品原材料进行加工时要考虑到去设计必要的辅助支撑夹具, 再者从现有的设备去考虑:外圆、外切槽、内孔及阶台面的加工我们都可以用数控车来完成, 排列螺纹孔及排列孔我们就要用到加工中心或铣床才可对其加工并最终成型。

2 加工工艺分析及加工过程

2.1 加工前准备

首先在拿到材料时我们要对材料进行初步检查, (毛坯材料尺寸约为Φ120mm×30mm) , 检查其中有没有缺陷存在, 否则最终产品的不完整将会难以弥补;其次要进行去余量之前的测量, 检查现有的尺寸是否能满足我们的加工要求, 余量多少决定了程序中的切削用量及如何去合理的安排加工工艺。在确定材料无问题后, 我们就可以做加工前的一些辅助准备, 然后去选择机床对材料进行车削加工。

2.2 加工工艺安排分析

(1) 首先夹持原材料左端 (图1左端) , 在右端车出一个工艺台面并平削右端端面。

(2) 夹持车好的工艺台面, 粗车左侧轮廓至Φ76mm, 长度为14mm。粗镗内孔分别至Φ52mm、Φ36mm (通孔) 。

(3) 夹持粗加工左端表面Φ76mm, 车削Φ110m外圆及内孔Φ60mm, 后精车外圆Φ110mm精车内孔Φ60mm、Φ38mm并控制所加工尺寸。

(4) 夹持Φ110mm外圆, 精车Φ55mm内孔并控制尺寸。

(5) 设计夹具装夹右端, 精车Φ72mm外表面、台阶面及外切槽并控制尺寸。

(6) 设计夹具夹持底座, 完成钻孔、攻丝的内容, 使产品成型。

2.3 加工程序编制 (略)

3 加工注意事项

(1) 首先在夹持左端车削右端时, 要注意由于原材料的表面可能不平整, 夹持时会有部分处为点接触, 车削时由于切削力的影响极易发生位置精度的变化。为此我们首先要在左端车出一个工艺台面, 同时平削端面, 控制面与阶台面的垂直度, 然后用反爪夹持右端面事先车好的工艺台面, 使右端面顶住反二爪外侧, 这样可以防止重车左端时, 工件的摆动与轴向的窜动。粗加工之前可事先钻好内孔, 可分钻、扩两步, 这样一来可以减少粗车余量, 再者可以避免由于车刀安装的过高或过底, 对端面进行平削到中心时给刀具带来不必要的损坏, 粗车完左端面后, 由于左端的精度要求并不高, 为此我们可以一次将外圆与轴、孔粗精加工全部完成。

(2) 由于调头夹持Φ110mm外圆, 车削Φ72mm外圆时夹持面太小, 容易发生径向跳动与轴向窜动, 这时要考虑设计夹具, 为进行后面加工左端外圆与切槽做准备。在设计夹具时要考虑两点:一是定位;二是加紧, 这样才能满足加工需要, 设计夹具时要采用精加工基准为准。对于轴类零件, 在车床上加工时我们一般考虑选择已加工的轴或孔进行定位与加紧, 将内孔与外圆分开加工。先加工内孔, 然后以孔为基准进行装夹定位, 在加工孔时, 我们可以夹持住Φ110mm外圆, 并使右端面顶住反二爪外侧 (作用同上) , 由于这样装夹时Φ110mm外圆的余量基本在卡盘内侧无法进行加工, 这也就决定了要将内孔与外圆分开来加工并设计夹具完成左端的加工, 夹具设计如图2, 夹持Φ110mm加工完成后的加工部分如图2中的半成品, 但加持Φ110mm外圆车削内孔Φ55mm时要注意:因为此道工序对是孔进行车削, 无须考虑Φ72mm所要留有的可加工部分有多长, 为此可以以右端顶住反爪三爪外侧进行定位, 然后用反爪夹持精度与表面要求都不是太高的Φ110mm的外圆。顶住反二爪外侧然后车削内孔Φ55mm并控制其加工精度, 装夹后如图3, 这样就可以完成剩余部分的加工。

4 分析装夹及加工过程

(1) 以Φ60mm、Φ38mm内孔加工完成后为精基准, 装夹夹持件。以Φ35mm、Φ60mm为定位, Φ55mm内孔为加紧处进行加紧如图3。

(2) 由于对产品进行加工时有部分尺寸的位置精度要求较高, 为避免误差可采取尺寸的中值对程序进行编写, 然后车削左端剩余部分并控制精度。

(3) 对排列孔进行加工时, 可同样采用设计夹具对其进行轴向定位加紧的形式, 用台钳固定夹具, 将产品放置在夹具上并固定, 然后对其进行钻孔与攻丝加工。

5 结语

对本产品的加工, 中间所需工序较多, 每一步的完成都是相牵连的, 都是有着各自先后加工顺序的, 工序多那么所需加工所用到的机床也就较多, 这样很适合成批量生产。加工时, 由于盘类零件是要通过卡盘进行夹持的, 轴向与径向跳动不好控制。为此要想通过卡盘来解决它的装夹问题, 那么就要设计相应辅助夹具来装夹产品进行车削加工, 夹具设计在对产品生产加工中起着至关重要的作用。

参考文献

[1]徐翠英.多孔盘类零件加工工艺分析[J].机械工程师, 2008 (5) .

典型零件的数控加工 篇10

随着装备制造业的快速发展,对数控加工技术提出更高的要求,把数控加工工艺、切削参数优化、刀具选择、数控编程、加工仿真等功能集成在一个系统上,能提高机床的工作效率和加工质量,同时可以降低对操作工人技术水平的要求。从加工制造企业的实际情况来看,用户对产品的种类和功能要求日益复杂,生产模式趋向于多品种小批量,如何及时地响应市场需求,针对不同的加工要求快速制定加工方案等,正成为一个亟待解决的研究课题。车削专家系统就是结合计算机技术和专家经验将特征识别、数控加工工艺制定、参数优化等集成在一个系统上,针对不同加工要求能够实现从零件模型识别到加工方案的生成。

本文研究了一个面向典型轴类零件的车削专家系统,利用专家在车削加工领域长期积累的经验,结合计算机技术,能够实现特征识别、推荐合理的关键加工参数、加工方案等功能。

2 系统设计

2.1 系统功能模块

经IDEFO建模方法对系统的功能进行分析后,采用结构化设计方法,将系统分成几个独立的模块,以方便系统的开发、维护[1]。系统的结构如图1所示。

系统各模块的功能简述如下:

(1)用户管理:切削数据库是基于C/S结构的开放式系统,为保证系统的安全,需控制用户的权限。如普通用户只具备查询功能,只有管理人员才具有对数据库和知识库的管理权限。

(2)轮廓提取&特征识别:获取用于切削参数选取等后续单元所需的零件工艺信息。

(3)工艺规划:进行工步、工序的设定以及刀具选择和切削用量初选。

(4)专家系统:包括系统的推理机以及各个模块的知识库等。

(5)切削参数优化:该模块根据用户提供的工件、刀具信息,采用规则推理以及优化得出切削深度、进给量等切削参数;

(6)文件输出:将工艺文件输出。

(7)数据管理:该模块由产生式系统中的规则库和数据库以及综合库组成。管理人员通过删除、添加、修改等操作实现对数据库的管理和维护。

2.2 数据管理系统

运用E-R模型系统的数据库进行概念设计,根据概念原型在关系型数据库管理系统SQL Server中进行逻辑结构设计和物理结构设计,在此基础上通过Visual C++进行编程,对数据库应用程序进行开发,从而实现了对工件、刀具、机床等信息的管理和查询检索等功能[2]。系统利用ADO技术实现Visual C++与数据库系统的联接。同样,知识库和知识库管理系统的功能是提供一个能对知识进行系统化地组织与管理,能存储、增加、删除、修改和查询知识,以及对知识进行一致性与完整性校验的机构。数据管理系统的结构以及其中刀片库分别如图2、图3所示。

3 专家系统核心部分设计

3.1 系统平台的搭建

本项目的开发环境采用VC++与OpenGL实现完全独立开发,能够快速导入零件三维模型,显示和读取零件的几何特征并进行模型操作。系统中各个模块相对独立,每个模块都设有对外连接的接口。

3.2 知识库的设计

知识库主要用来存放领域专家提供的专门知识。知识库中的知识来源于知识获取机构,同时它又为推理机提供求解问题所需的知识。建立知识库,必须解决如何存储知识的问题,这就是所谓的知识表达,确切地说是如何以计算机能够存储的形式来表达知识[3]。

在本系统中,知识库主要存储从手册、加工经验或者机械加工领域专家那里得到的关于加工参数选取、刀具选取、工艺优化等方面的专门知识,这些知识由表示蕴含关系的规则表达,这些规则形式如下:

含义为“如果X成立则有Y结论”。规则中X称为前项(Antecedent),是一系列条件的组合,即X=X1∧X2∧…∧Xn,用以表示前提;Y称为后项(Consequent),表示结论。有时为了表达不完全的知识,还需要引入置信度Con。上述规则亦可用笛卡尔乘积的形式来表示:。如下所示为系统中利用产生式法表示的规则:

这条规则表示如果工件材料为铸铁且切削模式为粗车且加工表面连续,那么刀具材料以1.0的置信度选择YG6。

本文规则库分为工序规则库、刀具选择规则库和切削参数选择规则库,各规则库由规则表(Rule_List)、条件构成表(Rule_Pre)、结论构成表(Rule_Con)、事实表(Fact_List)等组成。将一条产生式规则拆分为条件、结论、置信度和描述(解释),将其用不同的表表示出来,再利用Sql表中主键和外键的关系,将其重新连接成产生式规则的结构,以适用于推理。在表1-表3中,其中规则表由规则编号、规则名称、置信度、激活标识、解释、启用标识等组成,规则前提表和结论表由规则编号、事实编号、事实激活等组成,事实表由事实编号、事实描述等组成[4]。

3.3 推理机的设计

推理机实际上是一组计算机程序,它负责调控整个系统以决定如何使用知识库中的知识去解决实际问题。问题求解涉及到求解问题的策略及推理机的控制策略问题,包括推理方法、推理方向、冲突消解等。

如图4,在本系统中,根据工艺制定的特点,采用基于正向推理的精确推理控制策略。当规则的条件部分与现有事实匹配时,就把该规则放入候选规则队列中。若有两条以上的规则成为竞选规则,则需要进行冲突消解。系统采用有代价深度优先的搜索方法作为冲突消解策略。冲突消解后,找出一条规则作为启用规则进行处理,并将其结论放入数据库作为下一步推理时的证据。重复此过程,直到再无可用规则或求得所需解为止。

推理过程中涉及到初始信息及中间信息等的存放空间,因此本系统建立一个动态的综合数据库。综合数据库用于存放问题求解过程中的各种当前信息,例如问题的初始事实、原始证据、推理得到的中间结论以及最终结论等。当知识库中某一条产生式规则的条件可与综合数据库中的某些已知事实匹配时,该产生式就被激活,并把用它推出的结论保存放入综合数据库中,作为其后推理的已知事实。待检查完毕,再无可用规则时,从综合数据库中取出所有的结论[5]。

4 应用模块的实现

4.1 轮廓提取&特征识别

为了实现CAD/CAM的有效集成,需要解决的重要问题就是如何能够从CAD模型中获取加工所需的零件信息。传统的基于实体模型的产品建模技术只注重产品的几何信息细节的描述,产生较低层次的几何信息,如点、线、面、体等,但对于工艺制定及数控加工来说,点、线、面的层次太低,无法被其所自动理解,因此在根据面向制造的需要来解释零件时需要大量的人工干预和二次输入,因而降低了效率并增加了许多不确定因素。因此,在高层次上描述零件的几何信息、拓扑信息的零件信息模型是实现集成的关键。

在本模块当中,能够识别出的零件信息包括零件的轮廓、几何特征以及特征之间的相互位置等。由于CAD系统主要考虑零件的功能设计和图形建模,它不包括零件的工艺信息和管理信息,因此系统需要获取用于切削参数选取等后续单元所需的决策信息,仍然需要通过人机交互,对零件的工艺信息等进行补充。如图5所示为本系统平台导入的一个STL格式的轴类零件。

4.2 工艺方案制定

4.2.1 工序规划

(1)加工顺序

加工顺序是指工序的先后排序。它与加工质量、生产率和经济性密切相关,安排加工顺序首先要考虑的因素是工艺基准,零件在加工时所用的工艺基准称为定位基准,根据该基准面是否被加工过,定位基准又可分为粗基准和精基准。基准的选择原则有很多,如应与设计基准重合、安装面与导向面应选择大尺寸者等。其次,加工顺序的重要部分是安排主要加工表面的加工顺序。零件的主要加工表面一般都是指精度或表面质量要求比较高的表面,它们的加工好坏对整个零件的质量关系较大,往往它们的加工工序也较多,原则一般包括“先面后孔”、“先粗后精”等。最后,热处理工序与辅助工序穿插在主要工序之间,辅助工序包括去毛刺、清洗、检验等,一般安排在关键工序的前后、转换车间的前后、加工阶段的前后等。

加工顺序的安排是一个比较复杂的问题,灵活性较大,影响因素较多,在利用长期积累的经验编写规则库的时候,还应结合每一次的加工情况,不断补充新的规则,以适应可能出现的种种加工状况。

(2)工步规划

根据被加工工件的尺寸大小和加工的准确度要求,对具体的被加工工件的被加工面进行工步规划。在规划工步的过程中综合考虑了被加工面所要求的准确度和粗糙度,工件的材料属性,及各种加工方法所能达到的经济加工准确度和表面粗糙度等因素,利用专家系统进行规划。

(3)确定加工余量

在确定加工余量时,不仅要考虑加工准确度和表面粗糙度,而且要考虑工艺系统刚度以及工件的材料特性,并且由粗到精得到各个加工工序的切削深度。

4.2.2 刀具选择

结合加工工艺,在考虑选用机床、工件尺寸、加工精度等主要因素的影响下,利用编程技术实现系统推理分析,优选加工刀具。本系统备选刀具采用山高刀具,其镀层和不镀层车削刀片范围由4000多种标准刀片和2000多种刀杆构成,可以较好地满足车削的各种需要。其可转位车刀由10个特征代号组成,如图6。

其中1号位表示车刀刀片的夹紧方式,与加工条件、工件材料等有关;2号位表示车刀刀片形状,与加工的对象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃数等等有关;3号位表示车刀头部形状,与主偏角等有关;4号位表示车刀刀片法后角,与工艺系统刚性、工件材料等有关;5号位表示车刀的切削方向,选择时要考虑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;6号位表示车刀的刀尖高度;7号位表示车刀的刀杆宽度。通过总结专家选取这些特征代号的经验,构成刀具选择规则库。选取七个特征代号之后,系统可通过关系数据库sql查询语句实现相应刀具的匹配。

4.2.3 切削用量初选

切削用量包括切削速度(主轴转速)、背吃刀量、进给量。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。以专家经验知识和实际操作经验为依据,利用切削用量初选模块初步确定切削深度值,以及进给量和切削速度的合理范围值。切削用量的选择原则:首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面的粗糙度要求,选取较小的进给量;最后在保证刀具使用寿命的前提下,尽可能选取较高的切削速度。

4.3 切削用量优化

所谓切削用量优选,就是朝着预定的目标在一些约束条件下选择最佳的切削用量,分别以最低单件成本、最短加工时间、最大单件利润为目标,或者同时考虑这三者的多目标基础上对初选出的切削参数进行科学优化。本系统车削加工的设计变量为X=(x1,x2)T,式中x1为切削速度v,x2为铣刀每齿进给量f,并以最大生产效率建立目标函数:

式中:tm为工序的切削时间;tc为工序之间换刀时间;td为由于刀具磨损平均一道工序的换刀时间;tot为除换刀时间外的其他辅助时间;T为刀具耐用度;ap为切削深度;Ck、xr、yr、zm、m、y、p、u、k、q为系数。

由于受所选机床主轴转速、进给量、铣削进给力、铣削功率等限制,在实际生产中,切削变量应该满足以下的约束条件:

(1)铣削速度需要满足机床主轴转速约束,即:

式中,vmax、vmin,分别为最大、最小切削速度。

(2)加工时进给量需要满足机床进给量的约束条件

式中,fmax为允许最大进给量;fmin为允许最小进给量。

(3)铣削进给力要小于机床机床主轴的最大进给力

式中:Fmax为机床主轴最大进给力;kf、xp、yp、qF、WF为切削力系数。

(4)铣削功率要小于机床的有效功率

式中,Fc为切削力;ηm为机床有效系数;Pmax为机床最大有效功率。

(5)零件表面粗糙度约束

式中,Rmax为最低表面粗糙度。

在设计了变量、优化目标和约束条件之后,采用模拟退火算法进行求解。该方法是随机搜索方法,它是近年来提出的一种适合于解决大规模组合优化问题的通用而有效的近似算法。与以往的近似算法相比,模拟退火算法具有描述简单、使用灵活、运用广泛、运行效率高和较少受到初始条件约束等优点。

5 实例运行

对导入的轴类零件经过特征提取以及工艺方案制定、切削参数选择优化等模块操作后,输出结果如表4、表5所示。

6 结论与展望

利用系统推荐的刀具以及切削用量等进行轴类零件的车削加工,运行表明,加工效率以及精度都在合理的范围并有所提高,并且由专家系统替代人工进行工艺决策大大提高了生产效率。本系统具有界面友好、易于扩充等优点,将知识库加以扩充,即可用于其它类型零件的专家系统的生成。

摘要：针对典型轴类零件在实际生产中人工编制工艺效率低下、切削参数选择不合理等问题,依据金属切削加工理论,通过分析典型轴类零件车削加工的专家经验,提出了基于Visual和Sql Server建立典型轴类零件车削加工专家系统。系统先通过对零件三维模型的识别,提取出能够用于制定工艺的零件信息,进而采用基于规则推理的技术,实现典型轴类零件的工艺方案自动制定、刀具和切削参数自动选择优化等。

关键词：车削加工,专家系统,基于规则推理,特征识别

参考文献

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