【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)控機(jī)床已經(jīng)在機(jī)械加工部門占有非常重要的地位，是柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化工廠的基本構(gòu)成單位。努力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，向著更高層次的自動(dòng)化、柔性化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化制造方向推進(jìn)，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向。 數(shù)控銑削加工技術(shù) 數(shù)控銑削加工是以銑削為加工方式的數(shù)控機(jī)床加工，包括數(shù)控銑床、加工中心加工等。在數(shù)控機(jī)床中所 占的比例比較大，在航空航天、汽車制造、一般機(jī)械制造加工和模具制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。 數(shù)控銑削加工 中心 的特點(diǎn) 如下： (1)加工精度高。在加工中心上加工，其工序高度集中，一次裝夾即可加工出零件上大部分甚至全部表面，避免了工件多次裝夾所產(chǎn)生的裝夾誤差，因此，加工表加工中心面之間能獲得較高的相互位置精度。同時(shí)，加工中心多采用半閉環(huán)，甚至全閉環(huán)的位置補(bǔ)償功能，有較高的定位精度和重復(fù)定位精度，在加工過(guò)程中產(chǎn)生的尺寸誤差能及時(shí)得到補(bǔ)償，與普通機(jī)床相比，能獲得較高的尺寸精度。 (2)精度穩(wěn)定。整個(gè)加工過(guò)程由程序自動(dòng)控制，不 受操作者人為因素的影響。同時(shí)，沒(méi)有凸輪、靠模等硬件，省去了制造和使用中磨損等所造成的誤差，加上機(jī)床的位置補(bǔ)償功能和較高的定位精度和重復(fù)定位精度，加工出的零件尺寸一致性好。 (3)效率高。一次裝夾能完成較多表面的加工，減少了多次裝夾工件所需的輔助時(shí)間。同時(shí)，減少了工件在機(jī)床與機(jī)床之間、車間與車間之間的周轉(zhuǎn)次數(shù)和運(yùn)輸工作量。 (4)表面質(zhì)量好。加工中心主軸轉(zhuǎn)速加工中心和各軸進(jìn)給量均是無(wú)級(jí)調(diào)速，有的甚至具有自適應(yīng)控制功能，能隨刀具和工件材質(zhì)及刀具參數(shù)的變化，把切削參數(shù)調(diào)整到最佳數(shù)值，從而提高了各加工表面的質(zhì)量。 (5)軟件適應(yīng)性大。零件每個(gè)工序的加工內(nèi)容、機(jī)床切削用量、工藝參數(shù)都可以編人程序，可以隨時(shí)修改，這給新產(chǎn)品試制，實(shí)行新的工藝流程和試驗(yàn)提供了方便。 本課題的主要任務(wù) 7 給定樣圖如圖 所示。 圖 零件樣圖 根據(jù)圖 需要完成以下五項(xiàng)內(nèi)容： （ 1）繪制零件二維圖及三維圖； （ 2）分析零件結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求等； （ 3）對(duì)零件進(jìn)行工藝分析； （ 4）制定合理的加工方案； （ 5）運(yùn)用 Mastercam繪制出零件的三維圖及仿真加工。 2 零件的三維造型設(shè)計(jì) 軟件的選擇 選擇 MasterCAM X5 軟件進(jìn)行造型及編程。 Mastercam是美國(guó) CNC software公司開(kāi)發(fā)的基于 PC平臺(tái)的 CAD/CAM軟件，由于它對(duì)硬件要求不高，且操作靈活、易學(xué)易用并有良好的價(jià)格性能比，因而深受廣大企業(yè)用戶和工程技術(shù)人員的歡迎。目前，在各種 CAD/CAM 軟件中其裝機(jī)量居世界第一。 8 Mastercam 是一套全面服務(wù)于制造業(yè)的數(shù)控加工軟件，它包括設(shè)（ Design）、車削（ Lathe）、銑削（ Mill）與線切割（ Wire）四個(gè)模塊。其中設(shè)計(jì)模塊主要用于繪圖和加工零件造型；車削模塊主要用于生成車削加工刀具路徑；銑削模 塊主要用于生成銑削加工的刀具路徑；線切割模塊主要用于生成電火花與線切割的加工路徑。其中后三個(gè)模塊內(nèi)也包括設(shè)計(jì)模塊中的完整設(shè)計(jì)功能。 Mastercam 的銑削功能模塊（ Mill）是在生產(chǎn)實(shí)踐中運(yùn)用得最多最廣泛的數(shù)控編程模塊。它主要的功能有：具有完整的曲線曲面建模功能，便于建立 2D、 3D 幾何模型；能高效地編制各種銑削加工程序；用它可快速設(shè)計(jì)加工零件，還可以組織、管理相關(guān)的文檔； Mastercam 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，可與任何 CAD 系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，這些轉(zhuǎn)換器包括： Ascii、 STEP、 Autodesk、 IGES、 Parasld、 STL、 VDA、 SAT、 ProE 等。 零件的三維造型設(shè)計(jì) 繪制頂蓋 （ 1）繪制草圖 運(yùn)用曲線功能，繪制出頂蓋的草圖曲線如圖 所示。 圖 草圖 （ 2）實(shí)體旋轉(zhuǎn) 運(yùn)用“實(shí)體旋轉(zhuǎn)”工具，對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。最終得到如圖 所示的頂蓋圖形。 9 圖 頂蓋圖形 （ 3）實(shí)體切割 1）繪制草圖 運(yùn)用曲線功能繪制出如圖 所示草圖。 圖 切割草圖 2）實(shí)體切割 單擊“擠出實(shí)體”工具，然后拾取上圖中左側(cè)的曲線，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置如圖 所示參數(shù)。然后單擊確定，最后得 到如圖 所示三維實(shí)體。 10 圖 參數(shù)設(shè)置 圖 三維實(shí)體 底座的繪制 （ 1）繪制草圖 運(yùn)用曲線功能，繪制出如圖 所示的草圖。 11 圖 底座草圖 （ 2）拉伸實(shí)體 運(yùn)用“擠出實(shí)體”工具，對(duì)草圖進(jìn)行拉伸，拉伸距離均為 。最終得到如圖 所示的底座圖形。 圖 底座實(shí)體的生成 實(shí)體的結(jié)合 頂蓋和底座生成之后，需要先將兩實(shí)體進(jìn)行結(jié)合為一體，這樣方便后續(xù)的裁剪時(shí)更好的拾取體。 選擇“布爾運(yùn)算 結(jié)合”功能，分別拾取凸臺(tái)實(shí)體和底座實(shí)體，然后按下回車鍵 ，即可將兩實(shí)體合為一體。最終得到的效果圖如圖 所示。 12 圖 結(jié)合體 圓角的生成 運(yùn)用“實(shí)體倒圓角”、“面與面倒圓角”等功能對(duì)外形進(jìn)行倒圓角，最后得到的三維實(shí)體如圖 所示。 圖 倒圓角后的三位實(shí)體 實(shí)體抽殼 單擊“實(shí)體抽殼”工具，選擇需要抽殼的實(shí)體，然后在對(duì)話框中設(shè)置如圖 所示參數(shù)，單擊“確定”后得到如圖 所示三維。 圖 參數(shù)設(shè)置 13 圖 抽殼后的實(shí)體 開(kāi)口 （ 1）繪制草圖 按照樣圖中曲線，繪制出切開(kāi)口的曲線，如圖 中內(nèi)側(cè)曲線所示。 圖 切開(kāi)口草圖 （ 2）切割 選擇“擠出實(shí)體”功能，拾取草圖，然后進(jìn)行切割，完成后將得到如圖 14 所示樣圖。 圖 切開(kāi)口后的實(shí)體 六邊形凸臺(tái)的生成 （ 1）草圖的繪制 運(yùn)用曲線功能繪制出六邊形凸臺(tái)的曲線如圖 所示。 圖 六邊形凸凸臺(tái)曲線 （ 2）拉伸實(shí)體 選擇“擠出實(shí)體”功能，拾取草圖，然后進(jìn)行拉伸，完成后將得到如圖 所示三維實(shí)體。 15 圖 六邊形凸臺(tái)繪制后的三維實(shí)體 孔的生成 同理運(yùn)用擠出實(shí)體功能，最后得到 的三維實(shí)體如圖 所示。 圖 孔生成后的最終三維圖 本章小結(jié) 到此為止，該零件的三維實(shí)體已經(jīng)全部繪制完成?；仡櫼陨系睦L制步驟，可以知道本次造型設(shè)計(jì)主要運(yùn)用 Mastercam 中的功能有：曲線、擠出實(shí)體、倒圓角、布爾運(yùn)算 結(jié)合等功能，總的來(lái)說(shuō)該零件的造型比較簡(jiǎn)單，適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。 16 3 零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 零件的工藝分析 如圖 所示為件二維圖（圖中有不清晰之處請(qǐng)參見(jiàn)附圖）。零件材料為 45鋼，單件生產(chǎn)，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)確定零件的數(shù)控加工工藝及程序的編制。 零件二維圖 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)工藝性分析 從圖 零件二維圖及圖 零件三維圖分析得知，該零件的結(jié)構(gòu)主要有底座、凸臺(tái)、型腔、孔等部位組成，該零件涉及到曲面加工，在普通機(jī)床上難以加工，需要在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行，在編程時(shí)，使用手工編程存在一定的難度，因此需要采用輔助軟件進(jìn)行編程。 零件無(wú)公差標(biāo)注要求，故只需要將產(chǎn)品外形加工到位即可，表面粗糙度控制在 。 毛坯的選擇 毛坯是用來(lái)加工各種工件的坯料 ,毛坯的生產(chǎn)方法主要有 :鑄造、鍛造、焊接、沖壓件 ,以及各種型材也可以用作毛坯。 根據(jù)其零件的結(jié)構(gòu)特性，確 定該零件的毛坯類型為型材，毛坯材料為 45 鋼，毛坯尺寸為 54 40 20mm。 17 定位基準(zhǔn)的選擇 （ 1）粗基準(zhǔn)的選擇：選擇毛坯上下表面中任意一面以及零件的外輪廓其中一對(duì)邊為粗基準(zhǔn)，銑型腔及鉆中間的孔。 （ 2）精基準(zhǔn)的選擇：以型腔底部及側(cè)面為精基準(zhǔn)定位，銑凸臺(tái)，外形部位。 裝夾方式的選擇 該零件需要進(jìn)行三次裝夾方能完成加工。第一次裝夾時(shí)，銑削零件的上下表面，控制尺寸 ，可直接采用虎鉗進(jìn)行裝夾；第二次裝夾時(shí)銑削型腔及鉆孔，此次裝夾也可直接采用虎鉗裝夾；第三次裝夾時(shí)銑削凸臺(tái)及外輪廓，此次裝夾需要 設(shè)計(jì)專用夾具進(jìn)行裝夾方能完成。 工序及工步的劃分 工序 1：制造毛坯 50 40 20mm板材。 工序 2：銑上下表面，控制尺寸 。 工序 3：銑型腔、鉆孔。 工步 1：開(kāi)粗； 工步 2：半精加工壁邊及型腔內(nèi)的六邊形凸臺(tái)輪廓； 工步 3：精加工腔底及六邊形凸臺(tái)表面； 工步 4：精加工壁邊及半精加工型腔喇叭錐面； 工步 5：精修六邊形凸臺(tái)輪廓； 工步 6：精加工喇叭錐面； 工步 7：鉆中心孔； 工步 8：鉆底孔； 工步 9：鉸孔； 工序 4：銑凸臺(tái) 及外形。 工步 1：開(kāi)粗； 工步 2：精加工外輪廓； 工步 3：半精加工凸臺(tái)輪廓； 工步 4：精加工凸臺(tái)交接面； 工步 5：精加工凸臺(tái)及圓角； 工序 5：去毛刺。 工序 6：檢驗(yàn)。 刀具的選擇 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工余量、尺寸精度及表面粗糙度等技術(shù)要求，確定 18 該零件的刀具如表 所示。 表 數(shù)控加工刀具卡片 工序號(hào) 刀具編號(hào) 刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 刀尖半徑 /mm 3 T01 Ф 16 圓鼻刀 1 開(kāi)粗 T02 Ф 4 圓鼻刀 1 半精加工壁邊及型腔內(nèi)的 六邊形凸臺(tái)輪廓 T03 Ф 6 平底刀 1 精加工腔底及六邊形凸臺(tái)表面 T04 Ф 2 圓鼻刀 1 精加工壁邊及半精加工型腔喇叭錐面 T05 Ф 1 平底刀 1 精修六邊形凸臺(tái)輪廓 T06 Ф 2 球刀 1 精加工喇叭錐面 1 T07 Ф 3 中心鉆 1 鉆中心孔 T08 Ф 麻花鉆 1 鉆底孔 T09 Ф 8 鉸刀 1 鉸孔 4 T01 Ф 16 圓鼻刀 1 開(kāi)粗 T02 Ф 3 平底刀 1 精加工外輪廓及交接面 T03 Ф 2 球刀 1 精加工凸臺(tái)及圓角 T04 Ф 6 圓鼻刀 1 半精加工凸臺(tái)輪廓 切削用量的選擇 銑削用量的選擇原則是：“在保證加工質(zhì)量的前提下，充分發(fā)揮機(jī)床工作效能和刀具切削性能”。在工藝系統(tǒng)剛性所允許的條件下，首先應(yīng)盡可能選擇較大的銑削深度 ap 和銑削寬度 ac；其次選擇較大的每齒進(jìn)給量 fz；最后根據(jù)所選定的耐用度計(jì)算銑削速度 vc 。 （ 1）銑削深度 ap 和銑削寬度 ac 的選擇 對(duì)于端銑刀，選擇吃刀量的原則是：當(dāng)加工余量≤ 8mm，且工藝系統(tǒng)剛度大，機(jī)床功率足夠時(shí)，留出半精銑余量 ~2mm 以后，應(yīng)盡可能一次去除多余余量；當(dāng)余量＞ 8mm 時(shí)，可分兩次或多次走刀。銑削寬度和端銑刀直徑應(yīng)保持以下關(guān)系： d0=(~) ac（ mm） 對(duì)于圓柱銑刀，銑削深度 ap 應(yīng)小于銑刀長(zhǎng)度，銑削寬度 ac 的選擇原則與端 19 銑刀銑削深度的選擇原則相同。 （ 2）進(jìn)給量的選擇 每齒進(jìn)給量 fz 是衡量銑削加工效率水平的重要指標(biāo)。粗銑時(shí) fz 主要受切削力的限制，半精銑和精銑時(shí)， fz 主要受表面粗糙度限制。 表 每齒進(jìn)給量 fz 的推薦值