典型四星件的数控加工工艺及加工程序

导读:以减少加工的循环的时间5先进的操作,1.2数控技术的发展趋势,数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面:1.2.1高速、高精加工技术及装备的新趋势,高速、高精加工技术可极大地提高效率,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,才能对这

典型四星件的数控加工工艺及加工程序

10 l 1 开放性

2 高级复杂的功能

3 强力的联网通信功能

0.01 0.001 它的技术特点反映了现代NC发展的特点:

4 具有高速内装的PMC(有的厂商称为PLC), 以减少加工的循环的时间 5 先进的操作

1.2 数控技术的发展趋势

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面: 1.2.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。

在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。

从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度

已开始进入纳米级(0.01μm)。

在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。

为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。

1.2.2 数控系统具有多轴控制、多轴联动和符合加工发控制功能

理论上,数控机床只要3轴联动,对于三维曲面均能加工能够。实际上3轴连动对于三维曲面加工,由于很难用上刀具的最佳几何形状进行切削,不仅加工效率低且表面粗糙度高,往往采用手动进行修补,而且在修补的过程中,已加工表也可能丧失精度。

5轴(坐标)联动数控机床,是数控机床技术制高点标志之一,5轴联动数控铣床主要用于大型螺旋浆空间曲面加工,除X、Y、Z这3轴外,主要还有刀具轴旋转、工作台旋转这两种方式的复合运动。采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。

当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床的发展。

复合加工机床在工件一次安装后,就能完成全部加工工序,不但提高了加工效率,而且提高了精度,实现精益生产。复合加工机床实现了工序复合和工种复合,而工序复合和工种复合是机床集成技术发展最活跃的因素,是当今制造技术发展的总趋势。目前,复合机床产品正在趋于成熟。例如我国江苏多菱数控机床股份有限公司的车床和加工中心复合的CXH7525车铣中心,工件主轴转速为6000r/min,刀具主轴转速为10 000r/min。武汉重型机床公司的CR5116带Y轴立式车削中心,车刀刀库容量10把,铣刀刀库容量32把。对于复合数控机床,数控装置需要增加可以用于进行复合加工的功能,比如铣床需要增加螺锥线功能、三维圆弧功能、刀具中心点控制功能。至于刀具补偿功能,机要考虑车加工,又要考虑铣加工等。

1.2.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前

馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

根据我国的国情,国家不可能拿出很多的资金用语制造NC专用芯片,国外数控系统生产厂家也不可能转让其核心技术。因此,发展我国数控技术采用PC Base的方式应该是优先的选择。这是因为PC的发展可以说是一日千里,其硬件、软件资料也日趋完善、丰富,这样基于PC的数控系统,其功能、性能随着PC的发展而发展,而我们则可以把研究的力量集中于发展数控软件。

开放式数控系统以其极大的优点显示出强大的生命力。共享PC体结构的开放性和标准化以及日新月异的技术成就,把运动控制、逻辑控制、人机界面、数据处理、通信等功能集成在一台PC中,这是开放式数控系统的发展趋势。 1.2.4 重视新技术标准、规范的建立

如前所述,开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范 (OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。

第二章 数控加工工艺和工序分析

2.1 零件加工工艺过程分析

如下图所示的板类零件外形轮廓复杂,平面加工量较大,还有圆角,内形腔

和孔的加工 所以要选择数控铣床加工.

2.1.1 零件图样分析

(1)图形结构分析:

如图所示工件是一个四星件,外轮廓由圆弧组成,曲线较为复杂.工件以A 面为加工基准,上表面有平行度和粗糙度要求.在上表面上有一个带有R10倒角的内行腔和φ26的孔. (2)精度分析:

基准A面,上表面和形腔底面的粗糙度均为1.6. φ26的垂直度为φ0.02.

上表面和形腔底面与基准面A的平行度为0.04

(3)毛坯余量分析:

毛坯选A3材料,尺寸为120mmX120mmX25mm, 粗加工余量为0.5 mm (4)结构工艺性分析:

数学模型无曲面重叠现象,曲面参数分布合理、均匀,曲面没有异常的凸起和凹坑。

2.1.2 定位基准选择:

加工上表面及内部各型腔时以下表面及侧面为基准。加工外轮廓以配合件(见图12)为基准定位. 2.1.3 工艺方案拟定

通过查阅数控加工工艺教科书,得出各表面的加工方案如下:

下表面 粗铣—精铣 上表面 粗铣—精铣 各型腔底面及侧面 粗铣—精铣 孔φ26 钻—扩—粗镗—半精镗--精镗 外轮廓 粗铣—精铣 2.1.4 加工设备选择

工件为板类零件外轮廓的加工,平面加工量较大,还有圆角,内形腔和孔的加工 所以要选择数控铣床加工.

在此我用华中世纪星HNC-21T系统的数控立铣床。该系统稳定性好,耐用度高,加工精度高。华中世纪星HNC-21数控系统。这是一种具有全功能的数控系统。华中世纪星HNC-21T数控系统采用先进的开放式体系结构,内置嵌入式工业PC,配置7.7//或10.4//彩色液品显示屏和通用工程面板,集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体,支持硬盘、电子盘等程序储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能、具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。 可选配各种类型的脉冲式(HSV-16系列全数字交流伺服驱动单元),模拟式交流伺服驱动单元或步进电机驱动单元以及HSV-11系列串行接口伺服驱动单元。

除标准机床控制面板外,配置40路开关量输入和32路开关量输出接口、手持单元接口、主轴控制与编码器接口。还可扩展远程128路输入/128路输出端子板。

采用7.7//(HNC-22T为10.4//)彩色液晶显示器(分辨率为640×480),全汉字操作界面、障诊断与报警、加工轨迹图形显示和仿真,操作简便,易于掌握和使用。

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