機械畢業(yè)設(shè)計99山東理工大學三角凸臺凸模設(shè)計

數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計 說 明 書 課題名稱： 三角凸臺凸模 設(shè)計 姓 名： 楊楊 指導教師： 楊振宇 班 級： 機械 0303 日 期： 2007 年 4 月 2 日 山東理工大學 工 程 技 術(shù) 學 院 1.1 設(shè)計題目 ： 三角凸臺凸模 圖 1-1 1.2 設(shè)計目的 通過 數(shù)控 技術(shù)課程設(shè)計，掌握零件的參數(shù)化建模、自動 編程、 仿真加工、數(shù)控加工工藝的編制及實踐加工方法， 自主設(shè)計零件，并自動編程，并上機加工，對零件的出產(chǎn)過程有個完整地認識并初步鍛煉了我們參與實際生產(chǎn)的能力 1.3 使用設(shè)備儀器 使用儀器設(shè)備：計算機、 TH7640 加工中心、球頭銑刀、立銑刀、數(shù)顯千分尺、數(shù)顯卡尺。 使用軟件： Master CAM、 UG 或 Solidwors、 V-CNC。 1.4 設(shè)計步驟 一、三維建模 根據(jù)所提供的毛坯的尺寸，直徑為 100mm，高度為 30mm 的圓柱形鋼材，使用軟件 SolidWorks 完成三維建模，建模過程如下： 步驟 1： 繪制草圖 1-2 ， 草圖半徑為 100mm 的圓 圖 1-2 2 步驟 2： 拉伸 向上拉伸，厚度為 5.00mm，如圖 1-3 所示，圖 1-4 為拉伸后的實體圖 圖 1-3 圖 1-4 步驟 3：繪制草圖 1-5 以拉伸后的薄圓柱體上面為基面，作如圖所示圖形，范圍限制在 94mm（構(gòu)造線圓）圓內(nèi)， 圖形兩端圓弧均為 5.00mm，大圓弧為 R120.00mm，兩圓徑夾角為 120 圖 1-5 步驟 4：拉伸草圖 1-5 拉伸草圖 1-5，拉伸高度 8.00mm，如圖 1-6 圖 1-6 步驟 5： 陣列草圖 1-5 以草圖 1-5 所在的圓面圓心所在的軸為基準軸，對拉伸后的草圖 1-5 作 360 圓周陣列，陣列數(shù)為 3,得到三角臺 圖 1-7 圖 1-7 步驟 6：繪制草圖 1-8 以草圖 1-5 所在的基面為基面 ，以基面圓心出發(fā)，作 80.00mm 的圓 ，圖 1-8 圖 1-8 4 步驟 7：拉伸草圖 1-8 向上拉伸 80.00mm 的圓，厚度為 5.00mm，如圖 1-9 圖 1-9 步驟 8：繪制草圖 1-10 以三角臺對稱中心為圓心，以三角臺上面為基面，作 14.00mm 的圓 圖 1-10 步驟 9：切除 -拉伸草圖 1-10 孔深 2.00mm，如圖 1-11 所示 圖 1-11 步驟 10： 拔模凸臺 （圖 1-7） 對三角凸臺側(cè)面設(shè)計拔模角為 10的拔模斜度，如圖 1-12 所示 圖 1-12 步驟 11：拔模凸臺 （圖 1-9） 拔模斜度為 10，如圖 1-13 圖 1-13 步驟 12：倒所有 圓角 R0.5-2.0mm，如圖 1-14 圖 1-14 步驟 13：寫文字 以三角臺上面為基面，三角臺對稱中心為對稱中心，寫字 “ Z”、“ Q”、“ L” ，在以對稱中心出發(fā)的直徑為 16.5mm 的圓上，字體為 Century Gothic,大小為一 號，字體樣式為常規(guī) ，字體分布為 120均列分布 ，如圖 1-15 圖 1-15 6 步驟 14：拉伸字體 高度為 1.00mm，如圖 1-16 圖 1-16 步驟 15：倒字體圓角 0.50mm-2.00mm，如圖 1-17 圖 1-17 至此應用 SolidWorks 完成三維建模，導出 IGS 文件和工程圖 二、零件的工藝分析 1、 給定零件的工藝分析 零件結(jié)構(gòu)及工藝分析 ： 三角凸臺模 是由一個 三角 凸臺與 圓柱 體 組成，另外在 三角 凸臺上還要加工一 圓坑 和字 ，它的材料為 塑 料。如圖 1-17。 該零件需銑 十 個平面，粗糙度 為 6.3，銑床粗、精銑兩次可達要求 ; 三角 凸臺高 8mm,粗糙度為 3.2， 由于表面粗糙度較高，所以粗加工完后留余量再進行精加工，分 兩次銑，確保 三角 凸臺邊粗糙度 ; 圓柱凸臺高為 5mm,直徑 80mm ,粗糙度為 3.2， 由于表面粗糙度較高，所以粗加工完后留余量再進行精加工，分 兩 次銑，確保圓柱外表面粗糙度 ; 圓 凹 坑 深 2.00mm,直徑 14.00mm， 粗糙度為 3.2， 由于表面粗糙度較高，所以粗加工完后留余量再進行精加工，分 兩 次銑，確保 圓 凹 坑 邊 和地面 粗糙度 ; 三角凸臺 上部分加工，粗糙度為 6.3， 由于表面粗糙度較高，所以粗 加工完后留余量再進行精加工，分兩次銑，確保 三角土臺上 部分粗糙度 ; 凸臺斜面度數(shù)為 10，先粗后精銑削兩次可達要求。 由于考慮要降低成本，決定把銑 十 面放在立式萬能銑床上銑削。但又因 三角 凸臺、圓柱凸臺、 圓形凹坑 、 凸臺 的倒角 為 2.00mm、斜度為 10的 拔模斜度 在普通銑床難以加工，因此我們改用數(shù)控銑床。把三角 凸臺、圓柱凸臺、 圓形 凹 坑 、 三角凸臺 倒角、斜度為 10的斜面、工字下半部分凸臺的程序編寫好輸入計算機，但編寫程序時應該注意，用同一種刀具加工時應盡量一次完成，減少換刀的次數(shù)。同時也要精簡程序。 如果是金屬， 在后 期 邊模還要進行熱處理、發(fā)藍，熱處理目的要把邊模金屬內(nèi)部的應力消除，防止變型和開裂。發(fā)藍是為了在邊模的表面 形 成一層致密的保護膜，起防銹作用 ，但由于是塑料材料，所以這些可不必考慮。 *確定毛坯 在不影響毛坯制造的經(jīng)濟性、機加工的經(jīng)濟性的同時，還要考慮到熱加工以及影響毛坯的各方面因素的前提下，合理的科學的選擇毛坯，以便從確定毛坯這一環(huán)節(jié)中，降低零件的制造成本。 根據(jù)零件圖的結(jié)構(gòu)特點、材料、技術(shù)要求以及經(jīng)濟性等，該工件屬于 單件 生產(chǎn)，熱處理方面要求不高，決定毛坯采用外協(xié)所提供的鍛造件。由于該模 十 個 面中，且 有 四 個為重點 加工表面，要求除了 三角凸臺 、 圓柱凸臺、圓形凹坑粗糙 度為 3.2 和 6.3 外，其余粗糙度 為 12.5。所以選擇毛坯的尺寸為 100*30，因為毛坯放在普通銑床上就可以容易達到其要求，加工余量少、銑削速度快，粗糙度也可以保證。 如圖1-18： 圖 1-18 2、 數(shù)控加工的工藝分析 隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，對零件的技術(shù)要求也越來越高，一些零件的加工在普通加工設(shè)備上無法完成，數(shù)控加工的廣泛應用，使其加工精度等完全可以滿足零件的技術(shù)要求，且生產(chǎn)效率高，特別適用于生產(chǎn)批量大，技術(shù)要求高的零件的加工。 零件的技術(shù)要求 零件的加 工要求是： 三角凸臺的高位 8.00mm， 所限圓直徑為 94.00mm; 圓柱臺的高度為 5.00mm,直徑為 80.00mm; 圓凹坑的深度為 2.00mm，直徑為 14.00mm; 毛坯直徑為 100.00mm，高 30.00mm; 拔模斜度為 10; 倒圓角直徑為 1.50mm 和 2.00mm; 表面及壁面 的表面粗糙度 為 3.2 和 6.3; 顯然，在普通銑 床上加工，很難達到加工技術(shù)要求，而利用數(shù)控 銑 床加工可以滿足。實踐證明，在數(shù)控 銑 床上完全可以達到此精度要求，并且加工的效率 高，勞動強度較小，適合于批量生產(chǎn)及單件生產(chǎn)。 理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應能使數(shù)控機床的功能得到合理的應用和充分的發(fā)揮。數(shù)控機床是一種高效率的自動化設(shè)備，它的效率高于普通機床的 2 3 倍，所以，要充分發(fā)揮數(shù)控機床的這一特點，必須熟練掌握其性能、特點、使用操作方法，同時還必須在編程之前正確地確定加工方案。 由于生產(chǎn)規(guī)模的差異，對于同一零件的加工方案是有所不同的，應根據(jù)具體條件，選擇經(jīng)濟、合理的工藝方案。 8 圖 1-19 圖 1-20 *毛坯材料及刀具 毛坯材料為塑料棒。 在保證圖低技術(shù)要求的前提下，為了提高加工效率，選用的外圓刀、尖刀、圓弧刀均采用硬質(zhì)合金涂層刀片，刀片的基體材料為 YB435。 選用的設(shè)備是數(shù)控 加工中心 。在刀形上， 圓弧刀的刀尖直徑 為 8.00mm。另外，由于 2.00mm 銑 刀的剛性較差，容易產(chǎn)生 斷裂 和振動，會在工件上留下振紋，所以，圓弧刀制作了特定刀桿 ，以提高切削刀具的剛性。 在數(shù)控機床上加工零件之前，首先得編程，而編程之前，又先得考慮工藝問題。采用什么設(shè)備，什么刀具，怎么安裝，切削用量、走刀路線、加工余量怎么選取。普通機床上零件加工的工藝過程是一個工藝過程卡，參數(shù)由操作人員自行決定。數(shù)控機床是按照程序進行加工的，加工過程是自動的，因此，加工中的所有工序、工步、每道工序的切削用量、走刀路線、加工余量和所有刀具的尺寸、類型等都要預先確定好并編入程序中。為此，要求對 CNC 機床的性能、特點和應用、切削規(guī)范和標準刀具系統(tǒng)等非常熟悉，做到全面、周到地考慮零件加工的 全過程并正確、合理地編制零件加工程序 ； *確定刀具與工件的相對位置 ： 對于數(shù)控機床來說，在加工開始時，確定刀具與工件的相對位置是很重要的，這一相對位置是通過確認對刀點來實現(xiàn)的。對刀點是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點。對刀點可以設(shè)置在被加工零件上，也可以設(shè) 置 在夾具上與零件定位基準有一定尺寸聯(lián)系的某一位置，對刀點往往就 選擇在 零件的加工原點。 *對刀點的選擇原則如下： （ 1）所選的對刀點應使程序編制簡單； （ 2）對刀點應選擇在容易找正、便于確定零件加工原點的位置； （ 3）對刀點應 選 在加工時檢驗方便、可靠 的位置； （ 4） 對刀點的選擇應 有利于提高加工精度。 例如，加工圖 1-20 所示零件時，當按照圖示路線來編制數(shù)控加工程序時，選擇夾具定位元件圓柱銷的中心線與定位平面 A 的交點作為加工的對刀點。顯然，這里的對刀點也恰好是加工原點。 在使用對刀點確定加工原點時，就需要進行 “對刀 ”。所謂對刀是指使 “刀位點 ”與 “對刀點 ”重合的操作。每把刀具的半徑與長度尺寸都是不同的，刀具裝在機床上后，應在控制系統(tǒng)中設(shè)置刀具的基本位置。 “刀位點 ”是指刀具的定位基準點。如圖 1-21 所示，圓柱銑刀的刀位點是刀具中心線與刀具底面的交點；球頭 銑刀的刀位點是球頭的球心點 或球頭頂點 ；車刀的刀位點是刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭的刀位點是鉆頭頂點。各類數(shù)控機床的對刀方法是不完全一樣的，這一內(nèi)容將結(jié)合各類機床分別討論。 圖 1-21 換刀點是為加工中心、數(shù)控車床等 采用 多刀 進行 加工 的 機床而設(shè)置的，因為這些機床在加工過程中要自動換刀。對于手動換刀的數(shù)控銑床，也應確定相應的換刀位置。為防止換刀時碰傷零件、刀具或夾具，換刀點 常常設(shè)置在被加工零件的輪廓之外，并留有一定的安全量。 該凸模中對刀點選擇為 三角臺對稱 中心 如圖 1-22： 圖 1-22 *數(shù)控機床的刀具 刀具的類型與選用數(shù)控機床用刀具通?？煞譃闃藴实毒吆蛯Ｓ玫毒邇纱箢?。為了提高加工的適應性，應盡量減少使用專用刀具，而選用通用標準刀具或刀具標準組合件。常用的刀具有：可轉(zhuǎn)位車刀、高速鋼麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀、鏜刀、立銑刀、面銑刀、絲錐和各種復合刀具等。刀具的選用，一般可遵循如下原則：（ 1）銑削平面 應選用不重磨硬質(zhì)合金端銑刀和立銑刀。一般采用二次走刀，第一次走刀最好用 端銑刀粗銑，沿工件表面連續(xù)走刀。選好每次走刀寬度和銑刀直徑，使接刀刀痕不影響精銑精度。因此加工余量大又不均勻時，銑刀直徑要選小些，精加工時銑刀直徑要選大些，最好能包容加工面的整個寬度。（ 2）加工凸臺、凹槽和箱口面 應選用立銑刀和鑲硬質(zhì)合金刀片的端銑刀。為了提高槽寬的加工精度，減少銑刀的種類，加工時可采用直徑比槽寬小的銑刀，先銑槽的中間部分，然后用刀具半徑補償功能銑槽的兩邊。（ 3）平面零件的周邊輪廓 一般采用立銑刀。 刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以參考如下： * 刀具半徑 R應小于零件內(nèi)輪廓的最小曲率半徑 r。 一般取 R=（ 0.80.9） r； * 零件的加工高度 H （ 1/41/6） R，以保證刀具有足夠的剛度； * 加工時的銑削寬度一般取 aw D/3； （ D：銑刀直徑）； 圖 1-23 10 * 粗加工內(nèi)型面時，刀具直徑可按下述公式估算 圖 1-24 式中， d1 為槽的精加工余量； d 為加工內(nèi)型面時的最大允許精加工余量； j 為零件內(nèi)壁的最小夾角。 （ 4） 加工型面和變斜角輪廓外形 常用球頭刀、環(huán)形刀、鼓形刀和錐形刀。圖 1-25 中的 O 點表示刀位點，即編程時用來計算刀具位置的基準點。 圖 1-25 數(shù)控機床使用的刀具與一般刀具的結(jié)構(gòu)，性能沒有太大的差別，唯一不同之處是數(shù)控機床刀具刀體上有定位面，一般有 2 3 個定位面，（ X， Y， Z 方向）從刀尖至定位面的尺寸精度要求很高，其目的是為了避免機床在加工工件過程中，如刀具磨損，或損壞，因更換刀具而改變了刀具與工件的相對位置，和重新修改機床控制程序參數(shù)。所以數(shù)控機床大多采用，刀片可轉(zhuǎn)位，機夾式，不重磨刀具。技術(shù)資料與普通刀具制造工藝完全一樣。 *加工中心編程 加工中心的換刀： 除換刀程序外，加工中心的編程方法和普通數(shù)控銑床相同。不同的數(shù)控機床，其換刀程序 是不同的，通常選刀和換刀分開進行，換刀動作必須在主軸停轉(zhuǎn)條件下進行。換刀完畢啟動主軸后，方可執(zhí)行下面程序段的加工動作，選刀動作可與機床的加工動作重合起來，即利用切削時間進行選刀，因此，換刀M06 指令必須安排在用新刀具進行加工的程序段之前，而下一個選刀指令 TXX 常緊接安排在這次換刀指令之后。 多數(shù)加工中心都規(guī)定了“換刀點”位置，即定距換刀，主軸只有走到這個位置，機械手才能執(zhí)行換刀動作。一般立式加工中心規(guī)定換刀點的位置在 Z0 處 (即機床 Z 軸零點 )，當控制機接到選刀 T 指令后，自動選刀，被選中的刀具處于 刀庫最下方；接 到換刀 M06 指令后，機械手執(zhí)行換刀動作。因此換刀程序可采用兩種方法設(shè)計。 方法一： N010 G00 Z0 T02； N011 M06； 返回 Z 軸換刀點的同時，刀庫將 T02 號刀具選出，然后進行刀具交換，換到主軸上的刀具為 T02，若 Z 軸回零時間小于 T 功能執(zhí)行時間 (即選刀時間 )，則 M06 指令等刀庫將 T02 號刀具轉(zhuǎn)到最下方位置后才能執(zhí)行。因此這種方法占用機動時間較長。 方法二： N010 G01 Z T02 N017 G00 Z0 M06 N018 G01 Z T03 N017 程序段換上 N010 程序段選出的 T02 號刀具；在換刀后，緊接著選出下次要用的 T03 號刀具，在 N010 程序段和 N018 程序段執(zhí)行選刀時，不占用機動時間，所以這種方式較好。 切削用量的選擇 切削用量是指在切削過程中，選取的切削速度、進給量和切削深度的具體數(shù)值。合理選擇切削用量，對于保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和降低成本具有重要作用。提高切削速度、加大進給量和切削深度，都使得單位時間內(nèi)金屬的切除量增多，因而都有利于生產(chǎn)率的提高。但受工件材料、加工要求、刀具耐用度、機床動力、機床和工件的剛性等因素的限制，不可能任意選取 。合理選擇切削用量，就是在一定條件下選擇切削用量三要素的最佳組合。 1粗加工時切削用量的選擇 粗加工時應盡快地切除多余的金屬，同時還要保證規(guī)定的刀具耐用度。實踐證明，對刀具耐用度影響最大的是切削速度，影響最小的是切削深度。 （ 1）切削深度的選擇 在機床有效功率允許的條件下，應盡可能選取較大的切削深度，使大部分余量在一次或少數(shù)幾次走刀中切除。在切削表層有硬皮的鑄、鍛件或切削不銹鋼等加工硬化較嚴重的材料時，應盡量使切削深度越過硬皮或硬化層深度。 （ 2）進給量的選擇 根據(jù)機床 -夾具 -工件 -刀具組成的工藝 系統(tǒng)的剛性，盡可能選擇較大的進給量。 （ 3）切削速度的選擇 根據(jù)工件材料和刀具材料確定切削速度，使之在已選定的切削深度和進給量的基礎(chǔ)上能夠達到規(guī)定的刀具耐用度。粗加工的切削速度一般選用中等或較低的數(shù)值。 2精加工時切削用量的選擇 精加工時，首先應保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，同時也要考慮刀具耐用度和獲得較高的生產(chǎn)率。 （ 1）切削深度的選擇 精加工通常選用較小的切削深度來保證加工精度。 （ 2）進給量的選擇 進給量的大小主要依據(jù)表面粗造度的要求選取，表面粗造度 Ra 的數(shù)值較小時，一般選取較小的進給量。 （ 3）切削速度的選擇 精加工的切削速度選擇應避開積屑瘤形成的切削速度區(qū)域，硬質(zhì)合金刀具一般多采用較高的切削速度，高速鋼刀具則采用較低的切削深度。 綜上所述， 主軸轉(zhuǎn)速 1500rm 1、經(jīng)過 MasterCAM 及 V-CNC 軟件的模擬加工，證明該零件在加工過程中沒有不可加工的因素，即該零件可加工 2、三維數(shù)控機床（加工中心）使用 8mm 銑刀具走兩刀即可完成該零件的粗加工和精加工 2、 根據(jù)所選刀具，適當選取抬刀高度和走刀量及主軸轉(zhuǎn)速 *確定零件夾具 在加工中心上，夾具的任務(wù)不僅是夾緊工件，而且還要以各個方向的定位面為 參考基準，確定工件編程的零點。在加工中心上加工的零件一般都比較復雜。零件在一次裝夾中，既要粗銑、粗鏜，又要精銑、精鏜，需要多種多樣的刀具，這就要求夾具既能承受大切削力，又要滿足定位精度要求。而加工中心的自動換刀 (ATC)功能又決定了在加工中不能使用支架、位置檢測及對刀元件。加工中心的高柔性要求其夾具比普通機床結(jié)構(gòu)緊湊，簡單，夾緊動作迅速、準確，盡量減少輔助時間，操作方便、，要想合理應用好夾具，首先要對加工中心的加工特點有比較深刻的理解和掌握，同時還要考慮如下因素： 加工零件的精度；批量大?。恢圃熘芷?； 制造成本。 根據(jù)加工中心機床特點和加工需要，目前常用的夾具結(jié)構(gòu)類型有專用夾具、組合夾具；可調(diào)整夾具和成組夾具。在選擇時要綜合考慮各種因素，選擇最經(jīng)濟、最合理的夾具形式。 1)組合夾具 組合夾具是由一套結(jié)構(gòu)已經(jīng)標準化，尺寸已經(jīng)規(guī)格化的通用組合元件構(gòu)成?？梢园垂ぜ募庸ば枰M成各種功用的夾具。組合夾具有槽系組合夾具和孔系組合夾具。如圖 5-7 為一孔系組合夾具。 組合夾具的基本特點是滿足三化：標準化、系列化、通用化，具有組合性，可調(diào)性，模擬性，柔性，應急性和經(jīng)濟性，使用壽命 長，能適應產(chǎn)品加工中的周期短、成本低等要求，比較適合加工中心應用。在加工中心上應用組合夾具，有下列優(yōu)點： 12 節(jié)約夾具的設(shè)計制造工時；縮短生產(chǎn)準備周期；節(jié)約鋼材和降低成本；提高企業(yè)工藝裝備系數(shù)。 但是，由于組合夾具是由各種通用標準元件組合而成的，各元件間相互配合的環(huán)節(jié)較多，夾具精度、剛性仍比不上專用夾具，尤其是元件連結(jié)的接合面剛度，對加工精度影響較大。通常，采用組合夾具時其尺寸加工精度只能達到 IT8 IT9 級，這就使得組合夾具在應用范圍上受到一定限制。此外，使用組合夾具首次投資大 (當然，采取租賃方式會節(jié) 省一筆投資 )，總體顯得笨重，還有排屑不便等不足。對中、小批量，單件 (如新產(chǎn)品試制等 )或加工精度要求不十分嚴格的零件，在加工中心上加工時，應盡可能選擇組合夾具。 2)專用夾具 對于工廠的主導產(chǎn)品，批量較大，且輪番上場加工，精度要求較高的關(guān)鍵性零件，在加工中心上加工時，選用專用夾具是非常必要的。 專用夾具是根據(jù)某一零件的結(jié)構(gòu)特點專門設(shè)計的夾具，具有結(jié)構(gòu)合理，剛性強，裝夾穩(wěn)定可靠，操作方便，提高安裝精度及裝夾速度等優(yōu)點。選用這種夾具，一批工件加工后尺寸比較穩(wěn)定，互換性也較好，可大大提高生產(chǎn)率。但是，專用夾具 所固有的只能為一種零件的加工所專用的狹隘性，與產(chǎn)品品種不斷變型更新的形勢不相適應，特別是專用夾具的設(shè)計和制造周期長，花費的勞動量較大，加工簡單零件顯然不太經(jīng)濟。 3)可調(diào)整夾具 可調(diào)整夾具能有效地克服以上兩種夾具的不足，既能滿足加工精度，又有一定的柔性，是一種很有發(fā)展前途的新穎的機床夾具結(jié)構(gòu)形式。加工中心為它開辟了廣闊的道路。 可調(diào)整夾具與組合夾具有很大的相似之處，所不同的是它具有一系列整體剛性好的夾具體。在夾具體上，設(shè)置有可定位、夾壓等多功能的 T 型槽及臺階式光孔、螺孔，配制有多種夾緊定位元件?？烧{(diào)整夾具擴 大了夾具的使用范圍，只要配制通用夾具元件，即可實現(xiàn)快速調(diào)整。其剛性好的特點，能良好地保證加工精度，它不僅適用于多品種、中小批量生產(chǎn)，而且在少品種、大批量生產(chǎn)中也會體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。 4)成組夾具 成組夾具是隨成組加工工藝的發(fā)展而出現(xiàn)的。使用成組夾具的基礎(chǔ)是對零件的分類 (即編碼系統(tǒng)中的零件族 )。通過工藝分析，把形狀相似、尺寸相近的各種零件進行分組，編制成組工藝，然后把定位、夾緊和加工方法相同的或相似的零件集中起來，統(tǒng)籌考慮夾具的設(shè)計方案。對結(jié)構(gòu)外形相似的零件，采用成組夾具，具有經(jīng)濟、夾緊精度高等特點。 總之 ，加工中心上零件夾具的選擇要根據(jù)零件精度等級，零件結(jié)構(gòu)特點，產(chǎn)品批量及機床精度等情況綜合考慮。在此，推薦選擇順序：優(yōu)先考慮組合夾具，其次考慮可調(diào)整夾具，最后考慮專用夾具、成組夾具。當然，還可使用三爪卡盤、虎鉗等大家熟悉的通用夾具。 （ 2）夾緊與安裝 即使用剛度較高的機床進行加工，如果加工的工件及其夾具沒有足夠的剛性，也會出現(xiàn)自激振動或尺寸偏差，因此，在考慮夾緊方案時，應注意工件的穩(wěn)定性。不合理的裝夾也有同樣的后果，它會在裝夾過程中使剛性不好的工件發(fā)生變形。 夾具在機床上的安裝誤差和工件在夾具中的定位、安裝誤 差對加工精度將產(chǎn)生直接影響。即使在程序零點與工件本身的基準點相符合的場合，也要求工件對機床坐標軸線上的角度進行準確地調(diào)整。如果編程零點不是根據(jù)工件本身，而是按著夾具的基準來測量，則在編制工藝文件時，根據(jù)零件的加工精度數(shù)控機床用的立銑刀 a) 軸向進給加工的立銑刀 b) 非等距立銑刀刀齒 c) 加強剛度的立銑刀 圖 1-26 對裝夾提出特殊要求。夾具中工件定位面的任何磨損以及任何污穢都會引起加工誤差，因此，操作者在裝夾工件時一定要將污物擦干凈，并按工藝文件上的要求找正定位面，使其在一定的精度范圍內(nèi)。 夾具必須保證最小的夾緊變形。零 件在粗加工時，切削力大，需要夾緊力大，但又不能把零件夾壓變形，因此，必須慎重選擇夾具的支 承點、定位點和夾緊點。壓板的夾緊點要盡量接近支承點，避免把夾緊力加在零件無支承的區(qū)域。（ 3）確定零件在機床工作臺上的最佳位置在臥式加工中心上加工零件時，由于要進行多工位加工，就要考慮零件 (包括夾具 )在機床工作臺上的最佳位置，該位置是在技術(shù)準備過程中考慮機床行程，各種干涉情況，優(yōu)化匹配各部位刀具長度而確定的。 三、編程中工藝指令的處理 數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得合格的數(shù)控加工程序的過程，其任務(wù)是計算加工中的刀位點。刀位點一般為刀具軸線與刀具表面的交點，多軸加工中還要給出刀軸矢量。數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括：分析零件圖樣、確定加工工藝過程、數(shù)學處理、編寫零件加工程序、輸入數(shù)控系統(tǒng)、程序檢驗及首件試切。 根據(jù)問題復雜程度的不同，數(shù)控加工程序可通過手工編程或計算機自動編程來獲得。目前計算機自動編程采用圖形交互式自動編程，即計算機輔助編程。這種自動編程系統(tǒng)是 CAD(計算機輔助設(shè)計 )與CAM(計算機輔助制造 )高度結(jié)合的自動編程系統(tǒng)，通常稱為 CAD/CAM系統(tǒng)，其工作流程如圖所示。 CAM 編程是當前最先進的數(shù)控加工編程方法，它利用計算機以人機交互圖形方式完成零件幾何形狀計算機化、軌跡生成與加工仿真到數(shù)控程全過程，操作過程形象生 動，效率高、出錯幾率低。而且還可以通過軟件的數(shù)據(jù)接口共享已有的 CAD設(shè)計結(jié)果，實現(xiàn) CAD/CAM集成一體化，實現(xiàn)無圖紙設(shè)計制造。 計算機輔助編程的步驟： 為適應復雜形狀零件的加工、多軸加工、高速加工，一般計算機輔助編程的步驟為： (1)零件的幾何建模 對于基于圖紙以及型面特征點測量數(shù)據(jù)的復雜形狀零件數(shù)控編程，其首要環(huán)節(jié)是建立被加工零件的幾何模型。 (2)加工方案與加工參數(shù)的合理選擇 數(shù)控加工的效率與質(zhì)量有賴于加工方案與加工參數(shù)的合理選擇，其中刀具、刀軸控制方式、走刀路線和進給速度的優(yōu)化選擇是滿足加工要求 、機床正常運行和刀具壽命的前提。 (3)刀具軌跡生成 刀具軌跡生成是復雜形狀零件數(shù)控加工中最重要的內(nèi)容，能否生成有效的刀具軌跡直接決定了加工的可能性、質(zhì)量與效率。刀具軌跡生成的首要目標是使所生成的刀具軌跡能滿足無干涉、無碰撞、軌跡光滑、切削負荷光滑并滿足要求、代碼質(zhì)量高。同時，刀具軌跡生成還應滿足通用性好、穩(wěn)定性好、編程效率高、代碼量小等條件。 (4)數(shù)控加工仿真 由于零件形狀的復雜多變以及加工環(huán)境的復雜性，要確保所生成的加工程序不存在任何問題十分困難，其中最主要的是加工過程中的過切與欠切、機床各部件之 間的干涉碰撞等。對于高速加工，這些問題常常是致命的。因此，實際加工前采取一定的措施對加工程序進行檢驗并修正是十分必要的。數(shù)控加工仿真通過軟件模擬加工環(huán)境、刀具路徑與材料切除過程來檢驗并優(yōu)化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特點，是提高編程效率與質(zhì)量的重要措施。 (5)后置處理 后置處理是數(shù)控加工編程技術(shù)的一個重要內(nèi)容，它將通用前置處理生成的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于具體機床數(shù)據(jù)的數(shù)控加工程序。其技術(shù)內(nèi)容包括機床運動學建模與求解、機床結(jié)構(gòu)誤差補償、機床運動非線性誤差校核修正、機床運動的平穩(wěn)性校核修正、 進給速度校核修正及代碼轉(zhuǎn)換等。因此后置處理對于保證加工質(zhì)量、效率與機床可靠運行具有重要作用序生成 對于難加工的部位，應適當選取刀具；適當調(diào)整走刀量；調(diào)整走刀高度 *數(shù)控機床的坐標系統(tǒng) 數(shù)控機床各坐標軸按標準 JB3051-82 確定后，還要確定坐標系原點的位置，這樣坐標系才能確定下來。依原點的不同，數(shù)控機床的坐標系統(tǒng)分為機床坐標系和工件坐標系。 1.機床坐標系 以機床原點為坐標原點建立起來的 X、 Y、 Z 軸直角坐標系，稱為機床坐標系。機床原點為機床上的一個固定 點，也稱機床零點。機床零點是通過機床參考點間接確定的，機床參考點也是機床上的一個固定點，其與機床零點間有一確定的相對位置，一般設(shè)置在刀具運動的 X、 Y、 Z正向最大極限位置。在機床每次通電之后，工作之前，必須進行回機床零點操作，使刀具運動到機床參考點，其位置由機械檔塊 14 確定。這樣，通過機床回零操作，確定了機床零點，從而準確地建立機床坐標系，即相當于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部建立一個以機床零點為坐標原點的機床坐標系。機床坐標系是機床固有的坐標系，一般情況下，機床坐標系在機床出廠前已經(jīng)調(diào)整好，不允許用戶隨意變動。 2.工件坐標系 工件圖樣給出以后，首先應找出圖樣上的設(shè)計基準點。其他各項尺寸均是以此點為基準進行標注。該基準點稱為工件原點。以工件原點為坐標原點建立的 X、 Y、 Z軸直角坐標系，稱為工件坐標系。 工件坐標系是用來確定工件幾何形體上各要素的位置而設(shè)置的坐標系，工件原點的位置是人為設(shè)定的，它是由編程人員在編制程序時根據(jù)工件的特點選定的，所以也稱編程原點。 數(shù)控車床加工零件的工件原點一般選擇在工件右端面、左端面或卡爪的前端面與 Z軸的交點上。 數(shù)控銑床加工零件的工件原點選擇時應該注意：工件原點應選在零件圖的尺寸基準上，對于對稱零件，工 件原點應設(shè)在對稱中心上；對于一般零件，工件原點設(shè)在工件外輪廓的某一角上，這樣便于坐標值的計算。對于 Z軸方向的原點，一般設(shè)在工件表面，并盡量選在精度較高的工件表面。 同一工件，由于工件原點變了，程序段中的坐標尺寸也隨之改變。因此，數(shù)控編程時，應該首先確定編程原點，確定工件坐標系。編程原點的確定是在工件裝夾完畢后，通過對刀確定。 對刀 在數(shù)控加工中，工件坐標系確定后，還要確定刀具的刀位點在工件坐標系中的位置。即常說的對刀問題。數(shù)控機床上，目前，常用的對刀方法為手動試切對刀。 *數(shù)控銑床的對刀 假設(shè)零件為對稱零件 ，并且毛坯已測量好長為 L1、寬為 L2，平底立銑刀的直徑也已測量好。將工件在銑床工作臺上裝夾好后，在手動方式操縱機床，具體步驟如下： 1）回參考點操作 采用 ZERO（回參考點）方式進行回參考點的操作，建立機床坐標系。此時 CRT 上將顯示銑刀中心（對刀參考點）在機床坐標系中的當前位置的坐標值。 手工對刀 先使刀具靠攏工件的左側(cè)面（采用點動操作，以開始有微量切削為準），刀具如圖 A位置，按設(shè)置編程零點鍵， CRT上顯示 X0、 Y0、 Z0，則完成 X方向的編程零點設(shè)置。再使刀具靠攏工件的前側(cè)面，刀具如圖 B位置，保持刀 具 Y方向不動，使刀具 X向退回，當 CRT上 X坐標值 0時，按編程零點設(shè)置鍵，就完成 X、 Y兩個方向的編程零點設(shè)置。最后抬高 Z軸，移動刀具，考慮到存在銑刀半徑，當 CRT上顯示 X坐標值為（ L1/2+銑刀半徑）， Y的坐標值為（ L2/2+銑刀半徑）時，使銑刀底部靠攏工件上表面，按編程零點設(shè)置鍵， CRT屏幕上顯示 X、 Y、 Z坐標值都清成零（即 X0， Y0， Z0），系統(tǒng)內(nèi)部完成了編程零點的設(shè)置功能。就把銑刀的刀位點設(shè)置在工件對稱中心上，即工件坐標系的工件原點上。 3）建立工件坐標系 此時，刀具（銑刀的刀位點）當前位置就在編程 零點（即工件原點）上。由于手動試切對刀方法，調(diào)整簡單、可靠，且經(jīng)濟，所以得到廣泛的應用。 四、 程序編制及動態(tài)模擬軟件的使用 1、 做好三維圖后，另存為 .IGS 格式； 2、 打開 MasterCAM 軟件，打開 .IGS 格式文件； 3、 找到落刀點，并生成毛坯 100*30； 4、 模擬加工，生成走刀路徑； 5、 生成數(shù)控加工程序，并保存； 6、 打開 V-CNC 軟件，導入加工程序； 7、 選取刀具，仿真走刀路徑，檢查錯誤信息； 8、 一切無誤，打開 CNC 軟件，設(shè)置刀具狀態(tài)和材料狀態(tài)。 首先在 Master CAM 中導入我們前面保存的 IGS 文件，按下 F9 顯示系統(tǒng)坐 標系。設(shè)置加工種類：選擇機床種類，我們選擇 3 軸立式加工中心，并設(shè)置毛坯 100*30,如圖 1-27 所示 ；設(shè)置粗加工參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速為 1500r/min，下刀速率為 763.84mm/min，采用球頭銑刀，直徑為 8mm，曲面放射狀加工如圖 1-28， 1-29 所示。設(shè)置精加工參數(shù)：刀具直徑為 2mm，進給率 1.68mm/r，主軸轉(zhuǎn)速9000r/min。其結(jié)果如圖 1-31 所示。 圖 1-27 圖 1-28 16 圖 1-29 圖 1-30 圖 1-31 用 mastercam 進行模擬仿真，并生成 NC 文件。設(shè)置 好刀具加工路徑后 , 利用 MasterCAM 系統(tǒng)提供的零件加工模擬功能 ,能夠觀察切削加工的過程?？捎脕頇z測工藝參數(shù)的設(shè)置是否合理 , 零件在數(shù)控實際加工中是否存在干涉 ,設(shè)備的運行動作是否正確 , 實際零件是否符合設(shè)計要求。同時在數(shù)控模擬加工中 ,系統(tǒng)會給出有關(guān)加工過程的報告。這樣可以在實際生產(chǎn)中省去試切的過程 ,可降低材料消耗 ,提高生產(chǎn)效率。通過計算機模擬數(shù)控加工 , 確認符合實際加工要求時 , 就可以利用 MasterCAM的后置處理程序來生成 NCI 文件或 NC 數(shù)控代碼。對于具體的數(shù)控設(shè)備 ,應選用對應的后置處理程序 ,后置 處理生成的 NC 數(shù)控代碼經(jīng)適當修改后 , 如能符合所用數(shù)控設(shè)備的要求 , 就可以輸出到數(shù)控設(shè)備 ,進行數(shù)控加工使用。 用 VCNC 進行實體的模擬仿真：虛擬數(shù)控加工過程仿真主要包括數(shù)控機床建模和虛擬切削過程仿真兩個部分。數(shù)控機床模型主要由機床的硬件部分和軟件部分組成。硬件部分由機床部件、加工零件、刀具、夾具等構(gòu)成。軟件部分則由 CNC 控制器構(gòu)成。虛擬數(shù)控系統(tǒng)的建模主要包括虛擬機床模型、虛擬工件模型、虛擬操作面板建模。對數(shù)控機床建模 ,即建立虛擬數(shù)控機床 (Virtual NC Machine Tool) ,是虛擬數(shù)控加工過 程仿真的關(guān)鍵。下面就具體的設(shè)置我們加以闡述，如圖 1-32 所示： 打開 V-CNC 的特性表，進行毛坯設(shè)置：選取毛坯尺寸 100mm 100mm 30mm，工件精度 X柵格： 1， Y 柵格： 1，材料： Plastic。刀具設(shè)置：設(shè)置粗加工刀具 8.00mm，長度為 100.00mm 的球頭銑刀，設(shè)置精加工 8.00mm，長度為 100.00mm 的球頭銑刀，然后載入并保存（如圖 1-32 所示）。 圖 1-32 18 圖 1-33 用 CIMCO Edit V5 進行程序的模擬，用該軟件模擬和真實的模擬是一樣的結(jié)果。導入 NC 文件。如 圖 1-34 所示 圖 1-34 五、零件工藝編制 1采用 TH7640 加工中心完成加工任務(wù)。 2零件以毛坯底面為定位基準，平面定位。夾具采用三爪卡盤，刀具選用 8mm 端銑刀和 2mm 球銑刀。 3該零件加工有一道工序， 2 個工步：粗加工、精加工。 數(shù)控加工工序卡 圖 1-35： （日期）審核更改文件號裝訂號標記處數(shù)底圖號描校描圖更改文件號日期簽字標記處數(shù)設(shè)計日期簽字（日期）產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號（日期）會簽共頁零件名稱零件圖號第頁毛坯種類毛坯外形尺寸機械加工工序卡片車間工序號工序名稱材料牌號每臺件數(shù)夾具編號夾具名稱切削液工位器具編號工位器具名稱工序工時 準終單件進給 次數(shù)切削 深度mm工 步 號工步 名稱工步內(nèi)容設(shè)備型號設(shè)備名稱設(shè)備編號工步工時 機動輔助主軸 轉(zhuǎn)速切削 速度工藝裝備山東理工大學 工程技術(shù)學院5000三角凸臺凸模100*30朱清龍010030銑端面 粗銑精銑銑棒料端面至30