機械加工工藝及工裝的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 定位基準和夾緊方式，以減少誤差環節。應盡量采用通用夾具或組合夾具，必要時才設計專用夾具。 三、數控加工工藝路線設計 與通用機床加工工藝路線設計相比，數控加工工藝路線設計僅是對幾道數控加工工序工藝過程的概括，而不是指從毛坯到成品的整個工藝過程。因此，數控加工工藝路線設計要與零件的整個工藝過程相協調，并注意以下問題。 1．工序的劃分 在劃分工序時，要根據數控加工的特點以及零件的結構與工藝性 、機床的功能、零件數控加工內容的多少、安裝次數及本單位生產組織狀況等綜合考慮。可以按以一次安裝加工作為一道工序，以同一把刀具加工的內容劃分工序，以加工部位劃分工序，以粗、精加工劃分工序等方法進行工序的劃分。 2．加工順序的安排 加工順序的安排應根據零件的結構和毛坯狀況，以及定位與夾緊的需要來考慮，重點是保證工件的剛性不被破壞。如先進行內型內腔加工工序，后進行外形加工工序；在同一次安裝中進行的多道工序，應先安排對工件剛性破壞較小的工序。 3．數控加工工序與普通工序的銜接 數控加工工序前后一般都穿插有其它普通工 序，如銜接得不好，就容易產生矛盾。解決的最好辦法是相互建立狀態要求，如：要不要留加工余量，留多少；定位面與孔的精度要求及形位公差；對校形工序的技術要求；對毛坯的熱處理要求等。這樣做的目的是相互能滿足要求，且質量目標及技術要求明確，交驗驗收時有依據。 4．數控加工方法的選擇 （ 1）平面孔系零件的加工 這類零件的孔數較多，孔位精度要求較高，宜用點位直線控制的數控鉆與鏜床加工。在加工時，孔系的定位都用快速運動。在編制加工程序時，應盡可能應用子程序調用的方法來減少程序段的數量，以減小加工程序的長度和提高加工的可 靠性。 （ 2）旋轉體類零件的加工 該類零件用數控車床或磨床來加工。由于車削零件毛坯多為棒料或鍛坯，加工余量較大且不均勻，故編程中，粗車的加工線路往往是要考慮的主要問題。 （ 3）平面輪廓零件的加工 這類零件的輪廓多由直線和圓弧組成，一般在兩坐標聯動的銑床上加工。圖 11為銑削平面輪廓實例，若選用的銑刀半徑為 R，則點劃線為刀具中心的運動軌跡。一般數控系統具有刀具半徑補償功能，可按其零件輪廓編程。為保證加工平滑，應增加切入和切 10 圖 12 “行切法”加工 圖 13 四坐標聯動加工 圖 14 五坐標聯動加工 出程序段。由于一般數控系統都只具有直線和圓弧插補功能，所以對于非圓曲線的平面輪廓，都用圓弧和直線去逼近，有關逼近的計算方法請參閱有關書籍。 （ 4）立體輪廓表面的加工 它根據曲面形狀、機床功能、刀具形狀以及零件的精度要求有不同數控加工方法。 ① “行切法”加工 它也稱為 坐標加工，是指在三坐標控制的數控機床上，以 X、 Y、 Z 三軸中任意兩軸作插補運動，第三軸作周期性進給，刀具采用球頭銑刀。如圖 12 所示，球頭銑刀沿 YZ平面的曲線進行插補加工，當一段加工完后進給△ X，再加工另一相鄰曲線，如此依次用平面曲線來逼近整個曲面。其中△ X 根據表面粗糙度的要求及刀頭的半徑選取，球頭銑刀的球半徑應盡可能 選得大一些，以利于改善表面粗糙度，增加刀具剛度和散熱性能。但在加工凹面時球頭半徑必須小于被加工曲面的最小曲率半徑。 ② 三坐標聯動加工 對于一些空間曲線的零件，需用自動編程系統通過空間直線去逼近，可在有空間直線插補功能的三坐標聯動機床上加工。 ③四坐標聯動加工 如圖 13所示的飛機大梁，它的加工表面是直紋扭曲面，若在三坐標聯動機床上采用球頭銑刀加工，不但生產率低，而且零件的 表面粗糙度 也很差。因此，可采用圓柱銑刀周邊切削方式，在四坐標聯動的機床上加工，除了三個移動坐標的聯動外，為保證刀具與工件型面在全長上 始終貼合，刀具還應繞 O1或 O2作擺動聯動。由于擺動運動，導致直線移動坐標需作附加運動，其附加運動量與擺動中心 O1或 O2的位置有關，其編程計算比較復雜。 ④五坐標聯動加工 如圖 14所示為螺旋槳葉片的形狀，半徑為 Ri的圓柱面與葉面的交線 AB為螺旋線的一部分，螺旋角為ψ i，葉片的徑向葉型線（軸向剖面） DE的傾角α為后傾角。螺旋線 AB用極坐標方法以空間折線進行逼近，逼近線段 mn是由 C坐標旋轉Δθ與 z坐標位移Δ Z的合成。當 AB加工完后，刀具應徑向位移一個微小值（改變 Ri），再加工相鄰的另一條葉形線，依次逐一加工 ，即可形成整個葉面。由于葉面的曲率半徑較大，所以常用端面銑刀加工，以提高生產率并簡化程序。為保證銑刀端面始終與曲面貼合，銑刀還應繞坐標軸 x和 y作擺角運動，在擺角的同時還應作直角坐標的附加運動，以保證銑刀端面中心始終位于程序編制值所規定的位置上。這種加工的程序編制一般都采用自動編程的方法來完成。 四、數控加工工序設計 它的主要內容是進一步把本工序的加工內容、加工用量、工藝裝備、定位夾緊方式及刀具運動軌跡都具體確定下來，為編制加工程序作好充分準備。在工序設計時應注意以下方面。 1．確定走刀路線和安排工步順序 11 圖 15 刀具的進刀路線 圖 16 輪廓加工的走刀路線 圖 17 輪廓加工的走刀路線 圖 18 直線、斜線走刀路線 圖 19 矩形走刀路線 零 件加工的走刀路線是刀具在整個加工工序中的運動軌跡，它不但包括了工步的內容，也反映出工步順序。因此，在確定走刀路線時最好畫出一張工序簡圖，可以將已經擬定出的走刀路線畫上去（包括切入、切出路線），這樣可以方便編程。工步的安排一般可隨走刀路線來進行。在確定走刀路線時，主要考慮以下幾點： （ 1）對點位加工的數控機床，如鉆、鏜床，要考慮盡可能縮短走刀路線，以減少空程時間，提高加工效率。 （ 2）為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應安排最后一次走刀連續加工。 （ 3）刀具的進退刀路線應盡量避免在輪廓處停刀或 垂直切入切出工件，以免留下刀痕。在車削和銑削零件時，應盡量避免如圖 15（ a）所示的徑向切入或切出，而應按如圖 15（ b）所示的切向切入或切出，這樣加工后的表面粗糙度較好。 （ 4） 銑削輪廓的加工路線要合理選擇，一般采用圖 16所示的三種方式進行。圖（ a）為 Z字形雙方向走刀方式，圖（ b）為單方向走刀方式，圖（ c）為環形走刀方式。在銑削封閉的凹輪廓時，刀具的切入或切出不允許外延，最好選在兩面的交界處，否則會產生刀痕。為保證表面質量，最好選擇圖 17 中的（ b）和（ c）所示的走刀路線。 （ 5）旋轉體類零件的加工在 采用數控車或數控磨床加工時，由于車削零件的毛坯多為捧料或鍛件，加工余量大且不均勻，因此合理制定粗加工時的 加工路線。 如圖 18 所示為手柄加工實例，其輪廓由三段圓弧組成，由于加工余量較大而且又不均勻，因此比較合理的方案是先用直線和斜線程序車去圖中虛線外的加工余量，再用圓弧程序精加工成形。 圖 19所示的零件表面形狀復雜，毛坯為 捧料， 加工時余量不均勻其粗加工路線應按圖中 1～4 矩形依次分段加工，然后再換精車刀一次成形，最后用螺紋車刀粗、精車螺紋。至于粗加工走刀的具體次數，應視每次的切削深度而定。 2．定位基準和夾 緊方式的確定 在確定定位基準和夾緊方式時，應力求設計、工藝與程編計算的基準統一，減少裝夾次數，盡量避免采用占機人工調整式方案。 3．夾具的選擇 數控加工對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能協調零件與機床坐標系的尺寸。此外，當零件加工批量小時，盡量采用組合夾具、可調式夾具以及其它通用夾具；成批生產時才考慮專用夾具；零件裝卸要方便可靠。 4．刀具的選擇 12 數控機床上的刀具選擇較嚴格，有些刀具是專用的。選擇刀具應考慮工件材質、加工輪廓類型、機床允許的切削用量以及剛性和 刀具耐用度等。編程時，要規定刀具的結構尺寸和調整尺寸。對加工凹輪廓，端銑刀的刀具半徑或球頭銑刀的球頭半徑必須小于被加工面的最小曲率半徑。對自動換刀的數控機床，在刀具裝到機床上以前，要在機外預調裝置（如對刀儀）中，根據編程確定的參數，調整到規定的尺寸或測出精確的尺寸。在加工前，將刀具有關尺寸輸入到數控裝置中。 第三節 機械加工工藝規程編制 一、 機械加工工藝規程的概念和作用 機械加工工藝規程是將零件的機械加工工藝過程和操作方法按規定的圖表和文字形式書寫成的工藝文件。它的作用是指導零件加工的主要技術文件，是生產 組織和管理工作的基本依據，是新建或擴建工廠或車間的基本資料。 二、 機械加工工藝規程主要 工藝文件的編寫 將工藝規程的內容填入一定格式的卡片中，用于生產準備、工藝管理和指導工人操作等的各種技術文件稱之為工藝文件。其種類和形式是多種多樣的，應根據產品圖樣與技術要求，生產綱領、生產條件和國內外同行業的工藝技術狀況等來編制。工藝文件的詳細程度差異較大，主要根據生產類型而定。在單件或小批生產中，一般只編制簡單的工藝規程，采用工藝文件中的機械加工工藝卡片，它是以工序為單位簡要說明產品或零、部件的加工 (或裝配 )過程的一種工 藝文件，這種卡片格式見表 11。 表 11 機械加工工藝卡片 工廠 機械加工 工藝卡片 產品名稱 及 型 號 零件名稱 零件圖號 材料 名稱 毛 坯 種 類 零件重量 kg 毛重 第 頁 牌號 尺 寸 凈重 共 頁 性能 每臺件數 每批件數 工 序 裝 夾 工步 工序內容 同時 加工 零件數 切 削 用 量 設備名稱 及編 號 工 藝 裝 備 名稱及編號 技 術 等 級 工時定額 min 切削 深度 mm 切削 速度 m/min 每分鐘轉數或往復 次數 進給量（毫米/轉或毫米 /雙行程） 夾具 刀具 量具 單件 準備 終結 更 改 內 容 編制 校 對 審 核 會 簽 在成批生產中多采用詳細的工藝規程，規定產品或零、部件的制造工藝過程和操作方法，常見的工藝文件有下列幾種： 1．機械加工工藝過程卡 如表 12 所示，這種卡片主要列出整個零件加工所經過的工藝路線，它是制訂其它工藝文件的基礎，也是生產技術準備、編制作業計劃和組織生產的依據。由于它對各個工序的說明不 夠具 13 體，故適用于生產管理，是工藝規程的總綱。它訂在工藝規程的最前面，是在所有工序卡填寫完后再編寫。表中的“ 工序號 ”應逢五進位（ 0、 10?）。 表 12 機械加工工藝過程卡 工 廠 機械加工工藝過程卡 零件材料 零件名稱 零件毛坯 工序號 工 序 名 稱 設 備 刀 量 具 夾具名稱 名 稱 型 號 名 稱 規 格 更改內容 編制 校 對 審 核 會 簽 2．工序卡 工 序卡包括毛坯工序卡、機械加工工序卡、熱處理工序卡及表面處理工序卡、數控加工工序卡、 數控加工程序說明卡和數控加工走刀路線圖 、鉗工工序卡、特種檢驗工序卡、洗滌、防銹、油封工序卡和檢驗工序卡等內容，其格式如表 13所示。 表 13 工序卡 工 廠 工 序 卡 工序名稱 工序號 零件名稱 設備名稱 設備型號 硬度 零件材料 同時加工零件數 （毛坯簡圖） （工序簡圖） 序號 工 序 內 容 夾 具 刀 具 量 具 編制 校 對 審 核 會 簽 （ 1）毛坯工序卡 它是機械加工車間驗收毛坯時用的技術文件，一般作為 0 工序，放在機械加工工序之前 。 毛坯工序卡具體填法如下： ①毛坯簡圖中畫出機械加工車間驗收時必須檢驗的外形、尺寸及公差； 14 ②在簡圖中毛坯尺寸下方用括號注明成品零件尺寸； ③毛坯簡圖可不按比例繪制，但各部分要大體適當。也可在簡圖中利用加粗線畫出零件外形； ④在“工序內容”欄內填寫毛坯技術條件，如缺陷、圓角半徑、出橙角、殘留毛邊、硬度等； ⑤對于棒料、板料、型材毛坯，應在毛坯簡圖位置處畫出下料簡圖，圖中標明材料規格 尺寸、材料消耗定額。 （ 2）機械加工工序卡 這種卡片是用來具體指導工人在普通機床上加工時進行操作的一種工藝文件，它是根據 機械加工工藝過程卡中 每道工序制訂的。 卡片中部按加工位置繪制 工序簡圖 ，該圖可不按比例繪制，但各部分要大致適當，應清楚表明全部加工內容及要求（包括形狀、位置、尺寸、公差、粗糙度等），并以 加粗線 表示加工表面。定位（支靠）、夾緊表面分別用“ ”、“ ”等符號表示。 工序簡