[排版]數(shù)控機床上下料機械手設計

[排版]數(shù)控機床上下料機械手設計,排版,數(shù)控機床,上下,機械手,設計 專題部分 高速切削的數(shù)控加工工藝 數(shù)控銑削加工工藝的制訂 一．零件圖工藝分析 針對數(shù)控銑削加工的特點，下面列舉出一些經(jīng)常遇到的工藝性問題作為對零件圖進行工藝性分析的要點來加以分析與考慮。 ?? （1）圖紙尺寸的標注方法是否方便編程？構成工件輪廓圖形的各種幾何元素的條件是否充要？各幾何元素的相互關系（如相切、相交、垂直和平行等）是否明確？有無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸？等等。 ?? （2）零件尺寸所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保證？不要以為數(shù)控機床加工精度高而放棄這種分析。特別要注意過薄的腹板與緣板的厚度公差，“銑工怕銑薄”，數(shù)控銑削也是一樣，因為加工時產(chǎn)生的切削拉力及薄板的彈性退讓。極易產(chǎn)生切削面的振動，使薄板厚度尺寸公差難以保證，其表面粗糙度也將惡化或變壞。根據(jù)實踐經(jīng)驗，當面積較大的薄板厚度小于3㎜時就應充分重視這一問題。 ?? （3）內槽及緣板之間的內轉接圓弧是否過小? ?? （4）零件銑削面的槽底圓角或腹板與緣板相交處的圓角半徑r是否太大？ ?? （5）零件圖中各加工面的凹圓弧(R與r)是否過于零亂，是否可以統(tǒng)一？因為在數(shù)控銑床上多換一次刀要增加不少新問題，如增加銑刀規(guī)格，計劃停車次數(shù)和對刀次數(shù)等，不但給編程帶來許多麻煩，增加生產(chǎn)準備時間而降低生產(chǎn)效率，而且也會因頻繁換刀增加了工件加工面上的接刀階差而降低了表面質量。所以，在一個零件上的這種凹圓弧半徑在數(shù)值上的一致性問題對數(shù)控銑削的工藝性顯得相當重要。一般來說，即使不能尋求完全統(tǒng)一，也要力求將數(shù)值相近的圓弧半徑分組靠攏，達到局部統(tǒng)一，以盡量減少銑刀規(guī)格與換刀次數(shù)。 ?? （6）零件上有無統(tǒng)一基準以保證兩次裝夾加工后其相對位置的正確性？有些工件需要在銑完一面后再重新安裝銑削另一面]。由于數(shù)控銑削時不能使用通用銑床加工時常用的試削方法來接刀，往往會因為工件的重新安裝而接不好刀(即與上道工序加工的面接不齊或造成本來要求一致的兩對應面上的輪廓錯位)。為了避免上述問題的產(chǎn)生，減小兩次裝夾誤差，最好采用統(tǒng)一基準定位，因此零件上最好有合適的孔作為定位基準孔。如果零件上沒有基準孔，也可以專門設置工藝孔作為定位基準（如在毛坯上增加工藝凸耳或在后續(xù)工序要銑去的余量上設基準孔）。如實在無法制出基準孔，起碼也要用經(jīng)過精加工的面作為統(tǒng)一基準。如果連這也辦不到，則最好只加工其中一個最復雜的面，另一面放棄數(shù)控銑削而改由通用銑床加工。?? ?? (7）分析零件的形狀及原材料的熱處理狀態(tài)，會不會在加工過程中變形？哪些部位最容易變形？因為數(shù)控銑削最忌諱工件在加工時變形，這種變形不但無法保證加工的質量，而且經(jīng)常造成加工不能繼續(xù)進行下去，“中途而廢”，這時就應當考慮采取一些必要的工藝措施進行預防，如對鋼件進行調質處理，對鑄鋁件進行退火處理，對不能用熱處理方法解決的，也可考慮粗、精加工及對稱去余量等常規(guī)方法。此外，還要分析加工后的變形問題，采取什么工藝措施來解決。 二．切削用量的選擇 ?? ?影響切削用量的因素有： ?? 機床???切削用量的選擇必須在機床主傳動功率、進給傳動功率以及主軸轉速范圍、進給速度范圍之內。機床—刀具—工件系統(tǒng)的剛性是限制切削用量的重要因素。切削用量的選擇應使機床—刀具—工件系統(tǒng)不發(fā)生較大的“振顫”。如果機床的熱穩(wěn)定性好，熱變形小，可適當加大切削用量。 表1-1 常用刀具材料的性能比較 刀具材料 切削速度 耐磨性 硬度 硬度隨溫度變化 高速鋼 最低 最差 最低 最大 硬質合金 低 差 低 大 陶瓷刀片 中 中 中 中 金剛石 高 好 高 小 刀具???刀具材料是影響切削用量的重要因素。表1-1是常用刀具材料的性能比較。 ??? 數(shù)控機床所用的刀具多采用可轉位刀片（機夾刀片）并具有一定的壽命。機夾刀片的材料和形狀尺寸必須與程序中的切削速度和進給量相適應并存入刀具參數(shù)中去。 工件不同的工件材料要采用與之適應的刀具材料、刀片類型，要注意到可切削性。可切削性良好的標志是，在高速切削下有效地形成切屑，同時具有較小的刀具磨損和較好的表面加工質量。較高的切削速度、較小的背吃刀量和進給量，可以獲得較好的表面粗糙度。合理的恒切削速度、較小的背吃刀量和進給量可以得到較高的加工精度。 冷卻液冷卻液同時具有冷卻和潤滑作用。帶走切削過程產(chǎn)生的切削熱，降低工件、刀具、夾具和機床的溫升，減少刀具與工件的摩擦和磨損，提高刀具壽命和工件表面加工質量。使用冷卻液后，通常可以提高切削用量。冷卻液必須定期更換，以防因其老化而腐蝕機床導軌或其他零件，特別是水溶性冷卻液。 銑削加工的切削用量包括：切削速度、進給速度、背吃刀量和側吃刀量。從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選擇背吃刀量或側吃刀量，其次選擇進給速度，最后確定切削速度。 ??? 1.背吃刀量ap或側吃刀量ae 背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時，ap為切削層深度；而圓周銑削時，為被加工表面的寬度。側吃刀量ae為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時，ae為被加工表面寬度；而圓周銑削時，ae為切削層深度，見圖1-1。 ???背吃刀量或側吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質量的要求決定： · 當工件表面粗糙度值要求為Ra=12.5～25μm時，如果圓周銑削加工余量小于5㎜，端面銑削加工余量小于6㎜，粗銑一次進給就可以達到要求。但是在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機床動力不足時，可分為兩次進給完成。 圖1-1銑削加工的切削用量 · 當工件表面粗糙度值要求為Ra=3.2～12.5μm時，應分為粗銑和半精銑兩步進行。粗銑時背吃刀量或側吃刀量選取同前。粗銑后留0.5～1.0㎜余量，在半精銑時切除。 · 當工件表面粗糙度值要求為Ra=0.8～3.2μm時，應分為粗銑、半精銑、精銑三步進行。半精銑時背吃刀量或側吃刀量取1.5～2㎜；精銑時，圓周銑側吃刀量取0.3～0.5 ㎜，面銑刀背吃刀量取0.5～1 ㎜。 ???2.進給量f與進給速度Vf的選擇 ?? ?削加工的進給量f（㎜/r）是指刀具轉一周，工件與刀具沿進給運動方向的相對位移量；進給速度Vf（㎜/min）是單位時間內工件與銑刀沿進給方向的相對位移量。進給速度與進給量的關系為Vf= nf（n為銑刀轉速，單位r /min）。進給量與進給速度是數(shù)控銑床加工切削用量中的重要參數(shù)，根據(jù)零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，參考切削用量手冊選取或通過選取每齒進給量fz，再根據(jù)公式f =Zfz（Z為銑刀齒數(shù)）計算。 每齒進給量fz的選取主要依據(jù)工件材料的力學性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強度和硬度越高，fz越??；反之則越大。硬質合金銑刀的每齒進給量高于同類高速鋼銑刀。工件表面粗糙度要求越高，fz就越小。每齒進給量的確定可參考表1-2選取。工件剛性差或刀具強度低時，應取較小值。 3.切削速度Vc 銑削的切削速度Vc與刀具的耐用度、每齒進給量、背吃刀量、側吃刀量以及銑刀齒數(shù)成反比，而與銑刀直徑成正比。其原因是當fz、ap、ae和Z增大時，刀刃負荷增加，而且同時工作的齒數(shù)也增多，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高。為提高刀具耐用度允許使用較低的切削速度。但是加大銑刀直徑則可改善散熱條件，可以提高切削速度。 表1-2 銑刀每齒進給量參考值 工件材料 fz/mm 粗銑 精銑 高速鋼銑刀 硬質合金銑刀 高速鋼銑刀 硬質合金銑刀 鋼 0.10~0.15 0.11~0.25 0.02~0.05 0.10~0.15 鑄鐵 0.12~0.20 0.15~0.30 ?? ?銑削加工的切削速度Vc可參考表1-3選取，也可參考有關切削用量手冊中的經(jīng)驗公式通過計算選取。 表1-3 銑削加工的切削速度參考值 工件材料 硬度 Vc/（m.min） 高速鋼銑刀 硬質合金銑刀 鋼 <225 18~42 66~150 225~325 12~36 54~120 325~425 6~21 36~75 鑄鐵 <190 21~36 66~150 190~260 9~18 45~150 260~320 4.5~10 21~30 典型工件的工藝分析 三．平面凸輪的數(shù)控銑削工藝分析 ? ?圖1-2所示為槽形凸輪零件，在銑削加工前，該零件是一個經(jīng)過加工的圓盤，圓盤直徑為Ф280㎜，帶有兩個基準孔Ф35㎜及Ф12㎜。Ф35㎜及Ф12㎜兩個定位孔，X面已在前面加工完畢，本工序是在銑床上加工槽。該零件的材料為HT200，試分析其數(shù)控銑削加工工藝。 ? ?1．零件圖工藝分析 ? ? 該零件凸輪輪廓由HA、BC、DE、FG和直線AB、HG以及過渡圓弧CD、EF所組成。組成輪廓的各幾何元素關系清楚，條件充分，所需要基點坐標容易求得。凸輪內外輪廓面對X面有垂直度要求。材料為鑄鐵，切削工藝性較好。 ?? 根據(jù)分析，采取以下工藝措施： ?? 凸輪內外輪廓面對X面有垂直度要求，只要提高裝夾精度，使X面與銑刀軸線垂直，即可保證。 ?? 2．選擇設備 ?? 加工平面凸輪的數(shù)控銑削，一般采用兩軸以上聯(lián)動的數(shù)控銑床，因此首先要考慮的是零件的外形尺寸和重量，使其在機床的允許范圍以內。其次考慮數(shù)控機床的精度是否能滿足凸輪的設計要求。第三，看凸輪的最大圓弧半徑是否在數(shù)控系統(tǒng)允許的范圍之內。根據(jù)以上三條即可確定所要使用的數(shù)控機床為兩軸以上聯(lián)動的數(shù)控銑床。 ?? 3．確定零件的定位基準和裝夾方式 · 定位基準采用“一面兩孔”定位，即用圓盤X面和兩個基準孔作為定位基準。 · 根據(jù)工件特點，用一塊320㎜×320㎜×40㎜的墊塊，在墊塊上分別精鏜Ф35㎜及Ф12㎜兩個定位孔（當然要配定位銷），孔距離80±0.015㎜，墊板平面度為0.05㎜，該零件在加工前，先固定夾具的平面，使兩定位銷孔的中心連線與機床x軸平行，夾具平面要保證與工作臺面平行，并用百分表檢查，見圖1-3。 ?? 4．確定加工順序及走刀路線 ?? 整個零件的加工順序的擬訂按照基面先行、先粗后精的原則確定。因此應先加工用作定位基準的Ф35㎜及Ф12㎜兩個定位孔、X面，然后再加工凸輪槽內外輪廓表面。由于該零件的Ф35㎜及Ф12㎜兩個定位孔、X面已在前面工序加工完畢，在這里只分析加工槽的走刀路線，走刀路線包括平面內進給走刀和深度進給走刀兩部分路線。平面內的進給走刀，對外輪廓是從切線方向切入；對內輪廓是從過渡圓弧切入。在數(shù)控銑床上加工時，對銑削平面槽形凸輪，深度進給有兩種方法：一種是在xz（或yz）平面內來回銑削逐漸進刀到既定深度；另一種是先打一個工藝孔，然后從工藝孔進刀到既定深度。 ? ? 進刀點選在P(150，0)點，刀具來回銑削，逐漸加深到銑削深度，當達到既定深度后，刀具在xy平面內運動，銑削凸輪輪廓。為了保證凸輪的輪廓表面有較高的表面質量，采用順銑方式，即從P點開始，對外輪廓按順時針方向銑削，對內輪廓按逆時針方向銑削。 圖1-2槽形凸輪零件 圖1-3凸輪加工裝夾示意圖 1—開口墊圈；2—帶螺紋圓柱銷；3—壓緊螺母；4—帶螺紋削邊銷；5—墊圈；6—工件；7—墊塊 ? ?5．刀具的選擇 ? ? 根據(jù)零件結構特點，銑削凸輪槽內、外輪廓（即凸輪槽兩側面）時，銑刀直徑受槽寬限制，同時考慮鑄鐵屬于一般材料，加工性能較好，選用Ф18㎜硬質合金立銑刀，見表1-4。 ? 表1-4 數(shù)控加工刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號 XXX 零件名稱 槽形凸輪 零件圖號 XXX 序號 刀具號 刀具規(guī)格名稱(mm) 數(shù)量 加工表面 備注 1 T01 Ф18硬質合金立銑刀 1 粗銑凸輪槽內外輪廓 2 T02 Ф18硬質合金立銑刀 1 精銑凸輪槽內外輪廓 編制 XXX 審核 XXX 批準 XXX 共 頁 第 頁 ?6．切削用量的選擇 ? ? 凸輪槽內、外輪廓精加工時留0.2㎜銑削用量，確定主軸轉速與進給速度時，先查切削用量手冊，確定切削速度與每齒進給量，然后利用公式vc=πdn/1000計算主軸轉速n，利用vf= nZfz計算進給速度。 ? ?7．填寫數(shù)控加工工序卡片（見表1-5） 表1-5 槽形凸輪的數(shù)控加工工藝卡片 單位名稱 XXX 產(chǎn)品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 XXX 槽形凸輪 XXX 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車間 XXX XXX 螺旋壓板 5025 數(shù)控中心 工步號 工步內容 刀具號 刀具規(guī)格(mm) 主軸轉速(r/min) 進給速度(mm/min) 背吃刀量(mm) 備注 1 來回銑削，逐漸加深銑削深度 T01 Ф18 800 60 分兩層削 2 粗銑凸輪槽內輪廓 T01 Ф18 700 60 3 粗銑凸輪槽外輪廓 T01 Ф18 700 60 4 精銑凸輪槽內輪廓 T02 Ф18 1000 100 5 精銑凸輪槽外輪廓 T02 Ф18 1000 100 編制 XXX 審核 XXX 批準 XXX 年 月 日 共 日 第 日