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论文技巧大全-模具型腔工艺与数控编程设计

2021-06-16 09:58:06
作者:杭州千明

  本设计的内容为凹模型腔数控加工设计,完成了对于凹模型腔的加工过程的设计,对于加工程序的设计和编写,从拿到图纸开始到选择型材,进行了加工顺序的安排,定位基准的选择,夹具的选择,切削速度、切削量的计算,并制定了加工工艺卡,选择了合适的加工中心进行加工。在对于工件的加工过程方面的设计,使用UG进行了仿真的模拟设计,从整块的型材到最后成品的完成,进行了完整的程序的编写,最后获得了我所想要的最后程序。

  隶属于机械加工业的数控技术,跟随着时代发展,正一步步的走向国际化。目前数控技术的发展主要集中在以下三个方面:第一个方面是规范化,行业内机械加工都会根据国家通行的规范和标准来进行规范化与标准化的把控,对于数控技术的统一以及制造时的步骤规范进行要求,对于所有构件的自身属性进行统一限制,致力于对技术与原料进行标准化与规范化;第二个方面是精细化,也就是对于整体数控技术与过程中涉及到的原构件、零件的自身数据要求,顺应严格限制尺寸与结构的潮流,对误差进行细致的要求,保证精细度的绝对合格;最后一个方面是高效化,对于生产制造进行加工效率的大幅度提升,利用整体生产线的改造以及高效率的加工辅助器械,将人工占比降低,机械占比提高,合适的调整可以将加工效率大幅提高并保证生产质量。

  1.2数控技术的加工要求

  在零部件加工前,技术工人要对零部件进行多方面的检查与确认,根据不同零部件的特点进行加工方案的特殊设计,将整体加工的流程进行条理编排并再次对不同面的制造方案进行确定。在这其中,要尤其注意加工表面,力求避开其余未考虑到的因素对其造成的误差影响,这样才可以最大化的保证它的精度与标准。

  由于加工表面是否有足够的精密度会是其是否能达到国家标准与规范的最重要衡量指标,所以在设计阶段,必须与下一步的加工阶段进行结合分析,细致的以成品要求为目标,对加工步骤、生产技术选择、主要和次要加工面打磨以及生产时需求进行考虑,设计出完整且细致的方案,考虑各种结果,这样就可以保证加工表面的精密度可以基本达到要求。

  值得一提的是,加工阶段会面临到许多现实问题。例如,生产量很大,如何按要求保质保量的对整个过程进行质量把控,在加工量变大却仍然保持了生产质量时,生产成本就会对应增加,如何对其成本进行有效的控制,也是一个很现实的问题。再例如,加工的产品属于哪个类别,应该启用什么样的生产方案,如何进行归类与设计,这也是一个会摆在加工前的一个现实问题。再例如,在对一个大尺寸部件进行加工时,其精度要求还十分高,本身也比较复杂。那么怎么选择加工器械,怎么设计加工方案,如何确保其最后会保证要求精度,整体生产流程的设计,也会是一个很需要解决的问题。这些具体的问题要在面对具体的情况时进行合理的分析,最后妥当解决。

  1.3数控加工的作用

  加工阶段最重要的就是,最后制造的构件可以通过精细度的检测以及满足质量的要求。二者缺一不可。

  保证质量的关键点其实在于夹具的使用。在制作过程中,构件会在夹具的作用下处于一个固定静止状态,不会被其余力作用产生位移。夹具的摆放会直接关系到构件的位置,并且夹具设置好之后,基本不会受人为影响。它会处在生产加工这条流水线的某一部分,对于产品所要求的质量会有得力的把控作用,这个环节是对于最后成品质量的一个有力保证。

  同样的生产工程量,如果可以在保证质量和精度的前提下,使用更少一点的加工时间,那么工作周期的缩短会直接将加工部分的成本降下来。换句话说,加工效率的提升,会带来成本的下降,利润的上涨。这可以通过一些方式来实现,比如:加工器械的选择,如果器械的工作面够大,那么同样的时间内,此器械的加工量就会超过其他器械,这是在变相的提高加工效率;加工流水线的设置,在上一步骤完成之后,如何更快的转换到下一步骤,中间停留的时间将其抹去,这样一件成品完成的时间也会减少,那么同样的时间就会出来更多的成品,整个工程量就会变大,整体生产效率就会有极大的提升。不管运用何种方法,只要能将其加工效率进行提高,就可以降低其加工成本。

  还要提及的就是技术工人的工作环境问题。夹具的使用就是极大的方便了技术工人的工作条件,夹具的设置与去除都比较方便,不仅仅轻松快捷,还降低了可能发生的危险,保证了做工安全性。定位的轻松快捷不仅仅有益于质量的保障,还对生产效率有着很大的提升。另外,一些辅助做工装置也可以让技术工人的工作环境更加优越,降低工作强度的同时,也改善了工作环境的安全条件。最终目的都是在保证成品各种要求的情况下,尽最大可能的去降低成本。

  1.4数控编程

  1.4.1数控编程的定义

  所谓编程,按字面意思就是将程序编入电脑系统。在数控方面,编程是指将对构件等加工时的具体步骤、加工时所需要的具体数据、自动化器械的工作属性设置以及所用器械的前后交接顺序等利用不同代码来将其编为成套的程序码,按照编程要求及标准,写为加工代码。

  1.4.2数控编程的分类

  数控编程一般会根据人工与软件协助来分为两种类型:第一种是由技术人员根据整条加工流水线的具体属性,来选择相应代码来进行编写,全部的计算人工完成,并且要具备编程能力,对数控代码有一定了解,一般适用于简单易算的加工部件;第二种编程方法适用于复杂难算的加工部件,这时需要我们对加工步骤进行编排,按照具体的要求进行设计,将所需要的技术参数都输入进去,利用软件来进行编程。

  1.5设计内容说明

  本文在学习和了解了关于数控加工在机械加工中的发展和作用之后,基于对于数控加工知识的基本的理解,对凹型腔的数控加工进行了编程的学习和设计,完成了凹型腔数控加工程序的编写和设计,进行了仿真加工,设计编写出合适的程序。

  第2章零件的工艺分析

  2.1零件的结构特点分析

  2.1.1型腔图

  零件图与型腔三维图如下面两张图所示。

  图2.1型腔设计图

  上图中构件为型腔,从图中可以发现,其主要组成部分是凸台、凹槽以及曲面等。可以发现其粗糙度的上限为1.6um,剩下部分都是3.2um。在加工过程中,需要遵从加工工序,先仅着正面、近处等来进行一次加工,之后再对细节进行再次加工,对精准度进行一个仔细的把控。在这里要注意的地方是,整个加工过程中,都要时刻注意是否处于图纸要求范围内,要严格遵从图纸所给的技术要求,这样成品才可以更好的对精度进行控制。

  图2.2型腔三维图

  2.2毛坯设计

  2.2.1毛坯类型

  根据所加工部件的精度和质量要求,毛坯部分选用型材。

  2.2.2毛坯余量确定

  由图纸中的设计要求与所制造构件的尺寸大小,拟直接使用留余量后的型材毛坯,计算后将在三个轴方向各自留出2.5 mm。

  2.2.3毛坯图

  从前两步来定出毛坯尺寸为140×105×45mm。

  第三章零件的工艺规程设计

  3.1加工顺序设计

  在了解所制造的构件之后,要将其整体属性,包括具体尺寸,外观形状,内部构造,精度与质量要求,要对这些方面进行一个确定与熟知。下一步就是对于加工步骤的设计,首先要满足成品在加工后可以达到产品的上述要求,其次要对加工步骤的合理性进行考量,这一步的确定也十分重要。单个产品了解完之后,要对整体的生产量进行一个考量,注意加工时辅助器械的存在,仍然要确保生产率的提升,这样对于整体成本和利益的控制会更加得当。加工时要根据上述规则来设计最合理的加工方案。

  文中零件的加工顺序如下:

  1.毛坯的设计与构造。

  2.零件表面处理,总共六个表面都需要削至最大尺寸。

  3.对下表面进行加工:

  ①对2-φ8的孔进行钻孔。

  ②对4-M8的孔进行钻孔。

  ③对4-φM8的孔打螺纹。

  4.对左表面进行加工:

  ①对2-φ8的孔进行钻孔。

  ②对2-φ10的孔进行钻孔。

  5.对右表面进行加工:

  ①对φ8的孔进行钻孔。

  ②对φ10的孔进行钻孔。

  6.对后表面进行加工:

  ①对2-φ8的孔进行钻孔。

  ②对2-φ10的孔进行钻孔。

  7.对上表面进行加工:

  ①粗加工凸台及内轮廓,留有精加工余量。

  ②精加工凸台及内轮廓,留有精加工余量。

  ③精加工曲面凸台,加工至图纸尺寸要求。

  8.倒角去刺。

  9.成品质量检测。

  3.2定位基准的选择

  在加工过程中,会遇到两次基准面的选择。首先是在毛坯状态时,未加工状态下会有一个基准,称作粗基准;而当部件进行了加工后,所有的基准为精基准。在加工时,要将粗、细基准进行一个规范,拿此来作为基础基准,成品只有在基准面情况下才会有质量以及精度的双方面满足。

  在选择基准时,粗、细基准有着不同的选择条件:

  在粗基准的选择中,对于本设计中部件,其各面的余量都是相等的,可以作为粗基准的面都很关键,其表面应该足够光滑,杜绝有粗糙的现象。另外,作为粗基准的表面尽量避免是用来加工的表面,原因在于加工的面精度会非常高,而在选取表面是,为了避免过高精度,一般都采取不会加工的表面。

  在精基准的选择中,首先一条是对于设计基准与定位基准,采取同一个基准,也就是对于要加工的这个面,其双重基准是一致、重合的,选取的基准要满足重合性。其次就是在选取基准时,从设计到加工,从头到尾的基准要一致,杜绝出现前后基准不同的状况发生,也就是基准从头到尾要具有一致性,再有就是精基准是针对所加工面而言的,对于精度的把控,如果要保证各个面的精准度,那么需要根据生产工序来具体加工。

  精准的准确选择,对于加工产品的质量会有极大程度的提升,其存在为整个加工过程提供了标准与规范,加工的顺利进行要与精准的准确选择挂钩,其直接影响着加工产品的精准度,所以基准的选择是至关重要的事情。

  一般来说,本设计中德型腔会分为三个加工段来进行,分别是粗加工、精加工以及半精加工。

  本设计中部件的加工量较大,对于其生产效率有着一定的要求。在器械方面使用了万用机床与配套夹具,提升生产效率。这还不够,在加工时要遵循工序的集中与分散原则,此原则可以使加工过程中的夹装部分得到大大简化,时间会极大的缩短。一次装夹就可以对很多面进行加工,这对于生产效率的提升是显而易见的,对于精度的把控与达标也是很有保障的。

  在加工时建议将下表面定为基准面,根据先粗后精的加工方式,分别进行粗加工与精加工,将加工步骤化,采用先主后次,先面后孔等加工准则,进行相应的加工。

  3.3夹具选择

  平口钳实体图如下图所示。

  图3.1平口钳

  装夹方式示意图如下图。

  平口钳钳口

  工件毛坯

  图3.2装夹方式

  设计中产品均需要在车床上进行数控加工,外状呈板状,在零件图中发现,钳口若为平口时会处于稳定状态,对装夹有利。故夹具选择高精度平口钳,提升生产效率与加工时间及成本。

  3.4选择刀具与切削用量

  3.4.1选择切削刀具

  在成品的加工中,针对成品的结构特点,发现二者属于相同类别的结构,故选用同一款切削刀具。所选用的刀具如下表所示。

  表3.1型腔凹模加工刀具卡片

  产品名称或代号零件名称零件图号1

  序号刀具号刀具名称及规格刀具参数刀具材料

  刀具长度刀杆规格

  1 T01Φ8麻花钻75 BT40高速钢

  2 T02Φ6.8麻花钻75 BT40高速钢

  3 T03 M8丝锥75 BT40高速钢

  4 T04Φ10麻花钻75 BT40高速钢

  5 T05Φ20立铣刀75 BT40硬质合金

  6 T06Φ6立铣刀75 BT40硬质合金

  7 T07Φ6球头刀75 BT40硬质合金

  编制审核批准共1页第1页

  3.4.2选择切削用量

  切削用量由吃刀量、补给量以及切削速度来决定,一般计算中会先确定吃刀量与补给量,之后再对切削速度进行确定。

  零部件本身的精准度与切削刀具的材料及其耐久度会决定切削速度的快慢,而切削速度又直接决定了主轴的转速。它们之间有着直接或间接的影响关系。具体刀具的切削速度如下表所示。

  其中,公式为:n=

  表3.3刀具材料切削速度

  材料种类刀具硬度切削速度Vc(m/min)

  硬质合金铣刀高速钢铣刀

  铸铁<190 66-150 21-36

  190-260 45-90 9-18

  160-320 21-30 4.5-10

  钢<225 66-150 18-42

  225-325 54-120 12-36

  325-425 36-75 6-21

  黄铜53-56 100-180 20-50

  铝件70-120 200-400 100-200

  根据对应的规范与标准,对此零件的切削用量进行确定。确定后根据相关参数对三种刀具进行计算,以下为相关计算过程:

  1).φ8直柄麻花钻

  其为高速钢制备成刀具,具有2齿。

  据规范及标准所查得数据,结合本次设计,进行拟值:

  ;

  。

  由公式:

  求得主轴转速:

  再由公式可得:

  2).φ6.8直柄麻花钻

  其为高速钢制备成刀具,具有2齿。

  据规范及标准所查得数据,结合本次设计,进行拟值:

  ;

  。

  由公式:

  求得主轴转速:

  再由公式可得:

  3).M8丝锥

  其为高速钢制备成刀具,可以根据实际加工经验选取主轴转速取100(r/min),切削速度为100mm/min。

  4).φ10直柄麻花钻

  其为高速钢制备成刀具,具有2齿。

  据规范及标准所查得数据,结合本次设计,进行拟值:

  ;

  。

  由公式:

  求得主轴转速:

  最后由公式可得:

  5).φ20硬质合金立铣刀

  其为涂层高速钢制备成刀具,具有3齿。

  据规范及标准所查得数据,结合本次设计,进行拟值:

  精铣时取,粗铣时取。

  由公式:

  可得主轴转速为

  粗铣:

  精铣:

  据规范,拟取

  精铣时:;

  粗铣时:;

  由公式可得:

  粗铣:

  精铣:

  6).硬质合金立铣刀

  其为涂层高速钢制备成刀具,具有3齿。

  据规范及标准所查得数据,结合本次设计,进行拟值:

  精铣时取,粗铣时取。

  由公式:

  可得主轴转速为

  粗铣:

  精铣:

  据规范,拟取

  精铣时:;

  粗铣时:;

  由公式可得:

  粗铣:

  精铣:

  7).硬质合金球头铣刀

  刀具材质为涂层高速钢刀具齿数为3。

  据规范及标准所查得数据,结合本次设计,进行拟值:

  取,由公式:

  可得主轴转速为

  铣:

  据规范,拟取

  铣:;

  由公式可得:

  铣:

  3.5制定工艺文件

  机械加工工艺卡如下表所示

  (工厂名)机械工艺过程片卡产品名称及型号型腔零件名称型腔零件图号

  材料名称钢毛坯种类型材零件重量毛重

  牌号尺寸140×105×45净重

  性能每料件数1

  工序号工序内容加工车间设备名称及编号夹具

  1准备毛坯数控VDL-1000D平口钳

  2手动铣削零件6个表面至零件最大尺寸数控VDL-1000D平口钳

  3加工下表面特征数控VDL-1000D平口钳

  4加工左边表面特征数控VDL-1000D平口钳

  5加工右边表面特征数控VDL-1000D平口钳

  6加工后边表面特征数控VDL-1000D平口钳

  7加工上表面凸台轮廓特征数控VDL-1000D平口钳

  8锐边倒角、去毛刺数控VDL-1000D平口钳

  9终检、入库数控VDL-1000D平口钳

  编制抄写校对审核批准

  表4.1机械加工工艺过程卡

  3.6工序卡

  机械加工工序卡如表4.2所示

  单位名称产品名称

  或代号零件名称零件图号

  型腔型腔1

  工序号程序编号夹具名称使用设备车间

  平口钳VDL-1000D数控

  工步号工步内容刀具号刀具

  规格主轴转速/(r/mm)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm备注

  1下表面2-φ8孔

  钻孔T01φ8

  麻花钻995 99 4自动

  2下表面4-M8孔

  钻孔T02Φ6.8

  麻花钻1170 58 3.4自动

  3下表面4-φM8孔

  攻牙T03 M8

  丝锥100 100 0.6自动

  4左边表面2-φ8孔

  钻孔T01φ8

  麻花钻995 99 4自动

  5左边表面2-φ10孔

  钻孔T04Φ10

  麻花钻796 79 1自动

  6右边表面φ8孔

  钻孔T01φ8

  麻花钻995 99 4自动

  7右边表面φ10孔

  钻孔T04Φ10

  麻花钻796 79 1自动

  8后边表面2-φ8孔

  钻孔T01φ8麻花钻995 99 4自动

  9后边表面2-φ10孔

  钻孔T04Φ10麻花钻796 79 1自动

  10粗加工上表面凸台及内轮廓留精加工余量T05Φ20立铣刀1114 100 1自动

  11清根加工凸台及内轮廓留精加工余量T06Φ6立铣刀3184 286 0.5自动

  12精加工凸台及内轮廓

  加工至图纸尺寸T06Φ6立铣刀3715 222 0.5自动

  13精加工曲面凸台

  加工至图纸尺寸要求T07Φ6球头刀3715 557 0.2自动

  编制审核批准年月日

  表4.2机械加工工序

  3.7切削液选择

  本身此液体在切削时提供润滑和冷却作用,并且切削后可以用来清洗与防锈。所以在数控切削时,切削液是必须具备的,下表所示为三种常用的切削液:

  表3.2常用冷却液

  冷却液名称主要成份主要作用

  水溶液水、防锈添加剂冷却

  乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗

  切削油矿物油、动植物油、

  极压添加剂或油性

  润滑

  结合表格,发现乳化液是综合性能最好的,它具备其他两种切削液所不具备的功能,十分全能。

  3.8机床的选择

  本设计中的零件属于批量生产的小部件,机床选用XD-80A系列数控立式加工中心,来自大连机床集团。设备图如下所示:

  图3.2XD-80A加工中心

  第4章零件的程序编制及仿真

  4.1数控加工程序代码的编写

  首先要对刀具进行创建,点击,在弹出的对话框中找寻并选择,对具体选择的刀具进行查找输入。下一步则是对刀具的相关技术参数进行设定。例如在下图中,我们设置所用刀具直径20毫米,长75毫米,刀刃为2毫米。所有刀具均按照此步骤来创建,下面两图分别为道具创建与参数设置的对话框。

  图4.2创建刀具图4.3刀具参数

  接着对几何体进行创建,点击,在弹出的对话框中选择并点击,找寻几何体。选择后在其参数表中对技术参数进行设置,例如下图中对安全距离的把控为10毫米,并设置电脑自动来判断,并对加工产品进行坐标系的创立。

  图4.4对话框图4.5MCS

  图4.6工件坐标系

  再次点击,对几何体进行创建,在弹出的对话框中点击,根据几何体名称选择后,进入对话框。前后对话框如下面两图所示。

  图4.7几何体图4.8对话框

  找寻,点击进入对话框,选择要加工的零件。之后点击来对毛坯进行设立,采用自动块模式,完成毛坯的创建。下面两图分别为部件和毛坯的几何体对话框。

  图4.9部件几何体图4.10毛坯几何体

  接下来是钻孔部分:

  ①在工具栏中找寻刀具创建,并进入其对话框。

  ②首先选择类别,为“drill”,之后在刀具类别中挑选钻头,点击应用后,进入参数对话框,对刀具的相关技术参数进行设定,便完成了刀具的创建。

  ③在加工栏中,点击“创建操作”,并进入对话框。

  ④同样的,选择“drill”,并在类型中选啄钻。

  ⑤对于参数进行具体设计,包括刀具、几何体、名称等。

  ⑥在对话框中对设计中涉及到的孔、表面、循环方式以及速度进行设定,具体示意图如下所示。

  图4.11参数设置

  之后便是完成图,下图所示为生成后的刀具钻孔示意图,图中表面为下表面:

  图4.12下表面钻孔刀路图

  (3)针对设计中涉及到的其他孔,也根据上述步骤来进行操作。最后会有各表面的不同刀路图,下面三图将分别罗列。

  图4.13钻孔刀路图

  图4.14钻孔刀路图

  图4.15钻孔刀路图

  寻找图标并点击,在对话框中寻找,此图标代表型腔,之后对切削技术参数进行相对应的设置,根据参数来选择刀具。此处选择φ20刀具,刀具设置中,每一刀深度应为一毫米。选择切削方式为层优先。具体刀路图如下所示:

  图4.16加工刀路

  图4.17清根加工刀路

  图4.18清根加工刀路

  在加工曲面时,由于编程难度较大,故选择自动编程。

  在工具栏中寻找图标并点击,在弹出的对话框中,点击“mlii-contour”,并对在子类型列表中选择“fixed-contour”,对程序、刀具和几何体进行依次选择。下图为创建操作的对话框。

  图4.19创建操作对话框

  在“fixed-contour”的对话框中对切削区域进行指定,并在弹出来的对话框中确定选择切削区域,其区域示意图如下:

  图4.20切削区域

  在切削区域中,对陡峭空间范围进行选择,本设计中拟设置其为0。对切削方式、驱动模式、切削方向、距离设置进行相对应的参数设置,此处要注意的是步距要设置在步件上,距离为0.25毫米。对所有参数进行设置并锁定后,在对话框中寻找生成图标,点击即可。下图为曲面加工刀轨图以及刀路示意图。

  图4.20曲面加工刀路

  4.2数控加工仿真

  进入程序,寻找图标并点击,对刀轨进行设置,仿真采用动态二维方式,点击后开始仿真。效果如下列图所示,此仿真结果用于检验刀路图的正确与否。

  图4.21仿真加工

  图4.22仿真加工

  图4.23仿真加工

  图4.24仿真加工

  图4.25仿真加工

  图4.26仿真加工

  4.3程序的后处理

  在整体程序运行一遍之后,其源文件便可以用作制造机床的刀具轨迹所能识别的代码。以下为代码生成过程: