復(fù)雜曲面維納斯的加工工藝設(shè)計(jì)研究

王國棟

摘 要：復(fù)雜曲面零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)主要是利用三軸或者四軸加工中心，將零件固定以后，在高速加工過程中，采用多種刀具，完成毛坯多余材料的去除，進(jìn)而獲得符合設(shè)計(jì)要求的零件成品的過程。因此，毛坯的選擇較為重要，其形狀和尺寸應(yīng)該選擇與成品零件接近的，這樣，不斷會(huì)大大的減少勞動(dòng)量，提高生產(chǎn)效率，也會(huì)大大的提高材料的利用率，降低生產(chǎn)成本。目前，我國毛胚制造的方法大多數(shù)采用鍛造和鑄造技術(shù)，所以毛坯尺寸和形狀如果發(fā)生改變，那么模具也要重新制造。因此，本研究從毛坯的材料類型和成型工藝著手進(jìn)行，選擇使用塑性成型的鋁合金圓棒料鍛件作為毛坯，由于材料價(jià)格較貴，所以要控制毛坯尺寸。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜曲面;數(shù)控加工;數(shù)控加工工藝;高效加工;

1、數(shù)控加工仿真研究

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，由于仿真系統(tǒng)僅對加工過程進(jìn)行仿真運(yùn)行，對其加工質(zhì)量不能進(jìn)行有效的分析，對工件的尺寸精度不能進(jìn)行實(shí)際的測量，因此，整個(gè)加工過程在模擬完成以后，其所得的仿真結(jié)果還需要進(jìn)行加工驗(yàn)證。為了提高加工效率和加工精度，在加工之前，需要對加工過程中所用到的參數(shù)進(jìn)行分析，保證參數(shù)的合理性，預(yù)測出產(chǎn)品的質(zhì)量。然后再選用合適的加工中心進(jìn)行現(xiàn)場加工。

本文以加工維納斯人體模型零件為例，使用數(shù)控機(jī)床對其進(jìn)行加工。加工前要首先確定裝夾方案。并檢查毛坯余量，并選用三爪自定心卡盤裝夾工件。安裝時(shí)，夾具夾緊部位不得小于15mm，在工件表面要采用防夾傷表面的裝夾方式。使用百分表對工作表面進(jìn)行打表找正，同時(shí)也不能忽略實(shí)際加工時(shí)工件裝夾的可靠性，然后確定加工順序。

2、加工過程研究

（1）根據(jù)實(shí)際加工情況，初步確定加工步驟方案。

圖紙分析及圖紙轉(zhuǎn)換 ? ? ? ? ? ? ? ? 10min

（2）使用CAXA軟件進(jìn)行零件圖紙轉(zhuǎn)換，滿足加工要求。

自動(dòng)加工工藝分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 30min

（3）對于加工工藝的初步制定要考慮刀具的選擇、加工的材料、機(jī)床的類型和經(jīng)濟(jì)性。

刀具選擇 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 10min

（4）由于銑削過程是斷續(xù)切削，刀具切削部分要承受較大的壓力、較高的溫度和劇烈的摩擦作用，因此容易發(fā)生磨損。銑刀材料的好壞，直接影響加工質(zhì)量和效率。所以必須根據(jù)零件的材料、加工參數(shù)、機(jī)床的剛性，合理選擇刀具，并進(jìn)行對刀。

切削參數(shù)選擇 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20min

（5）根據(jù)原始加工資料和現(xiàn)狀進(jìn)行合理設(shè)置切削參數(shù)，并進(jìn)行試切加工。

工藝卡編制 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20min

（6）使用CAXA CAPP制定出工藝卡。并打印成紙質(zhì)文檔。

自動(dòng)加工操作及步驟 ? ? ? ? ? ? ? ? 90min

（7）刀具安裝、檢查刀位號是否正確，還要注意加工過程中的刀具補(bǔ)償。

實(shí)體校檢測量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20min

（8）使用百分表、游標(biāo)卡尺等對工件進(jìn)行檢測。

輸出加工后的數(shù)控加工工藝數(shù)據(jù) ? ? ? 10min

（9）使用CAXA CAPP制定新的加工工序卡。

機(jī)床加工操作實(shí)踐總結(jié)與優(yōu)化 ? ? ? ? 50min

經(jīng)過分析得出數(shù)控切削加工過程中要注意和解決的問題：

（1）用銑刀加工零件時(shí)，應(yīng)該盡量保證銑刀的正確下刀位置，刀具應(yīng)在零件實(shí)體以外區(qū)域下刀，且避開夾具位置，避免發(fā)生碰刀事故。

（2）銑削加工過程中，應(yīng)該注意對加工設(shè)備進(jìn)行合理的選擇。

（3）典型復(fù)雜曲面零件的加工工藝總結(jié)。

（4）曲面加工的編程方法加工分析與后置處理分析。

（5）注意保證尺寸精度的磨耗余量及確定。

（6）表面粗糙度精度的檢測與控制。

（7）加工結(jié)果的數(shù)據(jù)分析優(yōu)化。

3、加工精度控制研究

（1）由于材料選用的是鋁合金AlMgSiCu，所以加工中需要注意以下問題：

①刀具加工鋁合金AlMgSiCu時(shí)，由于材料內(nèi)部存在硬質(zhì)點(diǎn)的原因使刀具容易磨損。使刀具前刀面殘生凹坑，造成黏刀現(xiàn)象，會(huì)在刃口形成微笑豁口。

②由于加工時(shí)刀具轉(zhuǎn)速可以達(dá)到5000r/rmin，所以刀具表面溫度非常高。

③切削鋁合金時(shí)，切屑形狀是連綿不斷的，所以容易參繞在刀具上或損傷已加工表面。

（2）加工中心的加工精度主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行控制：

①控制切削力：盡量減少或者是避免在加工過程中因切削力而引起的工件和刀具變形以及切削熱的產(chǎn)生。

②控制切削熱：盡量減少或者是避免在加工過程中因切削熱而產(chǎn)生的熱變形誤差，確保加工精度。

③控制切削震動(dòng)：切削震動(dòng)是由動(dòng)態(tài)切削力產(chǎn)生，對加工精度影響較大，能夠破壞己加工表面，甚至阻礙切削的進(jìn)行。

④控制粗糙度。

4、加工精度對比優(yōu)化

經(jīng)過對零件反復(fù)加工后進(jìn)行測量后，分析出得出由于材料選用的是鋁合金AlMgSiCu，所以通過采用普通加工方式與改進(jìn)后的加工方式的零件精度進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)需要做以下改進(jìn)：

（1）刀具加工鋁合金AlMgSiCu時(shí)，由于材料內(nèi)部存在硬質(zhì)點(diǎn)的原因使刀具容易磨損。使刀具前刀面殘生凹坑，造成黏刀現(xiàn)象，會(huì)在刃口形成微笑豁口。普通加工時(shí)選用的是常用銑刀，這里改為獅王牌鋁合金專用銑刀。

（2）由于加工時(shí)刀具轉(zhuǎn)速可以達(dá)到6000r/min，所以使刀具表面溫度非常高。這里可根據(jù)機(jī)床和刀具的加工性能，改為4800r/min左右。這樣既保證了質(zhì)量也避免了產(chǎn)生較大的切削熱。

（3）切削鋁合金時(shí)，切屑形狀是連綿不斷的，所以容易參繞在刀具上或損傷已加工表面。所以本文采用分階段加工的方式，精加工余量只留0.2mm。

（4）數(shù)控加工時(shí)冷卻液采用的是乳化液，但經(jīng)過加工對比，采用切削油加工鋁合金可以更好的控制切削熱與表面粗糙度，確保加工精度。

（5）用銑刀加工零件時(shí)，應(yīng)該盡量保證銑刀的正確下刀位置，刀具應(yīng)在零件實(shí)體以外區(qū)域下刀，且避開夾具位置，避免發(fā)生碰刀事故。

（6）加工維納斯零件時(shí)，由于會(huì)產(chǎn)生過切現(xiàn)象，所以要根據(jù)輪廓中最小的內(nèi)圓弧進(jìn)行設(shè)定加工參數(shù)。

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