數控加工工藝路線的設計
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數控加工工藝路線的設計
數控加工與通用機床加工的工藝路線設計的主要區(qū)別在于,它不是指從毛坯到成品的整個工藝過程,而僅是幾道數控加工工序工藝過程的具體描述,因此在工藝路線設計中一定要注意到,數控加工工序一般均穿插于零件加工的整個工藝過程中間,因而要與普通加工工藝銜接好。另外,許多在通用機床加工時由工人根據自己的實踐經驗和習慣所自行決定的工藝問題,如:工藝中各工步的劃分與安排、刀具的幾何形狀,走刀路線及切削用量等,都是數控工藝設計時認真考慮的內容,并將正確的選擇編入程序中。在數控工藝路線設計中主要應注意以下幾個問題。(1)工序的劃分根據數控加工的特點,數控加工工序的劃分一般可按下列方法進行。①以一次安裝、加工作為一道工序。這種方法適合于加工內容不多的工件,加工完就能達到待檢驗狀態(tài)。
?、谝酝话训毒呒庸さ膬热輨澐止ば颉S行┝慵m然能在一次安裝中加工出很多待加工面,但考慮到程序太長,會受到某些限制,如:控制系統(tǒng)的限制(主要是內存容量)、機床連續(xù)工作時間的限制(如一道工序在一個工作班內不能結束)等。此外,程序太長會增加出錯與檢索困難。因此程序不能太長,一道工序的內容不能太多。③以加工部位劃分工序。對于加工內容很多的零件,可按其結構特點將加工部位分成幾個部分,如內形、外形、曲面或平面。④以粗、精加工劃分工序。對于易發(fā)生加工變形的零件,由于粗加工后可能發(fā)生的變形而需要進行校形,故一般來說凡要進行粗、精加工的都要將工序分開??傊?,在劃分工序時,一定要對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、安裝次數及本企業(yè)生產組織狀況靈活掌握。對于零件宜采用工序集中的原則還是用工序分散的原則,也要根據實際情況合理確定。(2)順序的安排順序的安排應根據零件的結構和毛坯狀況,以及定位安裝與夾緊的需要來考慮,是工件的剛性不被破壞。順序安排一般應按以下原則進行。
?、偕系拦ば虻募庸げ荒苡绊懴碌拦ば虻亩ㄎ慌c夾緊,中間穿插有通用機床加工工序的也要綜合考慮。②行內形內腔加工工序,后進行外形加工工序。③以相同的定位、夾緊方式或同一把刀具加工的工序,好接連進行,以減少重復定位次數、換刀次數與挪動壓板次數。④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)數控加工工藝與普通工序的銜接數控工序前后一般都穿插有其他普通工序,如銜接得不好就容易產生矛盾,因此在熟悉整個加工工藝內容的同時,要清楚數控加工工序與普通加工工序各自的技術要求、加工目的、加工特點,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;對毛坯的熱處理狀態(tài)等,這樣才能使各工序達到相互滿足加工需要,且質量目標及技術要求明確,交接驗收有依據。數控工藝路線設計是下一步工序設計的基礎,其設計質量會直接影響零件的加工質量與生產效率,設計工藝路線時應對零件圖、毛坯圖認真消化,結合數控加工的特點靈活運用普通加工工藝的一般原則,盡量把數控加工工藝路線設計得更合理一些。
(4)數控加工工序的設計當數控加工工藝路線設計完成后,各道數控加工工序的內容已基本確定,要達到的目標已比較明確。對其他一些問題(諸如:刀具、夾具、量具、裝夾方式等),也大體做到心中有數,接下來便可以著手進行數控工序的設計。在確定工序內容時,要充分注意到數控加工的工藝是十分嚴密的。因為加工中心雖自動化程度較高,但自適應性差。它不像通用機床,加工時可以根據加工過程中出現的問題比較自由地進行人為調整,即使現代加工中心在自適應調整方面做出了不少努力與改進,但自由度也不大。比如,加工中心在攻螺紋時,它就不能確定孔中是否已擠滿了切屑,是否需要退一下刀,清理一下切屑再加工。所以,在數控加工的工序設計中注意加工過程中的每一個細節(jié)。同時,在對圖形進行數學處理、計算和編程時,都要力求準確無誤。因為,加工中心比同類通用機床價格要高得多,在加工中心上加工的也都是一些形狀比較復雜、價值也較高的零件,萬一損壞機床或零件都會造成較大的損失。在實際工作中,由于一個小數點或一個逗號的差錯而釀造重大機床事故和質量事故的例子也是屢見不鮮的。
數控工序設計的主要任務是進一步把本工序的加工內容、切削用量、工藝裝備、定夾緊方式及刀具運動軌跡都要確定下來,為編制加工程序做好充分準備。①確定走刀路線和安排工步順序 在數控加工工藝過程中,刀具時刻處于數控系統(tǒng)的控制下,因而每一時刻都應有明確的運動軌跡及位置。走刀路線就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,走刀路線是編寫程序的依據之一,因此,在確定走刀路線時,好畫一張工序簡圖,將已經擬定出的走刀路線畫上去(包括進、退刀路線),這樣可為編程帶來不少方便。工步的劃分與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。a.尋求短加工路線,減少空刀時間以提高加工效率。b.為工件輪廓表面加工后的粗糙度要求,終輪廓應安排在后一次走刀中連續(xù)加工出來。
c.刀具的進、退刀(切入與切出)路線要認真考慮,以盡量減少在輪廓切削中停刀(切削力突然變化造成彈性變形)而留下刀痕,也要避免在工件輪廓面上垂直上下刀而劃傷工件。d.要選擇工件在加工后變形小的路線,對橫截面積小的細長零件或薄板零件應采用分幾次走刀加工到后尺寸或對稱去余量法安排走刀路線。②定位基準與夾緊方案的確定 在確定定位基準與夾緊方案時應注意下列三點。a.盡可能做到設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一。b.盡量將工序集中,減少裝夾次數,盡量做到在一次裝夾后就能加工出全部待加工表面。c.避免采用占機人工調整裝夾方案。③夾具的選擇 由于夾具確定了零件在機床坐標系中的位置,即加工原點的位置,因而要求夾具能零件在機床坐標系中的正確坐標方向,同時協調零件與機床坐標系的尺寸。除此之外,主要考慮下列幾點。
a.當零件加工批量小時,盡量采用組合夾具、可調式夾具及其他通用夾具。b.當小批量或成批生產時才考慮采用夾具,但應力求結構簡單。c.夾具要開敞,其定位、夾緊機構元件不能影響加工中的走刀(如產生碰撞等)。d.裝卸零件要方便可靠,以縮短準備時間,有條件時,批量較大的零件應采用氣動液壓夾具、多工位工具。④刀具的選擇 加工中心對所使用的刀具有性能上的要求,只有達到這些要求才能使加工中心真正發(fā)揮效率。在選擇加工中心所用刀具時應注意以下幾個方面。a.良好的切削性能?,F代加工中心正向著高速、高剛性和大功率方向發(fā)展,因而所使用的刀具具有能夠承受高速切削和強力切削的性能。同時,同一批刀具在切削性能和刀具壽命方面一定要穩(wěn)定,這是由于在加工中心上為了加工質量,往往按刀的使用壽命換刀或由數控系統(tǒng)對刀具壽命進行管理。
b.較高的精度。隨著加工中心、柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展,要求刀具能實現快速和自動換刀;又由于加工的零件日益復雜和精密,這就要求刀具具備較高的形狀精度。對加工中心上所用的整體式刀具也提出了較高的精度要求,有些立銑刀的徑向尺寸精度高達5μm,以滿足精密零件的加工需要。c.的刀具材料。刀具材料是影響刀具性能的重要環(huán)節(jié)。除了常用的高速鋼和硬質合金鋼材料外,涂層硬質合金刀具已在國外廣泛使用。硬質合金刀片的涂層工藝是在韌性較大的硬質合金基體表面沉積一薄層(一般厚度為5~7μm)高硬度的耐磨材料,把硬度和韌性高度地結合在一起,從而改善硬質合金刀片的切削性能。在如何使用加工中心刀具方面,也應掌握一條原則:尊重科學,按切削規(guī)律辦事。對不同的零件材質,在客觀規(guī)律上都有一個切削速度、背吃刀量、進給量三者互相適應的佳切削參數。這對大零件、稀有金屬零件、貴重零件更為重要,應在實踐中不斷摸索這個佳切削參數。在選擇刀具時,要注意對工件的結構及工藝性認真分析,結合工件材料、毛坯余量及刀具加工部位綜合考慮。在確定好以后,要把刀具規(guī)格、刀具代號和該刀所要加工的內容列表記錄下來,供編程時使用。
?、?確定刀具與工件的相對位置 對于加工中心來說,在加工開始時,確定刀具與工件的相對位置是很重要的,它是通過對刀點來實現的。對刀點是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點。在程序編制時,不管是刀具相對工件移動,還是工件相對刀具移動,都是把工件看作靜止,而把刀具看作在運動。對刀點往往就是零件的加工原點。它可以設在被加工零件上,也可以設在夾具與零件定位基準有一定尺寸聯系的某一位置。對刀點的選擇原則如下。a.所選的對刀點應使程序編制簡單。b.對刀點應選擇在容易找正、便于確定零件加工原點的位置。c.對刀點的位置應在加工時檢查方便、可靠。d.有利于提高加工精度。
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