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1、项目七 叶轮轴数控加工工艺编制与实施,7.1 数控加工的内容 7.2 零件质量分析 7.3 多轴数控加工的类型 7.4 叶轮轴零件工艺分析 7.5 叶轮轴数控加工工艺文件的编制,7.1 数控加工的内容,数控机床是一种可编程的通用加工设备，但是因设备投资费用较高，还不能用数控机床完全替代其他类型的设备，因此，数控机床的选用有其一定的适用范围，适合加工较复杂且制造成本也较高的零件。 7.1.1数控机床的选择原则 一般来说，选择数控机床可按下列顺序考虑。 (1)通用机床无法加工的内容，应作为优选内容，如内腔成形面。 (2)通用机床难加工，质量也难以保障的内容应作为重点选择内容。 (3)通用机床效率低
2、，工人劳动强度大的内容，可在数控机床尚存余力的能力上进行选择。,下一页,返回,7.1 数控加工的内容,7. 1. 2数控加工的内容 (1)零件上的曲线轮廓，指要求有内、外复杂曲线的轮廓，特别是由数学表达式等给出的其轮廓为非圆曲线和列表曲线等的曲线轮廓。 (2)空间曲面，既由数学模型设计出的且具有三维空间曲面的零件。 (3)形状复杂，尺寸繁多，划线与检测困难的部位。 (4)用通用机床加工难以观察、测量和控制进给的内、外凹槽。 (5)高精度零件。尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求较高的零件。 以上几种复杂的情况就适合在数控机床上加工。叶轮轴中叶片部分具有复杂的曲线轮廓和普通机床无法保持进给的球形
3、加工，所以选择数控机床来加工。,上一页,返回,7.2 零件质量分析,产品在加工后应进行检验，产品的基本尺寸必须保证，配合要求必须达到图纸要求。但用现在的技术来加工，可能还存在许多不足之处，比如零件精度不够，粗糙度偏大;或者是零件表面有明显刀具痕迹。造成诸多不足的原因有很多，就一般的加工而言: (1)夹具和刀具是影响零件加工精度的主要因素之一。零件出现误差或粗糙度偏大与刀具、夹具有关;刀具的工作条件，如刀具在加工中发热也会造成加工精度的误差;机床主轴或因刀具装夹不当引起的径向或端面跳动等因素，都会使工件产生误差。 (2)对刀的准确性也是影响加工精度的原因。采用手工对刀，仅凭眼睛去观察，且因为刀具
4、太多，换刀次数多，难免会产生误差，从而影响零件的精度。,返回,7.3 多轴数控加工的类型,(3)加工时的冷却效果也是影响零件加工精度的重要因素。在切削过程中，由于工件与刀具之间摩擦产生的切削热会引起零件的热变形，所以冷却液和冷却方式的合理选择与否对零件表面精度的影响非常大。 另外，机床振动等也是影响零件加工精度和表面光泽度的因素。 加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心。三轴立式加工中心最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。多轴数控加工中心具有效率高和精度高的特点，工件在一次装夹后能完成五个面的加工。如果配置五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂
5、的空间曲面进行高精度加工，非常适于加工汽车零部件、飞机结构件等工件的成形模具。,下一页,返回,7.3 多轴数控加工的类型,根据回转轴形式，多轴数控加工中心可分为两种设置方式:工作台回转和立式主轴头回转。工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴的一般工作范围是0 359。工作台的中间还设有一个回转台，环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360回转。通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以用立式主轴刀具进行加工。A轴和C轴的最小分度值一般为0.001，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如果与X, Y, Z三轴实现联动，就可加工出复杂的
6、空间曲面。这种设置方式的多轴数控加工机床的优点是:主轴结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本也较低。但因工作台承重相对较小，一般工作台不能设计太大，特别是当A轴回转角90时，工件切削时会给工作台带来很大的承载力矩。,上一页,下一页,返回,7.3 多轴数控加工的类型,立式主轴头回转，主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴转360，成为C轴，回转头上还带有可环绕X轴旋转的A轴，一般可达90以上。这种设置方式的多轴数控加工机床的优点是:主轴加工非常灵活，工作台也可以设计得非常大。在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，而采用主轴
7、回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量，这是工作台回转式加工中心难以做到的。 【项目实施】 项目引入:叶轮轴零件加工图样如图7-1所示，对其进行加工工艺文件的编制，并填写相关工艺文件表格。,上一页,返回,7. 4叶轮轴零件工艺分析,7. 4. 1工艺分析 1.结构工艺分析 叶轮轴零件结构比较复杂，需要车、铣复合加工，而叶片又是加工难度最大的部分，所以解决叶片部分的加工就成了最关键的问题。 (1)数控车削加工是金属切削机床中最常见的加工方法之一，其主要包括轴向切削和径向切削，也可以对零件进行钻孔加工与螺纹加工等。数控车床主要适用于轴
8、类零件加工。叶轮轴零件中的轴加工表面，其轮廓主要由直线和圆弧组成。因此适合用数控车床加工。 (2)数控加工中心的主要加工特点是工序集中，即工件在一次装夹后，连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝加工等多道工序，其主要加工对象包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、惚和,下一页,返回,7. 4叶轮轴零件工艺分析,锁孔加工与攻螺纹等。叶轮轴零件中的叶片部分加工工序多，适合在加工中心上(四轴以上)加工，采取由粗到精的加工原则和加工流程，有利于达到零件加工质量要求。 2.尺寸及精度分析 (1)尺寸精度分析。 该零件尺寸标注无误，符合加工要求。为保证工件尺寸精度，对刀时，尺寸测量一定要保证准确无误。
9、(2)表面粗糙度分析。 叶轮轴零件轴表面粗糙度Ra以1.6m为主，其余Ra均为3.2m，加工要求较高，粗糙度不容易保证，而且公差要求较高，所以加工该零件较难;并且该零件内孔的粗糙度Ra为1.6m，所以内孔加工表面质量的要求也很高。为保证表面粗糙度要求，精车时，采用精车刀片;精铣时，可采用四齿精铣刀，并适当提高主轴转速。,上一页,下一页,返回,7. 4叶轮轴零件工艺分析,7. 4. 2选择毛坯 由于叶轮轴零件是“风力驱动器”的重要组成部分，考虑其特殊的用途及功能，故毛坯材料选择为铝料(LYZ12-A)，且留45 mm的余量，并根据情况尽量使各个表面上的余量均匀，毛坯大小为85 mm x 120
10、mm棒料。 7. 4. 3选择机床 根据被加工零件所选毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、现有的生产条件要求，“轴”部分加工可选用CKA6150数控卧式车床，系统是FANUC Oi Mate-TD;“叶片”部分的加工可选用VMC850E立式加工中心(四轴)，其加工行程和载重量能够满足加工需要，系统为FANUC Oi MC。其中，四轴立式加工中心机床的主要参数见表7-1。,返回,上一页,下一页,7. 4叶轮轴零件工艺分析,7. 4. 4确定零件的装夹方案 (1)“轴”部分加工使用三爪自定心卡盘和顶尖，需两次装夹完成，具体见表7-4工艺过程卡。 (2)“叶片”部分
11、加工使用三爪自定心卡盘，使用A轴数控转台装夹即可完成，具体见表7-8工序卡4。 7. 4. 5确定加工顺序及进给路线 在车床定位装夹车左端面粗车60mm、80mm外圆粗切槽36mm x 13mm留0.5mm精加工余量钻中心孔，钻20mm、34mm荒孔并粗加工，留0.51mm加工余量掉头装夹车右端面粗车外轮廓留0. 5 mm精加工余量精车24 mm外圆精车r6mm精车R8 mm精车R4mm精车58mm台阶面精车58mm外圆,上一页,下一页,返回,7. 4叶轮轴零件工艺分析,精车80mm锥面精车80外圆钻中心孔钻孔12mm荒孔、21mm荒孔掉头装夹车左端面，保证总长为117.26mm 精车60mm
12、外圆倒角切槽精车外圆至尺寸精车20mm内孔及球面34mm 在铣床上粗铣80mm和58 mm外圆上的槽精铣80mm和58 mm外圆上的切槽粗铣叶片精铣叶片。 制定加工方案一般原则为:先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。 7. 4. 6选择刀具和量具 选择合适的刀具和参数，对于金属切削加工，能起到事半功倍的效果。刀具材料选用硬质合金。对于刀具使用，要兼顾粗、精加工分开原则，防止精加工刀具较早磨损。,上一页,下一页,返回,7. 4叶轮轴零件工艺分析,1.加工轴部分所需刀具的选择 (1)T0101:90外圆粗车刀(车端面、粗车外轮廓)。 (2)T0202:90外
13、圆精车刀(精车外轮廓)。 (3)T0303:中心钻(钻12 mm, 20 mm中心孔)。 (4)T0404:11 mm麻花钻(钻12 mm荒孔)。 (5)T0505:19 mm麻花钻(钻20 mm荒孔)。 (6)T0606:20 mm麻花钻(钻21 mm荒孔)。 (7)T1010; 33 mm麻花钻(钻34 mm荒孔)。 (8)T0707; 90内孔粗车刀(粗车内轮廓)。 (9)T0808; 90内孔精车刀(精车内轮廓)。 (10)T0909:切槽刀。,上一页,下一页,返回,7. 4叶轮轴零件工艺分析,2.加工叶片部分所需刀具的选择 (1)T0101:小6 mm锋钢立铣刀(粗铣小80 mm上的
14、槽、粗铣叶片)。 (2)T0202:小mm合金球头立铣刀(精铣小80 mm和小58 mm外圆上槽的切槽)。 (3)T0303:小8 mm合金球头立铣刀(精铣叶片)。 3.量具选择 (1)钢直尺:150 mm。 (2)外径千分尺:025 mm/0.01 mm。 (3)外径千分尺:2550 mm/0.01 mm。 (4)外径千分尺:5075 mm/0.01 mm。 (5)外径千分尺:75100 mm/0.01 mm。 (6)卡尺:0150 mm/0.02 mm。,上一页,下一页,返回,7. 4叶轮轴零件工艺分析,(7)内径千分尺:530 mm/0.01 mm。 (8)内径量表:1835 mm/0.
15、 01 mm。 (9) R规:R1R20 mm。 (10)表面粗糙度仪。 7. 4. 7选择切削用量及切削液 数控加工切削用量包括主轴转速n(切削速度vc)、背吃刀量ap和进给量f(或进给速度vf)，其确定原则与普通机械加工相似，对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量。 1.确定背吃刀量 此组合件在粗加工时选用较大的ap ，留0.5 mm的余量，半精加工时取ap = 1.03.0 mm。由于此零件精度要求较高，所以最后一道精加工时的余量取ap =0.20.5 mm。车削加工时，精加工余量通常为0.10.5 mm，铣削时，精加工余量通常为0.20.8 mm。,上一页,下一页,返回,7. 4叶
16、轮轴零件工艺分析,2.确定主轴转速 叶轮轴零件，粗车其外轮廓时: 精车外轮廓时: 3.进给速度 叶轮轴零件加工的进给速度按照零件加工精度的要求，在遵循以上原则的基础上，用公式进行计算。在粗加工时可选大些的f;精加工时，由于Ra要求较高，所以也选用较高的关具体来讲，选择粗车外圆时每转进给量为0. 17 mm，精车外圆时每转进给量0.17 mm ;粗车内圆时每转进给量为0. 3 mm，精车内圆时每转进给量为0.16 mm。,上一页,下一页,返回,7. 4叶轮轴零件工艺分析,加工外圆时: 粗车:vf=fn=17 x 900=150(mm/min) 精车:vf=fn=17 x 1200=200(mm/min) 加工内圆时: 粗车:vf=fn=0. 3 x 300=90(mm/min) 精车:vf=fn=0. 16 x 500=80(mm/min) 4.切削液的选择 因叶轮轴零件的精度要求较高，切削铝时冷却液不得使用水，综合考虑
