數(shù)控銑床加工中心加工技術(shù)（第二版）課件 8-5 典型案例5

任務(wù)3典型案例51．掌握高速切削的特點(diǎn)方法。2．進(jìn)一步提高綜合零件的編程和加工技巧。3．進(jìn)一步提高綜合零件的加工工藝分析能力。加工如下圖零件（坯件尺寸為90mm×90mm×20mm），訂單數(shù)量為1件，試編寫該零件單件加工的加工工序卡和加工中心加工程序。45鋼加工本任務(wù)零件時(shí)，編程難點(diǎn)在于正弦曲線輪廓及球面輪廓的宏程序編程，工藝難點(diǎn)在于通過正確的裝夾與找正保證側(cè)面二次加工無接痕。隨著數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工刀具、高速切削工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，高速切削加工技術(shù)已運(yùn)用于數(shù)控加工的各個(gè)領(lǐng)域，即使是一些中、小企業(yè)也已開始運(yùn)用高速切削加工技術(shù)進(jìn)行各種零件的加工。例如，模具企業(yè)已廣泛采用精雕機(jī)進(jìn)行曲面的精加工，其轉(zhuǎn)速可達(dá)10000～30000r/min，進(jìn)給速度可達(dá)2000～4000mm/min，其加工表面的表面粗糙度值可達(dá)Ra1.6μm。1.高速切削的特點(diǎn)高速切削是指切削速度和進(jìn)給速度是常規(guī)切削速度和進(jìn)給速度5～20倍的一種切削加工技術(shù)。實(shí)踐證明，當(dāng)切削速度和進(jìn)給速度提高10倍后，其切削原理發(fā)生了根本的變化，使切削過程中的單位功率金屬切除率提高30%～40%、切削力則約降低30%、刀具的切削壽命約提高70%、切削熱大大降低、切削振動(dòng)幾乎消失，從而使切削加工發(fā)生了質(zhì)的飛躍。因此，高速切削加工技術(shù)在薄壁零件、對(duì)溫度敏感的零件和難加工材料零件的加工中得到了廣泛的運(yùn)用。高速切削的切削速度范圍1.高速切削的關(guān)鍵技術(shù)（1）高速切削原理高速切削加工過程中切屑形成機(jī)理、切削力、切削熱、刀具磨損、表面質(zhì)量等的研究，為開發(fā)高速切削機(jī)床、高速切削刀具提供了理論指導(dǎo)。例如，如圖所示的切削速度與切削溫度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線和推論曲線為實(shí)現(xiàn)高速切削提供了理論依據(jù)。（2）高速切削刀具高速切削刀具技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。高速切削刀具必須具備可靠的安全性和高的耐用度。高速切削刀具的安全性必須考慮刀具強(qiáng)度、刀具夾持、刀片壓緊、刀具動(dòng)平衡等因素。高速切削刀具的耐用度必須考慮刀具材料、刀尖結(jié)構(gòu)、切削用量、走刀方式、冷卻條件等因素。高速切削刀具材料主要有硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等。當(dāng)機(jī)床最高轉(zhuǎn)速達(dá)到15000r/min時(shí)，通常需要采用如圖所示高速銑刀刀桿（HSK）或其他種類的短柄刀桿裝夾刀具。HSK的柄部為1∶10的錐度，采用過定位方式與機(jī)床的主軸進(jìn)行連接，在機(jī)床拉力作用下，保證刀桿短錐和端面與機(jī)床緊密配合。刀桿通常采用側(cè)固式、彈性夾緊式、液壓夾緊式和熱膨脹式等方式夾緊刀具。由于側(cè)固式難以保證刀具動(dòng)平衡，因此在高速銑削時(shí)不宜采用，而采用如圖所示的液壓夾緊式、彈性夾緊式和熱膨脹式來夾緊刀具。其中熱膨脹式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾緊可靠，同軸度高，傳遞轉(zhuǎn)矩和徑向力大，剛度足，動(dòng)平衡性好，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ牡稐U結(jié)構(gòu)。（3）高速切削機(jī)床高速切削機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速切削加工的前提和基本條件，在現(xiàn)代機(jī)床制造業(yè)中，機(jī)床高速化是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。高速切削機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)如下：1）機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)有床身、底座和立柱等，高速切削會(huì)產(chǎn)生很大的附加慣性力，因而機(jī)床床身、立柱等必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和高水平的阻尼特性。提高機(jī)床剛度的一個(gè)措施是改善機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)，如將立柱和底座合為一個(gè)整體，使機(jī)床可以依靠自身的剛度來保持機(jī)床精度。2）高速主軸高速主軸的性能要求為高轉(zhuǎn)速和高調(diào)速范圍、足夠的剛度和較高的回轉(zhuǎn)精度、良好的熱穩(wěn)定性、大功率、可靠的工具裝夾性能、先進(jìn)的潤滑和冷卻系統(tǒng)、可靠的主軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3）高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)目前高速切削進(jìn)給速度已高達(dá)50000～120000mm/min，要實(shí)現(xiàn)并準(zhǔn)確控制這樣高的進(jìn)給速度，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠、伺服系統(tǒng)、工作臺(tái)結(jié)構(gòu)等提出了新的要求。而且，由于機(jī)床上直線運(yùn)動(dòng)行程一般較短，高速切削機(jī)床必須實(shí)現(xiàn)較高的進(jìn)給加減速才有意義。4）高速數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控高速切削加工要求數(shù)控系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高的功能化特性，以保證在高速切削時(shí)（特別是在四軸聯(lián)動(dòng)加工或五軸聯(lián)動(dòng)加工復(fù)雜曲面時(shí)）仍具有良好的加工性能。5）高速切削機(jī)床安全防護(hù)高速切削的速度相當(dāng)高，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)40000r/min時(shí)，若有刀片崩裂，掉下來的刀具碎片就像出膛的子彈，因此，對(duì)高速切削引起的安全問題必須充分重視。（4）高速切削的工藝技術(shù)在高速切削過程中，如果切削方法選擇不當(dāng)，會(huì)使刀具的磨損加劇，達(dá)不到高速切削的目的。高速切削的工藝技術(shù)包括切削方法和切削參數(shù)的合理選擇。（5）高速切削的測(cè)量技術(shù)高速切削過程中，操作人員無法直接進(jìn)行觀察、操作和控制。因此，機(jī)床本身必須對(duì)加工情況、刀具磨損情況和工件加工過程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)前，主軸發(fā)熱測(cè)試、滾珠絲杠發(fā)熱測(cè)試、刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、工件加工狀態(tài)監(jiān)測(cè)等在線測(cè)試技術(shù)在高速切削機(jī)床上的運(yùn)用已越來越廣。1.球面加工思路分析本任務(wù)零件的球面與底平面過渡方式為直角過渡，所以加工本任務(wù)零件的球面時(shí)，不能選擇球頭銑刀進(jìn)行加工，而應(yīng)采用立銑刀進(jìn)行加工。精加工球面之前，應(yīng)先進(jìn)行去余量加工，先加工出φ20mm的圓柱，再一次性加工出球面，編程方式采用宏程序（參數(shù)）編程，球面加工編程思路如圖8-16所示，加工時(shí)從X軸處切入到與R10mm圓弧接觸點(diǎn)，加工一圓周軌跡后刀具抬高0.1mm，通過變量運(yùn)算計(jì)算出相應(yīng)的X值，再加工圓周軌跡，如此循環(huán)，直到刀具抬高到球面頂點(diǎn)處退出循環(huán)。以Z值作為自變量，每次變化0.1mm，X值為因變量，則X2=R2-Z2，據(jù)此計(jì)算出X值。使用以下變量進(jìn)行操作運(yùn)算：。對(duì)于本任務(wù)中的正弦曲線輪廓，在88mm的長(zhǎng)度上分布一個(gè)周期的正弦曲線，則每毫米（mm）長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的角度為360°/88。右側(cè)的正弦曲線的公式可寫成X=6sin（Y·360°/88）。Y為長(zhǎng)度變量。編程過程中使用以下變量進(jìn)行運(yùn)算：＃1：正弦曲線公式中的Y值（長(zhǎng)度值），初始值為0，最大值為88。＃2：正弦曲線公式中的X坐標(biāo)，＃2=6*SIN［＃1*360/88］。＃3：工件坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)。＃3=44.0-＃1。＃4：工件坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)。＃4=＃1+38.0。2.正弦曲線輪廓編程思路分析（1）選擇φ80mm面銑刀銑削上表面，保證厚度尺寸20mm。（2）選擇φ16mm立銑刀采用極坐標(biāo)編程方式加工正六方體。（3）以正六方體作為基準(zhǔn)，重新對(duì)工件進(jìn)行裝夾與找正。（4）選擇B2.5中心鉆，鉆定位孔。（5）選擇φ8mm麻花鉆鉆孔。（6）選擇φ16mm立銑刀粗、精加工正面外輪廓，粗加工時(shí)選擇高速鋼刀具，精加工時(shí)選擇硬質(zhì)合金刀具。（7）選擇φ12mm立銑刀粗、精加工正面內(nèi)輪廓（包括用于加工球體的圓柱面），再使用同一刀具加工球面。（8）選擇φ11.8mm麻花鉆擴(kuò)孔。（9）選擇φ12H8鉸刀進(jìn)行鉸孔。（10）工件豎直裝夾（兩次）與找正，選擇φ1