箱体类零件的数控加工介绍

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箱体类零件的数控加工介绍

摘 要:摘要:箱体是构成机器设备的一个重要部件,它的加工质量直接影响机器的精度、性能和使用寿命。文章介绍了箱体类零件的加工技术特点,数控加工时应注意的一些问题,重要参数的选取原则。

关键词:关键词:箱体;定位;切削


中图分类号:TP39    文献标识码:A     文章编号:
    1. 前言
    箱体类零件在机械加工行业经常接触,是机械设备的主要基础件之一,在机械、汽车、飞机制造等行业广泛应用。箱体类零件由平面、型腔以及孔系组成,一般结构形式较复杂,腔体壁厚不均匀,加工部位多,各个方向各孔、各平面的尺寸精度、位置公差等要求多,有较大的加工难度。因此,在加工时要全面考虑。
    2. 设备的选择
    箱体类零件一般采用具有三坐标联动、双工作台自动交换、由机械手自动换刀、传感器自动测量工件坐标系和自动测量刀具长度等功能的卧式加工中心进行加工。一次装夹可完成不同工位的钻、扩、铰、铣、攻丝等工序。
    3. 一般性技术要求
    孔的尺寸精度与表面粗糙度要求,保证安装在孔内的轴或轴承的回转精度;平面的平面度、垂直度和平行度要求,保证装配后整机的接触面刚度、导向面的定位精度和密封等作用。箱体类零件加工的主要问题是平面和孔,主要体现在:孔的尺寸精度、孔与孔之间精度、孔与平面位置精度。
    4. 确定定位基准
    粗基准的确定是否合理,直接影响到各加工表面加工余量的分配,以及加工表面和不加工表面相互关系。箱体上孔与孔、孔与平面、平面与平面之间都有较高的尺寸精度、位置精度要求。为保证重要加工面的余量均匀,应选择重要加工面为粗基准,因此选择孔作为粗基准。这样切削量始终均匀,能获得较高的加工精度。只有在金属切除厚度相同的情况下,已加工表面才具有相近的物理性能。
   箱体类零件加工精基准通常遵循基准重合原则,既选择加工基准与设计基准重合的方法。零件的精度一方面由机床本身的几何精度及数控精度保证,另一方面受到编程零点的影响。在选择零件零点时要尽量和设计基准一致,这样减少编程误差。
    5. 孔的加工
    5.1一般加工较大孔时应遵循如下顺序:粗镗孔→半精镗孔→精镗孔→倒角。
    5.2  一般加工小孔时就遵循如下顺序:钻孔→扩孔→精镗孔(铰孔)。
    5.3  在加工一个大小不等的孔系零件时,应先加工大孔,后加工小孔。假若加工
    顺序不合理,先加工小孔,后加工大孔,则机床加工大孔时,零件释放出来的内应力会使工件产生变形,先加工的小孔位置、形状精度无法保证。
    5.4 箱体的孔不仅孔本身精度要求高,孔距精度和相互位置精度也要求很高。在加工同轴孔系时,工作台旋转180°,两面对镗保证精度,在安装工件之前,一定要将工作台的回转中心测量准确,在程序中添加补偿值来弥补机床的误差,以此保证工件精度。
    5.5 在精加工孔时,若该孔为直接安装轴承,应尽量保证公差带中间差;若该孔为安装轴承套,要按中间公差偏上保证。此外,还应把环境温度考虑进去,这样避免精加工后的孔因热胀冷缩而超差。
    5.6要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置,在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。确定占有的面积较大的孔,适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度,如果使用典型的一面两孔定位方法,则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于两侧面,因为是非加工表面,所以也可以用与顶平面的四孔的加工基准。选择精基准的原则时,考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。
    6. 加工余量的确定
     由于零件大小不同,切削力、内应力引起的变形差异,零件越大,变形会增加,加工余量要相应大一些;零件热处理时引起的变形,加工余量适当增大一点;加工方法、装夹方式和工艺装备的刚性可能引起零件变形,过大的加工余量也会由于切削力增大引起零件变形。最后的工序应有充分的加工余量,应能保证达到图纸上所规定的要求。所留加工余量的大小,对零件的加工质量、生产效率及经济性都有影响。采用最小加工余量原则,以求缩短加工时间,降低加工费用,在保证零件加工质量的前提下,尽量少留。
    7. 确定切削用量
   切削用量包括主轴转速、切削深度及进给量等。对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量,并应编入程序单中。合理选择切削用量的原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度,并充分发挥机床的性能,最大限度提高生产率。粗加工时,一般以提高生产效率为主,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,结合实际经验而定。
    7.1确定背吃刀量
    背吃刀量ap =(D-d)/2根据机床、工件和刀具的刚度来决定,在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率。为了保证加工表面质量,可留少量精加工余量,一般0.2一0.5mm,总之,切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时,使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应,以形成最佳切削用量。
    根据粗加工加工余量大的特点,用于粗加工的刀具应该具有很好的刚性。一般来讲,整体刀具的刚性较好,所以发展方向应该是机夹刀具。机夹刀具的刀片夹持结构及加工精度对于刀具的选择很重要,实际加工中发现,偏心销夹紧和勾头压紧式比较适合粗加工精加工阶段以保证产品精度为主要目标。刀具的锋利对切除微小的余量极为重要。这时选用的刀具角度一般为:前角10°,后角15°,刃倾角10°;当用平刃刀片精光时,前角达25°~30°,后角15°,刃倾角20°,属斜角切削。刀刃在刃磨后,应该用金刚石砂条或细目油石条进行研磨,去除微小毛刺及微裂,增强刀刃的锋锐性和强度,并用刀尺进行透光检查,保证刀刃的平直度。
    7.2确定进给量(进给速度)f
    在确定进给量时,要考虑被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求、刀具及工件的材料等因素,在保证加工表面质量要求的前提下,可选择较大的进给量以提高加工效率。
    进给量是数控机床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给量的原则:当工件的质量要求能够得到 保证时,为提高生产效率,可选择较高的进给量。一般在100一200mm/min范围内选取;在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给速度应选小些,一般在20--50mm/min范围内选取;刀具空行程时,特别是远距离“回零”时,可以设定该机床数控系统设定的最高进给量。
    7.3确定切削速度vc
    切削速度;Vc= Dn/1000
    根据已知的工件直径、允许的刀具切削速度来选择合理的主轴转速。
    主轴转速的求出公式:n=1000v/ D
    式中:vc— 切削速度,单位为m/min,由刀具的耐用度决定,
    n —主轴转速,单位为r/min,
    D —被加工工件直径,单位为mm。 
    8. 结语
    箱体类零件的加工较为复杂,只有在充分考虑加工过程中机床精度、刀具、工序等方面的影响后,才能保证加工后零件的各项技术要求及公差要求。

参考文献
[1] 上海宇龙软件工程有限公司数控教材编写组. 数控技术应用教程. 北京. 电子工业出版社. 2008.
[2] 韩鸿鸾.  数控加工工艺学. 北京. 中国劳动社会保障出版社. 2005.