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1、 技師專業(yè)論文 工種：加工中心 題目：典型方盤類零件鍵槽、螺紋的加工工藝分析 姓名：陳志鵬 身份證號碼： 工種：加工中心 等級：技 師（二級） 培訓(xùn)單位： 準(zhǔn)考證號碼： 鑒定單位： 日期：2013年6月18日 典型方盤類零件鍵槽、螺紋的加工工藝分析 摘要：典型方盤類零件---由多個(gè)端面、內(nèi)孔、曲面、外輪廓、螺紋、鍵槽等組合而成。本文主要針對方盤形零件的鍵槽和銑內(nèi)螺紋進(jìn)行了詳細(xì)的加工分析，包括圖紙分析、確定加工工藝、選用機(jī)床型號、確定走刀路線及主要部分程序等。 關(guān)鍵詞：方盤類零件 自制刀具 內(nèi)孔鍵槽 銑內(nèi)螺紋

2、 數(shù)控程序 MASTERCAM 一、 方盤類零件概述 方盤類零件是由多個(gè)端面、內(nèi)孔、螺紋孔、曲面、外輪廓、鍵槽等組合而成的較復(fù)雜的零件。其特點(diǎn)是零件基本形狀呈盤形塊狀，零件表面匯集了多種典型表面。加工時(shí)，為保證精度，裝夾次數(shù)一般較少，但所用刀具一般較多，編制程序較繁瑣。加工前需要做好充分的準(zhǔn)備，包括圖紙分析、確定加工工藝、選用機(jī)床和刀具型號、確定毛坯大小、確定走刀路線與加工程序等，其前期的準(zhǔn)備工作比較復(fù)雜。 二、 零件結(jié)構(gòu)工藝分析（附零件圖） 方盤類零件加工工藝性分析是編程前的重要工藝準(zhǔn)備工作之一，根據(jù)實(shí)際加工，利用數(shù)控加工中心具有高精度、高柔性、高效率，且適合加工具有復(fù)雜輪

3、廓、端面的零件等特點(diǎn)。 下面結(jié)合零件圖進(jìn)行分析：零件的加工特點(diǎn)是由平面加工、孔加工、曲面加工、輪廓加工、鍵槽加工、螺紋加工構(gòu)成。 1、零件圖分析： （1）未標(biāo)尺寸公差均為IT12，加工時(shí)須查詢公差表，確定公差值。 （2）主要加工部件上部,平面加工中要保證上表面粗糙度；孔加工中有φ40mm孔和4-M30X1.5螺紋孔，經(jīng)計(jì)算或查表4個(gè)螺紋孔加工尺寸至φ28.376mm，孔間距為1420.02mm，孔的尺寸精度比較高；梅花形外輪廓和螺紋內(nèi)表面利用MASTERCAM軟件中的外形銑削很容易實(shí)現(xiàn)；圖形中的R10曲面利用MASTERCAM中的等高外形粗加工和精加工可方便保證；故在此不重點(diǎn)說明。

4、（3）重點(diǎn)及難點(diǎn)： ①圖中M30X1.5的螺紋孔，因現(xiàn)場沒有合適的刀具須自行制作螺紋銑刀一把，刀柄和刀片在以下的內(nèi)容中會重點(diǎn)講解 ②12寬的鍵槽，一般情況下鍵槽都放在插床中加工，因現(xiàn)場沒有插床，沒法實(shí)現(xiàn)，所以想利用加工中心主軸定位（M19）功能來實(shí)現(xiàn)，刀柄和刀具的形狀和尺寸在以下的內(nèi)容中會重點(diǎn)講解 2、工藝方案編制 擬訂工藝路線時(shí)首先要確定各個(gè)表面的加工方法和加工方案。表面加工方法的方案選擇，應(yīng)同時(shí)滿足加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求；其次是機(jī)械加工工序的安排，安排原則是先加工基準(zhǔn)面，劃分加工階段，先粗后精；再次在加工中除了要靈活運(yùn)用數(shù)控編程軟件外，還要用半徑補(bǔ)償功能來保證φ40鍵

5、槽孔和四個(gè)螺紋內(nèi)孔的尺寸。因平面、梅花外形、內(nèi)孔、曲面等都可用軟件中的外形銑削和曲面加工來完成，故在此不詳細(xì)列出工藝方案及程序，本文以下內(nèi)容會重點(diǎn)分析鍵槽和銑削螺紋這兩方面的加工方案。 三、零件加工準(zhǔn)備分析 1、毛坯選擇 該加工材料45#鋼，外形尺寸200mm*200mm*35mm。 2、機(jī)床選擇 項(xiàng)目 MVC-955 行程 X 軸行程 900mm Y軸行程 550 mm Z軸行程 530 mm 主軸鼻端至工作臺面距離 150 ~ 680 mm 工作臺 工作臺尺寸 1000 x 510 mm 最大載重 600 kg 最大轉(zhuǎn)速 8000 rpm 主軸

6、電機(jī)功率 恒定 7.5kW 進(jìn)給 X / Y / Z軸快速進(jìn)給 20/ 20/ 15m/min 三軸電機(jī)功率 2.5 / 2.5 / 3.5 kW 刀庫 換刀方式 機(jī)械手臂式 刀庫容量 24 最大刀具直徑/長度 Φ80 ~ 150 / 250mm 最大刀具重量 7 kg 控制器 FANUC 0i-MD 精度 定位精度（JIS） ≤ 0.008 mm/ 全長 重復(fù)定位精度（JIS） ≤ 0.003 mm 3、夾具、刀具及量具的選擇 ①夾具：平口鉗 ②刀具：Φ80盤銑刀、Φ20平底刀、Φ5中心鉆、Φ26鉆頭、Φ8球頭銑刀、Φ12立銑刀、自

7、制插刀和螺紋銑刀各一把 ③量具：游標(biāo)卡尺、千分尺、內(nèi)徑百分表、螺紋規(guī) 四、重點(diǎn)及難點(diǎn)加工分析 （一）銑削內(nèi)螺紋 1、銑削螺紋特點(diǎn) （1）螺紋銑削與傳統(tǒng)加工方法優(yōu)勢 傳統(tǒng)的螺紋加工方法主要為采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，尤其是三軸聯(lián)動數(shù)控加工系統(tǒng)的出現(xiàn)，使更先進(jìn)的螺紋加工方式——螺紋的數(shù)控銑削得以實(shí)現(xiàn)。螺紋銑削加工與傳統(tǒng)螺紋加工方式相比， 在加工精度、加工效率方面具有極大優(yōu)勢，且加工時(shí)不受螺紋結(jié)構(gòu)和螺紋旋向的限制，如一把螺紋銑刀可加工多種不同旋向的內(nèi)、外螺紋。對于不允許有過渡扣或退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋，采用傳統(tǒng)的車削方法或絲錐、板牙很難加工，但

8、采用數(shù)控銑削卻十分容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)對于小直徑螺紋加工，特別是高硬度材料和高溫材料的螺紋加工中，絲錐有時(shí)會折斷，堵塞螺紋孔，甚至使零件報(bào)廢；采用螺紋銑刀，由于刀具直徑比加工的孔小，即使折斷也不會堵塞螺紋孔，非常容易取出，不會導(dǎo)致零件報(bào)廢；采用螺紋銑削，和絲錐相比，刀具切削力大幅降低，這一點(diǎn)對大直徑螺紋加工時(shí)，尤為重要，解決了機(jī)床負(fù)荷太大，無法驅(qū)動絲錐正常加工的問題。此外，螺紋銑刀的耐用度是絲錐的十多倍甚至數(shù)十倍，而且在數(shù)控銑削螺紋過程中，對螺紋直徑尺寸的調(diào)整極為方便，這是采用絲錐、板牙難以做到的。 （2）螺紋加工的局限性 ①需要使用3軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床 ②加工不超過3倍刀具刃徑的螺紋長度 ③

9、單個(gè)的螺紋銑刀比絲錐昂貴但在批量加工中它的成本比絲錐更低 2、螺紋加工工藝分析及解決問題 (1)螺紋加工工藝分析 ①在工件四周要加工四個(gè)內(nèi)螺紋，因孔距之間精度要求很高，所以采用中心鉆——鉆頭打孔——銑螺紋孔內(nèi)表面作為銑削螺紋之前的準(zhǔn)備工作 ②加工原理：螺紋銑削是在三軸聯(lián)動的機(jī)床（加工中心）完成的。在X、Y軸走G03/G02一圈時(shí)，Z軸同步移動一個(gè)螺距P的量，螺紋精度用機(jī)床的刀具半徑補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)；為保證螺紋加工質(zhì)量，采用順銑，右旋內(nèi)螺紋應(yīng)從下往上銑削 ③自制刀具：刀頭采用6mm寬的機(jī)夾螺紋車刀刀片，刀桿采用長70mm、直徑為φ16mm的45#圓鋼，在距頂端5mm刀桿外表面上，利用線切割機(jī)

10、床加工一個(gè)長為4mm，高為6mm的通孔，刀桿頂端加工一個(gè)M61mm的絲孔，然后把螺紋刀刀片裝入已加工好的通槽內(nèi)，刀頭外伸5.5mm，然后頂端用頂絲頂住。如圖1所示。 圖1 (2)螺紋加工程序(以第一象限中的螺紋孔為例) O0012 螺紋加工主程序名 T9 M6 φ16單刃螺紋銑刀 G90 G54 G00 X0 Y0 G00 G43 H9 Z100.0 刀長要從刀尖開始計(jì)算 M03 S2000 G52 X71.0 Y71.0

11、 在第一象限孔設(shè)為局部坐標(biāo)，方便編程 G00 X0 Y0 Z5.0 使刀移動到螺紋孔的正上方 Z-30.5 為了采用順銑的路線，右旋螺紋從下向上轉(zhuǎn)，螺紋孔深20mm，螺距為1.5mm，共13.3圈，為保證螺紋的完整性，共切削14圈 G41 D9 G01 X15.0 Y0 F200 用刀具半徑補(bǔ)償來控制螺紋的切深 M98 P2001 L14 G90 G00 G40 X0 Y0 Z200.0 G52 X0 Y0 取消局部坐標(biāo) M30 O2001

12、 螺紋加工子程序名 G91 G03 X0 Y0 I-15.0 J0 Z1.5 M99 （二）內(nèi)孔鍵槽的加工 1、普通鍵槽加工簡介 鍵聯(lián)接在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，尤其是平鍵聯(lián)接，更是量大面廣。但要在孔內(nèi)加工高精度鍵槽并非易事，而且現(xiàn)有傳統(tǒng)加工方法均有不足。例如，用插削法需要專用機(jī)床，用刨削法或電加工效率均較低，用拉削法拉刀制造成本高，用銑削法無法在小孔內(nèi)完成等等。對于一般性的中小企業(yè)也不可能具有像插床、拉床這么齊全的設(shè)備。為此，針對本工件的加工設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的專用插刀，只需在普通三軸聯(lián)動的加工中心上即能方便地加工出各種型式的孔內(nèi)鍵槽，不但效率高，

13、而且精度也比較高，非常實(shí)用。 2、加工工藝需求 如零件圖中所示，零件圖上的表面、外形等均屬于常見工藝，很輕松地就能在加工中心上完成，但圖中的鍵槽很難找到合適的加工工藝，原因有： （1）內(nèi)孔、平底鍵槽，銑床上無法加工 （2）車間沒有刨床、插床等專門加工溝槽的設(shè)備 （3）線切割等電加工設(shè)備雖能完成，但每次裝夾都非常麻煩 （4）零件批量小，改工裝夾具成本高 3、解決鍵槽加工的思路 實(shí)踐表明，用車削法和銑削法加工溝槽類工件都是比較理想的方法，不但質(zhì)量好，而且效率高。車床上加工內(nèi)外溝槽，它的優(yōu)點(diǎn)是精度高、效率高、質(zhì)量好、刀具壽命長等，它的缺點(diǎn)是只能加工位于內(nèi)外圓柱面上與零件回轉(zhuǎn)軸線垂直的

14、回轉(zhuǎn)類零件的溝槽。 在銑床上加工溝槽，尤其是采用立銑刀，可以很方便地在圓柱外表面上加工出常用的A型、C型鍵槽。但在內(nèi)孔表面上加工平底鍵槽卻不能如法炮制，因?yàn)閮?nèi)孔的工作條件要比外圓困難得多。主要是受狹小的徑向空間的限制，使常規(guī)的銑削加工機(jī)床和刀具無法放開手腳施展才能。傳統(tǒng)的車銑加工方法都不能解決問題，只有改用往復(fù)切削手段，如：插削、刨削或拉削。 數(shù)控加工中心上M19主軸定位功能(換刀功能)，能實(shí)現(xiàn)主軸停轉(zhuǎn)且主軸能在垂直于y軸方向上進(jìn)行定位。數(shù)控車床上所用機(jī)夾切槽刀片，尺寸規(guī)整、價(jià)格便宜。把兩者結(jié)合起來就能實(shí)現(xiàn)內(nèi)孔鍵槽的加工，且效率和精度均較高。但要實(shí)現(xiàn)此功能必須保證加工中心的主軸、滾珠絲杠、

15、導(dǎo)軌的剛性及主軸鎖緊方式和鎖緊力大小，查詢加工中心和廠家提供資料本機(jī)床能滿足使用要求。經(jīng)查詢此相關(guān)信息對能實(shí)現(xiàn)插鍵功能的機(jī)床做如下匯總： （1） 德系：德馬吉、辛辛那提、哈默、巨浪、斯塔瑪 （2） 美系：哈斯、哈挺 （3） 日系：牧野、三井精機(jī)、東芝、三菱、西格瑪 （4） 臺灣：友嘉、加育 （5） 中國：小巨人 在數(shù)控加工中心上加工機(jī)械零件，精度一般能達(dá)到IT7～I(xiàn)T6級精度，再加上加工過程中采用的又是數(shù)控機(jī)夾刀片，所以理論上利用加工中心插削出來的鍵槽精度要比在其他機(jī)床上加工出來的零件精度要高得多。 4、加工的實(shí)現(xiàn) 自制插刀：刀頭采用5mm寬的機(jī)夾切槽刀片，刀桿采用長70mm、

16、直徑為16mm的45#圓鋼，在距頂端5mm刀桿外表面上，利用線切割機(jī)床加工一個(gè)5mm寬6mm深的通槽，刀桿頂端加工一個(gè)M61mm的絲孔，然后把切槽刀刀片裝入已加工好的通槽內(nèi)，刀頭外伸5mm，然后頂端用頂絲頂住。如圖2所示 圖2 5、加工程序 O0013 鍵槽加工主程序名 M06 T10 換鍵槽插刀 G54 G90 G00 X0 Y-6.0 M19 主軸定位 G43 H10 G00 Z0 刀長要從刀尖開始計(jì)算 M98 P

17、2002 L10 調(diào)用子程序10次，每次0.3mm G00 X-3.5 Y-6.0 加工鍵槽左側(cè) M98 P2002 L10 G00 X3.5 Y-6.0 加工鍵槽右側(cè) M98 P2002 L10 G00 Z100 M30 O2002 子程序名 G91 G00 Y-1.0 Y軸相對運(yùn)動-1.0 G90 G01 Z-31.0 F500 Z軸向下插通 G91 Y0.7 Y軸相對

18、運(yùn)動0.7mm G90 G00 Z0 Z軸提刀 M99 五、總結(jié) 本文介紹的內(nèi)螺紋和內(nèi)孔鍵槽加工方法以及相應(yīng)的專用刀具，具有構(gòu)思新穎、原理正確、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、程序簡便、制造容易、高效優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)。一旦擁有它，就能在普通加工中心上方便地加工內(nèi)螺紋和內(nèi)孔鍵槽。特別適合中小企業(yè)和維修部門，且精度高、效率高、表面質(zhì)量好、刀具壽命長，彌補(bǔ)了原有加工方法的不足。此外，插鍵加工還有許多擴(kuò)展功能，比如能加工出槽底傾斜的鍵槽，花鍵孔等，適當(dāng)改變銑刀形狀，還能加工油溝、異形槽等，使用十分方便靈活，可滿足多種不同的需要。實(shí)踐證明，在加工中心上加工內(nèi)孔鍵槽的效率及精度大致是其它機(jī)床的2至3倍，該方法具有一定的實(shí)用價(jià)值，可以推廣應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) [1] 襲洪浪主編.數(shù)控加工工藝學(xué).北京：科學(xué)出版社，2005.6 [2] 韓鴻鸞主編.數(shù)控加工技師手冊.機(jī)械工業(yè)出版社 ,2005.4 [3] 鄭紅主編.數(shù)控加工編程與操作.北京：北京大學(xué)出版社，2005.8 [4] 李超主編.數(shù)控加工實(shí)例.遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005 [5] 傅水根主編.機(jī)械制造工藝基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2010 [6] 王亞峰主編.普通銑床銑削鍵槽的加工方法與技巧.價(jià)值工程，2012，（27） [7] 臺灣加育機(jī)床廠家提供技術(shù)資料及系統(tǒng)說明書