4 数控加工中心的加工工艺设计 - 图文(2)

2019-04-21 16:43

必须慎重选择夹紧力的作用点,避免将夹紧力加在零件无支撑的区域。如采用这些措施后仍不能控制零件变形,只能将粗、精加工工序分开,或者在粗加工后编一个任选停止指令,松开压板,使工件消除变形后重新夹紧再继续进行精加工。当非要在加工过程中更换夹紧点不可时要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。

4)装卸方便,辅助时间尽量短。由于加工中心效率高,装夹工件的辅助时间对加工效率影响较大,所以要求配套夹具在使用中也要装卸快捷、方便。

5)对小型零件或工序不长的零件,可以考虑多件同时加工,以提高加工效率。例如在加工中心工作台上安装一块与工作台大小一样的图4-9(a)所示平板,该平板既可作为大工件的基础板,也可作为多个小工件的公共基础板。又如在卧式加工中心分度工作台上安装一块如图4-9(b)所示的四周都可装夹多件工件的立方基础板,可依次加工装夹在各面上的工件。当一面在加工位置进行加工的同时,另三面都可装卸工件,因此能显著减少停机时间和换刀次数。

图4-9新型数控夹具元件

6)夹具结构应力求简单。由于零件在加工中心上加工大都采用工序集中原则,加工的部位较多,同时批量较小,零件更换周期短,夹具的标准化、通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大影响。

7)减少更换夹具的准备时间。夹具应便于与机床工作台面的定位连接。加工中心工作台面上一般都有基准T形槽、定位孔;转台中心有定位孔;台面侧面有基准挡板等定位元件。可先在机床上设置与夹具配合的定位元件,在组合夹具的基座上精确设计定位孔,以便与机床台面定位孔或槽对准来保证编程原点的位置。对于夹具定位件在机床上的安装方式,由于加工中心主要是加工批量不大的中、小批量零件,在机床工作台上会经常更换夹具,这样易磨损机床台面上的定位槽,且在槽中装卸定位件,也会占用较长的停机时间。为此,在机床上用槽定位的夹具,其定位元件常常不固定在夹具体上而固定在机床的工作台上,当夹具在机床上安装时,夹具体上有引导棱边的淬火套导向。固定方式一般用T形螺栓压板压紧。夹具上用于紧固的孔和槽的位置必须与工作台上的T形槽和孔的位置相一致。

(2)加工中心夹具选用的原则

1)在单件生产或产品研制时,应广泛采用通用夹具、组合夹具和可调整夹具,只有在通用夹具、组合夹具和可调整夹具无法解决工件装夹时才考虑采用其他夹具。

2)小批量或成批生产时可考虑采用简单专用夹具。

3)在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和高效气动、液压等专用夹具。

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4)采用成组工艺时应使用成组夹具。

(3)确定零件在机床工作台上装夹时的最佳位置

在卧式加工中心上加工零件时,一般要进行多工位加工,这时要确定零件(包括夹具)在机床工作台上的最佳位置,该位置是考虑机床行程中各种干涉情况,优化匹配各部位刀具长度而确定的。如果考虑不周,将会造成机床超程,频繁更换刀具,影响加工精度,或反复试切而费工费时。

加工中心具有的自动换刀(ATC)功能决定了其最大的弱点为刀具悬臂式加工,因此,在进行多工位零件的加工时,应综合计算各加工表面到机床主轴端面的距离以选择最佳的刀辅具长度,提高工艺系统的刚性,从而保证加工精度。

当某一工位的加工部位距工作台回转中心的距离Z向为Lzi(工作台移动式机床,向主轴移动Lzi为正、背离主轴移动Lzi为负);机床主轴端面到工作台回转中心的最小距离为Zmin,最大距离为Zmax;加工该部位的刀辅具长度(主轴端面与刀具端部之间的距离,即刀具长度补偿)为Hi,则确定刀辅具长度时,应满足下式:

Hi?Zmin?Lzi (4-1)

Hi?Zmax?Lzi (4-2)

满足式(4-1)可以避免机床负向超程,满足式(4-2)可以避免机床正向超程。 在满足上述两式的情况下,多工位加工时工件应尽量居工作台中间部位;单工位加工(如图4-10所示件1加工A面上孔)或相邻两工位加工时(如图4-10中件2上B、C面加工)则将零件靠工作台一侧或一角安置,以减小刀具长度,提高系统刚性。此外,还应能方便准确地测量各工位工件坐标系原点的位置。

图4-10 工件在工作台上的位置

4.2.2 加工中心加工的对刀与换刀

4.2.2.1对刀点与换刀点的确定

1.对刀点的确定

机床坐标系是机床出厂后已经确定的,工件在机床加工尺寸范围内的安装位置却是任意的,若确定工件在机床坐标系中的位置,就要靠对刀。简单地说,对刀就是告诉机床工件装夹在工作台的什么地方,这要通过确定对刀点在机床坐标系中的位置来实现。

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对刀点是工件在机床上定位(或找正)装夹后,用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点。为保证正确加工,在编制程序时,应合理设置对刀点。有关加工中心对刀点选择的原则与数控车削对刀点选择的原则相同,读者可参考数控车削对刀点的选择。一般来说,加工中心对刀点应选在工件坐标系原点上,或至少与X、Y方向重合,这样有利于保证对刀精度,减少对刀误差。也可以将对刀点或对刀基准设在夹具定位元件上,这样可直接以定位元件为对刀基准对刀,有利于批量加工时工件坐标系位置的准确定位。

2.换刀点的确定 在加工中心等使用多种刀具加工的机床上,加工过程中需要经常更换刀具,在编制程序时,就要考虑设置换刀点。换刀点的位置应按照换刀时刀具不碰到工件、夹具和机床的原则确定。一般加工中心的换刀点往往是固定的点。 4.2.2.2对刀方法

加工中心对刀时一般以机床主轴轴线与端面的交点(主轴中心点)为刀位点。对刀的准确程度将直接影响加工精度,因此,对刀时一定要仔细,对刀精度一定要同零件加工精度要求相适应。当零件加工精度要求高时,可采用千分表找正对刀,使刀位点与对刀点位置一致。但是这种找正方法效率较低,而采用光学或电子对刀装置可提高找正精度和效率,无论采用哪种对刀方法,结果都是使机床主轴中心点与对刀点重合,利用机床的坐标显示确定对刀点在机床坐标系中的位置,从而确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。下面介绍几种具体的对刀方法。

1.工件坐标系原点(对刀点)为圆柱孔(或圆柱面)的中心线

(1)采用杠杆百分表(或千分表)对刀,如图4-11所示,操作步骤为:

图4-11 采用杠杆百分表(或千分表)对刀

1)用表座将杠杆百分表吸在机床主轴端面上并利用手动输入“M03 S5”指令,使主轴低速正转;

2)手动操作使旋转的表头依X、Y、Z的顺序逐渐靠近孔壁(或圆柱面);

3)移动Z轴,使表头压住被测表面,指针转动约0.1mm;

4)逐步降低手动脉冲发生器的X、Y移动量,使表头旋转一周时,其指针的跳动量在允许的对刀误差内,如0.02mm,此时可认为主轴的旋转中心与被测孔中心重合;

5)记下此时机床坐标系中的X、Y坐标值。

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此X、Y坐标值即为G54指令建立工件坐标系时的X、Y偏置值。若用G92建立工件坐标系,保持X、Y坐标不变,刀具沿Z轴移动到某一位置(该位置为程序起点,即对刀点),则指令形式为:(G92 X0 Y0 Z?,γ值由Z向对刀保证。

这种操作方法比较麻烦,效率较低,但对刀精度较高,对被测孔的精度要求也较高,最好是经过铰或镗加工的孔,低精度孔不宜采用。 (2)采用寻边器对刀

寻边器的工作原理如图4-12所示。光电式寻边器一般由柄部和触头组成,它们之间有一个固定的电位差。触头装在机床主轴上时,工作台上的工件(金属材料)与触头电位相同,当触头与工件表面接触时就形成回路电流,使内部电路产生光、电信号。这就是光电式寻边器的工作原理。其操作步骤为;

图4-12 寻边器的工作原理

1)取出寻边器装在主轴上并依X、Y、Z的顺序手动操作将寻边器测头靠近被测孔,使其大致位于被测孔的中心上方;

2)将测头下降至球心超过被测孔上表面的位置;

3)沿X(或Y)方向缓慢移动测头直到测头接触到孔壁,指示灯亮,然后反向移动至指示灯灭;

4)逐级降低移动量(0.1mm→0.01mm→0.001mm),移动测头直至指示灯亮,再反向移动至指示灯灭,最后使指示灯稳定发亮(此项操作的目的是获得准确的对刀精度); 5)把机床相对坐标X(或Y)置零,用最大移动量将测头向另一边孔壁移动,指示灯亮,然后反向移动至指示灯灭;

6)重复操作第4项;

7)记下此时机床相对坐标的X(或Y)值;

8)将测头向孔中心方向移动到前一步骤记下X(或Y)坐标的一半处,即得被测孔中心的X(或Y)坐标;

9)沿Y(或X)方向,重复以上操作,可得被测孔中心的Y(或X)坐标。这种方法操作简便、直观,对刀精度高,应用广泛,但被测孔应有较高的精度。

2.工件坐标系原点(对刀点)为两相互垂直线的交点

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(1)采用碰刀(或试切)方式对刀 如果对刀精度要求不高,为方便操作,可以采用加工时所使用的刀具直接进行碰刀(或试切)对刀,如图4-13所示。其操作步骤为:

图4-13 试切对刀

1)将使用铣刀装到主轴伤病是主轴中速旋转;

2)手动移动铣刀沿X(或Y)方向靠近被测边,直到铣刀周刃轻微接触到工件表面,即听到刀刃与工件的摩擦声但没有切屑;

3)保持X(或Y)坐标不变,将铣刀沿反向退离工件;

4)将机床相对坐标X(或Y)置零,并沿X(或Y)向工件方向移动刀具半径距离; 5)将此时机床坐标系下的X(或Y)值输入系统偏置寄存器中,该值就是被测边的X(或Y)偏置值;

6)沿Y(或X)方向重复以上操作,可得被测边Y(或X)的偏置值。

这种方法比较简单,但会在工件表面留下痕迹,且对刀精度不高。为避免损伤工件表面,可以在工件和刀具之间加入塞尺进行对刀,这是应将塞尺的厚度减去。以此类推,还可以采用标准心轴和块规来对刀,如图4-14所示。

(2)采用寻边器对刀

图4-14 采用标准心轴和块规对刀

如图4-15所示,其操作步骤与采用刀具对刀相似,只是将刀具换成了寻边器,移动距离时寻边器触头的半径。因此,这种方法简单,对刀精度较高。

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