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精密箱體零件數控加工淺析

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精密箱體零件數控加工淺析

摘要:箱體類零件是為機器或部件裝配使用的基礎零件,也是機器的重要組成部件,它能將齒輪、軸、套件等相關配件裝配成一個整體,并能保證各個零件處于正確合適位置,以相應的傳動關系互相協調工作以傳遞動力等。箱體是傳動零件的基座,應具有足夠的強度和剛度。因此,箱體類零件的機加工質量是非常重要的環節,它將直接影響到部件或機器的性能、精度與壽命。結合實踐探索,正確選擇機床,合理編制加工工藝及合理選擇刀具等方法,有效地解決了技術難題。

關鍵詞:精密箱體;臥式加工中心;回轉工作臺;加工工藝

0引言

有一批箱體零件如圖1所示,該零件是卷煙機上的精密箱體零件,零件結構較復雜,需要加工的內容較多,特別是孔的尺寸精度、孔壁的表面粗糙度、同軸度要求較高,對其加工具有一定的難度,因此,必須進行認真分析,并制定相應加工工藝方案。

1零件的結構工藝性

(1)該零件毛坯為2A12高強度硬鋁,鑄造成型,鑄造時留單邊余量為5mm,并做時效處理。2A12是一種高強度耐熱硬鋁,在退火和剛淬火熱變形時塑性中等,可進行熱處理強化,退火后在人工時效狀態下切削加工性良好,用於制造要求高負荷的零件以及在150℃以下工作的零件。(2)該零件由平面、型腔以及孔等組成,尺寸為490mm×425mm×345mm。兩側均有2-Φ40、2-Φ20孔(圖2)。兩側孔的尺寸要求較高,Φ20孔公差僅為0.013mm,而Φ40孔公差僅為0.025mm。孔壁表面粗糙度均為Ra1.6μm。各孔之間的相互位置精度要求較高,右側2-Φ40孔相對于左側2-Φ40孔的同軸度公差僅為0.03mm,而右側2-Φ20孔相對于左側2-Φ20孔的同軸度公差僅為0.025mm,各孔平行度允差為0.02mm。

2技術難點

(1)兩側孔的尺寸精度及表面粗糙度要求較高,Φ20孔公差僅為0.013mm,而Φ40孔公差僅為0.025mm,孔壁表面粗糙度均為Ra1.6μm。(2)由于該零件是鋁合金結構且為殼體,在裝夾和加工過程中容易變形,不利于加工質量,甚至可能造成工件的報廢。(3)該零件大部分為殼體,在加工過程中產生振動的可能性較大。在零件的裝夾和加工過程中應充分考慮工藝系統的剛性,以避免加工過程中產生的振動影響零件質量。(4)以往把箱體的連接孔的加工、軸承擋孔的加工、平面的加工都放在龍門刨床、鏜床和鉆床上完成,但這樣加工質量難以保證且生產效率過低。該零件尺寸精度、同軸度、表面粗糙度等技術要求之高,現有的普通加工設備無法完成該零件的加工任務。(5)在普通立式加工中心上加工該零件則需要調頭裝夾分別進行加工,增加裝夾次數,加大操作者的勞動強度,不利于提高生產加工效率及保加工精度和加工質量。

3采取的技術措施

為保證加工質量并提高加工效率,經認真分析零件結構工藝性、技術要求和加工難點,制定了一套行之有效的加工工藝方案。采取的技術措施包括:正確選擇機床、制定裝夾方案、制定合理的加工工藝流程、合理選用切削刀具和切削用量、合理編制加工程序。

3.1零件在普通銑床粗加工

工件上加工中心前準備工序由普通銑床來完成,其主要原因,一是減少在加工中心加工大余量加工造成的熱變形;二是為了加工中心提供一定的定位基準;三是提高加工效率。在普通銑床銑削外形各個面并留余量。以內腔校正,分別進行:①粗銑外形345±0.1mm兩側面及底平面,各面留0.5mm余量;②其余各面留0.5mm余量、互成90°;③銑削窗口,周邊留1mm余量;④銑頂面內框周邊,銑搭扣位置。

3.2加工中心數控加工

數控機床的選用,為保證加工精度和提高生產效率,選擇TH6550×50臥式加工中心加工該件。機床配有FANUCSeries0iMC數控系統,帶數控回轉工作臺(第4軸),刀庫容量為24把,由機械手自動換刀。工作臺總體面積500mm×500mm,工作臺總承載500kg,三軸行程(X、Y、Z)為700mm×650mm×600mm。TH6550×50臥式加工中心對于加工變速箱體這種多工位、多工序的零件,與普通銑或數控銑機床相比,有其獨特的優越性,它一次裝夾可完成工位的鉆、擴、鉸、鏜、銑、攻絲等工序。

3.3專用夾具的結構及使用

該工序主要是精加工A、B、C、D各面及B、C面2-Φ40孔的鏜削加工,2-Φ20孔的鏜削加工,加工各型腔、窗口,連接孔的鉆孔及攻絲。針對該工序的加工特點設計了一套專用夾具(圖3),主要由夾具體、定位塊、彈簧、螺栓、壓板、螺母等組成。使用時將工件E面放到定位塊上,由于定位塊具有彈性,即使E面型腔尺寸變化,工件E表面仍然能夠靠平夾具體平面上,從而使工件能夠快速初定位。該夾具是組合夾具,能夠快速拼裝和調整,并具有定位精度高,加緊牢固可靠,適合小批量多品種的生產特點。如圖4所示,夾具的安裝及校正步驟:①將夾具安裝到工作臺上,在主軸上裝好百分表,調整Z軸使百分表觸頭壓到夾具體側面上,X向手動回移動工作臺,讀出百分表在夾具體兩端的讀數之差,調整夾具,反復測量,直到百分表在夾具體側面兩端的讀數之差在0.01mm以內;②調整百分表位置,移動Y軸使百分表觸頭接觸夾具體上表面,分別在X向及Z向移動工作臺并讀出百分表在各點讀數之差,調整夾具體,反復測量直至百分表在各點讀數之差小于0.01mm;③用螺釘將夾具體固定于工作臺上;④依照前文所述方法再次測量夾具體,看夾具體位置是否有變動,如有變動則需重新調整。

3.4加工工藝說明

加工工藝:①精銑上下表面(即E、F面)至要求;②精銑A、B、C、D各面至要求;③加工各面上窗口及型腔;④鉆2-Φ20,鉆擴2-Φ40孔;⑤粗鏜2-Φ20、2-Φ40;⑥精鏜2-Φ20、2-Φ40孔;⑦鉆各螺孔;⑧攻螺紋。3.5程序編制(1)鏜孔使用G76指令編程,編程時設置好Q值,鏜孔完成后,主軸會向刀尖相反的方向移動以定位Q值,退刀時可避免刀具劃傷孔表面。(2)該箱體零件有多處相同加工內容,可將其編寫成為子程序,減少編程工作量。(3)在同一面上有多處相同加工內容,可采用坐標偏移指令G52編程。(4)在編程時把工步與工步之間增加M01指令(程序暫停指令),并與機床上的“OPTIONALSTOP”開關配合使用,在機床換刀可先停止運行,這個時候可檢驗換刀的準確性,并能對程序進行驗證,批量加工時只需將“OPTIONALSTOP”開關關閉,程序仍執行連續運行模式。

3.6刀具與切削用量

(1)精加工零件表面時為提高切削效率,獲得較好的表面加工質量,選用Φ80mm飛刀盤(六合金),切削用量為:S1500r/min,F700mm/min,dp0.5mm,de60mm。為有效防止鋁加工的變色,確保加工后的鋁表面光亮,必須合理使用切削液充分冷卻。(2)鏜孔時為保證孔精度,粗鏜時可用普通鏜刀,精鏜時刀選用微調鏜刀,粗鏜用量為:S350r/min,F50mm/min,dp1mm。精鏜用量為:S400r/min,F30mm/min,dp0.25mm。在鏜削過程中為保證孔的精度及獲得較好的表面質量,須合理使用切削液充分冷卻。(3)鉆孔及攻螺紋時根據螺孔大小選用相應鉆頭,切削用量則根據工件材料及鉆頭大小查相關手冊進行選用。

4結束語

通過充分利用四軸臥式加工中心的優勢,并合理制定箱體類零件加工工藝方案,使在普通機床和立式加工中心加工中解決不了或難以解決的問題,得到了很好的解決,不僅保證了加工質量,還提高了加工效率。加工后該箱體零件使用效果良好,整個加工周期比以前縮短了1/2以上。

參考文獻

[1]鄖建國.機械制造工程[M].北京:機械工業出版社,2002.

[2]徐衡.數控銑工使用技術[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,2003.

[3]婁銳.數控應用關鍵技術[M].北京:電子工業出版社,2005.

作者:蘇玉權 單位:廣東省湛江市技師學院

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