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數控模芯加工的工藝設計
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-07-07 | 183 次瀏覽 | 分享到:
數控模芯加工的工藝設計
  數控模芯加工的工藝設計
  模具鋼
  型芯和型腔通常具有各種自由曲面,非常適合在數控機床上加工。數控加工技術與普通加工技術有很大區別。介紹了兒童產品裝飾用型芯的數控加工技術。
  
  數控加工過程是指用數控機床加工零件時所使用的各種方法和技術手段的總和,適用于整個數控加工過程。由于數控加工具有加工效率高、質量穩定、對工人技術要求相對較低的特點,并且一次性裝夾可以完成復雜曲面的加工,因此數控加工在模具制造行業的應用越來越廣泛,其地位也越來越重要。數控工藝設計的質量將直接影響數控加工尺寸的尺寸精度和表面質量,加工時間的長短,材料和勞動力的消耗,甚至加工的安全性。下面的例子用來分析典型模具成型零件的數控加工技術。
  
  一、產品分析
  
  本文舉例說明的產品是兒童用品的裝飾品,材料是ABS。產品結構簡單,表面平整,側面有半圓孔,頂部有多個圓孔。因為產品是裝飾品,不是精密的結構零件,所以對產品的外觀質量要求很高,尺寸公差也不嚴格。
  
  二、成形零件結構及分析
  
  在獲得產品的實體造型或工程圖后,可以利用Pro/ENGINEER、NX或MasterCAM中的CAD功能進行模具設計,設計的型芯如圖2所示。
  
  型芯具有以下特征:
  
  (1)芯坯尺寸為200×170×65毫米,加工后尺寸為160.8×126.6×35.8毫米,材料為S136鋼。
  
  (2)芯膠位置高度為35.8毫米,橢圓面與三角面相交處圓角較小,只有1毫米。很難用銑刀直接加工這些位置,所以電火花加工可以滿足要求。
  
  由于產品的尺寸公差不高,型芯可以直接用數控機床加工。
  
  第三,過程分析
  
  數控加工技術與傳統加工技術有一定的區別。由于大多數數控機床不具備加工能力,加工過程的每一個細節都必須事先確定,加工是按照程序自動完成的。因此,在編程前必須對加工過程進行詳細分析,并設計相應的加工程序。
  
  1.過程基準選擇
  
  數控加工大多采用工藝集中的原則。因此,在選擇工藝基準時,應盡可能選擇合適的基準元素,減少裝夾次數,提高加工效率和精度;同時,在選擇定位基準時,必須參照圖紙要求,使工藝基準與設計基準相一致,以減少基準不重合造成的誤差。
  
  在本例中,工件毛坯經磨削后為長方體毛坯,保證了平行度、垂直度和尺寸精度。因此,可以選擇長度方向和寬度方向上的相對面作為水平方向(XY方向)上的基準;選擇底面作為高度方向(z方向)的基準。同時,在機床上找一對刀具基準,保證換刀后仍能準確找到編程設定的高度基準,即工件坐標系的Z0點。這些基準面在數控加工過程中不再加工。作為加工基準面,基準面的精度和均勻性可以得到保證。
  
  2.夾緊模式的選擇
  
  銑削時,工件的夾緊方法一般包括用壓板和螺栓夾緊、用機器平口鉗夾緊和用專用夾具夾緊。型芯屬于單件訂單生產,一般不使用專用夾具;型芯的尺寸為200×170×65毫米,是一個小工件。因此,選擇用機器平鉗夾緊。
  
  使用機器平口鉗夾緊時,應考慮芯的高度為35.8毫米,因此,夾緊后坯料頂面與平口鉗鉗口之間的高度應大于35.8毫米,底面可用同樣高度的墊片墊實。
  
  3.加工順序排列
  
  在數控機床上加工的零件一般按照工序集中的原則劃分工序,即每個工序應包含盡可能多的加工內容。工藝劃分方法包括使用的刀具、安裝時間、粗加工或加工零件。這個例子是一個模芯,屬于單件生產。因此,為了減少換刀次數,提高加工效率,在安排加工順序時采用工序集中的原則。
  
  加工順序的合理安排直接影響加工質量、效率和成本。在選擇加工順序時,根據毛坯狀況和零件結構,結合零件的定位基準和夾緊方法,重要的是要考慮在加工過程中保證工件的剛度不被破壞,減少變形,保證加工質量。
  
  型芯的毛坯材料為長方體,產品的分型面切削量大,必須先進行粗加工,然后進行半精加工和精加工。加工分型面后,依次完成頂面、沖孔面和膠位的加工。
  
  4.切割工具的選擇
  
  刀具選擇是數控加工過程中的重要內容之一。加工刀具不僅影響機床的加工效率,而且直接影響零件的加工質量。由于數控機床的主軸轉速和范圍遠高于普通機床,主軸的輸出功率也較大,與傳統的加工方法相比,對數控機床提出了更高的要求,數控機床具有精度高、強度高、剛度好、耐用度高、尺寸穩定、安裝調整方便等特點。數控刀具是提高加工效率的先決條件之一,其選擇取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態以及機床選擇的夾具和刀具的剛度。
  
  模芯材料為S136鋼,硬度約為220HB。坯料用平口鉗夾住,這提供了足夠的剛性。因此,選擇硬質合金銑刀加工該型芯,刀具參數如下:
  
  (1)直徑30毫米、半徑5毫米的圓頭刀;
  
  (2)直徑16毫米、半徑0.5毫米的圓頭刀;
  
  (3)半徑為5毫米的球頭銑刀;
  
  (4)直徑為8毫米的平底銑刀。
  
  4.基于MaterCAM的數控加工工藝
  
  MaterCAM軟件是一個基于PC機平臺的CAD/CAM系統。Matercam軟件因其硬件要求低、操作靈活、易學易用,被廣泛應用于機械加工、模具制造、汽車工業和航空航天工業,具有二維幾何設計、三維曲面設計、刀具軌跡仿真和加工實體仿真等功能。在本例中,MasterCAM9.1用于編譯刀具路徑。處理順序如表1所示。
  
  以上加工步驟已通過實際加工驗證,證明加工效果良好,尺寸精度和表面加工質量滿足圖紙要求。
  
  5.分析和總結
  
  (1)數控機床在加工復雜曲面的模具成型零件方面具有明顯的優勢。只要工藝設計合理,就能完成80%以上的加工能力。
  
  (2)模具的數控加工一般是單件小批量生產,因此通常采用通用夾具進行裝夾,多道工序大多通過一次裝夾完成。因此,在工藝設計中,應采用工藝集中的原則,使工藝盡可能集中,同時應盡量減少換刀次數,以減少待機時間,提高機床利用率。
  
  (3)成型零件一般可通過三個工序完成:粗加工→半精加工→精加工。在工藝設計中,必須注意定位基準的選擇,盡可能保證定位基準和設計基準的重合,減少因基準不一致造成的誤差。同時,定位基準的選擇應使工件坐標系的設置變得簡單。
  
  (4)選擇刀具時,應綜合考慮機床、工件材料和設計要求等多種因素。刀具參數的設置應基于刀具制造商改進的參數,并根據加工條件進行修改,以充分發揮刀具的潛力。在保證刀具不干涉工件的前提下,應盡可能縮短裝刀長度,以減少刀具振動,延長刀具壽命,提高加工精度。
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