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加工中心技师论文

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典型方盘类零件键槽、螺纹的加工工艺分析

姓名：

所报工种：

申报等级：

身份证号：

所在单位：

目录.............................................................................................................................2

摘要.............................................................................................................................3

关键词.........................................................................................................................3

前言.............................................................................................................................3

一方盘类零件概述...................................................................................................3

二零件结构工艺分析...............................................................................................3

2.1零件图分析..........................................................................................................4

2.2工艺方案编制......................................................................................................4

三零件加工准备分析............................................................................................4

3.1毛坯选择..............................................................................................................4

3.2机床选择.............................................................................................................5

3.3夹具、刀具及量具的选择..................................................................................5

四重点及难点加工分析...........................................................................................5

4.1铣削内螺纹.........................................................................................................5

4.2内孔键槽的加工..................................................................................................8

五总结......................................................................................................................10

六参考文献..............................................................................................................11

摘要：

典型方盘类零件---由多个端面、内孔、曲面、外轮廓、螺纹、键槽等组合而成。

本文主要针对方盘形零件的键槽和铣内螺纹进行了详细的加工分析，包括图纸分析、确定加工工艺、选用机床型号、确定走刀路线及主要部分程序等。

关键词：

方盘类零件自制刀具内孔键槽铣内螺纹数控程序MASTERCAM

一、方盘类零件概述

方盘类零件是由多个端面、内孔、螺纹孔、曲面、外轮廓、键槽等组合而成的较复杂的零件。

其特点是零件基本形状呈盘形块状，零件表面汇集了多种典型表面。

加工时，为保证精度，装夹次数一般较少，但所用刀具一般较多，编制程序较繁琐。

加工前需要做好充分的准备，包括图纸分析、确定加工工艺、选用机床和刀具型号、确定毛坯大小、确定走刀路线与加工程序等，其前期的准备工作比较复杂。

二、零件结构工艺分析（附零件图）

方盘类零件加工工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，根据实际加工，利用数控加工中心具有高精度、高柔性、高效率，且适合加工具有复杂轮廓、端面的零件等特点。

下面结合零件图进行分析：

零件的加工特点是由平面加工、孔加工、曲面加工、轮廓加工、键槽加工、螺纹加工构成。

1、零件图分析：

（1）未标尺寸公差均为IT12，加工时须查询公差表，确定公差值。

（2）主要加工部件上部,平面加工中要保证上表面粗糙度；孔加工中有φ40

mm孔和4-M30X1.5螺纹孔，经计算或查表4个螺纹孔加工尺寸至φ28.376mm，孔间距为142±0.02mm，孔的尺寸精度比较高；梅花形外轮廓和螺纹内表面利用MASTERCAM软件中的外形铣削很容易实现；图形中的R10曲面利用MASTERCAM中的等高外形粗加工和精加工可方便保证；故在此不重点说明。

（3）重点及难点：

①图中M30X1.5的螺纹孔，因现场没有合适的刀具须自行制作螺纹铣刀一把，刀柄和刀片在以下的内容中会重点讲解

②12宽的键槽，一般情况下键槽都放在插床中加工，因现场没有插床，没法实现，所以想利用加工中心主轴定位（M19）功能来实现，刀柄和刀具的形状和尺寸在以下的内容中会重点讲解

2、工艺方案编制

拟订工艺路线时首先要确定各个表面的加工方法和加工方案。

表面加工方法的方案选择，应同时满足加工质量、生产率和经济性等方面的要求；其次是机械加工工序的安排，安排原则是先加工基准面，划分加工阶段，先粗后精；再次在加工中除了要灵活运用数控编程软件外，还要用半径补偿功能来保证φ40键槽孔和四个螺纹内孔的尺寸。

因平面、梅花外形、内孔、曲面等都可用软件中的外形铣削和曲面加工来完成，故在此不详细列出工艺方案及程序，本文以下内容会重点分析键槽和铣削螺纹这两方面的加工方案。

三、零件加工准备分析

1、毛坯选择

该加工材料45#钢，外形尺寸200mm*200mm*35mm。

2、机床选择

项目

MVC-955

行程

X轴行程

900mm

Y轴行程

550mm

Z轴行程

530mm

主轴鼻端至工作台面距离

150~680mm

工作台

工作台尺寸

1000x510mm

最大载重

600kg

最大转速

8000rpm

主轴电机功率

恒定

7.5kW

进给

X/Y/Z轴快速进给

20/20/15m/min

三轴电机功率

2.5/2.5/3.5kW

刀库

换刀方式

机械手臂式

刀库容量

24

最大刀具直径/长度

Φ80~150/250mm

最大刀具重量

7kg

控制器

FANUC

0i-MD

精度

定位精度（JIS）

≤0.008mm/全长

重复定位精度（JIS）

≤0.003mm

3、夹具、刀具及量具的选择

①夹具：

平口钳

②刀具：

Φ80盘铣刀、Φ20平底刀、Φ5中心钻、Φ26钻头、Φ8球头铣刀、Φ12立铣刀、自制插刀和螺纹铣刀各一把

③量具：

游标卡尺、千分尺、内径百分表、螺纹规

四、重点及难点加工分析

（一）铣削内螺纹

1、铣削螺纹特点

（1）螺纹铣削与传统加工方法优势

传统的螺纹加工方法主要为采用螺纹车刀车削螺纹或采用丝锥、板牙手工攻丝及套扣。

随着数控加工技术的发展，尤其是三轴联动数控加工系统的出现，使更先进的螺纹加工方式——螺纹的数控铣削得以实现。

螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比，在加工精度、加工效率方面具有极大优势，且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制，如一把螺纹铣刀可加工多种不同旋向的内、外螺纹。

对于不允许有过渡扣或退刀槽结构的螺纹，采用传统的车削方法或丝锥、板牙很难加工，但采用数控铣削却十分容易实现。

同时对于小直径螺纹加工，特别是高硬度材料和高温材料的螺纹加工中，丝锥有时会折断，堵塞螺纹孔，甚至使零件报废；采用螺纹铣刀，由于刀具直径比加工的孔小，即使折断也不会堵塞螺纹孔，非常容易取出，不会导致零件报废；采用螺纹铣削，和丝锥相比，刀具切削力大幅降低，这一点对大直径螺纹加工时，尤为重要，解决了机床负荷太大，无法驱动丝锥正常加工的问题。

此外，螺纹铣刀的耐用度是丝锥的十多倍甚至数十倍，而且在数控铣削螺纹过程中，对螺纹直径尺寸的调整极为方便，这是采用丝锥、板牙难以做到的。

（2）螺纹加工的局限性

①需要使用3轴联动的数控机床

②加工不超过3倍刀具刃径的螺纹长度

③单个的螺纹铣刀比丝锥昂贵但在批量加工中它的成本比丝锥更低

2、螺纹加工工艺分析及解决问题

（1）螺纹加工工艺分析

①在工件四周要加工四个内螺纹，因孔距之间精度要求很高，所以采用中心钻——钻头打孔——铣螺纹孔内表面作为铣削螺纹之前的准备工作

②加工原理：

螺纹铣削是在三轴联动的机床（加工中心）完成的。

在X、Y轴走G03/G02一圈时，Z轴同步移动一个螺距P的量，螺纹精度用机床的刀具半径补偿来实现；为保证螺纹加工质量，采用顺铣，右旋内螺纹应从下往上铣削

③自制刀具：

刀头采用6mm宽的机夹螺纹车刀刀片，刀杆采用长70mm、直径为φ16mm的45#圆钢，在距顶端5mm刀杆外表面上，利用线切割机床加工一个长为4mm，高为6mm的通孔，刀杆顶端加工一个M6×1mm的丝孔，然后把螺纹刀刀片装入已加工好的通槽内，刀头外伸5.5mm，然后顶端用顶丝顶住。

如图1所示。

图1

（2）螺纹加工程序（以第一象限中的螺纹孔为例）

O0012螺纹加工主程序名

T9M6φ16单刃螺纹铣刀

G90G54G00X0Y0

G00G43H9Z100.0刀长要从刀尖开始计算

M03S2000

G52X71.0Y71.0在第一象限孔设为局部坐标，方便编程

G00X0Y0Z5.0使刀移动到螺纹孔的正上方

Z-30.5为了采用顺铣的路线，右旋螺纹从下向上转，螺纹孔深20mm，螺距为1.5mm，共13.3圈，为保证螺纹的完整性，共切削14圈

G41D9G01X15.0Y0F200用刀具半径补偿来控制螺纹的切深

M98P2001L14

G90G00G40X0Y0

Z200.0

G52X0Y0取消局部坐标

M30

O2001螺纹加工子程序名

G91G03X0Y0I-15.0J0Z1.5

M99

（二）内孔键槽的加工

1、普通键槽加工简介

键联接在生产上广泛应用，尤其是平键联接，更是量大面广。

但要在孔内加工高精度键槽并非易事，而且现有传统加工方法均有不足。

例如，用插削法需要专用机床，用刨削法或电加工效率均较低，用拉削法拉刀制造成本高，用铣削法无法在小孔内完成等等。

对于一般性的中小企业也不可能具有像插床、拉床这么齐全的设备。

为此，针对本工件的加工设计出了相应的专用插刀，只需在普通三轴联动的加工中心上即能方便地加工出各种型式的孔内键槽，不但效率高，而且精度也比较高，非常实用。

2、加工工艺需求

如零件图中所示，零件图上的表面、外形等均属于常见工艺，很轻松地就能在加工中心上完成，但图中的键槽很难找到合适的加工工艺，原因有：

（1）内孔、平底键槽，铣床上无法加工

（2）车间没有刨床、插床等专门加工沟槽的设备

（3）线切割等电加工设备虽能完成，但每次装夹都非常麻烦

（4）零件批量小，改工装夹具成本高

3、解决键槽加工的思路

实践表明，用车削法和铣削法加工沟槽类工件都是比较理想的方法，不但质量好，而且效率高。

车床上加工内外沟槽，它的优点是精度高、效率高、质量好、刀具寿命长等，它的缺点是只能加工位于内外圆柱面上与零件回转轴线垂直的回转类零件的沟槽。

在铣床上加工沟槽，尤其是采用立铣刀，可以很方便地在圆柱外表面上加工出常用的A型、C型键槽。

但在内孔表面上加工平底键槽却不能如法炮制，因为内孔的工作条件要比外圆困难得多。

主要是受狭小的径向空间的限制，使常规的铣削加工机床和刀具无法放开手脚施展才能。

传统的车铣加工方法都不能解决问题，只有改用往复切削手段，如：

插削、刨削或拉削。

数控加工中心上M19主轴定位功能（换刀功能），能实现主轴停转且主轴能在垂直于y轴方向上进行定位。

数控车床上所用机夹切槽刀片，尺寸规整、价格便宜。

把两者结合起来就能实现内孔键槽的加工，且效率和精度均较高。

但要实现此功能必须保证加工中心的主轴、滚珠丝杠、导轨的刚性及主轴锁紧方式和锁紧力大小，查询加工中心和厂家提供资料本机床能满足使用要求。

经查询此相关信息对能实现插键功能的机床做如下汇总：

（1）德系：

德马吉、辛辛那提、哈默、巨浪、斯塔玛

（2）美系：

哈斯、哈挺

（3）日系：

牧野、三井精机、东芝、三菱、西格玛

（4）台湾：

友嘉、加育

（5）中国：

小巨人

在数控加工中心上加工机械零件，精度一般能达到IT7～IT6级精度，再加上加工过程中采用的又是数控机夹刀片，所以理论上利用加工中心插削出来的键槽精度要比在其他机床上加工出来的零件精度要高得多。

4、加工的实现

自制插刀：

刀头采用5mm宽的机夹切槽刀片，刀杆采用长70mm、直径为16mm的45#圆钢，在距顶端5mm刀杆外表面上，利用线切割机床加工一个5mm宽6mm深的通槽，刀杆顶端加工一个M6×1mm的丝孔，然后把切槽刀刀片装入已加工好的通槽内，刀头外伸5mm，然后顶端用顶丝顶住。

如图2所示

图2

5、加工程序

O0013键槽加工主程序名

M06T10换键槽插刀

G54G90G00X0Y-6.0

M19主轴定位

G43H10G00Z0刀长要从刀尖开始计算

M98P2002L10调用子程序10次，每次0.3mm

G00X-3.5Y-6.0加工键槽左侧

M98P2002L10

G00X3.5Y-6.0加工键槽右侧

M98P2002L10

G00Z100

M30

O2002子程序名

G91G00Y-1.0Y轴相对运动-1.0

G90G01Z-31.0F500Z轴向下插通

G91Y0.7Y轴相对运动0.7mm

G90G00Z0Z轴提刀

M99

五、总结

本文介绍的内螺纹和内孔键槽加工方法以及相应的专用刀具，具有构思新颖、原理正确、结构简单、使用方便、程序简便、制造容易、高效优质等特点。

一旦拥有它，就能在普通加工中心上方便地加工内螺纹和内孔键槽。

特别适合中小企业和维修部门，且精度高、效率高、表面质量好、刀具寿命长，弥补了原有加工方法的不足。

此外，插键加工还有许多扩展功能，比如能加工出槽底倾斜的键槽，花键孔等，适当改变铣刀形状，还能加工油沟、异形槽等，使用十分方便灵活，可满足多种不同的需要。

实践证明，在加工中心上加工内孔键槽的效率及精度大致是其它机床的2至3倍，该方法具有一定的实用价值，可以推广应用。

参考文献

[1]袭洪浪主编.数控加工工艺学.北京：

科学出版社，2005.6

[2]韩鸿鸾主编.数控加工技师手册.机械工业出版社,2005.4

[3]郑红主编.数控加工编程与操作.北京：

北京大学出版社，2005.8

[4]李超主编.数控加工实例.辽宁：

辽宁科学技术出版社，2005

[5]傅水根主编.机械制造工艺基础.北京：

清华大学出版社，2010

[6]王亚峰主编.普通铣床铣削键槽的加工方法与技巧.价值工程，2012，（27）

[7]台湾加育机床厂家提供技术资料及系统说明书