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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） 培訓單位： 準考證號碼： 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---由多個端面、內孔、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螺紋進行了詳細的加工分析，包括圖紙分析、確定加工工藝、選用機床型號、確定走刀路線及主要部分程序等。 關鍵詞：方盤類零件 自制刀具 內孔鍵槽 銑內螺紋

2、 數控程序 MASTERCAM 一、 方盤類零件概述 方盤類零件是由多個端面、內孔、螺紋孔、曲面、外輪廓、鍵槽等組合而成的較復雜的零件。其特點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，為保證精度，裝夾次數一般較少，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備，包括圖紙分析、確定加工工藝、選用機床和刀具型號、確定毛坯大小、確定走刀路線與加工程序等，其前期的準備工作比較復雜。 二、 零件結構工藝分析（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備工作之一，根據實際加工，利用數控加工中心具有高精度、高柔性、高效率，且適合加工具有復雜輪

3、廓、端面的零件等特點。 下面結合零件圖進行分析：零件的加工特點是由平面加工、孔加工、曲面加工、輪廓加工、鍵槽加工、螺紋加工構成。 1、零件圖分析： （1）未標尺寸公差均為IT12，加工時須查詢公差表，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，經計算或查表4個螺紋孔加工尺寸至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表面利用MASTERCAM軟件中的外形銑削很容易實現(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；故在此不重點說明。

4、（3）重點及難點： 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容中會重點講解 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，沒法實現(xiàn)，所以想利用加工中心主軸定位（M19）功能來實現(xiàn)，刀柄和刀具的形狀和尺寸在以下的內容中會重點講解 2、工藝方案編制 擬訂工藝路線時首先要確定各個表面的加工方法和加工方案。表面加工方法的方案選擇，應同時滿足加工質量、生產率和經濟性等方面的要求；其次是機械加工工序的安排，安排原則是先加工基準面，劃分加工階段，先粗后精；再次在加工中除了要靈活運用數控編程軟件外，還要用半徑補償功能來保證φ40鍵

5、槽孔和四個螺紋內孔的尺寸。因平面、梅花外形、內孔、曲面等都可用軟件中的外形銑削和曲面加工來完成，故在此不詳細列出工藝方案及程序，本文以下內容會重點分析鍵槽和銑削螺紋這兩方面的加工方案。 三、零件加工準備分析 1、毛坯選擇 該加工材料45#鋼，外形尺寸200mm*200mm*35mm。 2、機床選擇 項目 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 最大轉速 8000 rpm 主軸

6、電機功率 恒定 7.5kW 進給 X / Y / Z軸快速進給 20/ 20/ 15m/min 三軸電機功率 2.5 / 2.5 / 3.5 kW 刀庫 換刀方式 機械手臂式 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：游標卡尺、千分尺、內徑百分表、螺紋規(guī) 四、重點及難點加工分析 （一）銑削內螺紋 1、銑削螺紋特點 （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。隨著數控加工技術的發(fā)展，尤其是三軸聯(lián)動數控加工系統(tǒng)的出現(xiàn)，使更先進的螺紋加工方式——螺紋的數控銑削得以實現(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，且加工時不受螺紋結構和螺紋旋向的限制，如一把螺紋銑刀可加工多種不同旋向的內、外螺紋。對于不允許有過渡扣或退刀槽結構的螺紋，采用傳統(tǒng)的車削方法或絲錐、板牙很難加工，但

8、采用數控銑削卻十分容易實現(xiàn)。同時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，絲錐有時會折斷，堵塞螺紋孔，甚至使零件報廢；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，不會導致零件報廢；采用螺紋銑削，和絲錐相比，刀具切削力大幅降低，這一點對大直徑螺紋加工時，尤為重要，解決了機床負荷太大，無法驅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十倍，而且在數控銑削螺紋過程中，對螺紋直徑尺寸的調整極為方便，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)動的數控機床 ②加工不超過3倍刀具刃徑的螺紋長度 ③

9、單個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內螺紋，因孔距之間精度要求很高，所以采用中心鉆——鉆頭打孔——銑螺紋孔內表面作為銑削螺紋之前的準備工作 ②加工原理：螺紋銑削是在三軸聯(lián)動的機床（加工中心）完成的。在X、Y軸走G03/G02一圈時，Z軸同步移動一個螺距P的量，螺紋精度用機床的刀具半徑補償來實現(xiàn)；為保證螺紋加工質量，采用順銑，右旋內螺紋應從下往上銑削 ③自制刀具：刀頭采用6mm寬的機夾螺紋車刀刀片，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

10、床加工一個長為4mm，高為6mm的通孔，刀桿頂端加工一個M61mm的絲孔，然后把螺紋刀刀片裝入已加工好的通槽內，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算 M03 S2000 G52 X71.0 Y71.0

11、 在第一象限孔設為局部坐標，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，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 M30 O2001

12、 螺紋加工子程序名 G91 G03 X0 Y0 I-15.0 J0 Z1.5 M99 （二）內孔鍵槽的加工 1、普通鍵槽加工簡介 鍵聯(lián)接在生產上廣泛應用，尤其是平鍵聯(lián)接，更是量大面廣。但要在孔內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、拉床這么齊全的設備。為此，針對本工件的加工設計出了相應的專用插刀，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鍵槽，不但效率高，

13、而且精度也比較高，非常實用。 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備 （3）線切割等電加工設備雖能完成，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，不但質量好，而且效率高。車床上加工內外溝槽，它的優(yōu)點是精度高、效率高、質量好、刀具壽命長等，它的缺點是只能加工位于內外圓柱面上與零件回轉軸線垂直的

14、回轉類零件的溝槽。 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。但在內孔表面上加工平底鍵槽卻不能如法炮制，因為內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，只有改用往復切削手段，如：插削、刨削或拉削。 數控加工中心上M19主軸定位功能(換刀功能)，能實現(xiàn)主軸停轉且主軸能在垂直于y軸方向上進行定位。數控車床上所用機夾切槽刀片，尺寸規(guī)整、價格便宜。把兩者結合起來就能實現(xiàn)內孔鍵槽的加工，且效率和精度均較高。但要實現(xiàn)此功能必須保證加工中心的主軸、滾珠絲杠、

15、導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床能滿足使用要求。經查詢此相關信息對能實現(xiàn)插鍵功能的機床做如下匯總： （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、東芝、三菱、西格瑪 （4） 臺灣：友嘉、加育 （5） 中國：小巨人 在數控加工中心上加工機械零件，精度一般能達到IT7～IT6級精度，再加上加工過程中采用的又是數控機夾刀片，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床上加工出來的零件精度要高得多。 4、加工的實現(xiàn) 自制插刀：刀頭采用5mm寬的機夾切槽刀片，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，利用線切割機床加工一個5mm寬6mm深的通槽，刀桿頂端加工一個M61mm的絲孔，然后把切槽刀刀片裝入已加工好的通槽內，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算 M98 P

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

18、運動0.7mm G90 G00 Z0 Z軸提刀 M99 五、總結 本文介紹的內螺紋和內孔鍵槽加工方法以及相應的專用刀具，具有構思新穎、原理正確、結構簡單、使用方便、程序簡便、制造容易、高效優(yōu)質等特點。一旦擁有它，就能在普通加工中心上方便地加工內螺紋和內孔鍵槽。特別適合中小企業(yè)和維修部門，且精度高、效率高、表面質量好、刀具壽命長，彌補了原有加工方法的不足。此外，插鍵加工還有許多擴展功能，比如能加工出槽底傾斜的鍵槽，花鍵孔等，適當改變銑刀形狀，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。實踐證明，在加工中心上加工內孔鍵槽的效率及精度大致是其它機床的2至3倍，該方法具有一定的實用價值，可以推廣應用。 參考文獻 [1] 襲洪浪主編.數控加工工藝學.北京：科學出版社，2005.6 [2] 韓鴻鸞主編.數控加工技師手冊.機械工業(yè)出版社 ,2005.4 [3] 鄭紅主編.數控加工編程與操作.北京：北京大學出版社，2005.8 [4] 李超主編.數控加工實例.遼寧：遼寧科學技術出版社，2005 [5] 傅水根主編.機械制造工藝基礎.北京：清華大學出版社，2010 [6] 王亞峰主編.普通銑床銑削鍵槽的加工方法與技巧.價值工程，2012，（27） [7] 臺灣加育機床廠家提供技術資料及系統(tǒng)說明書