运动平台加工工艺设计

　　摘要：在运动平台零件加工中，其形状和材料特殊，运动平台的方孔受到传统加工方法的限制。本文通过设计加工工艺，合理确定加工基准和加工手段，选择合适的加工刀具和切削用量，结合数控电火花线切割特种加工，提高生产率和产品质量。
　　关键词：运动平台；加工工艺；切削用量；数控加工；电规准；电火花线
　　引言
　　我国机械制造业的蓬勃发展，对零件的加工精度和生产率提出了越来越高的要求，数控机床加工工艺设计、特种加工已成为技术人员的重要研究任务。为了适应这种发展趋势，必然对数控机床加工的工艺设计、特种加工提出更高的要求。
　　1、零件分析
　　在日常机械零件加工过程中，加工一些方形孔形状的零件，如图1所示的运动平台，在使用传统的加工方法，无法加工出方形孔，不能很好地保证零件加工精度和产品质量。所以应对其进行合理的工艺编制和采取特种加工来保证产品的加工精度和生产率。
　　
　　
　　图1
　　运动平台零件材料为0Cr18Ni9不锈钢材质，此零件具有良好综合性能和难切削的特性。因此，在加工中选用刀具、编制加工工艺时，需要考虑加工面精度要求。
　　a）零件细小螺纹较多，加工难度较大。加工运动平台时，前后左右四个方向布满30个M4螺纹，使机加工易断丝锥，手工加工耗时过多的现象。
　　b）左右螺纹孔定位精度高。由于左右两端用于安装滚珠螺母，在加工过程中要求定位精度较高，当加工工艺设计不当，会使左右螺纹孔不对称。
　　c）方孔形状特殊，不易加工。在加工方孔○11时，无法用车削扩孔、镗孔、插孔、钻孔、铣削等方法进行加工。
　　d）材料特殊性，增加切削难度。零件材料为0Cr18Ni9不锈钢，其抗拉强度高，延伸率大、韧性大，采用普通刀具加工时，容易产生毛刺，引起粘刀造成刀具损坏。
　　1.1加工面及加工基准的确定
　　a）加工面的确定
　　主要加工面确定如下：1）铣削前后平面○1、○2，左右平面○3、○4，上下平面○5、○6。2）钻、攻前平面○1螺纹群孔○12和后平面○2螺纹群孔○13，钻方形孔○11底孔。3）铣削左侧平面○7和内孔○8。4）铣削右侧平面○9。5）钻、铣加工螺纹孔○10。6）数控电火花线切割方形孔○11。
　　b）基准面的确定
　　主要基准面确定如下：1）前后平面○1、○2。2）左右平面○3、○4。3）上下平面○5、○6。
　　1.2零件加工工艺
　　从提高效率和保证精度这两个前提下，优化加工工艺，如表1所示。
　　表1运动平台加工工艺
　　工序号 工序加工内容
　　工序1 铣削运动平台前平面○1，左右平面○3、○4，上下平面○5、○6。
　　
　　工序2 钻、攻前平面○1螺纹群孔○12和钻方形孔○11底孔。
　　
　　工序3 铣削运动平台后平面○2和钻、攻螺纹群孔○13。
　　
　　工序4 铣削左侧沉台阶平面○7和钻、铣两孔○8，加工螺纹群孔○14。
　　
　　工序5 铣削右侧沉台阶平面○9，加工螺纹群孔○15。
　　
　　工序6 钻、铣加工螺纹孔○10。
　　
　　工序7 数控电火花线切割方形孔○11。
　　
　　工序8 检查
　　1.3加工刀具的选用
　　刀具的选择应根据工件材料的性能、机床的加工能力、零件加工精度、加工工序、切削用量和刀具价格以及其它相关因素正确选用刀具。
　　高速钢刀具在于高速加工中难以保持良好的切削性能；硬质合金刀具适合加工脆性材料；陶瓷刀具韧性和强度低、成本高、可靠性差；而经涂层后的涂层刀具，其表面平滑化处理，有效抑制毛刺的产生，减少粘刀现象的发生，防止刀具发生损坏，可实现稳定的切削加工，能提高加工质量和加工效率、降低加工成本，因此优先选用涂层刀具进行加工。
　　2、切削用量的确定
　　对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度、表面粗糙度和刀具耐用度，充分发挥机床、刀具切削性能来提高生产率，降低成本。
　　运动平台零件毛坯尺寸为140×100×50mm，钻、铣削加工机床为数控铣床KND-100M，加工工具分别为：铣外轮廓、端面粗加工用YB135涂层硬质合金铣刀，精加工用YB125涂层硬质合金铣刀。钻孔使用YB135涂层硬质合金钻头，加工螺纹孔○10使用YB135涂层螺纹刀。加工方孔○11使用加工机床为汉川电火花线切割HCK400，使用钼丝电级。
　　a）确定铣削深度ap：根据零件加工余量和加工表面粗糙要求，确定铣削为粗、精两次加工，查阅实用机械加工工艺手册和数控系统用户手册可得粗铣ap=3.0mm，精铣ap=0.6mm。
　　b）确定铣削宽度ac：根据零件加工要求和零件加工面的宽度尺寸，采用Φ20mmYB135涂层硬质合金4齿立铣刀，粗精铣ac=（0.6～0.9）d=12～18mm，取ac=12mm。
　　c）确定铣削进给量f：根据机床进给系统的强度和刚性、工件刚度和表面粗糙度的要求。查阅实用机械加工工艺手册和数控系统用户手册可得每齿进给量fz粗=0.06mm/z，fz精=0.02mm/z，故f粗=fz粗z=0.24mm/r，f精=fz精z=0.08mm/r。
　　d）确定铣削切削速度vc：根据机床功率和在保证合理的刀具耐用度的前提下，查阅实用机械加工工艺手册可得粗铣vc=68m/min，精铣vc=86m/min。
　　e）确定铣削进给速度vf：由vc=，故粗铣n==1082.8r/min，精铣n==1369.43r/min。查阅数控系统用户手册取粗铣n=1000r/min，精铣n=1300r/min。粗铣时vf=fn=0.24mm/r×1000r/min=240mm/min精铣时vf=fn=0.08mm/r×1300r/min=104mm/min。
　　同理，可计算出钻削加工的切削用量，在此不作详述。
　　3、铣削加工
　　根据设计的零件加工工艺，对运动平台进行数控加工，加工前应注意零件装夹的校正和刀具的校准，选用合适的涂层刀具和优化的切削用量进行高效的铣削加工。
　　3.1定位基准的加工
　　以平面○2作为粗基准，装夹平面○3、○4，夹持高度约5mm，用数控铣加工前平面○1，左右平面○3、○4，上下平面○5、○6。钻、攻前平面○1螺纹群孔○12和钻方形孔○11底孔，达到精度要求。以平面○1作为精基准，装夹左右平面○3、○4。铣削运动平台后平面○2和钻、攻螺纹群孔○13，达到精度要求。
　　3.2铣削左右沉台阶平面
　　以平面○4作为精基准，装夹平面○1、○2，铣削左侧沉台阶平面○7，钻、铣两孔○8，加工螺纹群孔○14，达到定位精度要求。以平面○3作为精基准，装夹平面○1、○2，铣削右侧沉台阶平面○9，加工螺纹群孔○15，达到定位精度要求。
　　3.3铣削上平面螺纹孔○10
　　以平面○6作为精基准，装夹平面○1、○2，钻两螺纹孔○10的底孔，使用YB135涂层螺纹刀加工螺纹孔○10，达到精度要求。
　　4、数控电火花线切割加工两方孔○11及仿真加工
　　4.1电火花线切割电规准的确定
　　根据零件表面粗糙度、加工精度、电极丝损耗、加工稳定及加工效率，设定电火花线切割电规准如表2所示。
　　表2电火花线切割电规准
　　脉宽ti(μs) 脉冲间隔to/ti 电流功率Vi
　　(mm2/(min•A)) 功率管数n
　　5 4 10 ≥4
　　4.2仿真加工
　　选用CAXAWEDM-Version2.0软件进行仿真加工，如图2所示，并生成3B代码，如下：
　　
　　图2
　　
　　****************************************
　　CAXAWEDM-Version2.0,Name:运动平台线切割3B代码.3B
　　ConnerR=0.00000,OffsetF=0.05000,Length=362.003mm
　　****************************************
　　StartPoint=7.46010,-4.30600;X,Y
　　N1:B140B166B166GYL4;10.950,-8.450
　　N2:B0B676B676GYL2;10.950,8.450
　　N3:B876B0B876GXL3;-10.950,8.450
　　N4:B0B676B676GYL4;-10.950,-8.450
　　N5:B876B0B876GXL1;10.950,-8.450
　　N6:B2B2B2GYL4;10.990,-8.490
　　N7:B0B679B679GYL2;10.990,8.490
　　N8:B879B0B879GXL3;-10.990,8.490
　　N9:B0B679B679GYL4;-10.990,-8.490
　　N10:B879B0B879GXL1;10.990,-8.490
　　N11:B141B167B167GYL2;7.460,-4.306
　　N12:D
　　N13:B1176B11B1176GXL1;36.870,-4.027
　　N14:D
　　N15:B113B177B177GYL3;34.050,-8.450
　　N16:B0B676B676GYL2;34.050,8.450
　　N17:B876B0B876GXL1;55.950,8.450
　　N18:B0B676B676GYL4;55.950,-8.450
　　N19:B876B0B876GXL3;34.050,-8.450
　　N20:B2B2B2GYL3;34.010,-8.490
　　N21:B0B679B679GYL2;34.010,8.490
　　N22:B879B0B879GXL1;55.990,8.490
　　N23:B0B679B679GYL4;55.990,-8.490
　　N24:B879B0B879GXL3;34.010,-8.490
　　N25:B114B179B179GYL1;36.870,-4.027
　　N26:DD
　　4.3电火花线切割加工
　　数控电火花线切割加工中，工具电极选用Φ0.20mm钼丝，加工轮廓精度为0.02mm，考虑零件表面粗糙度要求较高，采取精加工偏移补偿量为0.01mm，走丝速度控制在8～10m/s之间，保证加工精度为±0.01mm，表面粗糙度Ra1.6μm。
　　在加工过程中，注意灵活选取适当的脉冲峰值电流，适当窄的脉冲宽度，较高的脉冲效率等电源指标，以减少电极丝的损耗，改善表面粗糙度和提高加工精度和满足技术要求。
　　5、结束语
　　在机械零件加工中，正确设计加工工艺、选取合理的切削用量，多种加工手段相结合来保证加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分的发挥机床和刀具的整体性能，提高生产率和产品质量。
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