如何选择机床和刀具：实用指南

任务导入

根据大力神杯的3D 模型分析其加工工艺, 并合理选择相应的数控机床、加工刀具、夹具等。

知识链接

大力神杯是较为典型的多轴数控加工零件。 大力神杯的3D 模型体积较小、顶部较大并逐步向底部缩小, 结构呈倒扣形, 外部刻有两个形象的大力士托起地球的图案, 各曲面之间过渡光洁平滑, 图案生动有神, 尺寸精度和表面质量要求较高。 大力神杯加工数量不多, 为单件小批量生产, 整体采用6063 铝合金实心圆柱棒料, 毛坯直径为80 mm, 长度为185 mm。

根据现有的条件, 选用了VMC850 立式4 轴加工中心(FANUC 系统回转轴为A 轴),主轴最高转速为8 000 r/min, 机床刚性较好, 加工精度稳定, 能够满足大力神杯的加工需要。

(1) 装夹找正

首先把已经切割好的毛坯(直径为80 mm, 长度为185 mm) 用自定心卡盘装夹, 并使用千分表进行同轴度和水平度的调试, 毛坯顶部距离自定心卡盘最高点185 mm, 用分中棒找正工件圆心为Y 轴和Z 轴的原点, 毛坯顶部为X 轴的原点。

(2) 刀具选用

大力神杯试加工零件材料采用6063 铝合金实心圆柱棒料, 其具有硬度较低, 切削性较好, 切削容易断屑、切削屑易排出等特点。 因此在粗、半精加工阶段, 可选用普通高速钢刀具; 在精加工阶段, 考虑到大力神杯的表面图形精密细致, 表面尺寸精度、质量要求较高, 可选用硬度(HRC) 大于55 的硬质合金铣刀和专用精雕加工刀具。 加工大力神杯型所用到的刀具如表5.2.1 所示。

表5.2.1　加工大力神杯所用到的刀具

(3) 工艺制定及工序安排

1) 大力神杯的粗加工。 粗加工主要以去除大部分毛坯余量为主, 其考虑的重点是加工效率, 要求大的进给量和尽可能大的切削深度, 以便在较短的时间内切除更多的材料。粗加工对工件表面质量要求不高, 应合理规划刀具路径, 以提高效率, 如图5.2.1 所示。(https://www.daowen.com)

图5.2.1　粗加工

2) 大力神杯的半精加工。 半精加工使用相对粗加工较小直径的刀具, 它能完成粗加工在窄槽位置留下的较大部分余量, 快速均匀毛坯的预留量为后续的精加工打下基础。 实际加工测量表明, 在粗加工后, 往往由于粗加工过程中材料内部应力释放, 造成应力变形, 影响大力神杯的外形尺寸, 因此, 为保证大力神杯精加工后的美观性, 则必须在粗精加工之间安排半精加工如图5.2.2 所示。

图5.2.2　半精加工

3) 大力神杯的精加工

为保证加工精度、加工质量和加工效率, 用小号球刀分别对大力神杯的不同区域进行精加工, 根据大力神杯的加工要求合理设置驱动曲面的驱动方向、切削方式、刀位点的运动轨迹、非切削机床控制(运动输出) 等参数。 图5.2.3 所示为精加工。

图5.2.3　精加工

任务实施

通过书籍、网络等形式选择与加工大力神杯所用的数控机床相类似的机床。

知识拓展

请根据所学知识查找类似零件进行工艺分析。