整体叶轮加工实验说明书.doc

整体叶轮加工实验说明书一、 实验目的及要求通过对整体叶轮零件图样分析，掌握叶轮加工用工装的设计特点及定位和夹紧方法；掌握叶轮加工工序的安排以及每道工步所需刀具的种类、规格等；现场利用典型车床和五轴联动加工中心（转台+摆头）进行整体叶轮的加工实验，有助于加深了解并掌握整体叶轮的加工工艺特点。二、 实验注意事项1. 实验前要认真复习教材中有关章节所讲内容，认真阅读实验指导书，确保叶轮加工工序安排的正确性，以避免不必要的损失等；2. 实验时严格执行实验室的规章制度，严格按操作规程操作，注意现场操作安全；3. 爱护实验仪器与设备，压紧用螺栓应避免用力过度加力；4. 实验过程中严禁戏耍打闹，确保实验安全顺利完成。三、 整体叶轮加工工艺整体叶轮结构尺寸示意图如下图所示。图1 整体叶轮整体叶轮的加工工序安排如下：1. 下料根据零件尺寸，确定毛坯尺寸、类型、余量等。如本实验叶轮加工用的圆柱型材等；2. 车削加工中心：车定位基准面、钻削中心孔、零件外轮廓图2是叶轮在完成车削加工这道工序之后的剖视图。一般情况下在车削加工中心上就可完成该道工序，为展示工序列划分，特将此道工序一分为二，分别如下：车削定位基准（普车）：先在车床上车削毛坯的B端面以及B端的外径，车削外径又分为粗车和精车两个工步（可加工倒角），再以此为定位基准，进一步加工叶轮中心孔（可用直径大的钻头手工去毛刺）。叶轮中心孔一般先采用小直径钻头钻削加工，再采用大直径钻头钻削加工，最终完成中心孔的加工。车削叶轮外轮廓（数车）：在车削过程中由右向左逐层车削，完成粗加工，再通过联动完成车削精加工；图2钻中心孔/车叶轮外轮廓3. 加工中心：打B端面两处定位销孔图3是在加工中心上完成B端面两处定位销孔加工工序后的叶轮剖视图。定位销孔的位置度需满足与工装的配合要求。图3 打定位销孔4. 检验：看毛坯尺寸及定位销孔是否符合要求5. 五轴加工中心：铣整体叶轮，叶轮成型在五轴加工中心上完成整体叶轮流道粗加工、叶片精加工以及流道精加工三个工步。需要做个叶轮的工装以避让主轴，工装要保证叶轮在加工过程中的定位要求（移动，旋转），设计的工装如图4所示。图4 叶轮工装6. 检验：检验叶轮精度是否满足要求7. 车削加工：平叶轮B端面车削整体叶轮B端面，目的是平掉B端面两处定位销孔，最终形成整体叶轮，如图5所示。图5整体叶轮示意图8. 最终检验：出具详细的检验报告9. 包装、入库四、 实验用仪器设备1. 数控车床一台；2. 五轴联动加工中心一台；3. 试件一批（240mm×110mm，约12件，普通铝件）；4. 整体叶轮安装等所用工具；5. 计算机。五、 实验内容在学生了解并掌握整体叶轮加工工序安排的基础上，本实验以整体叶轮加工过程为主要内容，让学生直观的了解整体叶轮在数控车床、五轴机床上的装夹、找坐标系、对刀及加工过程等。车床：1. 叶轮毛坯的装夹、车叶轮定位基准；2. 采用新车的定位基准重新装夹叶轮，车叶轮外轮廓，一般情况下留余量0.5mm；3. 叶轮打中心孔五轴加工中心：1. 叶轮装夹在叶轮中心孔穿一个螺栓，用螺帽将叶轮压在工装上（注意叶轮与工装接触面上有定位双销孔），然后将工装再装夹在工作台上。2. 找坐标系通过五轴机床自带的三坐标测头（雷尼绍3D quick set）直接测量工件坐标系，测量完成后系统自行设定坐标系。3. 对刀通过五轴机床自带的雷尼绍机内对刀仪，自动对刀，自动补偿刀具长度/刀具半径。4. 叶轮加工Ø 粗加工流道：采用16的球头铣刀，粗加工流道，叶片和流道分别预留0.5mm的余量；Ø 精加工叶片：采用8的球头铣刀，以侧刃加工模式，精铣叶片成型；Ø 精加工流道：采用8的球头铣刀，以双向流线加工模式，精铣流道面成型。六、 实验基础知识扩充1. 下料下料一般是指确定制作某个设备或产品所需的材料形状、数量或质量后，从整个或整批材料中取下一定形状、数量或质量的材料的操作过程。2. 车削加工车削加工是指在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。它适于加工回转表面，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等。车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。数控车床一般是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应合理选择切削用量、合理选择刀具、合理选择夹具、确定加工路线、加工路线与加工余量的联系和夹具安装要点等几个方面。车削加工也具有通用工艺守则，如车刀的装夹守则、工件的装夹守则和车削加工守则。车刀的装夹应遵循以下守则：1）车刀刀杆伸出刀架不宜太长，一般长度不应超出刀杆高度的1.5倍（车孔、槽等除外）；2）车刀刀杆中心线应与走刀方向垂直或平行；3）刀尖高度的调整：车端面、车圆锥面、车螺纹、车成形面及切断实心工件时，刀尖一般应与工件轴线等高；粗车外圆、精车孔、刀尖一般应比工件轴线稍高；车细长轴、粗车孔、切断空心工件时，刀尖一般应比工件轴线稍低；4）螺纹车刀刀尖角的平分线应与工件轴线垂直；5）装夹车刀时，刀杆下面的垫片要少而平，压紧车刀的螺钉要旋紧；工件的装夹应遵循以下守则：1）用三爪自定心卡盘装夹工件进行粗车或精车时，若工件直径小于30，其悬伸长度应不大于直径的5倍，若工件直径大于30，其悬伸长度应不大于直径的3倍；2）用四爪单动卡盘、花盘，角铁（弯板）等装夹不规则偏重工件时，必须加配重；3）在顶尖间加工轴类工件时，车削前要调整尾座顶尖轴线与车床主轴轴线重合；4）在两顶尖间加工细长轴时，应使用跟刀架或中心架。在加工过程中要注意调整顶尖的顶紧力，死顶尖和中心架应注意润滑；5）使用尾座时，套筒尽量伸出短些，以减少振动；6）在立车上装夹支承面小、高度高的工件时，应使用加高的卡爪，并在适当的部位加拉杆或压板压紧工件；7）车削轮类、套类铸锻件时，应按不加工的表面找正，以保证加工后工件壁厚均匀。车削加工应遵循以下守则：1）车削台阶轴时，为了保证车削时的刚性，一般应先车直径较大的部分，后车直径较小的部分；2）在轴得工件上切槽时，应在精车之前进行，以防止工件变形；3）精车带螺纹的轴时，一般应在螺纹加工之后再精车无螺纹部分；4）钻孔前，应将工件端面车平，必要时应先打中心孔；5）钻深孔时，一般先钻导向孔；6）车削（1020）mm的孔时，刀杆的直径应为被加工孔径0.6-0.7倍；加工直径大于20mm的孔时，一般应采用装夹刀头的刀杆；7）车削多头螺纹或多头蜗杆时，调整好交换齿轮后要进行试切；8）使用自动车床时，要按机床调整卡片进行刀具与工件相对位置的调整，调好后要进行试车削，首件合格后方可加工；加工过程中随时注意刀具的磨损及工件尺寸与表面粗糙度；9）在立式车床上车削时，当刀架调整好后，不得随意移动横梁；10）当工件的有关表面有位置公差要求时，尽量在一次装夹中完成车削；11）车削圆柱齿轮齿坯时，孔与基准端面必须在一次装夹中加工，必要时应在该端面的齿轮分度圆附近车出标记线。3. 数控加工中心加工中心是从数控铣床发展而来的。加工中心是带有刀库，可在一次装夹中通过换刀装置改变主轴上的加工刀具，能够在一定范围内对工件进行多工序加工的数字控制机床。加工中心的综合加工能力较强（主要体现在它把铣削、镗削、钻削等功能集中在一台设备上），工件在一次装夹后，按照不同的工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能完成较多的加工内容，加工效率和加工精度均较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的510倍，特别是它能完成许多普通设备不能完成的加工，对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用。加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一。通常可按照主轴与工作台的相对位置将加工中心分卧式加工中心、立式加工中心、复合加工中心和万能加工中心。此外，也可按照立柱的数量将加工中心分为单柱式和双柱式加工中心；也可按照工作台的数量和功能将加工中心分为单工作台加工中心、双工作台加工中心和多工作台加工中心；也可按照加工精度将加工中心分为普通加工中心和高精度加工中心。加工中心适宜于加工形状复杂、工序多、精度要求较高、需要多种类型的普通机床和众多刀具夹具，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。其加工的主要对象有箱体类零件，盘、套、板类零件，外形不规则零件，复杂曲面，刻线、刻字、刻图案以及其他特殊加工。与其它机床相比，加工中心具有如下特点：1、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等；2、加工质量稳定可靠，加工精度高，重复精度高；3、能加工其它机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件；4、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件；5、多品种、小批量生产情况下生产效率较高，能减少生产准备、机床调整和工序检验的时间，而且由于使用最佳切削量而减少了切削时间；6、生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度，有利于生产管理自动化。七、 程序编制（学生自学）通过对叶轮零件数控加工工艺过程分析，先确定叶轮毛坯、加工方法及所使用的刀具类型和机床类型、夹具、工艺基准，再确定零件的数控加工工艺路线，最后确定刀具的进给路线和加工工艺参数。针对叶轮的车削加工，图5示出了叶轮外轮廓的粗精加工走刀路线，其加工过程和加工效果如图6所示。图5叶轮外轮廓车刀路径 a) 完成叶轮外轮廓粗加工 b) 完成叶轮外轮廓精加工图6 车叶轮外轮廓过程部分效果图在车削外轮廓完成后，需要将车床的主轴旋转一个方向并换上钻刀，进行叶轮的中间孔加工，先采用小直径钻刀进行加工，再采用大直径钻刀进行加工。家庭效果如图7所示。图7 叶轮钻孔加工示意图根据机床坐标系、刀具、加工方法等信息创建几何组、刀具组和加工方法组（在加工方法里面需设置切削余量，粗加工余量依次设为0.5mm），进一步创建、设置并生成具体的加工工序（如图8），加工工序设置的内容主要有指定加工切削区域、驱动方法、投影矢量、刀具、刀轴、刀轨等参数。图8叶轮加工的路径为方便给学生讲解叶轮的加工工序安排及叶轮加工现场演示，将一个班级分为三组，每组约十人左右，因此叶轮也需要分为三次完成加工，每次分工的内容如下：第一次：叶轮的4个流道要完成粗、精加工，5个叶片要完成粗、精加工，刀具路径规划见图9所示，仿真效果图如图10所示；图9第一次刀具路径规划图10第一次仿真效果图第二次：叶轮的5个流道要完成粗、精加工，5个叶片要完成粗、精加工，刀具路径规划见图11所示，仿真效果图如图12所示；图11第二次刀具路径规划图12第二次仿真效果图第三次：叶轮的6个流道要完成粗、精加工，5个叶片要完成粗、精加工，刀具路径规划见图13所示，仿真效果图如图14所示；图13第三次刀具路径规划图14第三次仿真效果图思考题（1） 叶轮加工工序有哪些？如何安排这些工序？（2） 叶轮的每道工序需要在什么类型的设备上完成加工？哪些工序能集中到一台机床上进行加工？（3） 叶轮的哪些工序可进一步分多个工步？具体工步有哪些？（1） 叶轮加工是否需要工装，什么样的工装能满足加工要求？ 实验报告要求：根据自己对叶轮从毛坯到成型的理解，请学生提前编制一套整体叶轮的加工工序，并给出每道工序需要做的内容。希望学生自学编制其加工程序。姓名：学号：专业班级：实验日期：年月日一、 实验必须的仪器设备二、 叶轮加工工序的编制