数控车火箭模型工艺规范品组合件加工

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项目五 火箭模型工艺品组合件加工 项目导入
本项目是火箭模型工艺品制作加工，火箭模型头部是由椭圆线所形成的内外回转曲面 的薄壁件；火箭模型中部为薄壁套；火箭模型尾部为薄壁喇叭口。薄壁在此项目中占重要 位置。
薄壁套筒类零件是机械中常见的一种零件，它的应用范围很广，广泛应用在各工业部 门。如支承旋转轴的各种形式的滑动轴承、夹具上引导刀具的导向套、内燃机气缸套、液 压系统中的液压缸以及一般用途的套筒，由于其功用不同，套筒类零件的结构和尺寸有着 很大的差别，但其结构上仍有共同点，即：零件的主要表面为同轴度要求较高的内外圆表 面；零件壁的厚度较薄且易变形；零件长度一般大于直径等。同时它具有重量轻，节约材 料，结构紧凑等特点。
项目描述
一、项目任务 1. 根据给定样图编制火箭模型工艺品的加工工艺规程 2. 根据工艺方案加工火箭模型工艺品设计并制作所需专用刀具 3. 设计并制作加工火箭模型工艺品所需专用夹具 4. 薄壁件加工的特点，掌握减少薄壁件变形的方法 4. 加工火箭模型工艺品组件 5.火箭模型工艺品零件质量检验及质量分析 二、重点难点 1. 薄壁件技术要求及工艺分析 2. 薄壁件加工精度和配合精度的保证方法 3．宏程序的编制 4. 夹具的制作 三、相关知识要点 1．零件加工精度、装配精度的获得方法及工艺尺寸链的计算 2．软爪的镗削方法

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项目准备
一、资源要求 1．普及型数控车床（或经济型数控车床）若干台（根据学生人数按平均两人一台配置） 所用机床为 CK6140 普及型数控车床 FANUC Oi MATE-TB，或其它经济型数控车床，根 据学生 20 人，每两人配一台，机床为 20 台。 2．各种常用数控车刀若干把 根据对薄壁零件特点、刀具的要求进行了分析选择刀具如下：见表 1-1 各种常用数控车刀若干把 3．通用量具及工具若干 二、原材料准备
LY12、45 钢
三、相关资料 《机械加工手册》、《金属切削手册》和《数控编程手册》。
项目计划
一、项目任务分析
1．本项目的特点
2．本项目中的关键工作
3．预计完成本项目所需时间
二、分工与进度计划
1．分组 每组学员为 3—4 人，应注意强弱组合
2．编写项目计划（包括任务分配及完成时间）如下表 5-1
表 1-1
项目计划安排表
任务
内容
零件
时间 安排
零件 1
8H
任务 1 工艺分析与工艺编制
零件 2
8H
零件 3
8H
人员 安排
备注
1 人 任务可以同时
1 人 进行，人员可以
1 人 交叉执行。

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零件 1
8 H 1人
任务 2 加工零件
零件 2
8 H 1人
零件 3
8 H 1人
任务 3 零件检验及质量分析 零件 1-3 及组合件 24 1 人

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项目实施
任务一 火箭模型工艺品组合件装配图技术要求分析
一、技术要求分析 1．件 1 与件 3、件 4 与件 5 组装后外圆接合处的间隙应最小，而且接合面应平整。 要保证该项精度，各零件加工后其相应端面必须与外圆中心线有一定垂直度要求，各零件 加工时垂直度要求为 0.05，因此，加工中只要保证零件的加工要求，该项精度就能保证。 2．组装后各件间的同轴度小于 0.05。要保证该项精度，同样注意各零件加工时的精 度，工件有掉头要保证同轴度小于 0.05 或更小，这样该项精度就能保证。 3．件 4 与件 5、件 5 与件 6 处的螺纹配合要牢固，保证该项要求，加工这三件螺纹 时注意螺纹精度。 项目图纸如下：

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技术要求： 1. 件 1 与件 3、件 4 与件 5 接合面应平整、无间隙 2. 组装后各件间的同轴度应小于 0.05
图
比例
1:1
SKC007
名称
火箭模型装配图
第1页
号
共7页
材
数量
1
铝合金
料
设计 校对
审核 批准
厂名
标记

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技术要求： 1. 工件表面不能有磕碰、划痕、毛刺等，曲面光滑 2. 未注公差为 IT9-IT11
比例
1:1
图
SKC001
名称
火箭模型（件 1）
第2页
号
共7页 数量
1
材
ZL102
料
设计 校对
审核 批准
厂名
标记

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技术要求： 1. 工件表面不能有磕碰、划痕、毛刺等 2. 未注公差为 IT9-IT11
图
比例
1:1
SKC002
第3页
号
名称 火箭模型（件 2）
共7页
材
数量
不锈钢
料
设计 校对
审核 批准
厂名
标记

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技术要求： 1. 工件表面不能有磕碰、划痕、毛刺等 2. 未注公差为 IT9-IT11
图
比例
1:1
SKC003
名称 火箭模型（件 3）
第4页
号
共7页
材
数量
ZL102
料
设计 校对
审核 批准
厂名
标记

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技术要求： 1. 工件表面不能有磕碰、划痕、毛刺等 2. 未注公差为 IT9-IT11
比例
1:1
名称
火箭模型(件 4)
第 5页
共 7页
数量
设计 校对
审核 批准
厂名
图 SKC004
号 材
ZL102 料
标记

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技术要求： 1. 工件表面不能有磕碰、划痕、毛刺等 2. 未注公差为 IT9-IT11
图
比例
1:1
SKC005
第6页
号
名称
火箭模型(件 5)
共7页
材
数量
ZL102
料
设计 校对
审核 批准
厂名
标记

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技术要求： 1. 工件表面不能有磕碰、划痕、毛刺等 2. 未注公差为 IT9-IT11
图
比例
1:1
SKC006
第7页
号
名称
火箭模型(件 6)
共7页
材
数量
ZL102
料
设计 校对
审核 批准
厂名
标记

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任务二 火箭模型工艺品组合件（件 1）工艺分析
一、火箭模型（件 1）相关知识准备
(一)宏程序的应用 用户宏指令功能是把编好的宏程序事先作为子程序登陆在存储器中，用 NC 指令程序， 随时都可以用简单的操作调用。使用宏程序指令登陆的子程序称为用户宏程序，又称宏程 序。因此，就可以按照某些工件加工要求用宏指令列出各坐标的计算过程，在加工时根据 零件尺寸再输入相应数据，宏指令根据这些数据进行计算，并与已知条件进行比较，再与 NC 指令配合，使机床运行加工。宏指令调出与子程序的调出方法相同。变量的设定可以用 程序输入，也可以采用 MDI 方式。 1.A 类宏程序的相关知识 （1）变量的类型及表示 变量分为通用变量和系统变量两种。编程时经常用的为通用变量。在 FANUC－0MA 系统 中变量为#100～#131 和#500～#515。两者区别为#100～#131 在电源切断后被清除，电源接 通时全部为“0”，而#500～#515 在电源被切断后不被清除，它的值一直保持。 变量用来置换地址后面的数值。用# i(i=1，2，3…)表示。 （2）宏指令的形式 一般形式为：G65 Hm P#i Q#j R#k 其中： m——取 01～99 表示宏指令功能； #i——运算结果的变量名； #j——待运算的变量名 1，也可以是常数； #k——待运算的变量名 2，也可以是常数
#i=#j #k 为运算符，用 Hm 表示。
2.B 类宏程序的相关知识 虽然子程序对编制相同加工操作的程序非常有用，但用户宏程序由于允许使用变量、 算术和逻辑运算及条件转移，使得编制相同加工操作的程序更简便。可将相同加工操作编 为通用程序，如型腔加工宏程序和固定加工循环宏程序。使用时，加工程序可用一条简单

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指令调出用户宏程序，和调用子程序完全一样。 调用格式如下。
（1）变量 普通加工程序直接用数值指定 G 代码和移动距离，例如：G100 和 X100.0。使用用户
宏程序时，数值可以直接指定或用变量指定。当用变量时，变量值可用程序或用 MDI 面板
上的操作改变。
例如：
#1=#2+100； G01 X#1 F0.3
（2）变量的表示
变量用变量符号 # 和后面的变量号指定，例如：#1；
表达式可以用于指定变量号。此时，表达式必须封闭在括号中，例如：#[#1+#2-12]。
（3）变量的类型
变量根据变量号可以分为四种类型：

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（4）宏程序语句和 NC 语句
下面的程序段为宏程序语句：
包含算术或逻辑运算(=)的程序段；
包含控制语句（例如，GOTO，DO，END）的程序段；
包含宏程序调用指令（例如，用 G65，G66，G67 或其它 G 代码，M 代码调用宏程序）
的程序段。
除了宏程序语句以外的任何程序段都为 NC 语句。
（5）转移和循环
在程序中，使用 GOTO 语句和 IF 语句可以改变控制的流向。有三种转移和循环操作可
供使用：
条件转移
IF <条件表达式> GOTO n
无条件转移
转移到标有顺序号 n（1～99999）的程序段。
例：GOTO 1；GOTO#10
说明：
条件表达式 条件表达式必须包括算符，算符插在两个变量中间或变量和常数中间，
并且用（[ ]）封闭。表达式可以代替变量。
运算符 运算符由两个字母组成，用于两个值的比较，以决定它们的的关系
3.此项目中用的是椭圆的变量公式：
X=2*b*SIN（θ）
Z=a*COS(θ)-a
(θ为起始角度)
（二）火箭模型（件 1）中的薄壁件相关知识
1.薄壁件的特点
对于薄壁套筒类零件，普遍存在的问题是壁薄，假如用卡盘直接装夹，零件就会发生
变形；另外加工过程中薄壁零件还会在切削力的作用下，产生变形，而造成零件报废。因
此必须采取补强措施。即加工内孔及内端面时，应从外侧补强；加工外圆及外端面时，应
从内侧补强，往往从内向外胀，既可以提高薄壁的强度又可以提高工艺系统的刚性。此类
零件往往采用端面及内、外圆柱面作为定位基准。定位方式常采取不完全定位方式。所以

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有时会设计专用的数控车削夹具。 薄壁套筒类零件是机械中常见的一种零件，它的应用范围很广，广泛应用在各工业部
门。如支承旋转轴的各种形式的滑动轴承、夹具上引导刀具的导向套、内燃机气缸套、液 压系统中的液压缸以及一般用途的套筒，由于其功用不同，套筒类零件的结构和尺寸有着 很大的差别，但其结构上仍有共同点，即：零件的主要表面为同轴度要求较高的内外圆表 面；零件壁的厚度较薄且易变形；零件长度一般大于直径等。同时它具有重量轻，节约材 料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差， 强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。为此 对薄壁零件的装夹，刀具的选用，切削用量的选择要合理，保证薄壁零件加工质量。
2．车削薄壁套筒零件对刀具的要求： （1）选用合理的切削用量 薄壁零件车削时变形是多方面的。装夹工件时的夹紧力，切削工件时的切削力，工件 阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形，使切削区温度升高而产生热变形。 切削力的大小与切削用量密切相关。从《金属切削原理》中可以知道:背吃刀量 ap， 进给量 f，切削速度 V 是切削用量的三个要素。 1)背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。 2)减少背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面残余面积增大，表 面粗糙度值大，使强度不好的薄壁零件的内应力增加，同样也会导致零件的变形。所以， 粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些;精加工时，背吃刀量一般在 0.2-0.5 mm,进给 量一般在 0.1-0.2 mm/r,甚至更小，切削速度 6-120 m/min,精车时用尽量高的切削速度， 但不易过高。合理选用三要素就能减少切削力，从而减少变形。 （2）合理选择刀具的几何角度 在薄壁零件的车削中，合理的刀具几何角度对车削时切削力的大小，车削中产生的热 变形、工件表面的微观质量都是至关重要的。刀具前角大小，决定着切削变形与刀具前角 的锋利程度。前角大，切削变形和摩擦力减小，切削力减小，但前角太大，会使刀具的楔 角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快。所以，一般车削钢件材料的薄壁零 件时，刀具的后角大，摩擦力小，切削力也相应减小，但后角过大也会使刀具强度减弱。 在车削薄壁零件时，精车时取较大的后角，粗车时取较小的后角。主偏角在 30°-90°范

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围内、车薄壁零件的内外圆时，取大的主偏角。副偏角取 8°-15°，精车时取较大的副偏
角，粗车时取较小的副偏角。
二、火箭模型（件 1）工艺分析
（一）火箭模型（件 1）的的结构特点及技术要求分析
火箭模型(件 1)是带有内螺纹孔及椭球面的薄壁类零件，结构比较简单，但精度要求
高，加工比较困难，适合在数控车床上加工。难点是内椭球面的加工和薄壁的加工。外圆
精度较高的是端面上的 2mm 宽的 ?44 精度，公差是 0.016，其它尺寸精度为未注公差，按
照 IT9-IT11 加工。外椭球表面粗糙度为 Ra1.6μm；内椭球面表面粗糙度为 Ra3.2μm，螺纹
内孔与外圆 ?54 的同轴度要求要高。内外表面不能有磕碰，划痕，毛刺等，表面要光滑，
而且内表面是实心的，加工时注意刀具的正确使用。
（二）火箭模型（件 1）加工工艺编制
1.火箭模型（件 1）加工的工艺过程见表 5-2
表 5-2
火箭模型（件 1）数控加工工艺过程
数控加工工艺过程综合卡片
产品名称 零件名称 零件图号
材料
火箭模型
厂名（或院校名称）
组合件工 火箭模型 SKC001
ZL102
艺品
序
工序名称
号
工序内容及要求
工序简图
设备
工夹 具
毛坯棒料 ?60mm×
65mm（留夹持量）
01
下料
略
和辅助件棒料
锯床 略
?60mm×40mm
三爪
02
钻中心孔
夹持毛坯外圆打中
略
CK6140 自定
心孔
心卡
盘
以毛坯外圆为夹持
03
钻孔
面，用 ?12 的钻头
钻 40mm 深
CK6140
三爪 自定 心卡
盘

//
以毛坯外圆为夹持
04
扩孔
面，用 ?20 的钻头
钻 30mm 深
以毛坯外圆为夹持 面加工（1）端面和 ?44 的外圆 （2）加工 40 的内 05 加工内轮廓 孔和内椭圆面 （3）加工 3X44 的 内螺纹退刀槽 （4）加工 M41X1.5 的内螺纹
以毛坯外圆为夹持 面加工（1）端面和 ?41 的外圆 06 加工辅助件 （2）加工 M41X1.5 的外螺纹
CK6140
三爪 自定 心卡
盘
CK6140
三爪 自定 心卡
盘
CK6140
三爪 自定 心卡
盘
夹持辅助件的毛坯 07 加工外椭球 外圆，内外螺纹旋
面 合加工外椭球面
CK6140
三爪 自定 心卡
盘
三爪
通用量具检测各部
自定
08
检验
略
CK6140
分精度
心卡
盘
2.火箭模型（件 1）加工的工艺过程分析 (1)根据技术要求，零件外圆曲面应光滑无刀痕，无毛刺，且尺寸精度和表面粗糙度要

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求较高。因此，外椭球面需一次装夹加工完成，并按粗车、精车两个工步进行车削，粗精 加工刀具应分开。
(2)外椭球面车削时无装夹得地方，但是内轮廓有内螺纹，因此可以想到用工艺辅助件， 配合加工外椭球面（如 5-2 表里的工序 07）。
(3)内椭球面加工也是有一定困难，相当于端面圆弧，因此在刀具上注意刀具的选择， 刀具的主副偏角要大，而且刀尖绝对对工件回转中心线。如下图：
(4)注意内螺纹孔与外圆的同轴度要求及端面与外圆中心线的垂直度要求都很高。因
此，以毛坯外圆为基准，加工大端面及内螺纹时，必须采用减小工件的圆周跳动，并用百
分表找正，才能保证加工要求。另外，车端面时要保证总长尺寸。
3．刀具及切削用量的选择见表 5-3
根据上述对薄壁零件特点、刀具的要求进行了分析选择刀具如下：见表 5-3
表 5-3
刀具切削参数表
序
加工面
刀具号
号
刀具规格 类型
材料
主轴转速 n/r.min-1
进给速度 V/mm.r-1
以内圆为基准
1 粗车端面及外 T0404 90 度偏刀（机夹式）
600
0.2
圆
内孔圆弧刀（机夹 2 粗车内轮廓面 T0101
涂
式）
层
内孔圆弧刀（机夹
3 精车内轮廓面 T0101
式）
刀
4 加工内沟槽 T0303 沟槽刀（机夹式）
600 1200 300
0.2 0.1 0.08
加工内三角螺
内三角螺纹刀（机
5
T0202
纹
夹式）
600
／

//
粗车外椭球及
6
T0101 90°偏刀（机夹式）
端面
7 精车外椭球及 T0101
端面
尖刀（机夹式）
4. 火箭模型（件 1）数控加工的参考程序如下 以 FANUC 系统为例程序：
600
0.2
1300
0.1
O0001;（件 1 内轮廓） M3 S500; T0404; G0 X20 Z2; G71 U1.5 R0.5; G71 P10 Q20 U-0.3 W0 F0.2; N10 G0 X41 S1200; G1 Z0 F0.1; Z-2; X39.5 Z-3; Z-15; N20 X20; G0 Z200; M05; M00; M3 S1200 ; T0404; G0 X20 Z2; G70 P10 Q20; G0 Z200; M05; M00; M3 S300;
主轴正转 500/r.min-1
镗孔刀 4 号刀 快速定位 粗加工内孔
暂停测量
主轴正转 1200/r.min-1
内孔精加工 暂停测量

T0303 ; G0 X38 ; Z-15; G1 X44 F0.1; G4 X1; G1 X38 F0.5; G0 Z200; M3 S600; T0202; G0 X38 Z5; G92 X39.9 Z-13 F1.5; X40.3; X40.6; X40.9; X41.3; X41.45; G0 Z200; M05; M00; M3 S600; T0101 ; #9=40; N40 G0 X38 Z[#9]; #1=90; N30 #2=40*SIN[#1];
#3=50*COS[#1]-5; G64 G1 X#2 Z[#3+#9] F0.2; IF [#1 LE 180] GOTO30; G0 Z[5+#9]; #9=#9-2; IF [#9 GE 0] GOTO40;
//
内沟槽刀加工内槽
切槽 暂停 1 秒 退刀 快速退刀
内三角螺纹刀
加工螺纹
退刀 主轴停止
端面圆弧车刀
椭圆起始角度 90° 直径方向的变量计算公式 长度方向的变量计算公式 椭圆变直线步进 条件转移 循环加工 条件转移