南洋理工.docx
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南洋理工.docx
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南洋理工
1工艺方案分析
1.1设计任务
本次设计主要是通过对零件图工艺特点,工艺安排,机械加工工艺过程几个方面对零件加工工艺进行分析,然后对零件的程序进行编制,最后用仿真加工以达到完成对零件的加工程序进行检验。
零件图如下:
图1-2典型轴类零件图
1.2设计含义
数控加工技术对我国经济建设的发展具有重要的意义。
当前我国企业的生产正逐步从原来的粗放型转向内涵型,产品生产也从原来的“粗制”转变为“精制”。
为了保证产品质量,降低成本,提高生产效率,企业在未来的生产中自动化程度将大大的提高,一线的生产将向机电一体化,程控化,数字化方向发展,形成迫使我们在机械加工方面不仅要会操作普通机床而且要会操作数控机床,此外,还要求我们具有分析、判断、处理生产过程中的突发事件的能力;具有开拓创新能力,团队协作能力和交际能力。
通过本课题的完成,我们能够加强自己对数控知识的掌握。
1.3零件分析
该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。
尺寸标注完整,选用毛坯为45#钢,Φ55mm×150mm,无热处理和硬度要求。
2工件的装夹
2.1定位安装的基本原则
在数控机床加工零件时,定位安装的基本原则与普通机床相同,要合理选择定位基准和加工方案,为了提高数控机床的效率,在确定定位基准和夹紧方案时,应注意下列几点:
①力求设计,工艺与编程计算的基准统一。
②尽量减少装夹次数,尽可能在一次定位装夹厚加工出全部待加工表面。
③避免采用占用机床的人工调整式加工方案,以充分发挥数控机床的效能。
2.2选择夹具的基本原则
①保证夹具的坐标方向与机床坐标方向相对固定
②要协调零件和机床坐标系的尺寸关系
3刀具选择与切削用量的确定
3.1确定切削用量
数控编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写人程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度,并充分发挥机床的性能,最大限度提高生产率,降低成本。
4典型轴类零件的加工
4.1轴类零件加工工艺分析
4.1.1技术要求
轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度,轴向一般要求不高。
轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8,几何形状精度主要是圆度和圆柱度,一般要求限制在直径公差范围之内。
相互位置精度主要是同轴度和圆跳动;保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度,是轴类零件位置精度的普遍要求之一。
图为特殊零件,径向和轴向公差和表面精度要求较高。
4.1.2毛坯选择
轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外,一般采用锻件;发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。
如图典型轴类直径相差不大,采用直径为60mm,材料45#钢,在锯床上按150mm长度下料。
4.1.3定位基准选择
轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度,以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目,而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。
用两中心孔定位符合基准重合原则,并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面,因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。
当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性,可采用轴的外圆表面作定位基准,或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准,能承受较大的切削力,但重复定位精度并不太高。
数控车削时,为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确性,或为了端面余量均匀,工件轴向需要定位。
采用中心孔定位时,中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。
以外圆定位时,则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限未支承,以工件端面或台阶儿面作为轴向定位基准。
4.1.4轴类零件的预备加工
车削之前常需要根据情况安排预备加工,内容通常有:
直--毛坯出厂时或在运输、保管过程中,或热处理时常会发生弯曲变形。
过量弯曲变形会造成加工余量不足及装夹不可靠。
因此在车削前需增加校直工序。
切断---用棒料切得所需长度的坯料。
切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行,也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。
车端面和钻中心孔—对数控车削而言,通常将他们作为预备加工工序安排。
4.1.5热处理工序
铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火火退火处理,以消除应力,改善组织和切削性能。
性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应安排调质处理,以提高零件的综合机械性能;对于硬度和耐磨性要求不高的零件,调质也常作为最终热处理。
相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理,以提高其耐磨性。
4.1.6加工工序的划分一般可按下列方法进行
4.1.6.1刀具集中分序法
就是按所用刀具划分工序,用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。
再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。
这样可减少换刀次数,压缩空程时间,减少不必要的定位误差。
4.1.6.2以加工部位分序法
对于加工内容很多的零件,可按其结构特点将加工部分分成几个部分,如内形、外形、曲面或平面等。
一般先加工平面、定位面,后加工孔;先加工简单的几何形状,再加工复杂的几何形状;先加工精度较低的部位,再加工精度要求较高的部位。
4.1.6.3以粗、精加工分序法
对于易发生加工变形的零件,由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形,故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。
综上所述,在划分工序时,一定要视零件的结构与工艺性,机床的功能,零件数控加工内容的多少,安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。
另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则,要根据实际情况来确定,但一定力求合理。
4.1.7根据零件的结构和毛坯状况,安排加工顺序
顺序一般应按下列原则进行:
①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧,中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。
②先进行内形内腔加工序,后进行外形加工工序。
③以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行,以减少重复定位次数,换刀次数与挪动压板次数。
④在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏小的工序。
在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。
工件调头装夹由程序中的M00或M01指令控制程序暂停,装夹后按“循环启动”继续加工。
4.1.8走刀路线和对刀点选择
走刀路线包括切削加工轨迹,刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。
由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的,所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。
合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上,但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位,有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏,会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找,因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置,这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。
这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。
4.2典型轴类零件加工工艺
4.2.1确定加工顺序及进给路线
加工顺序按粗到精、由近到远(由右到左)的原则确定。
工件右端加工:
既先从右到左进行外轮廓粗车(留0.5mm余量精车),然后从右到左进行外轮廓精车,最后切槽;工件调头,工件左端加工:
粗加工外轮廓、精加工外轮廓,切退刀槽,最后螺纹粗加工、螺纹精加工。
4.2.2选择刀具
①车端面:
选用硬质合金45度车刀,粗、精车用一把刀完成。
②粗、精车外圆:
(因为程序选用G71循环所以粗、精车选用同一把刀)硬质合金90度放型车刀,Kr=90度,Kr'=60度;E=30度,(因为有圆弧轮廓)以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.
③车槽:
选用硬质合金车槽刀(刀长12mm,刀宽3mm)
④车螺纹:
选用60度硬质合金外螺纹车刀.
4.2.3选择切削用量
表3-5切削用量选择
主轴转速s/(r/min)
进给量f/(mm/r)
背吃刀量ap/mm
粗车外圆
800
0.1
1.5
精车外圆
800
0.05
0.2
粗车螺纹
70
1.5
0.4
精车螺纹
70
1.5
0.1
切槽
115
0.04
数控加工刀具卡片
表3-1刀具卡片
产品名称或代号
零件名称
典型轴
零件图号
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
硬质合金端面45度车刀
1
粗、精车端面
2
T02
硬质合金90度放型车刀
1
粗、精车外轮廓
左偏刀
3
T03
硬质合金车槽刀
1
切槽
4
T04
60度硬质合金外螺纹车刀
1
粗、精车螺纹
用以上数据编制工艺卡如下:
表3-2数控加工工艺卡
单位名称
产品名称或代号
零件名称
零件图号
典型轴
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
O1111
三爪自定心卡盘
Cjk6032
数控车间
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
1
车端面
T01
45度刀
500
0.1
手动
2
粗车外轮廓
T02
90度防型刀
800
0.1
1.5
自动
3
精车外圆轮廓
T02
90度防型刀
800
0.05
0.2
自动
4
切槽
T03
切槽刀
115
0.04
自动
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
002
02222
三爪自定心卡盘
Cjk6032
数控车间
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
1
车端面
T01
45度刀
500
0.1
手动
2
粗车外轮廓
T02
90度防型刀
800
0.1
1.5
自动
3
精车外圆轮廓
T02
90度防型刀
800
0.05
0.2
自动
4
切退刀槽
T03
切槽刀
115
0.04
自动
5
粗车螺纹
T04
60度外螺纹刀
70
1.5
0.4
自动
6
精车螺纹
T04
60度外螺纹刀
70
1.5
0.1
自动
编制
审核
批准
年月日
共页
第页
4.3加工坐标系设置
4.3.1建立工件坐标系
图1-3坐标系设定
4.3.2试切法对刀
在数控加工中,工件坐标系确定后,还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置,即通常所说的对刀问题。
在数控车床上,目前常用的对刀方法为试切对刀法。
将工件安装好之后,先用MDI方式操作机床,用已选好的刀具将工件端面车一刀,然后保持刀具在纵向(Z)尺寸不变,沿横向(x)退刀。
当取工件右端面O为工件原点时,对刀输入为Z0,如图3-4(a)用同样的方法,再将工件的表面车一刀,然后保持刀具在横向上的尺寸不变,从纵向退刀,停止主轴转动,再量出工件车削后的直径如图3-4(b)根据长度和直径,既可确定刀具在工件坐标系中的位置。
其他各刀都需要进行以上操作,从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。
图3-4(a)Z轴方向对刀
图3-4(b)X轴方向对刀
4.3.3选择切削用量
表3-5切削用量选择
主轴转速s/(r/min)
进给量f/(mm/r)
背吃刀量ap/mm
粗车外圆
800
0.1
1.5
精车外圆
800
0.05
0.2
粗车螺纹
70
1.5
0.4
精车螺纹
70
1.5
0.1
切槽
115
0.04
为了螺纹容易配合,螺纹M25×1.5在车削大径时,加工到直径Φ24.7mm,总背吃刀量去0.65P=(0.65×1.5)mm=0.975mm.
4.4手工编程
工件右端加工
O1111;
G50X200Z100;建立工件坐标系
T0202;调用2号刀
M03S800;主轴以800r/min正转
G00X60Z5;
G71U.1.5R1到循环加工起点
G71U.1.5R1P01Q02X0.2Z0.08F80;粗加工循环
N01G00X39
Z2;到精加工起点
G01X39F40;精加工轮廓开始
X39C2倒角C2
Z-26;加工Φ39
G03X35Z-56.46R24;加工SΦ48圆弧
G02X35Z-70R9;加工R9圆弧
G01Z-75;加工Φ35
X45.29;加工Φ35外径左端面至斜线部分
X52Z-94;加工斜线部分
N02Z-113;精车循环结束
G00X55Z100;到换刀点
T0303
M03S115M08;换3号切槽刀,打开切削液
G00X55Z2;刀具起切的安全点
G00X55Z-89;切槽切入点
G01X39F5;切槽
X55F20;切槽退刀
Z-82;切槽切入点
X39F5;切槽
X55F20;切槽退刀
G00Z-18;切槽切入点
G01X35F5;切槽切入点
X50F20;切槽退刀
G00X55Z100M09;回换刀点,关闭切削液
M05;主轴停止
M30;程序结束
工件左端加工
O2222
T0202M03S800;换2号外圆刀主轴800r/min
G00X55Z2;
G71U1.5R1刀具起切的安全点
G71U1.5R1P01Q02X0.2Z0.08F80;外径粗精车循环
N01G00X50
Z2;精车循环开始
G01X0Z0F40;开始加工
X24.7Z0C2;倒角
Z-33;车Φ25
X52Z-33C2;倒角
N02G01Z-35;精车循环结束
G00X100Z100;换刀点
M05;主轴停止
M30;程序结束
T0303M03S115;换3号切槽刀
G00X30Z2;刀具起切的安全点
G00Z-28;切槽切入点
G01X21F5;切槽
G01X30F20;退刀
G00X50Z100;回换刀点
M05;主轴停止
M30;程序结束
T0404M03S70;换4号螺纹刀
G00X25Z2;刀具起始安全点
G76050260Q50R0.05;复合螺纹车削循环,m为精车次数,r为倒角量,a为刀尖角,Δdmin为最小切入量,半径值,d为精加工余量,X,Z为终点坐标K为牙型高,U精加工余量,V最大加工量,Q第一刀最大背吃刀量,F为导程.
G76X23.056Z-26P975Q400F1.5;
G01X40;退刀
G00X100Z100;回换刀点
M05;主轴停止
M30;程序结束
(如图第二章2.1所示)
结束语
通过这次的毕业设计,我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容,加深了对数控机床的了解,巩固了书本的知识。
结论总结如下:
1.对于某个零件来说,并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。
而往往只是其中的一部分适合于数控加工。
这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析,选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。
2.在确定走刀路线时,最好画一张工序简图,将已经拟定出的走刀路线画上去,这样可为编程带来不少方便。
3.有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面,但考虑到程序太长,会受到某些限制,如:
控制系统的限制(主要是内存容量),机床连续工作时间的限制等。
此外,程序太长会增加出错与检索困难。
因此程序不能太长,一道工序的内容不能太多。
参考文献
[1]邹新宇:
数控编程[M].清华大学出版社,2006年
[2]陈子银:
徐鲲鹏.数控加工技术[M].北京理工大学出版社,2006年
[3]李河水:
赵晓东数控加工编程与操作,国防科技大学出版社,2010年
致谢
对于我们这些即将毕业的学生来说,毕业设计是我们学习能力经验技能的最基本鉴定,它更完善了我们的职业工作技能。
在此感谢教导培育过我们的各位老师。
在这次毕业设计期间得到了我各位指导老师的悉心指导和同事们的热心帮助,无论是在理论学习阶段,还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节,得到老师细心和耐心的指导。
在设计过程中,给我提出了不少宝贵意见,使我不断的挑战自我,让我在整个设计过程中得到了不少启发。
我的每一点进步都倾注了老师辛勤的汗水。
老师严谨的治学态度、渊博的学识、认真的工作作风和平易近人的处世原则以及在教学和科研的百忙当中仍挤出时间指导学生的精神,永远值得我佩服和学习。
在此向各位老师致以最诚挚的谢意。
此次毕业设计的题目是轴类零件加工工艺分析,各位老师给了我很大的帮助和支持,在此表示感谢。
感谢机电工程系2010级机械设计及其自动化专业全体同学的帮助和勉励。
最后感谢指导老师和院系领导对我毕业设计的评审和指导。
本科生毕业设计(论文)成绩评定表
评定者
分数
占百分比
折合分数
备注
指导教师
30%
审阅教师
20%
答辩小组
50%
总评定分数
(百分制)
答辩委员会
评定等级
(以优、良、中、及格、不及格确定等级)
负责人签字:
年月日
变更
(如果学院最终审定成绩与答辩委员会评定成绩不符,请在此栏中加以说明,并明确最终评定成绩。
)
主管院长签名(章):
年月日
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