螺纹轴套件方案与加工.docx
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螺纹轴套件方案与加工
宜宾职业技术学院
毕业论文
题目:
螺纹轴套件设计与加工
系部自动控制工程系
专业名称机电一体化
班级机电1092班
姓名胡乔
学号200911484
指导教师蒋世应
2018年11月05日
附表1
宜宾职业技术学院
毕业论文(设计>选题报告
姓名
胡乔
性别
男
学号
200911484
系部
自动控制系
班级
机电1092
论文(设计>
题目
螺纹轴套件设计与加工
课题来源
生产
课题类别
设计
选做本课题的原因及条件分析:
原因:
通过三年的学习,有必要将自己所学知识运用于实践,达到学以致用的目的。
选择该课题涉及到的了我三年所学的知识。
不仅能复习和巩固所学知识,而且还能培养我们的专业技能。
另一方面,该课题融会了我所学机械制图、制造、机械设计、公差与配合及数控加工,数控工艺分析、数控编程和刀具、加工设备方面的选择。
所以我选此题目。
条件分析:
1、自身具备了数控加工相关知识;熟练掌握了绘图软件的使用 2、学院有很好的教案资源<数控铣床,数控车床,加工中心,数控电火花切割机等设备),在学校完善的数控加工设备及指导老师的帮助下我能很好的完成此次的课题。 内容和要求 内容: 1、图样1份;毕业设计1份<反映零件的加工工艺分析等内容)。 2、毕业设计主要内容: 绪论;零件分析<零件图纸的工艺分析;毛坯的选择);工艺文件的编制<加工设备的选择;加工方案的拟定、量具、冷却液、夹具和刀具的选择等);零件加工<编程实现);结论<对加工过程存在的问题进行分析,提出整改意见);致谢;参考文献;附录。 要求: 产品加工中严格遵守安全操作规章及学校的有关规章制度,产品符合要求,按时独立完成毕业设计的各项工作,毕业设计做到: 立论准确,论述充分,结论严谨合理;分析处理科学;文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,书写工整规范,图表完备,整洁,正确。 指导教师意见 <签章) 年月日 系部毕业论文<设计)领导小组意见: <签章) 年月日 目录 摘要4 1绪论5 2零件分析6 2.1零件分析图6 2.2毛坯的选择8 2.3加工精度分析8 3加工设备的选择8 4量具与冷却液的选择9 5加工工艺方案的确定10 5.1内螺纹件外圆圆弧和螺纹端加工及切槽加工10 5.1.1工艺分析10 5.1.2确定装夹方案10 5.1.3确定加工方案10 5.1.4确定工步顺序,进刀路线和所用刀具11 5.1.5确定切削用量13 5.2内螺纹件的内孔端加工13 5.2.1工艺分析13 5.2.2确定装夹方案13 5.2.3确定工步顺序,进刀路线和所用刀具加工方案14 5.2.4确定切削用量14 5.3外螺纹的加工15 5.3.1工艺分析16 5.3.2确定装夹方式16 5.3.3确定工步顺序16 5.3.4确定切削用量16 6编写工艺文件16 结论23 致谢24 参考文献25 附录: 程序编写26 摘要 数控技术在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益,显示了它在国家基础工业现代化中的战略性作用,并已成为传统机械制造工业提升改造和现实自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。 随着我国工业化程度的不断提高,企业之间的竞争不断激烈。 这就要求各企业必须提出合理的生产方案和科学的工艺分析,在有限的资源中和有效的时间内能够合理利用设备,降低成本来提高生产效率,从而获取更多的利润。 本设计通过分析螺纹轴套件的使用性能和技术要求确定毛坯材料、毛坯大小、热处理要求。 然后,分析轴的工艺特点,主要加工表面和内孔<其中有车削、铣削)及其有哪些技术要求并提出解决方法。 最后根据分析选择需要的机床、刀具、夹具、量具、冷却液等及其相关参数,确定加工工艺路线,最后编写机械加工工艺文件。 关键词: 生产效率螺纹轴套件工艺分析工业设计参数 Abstract Summaryofnumericalcontroltechnologyinthemachinerymanufacturingindustry'simportantpositionandahugebenefit,showeditsstrategicroleinthemodernizationofnationalindustries,andhasbecomeatraditionalmachinerymanufactureindustryupgradingtransformandactualautomation,flexibility,integration,importantmeansofproductionandmarking.AsChina'sindustrializationlevelcontinuestoimprove,intensecompetitionamongenterprises.Thisrequiresthatallenterpriseshavereasonableproductionprogrammesandscientificanalysisofthetechnology,inthelimitedtimetorationalutilizationofresourcesandeffectivedevice,reducingcoststoincreaseproductivity,thusgainingmoreprofit.Thisdesignthroughanalysisofthreadedsleevewithperformanceandtechnicalrequirementstodetermineastockofmaterial,roughsize,heattreatmentrequirement.Then,analysisofthetechnicalcharacteristicsoftheshaft,mainsurfaceandhole(turning,milling>andwhatarethetechnicalrequirementsandproposesolutions.Finallyselecttheanalysisneedsofmachinetools,tooling,fixtures,measuringtools,coolant,andtheirassociatedparameters,determinetheprocessingroute,finalmachiningprocessdocumentsprepared.Keywords: productivityprocessanalysisofthreadedsleeveindustrialdesignparameters 1绪论 1.1课题的发展背景及意义 零件加工工艺毕业设计是对所学专业知识的一次巩固,是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是理论联系实际的训练。 随着制造水平的提高,数控机床在现代制造业中起着越来越重要的作用,为保证零件加工量,除了数控机床自身的精度外,还与数控加工中的工艺措施密切相关。 在编制数控工艺规程时和编制传统工艺规程一样,要考虑到机械的用途和性能,零件材料,生产条件和批量大小等。 同时要根据自身的特点和要求,在编制中作一些调整,从而有效地保证产品质量,充分发挥数控机床的优势,提高生产效率。 在一定的生产条件下,确保加工质量和最少的生产成本是制定工艺规程的基本原则。 机械加工工艺规程首先应能够保证加工后工件达到图样上规定的技术要求;其次,该工艺规程应该是在现场生产条件下、在规定的生产批量下最经济的,应能取得最好的经济效益;同时,要求工人具有良好而安全的劳动条件。 零件机械加工工艺分析的制定过程大致可以分为下述七个阶段进行: <1)零件图纸工艺分析 <2)确定装夹方案 <3)确定工艺方案 <4)确定工歩顺序 <5)确定进给路线 <6)确定切削参数 <7)填写工艺文件 本设计要求“以质量求发展,以效益求生存”,在保证零件加工质量的前提下,提高了生产率,降低了生产成本,是国内外现代机械加工工艺的主要发展方面方向之一。 通过对螺纹轴套件图的分析及结构图形式的了解,从而对它进行工艺分工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析。 工艺分析是数控加工编程的前期工艺准备工作,无论是手工编程还是自动编程,在编程前均需对所加工的零件进行工艺分析。 如果工艺分析考虑不周,往往会造成工艺设计不合理,从而引起编程工作反复,工作量成倍增加,有时还会发生推倒重来的现象,造成一些不必要的损失,严重者甚至还会造成数控加工差错。 因此,全面合理的工艺分析是进行数控编程的重要依据和保证。 1.2数控加工的特点 同常规加工相比,数控加工有如下特点: <1)自动化程度高在数控机床加工零件时,除了手工装卸工作外,全部加工过程都由机床自动完成。 这样减轻了操作者的劳动强度,改善了劳动条件。 <2)加工精度高,加工质量稳定数控加工的尺寸精度通常在0.005-0.1mm之间,目前最高的尺寸精度可达±0.0015mm,而且不受零件复杂程度的影响,加工中消除了操作者人为的误差,提高的同批零件尺寸的一致性,使产品质量保持稳定。 <3)适应性强数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。 当加工对象改变时,除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外,只要重新编写并输入该零件的加工程序,便可自动加工出新的零件,不必对机床作任何复杂的调整,这样缩短了生产准备周期,给新产品的研制开发以及产品的改进、改型提供了捷径。 2零件分析 2.1零件分析图 此零件为45钢,由于结构、尺寸的实际加工需要需两头装夹,由端面、圆柱、斜面、圆弧面、球面、螺纹、槽、内孔等表面组成,该零件图为数控回转体车削零件。 如图2-1、2-2所示。 图2-1内螺纹件 图2-2外螺纹件 图2-3装配图 2.2毛坯的选择 轴类零件可根据使用要求、生产类型设备条件及结构,选用棒料、锻件等毛坯形式。 对于外圆直径相差不大的轴一般以棒料为主。 45钢是轴类零件的常用材料,它价格便宜经过调质<或正活)后,可得到较好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。 下料的零件毛坯尺寸为外形条件Ф50mm×115mm。 2.3加工精度分析 通过上述分析,采取一下几点工艺措施,零件最高精度等级为1T<10)级,该零件公差只偏向一边,故编程时不必取平均值,而全部取其基本尺寸即可。 对圆柱面和内孔表面要求表面粗糙度为R3.2,其它表面粗糙度均为R6.3。 在加工时由于是两头交换装夹,如果定位不好可能会导致表面粗糙度高,加工精度难以达到技术要求,所以要求装夹尽量在同一基准。 3加工设备的选择 根据我院现有的数控机床及加工的对象来分析,我院的数控机床都能完成对此零件的加工,由于我院数控加工室有FANUC—0I系统的车床共有六台,其中分为两种都具有不同加工性能,三台为长征数控机床,另外三台为重庆第二机床厂生产的数控机床。 根据零件的结构形状和精度以及加工的难以程度等条件来选择数控设备的型号,由于该零件由圆柱、圆弧等组成。 形状也较简单,以上六台设备均可以进行加工,但是考虑到该零件的表面粗糙度和加工精度有一定的要求,综上几点考虑结合学校数控加工室的条件,特选用FANUC—0I系统重庆第二机床厂生产的数控机床进行零件程序编制与加工,机床牌号为C2—6136HK。 确定装夹方案时,要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位与夹持,并选择合理的夹具。 夹紧机构和其它元件不得影响进给,加工部位要敞开,要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动发生干涉。 必须保证最小的夹紧变形,工件加工时切削力大,需要的夹紧力也大,但不能把工件夹变形。 因此,必须慎重考虑夹持时的支撑点、定位点和夹紧点。 夹具结构应力要求简单,对形状简单的单件小批量生产的零件可以通过夹具。 夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。 由于该零件材料是45钢一般不会产生夹紧变形,零件尺寸小、结构和形状比较简单,不需要用专用夹具,所以只需要用三爪定位卡盘和一辅助装夹的垫片。 由于三爪卡盘具有自动定心功能。 4量具与冷却液的选择 (1>量具的选择 在数控车削加工工件中,为了确保工件的尺寸精度,笔削选择正确的测量工具,量具种类很多,但不同的工件采用不同的量具作为测量工具。 但在数控车削外圆中多采用千分尺和游标卡尺作为测量工件的量具。 由于游标卡尺是一种通用量具使用方便的特点。 对一般精度高的零件选用千分尺。 (2>冷却液的选择 由于在切削加工过程中,被切削层金属的变形、切削与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热——切削热。 由于热胀冷缩的原理,工件和刀具吸收了一部分的热量后,工件和刀具会产生变形,最终影响加工精度。 如果大量的切削热传入刀具,容易使刀具损坏——造成“烧刀”的现象。 为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命,在切削加工过程中笔削使用冷却液对工件和刀具进行冷却,以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。 该工件材料为45钢,为了避免刀具与工件摩擦产生大量热影响工件精度,在加工时主要是以冷却为主,多采用乳化液作为冷却液。 乳化液是通过乳化添加剂形成的切削油和水溶液的混合物。 通常是由一定比例的油和乳化剂制成的乳化膏。 其性能介于水溶液和切削油之间,使用时根据需要将乳化膏按重量稀释成一定浓度的水溶液。 低浓度的乳化液主要起冷却作用,用于粗加工和磨削加工;高浓度的乳化液主要起润滑作用,用于精加工。 5加工工艺方案的确定 数控车床加工工艺设计是在制定了工艺路线的基础上兼顾考虑程序编制的要求,安排数控车床工序的具体内容和工步顺序。 加工中使用的刀具较多时,为了减少换刀次数,缩短辅助时间,可以将一把刀具所加工的内容安排在一个工序<或工步)中。 按照工件加工表面的性质和要求,先进行零件表面的粗加工,然后进行零件表面的精加工。 按照从简单到复杂的原则,先加工简单的一端,再加工复杂的一端。 5.1内螺纹件外圆圆弧和螺纹端加工及切槽加工 5.1.1工艺分析 零件材料为45钢料,该零件由外螺纹、锥面、槽、圆弧等表面组成。 结构形状较为复杂,加工过程中一定要保证尺寸和形位精度。 5.1.2确定装夹方案 为了使工序基准与定位基准重合,又由于该零件是两头加工,单段加工对零件的要求性不高,只需采用三爪卡盘夹紧工件50mm外圆左端面,车削右端面,工件伸出长度为40mm。 在装夹过程中,调整好工件在卡盘内的基准,装夹定位应夹紧可靠。 5.1.3确定加工方案 采用三爪自定心卡盘夹持左端——车右端面——车右端圆弧——粗、精车右端各段——切槽——调头装夹——车左端面——粗、精加工左端——钻内孔——车内螺纹。 5.1.4确定工步顺序,进刀路线和所用刀具 为了减少工件加工过程中的变形对最终精度的影响,内外表面要分开进行。 根据工步顺序和切削加工进给路线的确定原则。 (1>粗车外表面 选用45度外圆车刀,并用外圆粗切削循环(G73>进行外表面粗车加工。 X轴方向精加工余量0.5mm,Z轴方向精加工余量0.2mm,走刀路线及加工部位入图5-1所示。 图5-1粗加工外表面 由于是粗加工,可选一把刀具将整个外表面车削成型,其中到角、切槽及加工螺纹等工序暂时不用考虑,但必须为以后的加工留有足够的余量。 (2>切槽 用宽为5mm的切槽刀进行切槽加工。 切槽时,切槽刀的效率是比较高的,而且切槽深度仅为1.5mm所以切削时排削比较容易,但为了保证精度和刀具,一定要将主轴转速调低,以保证更好的加工精度和更好的排屑,加工示意图如图5-2所示。 图5-2切槽 (3>精车外表面(锥面、外圆、圆弧> 选用55度菱形刀片,精车图右端的外圆面及圆锥面。 由于是精车,各个部位的精度要求较高,所以加工需要把主轴转速调高,进给速度相应也调低,刀具进给路线和加工部位入图5-3所示。 图5-3精车外表面 (4>加工外螺纹 加工螺纹钱前,刀具的选择很重要,我们可选用专用的外螺纹车刀进行加工。 用G92螺纹切削循环加工外螺纹,其切削过程中,从始点出发“切入——切螺纹——切出——返回起始点”循环加工。 另外要注意: 在车削螺纹时,刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速度比关系。 要考虑到刀具从停止状态到指定的进给速度或从指定的进给速度降至零,驱动系统必须有一个过度过程,沿轴向的加工路线长度,除保证加工螺纹长度外,还应增加2-5mm的刀具切入距离和1-2mm的刀具切出距离,以保证加工正常进行,有必要时最后一刀还必须重复车几次,以保证加工质量。 5.1.5确定切削用量 根据加工要求确定切削用量,具体情况如下: (1>粗切外表面 根据毛坯件伸出的直径,并结合机床的性能的要求选取。 根据计算取粗车主轴转速为n=750mm/min;进给量F=0.2-0.5mm/r。 (2>切螺纹退刀槽 主轴转速S=200r/min;进给量F=0.05mm/r (3>半精车、精车外圆柱、外圆锥面、弧面等 主轴转速S=1250r/mm;进给量F=0.1-0.5mm/r (4>外螺纹加工 主轴转速S=600-800r/mm;进给量F=0.05-0.2mm/r (5>倒角 主轴转速S=800r/min;进给量F=0.1mm/r 5.2内螺纹件的内孔端加工 5.2.1工艺分析 该零件右端面由内锥形孔等组成的套类零件。 零件结构形状比较复杂,需要加工的部位不多,但加工难度还是比较大的,特别是锥形孔及螺纹加工,工步不多,但精度要求高,需要配合的地方难度大。 在加工过程中,应密切注意走刀速度及路线,主轴转速一定要合适,背吃刀量要控制,刀具等很重要,要争取选择。 5.2.2确定装夹方案 将其毛坯的右端用三爪卡盘装夹固定,(装夹时用铜片或垫片包好,以免夹伤工件影响表面质量>。 重新对刀对次零件进行二次加工,然后车削左端面 <可利用尾座上的钻头打一个中心孔,然后用顶针顶住,目的限制自由度。 粗精加工后,将刀架移开并用直径为Ф18mm的钻头钻内圆柱面。 5.2.3确定工步顺序,进刀路线和所用刀具加工方案 (1>精车外表面 去除顶针,重新调整主轴转速及进给速度,刀具进给路线一定要保证正确,保证安全生产,保证精度。 精车加工,走刀路线相同,但要确保程序的正确性,达到表面尺寸的要求加工方法及要点与前面相同。 (2>钻孔 表面加工后,选用Ф18mm顶角为120度的钻头,进行内孔加工(钻孔之前要用中心钻钻中心孔>,与内孔车刀的切削效率相比,钻头效率更高。 (3>粗精车内圆柱面、内圆锥面 选用55度菱形刀片进行内孔粗精加工到所要求的尺寸,走刀路线以切削部位为准。 如图5-4所示。 图5-4粗精车内孔 注意: 要留有一定的加工余量给精加工,密切注意换刀点要远离工件,保证安全生产。 (4>粗精车内螺纹,如图5-5所示。 5.2.4确定切削用量 根据加工要求确定切削用量,具体情况如下: (1>粗车外表面 主轴转速S=750r/mm;进给量F=0.2mm/r 图5-5粗精车内螺纹 (2>精加工外表面 主轴转速S=1250r/mm;进给量F=0.1mm/r (3>钻削内孔深度 主轴转速S=200-400r/mm;进给量F=0.075r/mm (4>粗车内孔及半精车其表面 主轴转速S=700r/mm;进给量F=0.15mm/r (5>精车内表面 主轴转速S=1200r/mm;进给量F=0.1mm/r 5.3外螺纹的加工 下图5-6所示为外螺纹件。 分析并制定其数控加工工序的工艺过程。 该零件所需材料为45钢。 毛坯尺寸为Ф50mm×58mm。 图5-6外螺纹件 5.3.1工艺分析 该零件是最简单的轴类零件,但是要用与配合零件,其精度要求很高,加工时应特别注意他的走刀量,主轴转速与进给速度都要合理选择。 选择刀量也应该特别注意,保证加工精度。 5.3.2确定装夹方式 用于将毛坯的左端用三爪卡盘夹紧,并留有一定余量用于切断。 5.3.3确定工步顺序 粗车外表面——精车外表面——切断 5.3.4确定切削用量 根据加工要求确定切削用量,具体情况如下: (1>粗切外表面轮廓 主轴转速S=750r/mm;进给量F=0.15-0.25mm/r (2>精车外表面轮廓 主轴转速S=1250r/mm;进给量F=0.05mm/r (3>切槽 主轴转速S=200r/mm;进给量F=0.05mm/r 6编写工艺文件 6.1数控加工工艺过程卡片 工艺过程卡片见下表6-1(a>、6-1(b>所示。 表6-1(a>加工工艺过程卡片 数控加工工艺过程卡片 产品型号 零件图号 01 产品名称 零件名称 外螺纹件 共2页 第1页 材料牌号 45钢 毛坯种类 棒料 毛坯外型尺寸 Ф50mm×115mm 每毛坯件数 1 工序号 名称 工序内容 车间 工段 设备 工艺设备 工时 1 下料 毛坯Ф50mm×115mm 2 车 车夹持面 1 C2-6136HK 三爪卡盘 车端面 1 C2-6136HK 硬质合金外圆刀 粗精车外轮廓只尺寸 1 C2-6136HK 硬质合金外圆刀 切槽至尺寸 1 C2-6136HK 切断刀 粗精车螺纹至尺寸 1 C2-6136HK 硬质合金螺纹刀 掉头装夹 1 C2-6136HK 三爪卡盘 车端面至尺寸 1 C2-6136HK 硬质合金外圆车刀 粗精车外轮廓至尺寸 1 C2-6136HK 硬质合金外圆车刀 钻孔 1 C2-6136HK 钻头 粗精车内孔至尺寸 1 C2-6136HK 内孔车刀 粗精车内螺纹 1 C2-6136HK 内螺纹刀 3 检验 按零件图检验 250mm/0.02游标卡尺 编制 指导老师 审核 批准 宜宾职业技术学院 胡乔 蒋世应 蒋世应 蒋世应 200911484 表6-1(b>加工工艺过程卡片 数控加工工艺过程卡片 产品型号 02 产品名称 内螺纹件 共2页 第2页 材料牌号 45钢 毛坯种类 棒料 毛坯外形尺寸 Ф50mm×58mm 每毛坯件数 1 工序号 工序名称 工序内容 车间 工段 设备 工艺设备 工时 1 下料 下料毛坯Ф50mm×58mm 2 车 车夹持面 1 C2-6136HK 三爪卡盘 车端面 1 C2-6136HK 硬质合金外圆车刀 粗精车外轮廓至尺寸 1 C2-6136HK 硬质合金外圆车刀 切断 1 C2-6136HK 切槽刀 3 检验 按零件图检验
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