数控加工特殊轴类零件数控加工工艺精编.docx
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数控加工特殊轴类零件数控加工工艺精编
(数控加工)特殊轴类零件数控加工工艺
前言.........................................................
摘要...........................................................
关键词.........................................................
壹、零件图样分析...................................
(壹)结构分析................................................
(二)选材分析................................................
二、工件的装夹…………………………………………………
(壹)技术要求分析.............................................
(二)数控车床夹具.............................................
(三)通用夹具....................................................
(四)俩顶尖装夹的方法............................................装夹方式(1、2、3分析--选择)
(五)工件的找正..................................................
三、数控刀具的选择..................................
(壹)数控刀具的要求和特点........................................
(二)数控刀具的材料..............................................
(三)可转位车刀.........................
四、数控车削加工的对刀...............................
(壹)对刀的概念..................................................
(二)确定对刀点或对刀基准点的壹般原则............................
(三)对刀的方法...................................................
五、程序的编制.......................................
(壹)编程方法......................................................
(二)确定加工路线..................................................
(三)装夹方法和对刀点的选择........................................
(四)选择刀具......................................................
(五)确定切削用量..................................................
(六)程序编制......................................................
六、数控铣床的操作和加工.................
(壹)数控铣床概述........................
(二)走刀路线的确定.........................
(三)花键加工..........................
(四)齿轮加工..................................................
总结.................................................................
后记.................................................................
参考文献.............................................................
摘要
本零件在设计加工过程中分析了轴的特点及作用,介绍了轴的数控加工工艺设计和程序编制。
要体当下对材料的选择、刀具的选择、工装夹具、定位元件、基准的选择、定位方式、对刀、工艺路线拟定、程序的编制、数控车、数控铣等。
着重说明了数控加工工艺设计的主要内容、数控加工工艺和普通加工工艺的区别及特点、控刀具的要求和特点、数控刀具的材料、选择数控刀具时应考虑的因素、工件的安装、定位误差的概念和产生的原因、数控车床的主要加工对象、数控车床的坐标系、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定、工步顺序的安排、切削参数选择、数控铣床的主要加工对象等。
全面审核投入生产制造中。
其中轴的数控加工工艺分析、装夹、基准的选择、工艺路线的拟定、程序的编制既是重点又是难点。
前言
制造业是所有和制造有关的行业的总称,是壹个国家国民经济的支柱产业。
它壹方面为全社会日用消费品生产创造价值,另壹方面也为国民经济各部门提供生产资料和装备。
据估计,工业化国家70%~80%的物质财富来自制造业,约有1/4的人口从事各种形式的制造活动。
可见,制造业对壹个国家的经济地位和政治地位具有至关重要的影响,在21世纪的工业生产中具有决定性的地位和作用。
由于现代科学技术日新月异的发展,机电产品日趋精密和复杂,且更新换代速度加快,改型频繁,用户的需求也日趋多样化和个性化,中小批量的零件生产越来越多。
这对制造业的高精度、高效率和高柔性提出了更高的要求,希望市场能提供满足不同加工需求、迅速高效、低成本地构筑面向用户的生产制造系统,且大幅度地降低维护和使用的成本。
同时仍要求新壹代制造系统具有方便的网络功能,以适应未来车间面向任务和定单的生产组织和管理模式。
随着社会经济发展对制造业的要求不断提高,以及科学技术特别是计算机技术的高速发展,传统的制造业已发生了根本性的变革,以数控技术为主的现代制造技术占据了重要地位。
数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测及自动控制等高新技术于壹体,是制造业实现柔性化、自动化、集成化及智能化的重要基础。
这个基础是否牢固,直接影响到壹个国家的经济发展和综合国力,也关系到壹个国家的战略地位。
因此,世界各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
在我国,数控技术和装备的发展亦得到了高度重视,近年来取得了相当大的进步,特别是在通用微机数控领域,基于PC平台的国产数控系统,已经走在了世界前列。
毕业设计是在修完所有课程之后,我们走向社会之前的壹次综合性设计。
主要用到所学的数控加工工艺设计、机械设计等方面的知识。
着重说明壹轴的数控加工方法,即零件图样的分析、数控加工的工艺分析、工艺路线的制定、数控程序的编制。
通过本次毕业设计,使我更加了解数控加工的含义,以及懂得如何查阅相关资料和怎样解决在实际工作中遇到的实际问题,这为我以后从事这项职业打下了良好的基础。
壹、零件图样分析
(壹)结构分析
该轴为壹阶梯轴,工作时受弯曲和扭转应力作用,但承受的应力和冲击力不大,运转较平稳,工作条件较好。
大端内孔工作时需经常和顶尖、卡盘有相对摩擦;花键部位和齿轮会有相对滑动或碰撞。
(二)选材分析?
由于该轴是用作变速器上的传动轴,对性能方面要求都较高,而且该主轴结构形状较简单,工作最大应力处于表层,应选用合金调质钢,本设计选用40cr作轴的材料。
40cr
成分:
碳0.37~0.45%,硅0.17~0.37%,锰0.5~0.8,铬0.8~1.1%
退火硬度:
小于207HBS
正火硬度:
小于250HBS
调质处理:
试样直径:
25mm,850度淬火加热油淬,520度回火后:
抗拉1000兆帕,屈服800兆帕,延伸9%,断面收缩45%,冲击韧性588.3千焦/平方米
40Cr:
抗拉强度比相应的碳素钢约高20%,具有良好的淬透性,截面在50mm以下时,油淬后有较高的疲劳强度,切削加工性能良好,但焊接性能较差。
40Crr进行不同的热处理,具有不同的用途。
例如:
T235热处理工艺后:
用于承受中等负荷,高速度及冲击的零件,如轴、套等;c52热处理工艺后:
用于承受重负荷,低冲击及要求耐磨的零件,如:
轴、套、环、蜗杆等。
D500热处理工艺后:
用于表面耐磨、要求热处理变形小的零件,如伞齿轮、螺旋齿轮、花键套等
45钢也是轴类零件的常用材料,它价格便宜,经过调质(或正火)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,淬火后表面硬度可达45~52HRC。
合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件,这类钢经调质和淬火后,具有较好的综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn,经调质和表面高频淬火后,表面硬度可达50~58HRC,且具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能,可制造较高精度的轴。
精密机床的主轴(例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴)可选用38CrMoAIA氮化钢。
这种钢经调质和表面氮化后,不仅能获得很高的表面硬度,而且能保持较软的芯部,因此耐冲击韧性好。
和渗碳淬火钢比较,它有热处理变形很小,硬度更高的特性。
二、工件的装夹
(壹)技术要求分析
由零件简图可知,该主轴呈阶梯状,其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面,安装滑动齿轮的花键等。
下面分别介绍该轴各主要部分的作用及技术要求:
⑴支承轴颈该轴左端φ17.4和φ36.4径向跳动公差为0.04mm;表面粗糙度Ra为1.6mm;支承轴颈尺寸精度为IT6-IT7。
因为该轴支承轴颈是用来安装支承轴承,是轴上部件的装配基准面,所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。
⑵空套齿轮轴颈空套齿轮轴颈俩端面对俩端中心孔的径向圆跳动公差为0.02mm。
由于该轴颈是和齿轮孔相配合的表面,对支承轴颈应有壹定的同轴度要求,否则引起主轴传动啮合不良,当轴的转速很高时,仍会影响齿轮传动平稳性且产生噪声。
解决方案?
⑶其它部分达到尺寸要求即可。
加工的主要问题是如何保证该轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度,更值得注意的是怎样保证轴上俩轴颈及齿轮俩端面处的圆跳动要求?
考虑到该轴是以俩端面做为该轴的设计基准,所以采用俩顶尖装夹的方法加工该轴。
(二)数控车床夹具
1.数控车床夹具的定义和分类
在数控车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具。
车床夹具可分为通用夹具和专用夹具俩大类。
通用夹具是指能够装夹俩种或俩种之上工件的夹具,例如车床上的三爪卡盘、四爪卡盘、弹簧卡套和通用心轴等;专用夹具是专门为加工某壹特定工件的某壹工序而设计的夹具。
2.夹具作用
在数控车削加工过程中,夹具是用来装夹被加工工件的,因此必须保证被加工工件的定位精度,且尽可能做到装卸方便、快捷。
选择夹具时应优先考虑通用夹具。
使用通用夹具无法装夹、或者不能保证被加工工件和加工工序的定位精度时,才采用专用夹具。
专用夹具的定位精度较高,成本也较高。
专用夹具的作用为:
(1)保证产品质量
(2)提高加工效率
(3)解决车床加工中的特殊装夹问题
(4)扩大机床的使用范围
使用专用夹具能够完成非轴套、非轮盘类零件的孔、轴、槽和螺纹等的加工,可扩大机床的使用范围。
在数控车削加工中,较短轴类零件的定位方式通常采用壹端外圆固定,即用三爪卡盘、四爪卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面,此定位方式对工件的悬伸长度有壹定限制,工件悬伸过长会在切削过程中产生变形,工件悬伸过长仍会增大加工误差甚至掉活。
对于切削长度较长的轴类零件能够采用壹夹壹顶,或采用俩顶尖定位。
在装夹方式允许的条件下,零件的轴向定位面尽量选择几何精度较高的表面。
(三)通用夹具
1.圆周定位夹具
在数控车削加工中,粗加工、半精加工的精度要求不高时,可利用工件或毛坯的外圆表面定位。
(1)三爪卡盘
三爪卡盘是最常用的车床也是数控车床的通用卡具。
三爪卡盘最大的优点是能够自动定心。
它的夹持范围大,但定心精度不高,不适合于零件同轴度要求高时的二次装夹。
三爪卡盘常见的有机械式和液压式俩种。
液压卡盘装夹迅速、方便,但夹持范围小,尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。
数控车床经常采用液压卡盘,液压卡盘特别适用于批量加工。
(2)软爪
由于三爪卡盘定心精度不高,当加工同轴度要求较高的工件、或者进行工件的二次装夹时,常使用软爪。
通常三爪卡盘的卡爪要进行热过处理,硬度较高,很难用常用刀具切削。
软爪是改变上述不足而设计制造的壹种具有切削性能的夹爪。
加工软爪时要注意以下几方面的问题:
1)软爪要在和使用时相同的夹紧状态下进行车削,以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差。
车削软爪内定位表而时,要在软爪尾部夹壹适当的圆盘,以消除卡盘端面螺纹的间隙。
2)当被加工件以外圆定位时,软爪夹持直径应比工件外圆直径略小。
其目的是增加软爪和工件的接触面积。
软爪内径大于工件外径时,会造成软爪和工件形成三点接触,此种情况下夹紧牢固度较差,所以应尽量避免。
当软爪内径过小时,会形成软爪和工件的六点接触,不仅会在被加工表面留下压痕,而且软爪接触面也会变形。
这在实际使用中都应该尽量避免。
软爪有机械式和液压式俩种。
软爪常用于加工同轴度要求较高的工件的二次装夹。
(3)卡盘加顶尖
在车削质量较大的工件时,壹般工件的壹端用卡盘夹持,另壹端用后顶尖支撑。
为了防止工件由于切削力的作用而产生的轴向位移,必须在卡盘内装壹限位支撑,或者利用工件的台阶面进行限位。
此种装夹方法比较安全可靠,能够承受较大的轴向切削力,安装刚性好,轴向定位准确,所以在数控车削加工中应用较多。
(4)芯轴和弹簧芯轴
当工件用已加工过的孔作为定位基准时,可采用芯轴装夹。
这种装夹方法能够保证工件内外表面的同轴度,适用于批量生产。
芯轴的种类很多。
常见的芯轴有圆柱芯轴、小锥度芯轴,这类芯轴的定心精度不高。
弹簧芯轴(又称涨心芯轴),既能定心,又能夹紧,是壹种定心夹紧装置。
(5)弹簧夹套
弹簧夹套定心精度高,装夹工件快捷方便,常用于精加工的外圆表面定位。
它特别适用于尺寸精度较高、表面质量较好的冷拔圆棒料的夹持。
它夹持工件的内孔是规定的标准系列,且非任意直径的工件都能够进行夹持。
(6)四爪卡盘
加工精度要求不高、偏心距较小、零件长度较短的工件时,能够采用四爪卡盘进行装夹,如图3-12所示。
四爪卡盘的四个卡爪是各自独立移动的,通过调整工件夹持部位在车床主轴上的位置,使工件加工表面的回转中心和车床主轴的回转中心重合。
可是,四爪卡盘的找正烦琐费时,壹般用于单件小批生产。
四爪卡盘的卡爪有正爪和反爪俩种形式。
(四)俩顶尖装夹的方法
俩顶尖装夹工件时的安装为:
先使用对分夹头或鸡心夹头夹紧工件壹端的圆周,再将拨杆旋入三爪卡盘,且使拨杆伸向对分夹头或鸡心夹头的端面。
车床主轴转动时,带动三爪卡盘转动,随之带动拨杆同时转动,由拨杆拨动对分夹头或鸡心夹头,拨动工件随三爪卡盘的转动而转动。
俩顶尖只对工件有定心和支撑作用,必须通过对分夹头或鸡心夹头的拨杆带动工件旋转。
俩顶尖定位的优点是定心正确可靠,安装方便。
顶尖作用是进行工件的定心,且承受工件的重量和切削力。
使用俩顶尖装夹工件时的注意事项:
1)前后顶尖的连线应该和车床主轴中心线同轴,否则会产生不应有的锥度误差。
2)尾座套筒在不和车刀干涉的前提下,应尽量伸出短些,以增加刚性和减小振动。
3)中心孔的形状应正确,表面粗糙度应较好。
4)俩顶尖中心孔的配合应该松紧适当。
(五)工件的找正
找正装夹
数控车床进行工件的装夹时,必须将工件表面的回转中心轴线,即工件坐标系的Z轴,找正到和数控车床的主轴中心轴线重合。
2.找正方法
同于普通车床找正工件的的找正方法。
用打表找正。
通过调整卡爪,使得工件坐标系的Z轴和数控车床的主轴回转中心轴线重合。
使用三爪自动定心卡盘装夹较长的工件时,由于工件较长,工件远离三爪自动定心卡盘夹持部分的旋转中心和车床主轴的旋转中心不重合,此时必须进行工件的安装找正。
在三爪自动定心卡盘的精度不高时,安装工件时也需要进行工件的装夹找正。
三、数控刀具的选择
(壹)数控刀具的要求和特点
要有高的切削效率
要有高的精度和重复定位精度
要有高的可靠性和耐用度
实现刀具尺寸的预调和快速换刀
具有完善的模块式工具系统
建立完备的刀具管理系统
要有在线监控及尺寸补偿系统
数控车床能兼作粗精车削,因此粗车时,要迁强度高、耐用度好的刀具,以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。
精车时,要选精度高、耐用度好的刀具,以保证加工精度的要求。
耐磨
此外,为减少换刀时间和方便对刀,应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。
夹紧刀片的方式要选择得比较合理,刀片最好选择涂层硬质合金刀片。
目前,数控车床用得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具俩种。
涂层
(二)数控刀具的材料
刀具的选择是根据零件、硬度、以及加工表面粗糙度要求和加工余量的已知条件来决定刀片的几何结构(如刀尖圆角)、进给量、切削速度和刀片牌号。
焊接式车刀和可转位车刀
硬质合金焊接式车刀
硬质合金焊接式车刀是由硬质合金刀片和普通结构钢刀杆通过焊接而成。
其优点是结构简单、制造方便、刀具刚性好、使用灵活,故应用较为广泛。
图6-13所示为焊接式车刀。
1.刀片型号及其选择
硬质合金刀片(carbidetip)除正确选用材料和牌号外,仍应合理选择其型号。
表6-1为硬质合金焊接式刀片示例。
焊接式车刀刀片分为A、B、C、D、E五类。
刀片型号由壹个字母和壹个或二个数字组成。
字母表示刀片形状、
数字代表刀片主要尺寸。
刀片尺寸中的l要根据背吃刀量和主偏角确定。
外圆车刀壹般应使参加工作的切削刃长度不超过刀片长度的60~70%。
对于切断刀、车槽刀用的l应该根据槽宽或切断刀的宽度选取,切断刀可按l=0.6d0.5估计(式中d为工件直径)。
刀片尺寸中的t的大小要考虑重磨次数和刀头结构尺寸的大小。
刀片尺寸中的s要根据切削力的大小等因素确定。
2.刀槽的形状和尺寸
图6—14为所用的刀槽形式。
开口式制造简单,焊接面积小,适用于C型和D型刀片。
半封闭式焊接后刀片较牢固,但刀槽加工不便,适用于A,B型刀片。
封闭式能增加焊接面积,但制造困难,适用于E型刀片。
切口式用于车槽,切断刀。
可使刀片焊接牢固,但制造复杂,适用于E型刀片。
槽尺寸hg,bg,Lg应和刀片尺寸相适应。
为便于刃磨,壹般要使刀片露出刀槽0.5~1mm,刀槽后角α0g要比刀具后角α0大2°~4°。
如图6–15所示
3.刀杆及刀头的形状和尺寸
刀杆的截面尺寸壹般可按机床中心高确定。
刀杆上支承部分高度H1和刀片厚度S应有壹定的比例,如图6—16所示:
H1/s>3时焊接后刀片表面引起的拉应力不显著,不易产生裂纹;H1/s<3时,刀片表面层的拉应力较大,易出现裂纹
刀杆长度可按刀杆高度H的6倍估计,且选用标准尺寸系列,如100、125、150、175、……等。
刀头形状壹般有直头和弯头俩种。
直头制造容易,弯头通用性好。
刀头尺寸主要有刀头有效长度L及刀尖偏距m,如图6—17所示。
可按下式计算:
90°外圆车刀m≈B/4;L=1.2L
切断刀m≈L/3,L>R(工件半径)。
(三)可转位车刀
可转位车刀是用机械夹固的方式将可转位刀片固定在刀槽中而组成的车刀,当刀片上壹条切削刃磨钝后,松开夹紧机构,将刀片转过壹个角度,调换壹个新的刀刃,夹紧后即可继续进行切削。
和焊接式车刀相比,它有如下特点:
(1)刀片未经焊接,无热应力,可充分发挥刀具材料性能,耐用度高;
(2)刀片更换迅速,方便,节省辅助时间,提高生产率;
(3)刀杆多次使用,降低刀具费用;
(4)能使用涂层刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼和金刚石复合刀片;
(5)结构复杂,加工要求高;壹次性投资费用较大;
(6)不能由使用者随意刃磨,使用不灵活。
2.可转位刀片
图6–18所示为可转位刀片标注示例
号位2表示刀片后角。
后角0°(N)使用最广。
号位3表示刀片精度。
刀片精度共分11级,其中U为普通级,M为中等级,使用较多。
号位4表示刀片结构。
常见的有带孔和不带孔的,主要和采用的夹紧机构有关。
号位5、6、7表示切削刃长度、刀片厚度、刀尖圆弧半径。
号位8表示刃口形式。
如F表示锐刃等,无特殊要求可省略。
号位9表示切削方向。
R表示右切刀片,L表示左切刀片,N表示左右均可。
号位10表示断屑槽宽。
表6—2为常用可转位车刀刀片断屑槽槽型特点及适用场合。
数控车削加工壹个零件时,往往需要几把不同的刀具,而每把刀具在安装时是根据数控车床装刀要求安放的,当它们转至切削位置时,其刀尖所处的位置各不相同。
可是数控系统要求在加工壹个零件时,无论使用哪壹把刀具,其刀尖位置在切削前均应处于同壹点,否则,零件加工程序就缺少壹个共同的基准点。
为使零件加工程序不受刀具安装位置而给切削带来影响,必须在加工程序执行前,调整每把刀的刀尖位置,使刀架转位后,每把刀的刀尖位置都重合在同壹点,这壹过程称为数控车床的对刀。
(1)刀位点
刀位点,是刀具的基准点,壹般是刀具上的壹点。
尖形车刀的刀位点为假想刀尖点,圆形车刀的刀位点为圆弧中心,钻头的刀位点为钻尖,平底立铣刀的刀位点为端面中心,球头铣刀的刀位点为球心。
数控系统控制刀具的运动轨迹,就是控制刀位点的运动轨迹。
刀具的轨迹是由壹系列有序的的刀位点位置和连接这些位置点的直线或圆弧组成的。
(2)起刀点
起刀点是刀具相对工件运动的起点,即加工程序开始时刀具刀尖点的起始位置,经常也将它做为加工程序运行的终点。
(3)对刀点和对刀
对刀点是用来确定刀具和工件的相对位置关系的点,是确定工件坐标系和机床坐标系的关系的点。
对刀就是将刀具的刀位点置于对刀点上,以建立工件坐标系。
(4)对刀基准点
对刀时确定对刀点的位置所依据的基准。
该基准能够是点、线或面。
对刀基准点壹般设置在工件上(定位基准或测量基准)或夹具上(夹具元件设置的起始点)或机床上。
(5)对刀参考点
是代表刀架、刀台或刀盘在机床坐标系内位置的参考点,即CRT显示的机床坐标系中坐标值的点,也叫做刀架中心或刀具参考点。
能够利用此坐标值进行对刀操作。
数控加工中回参考点时应该使刀架中心和机床参考点重合。
(6)换刀点
数控加工程序中指定用于换刀的位置点。
在数控加工中,需要经常换刀,所以在加工程序中要设置换刀点。
换刀点的位置应该避免和工件、夹具和机床发生干涉。
普通数控车床的换刀点由编程指定,通常将其和对刀点重合。
车削中心的换刀点壹般为壹固定点。
不能将换刀点和对刀点混为壹谈。
(二)确定对刀点或对刀基准点的壹般原则
对刀点或对刀基准点能够设置在被加工工件上,也能够设置在和零件定位基准有关联尺寸的夹具的某壹位置上,也能够设置在机床三爪卡盘的前端面上。
选择原则如下:
(1)对刀点的位置容易确定;
(2)能够方便换刀,以便和换刀点重合;
(3)对刀点应和工件坐标系原点重合;
(4)批量加工时,为使得壹次对刀能够加工壹批工件,对刀点应该选取在定位元件的起始基准上,且将编程原点和定位基准重合,以便直接按照定位基准对刀。
(三)对刀的方法
对刀的方法因实际情况而异,有多种多样。
(1)采用G50(FUNAC数控系统)设定工件坐标系时的对刀方法
毛坯为φ70mm的棒料,欲加工最大直径为φ66mm、总长为275mm的零件。
编程时采用程序段G50X200.0Z200.0。
设定工件坐
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