平衡轴的数控加工工艺分析加工工艺设计毕业论文.docx
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平衡轴的数控加工工艺分析加工工艺设计毕业论文
本科毕业论文(设计)
平衡轴的数控加工工艺分析
摘要
本文通过查找参考文献,网上搜索等途径,先对BMMWhp4平衡轴理论基础进行了分析,包括平衡轴的概述,数控加工技术等。
对这些理论基础进行了深层次的了解。
在这个基础上主要开始对BMMWhp4平衡轴的数控加工工艺进行了分析,包括平衡轴结构图的分析,工艺的分析,数控编程远点的选择,毛坯的选择等。
然后,开始选择平衡轴加工方法,在方法确定后,开始对机床和刀具的选择,当方法和工具选定后,就要开始把平衡轴安装上去进行加工了。
总共进行了两次装夹加工,最后进行了车削M30X2-6g螺纹,加工之前也需要对走刀路线的确认。
由于平衡轴表面质量的原因,切削量的选择和对刀点与换刀点的确定也很重要。
最后开始对BMMWhp4平衡轴程序编制。
通过这些步骤,完整的分析了BMMWhp4平衡轴的加工工艺。
关键词:
平衡轴、加工工艺、加工参数、数控编程
Abstract
Pick to In this paper, the theoretical basis of BMMW hp4 balance axis was analyzed by searching references and searching on the Internet, including the overview of balance axis and nc machining technology. Have carried on the deep level understanding to these theories foundation. On this basis, the numerical control machining technology of BMMW hp4 balance axis is mainly analyzed, including the analysis of the structure diagram of the balance axis, the analysis of the process, the choice of the remote point of numerical control programming, the choice of the blank, etc. Then, start to choose the balance shaft machining method, after the method is determined, start to choose the machine tool and tool When the method and tool are selected, it is time to install the balance shaft for machining. A total of two clamping processes were carried out, and finally the thread of m30x2-6g was turned. Before the processing, it was also necessary to confirm the cutting route. Because of the surface quality of the balance shaft, the choice of cutting quantity and the determination of the tool point and the tool change point are also very important. Finally, BMMW hp4 balancing shaft was programmed. Through these steps, the processing technology of BMMW hp4 balance shaft was analyzed.
Keywords:
balanceaxis,processingtechnology,processingparameters,NCprogramming
前言
机械工业是社会经济水平不断提升的基础力量,而数控加工工艺对于机械行业而言意义重大。
也就是说,社会生活中绝大多数部门的经济效益与生产能力很大程度上受到数控行业与机械行业的影响,能够发挥机械装备技术引导的作用,维护功能与行业当前机械设施的稳定性。
因此,数控加工技术和生产规模的水平是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要指标。
数控操作工艺的确定为直接指引产品与生产过程及处理方式的过程性文件资料,将极大程度上作用于产品品质,企业工作效率与竞争水平。
笔者经过围绕
平衡轴数控加工工艺进行研究,通过对平衡轴的加工,总结出了平衡轴数控加工工艺分析的方法,这对实际生产提高制造质量,具有很大的意义。
1.概述
1.1平衡轴概述
平衡轴技术的作用重要,且操作起来比较简便,能够显著减轻车辆的振动,提高驾驶过程的舒适感。
平衡轴包含双平衡轴与单平衡轴两类。
其中,前者运用的为链传动模式以促使两根平衡轴进行转动,这之中一个轴的转动速率和发动机而言,可达到其2倍,能够去除发动机的一阶振动,而剩余的那个轴与发动机的转动速率保持一致,能够去除发动机的二阶振动,进而实现良好的减振作用。
由于双平衡轴所耗费的资金较多,且构造繁杂、体积较大,因此此类轴通常被应用于大排量的车辆上。
此外,可将此双平衡轴放安装于和气缸中心线成角度对称的位置,其转动速率和曲轴一致,但是两者的旋转方向恰好不同,此为应用于平衡发动机上的一阶往复惯性力。
单平衡轴仅需要唯一一个平衡轴,具体的运行机理为齿轮传动,且借助曲轴转动促使平衡轴带动齿轮,平衡轴与平衡轴以从动的方式带动齿轮。
由于此种轴的平衡一阶振动在振动系统中占比较高,因此会显著缓解发动机出现的振动。
基于其体积较小,构造相对非常简单,因此被广泛运用于小排量的车辆上。
1.2数控加工技术
数控加工所表示的为利用数控机床对相关零件进行加工处理的方式,大体上而言常规的机床加工和数控机床加工相同,然而,两者差异在于,数控加工是解决零件种类多,结构复杂,数量小,精度高等问题,也是实现自动加工和高效率的有效途径。
数控机床还可叫做数字控制机床,其是通过计算机来进行调控的。
不管是常规的计算机或者专门的计算机,均可叫做数控系统。
数控机床上发生的任何操作处理均可通过此系统进行调控。
该系统所发出的每一项指令会依据零件的质量、设备特性,加工需求等进行编制。
数控系统能够依据指令对机床上进行的工艺进行控制。
当机床上的平衡轴等各种零件加工完成后,机床就会停止。
数控机床都是在输入命令后才会进行工作。
机床开始工作与暂停、转动角度与转速、进给运动的速率、角度与方式、刀具规格确定、冷却剂的启动和关闭等功能都可以有数控机床来操作。
数控技术是用电脑编程控制数控机床的一种技术。
数控技术被广泛应用于自动化与机械生产领域,数控技术可有效应对多种多样的零件与繁杂的平衡轴加工处理与生产环节的自动化等相关问题。
由于自动控制技术与计算机科技得到了迅速的进步与提升,促使此项技术于机电一体化装置,数控机床等装置中得到了大量的运用。
而且,随着经济的发展,改善数控设备和在理论和应用数控机械的要求上也提高了。
伴随信息技术的不断进步,世界范围内的机床产业逐渐步入机电一体化的新时期,并且数字化生产技术已经成为最重要的部分,这其中的典型为数控机床。
伴随科技的持续进步与提高,数控机床获得了快速的发展,同时数控机床也在向着速度更快,功能更多,精确度更高,更加灵活与模块化的趋势迈进。
2.零件的分析
2.1平衡轴结构图分析
如图1.1所示平衡轴从结构上来看包括外表面和内表面:
其中,前者包含圆锥、圆柱、螺纹、逆,顺圆弧等;后者包含多个孔,这之中很多宽度尺寸与直径具备极高的外表粗糙度需求与尺寸精确性需求;球面
毫米的尺寸公差同时具备调控此球面结构(线轮廓)误差的功能;平衡轴原料运用的是
钢,该材料具有较高的强度以及较好的韧性﹑塑性;无热处理和硬度要求。
P-0
图1.1
2.2平衡轴工艺分析
(1)如图1.1所示内孔直径φ28,圆柱尺寸φ35﹑φ42和φ52,尺寸偏差取中值作为尺寸依据。
其他尺寸均去基本尺寸。
(2)φ52的圆柱体与φ28的孔具有较高同轴度要求,在加工过程中必须用相同的定位参考进行加工。
(3)φ28的公差水平是IT8。
表面粗糙度Ra是1.6。
应当通过钻孔→镗孔,以确保尺寸和表面粗糙度进行处理。
(4在轮廓曲线中,有三个弧,其中两个是改变两个象限和进给方向轮廓曲线。
因此,要在加工过程中执行机械间隙补偿,这样来保证轮廓曲线的准确度。
(5)因为该零件需要加工较大的圆弧,所以在加工过程中为了防止过切现象因选择较大副偏角的车刀进行加工。
3.工艺规程设计
3.1平衡轴毛坯选择
由图1.1可知材料为45钢,生产类型为单件小批量生产。
根据上述原始资料以及加工工艺,确定毛坯尺寸如下:
该材料最大外圆直径为Ф52mm,查《机械制造工艺设计简明手册》(以下简称《工艺手册》)表2.2得毛坯直径为Ф55mm,长度尺寸为145±0.18.
3.2机床与刀具、对刀点与换刀点、数控编程原点的选择
3.2.1机床和刀具的选择
(1)机床的选择
从实际平衡轴的特点考虑加工的经济性,选择数控车床,其型号为SSCK20/500,装配FANUC-OTC系统。
SSCK20/500数控车床的用途
SSCK20/500数控车床主要用来加工盘类和轴类的平衡轴的圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面、外圆柱表面、内圆柱表面,还可以进行扩孔、铰孔、钻孔、镗孔和倒角、切槽、车端面等加工。
SSCK20/500数控车床布局
SSCK20/500数控车床为两坐标联动控制的卧式车床。
床身采用向后倾斜45°,使刀具的调整及操作更为方便安全。
导轨采用直线。
SSCK20/500数控车床主要技术参数
表4.1
机身上最大回转直径
Ф400mm
夹盘直径
Ф200mm
最大切削直径
Ф200mm
最大切削长度
500mm
主轴转速范围
24r/min~2400r/mm(连续无级)
主轴直径
Ф55mm
滑鞍最大纵向行程
550mm
滑板最大横向行程
200mm
快速移动速度
X轴6m/min;Z轴12m/min
刀架工位数
6工位
刀具规格
车刀20mm×20mm
工具孔直径
Ф32mm
选刀方式
顺时针方向
最小输入当量
X轴(直径)0.001mm;Z轴0.001mm
尾坐套筒直径
Ф70mm
尾座套筒最大行程
60mm
顶尖锥孔
莫式4号
主电动机功率
连续载荷11kw
进给伺服电动机功率
X轴AC0.6kw;Z轴AC0.6kw
液压站电动机功率
1.1kw
切削液电动机功率
0.0125kw
机床外形尺寸(长×宽×高)
2600mm×12400mm×1715mm
机床净质量
2300kg
(2)刀具的选择
表4.2刀具卡片中有刀具参数,这样方便操控和编程管理。
另外车削外轮廓时,应该选择较大副偏角刀,这样可以防止工件表面和副后刀面互相影响。
如图3.1所示,为一圆弧面过渡到圆柱面时交点的切线与圆柱面的夹角,通过图可以知道在加工这一过渡表面时最小夹角为56°。
为了让粗加工时切除更多的毛坯余量参考图3.2,确定粗加工刀具最小夹角为43°。
图3.1图3.2
表4.2
1
T01
35°硬质合金外圆车刀
1
车端面及粗车外轮廓,半精车外轮廓
0.5
刀具后角>43°
2
T02
宽度为3割刀
1
切槽
3
T03
Ф16钻头
1
钻孔
0.3
4
T04
宽度为12镗刀
内孔
5
T05
60°外螺纹车刀
1
车M30螺纹
0.1
刀尖角为59°30′
3.2.2对刀点和换刀点的选择
(1)对刀点的选择
(2)“对刀点”还可叫做“起刀点”或者“程序起点”,具体指的为零件被数控机床进行加工过程中,刀具相对于零件处理的起点,同时为编制程序开始的位置。
对刀点要需满足下面几个要求:
①进行加工时便于检查
②加工的误差要小
③要便于简化程序编制和数学的处理
④能够容易的在机床上找正
对刀点能够位于零件上,还可位于机床上或者夹具上,为有效明确零件的坐标系与机床坐标系之间的关联性,对刀点必须和平衡轴的定位存在尺寸上的关联性。
为有效提升加工精确性,对刀点需最大限度设置在平衡轴或者工艺基准处,例如借助孔来进行定位的零件,其对刀点可设定为此孔中心位置。
而刀具的安装需以该孔为基准,确保“刀位点”和“对刀点”一致。
对刀点不但为程序开始的位置,同时为程序结束的位置,因此在大规模生产过程中,必须确保刀具点具备高度的重复性。
而精却性能够借助对刀点与机床原点之间距离来校正。
“机床原点”表示的为机床上保持恒定的极限点。
例如,就车床而言,具体代表的为车床主轴转动中心和前卡盘端面形成的交点。
(2)换刀点选择
因为首次装夹过程中所要加工零件的毛坯规格为
,为防止换刀过程中出现刀架和毛坯碰撞及其由于刀具的空行程情况,因此首个工序的换刀点坐标为(
)。
由于第二次装夹过程中所要加工零件的毛坯规格为
,为防止换刀过程中出现刀架和毛坯碰撞及其由于刀具的空行程情况,因此工序二的换刀点坐标为(
,
)。
(3)夹具的选择
夹具的作用为装夹零件,直至完成加工。
夹具需确保所加工零件的精确定位,还要确保装卸过程的迅速,简单,方便。
由于数控加工的原因,所选择的夹具必须满足两个基本要求:
第一个是要协调机床坐标系和平衡轴的尺寸关系;第二个是要固定机床和夹具的坐标方向。
借助平衡轴所需要的精确度,生产环境与规格,选用适用范围大的三爪卡盘。
此卡盘能够夹持的区域较大,并且能够自行定心,可用在截面是三角形、圆形、六边形的盘类以及轴类中较小的平衡轴上。
要用V型块去铣键槽,压板装夹。
磨削加工和半精加工都要采用双顶尖装夹。
3.2.3数控编程原点的选择
平衡轴需要二次U形转弯加工过程中的夹紧。
从图纸对于三维坐标分析,两个起源点应设置。
协调两个工件的原点系统应在平衡轴后的右端面(加工面)来选择被夹紧,如图1.2和1.3。
1.2第一次装夹工件原点1.3第二次装夹工件原点
3.3制订工艺路线
3.3.1加工工序步骤
按照加工内容确定加工顺序如下:
(1)第一次装夹时
第一步:
装夹φ55圆柱表面,钻φ5中心孔;
第二步:
拧紧与所述顶部工件的右端面,粗糙Sφ48球形表面,所述R9外圈,R8外圈,φ35圆柱,圆锥面,和φ52加工面;
第三步:
半精车外圆表面;
第四步:
钻φ16孔;
第五步:
钻孔到26的深度
第六步:
镗孔要达到相应的尺寸φ28;
第七步:
外圆表面精车处理。
调头装夹
(2)第二次装夹时
第一步:
φ30外圆表面粗车处理,加工2X45°倒角;
第二步:
从左至右精车外圆表面;
第三步:
车削M30X2-6g螺纹。
以上工艺过程详见表8.1“数控加工工序卡”所示。
3.3.2走刀路线和工步顺序确定
(1)工步顺序的确定
当第一次装夹时,其工作步骤要从粗到细,从近到远,从内到外的原理确定,并且在一次装夹中尽可能多地处理更多的工件表面。
结合平衡轴的结构特点,外圆的外表面可以半精加工和粗加工,考虑到粗加工工具,副角不要太大,这样可以使工具的耐用性增强,粗加工的时候为了防止后平衡轴和刀面发生影响,使得平衡轴报废,造成不必要的浪费,确定粗加工平衡轴轮廓图,如图7.1所示。
调整后的尺寸如图所示,其他基本尺寸不变,再加工内孔各表面至尺寸以及表面粗糙度要求,然后进行外圆的每个表面的精加工。
在第二夹持,与平衡轴的结构特点相结合,首先,平衡轴的外圆被粗和精加工,再车M30X2-6g螺纹。
图7.1
(2)走刀路线的确定
走刀路线是指所用的刀具在零件上所运动的行程轨迹。
我们在数控加工编写时,需要以下几点确定走刀路线:
①一定要保证路线的加工效率要高,保证平衡轴的表面粗糙度,平衡轴的精度。
②为了使编写的工作量减少,减轻,一定要使其计算简单。
③为了使空刀时间少,编写的程序少,走刀路线一定要很短。
当我们选择走刀路线的时候也要考虑机床工具的刚性和零件的加工余量,并确定它是否是一个单次通过或多次通过,以完成加工。
因为数控车床通过编程,系统会自动确定螺纹车削和精车路线。
我们把平衡轴的精车路线确定后就可以了。
平衡轴的精车路线如图7.2所示。
该平衡轴的走刀路线不需要最短路线,因为其工件为单件小批量生产的。
图7.2
图7.3
注意:
如图7.2所示为外圆精车第一次装夹路线,点A(250.0,150.0)为换刀,点B(55.0,7.0)为精车起刀点,点C(12.735,4.543)为切入点,为了防止切入时破坏工件故采取圆弧切入。
图7.3所示为第二次装夹时外圆精车走刀线,a点为换刀点(100.0,100.0),点b为精车起刀点(55.0,5.0),点c精车切入点(53.985,35)。
3.4定位与夹紧方式确定
经过分析可知此工件必须分两次装夹。
基于左端表层存在螺纹,不适合当做装夹面,因此首次装夹零件的左侧,然后随右侧进行加工。
在切削力的影响之下,轴向易于出现位移,为避免此种状况的出现,需要于卡盘之中安装限位支撑或者借助零件的台阶面实现限位。
这里利用后者方式实现了定位。
借助三爪卡盘进行夹持,考虑到此工序需要加工的平衡轴较长,所以需要在右端面加一顶尖,采取一夹一顶的方式进行装夹。
第一次装夹如图5.1所示,完成Sφ48球面﹑R48圆弧﹑R9圆弧﹑R8圆弧﹑φ35外圆﹑φ52圆﹑圆锥面﹑槽﹑φ28内孔﹑2X45°倒角的粗﹑精加工;第二次装夹如图5.2所示,完成φ30外圆、螺纹﹑2X45°倒角、2X45°倒角的粗精加工。
图5.1平衡轴的第一次装夹
图5.2平衡轴的第二次装夹
3.5加工方法的确定
加工方式的确定需确保外表粗糙度与加工面的精确性。
因为要使平衡轴表面粗糙度和精度有相同的水平,所以在选择加工方法中,需要考虑到平衡轴的大小,外形轮廓与热处理需求。
通过系统性研究,同时结合经济性与效率性等因素,确定最佳的处理方式是车削。
考虑到平衡轴是大批量处理,这个时候,数控机床被选择用于加工。
3.5.1数控车削加工外圆回转体平衡轴与端面加工方法的选择
(1)φ52、φ42和φ35的尺寸精度等级为IT7,并且φ52和φ35外圆柱表面粗糙度Ra为1.6,参考《数控加工工艺简明教程》表3-14可知加工这些圆柱时宜采用粗车→半精车→精车三步加工。
(2)平衡轴的左端的外圆周尺寸精度和表面粗糙度不高,所以用粗车→精车工艺,这样可缩短工作时间。
因为平衡轴的左端具有螺纹待加工,而且螺纹精度要求高,为了满足该线程处理的精度要求,因此当对平衡轴左侧外圆进行加工过程中需要保证外圆规格达到
。
(3)就圆锥面而言,需运用衡线速度进给切削的方式,来确保圆锥规格的准确性。
3.5.2数控车削加工内圆回转体加工方法的确定
Ф28+00.04孔:
要求孔的精度在IT8~IT9之间,经过参考《数控加工工艺简明教程》表3-16,得知适合采用钻→镗加工工艺,这样可以保证表面粗糙度和尺寸的要求。
参考《工艺手册》表2.3-9以及2.3-12确定工序尺寸及余量为钻孔:
Ф16.0mm;镗孔:
Ф12+00.04mm,2Z=0.2mm。
3.5.3数控车削加工螺纹加工方法的确定
由于该平衡轴中螺纹加工精度要求较高,以确保间距和齿的深度精度,所以要采用G76线程指令用于加工。
3.6确定切削用量
当选择切削量的时候,我们要考虑工件的材料,刀具的所用的材料等。
请参阅切割量手动或相关的数据来选择切割速度和每转进给,然后根据式1-1和1-2计算主轴转速与进给速度,
VC=1dn/1000(1-1)
n≤1200/p-k(1-2)
式中VC是切削速度,单位m/min;
D是切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回转直径,单位mm;
N是工件的旋转的速度,单位为r/min;
P是被加工螺纹螺距,单位为mm;
K保险系数,一般为80。
(1)第一次装夹切削用量计算
钻孔Ф28+00.04、钻孔Ф16:
①背吃刀量ap=13。
②进给量根据《数控加工工艺简明教程》表6-4,选用f=0.4mm/r。
③切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-4,选用Vc=20mm/min。
④主轴转速由公式1-1得20=3.14*26n/1000
求得n=245r/min经查表取n=250r/min
求得n=229r/min经查表取n=250r/min
(2)镗孔Ф12+00.04mm:
①背吃刀量ap=14mm。
②根据《数控加工工艺简明教程》表6-5,进给量选用f=0.5mm/r。
③根据《数控加工工艺简明教程》表6-5,切削的速度选用Vc=4m/min。
④主轴转速由公式1-1得4=3.14*28n/1000
求得n=45r/min经查表取n=50r/min
(4)粗车外轮廓
进给量选择:
查表得f=0.5mm/r。
(5)半精车外轮廓
进给量选择:
由于要对平衡轴进行精加工并取精加工余量为0.25mm,半精车外轮廓进给量为0.85mm,这样有太大的进给量,在粗车外轮廓时所留的剩余量为1.1mm。
综合加工效率方面问题考虑最后选择的进给量f=0.85/2=0.425mm/r。
(6)精车外轮廓
进给量选择:
因为在半精车外轮廓时留了0.25mm的精加工余量,综合加工效率方面问题考虑最后取进给量f=0.25/2=0.125mm/r。
(7)第二次装夹切削用量计算
粗车Ф30mm外圆柱面
①背吃刀量根据《数控加工工艺简明教程》表4-1,选用ap=5mm。
②进给量根据《数控加工工艺简明教程》表4-1,选用f=0.5mm/r。
③切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表4-1,选用Vc=100m/min。
(8)精车Ф30mm外圆柱面
①根据《数控加工工艺简明教程》表4-1,背吃刀量选用ap=0.25mm。
②根据《数控加工工艺简明教程》表4-1,进给量选用f=0.2mm/r。
③根据《数控加工工艺简明教程》表4-1,切削速度选用Vc=140m/min。
④主轴转速由公式1-1得140=3.14*30n/1000
求得n=1486r/min经查表取n=1500r/min
(9)车螺纹M30×2-6g
①背吃刀量刀具寿命T=60分钟,车削螺纹用G76循环指令,需进行5次切割,每次背吃刀量如下:
第一次ap=0.45毫米;第二次ap=0.3毫米;第三次ap=0.3毫米;第四次ap=0.2毫米;第五次ap=0.05毫米。
②主轴转速的选择
根据式1-2得n≦1200/2-0.8求出n≦1000
根据式1-2得n≦1200/2-0.8求出n≦1000
由于数控车床具有周期函数,只要编程是正确的,数控系统就会自动确定螺纹车削路线进给量以及切割速度,以及车外圆的主轴转速。
因此,该平衡轴的螺纹车割路线会自动给定外圆车割的主轴转速和切割速度及自动确定进给量。
(10)计算结果汇总
表8.1数控加工工序卡
工厂
数控加工
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