典型轴类零件的工艺设计及数控加工.docx
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典型轴类零件的工艺设计及数控加工
典型轴类零件的工艺设计及数控加工
摘要…………………………………………………………………………………3
Abstract……………………………………………………………………………4
绪论…………………………………………………………………………………5
第一章加工工艺制订的理论基础
1.1机械加工工艺规程的制定步骤和内容……………………………………………………8
1.2零件的结构工艺性及毛坯选择……………………………………………………………8
1.3定位基准的选择……………………………………………………………………………9
1.4零件表面加工方法的选择…………………………………………………………………9
1.5加工顺序的安排……………………………………………………………………………10
1.6工序的集中与分散…………………………………………………………………………10
1.7加工阶段的划分……………………………………………………………………………10
1.8机床和工艺装备的选择……………………………………………………………………11
1.9加工余量与工序尺寸确定…………………………………………………………………11
第二章零件工艺规程设计
2.1结构及技术条件分析………………………………………………………………………13
2.2加工工艺过程分析…………………………………………………………………………13
2.3加工工序卡…………………………………………………………………………………15
2.4部分工序完成图……………………………………………………………………………18
第三章数控加工程序的编制……………………………………………………19
3.1数控编程的方法……………………………………………………………………………19
3.2机床坐标系…………………………………………………………………………………19
3.3工件坐标系与工件原点……………………………………………………………………20
3.4对刀点的选择………………………………………………………………………………20
3.5加工路线的确定……………………………………………………………………………20
3.6确定切削用量………………………………………………………………………………21
3.7数控加工刀具卡片…………………………………………………………………………22
3.8数控加工程序的内容………………………………………………………………………22
结论…………………………………………………………………………………25
参考文献……………………………………………………………………………25
摘要
机械制造工艺是各种机械的制造方法和过程的总称。
实际生产的过程,从某种意义上讲,就是工艺过程。
可见工艺在生产过程中的巨大作用。
为了进行科学的管理,我们应合理地将工艺过程中的各项内容编写成文件,来更有效的指导生产,这就需要制订正确的加工工艺规程。
机械加工工艺规程是指导生产的重要技术文件。
它是获得合格产品的技术保证。
因此,在生产过程中必须遵守工艺规程,否则会引起产品质量严重下降,生产效率显著降低,甚至造成废品。
同时机械加工工艺规程也是组织生产、新建和扩建工厂的依据。
因为生产计划的制订,产品投产前原材料和毛坯的供应、工艺装备的设计、制造与采购、机床负荷的调整、作业计划的编排、劳动力的组织、工时定额的制订等,都是以工艺规程作为基本依据的。
生产所需要的机床,其他设备的种类、数量和规格、车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量等也都是以工艺规程为基础,根据生产类型来确定。
正因为其重要性,所以就对其制订提出了较高的要求。
通过这个课题,可以让我们运用所学知识,设计出在实际生产中常遇到的典型零件的加工工艺规程。
从而为自己在零件工艺制订这方面打下一定基础。
关键字:
机械制造生产加工工艺规程
Abstract
Machinerymanufacturingprocessisthemanufactureofavarietyofmechanicalmethodsandthegeneraltermfortheprocess.Actualproductionprocess,inasense,istheprocess.Technologyintheproductionprocesscanbeseeninthegreatrole.Inordertocarryoutscientificmanagement,weshouldbereasonabletoprocessthecontentsofthedocumentpreparedtoguideamoreeffectiveproduction,whichrequirestheformulationofthecorrectorderprocessing.
Machiningprocessplanningisanimportantguidingtheproductionoftechnicaldocuments.Itisaccesstotechnologyproductstoensurethatqualified.Therefore,intheproductionprocessmustcomplywiththeorderprocess,orwillcauseaseriousdeclineinproductquality,productionefficiencysignificantlyreduceorevenscrap.Becauseofitsimportance,sothehighertheirformulationrequirements.
Throughthissubject,youcanletususetheknowledgetodesignoftenencounteredintheactualproductionofatypicalmachiningprocessplanning.Soastodeveloptheirowntechnologyinthepartstolayacertainfoundationinthisregard.
Keywords:
MachineryManufacturingYieldOrderprocessing
绪论
一、数控机床的产生、发展及特点
数控机床主要是为了实现复杂多变零件的自动化加工而产生的。
1949年美国帕森公司接受美国空军委托,研制一种计算控制装置,用来实现飞机、火箭等的复杂零部件的自动化加工。
帕森公司与美国麻省理工学院伺服机构研究所合作,于1952年研制成功了世界上第一台数控机床——三坐标立式数控铣床,它标志着机床数控技术的诞生。
1959年,克耐-杜列克公司开发出了装有自动换刀装置的加工中心。
1967年英国首先把几台数控机床连接成具有一定柔性的加工系统,即柔性制造系统。
80年代初国际上又出现了以数台加工中心为主体,再配上工件自动装卸和监控检验装置而构成的柔性制造单元。
20世纪80年代末90年代初,计算机集成制造系统逐渐投入使用。
并呈现出迅猛发展的态势。
几十年来,数控机床无论在品种、数量还是在功能上都取得了长足的进展。
数控机床与普通机床相比具有以下特点:
1.自动化程度高,劳动强度低。
2.加工精度高。
3.产品一致性好。
4.能够实现复杂零件的加工。
5.生产效率高。
6.机械传动链短,结构简单。
二、数控加工的工作原理
数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床,机床的控制系统对输入信息进行运算与控制,并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件——机床的伺服机构发送脉冲信号,伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理,然后由传动机构驱动数控机床,从而加工零件。
所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取,即数控编程。
三、数控加工工艺的特点
由于数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、设备使用费用高等特点,使数控加工相应形成了下列特点。
1.数控加工工艺内容要求具体、详细
如前所述,在用通用机床加工时,许多具体的工艺问题在很大程度上都是由操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和解决的。
而在数控加工时,原本在普通机床上由操作人员灵活掌握并可通过适时调整来处理的上述工艺问题,不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容,而且编程人员必须事先设计和安排好并做出正确的选择编入加工程序中。
数控工艺不仅包括详细描述的切削加工步骤,而且还包括工夹具型号、规格、切削用量和其他特殊要求的内容以及标有数控加工坐标位置的工序图等。
在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。
2.数控加工工艺要求更严密、精确
数控加工自适应性差,它不能像普通车床加工时可以根据加工过程中出现的
问题比较自由地进行人为调整。
在实际工作中,由于一个小数点或一个逗号的差错而酿成重大机床事故和质量事故的例子屡见不鲜。
因此,数控加工工艺设计要求更加严密、精确。
3.制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算
编程尺寸并不是零件图上设计的基本尺寸的简单再现,在对零件图进行数学处理和计算时,编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关系重新调整计算,才能确定合理的编程尺寸。
这是编程前必须要做的一项基本工作,也是制定数控加工工艺要必须进行的分析工作。
4.选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响
根据插补原理分析,在数控系统已定的条件下,进给速度越快,则插补精度
越低;插补精度越低,工件的轮廓形状精度越差。
因此,制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响,特别是高精度加工时影响特别明显。
5.制定数控加工工艺时要特别强调刀具选择的重要性
复杂形面的加工编程通常要用自动编程软件来实现,由于绝大多数三轴以上联动的数控机床不具有刀具补偿功能,在自动编程时必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹。
若刀具预先选择不当,所编程序将只能推倒重来。
6.数控加工工艺的特殊要求
(1)由于数控机床较普通机床的刚度高,所配刀具好,因而在同等情况下,所采用的切削用量通常要比普通机床大,加工效率高。
选择切削用量时要充分考虑这些特点。
(2)由于数控机床的功能复合化程度越来越高,因此,工序相对集中是现代数控加工工艺的特点,明显表现为工序数目少,工序内容多,并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序,所以数控加工的工序内容要比普通机床加工的工序内容复杂。
(3)由于数控机床加工的零件比较复杂,因此在确定装夹方式和夹具设计时,要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。
7.数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容
普通工艺中划分工序选择设备等重要内容对数控加工工艺来说属于已基本确定的内容,所以制定数控加工工艺的着重点在整个数控加工过程的分析,关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。
这也是数控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。
四、数控加工工艺与数控编程的关系
1.数控程序
输入数控机床,执行一个确定的加工任务的一系列指令,称为数控程序或零件程序。
2.数控编程
即把零件的工艺过程、工艺参数及其他辅助动作,按动作顺序和数控机床规定的指令、格式,编成加工程序,再记录于控制介质即程序载体,输入数控装置,从而指挥机床加工并根据加工结果加以修正的过程。
3.数控加工工艺与数控编程的关系
数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据,没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺,就不可能有真正可行的数控加工程序。
而数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。
第一章加工工艺制订的理论基础
1.1机械加工工艺规程的制订步骤和内容
1.分析研究产品的装配图和零件图
2.选择毛坯
3.拟订工艺路线
4.确定各工序所采用的设备
5.确定各工序所采用的工艺装备
6.确定各主要工序的技术要求及检验方法
7.确定各工序的加工余量、工序尺寸和公差
8.确定切削用量
9.确定工时定额及填写工艺文件
1.2零件的结构工艺性及毛坯选择
(一)零件的结构工艺性
零件的结构工艺是指在满足使用条件的前提下制造的可行性和经济性。
对零件作结构分析时,应考虑以下几方面:
1.零件尺寸要合理
(1)尺寸规格尽量标准化这样在零件加工时便于采用标准钻头等加工。
(2)尺寸标注要合理可尽量使设计基准与工艺基准重合,并符合尺寸链
最短原则;零件的尺寸标注不要封闭;应避免从一个加工面确定几个非加工表面的位置;不要从轴线、中心线等难于测量的基准标注尺寸。
2.零件结构要合理
(1)零件结构应便于加工
(2)零件结构应便于度量
(3)零件结构应有足够的刚度
(二)毛坯选择
机械加工常用的毛坯有铸件、锻件、型材件、焊接件等。
选用时应考虑以下因素:
1.零件的材料及其力学性能
2.零件的结构形状和尺寸
3.生产类型
4.车间的生产能力
5.充分注意应用新工艺、新技术、新材料
1.3定位基准的选择
在最初的零件加工工序中,只能选用毛坯的表面进行定位,这种定位基准称为粗基准。
采用已加工过的表面进行定位,这种定位基准称为精基准。
1.粗基准的选择原则
在选择粗基准时,考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量,及保证不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合零件图样设计要求。
粗基准的选择原则有:
(1)重要表面余量均匀原则
(2)工件表面间相互位置要求原则
(3)余量足够原则
(4)定位可靠性原则
(5)不重复使用原则
2.精基准的选择原则
在选择精基准时,考虑的重点是如何减少误差,保证加工精度和安装方便。
精基准的选择原则有:
(1)基准重合原则
(2)统一基准原则
(3)自为基准原则
(4)互为基准反复加工原则
(5)定位可靠性原则
1.4零件表面加工方法的选择
机械零件一般都是由一些简单的几何表面组合而成的,而每一表面达到同样质量要求的加工方法可以有多种,因此在选择各表面的加工方法时,要综合考虑各方面工艺因素的影响。
例如:
加工表面本身加工要求;被加工材料的性能;生产类型;本厂或车间的现有设备情况及技术条件。
此外,选择加工方法还应考虑一些其他因素,如工件的形状和重量以及加工表面的物理力学性能的特殊要求等。
1.5加工顺序的安排
一个复杂零件的加工过程不外乎有下列几类工序:
机械加工工序,热处理工序,辅助工序等。
1.机械加工工序
(1)先基面后他面
(2)先粗后精
(3)先主后次
2.热处理工序
热处理是用来改善材料的性能及消除内应力的。
热处理工序在工艺路线中的安排,主要取决于零件的材料和热处理的目的要求。
(1)预备热处理预备热处理安排在机械加工之前,以改善切削性能、消除毛坯制造时的内应力为主要目的。
(2)最终热处理最终热处理安排在半精加工以后和磨削加工之前(但有氮化处理时,应安排在精磨之后),主要用于提高材料的强度和硬度。
(3)去除应力处理最好安排在粗加工之后,精加工之前。
此外,为了提高零件的抗腐蚀能力、耐磨性和导电率等,一般都需要进行表面处理。
表面处理工序大多数应安排在工艺过程的最后。
3.辅助工序
辅助工序包括工件的检验、去毛刺、去磁、清洗和涂防锈油等。
其中检验工序是主要辅助工序,除工人自行经验外,还必须在下列情况下安排单独的检验工序:
1)粗加工阶段结束之后;2)重要工序之后;3)送往外车间加工的前后,特别是热处理前后;4)特种性能检验之前。
1.6工序的集中与分散
工序集中与工序分散是拟定工艺路线的两个不同原则。
在生产中,必须根据生产类型、零件的结构特点和技术要求、机床设备、工人的技术水平等具体生产条件,进行综合分析,以便决定按工序集中还是工序分散来拟定工艺路线。
1.7加工阶段的划分
1.加工阶段的划分
零件的加工质量要求较高时,常把整个工艺过程划分为几个阶段。
(1)粗加工阶段切除大量的加工余量,使毛坯尽快接近成品。
提供精基准。
(2)半精加工阶段为主要表面的精加工做好准备,并完成一些次要表面的加工。
(3)精加工阶段保证各主要表面达到或基本达到图样规定的质量要求。
(4)光整加工阶段提高加工的尺寸精度和减小表面粗糙度为主。
2.划分加工阶段的目的
(1)利于保证加工质量
(2)便于合理使用机床
(3)便于安排热处理工序
1.8机床和工艺装备的选择
(一)机床的选择原则
(1)机床的加工尺寸范围应尽量与零件外形尺寸相匹配
(2)机床的精度应与工序要求的加工精度相匹配
(3)机床的生产率应与零件的生产类型相匹配
(4)机床的选择应与现有设备条件相匹配
(二)工艺装备的选择原则
工艺装备主要指夹具、刀具、量具和辅具等。
(1)夹具的选择在单件小批生产中应尽量选用通用夹具,有时为了保证加工质量和提高生产率,可用组合夹具;在大批量生产中选用高生产率的专用夹具。
(2)刀具的选择刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度、生产率和经济性。
一般情况下选用标准刀具,必要时可选用高生产率的复合刀具和其他一些专用刀具。
(3)量具的选择量具的选择主要取决于生产类型和所要检验的精度。
(4)辅具的选择工艺装备中也要注意辅具的选择,如吊装用的吊车、运输用的叉车等,以便于生产的组织管理,提高工作效率。
1.9加工余量与工序尺寸确定
(一)加工余量的确定
在切削加工时,为了保证零件的加工质量,从某加工表面上所必须切除的金属层厚度,称为加工余量。
加工余量分为总余量和工序余量两种。
加工总余量的数值,一般与毛坯的制造精度有关。
同样的毛坯制造方法,总余量的大小又与生产类型有关,批量大,总余量就可小些。
对于工序余量,目前一般采用经验估计的方法,或按照技术手册等资料推荐的数据为基础,并结合生产实际情况确定其加工余量的数值。
(二)工序尺寸的确定
对于简单的工序尺寸,在决定了各工序余量及其所能达到的经济精度之后,就可以计算各工序尺寸及其公差,其计算方法采用“逆推法”,即由最后一道工序开始逐步往前推算。
第二章零件工艺规程设计
2.1结构及技术条件分析
图1
图1为某型号电锤主轴。
它属于台阶轴类零件,由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、深直孔、横孔、扁平面、砂轮越程槽等组成。
根据工作性能与条件,该主轴图样规定了各外圆的尺寸、位置精度及较小的表面粗糙度值,并有热处理要求。
这些技术要求必须在加工中给予保证。
2.2加工工艺过程分析
1.确定主要表面加工方法和加工方案
该轴大多是回转表面,主要是采用车削和外圆磨削。
由于此轴主要表面粗糙度值较小(Ra0.8μm),最终加工应采用磨削。
还要用打孔机钻直孔Φ8X84.
2.划分加工阶段
该轴加工大致分为三个阶段,即粗车(粗车外圆、钻中心孔和直孔),半精车(半精车各处外圆、台阶及次要表面等),粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。
各阶段划分大致以热处理为界。
3.选择定位基准
轴类零件的定位基面,最常用的是两中心孔。
因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是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的中心线,采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。
而且由于多数工序都采用中心孔做为定位基面,能最大限度地加工出多个外圆和端面,这也符合基准同一原则。
粗基准采用圆钢的毛坯外圆。
中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹毛坯的外圆,车端面、钻中心孔。
由于粗基准不能重复使用,端面车完、中心孔钻好后,再车出该端外圆。
然后掉头用已车过的外圆作基准,车另一端的外圆,并钻中心孔。
如此,可保证两中心孔同轴。
4.热处理工序的安排
该轴需进行调质处理。
它应放在粗加工之后,半精加工前进行。
该轴毛坯为热轧钢,可不必进行正火处理。
5.加工顺序安排
(1)外圆表面加工顺序应为,先加工大直径外圆,然后再加工小直径外圆,以免一开始就降低了工件的刚度。
(2)轴上的扁平面应在精车之后,磨削之前进行。
(3)轴上的螺纹一般有较高的精度,如安排在局部淬火之前进行加工,则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。
因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。
综合上述分析,该轴的工艺路线如下:
下料——车两端面——钻中心孔——粗车各外圆——钻直径为8mm的直孔——调质——修研中心孔(另一端可在孔口倒60°角代替中心孔)——半精车各外圆(带倒角)——车槽——钻直径为5mm的横孔——铣扁面——淬火——车螺纹——磨削
6.加工尺寸和切削用量
磨削余量可取0.2mm,半精车余量可选用1.8mm,具体见加工工艺卡的工序内容。
车削用量的选择,可根据加工情况由工人定;一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。
2.3加工工序卡
盐纺机电系
机械加工工序卡
产品型号
新80-1
图号
产品名称
主轴
共1页
第1页
毛坯种类
圆钢
材料牌号
45钢
毛坯尺寸
Φ35mmX167.5mm
序号
工种
工步
工序内容
设备
工具
夹具
刃具
量具
1
下料
Φ35mmX167.5mm
锯床
游标卡尺
2
车
三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆
车床
三爪卡盘
1
车端面见平
CAK6140
2
钻中心孔
Φ2mm中心钻
用尾座顶尖顶住中心孔
3
粗车Φ30mm外圆至Φ32mm,长83.5mm
外圆车刀
游标卡尺
4
粗车Φ17mm外圆至Φ19mm,长63.5mm
5
粗车Φ12mm外圆至Φ13.5mm,长20mm
掉头,三爪自定心卡盘夹持Φ32mm处
6
车另一端面,保证总长165.5mm
7
钻中心孔
用尾座顶尖顶住中心孔
8
粗车Φ30mm外圆至Φ32mm,长83mm
游标卡尺
9
粗车Φ22mm外圆至Φ23.5mm,长18.5mm
10
检验
3
钻
钻直孔Φ8X84
深孔钻床
钻床夹具
接长的麻花钻
游标卡尺
4
热处理
调质HB237~265
5
车
一夹一顶车
车床
三爪卡盘
外圆车刀
1
半精车Φ30mm外圆至Φ30.4,长83.5mm
千分尺
2
半精车Φ17mm外圆至Φ17.4,长63.9mm
3
半精车Φ17mm外圆至Φ17.2,长43.95mm
4
半精车Φ12mm外圆至Φ11.9,长20.45mm
5
半精车Φ8mm外圆至Φ8
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