光学镜头中相配件的工艺分析及数控加工.docx
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光学镜头中相配件的工艺分析及数控加工
光学镜头中相配件的
工艺分析及数控加工
声明
本人所呈交的光学镜头中相配件的工艺分析及数控加工,是我在生产主管、指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名:
日期:
2014年4月1日
【摘要】
本课题来源于苏州晨瑞精密机械有限公司,属于轴类零件的数控加工,从它的特征及结构看,是一个完全在数控车床加工完成的零件,本文根据零件图纸及其技术要求,对该零件进行了详细的工艺分析和数控加工,根据分析的结果,首先选择了零件的加工设备、毛坯选择、装夹方式、刀具选择以及切削用量的选择,最后,采用手工编程编制了该零件的数控加工程序和在加工过程中拍的图片,这样就更直观一点。
该课题所涉及的知识面比较全面,涉及到外圆、内外螺纹、内外四头螺纹、内孔、内沟槽、偏心和内外倒角等加工,设计的数控加工内容比较全面,同时,尺寸要求及表面粗糙度要求较高。
【关键词】:
数控加工;工艺分析;内外四头螺纹;偏心
目录
引言1
一、零件简介2
二、零件的工艺分析2
(一)目镜中心套的工艺分析及说明3
1、数控机床的选择3
2、毛坯选择4
3、确定装夹方案5
4、确定加工工序6
5、刀具选择7
(二)螺纹圈的工艺分析及说明8
1、数控机床的选择8
2、确定加工步骤8
3、确定装夹方案9
4、确定加工顺序9
5、刀具选择10
三、切削用量11
1、主轴转速的选择11
2、背吃刀量的选择11
2、进给速度的选择11
四、编制数控加工程序13
(一)目镜中心套的数控加工程序14
(二)螺纹圈的数控加工程序14
五、光学镜头中目镜中心套零件试制16
结语19
参考文献20
致谢21
引言
本文主要着重于零件的数控加工及工艺分析,对于产品的加工技术要求做了一定的说明。
数控加工工艺是采用数控机床加工零件时的加工过程和方法。
在进行数控加工工艺前有必要对零件的整个加工过程要有所合理的规划,因为数控机床的加工常常是零件整个机械加工过程中的一部分,根据各个工序的划分我们应该将每一步的工序做到合理化,明白自己的每一步工序所要做的内容和对前后工序的影响。
数控加工就是根据零件图样及工艺要求,编制零件数控加工程序并输入到数控机床的数控系统来控制数控机床中刀具与工件的相对运动。
在实施对零件的数控加工前,需对零件数控加工工艺的总过程、方法和加工目标进行规划,即制定数控加工工艺规程,制定它的主要依据是产品图纸、生产纲领、生产类型、现场加工设备以及生产条件等。
加工零件的工艺过程、工艺参数、位移数据及开关命令等信息用数控系统规定的功能代码和格式按加工顺序编写成加工程序单,并记录在信息载体上,再通过信息载体将数控加工程序输入机床数控装置,从而指挥数控机床按数控程序的内容加工出合格的零件。
工艺分析的主要内容有:
1、适合选择加工零件的机床,明确加工内容。
2、分析被加工零件的图纸,明确加工工序。
3、加工顺序的合理安排,合理安排零件的定位基准,装夹方案,刀具、切削用量选择等。
4、数控加工程序的调整,选取对刀点和换刀点,确定刀补等。
5、处理数控机床上的部分工艺指令。
6、首件试加工与现场解决特殊的工艺问题
本文研究的主要内容从零件的工艺分析、机床的选择、毛坯的选择、装夹的安排、刀具的选择、切削用量选择和数控加工流程进行详细的阐述和描述。
1、零件简介
该课题的选材为光学镜头上的零件,光学镜头主要有目镜中心套、目镜外套、目镜锁定圈、螺纹圈、目镜座等零部件组成。
该论文主要选择了其中两个零件进行工艺分析及数控加工。
它们分别是:
目镜中心套和螺纹圈。
这两个零件中所涉及的知识比较广泛,主要涉及到的知识有:
外圆、四头内外螺纹、偏心、内孔、内外沟槽及内外倒角等。
(1)目镜中心套的工艺分析及说明
图1-1
零件图如图1-1所示,该零件主要有圆柱面、外沟槽、内多头螺纹、内沟槽、内螺纹、偏心、倒角等轮廓组成。
零件外面为外径为Φ30(-0.007/-0.028)、长度为12.5mm、两侧有C0.5的倒角,外圆Φ35(-0.04/-0.08)、宽度为1(0/-0.1)的偏心,外圆Φ33(+0.1/-0.1)、宽为2(+0.1/0)的外沟槽,外圆为Φ37(0/-0.05)、长度为24(+0.05/-0.05)mm、两侧有C0.5的倒角,外圆Φ38(-0.04/-0.08)、宽度为1的偏心,零件内部有内螺纹、螺纹直径为M26X0.75-6H、总长为19mm、内螺纹两侧有C0.5的倒角,内孔为Φ31.5mm、宽为3mm,内螺纹、螺纹直径为M30X6/4-6H、总长为19mm、两侧有C1的倒角的四头螺纹,零件表面粗糙度值要求均为Ra1.6um。
该零件的各个尺寸标注完整,零件的材料是铝,适合在数控车床上加工。
技术要求:
表面处理黑氧亚光AI/Et。
A。
CI(BK)表面处理;表面光洁无毛刺;未标注尺寸公差按标题栏内缺省公差;M30x6/4为四头螺纹,导程6,螺距1.5;注意零件结构中有两处外圆为偏心的:
Φ38(-0.04/-0.08)和Φ35(-0.04/-0.08);0.35±0.05为外圆Φ38(-0.04/-0.08)和Φ35(-0.04/-0.08)的偏心距,不要求在同侧;刻度痕迹宽度均匀,宽度0.4mm,字迹白色
1、选择加工设备
目镜中心套选择在数控机床上进行加工,主要考虑乎以下三点:
1)、根据产品的技术要求是否可以进行加工。
2)、有利于提高生产效率和质量。
3)、尽可能减少产品的报废率及降低生产成本。
综上所述,遵循零件图的技术要求,加工时选用大连型号的数控车床来加工此零件,并尽可能的保证零件的加工质量。
选用东北大连机床水平床身数控车床作为加工设备,此机床为整体床身,刚性教好,性价比高,适合一般零件的大批量生产,机床性能指标和外形如表1-2所示。
表1-2加工设备
主要参数
机床外观
最大工件回转直径(mm)
100
机床顶尖距(mm)
360
主轴转速范围(r/mm)
150~3000
主轴电机功率(Kw)
4.0
通孔/拉管直径(mm)
50
刀架形式
电动旋转刀架
2.毛坯的选择
由图1-1可知,在经过加工所得到的零件,其长度为41.5±0.1mm,其最大的直径为38mm左右,因为是批量生产,为节省材料,所以在商家那边特定了长为1m,外圆直径为40.25mm,内孔为22.5mm的空心管棒料,材料为铝。
3、确定装夹方案
1)、定位基准的选择
在制定零件加工的工艺安排时,合理地选择工件的定位基准有着十分重要的作用。
所以在加工的过程中选择了特定的刀具进行位置定位,定位基准选择的,不仅可以影响到零件加工的生产效率以及位置精度,而且对加工整个零件的加工工艺都产生一定的影响。
正确的选择定位基准不仅是确保零件加工精度的保证,而且还是简化加工工序,提高加工效率。
该零件选择刀尖为定位基准,在程序的最后面添加了一定的位移坐标进行定位与加工。
2)、装夹方式的选择
为了工件不至于在切削的作用下发生位移,使其在加工过程始终保证正确的位置,需将工件压紧夹牢,合理的选择夹紧方式十分重要,工件的装夹不仅影响加工质量,而且对生产率,加工成本及操作安全都有直接影响。
该零件采用三爪卡盘来装夹。
其装夹方法:
先用三爪卡盘装夹毛坯左端,加工右端达到工件精度要求;再将工件调头,用三爪卡盘夹持右端,再加工左端达到工件精度要求。
最后在车偏心的时候用到了一个工装,其工装夹具运用了一定的原理,在主轴运转的过程中会产生有效的跳动,正好达到偏心的技术要求。
装夹的工装正好与M30X6/4-6H螺纹相结合,并且让工件迅速的获得正确的位置,安装速度方便,采用其装夹生产率高,从而也保证了工序的加工精度。
4、制定目镜中心套的工艺路线
工序一:
(1)备料:
选择直径为40.30mm、内孔22.50mm,长1m的铝管料;
(2)热处理:
调质到毛坯硬度为HRC28-32;
(3)、三爪卡盘夹毛坯,伸出长度50mm,车零件外形及内部;
(4)、粗车Φ30、Φ35、Φ37、Φ38外圆及倒角,留0.3精车及车偏心余量;
(5)、粗、精车内孔、倒角及M26X0.75-6H的内螺纹至图纸尺寸;
(6)、切槽:
切2XΦ33外沟槽至图纸尺寸;
(7)、割断:
总长41.75mm,留0.25mm余量,以便下一道工序的加工。
工序二:
(1)、选择铜料做的三爪卡盘(称为软爪),进行镗爪,内孔镗到Φ30;
(2)、将一序割下来的工件倒面装夹,让外圆为Φ30与之相匹配;
(3)、先车端面及倒角,车到图纸尺寸,并保证总长;
(4)、粗、精车内孔、倒角、M30X6/4-6H四头螺纹及3XΦ31.5的内沟槽至图纸要求尺寸;
(5)、内孔刀精车一刀M30X6/4-6H四头螺纹,为了清除毛角。
工序三:
(1)、选择工装夹具,将工装夹紧在三爪卡盘上,伸出一定的长度;
(2)、将四头螺纹M26x0.75-6H与工装夹具螺纹相装;
(3)、精车外圆:
精车外圆Φ38(-0.04/-0.08)、Φ38(-0.04/-0.08)、宽度都为1的偏心及倒角至图纸尺寸;并保证总长;
(4)、将工件取下来依次加工出来;
注:
其工装夹具运用了一定的原理,在主轴运转的过程中会产生有效的跳动,正好达到偏心的技术要求。
工序四:
将加工好的工件送到外协进行表面发黑处理
5、刀具的选择
该零件加工所用到的刀具如表1-2所示:
表1-2数控加工刀具卡
零件名
螺纹圈
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
90°硬质合金外圆车刀
2
平端面、粗精车轮廓
2
T02
高速钢镗刀
2
扩孔、精车内孔和内沟槽
3
T03
割刀
1
割断、定位
4
T04
60°硬质合金1.5内螺纹车刀
1
车削内螺纹
5
T05
60°硬质合金0.75内螺纹车刀
1
车削内螺纹
6
T06
外割槽刀宽2mm
1
割外沟槽
7
T07
35°菱形硬质合金外圆车刀
1
车偏心
8
T08
内割槽刀宽2mm
1
割内沟槽
(二)螺纹圈的工艺分析及说明
图1-2
零件图如图1-2所示,该零件主要有圆柱面、外四头螺纹、内孔、内螺纹、内沟槽和内外倒角等轮廓组成。
零件有内到外为M27x0.75-6H、长为3.5mm的内螺纹,C0.5的内螺纹倒角,内沟槽为Φ28mm、宽为1.5mm,内孔为Φ25(+0.033/0)、深度为24mm,内孔为Φ24(+0.033/0)、长为1.5mm及内孔C1的倒角,外部主要为M30x6/4-6g、长为16mm的外四头螺纹,C0.5、C1.5的外螺纹倒角,中间Φ27mm圆柱面、长度为4.5mm及C2的倒角,最底部为Φ28(-0.02/0.41)、长度为1.5mm及C0.3的倒角。
零件倒角C1、孔24(+0.033/0)、Φ25(+0.033/0)、总长26.5±0.1的表面粗糙度值要求均为Ra1.6um,其他表面粗糙度值均为Ra3.2um,内孔24(+0.033/0)处要求清角。
该零件尺寸标注完整,轮廓描述清楚,零件材料外圆为Φ32.5mm、内孔为Φ18.5mm的铝管料,适合在数控车床上加工。
技术要求:
表面处理:
黑氧亚光AI/Et。
A。
CI(BK);表面光洁无毛刺;未注尺寸公差按标题栏内缺省公差;M30x6/4为四头螺纹,导程6,螺距1.5
1、选择加工设备
螺纹圈选择在数控车床上加工,技术要求较高,并且是一道工序进行加工,应注意一下几点:
1)、根据产品的技术要求,是否在车床上利用一道工序很好的加工出来;
2)、刀具的选择是否可以满足条件;
3)、有利于提高生产效率和质量;
4)、降低生产中出现的报废现象及生产成本
综上所述,遵循图纸的技术要求,选择在数控车床上加工,要选择到位比较多的数控车床来进行加工和生产,加工时选择在台湾新代数控机床上进行加工,并尽可能的保证零件加工质量。
选用台湾新代斜床身数控车床作为此零件的加工设备,性能相对突出,质量相对稳定,故障率低,排刀位比较多,适合生产精度比较高的零件的大批量生产,机床性能比和外形如图2-2所示
表2-2加工设备
主要参数
机床外观
最大工件回转直径(mm)
100
机床顶尖距(mm)
360
主轴转速范围(r/mm)
200~3000
主轴电机功率(Kw)
5.5
通孔/拉管直径(mm)
50
刀架形式
电动旋转刀架
2、毛坯的选择
由图2-1可知,在经过加工所得到的零件,其长度为26.5±0.1mm,其最大的尺寸为M30x6/4-6g的四头外螺纹,因为是批量生产,为节省材料,所以在商家那边特定了长为1.2m,外圆直径为18.5mm,内孔为22.5mm的空心管棒料,材料为铝。
3、确定装夹方法
1)、定位基准的选择
在制定零件加工的工艺安排时,合理地选择工件的定位基准有着十分重要的作用。
所以在加工的过程中选择了特定的刀具进行位置定位,定位基准选择的,不仅可以影响到零件加工的生产效率以及位置精度,而且对加工整个零件的加工工艺都产生一定的影响。
正确的选择定位基准不仅是确保零件加工精度的保证,而且还是简化加工工序,提高加工效率。
该零件选择刀尖为定位基准,在程序的最后面添加了一定的位移坐标进行定位与加工。
2)、装夹方式的选择
为了保证让工件在切削的过程中不发生位移,在加工过程应始终保证零件的正确位置,需将被加工工件压紧夹牢,加工这个零件使用的是液压卡盘,在夹紧工件的时候对其设定了夹紧该管料的压力,正确的选择好夹紧方式很重要,液压卡爪的设置不仅对加工质量有影响,而且对加工操作的安全都有直接影响。
该零件采用三爪液压卡盘进行的装夹。
其装夹方法:
先测量下管料的外径有多大,根据管料的尺寸安装卡爪,并设定其相应的压力。
三爪卡盘装夹管料是手动送料,因为是批量生产,只需用脚踩下夹紧启动器就可以进行松开与夹紧了,夹紧的是只需将管料拉到相应的定位位置就可以了。
装夹速度方便,采用其装夹生产效率率高,还能保证了工件的加工精度。
4、制定螺纹圈的工艺路线
一道工序(一刀下)
1)备料:
外圆为Φ32.5mm,内孔Φ18.5mm,长为1.2m的铝管料;
2)粗车端面及Φ30、Φ27、Φ28的外圆及外圆倒角,留0.1mm余量,进行精加工;
3)粗车Φ24、Φ25、Φ28的内孔及内孔倒角,留0.1mm余量,进行精加工;
4)进行M30x6/4-6g外四头螺纹的加工;
5)精加工Φ27、Φ28的外圆、外圆倒角及外螺纹进行精车一刀;
6)精加工内孔Φ25(+0.033/0)、Φ24(+0.033/0)及1.5xΦ28内沟槽;
7)进行M27x0.75-6H内螺纹及螺纹倒角的加工;
8)割断并保证总长26.5±0.1mm
5、刀具的选择
该零件加工所用到的刀具如表1-2所示:
表1-2数控加工刀具卡
零件名称
螺纹圈
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
35°菱形硬质合金外圆车刀
2
平端面、粗车轮廓
2
T02
35°菱形硬质合金外圆车刀
1
精车轮廓
3
T03
高速钢镗刀
1
粗镗内孔
4
T04
高速钢镗刀
1
精镗内孔、割内槽
5
T05
60°硬质合金0.75螺距内螺纹车刀
1
车削内螺纹
6
T06
60°硬质合金1.5螺距外螺纹车刀
1
车削外螺纹
7
T07
割刀宽2mm
1
割断
8
T08
1
定位
三、切削用量的选择
切削用量主要包括进给速度、切削速度、主轴转速、切削深度或宽度等。
合理安排切削用量遵循的原则:
粗加工时以提高生产效率为主,同时还得考虑成本;精加工时不仅要保证加工的质量,而且更应注重生产效率和成本。
(一)主轴转速的选择
粗车直线和圆弧时n=800r/min,精车时n=1200r/min,切槽时n=5000r/min,车螺纹时n=300r/min。
粗车和精车的主轴转速的选取是在实际操作中慢慢积累的。
经验公式n=1000Vc/πD
n为主轴转速,单位为r/min;
v为切削速度,单位为m/min,由刀具的耐用度决定;
D为工件直径或刀具直径,单位为mm
(二)背吃刀量的选择
车轴类零件时,根据经验及查相关手册得出,外圆车刀下到时双边最多下5mm,所以在零件轮廓粗车时选ap=2mm,精加工时选ap=0.2mm,螺纹粗车时选ap=0.4mm,逐刀减少粗车,螺纹精车时选ap=0.1mm。
背吃刀量的经验公式:
Ap=d(待)-d(已)/2
Ap---背吃刀量;
d(待)---代加工表面的直径
d(已)---以加工表面的直
(三)进给速度的选择
粗车直线、圆弧时选F0.15㎜/r,精车时选F=0.08㎜/r,切槽时选F=0.1㎜/r,割断时选F=0.1㎜/r,粗车螺纹时选F=0.03㎜/r。
粗镗内孔时选F=0.1㎜/r,精镗内孔时选F=0.05㎜/r,根据在加工过程中得到的经验,粗车时,一般取f=0.15~0.8㎜/r,精车时常取f=0.05~0.3㎜/r,切断时f=0.05~0.2㎜/r。
注:
该零件加工时,需要加工螺纹,关于螺纹的牙深计算,及每刀深度安排如下
螺纹牙深=螺距*1.3=0.75*1.3=0.95mm(内、外)
螺纹牙深=螺距*1.3=1.5*1.3=1.95mm(内、外)
四、编制数控加工程序
(一)目镜中心套加工程序:
工序一:
O3304(程序名)
M03S1280T0606G99(90°硬质合金外圆车刀)
N20G00X42M08
N30Z0.05
N40G01X20F0.15
N50G00X38Z1
N60G90X37.1Z-40.45F0.2
N70X33.5Z-13.45
N80X30.1
N90G00X25Z1
N100G01Z0F0.15
N110X28.4F0.08
N120X29.983Z-0.8
N130Z-13.5
N140X36
N150Z-16
N160X35.675Z-16.5
N170X36.975W-0.65
N180Z-40.5
N190X39
N200Z-45F0.2
N210G00X50
N220Z100
N230S1080T0101(高速钢镗刀)
N240G00X28
N241Z0.5
N242G01X25Z-0.9F0.1
N243G00Z0.5
N250G00X28.15
N260G01X25.15Z-1F0.05
N270Z-20.7F0.12
N280G00U-0.5Z50
N281T0303S580M03(内螺纹)
N282G00X23M8
N283Z-20M08
N284G92X25.4Z-42F0.75
N285X25.6
N286X25.7
N287X25.8
N288X25.9
N289X25.95
N290X26
N291X26.05
N292X26.05
N293G00X22Z180
N295S980T0404(外槽刀)
N300G00X38
N310Z-16
N320G01X36.5Z-16.5F0.1
N330G01X32.98F0.03
N370G00X38
N380Z100
N390S1000T0202(割断刀)
N400G00X40
N410Z-44.2
N420G01X20F0.05
N430G00X35Z0.2M05
N440M09
N450M00
N460G00Z100
N470M30
%
工序二:
O0019(O0019)
N10G99M03S1300T0101(外圆刀)
N20G0X41M08
N30Z0.2
N40G1Z-0.3F0.1
N50X39
N60X38.4Z0
N70X20
N80G0Z150
N90T0303(内孔刀菱形30°角)
N100G0X24.8Z4
N110G90X25Z-22.4F0.1
N120X29
N130G0Z2
N140X32
N150G1Z0
N160X29W-1.5
N170Z-19.5
N180X32
N190Z-22.5
N200X26
N230X24W-1.5
N240U-0.03W-0.02
N250G0Z150
N260M03S500T0404(内螺纹刀)
N270G0X28
N280Z10
N290G92X29.2Z-19.7F6L4
N300X29.3
N310X29.4
N320X29.5
N330X29.6
N340X29.8
N350X29.9
N360X30.0
N370X30.1
N380X30.2
N390X30.25
N400G0Z150
N410T0303M03S1300(30°角内孔刀)
N420G0X28.50
N430Z2
N440G1X29.2
N450Z-18F0.1
N460X31W-1.5
N470G0X27
N480Z2
N490X32
N500G1Z0
N510X28.5W-2.2
N520U-0.03W-0.02
N530G0Z150
N540S500T0404(内螺纹刀)
N550G0X28
N560Z10
N570G92X30.25Z-20.5F6L4
N580G0Z150M09
N590M30
%
工序三:
O3342(O3342)
N10M03S1000T0101G99(外圆刀)
N20G00X38.3
N30Z0.5M08
N40G01Z-1.81F0.08
N50G00U1Z0.28
N60X36.43
N70G01X37.93W-0.7F0.05
N80Z-1.5
N90X37.53
N100G0X40.0
N110Z-26.7
N120X35.3
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- 关 键 词:
- 光学 镜头 相配 工艺 分析 数控 加工
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