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毕业设计说明书
浙江广厦建设职业技术学院
机电一体化技术专业毕业设计说明书
设计题目轴套零件的数控车
削加工工艺及编程
学生姓名陈杰
学号0210070303
指导教师刘守林
专业机电一体化技术
年级2007级
摘要
数控车床为当今数控加工中应用最广泛的机床之一,较普通车床,它具有高效率、高精度、可加工形状复杂的零件、改善了劳动条件、有利于生产管理和机械加工自动化的发展、适合于加工复杂,大批量零件等优点使数控车床的在生产中发挥越来越重要的作用。
此次毕业设计主要以灵活运用专业知识来解决实际生产中的问题为目的,本设计介绍了定位套的加工工艺和加工设计,通过对图纸分析,结合零件的结构和使用特点,制定了适合的加工工艺方案,这是将专业的理论知识和实践操作的结合。
通过本次论文的设计,发现到了理论知识中的某些细节问题,在实践的加工工艺设计中得到了解决,比如:
在装夹方面,应采用一次装夹,以保证零件的同轴度等。
关键词:
数控车削;加工工艺;定位套;装夹;同轴度
目录
1引言1
1.1数控技术概况1
1.2任务的背景分析1
2分析数控车削加工工艺的方法与步骤2
2.1零件图分析2
2.2工件的装夹2
2.1.1定位基准的选择原则2
2.1.2常用装夹方式2
2.1.3夹具选择原则3
2.3加工顺序的确定3
2.3.1先粗后精的原则3
2.3.2先远后近的原则3
2.3.3内外交叉的原则3
2.4加工路线的确定3
2.5加工工序尺寸及公差的确定3
2.6选择刀具3
2.6.1强度要求3
2.6.2精度要求3
2.6.3刀具的装夹方式3
2.7切削用量的确定3
3数控车削加工工艺文件的填写5
4定位套的车削加工工艺分析6
4.1定位套的作用6
4.2定位套加工工艺分析7
4.2.1零件图的分析7
4.2.2毛坯选择7
根据轴套的材料及几何形状,毛坯应选用长90mm的Φ48㎜的材料。
7
4.2.3定位基准选件7
4.2.4加工方法的选择7
4.2.5保证位置精度的方法7
4.2.6防止零件变形的工艺措施8
4.2.7走刀路线和起刀点选择8
4.2.8刀具选择和装夹位置8
4.2.9选择切削用量8
4.3轴套加工工艺过程10
4.4程序编制11
5总结14
6致谢15
7参考文献16
1引言
1.1数控技术概况
数控技术,简称数控(NumericalControl)。
它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
用数控技术实施加工控制的机床,或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。
数控系统包括:
数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。
现代数控机床是机电一体化的典型产品,是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术集合。
现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。
主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。
一般来说,数控加工技术涉及及数控机床加工工艺和编程技术两方面。
数控机床是数控加工的硬件基础,其性能对加工效率、精度等方面具有决定性的影响。
高速、高效和高精度是数控机床技术发展的目标。
零价加工程序的编制是实现数控加工的重要环节,对于产品质量的控制有着重要的作用。
特别是对于复杂零价的加工,其编程工作的重要性甚至超过数控机床本身。
数控编程所追求的目标是如何更有效地获得满足零件加工要求的高质量数控加工程序,以便充分发会数控机床的性能迷惑的更高的加工效率和质量。
数控技术是机械加工自动化的基础,是数控机床的核心技术,其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平。
它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。
1.2任务的背景分析
我们学校拥有6台数控车床,包含了各个不同的国内外先进的操作系统。
学校为了提高学生的学习积极性,特别组织学生成立了有45位学生以及数控教育方面有一定经验的老师的工学结合试点班,让学生真正做到了从书本到实践操作。
我在实训馆期间主要是学习了法兰克系统的数控机床的操作,该系统的学起来简单,通过电脑里学校虚拟数控编程软件,可以很容易的掌握它。
平时接触生产的有轴类零件、套类零件等,更多的是为了草绳机而生产地三件套,是由3个零件组成的轴套类零件的组合。
学习生产它,可以让我快速的掌握数控车床的入门技术。
2分析数控车削加工工艺的方法与步骤
2.1零件图分析
分析零件图是制定数控工艺的首要工作,主要内容有:
2.1.1尺寸标注方法分析
2.1.2轮廓几何要素分析
2.1.3精度及技术要求分析
2.2工件的装夹
2.1.1定位基准的选择原则
①基准重合原则
②基准统一原则
③便于装夹原则
④便于对刀原则
2.1.2常用装夹方式
①在三爪自定心卡盘上装夹
②在两顶尖之间装夹
③用卡盘和顶尖装夹
④用双卡爪自定心卡盘
2.1.3夹具选择原则
①通用夹具装夹工件,避免采用专用夹具
②基准重合,以减少定位误差
2.3加工顺序的确定
在分析了零件图样和确定工件的装夹方式后,要确定零件的加工顺序。
安排零件车削加工顺序时一般应遵循以下原则:
2.3.1先粗后精的原则
2.3.2先远后近的原则
2.3.3内外交叉的原则
2.4加工路线的确定
加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量,其次是考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等因素。
在保证加工质量的前提下,使加工程序具有最短的进给路线,不仅可以节省整个加工过程的时间,还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。
2.4.1最短的空行程路线
①合理设置起到点
②合理设置换到点
③合理安排“回零”路线
2.4.2最短的切削进给路线
2.4.3大余量毛坯的阶梯切削进给路线
2.4.4精加工切削进给路线
2.5加工工序尺寸及公差的确定
在数控机床上批量加工时,工件以定位基准在夹具中定位装夹,刀具以定位元件为对刀基准对刀建立工件坐标系,并按调整法一次对刀加工一批工件,这时无论工件的编程原点设在什么位置,其在机床上的位置都为同一点。
2.6选择刀具
2.6.1强度要求
2.6.2精度要求
2.6.3刀具的装夹方式
2.7切削用量的确定
数控编程时,必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写入程序内。
切削用量包括主轴转速、被吃刀量级进给速度等。
对于不同的加工方法,需要不同的切削用量。
车削加工时主轴转速n应根据零件上被加工部分的直径,并按照零件盒刀具的材料及加工性质等条件允许的切削速度来确定,切削速度除了计算和查表选取外,还可以根据实践经验确定。
在车削螺纹时,车床的主轴转速将受到螺纹的螺距大小、驱动电动机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响,对于不同的数控系统,推荐不同的主轴转速选择范围。
进给速度的确定:
进给速度是指在单位时间内,刀具沿进给方向移动的距离F。
进给速度的选择主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
背吃刀量的确定:
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定。
在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率,为保证加工表面质量,可留少许精加工余量,一般为0.2~0.5mm。
3数控车削加工工艺文件的填写
编写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。
这些专用技术文件既是数控加工、产品验收的依据,也是需要操作者遵守、执行的规程;有的则是加工程序的具体说明或附加说明,目的是让操作者更加明确程序的内容、定位装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其他问题。
常用的数控加工专用技术文件有:
数控车削加工工序卡、数控加工程序说明卡、数控加工走刀路线图、数控车削加工刀具卡片、数控车削加工刀具调整图。
4定位套的车削加工工艺分析
4.1定位套的作用
起滑动轴承作用。
为了节约材料根据轴承需要的轴向载荷设计轴套的壁厚。
选用铸铜和轴承合金材质。
定位套只能承受较小的轴向载荷。
或加推力轴承。
在运动部件中,因为长期摩擦而造成零件磨损,当轴套与座采用过盈配合,而与轴采用间隙配合,因为无论怎么样还是无法避免磨损的,只能延长寿命,而轴类零件相比来说比较容易加工;维修时还是要按这种方法改造,但改造容易造成设备的精度降低,原因很简单,二次加工是无法保证座孔中心的位置的。
轴套在一些转速较低,径向载荷较高且间隙要求较高的地方用来替代滚动轴承,材料要求硬度低且耐磨,轴套内孔经研磨刮削,能达到较高配合精度,内壁上一定要有润滑油的油槽,轴套的润滑非常重要,干磨的话,轴和轴套很快就会报废,这里推荐安装时刮削轴套内孔壁,这样可以留下许多小凹坑,增强润滑。
4.2定位套加工工艺分析
根据零件图形、装夹方式及加工等方面选用FANUC-CK6140。
4.2.1零件图的分析
①尺寸标注:
该零件尺寸标注完整、明确,轴向尺寸以右端为基准,径向尺寸以中心线为基准,适合于数控加工编成。
②几何元素及技术要求给零件由外圆柱面、内孔、内外沟槽及四处45度倒角组成,其中多个轴向尺寸和径向尺寸有较高的尺寸精度和公差要求。
零件表面要求较高,所以编程时取尺寸公差的平均值。
③零件结构工艺分析
该零件内孔三处沟槽均为2×0.5,便于用一把刀加工出来,外圆及内孔倒角均为C1,零件结构设计合理,适合数控加工。
根据以上分析:
零件编成时取公差尺寸的一半;左右端面多个尺寸的设计基准,加工前先把右端面车出来。
4.2.2毛坯选择
根据轴套的材料及几何形状,毛坯应选用长90mm的Φ48㎜的材料。
4.2.3定位基准选件
定位套在加工时的定位基准主要是外圆和内孔,加工内孔时,利用中心钻钻孔进行内孔基准的选择。
在外圆时,利用三爪定位来完成基准的选择。
4.2.4加工方法的选择
选择加工方法,需要考虑零件的特点、孔径尺寸大小、孔的长度比、精度和表面粗糙度要求以及生产批量、材料及热处理等因素,定位套外圆和内孔的精度均为IT7级精度采用精车可以满足要求。
IT7级精度Φ180+0.021孔宜采用铰孔,但考虑CK6140数控车床不能有程序指令控制铰孔加工,因此采用精车的方法。
内控的加工顺序为钻孔-粗车孔-半精车孔-精车孔。
4.2.5保证位置精度的方法
定位套内外表面间的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度通常采用下述方法来保证:
①在一次装夹中完成内外表面级端面的全部加工。
但对尺寸较大的套筒有许多不便。
②先精加工孔,然后用心轴装夹精加工外圆、端面。
在套筒加工中这种方法用得较多
③先精加工外圆,然后以外圆为精度基准最终加工内孔。
一般采用三爪定心卡盘装夹,工件装夹迅速可靠,但卡盘安装误差较大工件位置精度较低。
如采用软爪卡盘或弹簧套筒装夹,可获得较高通轴度,且不易夹伤工件表面。
4.2.6防止零件变形的工艺措施
定位套零件一般较薄,加工中常因夹紧力、切削力、内应力和切削热等因素的影响而产生变形。
防止变形一般采用以下办法:
①粗、精加工分开。
②采用过渡套、弹簧套或软爪卡盘夹紧工件,以防止由于夹紧力不均匀(如三爪定心卡盘装夹)使套筒零件加工后内孔变形。
也可以采用专用夹具,将径向夹紧改为轴向夹紧。
4.2.7走刀路线和起刀点选择
定位套编程时,工件原点取在工件夹紧后的有端面与轴线的交点处,起刀点和换刀点重合,距离主轴轴线¢60mm,距离夹紧后的工件右端面100mm。
4.2.8刀具选择和装夹位置
①在数控加工中,刀具材料的切削性能直接影响着生产效率,工件的加工精度和表面质量、刀具消耗和加工成本。
硬质合金包括:
钨钴类(YG)、钨钛钴类(YT)、钨钛钽钴类(YW)。
钨钛钽钴类(YW)相当于ISO标准的M类。
YW类合金兼有YG类和YT类合金大部分优良性能,故被称为通用合金。
它既可以加工铸铁、有色金属,也可以加工钢。
所以刀具材料选用硬质合金。
②为避免重新装夹刀具,外圆粗车、半精车和精车均使用同一把90度外圆车刀,安装在刀架的1号刀位上,并定位基准刀。
内孔粗车、半精车和精车也使用同一把内孔车刀,安装在刀架的2号刀位上。
内沟槽车刀主切削刃2mm,刀位点取在左刀尖。
安装在刀架的3好刀位上。
切削力也用作外径车槽,主切削刃宽3mm,刀位点取在左刀尖,安装在刀架的4号刀位上。
4.2.9选择切削用量
①确定背吃刀量ap
因工件的加工余量较大,并考虑刀工件系统的刚度,需要进行多次切削,留0.55mm作为半精车余量,粗车外圆/内孔时,背吃刀量应选用3.0/2.0mm。
由于零件的表面粗糙度较高,应留小的精车余量,所以半精车外圆/内孔时背吃刀量取0.4mm,精车外圆/内孔时取0.15mm。
②确定进给量f
根据车刀刀杆尺寸,工件直径和背吃刀量可查得粗车外圆/内孔时f=0.4-0.5mm/r,选取f=0.4mm/r。
根据零件表面粗糙度、材料等因素,半精车与精车外圆/内孔时取f=0.3-0.5mm/r,由于工艺的要求,分为半精车和精车,再考虑到机床的刚度,故半精车时f取0.13-0.16mm/r;切断、切槽时,f取0.13-0.16mm/r,取f=0.1mm/r.
进给量(f)的确定不仅根据车刀材料还要根据表面粗糙度如表1所示:
硬质合金刚车刀粗车外圆及断面的进给量
表1
工件材料
车刀刀杆尺寸B×H/mm
工件尺寸dw/mm
背吃刀量
≦3
>3-5
5-8
>8-12
>12
进给量f/mm·r-1
铸钢及铜合金
16×25
40
0.4-0.5
0.4-0.5
--
--
--
60
0.5-0.8
0.5-0.8
0.4-0.6
--
--
100
0.8-1.2
0.7-1.0
0.6-0.8
0.5-0.7
--
400
1.0-1.4
1.0-1.2
0.8-1.0
0.6-0.8
--
③选择切削速度Vc
根据工件材料,背吃刀量和进给量,粗车和半精车时取Vc=1-1.33m/s。
取Vc=1m/s。
由表2查得切槽/切断时,Vc=1m/s。
表2
工件材料
抗拉强度/(N.m-2)
刀具材料
粗加工/m.min-1)
精加工/m.min-1)
钢
350-400
硬质合金
130-240
200-300
430-500
100-200
220-300
600-700
100-150
150-220
700-850
70-90
100-130
④确定主轴转速n
由公式n=1000Vc所以粗车、半精车时n=1000*0.8/π*48=5.31r/s。
即n=318.47r/min,取n=300r/min。
精车时,n=1000*1.1/π*45=7.78r/s。
即n=466.8r/min.取n=460r/min.
切槽/切断时,n=1000*0.39/*18=6.9r/s。
即n=414r/min取n=400r/min。
表3表面粗糙度选择进给量的参数值
工件材料
表面粗糙度Ra/um
切削速度范围Vc/m/min
刀尖圆弧单位rmm
0.5
1.0
2.0
进给量f/mm·r-1
铸铁、青铜、铝合金
>5-10
不限
0.25-0.40
0.40-0.50
0.50-0.60
>2.5-5
0.15-0.25
0.25-0.40
0.40-0.60
>1.25-2.5
0.10-0.15
0.15-0.20
0.20-0.35
轴套加工时切削用量如表4所示
表4
主轴转速s/(r/m)
进给量f(mm/min)
背吃刀量ap/mm
粗车外圆/内孔
950/460
400
3.0/2.0
半精车外圆内孔
950/460
150
0.4
精车外圆内孔
1200/460
80
0.15
车槽切断
300
100
4.3轴套加工工艺过程
单位名称
浙江广厦学院
零件号
01043
机床型号
FANUC-CK6140
材料
夹具名称
三爪定心卡盘装夹
45钢
工序号
加工内容
刀具号
刀具名称
刀具规格
主轴转速(r/min)
背吃刀量(mm)
加工余量(mm)
备注
1
车端面
T1
90°外圆刀
950
3.0
2
钻孔
φ15mm钻头
300
手动
3
粗车半精车外圆
T1
90°外圆刀
950
3.0
留精车余量0.25mm
4
粗车和半精车内控
T2
内孔车刀
460
3.0
留精车余量0.25mm
5
内孔倒角
T2
内孔车刀
300
3.0
6
精车内孔
T2
内孔车刀
460
0.15
7
车内沟槽
T3
内沟槽刀
460
8
精车外圆
T1
90°外圆刀
1200
9
车外沟槽
T4
切槽刀
460
10
外圆倒角
T1
90°外圆刀
460
11
切断
T4
切断刀
300
4.4程序编制
O0001
N0010G50X100Z100坐标系设定
N0020M03S950主轴正转转速950r/min
N0030T010101号刀01号刀补
N0040G00X48Z5快速点定位
N0050G71U1R0.5外圆切削循环
N0060G71P70Q160U0.2F150
N0070G00X0粗加工轮廓起始行
N0080Z0快速定位
N0090G01X26车削外圆起点
N0100X28Z-1精加工倒角
N0110Z-20精加工Φ28
N0120X30沿X轴直线走刀30mm
N0130Z-36沿Z轴直线退刀36mm
N0140X45退出已加工表面
N0150Z-50精加工半径Φ50
N0160X48
N0170G00X100Z100返回工作原点
N0180T0202S460换02号刀02号刀补
N0190G00X160Z5快速点定位
N0200G01Z-50F150直线走刀
N0210G00X15快速点定位
N0220Z5
N0230X17
N0240G01Z-50直线走刀
N0250G00X15快速点定位
N0260Z5沿Z直线走刀5mm
N0270X17.8沿X轴直线走刀17.8mm
N0280G01Z-50沿Z直线退刀50mm
N0281G00X15快速点定位
N0290Z5
N0300X20直线走刀20mm
N0310Z-16.8
N0320G00X15快速点定位
N0330Z5精加工半径Φ5
N0340X21.5直线走刀21.5mm
N0350G01Z-16.9
N0360G00X15快速点定位
N0370Z5
N0380X22倒角起点
N0390G01Z-17F80精加工倒角
N0400X18沿X轴直线走刀18m
N0410Z-50精加工半径Φ50
N0420G00X15沿X轴点退刀15mm
N0430Z100快速退刀
N0440X100
N0450T0303S460换03号刀03号刀补
N0460G00X15快速点定位
N0470Z-3精加工半径Φ3
N0480G01X17F80
N0490G00X15快速点定位
N0500Z-31精加工半径Φ31
N0510G01X17沿X轴直线走刀17mm
N0520G00X15快速点定位
N0530Z-24精加工半径Φ24
N0540G01X17沿X轴直线走刀17mm
N0550G00X15快速点定位
N0560Z100沿Z轴快速退刀
N0570X100沿X轴快速退刀
N0580T0101S120001号刀01号刀补
N0590G00X48Z5回到起点
N0600G70P70Q160精车循环
N0610G00X100Z100返回工作原点
N0620T0404S460换04号刀04号刀补
N0630G00X48Z5速点定位
N0640G01X28F100
N0650G00X100沿X轴快速退刀
N0660Z100沿Z轴快速退刀
N0670T0100取消刀补
N0680M05主轴停止
N0690M30程序结束
5总结
本论文在指导老师的密切关心和帮助下完成了,虽说比较辛苦,但我由衷的感到欣慰,因为在这么短的时间内完成了毕业设计,让我收到了非常重要的学习过程。
在这次设计中我通过查阅相关资料选定加工工艺方案,在指导老师的辅导下我将两年来所学的理论知识和实习锻炼出来的实际操作能力相结合运用于此设计课题中,制定合理的加工工艺路线,选取合理的刀具、切削参数,灵活运用专业知识来解决实际生产中的问题为目的,通过所学知识对零件图纸进行分析、选定加工方案和使用数控设备进行零件加工,同时加强了对数控机床的实际操作能力,这是对我们三年专业知识和实际操作能力的一次总结。
也增强了我未来工作上的能力。
在当今的知识经济时代迫切需要具有综合素质,实践能力和创新精神的新型人才,这就需要我们将理论和实践相结合不断的自己调整,使自己成为这个新时代的人才。
同时这次的毕业设计,让我的技术方面的意识有了长足的进步,可以让我日后的工作生活中可以让我积极地面对工作岗位的挑战。
在这次毕业设计过程中总结出的些许经验,也使我发现了自己的很多不足之处,改变了我一直以来沾沾自喜的心态,让我在未来的工作道路上能越来越稳定。
6致谢
本文是在刘守林老师精心指导和大力支持下完成的。
刘老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。
她渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。
同时,在此次毕业设计过程中我也学到了许多了知识,技能有了很大的提高。
另外,我还要特别感菜同学对我实验以及论文写作的指导,他们为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。
还要感谢,陈强和何海明同学对我的无私帮助,使我得以顺利完成论文。
最后,再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢!
7参考文献
[1]吴明友.数控机床加工技术.东南大学出版社2000.6
[2]孙竹.数控机床编程与操作.机械工业出版社.1996.4
[3]艾兴、肖诗.削用量简明手册.北京机械工业出版社.1983.
[4]徐宏主.数控加工工艺.化学工业出版社.2003
[5]孙江宏.陈秀梅.Pro/E2001数控加工教程.北京清华大学出版社.2001
[6]余英良.数控加工编程及操作.高等教育
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