毕业设计论文轴类配合零件的加工工艺设计.docx
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毕业设计论文轴类配合零件的加工工艺设计
目录
1绪论1
2零件的分析2
3工艺设计5
3.1零件图样分析5
3.2毛坯的选择5
3.3加工余量的分析6
3.4定位基准的选择6
3.5选择机床6
3.6机床的选择6
3.7选择加工方法7
3.8切削用量的确定9
3.9选择刀具9
3.10确定加工工序10
3.11确定加工顺序11
3.12确定进给路线11
3.13切削参数确定13
4工艺文件16
5加工程序编制21
结论23
致谢24
参考文献25
附录26
1绪论
21世纪科学技术突飞猛进,以数控加工为核心的先进制造技术已成为世界各国加速经济发展,提高综合国力和国家地位的重要途径。
所谓的数控加工技术就是指用数字、文字、和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术;它利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工,提高了零件的加工效率。
我院积极培养技术型人才的基本理念更是符合当前国情的发展需要,为达到这一目标,我们更要将理论知识和实际操作紧密联系起来。
这次毕业设计我选的课题是轴类配合零件的加工工艺设计。
它突出了数控车削加工的特点及零件加工过程中的工艺性特点。
此设计综合运用了所学专业知识:
《机械制图》、《数控编程》、《数控车削加工技术》、《机械制造基础》、《机械设计》等,还运用了CAXA电子图版绘制零件图,此外还用到一些基础知识如:
计算机、英语等。
通过本次毕业设计,巩固和扩展自己所学的专业知识,综合运用所学知识培养自己分析和解决实际问题的能力,培养勇于探索的创新精神和实践能力;培养正确的设计和研究思想、理论联系实际、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风;强化质量意识和时间观念,养成良好的职业习惯,为以后实际工作打下良好的基础。
2零件分析
2.1零件的特点
该零件是轴类零件,适合数控车床加工,其实任何一个零件并不是所有的加工内容均适合在数控机床上加工,在加工前应对零件图纸仔细分析,选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。
由于本次设计是单件生产和我院现有的数控设备,故所有加工内容均在数控车床上加工。
2.2零件的工艺分析
零件的工艺性须从零件图的结构工艺性和毛坯的结构工艺性两个方面分析。
零件图纸直接反映零件结构,而零件的结构设计会影响或决定工艺性的好坏。
因此零件图样尺寸必须正确标注,保证加工精度达到要求和保证基准统一。
毛坯加工余量应充足并尽量均匀。
2.3零件的技术要求
轴IT7级,Ra3.2~1.6,轴套IT7级,Ra3.2~1.6。
由于本零件为配合零件,各个零件必须达到精度要求,配合精度也必须达到要求。
2.4零件图纸的工艺分析
在实际工作中常常会遇到图纸中缺少尺寸,给出的几何元素的相互关系不够明确,使编程计算无法完成。
所以各种几何要素的条件要充分,它是零件结构工艺性的一个重要内容。
零件图样上的尺寸标注既要满足设计要求,又要便于加工。
满足设计要求的尺寸,都是影响装配精度的尺寸,要通过装配尺寸链的分析来标注。
一张完整的零件图,应该做到以下几点内容:
(1)视图。
此次设计通过完整的装配图,配合件及螺纹轴视图把零件的各部分完整、正确、清晰地表达出来。
(2)尺寸。
本次设计用一组完整的尺寸把零件各部分的大小和位置正确、完整、清晰、合理地标注出来。
(3)技术要求。
说明零件在制造和检验时应达到的技术指标。
此次设计采用45#钢,无热处理和硬度要求,表面粗糙度轴身、轴内孔、轴套外表面及孔均为Ra1.6μm,其余为Ra3.2μm。
尺寸公差、形状与位置公差的标注都符合设计要求。
(4)装配图。
此装配图说明轴套和轴身之间的配合,并标明了相关尺寸。
(5)标题栏。
此标题栏说明了零件的名称、材料、数量、图号、比例及制图、校核等有关责任人的签名和日期等。
(6)明细栏。
此明细栏说明各个零件的名称、数量、材料。
图1-1所示为装配图、图1-2,1-3所示是配合件与螺纹轴,该零件的加工材料为45钢,45钢是优质碳素结构钢韧性与强度都不错,价格便宜,切削加工性能好,无热处理和硬度要求。
该零件由圆柱面、三角螺纹、内孔组成。
图2-1装配图
图2-2配合件
图2-3螺纹轴
3工艺设计
3.1零件图样分析
该零件的加工内容包括:
外圆、端面、轴的外轮廓、打孔、轴套等,尺寸精度轴IT6级,轴套IT7级,表面粗糙度轴身、轴内孔、轴套外表面及孔均为Ra1.6μm,其余为Ra3.2μm。
想要保证要求应:
(1)在选材上要保证材料合理,具有良好的力学性能。
(2)选择高硬度耐磨,有足够强度和韧性,导热性耐热性好有良好工艺性的刀具。
(3)保证零件程序编写正确合理。
(4)选择合理的机床进行加工,保证正确装夹,保证加工参数正确。
该零件尺寸标注完整、轮廓描述清晰完整,符合数控加工尺寸标注要求;该零件由螺纹轴和配合件两个部分组成;该零件表面由圆柱面、三角螺纹、内台阶孔等表面组成。
其中多个直径尺寸有较严的尺寸公差等级和表面粗糙度要求,并且该零件还有同轴度要求,这就要求在加工过程中要保证螺纹轴与配合件的配合精度,选择好定位基准和合适的切削用量。
3.2毛坯的选择
概念:
毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量,加工总余量的大小取决于加工过程中各工步切削金属层厚度称为工序余量。
在制定零件机械加工工艺规程之前,还要确定毛坯,包括选择毛坯类型及制造方法,确定毛坯精度,零件加工的工序数量,材料消耗和劳动量,再很大程度上与毛坯有关。
棒料类毛坯应材料均匀,余量均匀,足够直,达到更好的效果。
毛坯选择的大小主要考虑加工余量、夹持面及加工情况来选择。
此设计根据实际情况选择毛坯材料为45钢,45钢价格便宜,硬度HRC为20~30,切削加工性能好,无热处理和硬度要求。
毛坯的选用如表2—1所示:
表3-1毛坯选用表
零件名
轴
轴套
毛坯尺寸
Φ75×120mm
Φ75×100mm
3.3加工余量分析
加工余量是指加工过程中从加工表面切除金属层厚度。
加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性有较大的影响。
余量过大会浪费原材料及机械加工的工时,增加机床、刀具及能源的消耗;余量过小则不能消除上道工序留下的各种误差、表面缺陷和本工序的装夹误差,容易造成废品。
因此,应根据影响余量大小的因素合理地确定加工余量。
该零件表面和孔的粗糙度值要求较高,因此粗加工后,留精加工余量0.2mm。
3.4定位基准的选择
定位基准是工件在定位时所依据的基准。
它的选择原则是:
尽量选择零件上的设计基准作为定位基准;一次装夹就能够完成全部关键精度部位的加工,以减少重复定位的次数,选择好的定位基准和装夹方式提高工作效率。
首先以毛坯件的一个平面为粗基准,先车削螺纹轴的外端面,而后以已加工圆柱面为精基准,对孔进行加工,保证配合件的同轴度。
3.5选择机床
选择机床应该充分利用现有设备完全发挥现有潜力,该零件既有平面又有孔,结合我院现有机床的实际情况,采用卧式车床的CK-6132A机床进行加工,该机床的最大回转直径320mm、最大工件距离为750mm、回转刀架工位数为4。
该机床采用高性能的变频无级调速驱动系统,具有过载保护功能。
3.6选择加工方法
由于该配合件由圆柱面、三角螺纹、内孔组成,其中多个直径尺寸有较严的尺寸公差和表面粗糙度要求,因此,为保证其加工精度可以以毛胚外圆作为粗基准先车削螺纹轴的外端面,再以已加工圆柱面为精基准对孔进行加工。
先钻中心孔在选择φ30mm钻头钻孔,先钻中心孔是为保证钻孔时的轴线定位,有利于钻孔时按中心孔的轴线顺利钻孔,有利于防止钻偏,保证其加工精度要求。
3.7确定装夹方案和选择夹具
(1)工件的定位
工件定位,就是要使工件在夹具中占据某个确定的正确加工位置。
①六点定位原理
工件在空间有六个自由度,即沿X、Y、Z三个坐标方向的移动自由度和绕X、Y、Z三个移动轴的旋转自由度A、B、C,如图1-4所示。
要确定工件在夹具中获得唯一确定的位置,需要在夹具上合理设置相当于定位元件的六个支撑点,以消除工件的所有六个自由度,这就是工件定位的“六点定位原理”。
需要指出的是,工件形状不同,定位表面不同,定位点的布置情况也各不相同。
图3-1工件在空间的六个自由度
②限制自由度与工件加工要求的关系
度对加工要求无影响,对加工要求有影响的自由度根据工件加工表面的不同加工要求,有些自由度对加工要求有影响,有些自由必须限制,而不影响加工要求的自由度不必限制。
③工件安装的基本原则
在数控机床上工件安装的原则与普通机床相同,也要合理地选择定位基准和夹紧方案。
为了提高数控机床的效率,在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点:
a.力求设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。
b.尽量减少装夹次数,尽可能在一次定位和装夹后就能加工出全部待加工表面。
c.避免采用占机调整式方案,以充分发挥数控机床的效能。
(2)工件的夹紧
工件的夹紧首先应选择合理的夹紧装置,夹紧装置应满足以下基本要求:
夹紧过程可靠,不改变工件定位后所占据的正确位置。
夹紧力的大小适当,既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、振动小,又要使工件不会产生过大的夹紧变形。
操作简单、方便、省力、安全。
结构性好,夹紧装置的结构力简单、紧凑,便于制造和维修。
本零件为轴类零件,又因长度较长,且夹持长度较少,则选用三爪自定心卡盘和顶尖,采用一夹一定方式装夹。
3.8切削用量的确定
制定切削用量,是在选择好刀具材料和几何角度的基础上,确定背吃刀量、进给量和切削速度制定切削用量的原则,是在保证加工质量降低成本和提高生产率的前提下,使ap、f、Vc的乘积最大。
切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。
选择切削用量时,就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下,充分发挥机床性能和刀具切削性能,使切削效率最高。
粗加工时应选取尽可能大的背吃刀量;其次要根据机床动力和刚性的限制条件等,选取尽可能大的进给量;最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
精加工时应根据加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面粗糙度要求,选取最小的进给量;最后在保证刀具耐用度的前提下尽可能选用较高的切削速度。
在确定装夹方案时,要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位和夹持方式,并选择合理的夹具。
该配合件的加工材料属外圆类,加工时以外圆定位用三爪卡盘夹紧,该卡盘主要用于装夹外圆类零件,无需找正、装夹精度高、自动定心好。
在钻孔时可以选用一些辅助装夹的垫片,防止在钻孔时夹持面变形。
3.9选择刀具
数控车刀的选用是一项较综合和全面的工作,具体选用方法较灵活,选用的原则上可根据刀具的切削部位的形状及零件轮廓的形状等综合考虑,在加工时应尽量采用“一刀多用”。
根据刀具加工内容,所需刀具有90°右手偏刀、90°内孔车刀、A3中心钻、φ30mm麻花钻,这些刀具材料为高速刚,高速刚刀具具有高硬度、高耐磨性、高红硬性、抗冲击能力强、韧性较好和工艺性好,缺点是高温切削差。
还需3mm切槽刀、60°螺纹刀,这两种刀具材料为硬质合金钢,它有硬度高,耐磨好,耐热性高的优势。
具体刀具安排如表3-1所示:
表3-1刀具卡
品名称
零件名称
螺纹轴与配合件
零件图号
01
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀尖半径(mm)
备注
1
T01
90°右偏刀
1
自右至左车粗车外表面
0.5
2
T02
30°右偏刀
1
自右至左车精车外表面
0.2
3
T03
3mm外圆切槽刀
1
切槽
4
T04
60°螺纹刀
1
车螺纹
0.2
5
T05
A3中心钻
1
钻中心孔
防钻偏
6
T06
φ30mm麻花钻
1
钻孔
7
T07
90°内孔车刀
1
车削内孔
0.2
8
T08
3mm内孔切槽刀
1
切槽
编制
董秋
审核
廖璘志
批准
廖璘志
共1页
第1页
3.10确定加工工序
加工工序的安排应根据零件结构和毛坯的结构和毛坯状况,结合定位夹紧的需要一起考虑,重点应保证钢件的刚度不被破坏,尽量避免变形。
加工顺序的安排应遵循下列原则:
(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位夹紧。
(2)以相同安装方式或用同一刀具加工的工序,最好连续进行,以减少重复定位次数和换刀次数。
(3)先近后远,减少空行程时间。
(4)在同一次安装中进行多道工序,应先安排对工件破坏较小的工序。
防止对工件产生大的破坏造成废品。
根据配合件的结构形状、精度和表面粗糙度要求。
采用一次装夹所进行的加工作为一道工序,并以保证工件加工的质量为原则,先加工螺纹轴在加工配合件。
特拟订加工顺序如下:
工序1:
车削螺纹轴外表面。
工序2:
车中心孔→钻孔→扩孔。
工序3:
车削配合件外表面。
3.11确定加工顺序
根据零件结构,并以保证工件加工刚度和表面精度为原则,拟定轴及内孔以下加工顺序:
工步1:
车端面
工步2:
车外圆
工步3:
车左端(粗加工左端→精加工Φ40→Φ42→(换刀)切Φ3退刀槽→倒角)
工步4:
调头装夹,车右端面(保总长)(粗精加工右端→精加工Φ33→Φ38→Φ56→Φ70(换刀)切Φ3退刀槽→倒角→车螺纹)
拟定轴套零件以下加工顺序:
工步1:
钻孔
工步2:
扩孔
工步3:
(换刀)车内台阶孔
工步4:
(换刀)车端面
工步5:
从左至右依次加工表面(精车Φ50→Φ56→Φ58)
工步6:
调头,车右端(保总长)(粗精加工右端→Φ70→R5→Φ66)
3.12确定进给路线
在数控加工中刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为进给路线,进给路线不仅包括了加工内容也反映出加工顺序,是编程依据之一。
加工路线的确定应首先保证被加工零件的尺寸精度和表面质量,其次考虑数值计算简单,走刀路线尽量短、效率高等。
确定进给路线原则:
(1)加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。
(2)应使加工路线最短,以减少空行程时间,提高加工效率。
(3)在满足工件精度、表面粗糙度、生产效率要求的情况下,尽量简化数学处理是的数值计算工作量,以简化编程工作提高生产效率。
(4)但某段进给路线重复使用时,为了简化编程应使用子程序。
具体加工路线如下图所示:
图3-1轴左端走刀路线示意图图3-2轴右端走刀路线示意图
图3-3轴内孔走刀路线图3-4配合件外轮廓走刀路线
3.13切削参数确定
切削用量根据工件材料、刀具材料及图样要求选取。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
切削用量选择的原则是:
保证零件加工质量和表面粗糙度充分发挥刀具切削性能保证合理的刀具切削性能和耐用度,并充分发挥机床的性能最大限度地提高生产效率减低成本。
在加工零件表面和编程过程中,需设定以下几种参数:
(1)背吃刀量的确定
背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工的余量。
背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。
粗加工时,在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下,尽可能取较大的背吃刀量,以减少进给次数;精加工时,为保证零件表面加工质量及粗糙度的要求,背吃刀量一般选择较小取0.l~0.4mm较为合适。
这样可以减少走刀次数,缩短生产加工时间,提高生产效率。
(2)进给速度f的确定
进给速度是指切削单位时间内工件与车刀沿进给方向的相对位移,单位为mm/min。
根据零件加工精度和表面粗糙度要求以及刀具材料来选择,当加工精度要求高时,表面粗糙度值要求高时,进给数值应选择小些以保证加工质量;其次当加工精度要求不高时,表面粗糙度值要求低时,进给数值应选择大些以保证加工效率和减少加工成本。
进给速度详见表3-2:
(3)主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削深度和工件的(或刀具)直径来选择,
其计算公式为:
n=
式中Vc为切削速度,单位为mm/min
D为刀具的直径或工件的直径,单位为mm
计算的主轴转速n最后要根据机床有的或较接近的转速取近似值。
详细见表3-2。
Vc=
粗车时,主轴转速n取800r/min,工件直径为70mm,即
Vc=
=176mm/mim
精车时,主轴转速n取1200r/mim,工件最大直径为56mm,即
Vc=
=211mm/mim
表3-2切削参数表
加工范围
车削方式
背吃刀量(mm)
进给速度(mm/min)
主轴转速(r/min)
螺纹轴外端面
粗车
2
100
800
精车
0.25
50
1200
螺纹轴内孔
粗车
1.5
100
400
精车
0.25
40
800
配合件
粗车
2
100
800
精车
0.25
50
1200
(4)切削液的选择
切削液对切削速度、表面粗糙度、加工精度等都有较大的影响,加工时必须正确选配。
合理的选择切削液可以改善工件与刀具间的摩擦状况降低切削力和削温度,减轻刀具摩损减小工件的热变形,从而可以提高刀具耐用度提高加工效率和加工质量。
由于在切削加工过程中,被切削金属和刀具的摩擦会产生大量的热——切削热。
如果大量的切削热传入刀具,容易使刀具损坏——造成“烧刀”的现象,由于选择的高速钢刀具高温切削差,为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命,在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却,以避免造成“烧刀”的现象和对零件加工精度产生影响,还可以有效地降低温度,防止切削层金属的变形、减少切削时工件与刀具的摩擦。
常用的切削液分为三大类:
水溶液、乳化液、切削油,表3-3是切削液的具体说明:
表3-3冷却液主要成分及作用
冷却液名称
主要成分
主要作用
水溶液
透明冷却水、防锈添加剂
冷却
乳化液
水、油、乳化液
冷却、润滑、清洗
切削油
矿物油、动植物油、极压油
添加剂或油性
润滑
因所选零件材料为45钢,为了得到零件图所要求的加工质量,选择乳化液作为冷却液效果最好。
4工艺文件
工艺文件是工件进行数控加工的前期工艺准备工作,无论是手工编程还是自动编程,都要对加工工件进行工艺分析、拟订工艺路线、设计加工工序等工作。
通过这些合理的分析合理的确定工艺文件。
如果考虑不周可能造成零件在加工中出错,工艺设计做的不好,往往造成工作反复,工作量成倍增加甚至推倒重来,编程人员必须首先搞好工艺设计,然后在考虑编程。
该零件尺寸标注完整、轮廓描述清晰完整,符合数控加工尺寸标注要求,夹具选择三爪卡盘夹紧,该卡盘主要用于装夹外圆类零件,无需找正、装夹精度高、自动定心好;刀具选择为高速刚,高速刚刀具具有高硬度、高耐磨性、高红硬性、抗冲击能力强、韧性较好和工艺性好,符合数控加工工艺要求。
通过对生产对象的尺寸,相对位置和性质等的改变,使其成为半成品或成品的过程,成为工艺过程,具体工艺过程详见表4-1,4-2
表4-1轴的工艺过程卡
序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
1
备料
45钢:
120mm×Φ75mm
弓锯机
2
车削
1夹右端,车左端面,车外圆,粗车左端外轮廓
2精车左端外轮廓
3切槽
4调头,夹Φ70,车左端面,保总长,粗车右端外轮廓
5精车右端外轮廓
6切槽
7倒C1.5角
8车螺纹
CK-6132A
三爪卡盘
3
钳工
去毛刺
4
清洗
5
检验
测量各部分尺寸、形状精度检测
表4-2轴套的工艺过程卡
序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
1
备料
45钢:
100mm×Φ75mm
弓锯机
2
车削
1钻Φ40孔
2扩Φ40孔
3夹右端,车左端面,粗车左端外轮廓
4精车左端外轮廓
5调头,夹Φ66,车右端面,保总长,粗车右端外轮廓
6精车右端外轮廓
CK-6132A
三爪卡盘
3
切断
4
钳工
去毛刺
5
清洗
6
检验
测量各部分尺寸、形状精度检测
表4-3工序1工序卡
宜宾职业技术学院
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
图样代号
螺纹轴
2-3
使用设备
CK-6132A
材料
45钢
工序内容
车削螺纹轴外端面
切削液
乳化液
程序编号
O0001,O0002
夹具名称
三爪卡盘
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格(mm)
主轴转速(r/min)
进给速度
(mm/min)
背吃刀量(mm)
备注
1
夹右端,粗车左端面,车外圆,粗车左端外轮廓
T01
25×25
800
120
2
2
精车左端轮廓(Φ40→Φ42→C1.5)
T02
25×25
1200
180
0.3
3
切槽
T03
25×25
600
30
4
车右端面,保总长,粗车右端外轮廓
T01
25×25
800
120
2
5
精车右端外轮廓(Φ38→Φ56→R8→Φ70)
T02
25×25
1200
180
0.3
6
切槽,倒角
T03
25×25
600
30
7
车螺纹
T04
25×25
600
40
编制
董秋
审核
廖璘志
批准
廖璘志
10年9月
第一页
共一页
表4-4工序2工序卡
宜宾职业技术学院
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
图样代号
螺纹轴
2-2
使用设备
CK-6132A
材料
45钢
工序内容
车削螺纹轴内孔
程序编号
O0003
切削液
乳化液
夹具名称
三爪卡盘
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格(mm)
主轴转速(r/min)
进给速度
(mm/min)
背吃刀量(mm)
备注
1
打中心孔
T04
A3
800
100
2
2
钻φ40mm内孔
T05
φ30
300
50
0.25
3
粗车内孔
T06
25×25
300
80
1.0
4
精车内孔
T06
25×25
500
40
0.1
5
切3mm内孔槽
T08
25×25
600
30
编制
董秋
审核
廖璘志
批准
廖璘志
10年9月
第一页
共一页
表4-5工序3工序卡
宜宾职业技术学院
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
图样代号
配合件
2-2
使用设备
CK-6132A
材料
45钢
工序内容
车削配合件
程序编号
O0004,O0005
夹具名称
三爪卡盘
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格(mm)
主轴转速(r/min)
进给速度
(mm/min)
背吃刀量(mm)
备注
1
夹右端,粗车左端面,车外圆,粗车左端面
T01
25×25
800
50
2
精车左端面
T02
25×25
1200
3
自左至右粗车外端轮廓
T01
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