轴类零件数控加工工艺毕业设计.docx
- 文档编号:6735481
- 上传时间:2023-01-09
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:91.16KB
轴类零件数控加工工艺毕业设计.docx
《轴类零件数控加工工艺毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《轴类零件数控加工工艺毕业设计.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
轴类零件数控加工工艺毕业设计
轴类零件数控加工工艺毕业设计
摘要
随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,数控加工技术对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。
而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。
并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。
本文根据数控机床的特点,针对具体的零件,进行了工艺方案的分析,工装方案的确定,刀具和切削用量的选择,确定加工顺序和加工路线,数控加工程序编制。
通过整个工艺的过程的制定,充分体现了数控设备在保证加工精度,加工效率,简化工序等方面的优势。
【关键词】工艺分析 加工方案 进给路线 控制尺寸
前言
在机械加工工艺教学中,机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。
让学生了解相关工种的先进技术,同时培养工作岗位的前瞻性;在讲授数控知识的同时,必须要求学生掌握基本的机械加工工艺,增强系统意识,理解手动操作与自动操作之间的联系,真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。
数控车工基础工艺理论及技能有机融合,包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等,分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。
以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线,常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工,较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。
对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算,都进行了有针对性的论述,目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。
本文以与切削用量的选择,工件的定位装夹,加工顺序和典型零件为例,结合数控加工的特点,分别进行工艺方案分析,机床的选择,刀具加工路线的确定,数控程序的编制,最终形成可以指导生产的工艺文件。
在整个工艺过程的设计过程中,要通过分析,确定最佳的工艺方案,使得零件的加工成本最低,合理的选用定位夹紧方式,使得零件加工方便、定位精准、刚性好,合理选用刀具和切削参数,使得零件的加工在保证零件精度的情况下,加工效率最高、刀具消耗最低。
最终形成的工艺文件要完整,并能指导实际生产。
第一章零件的分析
1.1分析零件图样
零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性,即所设计的零件结构应便于成形,并且成本低,效率高。
零件图纸的工艺分析
如图所示
零件结构分析
由图我们可知,本零件上由圆柱面、内孔、内圆锥面、圆弧面、沟槽、和螺纹等部分组成。
零件车削加工成形轮廓的结构形状较复杂、需两头加工,零件的加工精度和表面质量要求都很高
该零件重要的径向加工部位有
mm圆柱段(表面粗糙度Rɑ=1.6µm)、
圆柱段(表面粗糙度Rɑ=1.6µm)、R6mm圆弧与R20mm圆弧相切过渡区、
的内孔(表面粗糙度Rɑ=1.6µm)、长径比为1:
2的内锥(小端直径为
、M20x2-6g三角形外螺纹,其余表面粗糙度均为Rɑ=3.2µm)。
零件符合数控加工尺寸标注要求,轮廓描述清楚完整,零件材料为45钢,毛胚为ф50mm*130mm
1.2确定毛坯
1).材料的分析
该轴零件加工中,刀具与工件之间的切削力较大。
工件材料的可切削性能。
强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。
所以选择45钢为该轴类零件的材料。
45钢的化学成分中含C0.42%~0.50%,Si0.17%~0.37%,Mn0.50~0.80%,P≤0.035%,S≤0.035%,Cr≤0.25%,N≤0.25%,Cu≤0.25%.45钢在进行冷加工时硬度要求,热轧钢,压痕直径不小于3.9,布氏硬度不小于241HB,退火钢压痕直径不小于4.4,布氏硬度不小于187HB,45钢的机械性能:
δs≥335Mpa,δb≥600Mpa,∮≥40%,Ak≥47J。
45钢相对切削性硬质合金刀具1.0,高速钢刀具1.0,45钢经济合理对加工刀具的要求也合理,45钢用途广泛,主要是用来制造汽轮机、压缩机,泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。
根据以上数据适合该轴的加工。
2).毛坯的分析
轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。
锻件:
适用与零件强度较高,形状较简单的零件。
尺寸大的零件因受设备限制,故一般用自由锻;中、小型零件可选模锻;形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。
铸件:
适用于形状复杂的毛坯。
钢质零件的锻造毛
坯,其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。
根据该轴零件的结构形状和外轮廓尺寸,所以采用锻件。
本零件的毛坯宜采用锻件,由棒料锯割,模锻毛坯至Φ40X425mm,使钢材经过锻压,获得均匀的纤维组织,提高其力学性能,同时也提高零件与毛坯的比重,减少材料消耗
1.3工艺规程设计
小批量生产条件编程,不准用砂布和锉刀修饰平面,这是对平面高精度的要求,未注公差尺寸按GB1804-M,热处理,调质处理,HRC25-35,未注粗糙度部分光洁度按Ra6.3,毛胚尺寸ф50mmx130mm。
加工难点及处理方案
分析图纸可知,此零件对平面度的要求高,左端更有内轮廓加工,为提高零件质量,采用以下加工方案:
1.对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸,编程时采用中间值。
2.在轮廓曲线上,有一处既过象限又改变进给方向的轮廓曲线,因此在加工时应进行机械间隙补偿,以保证轮廓曲线的准确性。
3.零图纸中含有圆柱度,为保证其形位公差,应尽量一次装夹完成左端面的加工以保证其数值。
4.本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工---精加工加工方案,并且在精加工的时候将进给量调小些,主轴转速提高。
5.螺纹加工时,为保证其精度,在精车时选择改程序的方法,将螺纹的大径值减小0.18-0.2mm,加工螺纹时利用螺纹千分尺或螺纹环规保证精度要求。
选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度
1.3.1加工方法的选择
确定装夹方案
在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。
工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率,为了充分发挥数控机床的工作特点,在装夹工件时,应考虑以下几种因素:
1.尽可能采用通用夹具,必须时才设计制造专用夹具;
2.结构设计要满足精度要求;
3.易于定位和装夹;
4.易于切削的清理;
5.抵抗切削力由足够的刚度;
使用三爪自定心卡盘夹持零件的毛坯外圆,确定零件伸出合适的长度(应将机床的限位距离考虑进去)。
零件需要加工两端,因此需要考虑两次装夹的位置,考虑到左端的Φ38mmx35mm的台阶可以用来装夹,因此先加工左端,然后调头夹住Φ38mmx35mm的台阶加工右端。
定位基准
工件的定位与基准应与设计基准保持一致,应防止过定位,对与箱体工件最好选择“一面两销”作为定位基准,定位基准在数控机床上要仔细找正。
由于这个工件是个实心轴,末端要镗一个30的锥孔,因轴的长度不是很长,所以采用工件的右端面和48的外圆作定位基准,使用普通三爪卡盘夹紧工件,取工件的右端面中心为工件坐标的原点,对刀点在(100.100)处。
由于此零件全部表面都需加工,应选用外圆及一端面为粗基准,然后通过“互为基准的原则”进行加工。
遵循“基准重合”的原则。
加工左端时选择在毛坯外圆柱段的右端外圆表面,加工右端时选择在Φ38mm外圆柱段的表面,以体现定位基准是轴的中心线。
1.3.2加工路线的确定
①先粗后精先安排粗加工,中间安排半精加工,最后安排精加工和光整加工。
②先主后次先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工,后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。
由于次要表面加工工作量小,又常与主要表面有位置精度要求,所以一般放在主要表面的半精加工之后,精加工之前进行。
③先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件,先加工用作定位的平面和孔的端面,然后再加工孔。
这样可使工件定位夹紧稳定可靠,利于保证孔与平面的位置精度,减小刀具的磨损,同时也给孔加工带来方便。
④基面先行用作精基准的表面,要首先加工出来。
所以,第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工),然后再以精基面定位加工其它表面。
例如,轴类零件顶尖孔的加工
此零件的的加工顺序如下:
1工序Ⅰ车左端面,将毛坯车为127mm的棒料
2.工序Ⅱ左端面打中心孔选用Φ5mm的中心钻(手动钻孔)
3.工序Ⅲ左端钻孔(钻Φ20mm深-32mm的孔)手动钻孔
加工孔Φ20mm,刀具选用硬质合金钻头,直径为20mm,使用切削液位乳化液。
《机械加工工艺手册》
1)确定进给量f,由于孔径较大,故采用数控车床CK6132A,查得f=0.26~0.40mm/r,选择f=0.35mm/r。
2)钻头磨钝标准及刀具寿命,根据表查得钻头的磨钝标准为0.8~1.2mm,寿命为T=75min。
3)钻孔速度v,=14,zv=0.25,xv=0,yu=0.4,m=0.125
由表3.4-7知,钻孔速度的修正系数,=0.88
=0.75
查Z535型钻床取n=195r/min,实际切削速为v=16r/min。
钻头走刀路线如下图:
4.工序Ⅳ粗、精车左端内孔至要求尺寸
5.工序Ⅴ粗、精车零件左端面各部、倒角
6.工序Ⅵ调头车右端面将零件车至要求尺寸进给路线如图1。
7.工序Ⅶ调头粗、精车右端面各部倒角、切外螺纹退刀槽、三角形螺纹
第二章工艺设备的选择
2.1机床的选择
数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工,并能进行切槽、钻、扩等的工作。
根据零件的工艺要求,可以选择经济型数控车床,一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。
此类车床机构简单,价格相对较低,这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座,适合车削较长的轴类零件。
根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。
数控车床具有加工精度高,能做直线和圆弧插补,数控车床刚性良好,制造和对刀精度高,能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿,能够加工尺寸精度要求较高的零件。
能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体,而且能比较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹,能够保持加工精度,提高生产效率。
所以对加工时非常有利的。
2.2量具与辅助用具的选择
常用测量工具:
游标卡尺,千分尺,百分表,固定量具
量具使用得是否合理,不但影响量具本身的精度,且直接影响零件尺寸的测量精度,甚至发生质量事故,对国家造成不必要的损失。
所以,我们必须重视量具的正确使用,对测量技术精益求精,务使获得正确的测量结果,确保产品质量。
2.3刀具的选择
数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率,而且直接影响加工质量。
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。
应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。
刀具选择总的原则是:
安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。
在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。
在经济型数控机床的加工过程中,由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行,占用辅助时间较长,因此,必须合理安排刀具的排列顺序。
一般应遵循以下原则:
①尽量减少刀具数量;②一把刀具装夹后,应完成其所能进行的所有加工步骤;③粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;④先铣后钻;⑤先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;⑥在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。
本零件的加工,
(1)选用φ5mm中心钻钻削中心孔。
用ф20mm的钻头加工左端的孔,
(2)粗车及平端面选用35°硬质合金左偏刀,为防止副后刀面与工件轮廓干涉,副偏角不宜太小,选Kr´=35°。
(3)为减少刀具数量和换刀次数,精车和车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀,刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径,取re=0.15~0.2mm。
刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。
刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率、而且还影响加工质量。
选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等。
与传统的车削方法相比,数控车削对刀具的要求较高。
不仅要求精度高、钢度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。
这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具,并优选刀具参数。
2.4刀具表
数控加工刀具表
序号
刀具号
刀具名称及规格
刀尖半径R
刀尖位置T
数量
加工表面
备注
1
中心钻
1
左端面
手动
2
Φ20mm钻头
1
钻孔
手动
3
T0101
镗孔刀
0.1mm
3mm
1
镗孔
4
T0202
35°右偏外圆车刀
0.2mm
2mm
1
粗精车外轮廓
5
T0303
切槽车刀
B=4mm
1
切槽
左刀尖
6
T0404
60°外螺纹车刀
0.2mm
0
1
三角形螺纹
7
T0505
45°端面车刀
1
端面
第三章切削用量的选择
数控编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写入程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度;并充分发挥机床的性能,最大限度提高生产率,降低成本。
1)、主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。
根据本例中零件的加工要求,考虑工件材料为45钢,刀具材料为硬质合金钢,粗加工选择转速500r/min,精加工选择1000r/min车削外圆,考虑细牙螺纹切削力不大,采用400r/min来车螺纹,而内孔由于刚性较差,采用粗车600r/min,比较容易达到加工要求,切槽的切削刀较大,采用350r/min更稳妥。
2)、进给速度(进给量)F(mm/r,mm/min)的选择
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
一般粗车选用较高的进给速度,以便较快去除毛坯余量,精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则,
粗加工时,由于对工件的表面质量没有太高的要求,这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。
精加工时,则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。
进给速度Vf可以按公式Vf=f×n计算,式中f表示每转进给量,粗车时一般取0.3~0.8mm/r;精车时常取0.1~0.3mm/r;切断时常取0.05~0.2mm/r。
应选择较低的进给速度,得出下表
粗
精
外圆
0.2min/r
0.1min/r
内孔
0.2min/r
0.1min/r
槽
0.05min/r
3)、背吃刀量确定
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定,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(除去精车量),这样可以减少走刀次数,提高生产效率。
为了保证加工表面质量,可留少量精加工余量。
本例中,背吃刀量的选择大致为
粗
精
外圆
1.5-2(mm)
0.2-0.5(mm)
内孔
1-1.5(mm)
0.1-0.5(mm)
螺纹
随进刀次数依次减少
槽
根据刀宽,分两次进行
总之,切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时,使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应,以形成最佳切削用量。
切削用量对于不同的加工方法,需选用不同的切削用量。
合理的选择切削用量,对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。
切削用量的选择方法:
粗车时,应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。
精车时,对加工精度和表面粗糙度要求较高,加工余量不大且较均匀,应着重考虑如何保证加工精度,且在此基础上如何提高加工效率。
因此,要求精车时应选用较小(但不能太小)的背吃刀量和进给量,并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数,以尽可能提高切削速度。
数控加工工序卡片
材料
45钢
零件图号
夹具名称
三爪自定心卡盘
工步号
工步内容
G功能
T刀具
主轴转速r/min
进给量mm/r
背吃刀量mm
备注
1
中心钻
1200
3
2
钻孔
500
30
3
粗车零件左端内轮廓
G71
T0101
600
0.2
1
4
精车零件左端内轮廓
G70
T0101
1000
0.1
0.5
5
粗车零件左端外轮廓
G71
T0202
500
0.2
2
6
精车零件左端外轮廓
G70
T0202
1000
0.1
0.5
7
粗车零件右端外轮廓
G73
T0202
500
0.2
2
8
精车零件右端外轮廓
G70
T0202
1000
0.1
0.5
9
切4mm×2mm退刀槽
G01
T0303
350
0.05
2
10
车削M20mm×2mm外螺纹
G92
T0404
400
11
车削端面
G01
T0505
600
0.15
12
检测、校核
零件加工程序
左端
O0903
程序名
T0505
换五号端面车刀
M03S600
主轴正转,主轴转速600mm/r
G00X100Z100
快速定位至换刀点
X52Z3
快速移动至循环点
Z-1
G01X0F50
车1mm的端面
Z3
X52F100
Z-2
X0F50
Z2
Z52F100
Z-3
X0F50
Z3
G00X100Z100
退回换刀点
M05
主轴停止
T0101
换一号刀
M03S600
主轴正转、转速600r/min
G00X100Z100
换刀点
G00X28Z2
快速移至循环起点
G71U1R0.5F100
定义G71粗车内径循环,每刀切深为1mm,退刀量1mm
G71P10Q20U-0.5W0F0.2
粗车路线N10至N20,X轴留精车余量0.5mm,Z轴精车余量为0,粗车进给为0.2mm/r
N10G00X32
车削加工轮廓起始行,到倒角延长线
G01Z0
X30Z-1
车削C1倒角
X25Z-11
车削Φ25mm内锥
X23
车削Φ23mm的内圆柱
Z-26
X20
N20Z21
G00X100Z100
快速返回换刀点
T0101
精车
M03S800
主轴正转,精车转速为1000r/min
G00X20Z2
快速定位至安全起点
G70P10Q20F0.1
精车全部加工面
G00X100Z100
退刀至换刀点
M05
主轴停止
M00
程序暂停
T0202
换2号刀
M03S500
主轴正转,主轴转速500r/min
G00X51Z2
快速移至循环起点
G71U1R1
每刀切深为1mm,退刀量1mm
G71P10Q20U0.5W0F0.2
粗车路线N10至N20,X轴留精车余量0.5mm,Z轴精车余量为0,粗车进给为0.2mm/r
N10G00X36
运行X轴至倒角起点处
G01Z0
X38Z-1
倒角1x45°
Z-35
车Φ38mm的外圆柱面
X48
车Φ48mm的外圆柱面
Z-46
N20X50
G00X100Z100
快速退回换刀点
M05
主轴停止
M00
程序暂停
M03S1000
精车主轴正转,主轴转速1000r/min
G00X51Z2
快速移至循环起点
G70P30Q40F0.1
精车全部加工面
G00X100Z100
快速退回换刀点
M05
主轴停止
M30
程序结束,并返回程序开头
右端
O9032
程序名
T0505
换五号端面车刀
M03S600
主轴正转,主轴转速600mm/r
G00X100Z100
快速定位至换刀点
X52Z3
快速移动至循环点
Z-1
G01X0F50
车1mm的端面
Z3
X52F100
Z-2
X0F50
Z2
Z52F100
Z-3
X0F50
Z3
G00X100Z100
M05
M30
T0202
35°右偏外圆粗车刀
M03S600
主轴正转,主轴转速600r/min
G00X100Z100
快速退回换刀点
G00X51Z2
快速移动至循环起点
G71U1R1
每刀切深为1mm,退刀量1mm
G71P10Q20U0.5W0F0.2
粗车路线N10至N20,X轴留精车余量0.5mm,Z轴精车余量为0,粗车进给为0.2mm/r
N10G00X15.8
运行X轴至倒角起点处
G01Z0
X19.8Z-2
倒角
Z-18
车螺纹外表面Φ19.8mm
G03X29.44Z-25.6R6
车R6mm圆弧
G02X38Z-44R20
车R20mm圆弧
G01Z-52
直线插补Φ38mm的外圆柱面
G03X38Z-72R12.5
车R12.5mm圆弧
G01X38Z-72
G01X48Z-80
车Φ48mm的外圆柱面
N20X50
G00X100Z100
快速退回换刀点
T0202
精车
M03S1000
主轴正转,主轴转速1000r/min
G00X51Z2
快速移动至循环起点
G70P10Q20F0.1
精车外圆柱各部分
G00X100Z100
快速退回换刀点
M05
主轴停止
M00
程序暂停
T0303
换三号切槽刀
M03S350
主轴正转,主轴转速350r/mm
G00Z-18
车Φ16mm槽
X22
G01X16F10
G00X100F100
快速退回X100mm
Z100
Z100mm
M05
主轴停止
M00
程序暂停
T0404
换四号螺纹刀
M03S400
主轴正转,主轴转速400r/mm
G00X21Z2
快速移动至螺纹加工起点
G92X19.5Z-16F2.0
加工螺距为2mm的螺纹
X19
快速进刀
X18.5
X18
X17.835
X17.835
螺纹槽底光刀
G00X100Z100
快速退回换刀点
M05
主轴停止
M30
程序结束,并返回程序开头
结论
本次的毕业设计,虽然时间不是太长,但却让我在作论文的这个过程中学到了很多的知识。
通过此次设计使我感悟到了毕业设计的重要性和必要性,为我们能够更好地迈入工作岗位做了充分的准备,是我从学生到技术人员转变的重要过渡,因此我十分重视学校给我提供的这次学习和锻
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 零件 数控 加工 工艺 毕业设计