输出轴的数控加工课程设计.docx
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输出轴的数控加工课程设计.docx
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输出轴的数控加工课程设计
《零件的加工工艺设计与实施》
课程设计
系别
专业
班级
学生姓名
指导教师
完成日期2010年4月29日
课程设计评定书
数控加工专业081班学生刘朋的课程设计《输出轴的数控加工工艺设计》已完成,组成文件如下:
1.说明书一份:
共29页
2.工艺文件:
3.图纸:
其中3#图一张
4.其它:
完成时间:
2010年4月24日星期六
指导老师评语:
评定成绩:
指导老师签字;
前言
随着我国改革开放深入的发展,全国的机械制造业发展迅速,特别是国有大中型企业及三资企业,在生产中都广泛地应用了数控加工技术和计算机辅助加工技术。
数控技术是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术,它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础,同时也是提高产品质量,提高生产率必不可少的物质手段。
它广泛应用于机械制造及自动化领域,较好地解决了多品种,小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。
机械制造业是国民经济的装备部,是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
数控技术作为先进生产力的代表,在科研和生产上极大地促进了生产力的发展。
数控加工技术的应用从整体上改善了传统制造业的发展面貌。
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。
这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接,也是一次理论联系实际训练。
因此,我觉得它在我的大学学习生活中占有十分重要的地位。
前言
一、设计任务书…………………………………………………………4
二、输出轴工艺分析
2.1分析零件图…………………………………………………………5
2.2分析零件的结构工艺性……………………………………………6
三、确定毛坯
选择毛坯材料…………………………………………………………7
毛坯简图………………………………………………………………
四、定位基准的选择
4.1粗基准的选择………………………………………………………7
4.2精基准的选择……………………………………………………8
五、加工工艺路线的拟定…………………………………………………7
5.1过程简析…………………………………………………………8
5.2加工方法的选择…………………………………………………10
5.3工序方法的确定…………………………………………………11
六、工艺装备的选择………………………………………………………12
6.1机床的选择………………………………………………………12
6.2刀具的选择………………………………………………………14
6.3夹具的选择………………………………………………………14
6.4量具的选择………………………………………………………15
七、工序设计………………………………………………………………15
7.1加工余量的计算…………………………………………………15
7.2切削用量…………………………………………………………18
7.3工时定额…………………………………………………………19
八、走刀路线的确定………………………………………………………19
九、设计小结………………………………………………………………22
十、参考文献………………………………………………………………23
附工艺过程卡、机械加工工序卡、数控加工工序卡、刀具卡
一、设计任务书
数控加工工艺课程设计任务书
1、设计题目
零件制造工艺设计
2、计划任务
图示零件为设计指导书附录(典型零件图精选)中的输出轴零件,此零件为45钢,中批量生产类型,进行机械加工工艺设计,完成以下任务:
a、对零件进行工艺分析,拟定工艺方案,绘制零件工作图一张。
b、确定毛坯种类及制造方法,绘制毛配图一张。
c、拟定零件的机械加工工艺过程,选择各工序加工设备及工艺装备(刀具、夹具、量具、辅具),确定工序的切削用量及工序尺寸。
编制机械加工工艺规程卡片(工艺过程卡、工序卡和刀具卡)一套。
3、设计要求
a、零件图标尽量采用1:
1比例,画上标准标题栏,原图如有错误或缺线改正。
b、视图表达、零件材料、加工规范等一律采用新标准。
c、必须以科学务实和诚信负责的态度对待自己所做的技术决定、数据和计算结果,培养良好的工作作风。
d、全部资料完成后打包上交给老师批阅。
二、零件工艺分析
在正式制定零件的机械加工工艺规程前,先要进行零件的工艺性分析。
零件的工艺分析主要是从加工制造的角度对零件进行可行性分析,主要包括零件图纸分析和零件的结构工艺分析两方面内容。
(1)分析零件图
通过零件图了解零件形状为输出轴,输出轴主要应用在动力输出装置中,是输出动力的主要零件之一。
其主要作用是传递转矩,使主轴获得旋转的动力,其工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩。
因此,该零件需具有足够的耐磨性和抗扭强度。
加工内容包括圆柱、斜面、键槽、孔以及倒角。
1.分析零件图样上规定的技术要求,即尺寸及其公差、表面粗糙度形状和位置公差等,并分析其合理性。
Ф55
→公差为0.02→精度等级为IT6
Ф60
→公差为0.02→精度等级为IT6表面粗糙度
Ф65
→公差为0.02→精度等级为IT6均为1.25um
Ф75
→公差为0.02→精度等级为IT6
内孔Ф80
→公差为0.03→精度等级为IT7表面粗糙度
Ф20
→公差为0.23→精度等级为IT7度均为2.5um
键槽16
→公差为0.043→精度等级为IT9
其余各表面的粗糙度为20um.
→输出轴左端圆柱的园跳动为0.04mm,基准是A、B两轴的实际轴线所构成的公共轴线。
→输出轴左端Ф55
的键槽对称度为0.08mm,基准是Ф55
的轴线。
→理论正确尺寸为140mm.
→在最大实体状态下,10个Ф20
孔的轴线必须位于直线为0.05mm且以Ф75
的轴线和Ф65
的轴线为公共轴线的圆柱面内。
2分析零件材料及热处理要求
热处理的目的是提高材料力学性能,消除残余应力和改善金属的加工性能,热处理主要分预备热处理,最终热处理和内应力处理等,本零件CA6140车床输出轴材料为45钢,在加工过程中预备热是消除零件的内应力,在毛坯锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前,按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
3找出重要的加工表面和某些需要特殊工艺技术的表面:
30°斜台及2-Ф8的孔,分析其可行性、可考性,以确保零件机械加工工艺过程最终能顺利实施。
通过分析、研究零件图,对零件的主要工序、加工方法获得了初步概念,为具体设计工艺过程的各个阶段,做出必要的准备。
(2)分析零件的结构工艺性
零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下,其制造的可行性和经济性,它是评价零件结构设计优劣的主要技术经济指标之一。
根据相关分析,零件的结构工艺性主要表现在以下几个方面:
1结构尺寸的标准化零件的结构尺寸(如轴径、孔径、键槽)应标准化,以便在生产中采用标准刀具和通用量具,使生产成本降低。
2结构形状简单和布局合理
a.在加工表面应尽可能分布在同一轴线或同一平面上,有相互位置要求的表面,最好能在一次装夹中加工出来;
b.各加工表面最好相互平行或垂直,使加工和测量方便;
c.零件应便于安装,定位准确,夹紧可靠;
d.各加工表面或各加工表面与非加工表面应明显分开。
3尽量减少切削加工工作量尽量减少加工表面(特别是精度高的表面)的数量和面积,合理地规定零件的精度和表面粗糙度。
4保证足够的刚度零件具有足够的刚度,才能承受夹紧力和切削力,提高切削用量,提高工效。
三、毛坯的确定
根据图纸规定的材料及机械性能、零件的功能选择、生产类型的选择、具体生产条件选择等各方面的选择,选择该零件的毛坯为模锻件,因为锻件适用于对力学性能有一定要求,形状比较简单的零件,锻件毛坯可以提高零件的强度、耐磨性等,且该零件的有些台阶的直径相差较大,所以此零件毛坯选择模锻件。
根据图样分析,设计毛坯的形状、确定毛坯尺寸总的要求是:
减少“肥头大耳”,实现少无屑加工,使毛坯的形状力求接近成品形状,以减少机械加工的劳动量。
于此,毛坯设计简图如下图所示:
四、定位基准的选择
1粗基准的选择由于此零件为轴类零件,为了保证精度,根据粗基准的相互位置原则、余量最小原则、重要表面原则等选择原则,所以选择小端外圆作为粗基准面。
首先选用三爪卡盘自动找正原理,夹紧。
以外圆为粗基准面,加工外圆、端面、中心孔。
然后用已加工过的外圆作为基准,加工另外未加工的部分。
2精基准的选择根据精基准的选择原则,因为精基准的选择对一个零件加工完成后的精度非常重要。
此零件选用毛坯的大端φ176的外圆柱面作为精基准。
五、加工工艺路线的拟定
对该零件图进行分析,零件属于轴类零件,大部分结构以中心对称分布,尺寸精度集中在φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面、φ50、φ80、φ104的内圆柱表面和10个φ20的孔和一个16的键槽。
外圆的粗糙度要求都为Ra1.25um,内圆的粗糙度为Ra2.5um,其余为Ra20um。
形位精度也比较高,为了外圆和外面零件的配合后受力均匀,φ55,φ60的外圆的径向跳动量小于0.04mm,φ80的跳动量小于0.04mm,φ20孔的轴线的跳动量小于0.05mm,为了保证键槽和键的配合,键槽对φ55外圆的对称度为0.08mm。
(1)过程简析
a.生产类型零件属中批量生产。
b.毛坯准备该零件从外部表面结构及尺寸看,采用模锻件。
c.加工方法该零件为轴类回转体零件,故主要以车加工为主再辅以其他的加工方式,即可完成整个零件的加工。
该零件的外表面和内孔台阶均为回转体,加工表面的最高加工精度等级为IT6,表面粗糙度为1.25um,采用加工方法为粗车→半精车→精车。
10个均布的Ф20的孔,表面加工精度等级为IT7,表面粗糙度为2.5um,采用钻→扩→粗绞→精绞。
2个Ф8的通孔,表面加工精度等级为IT14,表面粗糙度为20um,采用钻孔。
键槽的加工精度等级为IT11,表面粗糙度为2.5um,采用粗铣→半精铣→精铣。
各表面加工方法:
Ф176外圆:
粗车
Ф55外圆:
粗车→半精车→精车
Ф60外圆:
粗车→半精车→精车
Ф65外圆:
粗车→半精车→精车
Ф75外圆:
粗车→半精车→精车
Ф50内圆:
粗铣
Ф80内圆:
车孔-铰孔
Ф104内圆:
车孔
Ф20孔:
钻孔-铰孔
左端面:
粗车
右端面:
粗车
键槽:
粗铣→半精铣→精铣
d.拟定工艺路线
1.锻造毛坯
2.毛坯热处理退火(消除内应力)
3.普车粗车各外圆和左端面
4.普车粗、半精车右端面、Ф176外圆
5.热处理调质
6.数控车精车Ф176圆柱面,精车右端面
7.数控车精车左端各外圆
8.数控车钻Ф45的孔,车Ф50、Ф80、Ф104、Ф80的留铰的余量
9.数控车铰Ф80孔
10.数控铣钻Ф20孔、铰孔
11数控铣铣键槽
12.钳钻Ф8的孔
13.去毛刺
14.检验
e.该零件在车加工时,使用三爪卡盘装夹,采用一夹一顶方式。
(2)加工方法的选择
1、加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
①粗加工阶段:
其任务是切除毛坯上大部分余量,使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品,因此,主要目标是提高生产率,去除内孔,端面以及外圆表面的大部分余量,并为后续工序提供精基准,如加工φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。
②半精加工阶段:
其任务是使主要表面达到一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好准备,如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面,φ80、φ20孔等。
③精加工阶段:
其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度,留一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好准备,并可完成一些次要表面的加工。
如精度和表面粗糙度要求,主要目标是全面保证加工质量。
2、基面先行原则:
该零件进行加工时,要将端面先加工,再以左端面、外圆柱面为基准来加工,因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的,才能使定位基准更准确,从而保证各位置精度的要求,然后再把其余部分加工出来。
3、先粗后精:
即要先安排粗加工工序,再安排精加工工序,粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉,一方面提高金属切削效率,另一方面满足精车的余量均匀性要求,若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时,则要安排半精车,以此为精车做准备。
4、先面后孔:
对该零件应该先加工圆柱表面,后加工孔,这样安排加工顺序,一方面是利用加工过的平面定位,稳定可靠,另一方面是在加工过的平面上加工孔,比较容易,并能提高孔的加工精度,所以对于输出轴来讲先加工φ75外圆柱面,做为定位基准再来加工其余各孔。
(3)工序划分的确定
工序集中与工序分散:
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多,工序集中使总工序数减少,这样就减少了安装次数,可以使装夹时间减少,减少夹具数目,并且利用采用高生产率的机床。
工序分撒是将工件的加工分散在较多的工序中进行,每道工序的内容很少,工序分散可使每个工序使用的设备、刀具等比较简单,机床调整工作简化,对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述:
考虑到工件是中批量生产的情况,采用工序分散。
辅助工序的安排:
辅助工序一般包括去毛刺、倒棱角、清洗、除锈、退磁、检验等。
六、工艺装备的选择
1.机床的选择
(a)普通车床CS6140
床身上最大回转直径Φ400mm,床鞍上最大回转直径Φ220mm,最大工件长度1000mm;
主轴通孔直径Φ52mm,主轴头型式CS6140:
ISO702/IIINO.6卡口型;
其余:
ISO702/IINO.8凸轮锁紧型,主轴转速范围24级9-1600rpm,主轴电机功率7.5KW;
套筒直径/行程Φ75/150mm,顶尖锥度5MT;3、刀位数/刀方尺寸4/25X25;
X、Z向最大行程145mm、320mm,X、Z向进给范围93种0.028-6.43mm/r、93种0.012-2.73mm/r,公制螺纹范围48种0.5-224mm,英制螺纹范围48种72-1/4t.p.i,
模数螺纹范围42种0.5-112πmm,径节螺纹范围42种56-1/4t.p.i.π
(b)数控车床CAK6136V/750
CAK6136V/750,床身上最大回转直径:
ф360MM,
滑板上最大回转直径:
ф180MM,
滑板上最大切削直径:
ф180MM,
最大加工长度:
650MM,
主轴通孔直径:
ф53MM,
主电机功率:
变频5.5KW,
主轴转速范围:
200-3000R/MIN,
X轴最大行程:
220MM,
Z轴最大行程:
660MM,
机床重复定位精度:
X轴:
0.007,Z轴:
0.01,
加工精度:
IT6,粗糙度:
RA1.6,
机床净重/毛重:
2030*3170KG,包装箱尺寸:
(长*宽*高):
2500*1640*2145MM.
(c)数控铣床XK713A
工作台面积mm1000×320T型槽(槽数/槽宽/间距)mm3/14/80
X轴行程mm600Y轴行程mm320Z轴行程mm450
主轴端面至工作台台面距离mm100~550
工作台最大载重kg300
主轴锥孔ISO7:
24锥度No.40
主轴轴径/扭矩mm/NmΦ60/108Nm
主轴电机kW5.5Kw
主轴转数rpm30~4000或6000(无级)
快速移动速度(X、Y、Z轴)rpm8000
切削进给速度mm/min10~4000
伺服电机输出扭矩N·m6
齿轮润滑电机功率kW0.04
刀具最大直径/长度/重量Φ110mm/400mm/18kg
电源容量KVA15
机床外观尺寸mm2200×1700×2000
机床重量(净重/毛重)kg3000/4000
定位精度mm0.02
重复定位精度mm0.016
2.刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一,不仅影响机床的加工效率,而且直接影响零件的加工质量。
所以我们应考虑以下方面:
A.根据零件材料的切削性能选择刀具。
B.根据零件的加工阶段选择刀具。
C.根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。
由于我们要加工的零件材料要求为45钢,根据要求,选择硬质合金刀。
(1)粗车外圆:
0190°外圆可转位车刀
(2)精车外圆0270°外圆可转位车刀
(3)端面:
0390°端面车刀
(4)打孔钻头:
04、05φ18、φ45高速钢钻
(5)内圆0690°内孔车刀
(6)键槽073.0*13键槽粗铣刀
(7)键槽083.0*13键槽精铣刀
3.夹具的选择
数控机床夹具必须适应数控机床的高精度,高效率的特点。
数控机床夹具主要采用右调夹具、拼装夹具和数控夹具。
此次零件夹具设计中,选用法兰盘式钻模作为分度钻孔夹具。
可调V形块支撑工件进行键槽铣削。
从而使工件在加工过程中,装夹可靠、分度对定、适用方便、效率高、经济性好,也能够满足工件精度要求。
为此选用法兰盘式钻孔模和可调V形块进行装夹,能实现我们加工过程中的需要,弹性夹套保护工件表面,从而满足工件精度要求。
4.量具的选择
本零件属中批量生产,一般配情况下尽量采用通用量具。
读数值0.02、测量范围0~150游标卡尺,读数值0.01、测量范围0~150游标卡尺。
读数值0.01、测量范围50~125的内径千分尺,读数值0.01、测量范围50~125的外径千分尺,读数值0.01、测量范围50~125的内径百分表。
外径千分尺游标卡尺
七、工序设计
1加工余量的计算
加工余量是指加工过程中从加工表面切除的金属层厚度。
根据各资料及制定的零件加工工艺路线,采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量,中间工序公差按经济精度选定,上下偏差按入体原则标注,确定各加工表面的机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:
外圆柱面φ176 轴段加工余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
2
IT10
6.3
φ176
粗车
3
IT12
12.5
φ179
毛坯
±2
φ181
外圆柱面φ55轴段加工余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0
IT6
1.25
φ55
半精车
1.5
IT10
3.2
φ56
粗车
2.5
IT12
6.3
φ57.5
毛坯
±2
φ60
外圆柱面φ60轴段加工余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0
IT6
1.25
φ60
半精车
1.5
IT10
3.2
φ61
粗车
2.5
IT12
6.3
φ62.5
毛坯
±2
φ65
外圆柱面φ65轴段加工余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0
IT6
1.25
φ65
半精车
1.5
IT10
3.2
φ66
粗车
2.5
IT12
6.3
φ67.5
毛坯
±2
φ70
外圆柱面φ75轴段加工余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0
IT6
1.25
φ75
半精车
1.5
IT10
3.2
φ76
粗车
2.5
IT12
6.3
φ77.5
毛坯
±2
φ80
φ104内孔加工余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗
1.8
IT7
2.5
φ104
粗镗
3.2
IT10
6.3
φ103.2
毛坯
±2
φ99
φ80内孔加工余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗
1.5
IT7
2.5
φ80
粗镗
2.5
IT10
6.3
φ78.5
毛坯
±2
φ76
φ50内孔加工余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗
1.5
IT7
2.5
φ50
粗镗
2.5
IT10
6.3
φ48.5
毛坯
±2
φ46
加工键槽余量
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精铣
IT9
3.2
Φ16
粗铣
IT12
6.3
Φ12
2切削用量
所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能,在保证加工质量的前提下,获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
制订切削用量,就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上,合理地确定背吃刀量、进给量。
主轴转速:
粗车内外圆时,确定主轴转速为800r/min;精车内外圆时,确定主轴转速为1200r/min;钻45°孔时,确定主轴转速为800r/min;钻中心孔时,确定主轴转速为2000r/min.
进给量:
粗车内外圆时,确定进给量为0.2mm/r,精车内外圆时,确定进给量为0.1mm/r,钻孔时,确定进给量为0.15mm/r
背吃刀量:
粗车时确定被吃刀量为2mm,精车时确定被吃刀量为0.5mm.
3工时定额
工时定额是指在一定的生产条件下,生产一件产品或完成单个零件一道工序规定需要的时间。
单件工时定额的组成可由以下表示:
t
=t
+t
+t
式中:
t
→单件时间,生产一个零件
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