机械类毕业设计椭圆轴.docx
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机械类毕业设计椭圆轴
毕业设计说明书
课题椭圆球体轴数控
加工与程序设计
专业数控技术
班级数控1003班
学生姓名全勇
指导教师范有雄
二○一二年十月二十七日
目录
前言4
关键词:
5
一设计要求6
1.1设计计算说明书部分6
1.1.1加工路线方案的拟订与选择6
1.1.2加工工序的安排与说明6
1.1.3毛坯、工艺参数、刀夹具与机床的选择与说明6
1.1.4加工表面的程序清单6
1.1.5其他6
二零件的分析与毛坯的选择6
2.1生产类型的确定6
2.2零件结构及结构工艺性分析6
2.3零件精度及技术要求分析6
2.4毛坯的选择7
2.5设计绘图部分7
2.5.1数控加工工序卡片(见附页)7
2.5.2数控加工走刀路线图(见附页)7
三加工路线方案的拟订与选择7
3.1外圆加工方法的选择7
3.2定位基准的选择7
3.3加工阶段的划分8
3.3.1工序的划分8
3.3.2确定各工序的工步顺序、进给路线,绘制走刀路线图8
3.4确定数控加工余量,工序尺寸及公差9
3.4.1合理确定数控加工余量9
4.4.2加工余量的确定9
四工艺参数、刀夹具与机床的选择9
4.1机床的选择9
4.2夹具的选择9
4.3选择对刀方式及对刀点10
4.3.1正确选择对刀方式10
4.3.2选择合理的对刀点及换刀点10
4.4走刀路线的选则11
五计算进给量和背吃刀量11
5.1进给量11
5.2确定背吃刀量11
六确定切削速度、主轴转速、进给量及进给速度11
6.1工序:
车左端11
6.2工序:
车右端13
七工件图14
八加工程序14
九小结17
十参考文献18
前言
在现时代,工业发达国家随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,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,可见对机床工业高度重视,竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床,以加速工业和国民经济的发展。
长期以来,欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争,已形成一条无形战线,特别是随微电子、计算机技术的进步,数控机床在20世纪80年代以後加速发展,各方用户提出更多需求,早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。
现代机械制造业的高技术趋势,促进机械制造业发展的有物理学、数学、生物学等机械制造业发展的方向主要是有切削加工技术的研究、精密、超精密加工技术和纳米加工技术的研究、先进制造技术的研究。
目前,数控机床的发展日新月异,高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。
中国作为一个制造大国,主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势,而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。
中国的数控产业不能安于现状,应该抓住机会不断发展,努力发展自己的先进技术,加大技术创新与人才培训力度,提高企业综合服务能力,努力缩短与发达国家之间的差距。
力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从制造大国到制造强国的转变。
数控加工技术是数控专业必须重视的课程。
这次的课题对于数控专业的学生来说是一个对数控加工技术的学习及总结。
课题涉及机械制造基础、机械机构的设计、实体设计软件及仿真软件。
对平时所学的理论知识是一个全面的考核,让学生系统的运用所学知识,让学生更好的掌握知识。
让学生在专业知识上分析问题、解决问题的能力有一定的提高。
通过本次的毕业设计,不仅让学生更深一层次的了解数控数控加工的全部内容,使其知识系统化、深刻化。
而且还能培养学生严谨性,因为毕业设计里的每个数据都是有依有据的,而不是空穴来风。
所以,本次毕业设计是对三年来所学知识的大综合,也是提醒我们在以后的工作中要有严谨认真的人生职业态度。
关键词:
复杂零件加工,工艺设计,程序编制
一设计要求
1.1设计计算说明书部分
1.1.1加工路线方案的拟订与选择
1.1.2加工工序的安排与说明
1.1.3毛坯、工艺参数、刀夹具与机床的选择与说明
1.1.4加工表面的程序清单
1.1.5其他
二零件的分析与毛坯的选择
2.1生产类型的确定
确定生产类型的依据-----生产纲领
生产纲领N=Q×n×(1+α%+β%)
式中N--------零件的生产纲领
Q--------产品的年产量
n--------每台产品中,该零件的数量(件/台)
α%--------备品率
β%------废品率
根据该公式确定此零件的生产纲领,其生产类型为小批量生产,相对来说选取的毛坯精度稍高、加工的余量大。
工艺过程卡片比较简单。
2.2零件结构及结构工艺性分析
零件结构工艺性好还是差对其工艺过程的影响非常大,不同结构的零件尽管都能满足使用性能要求,但它们的加工方法和制造成本却可能有很大的差别。
良好的结构工艺性就是指在满足使用性能的前提下,能以较高的生产率和最低的成本而方便地加工出来。
零件结构工艺性审查是一项复杂而细致的工作,要凭借丰富的实践经验和理论知识。
审查时,发现问题应向设计部门提出修改意见加以改进。
首先我们应当清楚工艺安排应做到正确、完整、统一和清晰,所用术语、符号、计量单位和编号都要符合相应标准。
由于该零件有内孔、内螺纹、钻孔、切槽、外螺纹、外表面需要加工,且各表面之间有较高的尺寸精度和长度的要求,考虑到数控机床具有在一次安装下加工出多个表面的特点,因此该零件加工适宜采用工序集中的方式,这样就使每道工序加工内容很多,工艺路线变短。
选用工序集中的方式加工不仅能够保证加工精度、充分利用了现有设备,而且也减少了工件装夹次数,利于保证表面间的位置精度,缩短了生产加工时间,大大提高了劳动生产率。
2.3零件精度及技术要求分析
零件的技术要求包括下列几个方面:
(1)加工表面的尺寸精度
(2)主要加工表面的形状精度
(3)主要加工表面之间的相互位置精度
(4)加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求
(5)热处理要求
(6)其他要求(如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)
要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理,在现有生产条件下能
否实现。
特别要分析主要表面的技术要求,因主要表面的加工确定了零件工艺过程的大
致轮廓。
该零件连接轴在加工时要保证它的各项精度指标,如:
各项尺寸精度、表面粗糙度
等。
(1)首先毛坯的外形尺寸为φ45×115,加工后要求达到一定的精度要求。
(2)零件中的内螺纹要达到M36×4长20的要求。
(3)零件加工时保证不同的长度尺寸和直径尺寸及表面粗糙度要求。
2.4毛坯的选择
工艺设计时,毛坯的选择是指确定毛坯的种类、制造方法以及余量确定后的毛坯尺寸。
零件材料为45号钢,根据技术要求,要求外形光洁且美观,根据零件的结构形状及外形尺寸以及生产纲领的大小可选择φ45的轴。
2.5设计绘图部分
2.5.1数控加工工序卡片(见附页)
2.5.2数控加工走刀路线图(见附页)
图名
图幅
张数
数控加工工序卡片
A3
8
数控加工走刀路线图
A3
8
合计
A3
16
三加工路线方案的拟订与选择
3.1外圆加工方法的选择
根据毛坯的制造精度和工件最终加工要求,外圆车削分为粗车、精车。
3.2定位基准的选择
选择精基准时,主要考虑保证加工精度。
本综合轴数控加工工艺规程制订的加工应遵循的原则有:
(1)基准重合原则
综合轴数控加工工艺规程制订为轴类零件即选用外表面基准作为定位基准,以避免定位基准与设计基准不重合误差。
(2)自为基准原则
选择加工表面本身作为定位基准,本零件对加工表面没有太高的尺寸精度要求,所以不必考虑此原则。
(3)互为基准原则
当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时,用两个表面互相作为基准,反复进行加工,以保证位置精度要求。
(4)所选精基准应保证工件安装可靠,夹具设计简单、操作方便。
无论是精基准还是粗基准的选择,上述原则都不可能同时满足,有时还相互矛盾的,因此,选择根据实际情况分析,权衡利弊,保证其主要要求。
本次设计的连接轴数控加工工艺规程制订精基准的选择遵循的是基准重合原则,连接轴数控加工工艺规程制订轴类零件即选用外表面基准作为定位基准,以避免定位基准与设计基准不重合误差。
由于毛坯已经确定采用钢棒,比较适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。
钢料的毛坯精度较高,硬度较大,外圆柱表面的毛坯余量均匀。
所以,可以直接采用钢料的外圆柱表面作为粗加工定位基准。
以毛坯的外圆柱表面作为粗定位基准,加工出零件的精加工定为基准。
这样可以确保重要表面的精加工余量,采用外圆柱表面作为粗加工定位基准,达到了简单、方便、快捷的目的。
缩短了加工时间,提高了生产效率。
3.3加工阶段的划分
按照零件的加工要求以及加工后所要达到的技术要求,该零件加工阶段可划分为粗加工,精加工二个阶段.
粗加工阶段:
由于凸台部分要求达到6.4μm的粗糙度,所以不能够一次完成,需要经过多次加工,防止应力过于集中,而造成工件的断列或者工件的使用寿命过短,所以加工过程中,需要进行热处理.一保证加工要求.
精加工阶段:
对于该零件,由于精度要求较高,所以是必须的一步。
最后保证Ra3.2的粗糙度。
3.3.1工序的划分
合理划分数控加工工序
对于多台不同的数控机床、多道工序才能完成加工的零件,工序的划分自然以机床为单位来进行。
而对于需要很少的数控机床就能加工完零件全部内容的情况,数控加工工序的划分一般按照下列方法进行:
⑴以一次安装所进行的加工作为一道工序。
⑵以一个完整数控程序连续加工的内容作为一道工序。
⑶以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序。
⑷以粗、精加工划分工序。
所以综合考虑具体情况和经济性,机床设备、现有的工装设备等因素,为了更好的完成加工,我模拟了2个加工工序方案。
方案一:
以装夹划分需要两道工序。
工序一,第一次装夹然后进行粗精加工使工件达到加工精度。
工序二,掉头装夹进行粗精加工。
方案二:
以粗精加工划分需要两道工序。
工序一,第一次装夹然后进行粗加工,掉头再进粗加工。
工序二,装夹工件进行精加工,再掉头,再进行精加工。
经过比较方案二要比方案一多装夹2次,在同样保证加工精度的情况下明显方案一更为方便快捷提高了工作效率所以我选择方案一做为我设计的零件的数控加工工序,以一次安装所进行的加工作为一道工序,以安装的加工作为工序,我的零件共需要两次装夹,分别进行粗加工、精加工。
这样两道工序就能完成零间的加工,定位基准可以得到很好的保证,不会出现定位误差。
每次装夹都要对刀,这样就只对刀两次,保证了刀位误差。
3.3.2确定各工序的工步顺序、进给路线,绘制走刀路线图
制定零件数控车削加工工步顺序一般遵循下列原则:
⑴先粗后精;⑵先近后远;⑶内外交叉;⑷保证工件加工刚度原则;⑸同一把刀能加工的内容连续加工原则。
粗加工:
首先加工粗加工按照外形把多余的地方去掉粗车出基本的外形以便精加工的进行。
精加工:
使零件达到所要求的加工精度。
工序顺序的安排
先车轴左端:
工步1、车端面,保证全长
工步2、车各表面并保证尺寸精度,粗糙度Ra1.6um
工步3、钻φ20mm孔,深35mm
工步4、粗车成孔保留0.5mm余量
工步5、精车内圆保证尺寸精度,粗糙度Ra1.6um
工步6、车8×φ26的槽
工步7、车M24×2的内螺纹
再车轴右端:
工步1、车端面
工步2、粗车各表面保留0.5mm余量粗糙度Ra6.3um
工步3、精车各表面并保证精度,粗糙度Ra3.2um
工步4、车退刀槽
工步5、车M36×4的外螺纹并保证精度
(详见走到路线图1-13页)。
3.4确定数控加工余量,工序尺寸及公差
3.4.1合理确定数控加工余量
通过对零件的分析,对程序的审视和查表所得,我的零件其数控加工余量为2mm即可达到预期效果和标准由《加工余量简明手册》表10-40,查得精加工余量为0.5mm故其粗加工余量为1.5mm。
4.4.2加工余量的确定
根据零件的结构为旋转表面,加工余量从直径上考虑,既双边余量。
实际所切除的金属厚度为直径上的加工余量的一半,计算公式如下:
对于外表面Zi=Li-1-Li
对于内表面Zi=Li-Li-1
对于轴2Zi=di-1-di
对于孔2Zi=Di-1-Di
式中Zi--------本道工序的单边余量;
Li--------本道工序的工序的尺寸
Li-1--------上道工序的工序尺寸
Di--------本道工序的孔直径
Di-1-------上道工序的孔直径
di--------本道工序的外圆直径
di-1-------上道工序的外圆直径;
各道工序的余量之和为加工总余量。
所以确定加工余量为:
凸台进行多次加工,粗加工余量为0.5mm。
根据零件的精度要求,精加工已经能够达到要求,所以精加工时为最后的一步,不留加工余量
外圆分进行几次加工,粗加工余量为0.5mm,精加工时为最后的一步,不留加工余量。
对于孔,扩孔时加工余量为0.5mm。
镗刀为最后一步,不留加工余量。
四工艺参数、刀夹具与机床的选择
4.1机床的选择
由于本人设计的是轴套类零件,单件小批量生产,适合单工位连续加工,由于该件为精度要求较高、表面粗糙度要求较高、表面形状复杂的回转体零件,而数控车床刚性好,制造和对刀精度高,而毛坯的规格是φ45×120的毛坯,以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿,所以能加工尺寸精度要求较高、表面粗糙度要求较高、表面形状复杂的回转体的零件,在普通机床上不容易加工,所以需要采用数控车床加工。
4.2夹具的选择
常用装夹方式
(1)在三爪自定心卡盘上装夹
三爪自定心卡盘的三个爪是同步运动的,能自动定心,一般不需要找正。
三爪自定心卡盘装卡工件方便、省时、自动定心好、但夹紧力较小,所以适用于装夹外形规则的中小型工件。
三爪自定心卡盘可装成正爪或反爪两种形式。
反爪用于装夹直径较大的工件。
用三爪自定心卡盘装夹精加工后的表面时,被夹住的工件表面应包一层铜皮,以免夹伤工件表面。
(2)在两顶尖之间装夹
对于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类工件,为保证每次装夹时的装夹精度,可用两顶尖装夹。
两顶尖装夹工件方便、不需要找正、装夹精度高,但必须先在工件的两端面钻出中心孔。
该装夹方式适用与多工序加工或精加工。
(3)用卡盘和顶尖装夹
用两顶尖装夹工件虽然精度高,但刚性差。
因此,车削质量较大工件时要一端用卡盘夹住,另一端用后顶尖支撑。
为了防止工件由于切削力的作用而产生轴向位移,必须在卡盘内装一限位支撑,或利用工件的工作台面限位。
这种方法比较安全,能承受较大的轴向切削力,安装刚性好,轴向定位准确,所以应用广泛。
(4)用双三爪自定心卡盘装夹
对于精度要求较高、变形要求小的细长轴类零件可采用双主轴驱动式数控车床加工,机床两主轴轴线同轴、转动同步、零件两端同时分别有三爪自定心卡盘装夹并带动旋转,这样可以减少切削加工时切削力矩引起的工件扭转变形。
通过对零件图的分析,我设计的零件为了方便加工,选用三爪卡盘装夹即可。
4.3选择对刀方式及对刀点
对刀点是用来确定刀具与工件的相对位置的关系点,是确定共建坐标系与机床坐标系的关系点。
对刀就是将刀具的刀位点置于对刀点上,以便建立工件坐标系。
本零件采用手动对刀。
4.3.1正确选择对刀方式
第一种是:
通过对刀将刀偏值写入参数从而获得工件坐标系。
这种方法操作简单,可靠性好,他通过刀偏与机械坐标系紧密的联系在一起,只要不断电、不改变刀偏值,工件坐标系就会存在且不会变,即使断电,重启后回参考点,工件坐标系还在原来的位置。
第二种是:
用G50设定坐标系,对刀后将刀移动到G50设定的位置才能加工。
对到时先对基准刀,其他刀的刀偏都是相对于基准刀的。
第三种方法是MDI参数,运用G54~G59可以设定六个坐标系,这种坐标系是相对于参考点不变的,与刀具无关。
这种方法适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的加工。
航天数控系统的工件坐标系建立是通过G92Xazb(类似于FANUC的G50)语句设定刀具当前所在位置的坐标值来确定。
加工前需要先对刀,对到实现对的是基准刀,对刀后将显示坐标清零,对其他刀时将显示的坐标值写入相应刀补参数。
然后测量出对刀直径Фd,将刀移动到坐标显示X=a-d、Z=b的位置,就可以运行程序了(此种方法的编程坐标系原点在工件右端面中心)。
在加工过程中按复位或急停健,可以再回到设定的G92起点继续加工。
但如果出意外如:
X或Z轴无伺服、跟踪出错、断电等情况发生,系统只能重启,重其后设定的工件坐标系将消失,需要重新对刀。
如果是批量生产,加工完一件后回G92起点继续加工下一件,在操作过程中稍有失误,就可能修改工件坐标系,需重新对刀。
4.3.2选择合理的对刀点及换刀点
正确选择对刀点:
对刀点可以设在被加工零件上,也可以设在与零件定位基准有固尺寸联系的夹具的某一位置或机床上。
其选择原则如下:
对刀点的位置容易确定;能够方便换刀,以便与换刀点重合;
采用G54-G95建立工件坐标系时,对刀点应与工件坐标系原点重合;批量加工时,为应用调整法获得尺寸,即一次对刀可加工一批工件,对刀点应选在夹具定位元件的起始基准上,并将编程原点与定位基准重合,以便直接按定位基准对刀或将对刀点选在夹具中专设的对刀元件上,以方便对刀。
由于选择了G54来建立工件坐标系对刀,所以刀位点就与工件坐标系原点重合。
所以对刀点就选在工件上。
这样对刀点的位置就容易确定,换刀就很容易,可以直接从对刀点进给到换刀点。
缩短了刀具的空行程,缩短了加工时间。
正确选择换刀点:
数控程序中指定用于换刀的位置点。
在数控车床上加工工件时,需要经常换刀,在程序编制时,就要设置换刀点。
换刀点的位置应避免与工件,夹具和机床干涉。
普通数控车床的换刀点由编程人员指定,通常将其与对刀点重合。
由于是用G54建立的工件坐标系,对刀点在工件上,换刀点就无法与对刀点重合。
为了使换刀点不与工件,夹具和机床干涉,缩短空行程的原则我把换刀点设立在X80.Z50的位置上。
4.4走刀路线的选则
为了防止零件轮廓的损坏,保证零件表面的光整,不出现刀痕,切削时采用按照零件的轮廓线切向切入切出,以保证零件的技术要求,达到图纸要求。
先外圆再螺纹的方法。
进一步保证零件的质量。
五计算进给量和背吃刀量
5.1进给量
进给量的计算公式如下:
f=nzfz
式中:
f进给量
n切削速度
fz每齿进给量
具体看工序表。
5.2确定背吃刀量
(1).背吃刀量指待加工面减已加工面除以
(2).背吃刀量是根据余量确定的。
可查表4-1和4-2(《数控加工工艺及设备》)
由加工余量简明手册表14-68及计算得
粗车外轮廓的背吃刀量为1.5mm
精车外轮廓的背吃刀量为0.25mm
切内外槽的背吃刀量为5mm
粗车内轮廓的背吃刀量为1.5mm
精车内轮廓的背吃刀量为0.25mm
钻孔的背吃刀量为12.5mm
六确定切削速度、主轴转速、进给量及进给速度
6.1工序:
车左端
工步1、车端面,保证全长
毛坯端面的加工余量为1mm,一刀可以完成,故ap=1mm
根据《切削用量简明手册》表1.4用硬质合金车刀车端面,其刀杆尺寸20mm×20mm,
故f=0.15mm/r
由文献[1]P137表4-3查得切削速度Vc=136m/min,计算主轴转速得
圆整得n=900r/min
进给速度得F=fn=0.15×900mm/min=135mm/min
工步2、车各表面并保证尺寸精度,粗糙度Ra1.6um,已知ap=0.25mm
由文献[1]P137表4-3查得切削速度Vc=100m/min,计算主轴转速
圆整取800r/min
由文献[1]P137表4-3查得进给量f=0.1㎜/r计算进给速度F=Sf=80㎜/min.
工步3、钻φ20mm孔,深35mm
根据《切削用量简明手册》表2.7,得f=0.47mm/r背吃刀量ap=钻头直径/2=10mm
根据《切削用量简明手册》表2.21、2.30和2.31,当用高速钢钻头加工直径20mm
孔时,Cv=6.6,zv=0.4,xv=0,yv=0.5,m=0.20,T=50,Kv=1。
根据钻孔切削计算公式得
主轴转速得
圆整得n=200r/min
进给速度得F=fn=0.47×200mm/min=94mm/min
工步4、粗车沉孔保留0.5mm余量
已知背吃刀量ap=1.5mm
由文献[1]P137表4-3查得切削速度VC=50m/min,计算主轴转速
圆整取700r/min
由文献[1]P137表4-3查得进给量f=0.2㎜/r;计算进给速度F=Sf=140㎜/min.
工步5、精车沉孔保证尺寸精度,粗糙度Ra3.2um
由文献[1]P137表4-3查得背吃刀量ap=0.3mm取ap=0.25mm
由文献[1]P137表4-3查得切削速度Vc=75m/min,计算主轴转速
圆整取1000r/min
由文献[1]P137表4-3查得进给量f=0.1㎜/r;计算进给速度F=Sf=100㎜/min.
工步6、车8×φ26的槽
根据所选刀具取ap=3mm
由文献[3]查得切削速度Vc=60m/min,计算主轴转速
圆整取700r/min
文献[3]查得进给量f=0.1mm/r;计算进给速度F=Sf=70㎜/min
工步7、车M24×2的内螺纹,背吃刀量ap=1.3mm主轴转速
圆整取500r/min
F=2mm/r
6.2工序:
车右端
工步1:
车端面
毛坯端面的加工余量为1mm,一刀可以完成,故p=1mm
根据《切削用量简明手册》表1.4,用硬质合金车刀车端面,其刀杆尺寸20mm×20mm,
故f=0.15mm/r
由文献[1]P137表4-3查得切削速度得Vc=136m/min,计算主轴转速得
圆整得n=900r/min
进给速度得F=fn=0.15×900mm/min=135mm/min
工步2、粗车各表面保留0.5mm余量粗糙度Ra6.3um
已知ap=1.5mm
由文献[1]P137表4-3查得切削速度Vc=122m/min,计算主轴转速
圆整取900r/min
由文献[1]P137表4-3查得进给量f=0.2㎜/r;计算进给速F=Sf=180㎜/min.
工步3、精车各表面并保证精度,粗糙度Ra1.6um
已知ap=0.25mm
由文献[1]P137表4-3查得切削速度Vc=100m/min,计算主轴转速
圆整得取900r/min
由文献[1]P137表4-3查得进给量f=0.1㎜/r计算进给速度F=Sf=90㎜/min.
工步4、退刀槽
根据所选刀具取ap=5mm
由文献[3]查得切削速度Vc=50m/min,计算主轴转速
圆整取400r/min
文献[3]查得进给量f=0.1mm/r;计算进给速度F=Sf=40㎜/min
工步
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