大学轴类零件加工工艺与编程毕业设计

0轴类零件加工工艺与编程设计【中文摘要】随着我国数控机床应用领域的扩大，努力提高数控加工技术水平已成为推动我国数控技术在制造业中应用与发展的重要环节。在数控加工过程中，如果数控机床是硬件的话，数控工艺和数控程序相当于软件，两者缺一不可。在数控车削加工之前首先要进行工艺分析，其主要内容有：分析零件图纸，零件的工艺性，工件的材料；确定工件在车床上的定位基准和装夹方式；各表面的加工顺序和刀具的进给路线以及刀具夹具和切削用量的选择等。【关键词】 数控车床 加工刀具 工艺措施一、设计论文1.1、零件图样分析制定车削工艺流程的基础是毛坯图和零件图,因此分析零件图是工艺制定的首要工作，其主要内容如下：(1) 检查零件图的完整性和正确性根据零件图所示：该零件属于轴类零件，零件表面有阶梯、切槽、锥度、圆弧、螺纹以及轴两端各都有一个深度、直径大小均不相等的孔等；其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度及表面粗糙度要求；该零件由一个主视图将其外形轮廓表示出来，另由一个剖视图表示两个同轴孔；绘制是否符合国家标准，其尺寸、公差以及技术要求的标注完整、合理，轮廓描述清楚。(2) 零件的技术要求分析零件图中 的圆柱的轴心线要求与基准线中心轴的同轴度允差04. 为 0.024mm；轴两端两个分别为 和 圆柱孔的轴心线021.5 021. 要求与基准线中心轴的同轴度允差为 0.003mm ，且圆柱度要求达到0.02mm； 到 的圆锥及 R18 的圆弧表面轮廓的全跳动相对04. 04.5 基准中心线允差为 0.02mm；所有外表面轮廓及内孔表面轮廓的表面粗糙度为 3.2 ，未注尺寸公差按 GB/T1804-m 计算，未注倒角为 245，另外1不得用油石砂布等工具对表面进行修饰加工。(3) 零件的材料分析零件材料为 45 钢，切削加工性能较好，无热处理要求和硬度要求。(4) 合理的标注尺寸 零件图上的重要尺寸已直接标注，而且工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则。 零件图上标注的尺寸便于测量，没有从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准上标注尺寸。 零件图上的尺寸没有标注成封闭式，不产生矛盾。1.2、零件的工艺分析（1） 轴的长径比小于 5 的称为短轴，大于 20 的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。所以根据图示，该零件属于短轴。（2） 对图样上给定的几个精度较高的尺寸，因其公差数值较小，为了在加工时保证加工精度，在编程时必取基本尺寸加上公差中间值。（3） 图上 R5 的圆弧半径与两端连接处的尺寸分别为 和 04. ，其基本公差不一样，所以需计算出 R5 的上下偏差，按工艺尺寸025.4 链计算如下：画出工艺尺寸链：依题意，5 为封闭环，与封闭环方向相同为减环，相反则为增环，其基本尺寸已知为 5， 上偏差 = 0（0.0125）=0.0125下偏差 =（0.0151）0 =0.0151所以其 R5 的尺寸为 R 0125. （3） 尺寸标注符合数控加工的特点：在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。零件图样上直接给出了坐标尺寸，或以同一基准引注尺寸。（4） 几何要素的条件完整、准确：因为手工编程时无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行，所以要计算出每个节点的坐标。根据图样上给出的尺寸均已2符合数控编程的要求。（5） 定位基准可靠：为便于装夹，坯料两端应先粗车并钻好中心孔。1.3、选择设备根据被加工零件的外形及材料等条件,选择 FANUC- 0i 系统、四位转塔式刀架的数控车床。1.4、确定零件的定位基准与装夹方式1、 定位基准的选择在制订工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置 精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位 基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择粗基准，再选择精基准。（1） 粗基准的选择选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则：1) 选择重要表面为粗基准2) 选择不加工表面为粗基准3) 选择加工余量最小的表面为粗基准4) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准5) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次（2） 精基准的选择选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。必须根据如下原则进行选择：、基准重合原则：即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。、基准统一原则：应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表3面，这就是基准统一原则。、自为基准原则：某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则、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，需要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。、便于装夹原则：所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。根据零件图样所示：其定位基准必须与设计基准相重合，将第一刀加工出的外轮廓作为粗基准，然后选择对刀后的两端面作为辅基准，来加工 25mm 的孔和 20mm 孔，钻孔时为了防止钻头引偏，必需先用小钻头钻一个引导孔，之后为了减少装夹次数，选用一夹一顶的方式继续选择外轮廓作为精基准，实现基准统一原则。另为了方便手工编程，将编程原点设在回转中心轴线与右端面相交点，选择右端面作为长度方向的精基准。2、 确定零件的装夹方案在数控加工时，无论数控机床本身具有多高的精度，如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜，就会因此降低零件加工精度。要正确装夹工件，必须合理地选用数控夹具，才能保证加工出高质量的产品。设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。根据图样所示，内孔加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧。加工外轮廓时，并钻一个中心引导孔，然后再钻 25mm 的中心孔和锥孔，另一个 20mm 的中心孔需调头夹紧加工,并且也需要先钻一个中心引导孔。加工外轮廓时，为了减少装夹次数，提高加工精度，可以做到一次定位装夹，加工出全部外轮廓，采用一夹一顶的方式，预先加工出一个圆锥顶轴，用三爪自动定心卡盘夹持零件的左端，伸出 125mm 的长度，零件另一端利用机床尾座夹住圆锥心顶轴顶紧以提高工艺系统的刚性，4保证零件的同轴度。具体详见(图一) : （图一） 工件装夹示意图1.5、 确定加工顺序与进给路线加工顺序的确定按由内到外、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。结合本零件的结构特征，可采用如下两种方案来加工：方案一：根据由内到外、由粗到精的原则先加工内孔各表面，用三爪自动定心卡盘夹紧毛坯的一端,用 90车刀先粗车外圆和端面,以外圆作为粗基准,然后换上 25mm 的钻头在端面钻一个深为 73mm 的深孔,之后换用锥度为 15的锪钻加工斜度为 15的锥形孔。之后将工件调头加工另一个钻,换用 20mm 的钻头在另一端钻一个深为 22 的孔。然后将工件伸出 125mm长,按照加工程序加工外轮廓。其加工工步如下:1) 用三爪卡盘夹住毛坯的一端，用 90 度的外圆刀先对毛坯进行粗加工。之后以加工过的表面作为外圆的粗基准。2) 用 23mm 的钻头在端面钻一个深为 73mm 的深孔，之后换用锪钻加工斜度为 15的锥形孔， 。3) 将工件调头加工另一端，用 20mm 的钻头在另一端钻一个 22mm 深的孔。54) 将工件伸出 125mm 长，用 90的车刀按加工路线加工外轮廓。用 G73指令加工5) 换用圆弧半径为 R5mm 的成型刀加工 R5 的圆弧槽。6) 用宽度为 3mm 的切槽刀切 3mm 深。7) 用 60的细牙螺纹刀加工 M320.75-6h 的螺纹。8) 用切槽刀在 120mm 处切断。方案二：先加工内孔各表面，然后根据 20mm 的孔预先加工一个 45的锥顶用来顶住，加工外轮廓表面，保证实现基准统一。由于该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。1) 用三爪卡盘夹住毛坯的一端，用 90的外圆刀先对毛坯进行粗加工。之后以加工过的表面作为外圆的粗基准。2) 用 10mm 的钻头在端面钻一个深为 20mm 的中心引导孔。3) 用 23mm 的钻头在端面钻一个深为 73mm 的深孔，之后换用镗孔刀加工斜度为 15的锥形孔，保证内端尺寸分别为 25 ；021.4) 将工件调头加工另一端，先用 10mm 的钻头在端面钻一个深为10mm 的中心引导孔，再用 20mm 的钻头在端面钻一个深为 22mm 的孔。5) 将工件伸出 125mm 长，另一端用预先加工好的顶锥顶住 20mm 的孔，粗精加工外轮廓。6) 用宽度为 3mm 的切槽刀切 3mm 深。7) 用 60的细牙螺纹刀加工 M320.75-6h 的螺纹。8) 用切槽刀在 120mm 处切断。走刀路线是指数控切槽刀加工过程中刀具（刀位点）相对于被加工工件的运动轨迹。设计好走刀路线是编制合理加工程序的条件之一。确定走刀路线的原则是：a) 应能保证零件的加工精度和表面质量要求；b) 应尽量缩短走刀路线，减少刀具空行程时间或切削进给时间，提高生产 率；6c) 应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量；在实际应用中，往往要根据具体的加工情况灵活应用以上原则选择合适的走刀路线，结合本零件的结构特征，可采用如下(图二)和(图三)两种走刀路线来加工： (图二) 加工路线图一(图三) 加工路线图二分析上述两套加工顺序和走刀路线，第一套加工方案有如下几个缺点：1） 加工斜度为 15的锥形孔时，用锪钻钻孔不能达到 25 的精度；021.2） 在加工外轮廓时如果只用夹一端的话，另一端伸出太长，在加工时会出现摆 动现象，不能保证加工精度。3） 在加工外轮廓时走刀路线如选择（图二）所示的加工方案时需要多装一把成型刀，也就要增加换刀的时间，影响加工效率，并且用成型刀加工时加工精度也不能达到。4） 根据图三所示，只有选用 G73 指令走刀才能满足图形形状要求，G71 加工时7必需满足单调递增或递减的要求，而选用 G73 指令加工时会走出很多空刀，影响加工效率。而第二套加工方案在前述的基础上刚好改进了上述几个缺点，在加工斜度为15的锥形孔时，为了保证加工精度改用镗孔刀按加工程序进行精加工；在加工外轮廓时为了防止在加工时工件出现摆动现象，采用一夹一顶的方式，在尾座增加一个锥顶，保证了加工精度。另外在选择走刀路线时为了提高加工效率，保证加工精度，选择第二套路线图,一次加工完成。另外在精加工编程时，选择右端面回转中心为编程原点。从图形来看，零件不具有单调递增或递减特性，不满足 G71 指令的加工条件，只能用 G73 指令来加工，但从考虑提高加工效率的角度，选用 G73 指令来加工时会走很多空刀，加工效率会很低，所以我选择先用 G71 指令加工出也具有单调递增特性的外轮廓，然后再选用 G73 指令加工余下的部分；具体加工顺序详见机械加工工艺过程卡（如下）：8数控加工工艺过程卡片产品型号 零（部）件图号 001 共 1 页工 厂 机械加工工艺过程卡片产品名称 轴 零（部）件名称 轴 第 1 页材料牌号 45 钢 毛坯种类 圆柱钢 毛坯外形尺寸 60150mm 件数 10 每台件数 1 备注工时工序号工序名称 工序内容车间工段 设备 工艺装备 准终 单件01 粗车 粗车毛坯至 58mm125mm及端面 1 数控车 床 三爪卡盘、方刀架、90右偏刀02 钻孔 先钻一个 10mm 的中心引导孔，再用 23mm 的钻头钻一个深为 73mm 的孔1 数控车 床 三爪卡盘、尾座、钻头03 镗孔用镗孔刀镗斜度为 15的锥形孔，内端尺寸分别为 32 、2505.； 21.01 数控车 床 三爪卡盘、方刀架、镗孔刀04 钻孔调头装夹，先钻一 10m的中心引导孔，用 20mm钻头在端面钻个 22mm 的孔1 数控车 床 三爪卡盘、尾座、钻头05 精加 工将工件伸出 125mm 长，另一端用顶锥顶住，根据加工路线加工零件外轮廓1 数控车 床 三爪卡盘、顶锥、方刀架、 90右偏刀06 切槽 用宽为 3mm 的切刀在 18mm处切一个 3mm 的退刀槽 1 数控车 床 三爪卡盘、方刀架、切槽刀07 车螺 纹 用螺纹刀加工 M320.75-6h 的螺纹 1 数控车 床 三爪卡盘、方刀架、螺纹刀08 切断 用切刀在长为 120 mm02.处切断1 数控车 床 三爪卡盘、方刀架、切槽刀编制（日期） 审核（日期） 会签（日期）9标记 处记 更改文字号 签字 日期 苏政 2007-3-11.6、刀具的选择数控编程时，正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容。选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、切削用量以及其他相关因素。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，尽量选择短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。因此根据加工要求，选用五把刀： 选用 23mm 韧长为 80mm 的中心钻钻削左端中心孔。 选用最大外径小于 15mm 镗刀镗斜度为 15的锥形孔。 选用 20mm 韧长为 30mm 的中心钻钻削右端中心孔。 根据零件图样所示，零件轮廓表面粗糙度都不是很高，加工外轮廓时粗加工与精加工用一把刀就可以，选用 90硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓发生干涉，副偏角不宜选得太小，选 =35。r 螺丝退刀