轴类零件的加工与设计方案

- 1 - 轴类零件加工设计方案 第一章 数控加工艺方案的确定 确定典型零件的工艺要求、加工工件的批量，拟定数控车床应具有的功能是做好前期准备，合理选用数控车床的前提条件是满足典型零件的工艺要求，典型零件的工艺要求主要是零件的结构尺寸、加工范围和精度要求。根据精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求来选择数控车床的控制精度。 根据可靠性来选择，可靠性是提高产品质量和生产效率的保证。数控机床的可靠性是指机床在规定条件下执行其功能时，长时间稳定运行而不出故障。即平均无故障时间长，即使出了故障，短时间内能恢复 ，重新投入使用。选择结构合理、制造精良，并已批量生产的机床。一般，用户越多，数控系统的可靠性越高。 在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。 第一种情况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。 第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑的因素主要有，毛坯的材料和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。 概括起来有三点： 1、 要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 2、 有利于提高生产率。 3、 尽可能降低生产成本 (加工费用 )。 1 1 数控加工零件工艺性分析 1 1 1 零件图工艺分析 图 1 - 2 - 该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面 的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为 45 钢，无热处理和硬度要求。 1、 对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数 值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。 2、 在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为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、 为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选 555 号钢。 择设备 根据被加工零件的外形和材料等条件，选用 工方法的选择与加工方案的确定 工方法的选择 1、 确定零件的定位基准和装夹方 式 （ 1） 定位基准 确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。 （ 2） 装夹方法 左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。 2、确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。 要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线 需要人为确定）。该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给 (见附录 3)。 3、切削用量选择 （ 1） 背吃刀量的选择 轮廓粗车循环时选 ，精车 螺纹粗车时选 ，逐刀减少，精车 （ 2） 主轴转速的选择 车直线和圆弧时，选粗车切削速度 0m/车切削速度20m/后利用公式 000 计算主轴转速 n（粗车直径 D=60 ，精车工件直径取平均值）：粗车 500r/车 1200 r/螺纹时，计算得主轴转速 n =320 r/（ 3） 进给速度的选择 选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为 /r，精车每转进给量为 /r，最后根据公式 算粗车、精车进给速度分别为 200 /80 / 综合前面分析的各项内容，并将其填入数控加工工艺卡片中。此表是编制加工程序的主要 - 3 - 依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。 工方案确定的原则 零件上比较精密表面的加工，常 常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。 确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的 终加工方法取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。 - 4 - 第二章 刀具的选择及对刀点的位置 具的选择 与普通机床相比，数控加工时对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定、耐用度高、 断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控机床的高效率。 选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 尽量采用机夹刀和机夹刀片。 使用的 1号刀为大偏角刀，分别用来车削端面，外圆及圆弧，采用较大的副偏角，可以避免连圆弧时产生过切现象，但是在两种方案中，方案一中间连续的圆弧在一次车削中完成，能保证圆弧的光滑连接、方案二中间连续的圆弧通过调头车削来完成，接刀处会产生明显的 接刀痕迹，相比方案一有所欠缺。 4号刀为镗刀，用于内孔的加工，由于工件的孔较深，且直径小，对于镗刀的要求较高，故采用了切削刃口（刀夹）位置在镗杆直径为1/2处这样处理，可增大镗杆的直径，从而提高镗刀的刚性。 2号刀外螺纹刀、 3号刀切槽刀， 5号刀为尖刀是由 1号刀改造过来的其它方案相同。 刀点、换刀点的确定 在编程时，应正确地选择 “ 对刀点 ” 和 “ 换刀点 ” 的位置。 “ 对刀点 ” 就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为 “ 程序起点 ” 或 “ 起刀点 ” 。 对刀点的选 择原则是：便于用数字处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中便于检查；引起的加工误差小。 对刀点可选在工件上，也可选在工件外面 (如选在夹具上或机床上 )但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。 为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使 “ 刀位点 ” 与 “ 对刀点 ”重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使 “ 刀位点 ” 与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。所谓 “ 刀位点 ” 是指车刀、镗刀的刀尖；螺纹 刀的刀尖；切槽刀的两端；尖刀的刀尖。 零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值；为对刀点在机床坐标系中的坐标值为 (0)。当按绝对值编程时，不管对刀点和工件原点是否重合，都是 按增量值编程时，对刀点与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是 重合时，则为 (2)、 - 5 - 对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值 (校核，在本零件加工对刀点说明下。 所谓 “ 机床原点 ” 是指机床上一个固定不变的极限点。例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。 加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓 “ 换刀点 ” 是佰刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点 (如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的 )，也可以是任意的一点 (如车床 )。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。 1、常用装夹方法 （ 1）在三爪自动定心卡盘装夹 三爪自动定心卡盘的 三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。三爪自动定心卡盘装夹工件方便、省时、自动定心好，但夹紧力小，适用于装夹外型规则的中、小型工件。三爪自动定心卡盘可装成正爪或反爪两种形式。反爪用来装夹直径较大的零件。 数控车床多采用三爪自动定心卡盘夹持工件，轴类工件还可使用尾坐顶尖工作。如果主轴转速较高，为便于工件夹紧， 多采用液压高速动力卡盘。 （ 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。两顶尖装夹方便， 不需要找正， 装夹精度高。但必须在工件的两端面钻出中心孔。 该装夹方式适用于多工序加工或精加工。 2、对刀有关的概念和对刀方法 （ 1）刀位点：代表刀具的基准点，也是对刀时的注视点，一般是刀具上的一点。 （ 2）起刀点：起刀点是刀具相对与工件运动的起点，即零件加工程序开始时刀位点的起始位置，而且往往还是程序的运行的终点。 （ 3）对刀点与对刀：对刀点是用来确定刀具与工件的相对位置关系的点，是确定工件坐标系与机床坐标系的关系的点。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。 （ 4）对 刀基准（点）：对刀时为确定对刀点的位置所依据的基准，该基可以是点、线、面，它可以设在工件上或夹具上或机床上。 （ 5）对刀参考点：是用来代表刀架、刀台或刀盘在机床坐标系内的位置的参考点，也称刀架中心或刀具参考点。 （ 6）换刀点：数控程序中指定用于换刀的位置点。换刀点的位置应避免与工件、夹具和机床干涉。 - 6 - （ 7）对刀方法：主要有试切对刀、机外对刀仪对刀、 第三章 编制加工工艺卡 单位名称 品名称或代号 零件名称 零件图号 型零件 序号 程序编 号 夹具 名称 使用设备 车间 0001 三爪卡盘 360 数控车床 数控中心 工卡号 工卡内容 刀具 刀具规格 主轴转速 进给速 度 背吃刀 量 备注 1 平端面 500 手动 2 粗车外部轮廓 5000 200 3 自动 3 精车外部轮廓 5000 180 动 4 车螺纹 500 960 动 5 切槽 500 960 动 6 尖刀粗车轮廓 500 200 1 自动 7 尖刀精车轮廓 500 180 动 8 粗车内轮廓 500 100 3 自动 9 精车内轮廓 500 100 动 编制 位 准 年月日 共 页 第 页 表 3 - 7 - 第四章 编制加工工序卡 见附本 (一 ) 工序号 1 工序名称 粗车外圆 刀具号 4序号 2 工序名称 精车外圆 刀具号 4- 8 - 工序号 3 工序名称 车螺 纹 刀具号 4序号 4 工序名称 切槽 刀具号 4- 9 - 工序号 5 工序名称 粗车右端外圆 刀具号 4- 10 - 工序号 6 工序名称 精车外圆 刀具号 序号 7 工序名称 粗车镗孔 刀具号 4 4- 11 - 工序号 8 工序名称 精车镗孔 刀具号 4- 12 - 第五章 数值计算 根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所 需要的输入数据，称为数控加工的数值计算。具体地说，数值计算就是计算出零件轮廓上或刀具中轨迹上一些点的坐标数据。 算各节点相对位置坐标值 如图 5 O 的切点为 B，圆 O 与圆 切点为 A，过 A 点作圆 共切线在直线 线斜率为 k，已知 r=9,4,分别设点的坐标为 A（ x1, O(x,y)、B(x2,则有如下关系式： 图 5- 13 - x= 由式可得 则 k= 又因为 l ，所以： - 用式代入得： 即： 同理： 即节点坐标为： A（ ） B（ ） 下图为计算锥度的短边 如图 5 据原有图形已 要求 解 ：由 入数据 图 5- 14 - L=上所述由原图右端原点到每个节点的距离依次为 锥度的短边为 2 编程 图 50001 50 011 1800 96 0101 03 014 015 70 00 017 018 1 22 70 00 020 021 022 - 15 - 01 70 025 026 027 028 029 030 031 0002 50 011 1800 97 0202 03 014 015 2 82 2 82 2 82 2 82 2 00 021 022 0003 50 011 1800 96 0303 03 014 015 70 017 018 70 98 007 - 16 - 01 70 022 023 024 025 程序 100 110 01 70 04 130 140 0004 50 011 1800 96 0101 03 014 015 70 00 017 018 1 22 70 00 020 021 022 023 70 00 0105 00 026 1 30 70 00 028 029 030 - 17 - 03 24 032 9 033 8 034 70 036 037 30 010 011 1800 96 0404 03 014 015 1 20 70 00 017 018 019 800 50 00 021 022 024 025 026 05 30 - 18 - 结束语 在本篇论文中阐述了机械加工工艺，制作工艺卡片和工序卡，在今后将会用的更多，它让工作人员更能清楚的了解其相应图形，给数控加工带来方便，并且数控机床也将会被广泛的运用。 本设计在指导老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着杜老师的心血和汗水，在三年的学习和生活期间 ，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向指导老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向现代系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。 - 19 - 致谢词 本文从拟定题目到