数控技术专业毕业论文---典型凸轮零件的加工及编程01672.doc

毕 业 论 文平面槽型凸轮零件的加工学 院：北京汽车技师学院 专 业： 数控技术 年 级： 10-19 学生姓名： 学 号： 2012年5月19日 目录摘要、关键词1 零件图样的分析1.1 零件毛坯的确定1.2 零件材料力学性能的分析1.3 机床的选择1.4 加工中心的特点1.5 该零件加工难点分析2 零件加工工艺分析2.1 零件加工方法的选择2.2 零件加工阶段的划分2.3 零件定位基准的选择3 工序的设计与划分3.1 零件加工工序的划分与安排3.2 走到路线和工步顺序的确定3.3 定位、夹紧方案、夹具的确定3.4 零件加工所用刀具的确定3.5 切削用量的确定3.5.1 切削工艺参数的确定3.5.2 切削用量三要素的计算方法3.5.3 刀具与切削用量表格的制定4 零件的加工程序及解释5 总结，遇到的问题和解决方法结束语参考文献摘要发动机的核心主要取决于其内部的凸轮机构，一个凸轮零件的好坏直接影响到发动机的使用性能。本片论文议论的是发动机里面凸轮机构的典型凸轮零件在加工中心上完成零件复杂轮廓及其孔系的加工工艺过程。在第一章讲了零件图的工艺分析，主要从尺寸精度要求、形位公差及表面粗糙度方面来分析。第二章主要讲了零件的加工工艺分析，主要讲了加工阶段的划分、加工方法的选择及定位基准的选择。第三章讲了该凸轮零件在加工过程中工序的设计与划分，主要包括：走刀路线和工步顺序的安排与确立、工件的定位与夹紧方法的确立、刀具及量具的确定、切削用量的确定、对到点与换刀点的确立。第四章为零件加工程序的编制。第五章为该零件加工做出总结。关键词机床的选择、工艺分析、定位与夹紧方案的确立、程序的编制、零件的加工、测量平面槽型凸轮零件的加工1零件图样的分析名称材料比例平面槽型凸轮20crmnti1:1 图1 如图1所示为平面槽型凸轮零件，比例为1:1，该零件的材料为20crmnti构钢，该零件采用了一个主视图和俯视图来表达，另外还设加了立体图形，其俯视图反映出了凸轮的外形轮廓，主视图反映了零件的台阶高度与孔的形状特征。其结构特征主要是由圆柱台、圆柱凸台、键槽、5个通孔所构成，该零件可从以下几方面来分析： 尺寸精度：从凸轮槽的宽度为100.005，槽深为150.027，160.018100.075的通孔，以及台阶高度为100.022,和100.015来看该零件的尺寸精度要求较高。形位精度：从键槽、孔、凸台面与基准面a的垂直度为0.015，以及16孔的圆度为0.01来看，该零件的形位精度要求较高。表面粗糙度：从16孔的表面粗糙的为ra为1.6以及其他面的粗糙度为ra3.2来看，该零件的表面粗糙度也要求很高。1.1零件毛坯的确定毛坯的选择原则是,毛坯的形状和尺寸越接近工件,则毛坯的精度就越高,所以在实际加工中机械的加工余量就越小,同时缩短了加工时间. 从零 件图纸可以确定，加工该零件选择毛坯尺寸为，105mm25mm的圆柱棒料。1.2工件材料的分析该零件要求其工件材料为20crmnti，20crmnti是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、凸轮、凸轮轴等。1.3机床的选择 从零件的结构特征、尺寸精度、位置精度、表面粗糙度这些方面来考虑，加工该零件在普通机床上是很难保证其加工精度的，所以该零件应该采用在数控机床上加工，其工件圆柱的外表面、端面及16的通孔应选则车床来完成，键槽、凸轮台阶的右端轮廓、4-10的通孔在加工中心上完成加工。1.4加工中心的特点（1）工序的集成度高，可以在一个装夹中完成多个工序的加工。（2）机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快。（3）机床的刚度高、抗振性好。（4）加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构，能长期的保持运动部件不振动，低速进行时不爬行及运动中的高灵敏度。（5）控制系统功能较全。（6）设置有刀库和换到机构。（7）主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系，主轴功率大，调速范围宽，并可无级调速。（8）自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。1.5加工难点分析该零件在加工过程中从在以下两个难点：（1） 由于该零件为复杂曲面轮廓，在普通机床上很难完成其加工，所以选择加工中心来完成其加工并保证尺寸精度。（2） 由于该零件曲面轮廓复杂，并且尺寸精度、形位精度要求较高，所以在选择夹具时应选用专用夹具或者高精度的夹具，以保证其装夹定位合理并使尺寸精度合格。2零件的加工工艺分析 理想的加工程序不仅保证符合零件加工图样的合格零件，同时使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，要充分发挥数控机床的这一特点，必须在编程之前对工件进行工艺分析，根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。2.1零件加工方法的选择从图可以看出，该零件主要的加工面有圆柱轮廓及端面、不完全圆柱圆柱台阶、键槽、通孔组成。通过零件图的工艺分析，该零件的加工方法如下：（1）圆柱及凸轮台阶的上下端面及其轮廓的表面粗糙度为ra3.2，可选择在车床上完成粗车半精车精车的加工方案。（2）孔的加工方法孔在加工之前，为便于钻头的引正，先用中心钻加工中心孔，然后在钻孔。内孔表面的加工方案在很大程度上取决于内孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。对于精度要求较高、粗糙度ra要求较小的表面，一般不能一次加工到规定的尺寸，而要划分加工阶段逐步进行加工。该零件孔的加工方法如下：孔160.018，表面粗糙度为ra1.6，该孔位于工件中心，所以在加工零件轮廓与端面的同时在车床上完成钻孔加工，这样可以保证其孔与基准面a的垂直度。选择钻扩铰的方案进行加工。孔4-100.075，表面粗糙度要求ra1.6，选择钻扩铰的方案。键槽，其尺寸精度要求较高，应选择粗铣半精铣精铣2.2零件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其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。为了保证零件的加工质量，及合理的选用设备、人力，零件的加工过程通常按工序性质的不同分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工4个阶段。如图1-1所示，该零件的尺寸精度和表面粗糙度值要求较高，该零件的加工阶段划分如下：（1）轮廓及表面加工时，应该选择粗铣、半精铣、精铣三个加工阶段（2）在铣削键槽时应遵循：粗铣、半精铣、精铣三个加工阶段来完成。（3）在加工孔时应该采用：钻、扩、铰的三个加工阶段来加工2.3零件定位基准的选择及选择原则定位基准分为粗基准和精基准，在选择粗基准时应遵循：相互位置要求原则、加工余量合理分原则、重要表面原则。不重复使用原则、便于工件安装原则；在选择精基准时应遵循：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则、便于安装原则。由零件图1-1的设定可知该零件所采用的设计基准为100零件台阶的下表面，零件图中所要求的行为公差分别为，键槽的槽壁、16通孔的孔壁、70零件的轮廓分别于基准面a的垂直度要求为0.015，以及16孔的圆度要求为0.01，由此可见该零件的位置精度要求很高，所以在加工该零件时应先对100零件轮廓的低端面（基准面a）进行加工，在定位时始终以该底面作为定位基准，这样就满足了设计基准与定位基准重合，从而消除了定位误差所引起的行为误差。3.工序的设计数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择机床、夹具及量具，确定定位夹紧方案、走刀路线与工步顺序、工序尺寸及其公差、切削用量等,为编制加工程序作好充分准备。3.1工序的划分与安排在数控加工中，通常按照以下原则划分工序：基面先行原则、先粗后精选择、先主后次原则、先面后孔原则。根据该零件图的结构特点，该零件的加工工序划分如下：工序1：制定毛坯10525mm圆柱棒料毛坯。工序2：车100圆柱端面（基准面a）及外圆外圆柱表面、钻孔16通孔工步1：粗车100圆柱端面，留有2mm半精加工余量工步2：半精车100圆柱端面，留有0.50.3精加工余量。 工步3：精车100圆柱端面保证尺寸合格工步4：粗车100圆柱外圆表面，留有2mm半精加工余量工步5：半精车100圆柱外圆表面，留有0.50.3精加工余量。工步6：精车100圆柱外圆表面保证尺寸合格。工步7：粗车圆柱外圆表面直径与长度至80x10mm的尺寸，留有10mm的加工中心凸轮台的铣削余量。 工步8：钻中心孔。工步9：使用8mm钻头进行钻孔工步10：使用15.6mm的钻头进行扩孔。 工步11：使用16mm的机用铰刀对工件进行铰孔保证16mm孔的尺寸合格。 工步12：使用45度车刀对工件进行倒角。 工步13：掉头二次装夹车另一端面保证工件的长度尺寸合格。工序3：铣凸轮台、钻4-10通孔、铣键槽 工步1：粗铣工件凸轮台轮廓。 工步2：半精铣工件凸轮台轮廓。 工步3：精铣工件凸轮台轮廓。 工步4：钻中心孔（使用a2.5mm的中心钻） 工步5：使用8mm钻头对4个的孔进行钻孔（4-10）。 工步6：使用9.6mm的钻头对工件4个孔进行扩孔（4-10）。 工步7：使用10mm机用铰刀对4个通孔（4-10）进行铰销，使其达到合格。 工步8：对4-10的孔进行倒角。 工步9：使用6mm的键槽铣刀对工件进行键槽的粗加工，对槽的宽度、深度各留2mm半精加工余量。 工步10：使用6mm的键槽铣刀对工件进行键槽的半精加工，对槽的宽度和深度各留0.3mm精加工余量工步11：使用6mm的键槽铣刀对工件进行键槽的精加工，并达到尺寸合格。工步12：掉头装夹对5个通孔进行倒角。工序4：去毛刺。工序5：检验。3.2确定走到路线和工步顺序走到路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，其不但包括了工步的内容而且还反映出了工步的顺序。走刀路线是编写零件程序的依据之一，在确定机床走到路线时，主要考虑一下的几点：（1）寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率、简化编程和方便观察（2）.为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来（3）考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕（4）选择使工件在加工后变形小的路线（5）先安排对工件刚性破坏较小的工步。遵循上述零件走刀路线的原则，该零件的走刀路线及加工顺序如下如下：（1）在车床上加工100圆柱在轮廓、端面、16通孔时，应先加工端面（基准面a），然后加工16的通孔，最后车削圆柱外轮廓及凸轮部分的在轮廓表面。（2）加工中心上完成4-10的通孔、键槽、台阶面的加工，其加工顺序应先对4-10的通孔进行钻削加工，然后加工圆柱台阶的缺陷部分进行铣削，最后对键槽进行铣削加工加工。在加工孔时按坐标的顺序分别加工：先加工（0，-42.5），再加工（-42.5，0），然后加工（0，42.5），最后加工（42.5，0）由于加工中心在逆时针加工时丝杠与螺母之间从在一定的间隙，从而会影响工件的加工精度及表面粗糙度。所以在加工键槽、台阶时也遵循顺时针的铣削加工方法。3.3定位、夹紧方案及夹具的确定加工前需要使工件在机床上占有正确的位置称为定位，使工件在加工过程中始终保持在原先确定的位置上称为夹紧，两者之间从在相互依从的条件，缺一不可。由此可见一个合格的零件在加工过程中定位与夹紧的选择是完成合格零件加工过程重要的关键之一。通过对该零件图的轮廓分析可知，该零件的轮廓主要由曲线组成，其结构主要由凸轮台阶、键槽、和5个通孔组成，所以在车床上车削该圆柱凸轮的轮廓时，应选择用三爪自定心卡盘来装夹与定位; 在加工中心上铣削键槽、圆柱凸轮台的缺陷部分，及钻4-10的通孔时，应采用三爪卡盘来装夹，在装夹时应在工件底下垫两块垫铁以保证其定位可靠，由于该零件的孔都为通孔，所以在加垫铁时应使垫铁避开通孔的加工位置，以免钻通孔时损伤垫铁，在使卡盘定位时应采用螺栓将三爪卡盘固定在机床的工作台上。在加工中心所用的三爪卡盘如下图所示： 3.4零件加工所用刀具的确定刀具的选择是零件加工工序设计的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量，另外，数控机床主轴转速比普通机床高12倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控加工对刀具及其材料要求较高。不仅要求刀具材料具有高硬度、足够的强度和韧性、良好的导热性、良好的工艺性、抗黏结性、化学稳定性。而且要求刀具的精度高，尺寸稳定，安装调整方便。遵循上述选择，该零件所选用刀具及其刀具的功用特点如表1所示：表1零件加工所用刀具卡零件名称典型凸台曲面轮廓零件序号刀具编号刀具规格/名称所用机 床加工内容刀 具半径（mm） 刀 具 材 料1t01a2.5mm中心钻立式加工中心钻中心孔高速钢2t028mm钻头钻孔6高速钢3t039.6mm扩孔钻扩孔7.8高速钢4t0410mm机用铰刀铰孔8高速钢5t0520mm立铣刀铣削凸轮台轮廓10高速钢6t062.5mm中心钻钻中心孔高速钢7t079mm钻头钻孔4.5高速钢8t089.6mm扩孔钻扩孔4.8高速钢9t0910mm机用铰刀铰孔5高速钢10t108mm键槽铣刀铣键槽4高速钢3.5切削用量的确定数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并已指令的形式写入程序中，切削用量包括：切削速度、背吃刀量、和进给速度。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量，切削用量的选用原则是：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，最大限度的提高生产率，降低成本。在切削用量三要素里面，对刀具寿命影响最大的是切削速度、其次是进给量、背吃刀量影响最小。所以在机床刚度允许的条件下：粗加工时主要为了祛除毛坯的多余量，应选择大的背吃刀量、较大的进给量、合理的切削速度。在精加工时为了保证零件的加工表面质量应选择大的切削速度、较小的进给量及小的背吃刀量。3.5.1切削工艺参数的确定切削工艺参数是确定切削用量前必不可少的条件，如果要计算出机床的主轴转速就必须知道其切削速度，如果要计算出进给速度，就必须要知道刀具的每齿进给量，所以在确定切削用量之前就必须查表确定出其切削工艺参数，不同刀具材料的切削工艺参数也不一样，如下面所示为该零件所用刀具的切削参数表。刀具类型/规格刀具材料切削速度（m/min）每齿进给量(mm/z)95度车刀硬质合金100 0.1中心钻a2.5高速刚20 0.03钻头及扩孔钻高速刚20 0.06机用铰刀高速刚20 0.03立铣刀高速刚33 0.18mm键槽铣刀高速刚33 0.13.5.2切削用量的计算方法加工中心主轴转速：n=进给速度vf=zzn（式中为刀具直径；vcc为切削速度，单位mm/min;z为刀具齿数，为整数；n为主轴转速，单位r/min; z为每齿进给量，单位mm/z。） 数控车床主轴转速：vc =进给速度：vf=zzn（式中d为工件直径；vc为切削速度，单位：mm/min，；n为主轴转速，单位：r/min; z为每齿进给量，mm/z。） 3.5.3刀具与切削用量表格的指定根据第2小节的切削用量计算方法可求出该零件所使用的切削用量如下表所示：零件名称平面槽形凸轮零件刀具名称所用机 床 刀具材料刀具直径/角度/型号进给速度（mm/r主轴转速（r/min背吃刀量/吃刀深度/mm 备 注95度车刀车床硬质合金 953183车外圆、端面中心钻高速钢 a2.5mm7725671.5钻中心孔钻头高速钢 12mm6953018(深)钻孔扩孔钻高速钢 15.6mm5340018(深)扩孔机用铰刀高速钢 16mm3940018(深)铰孔立铣刀加 工 中 心高速钢 20m1595252铣削轮廓中心钻高速钢 a2.57725671.5钻中心孔钻头高速钢 9mm8369012(深)钻孔扩孔钻高速钢 9.6mm7966612(深)扩孔机用铰刀高速钢10mm5663612(深)铰孔键槽铣刀高速钢 8mm26213130.8铣键槽4 零件加工程序的编制及解释 4.1节点坐标的确定为了更清楚的反映该零件的加工轨迹及编程的方便，特设计节点坐标如下图所示：通过cad尺寸标注的方法确定出各节点坐标如下：p1（x0,y-35） p2（x23.32,y-26.1） p3 (26.51,y-20.38)p4 (x31.88,y10.08) p5 (x30.86,y16.55) p6 (xo,y-31) p7 (x11.06,y-28.97) p8 (x23.61,y-13.75) p9 (x27.33,y7.31)p10(x24.33,y19.22) p11(x0,y-21) p12(x7.5,y-19.68) p13(13.77,y-12.02) p14(x17.5,y9.06) p15(x16.5,y13.02)4.2零件程序的编制及解释本片论文重点反映凸轮轮廓及其键槽的加工其加工程序如下: 凸轮外轮廓及键槽的加工程序主程序o0009序号程序内容程序解释n10g40 g49 g80；取消刀具长度、半径补偿及钻孔循环n20g91 g30 x0 y0 z0；返回参考点n30t06；调用6号刀(20立铣刀)n40m06；换刀n50t11预调11号刀(8键槽铣刀)n60g90 g54 g43 h06 s690 m03建立6号刀刀具长度补偿，给定主轴转速及转向n70goo z100快速下刀z100的高度n80x0 y-40;快速移动到x0 y-40的距离n90z10;快速下刀z30的高度n100g01 z0 f1200以f1200的速度下刀到z0点n110m98p50001；调用1号子程序n120g00 z100;1号子程序加工完后快速抬刀到z100的高度n130g91 g30 xo y0 zo;返回参考点n140t11;调用11号刀(8键槽铣刀)n150m06;换刀n160g90 g54 g43 h11 s690 m03;建立11号刀刀具长度补偿，给定主轴转速及转向n170x0 y-26;快速移动到x0 y-26n180goo z30快速下刀刀z30的高度n190g01 z0 f1200以f1200的速度下刀到z0点n200m98p50002;调用2号子程序n210goo z100;2号子程序加工完后快速抬刀到z100的高度n220x0 y-26;快速移动到x0 y-26的距离n230goo z30快速下刀到z30的高度n240g01 z0 f1200以f1200的速度下刀到z0点n250m98p50003;调用3号子程序n260goo z150;3号子程序加工完后快速抬刀到z150的高度n270m30；程序结束子程序o0001凸台外轮廓序号程序内容程序解释n10g91 go1 z-1 f130;以相对方式下刀，每次下刀2mm，进给速度为130n20g90 g41 g01 x5 d1;绝对方式下建立刀具半径补偿n30g03 x0 y-35 r5;圆弧进刀n40g02 x30.86 y16.55 r-35;顺时针圆弧插补到p5点n50g02 x31.88 y10.08 r10;顺时针圆弧插补到p4点n60g01 x26.51 y-20.38;直线插补到p3点n70g02 x23.32 y-26.1 r10;顺时针圆弧插补到p2点n80g02 x0 y-35 r35;顺时针圆弧插补到p1点n90g03 x5 y-40 r5;圆弧出刀n100g40 g01 x0 y-40;取消刀补偿n110m99返回主程序子程序o0002键槽大轮廓序号程序内容 程序解释n10g91 g01 z-1 f130;以相对方式下刀，每次下刀2mm，进给速度为130n20g90 g41 g01 x5 y-26;绝对方式下建立刀具半径补偿n30g02 x0 y-31 r5圆弧进刀n40g02 x24.33 y19.22 r -31顺时针圆弧插补到p10点n50g02 x27.33 y7.31 r15;顺时针圆弧插补到p9点n60g01 x23.61 y13.75;直线插补到p8点n70g02 x11.06 y-28.97 r20;顺时针圆弧插补到p7点n80g02 xo y-31 r31;顺时针圆弧插补到p6点n90g03 x-5 y-26 r5;圆弧出刀n100g40 g01 x0 y-26;取消刀补偿n110m99;返回主程序子程序o0003 键槽小轮廓n10g91 g01 z-1 f130;以相对方式下刀，每次下刀2mm，进给速度为130n20g90 g41 g01 x5 y-26;绝对方式下建立刀具半径补偿n30g03 x0 y-21 r5;圆弧进刀n40g02 x16.5 y13.02 r-21;顺时针圆弧插补到p15点n50g02 x17.