浅谈数控车床零件加工前的筹备 毕业论文.doc

- -1 摘要： 在分析了花键轴零件的基础上, 阐述了数控车床加工前的筹备和加工方法,并对其关键 性技术进行了研究。 关键词 刀具选择，切削用量，花键轴，工艺路线，数控编程 - -2 目 录 摘要： .1 目 录 2 引 言 .2 第一章 数控机床的发展 3 1.1 数控系统的发展 3 1.2 机床的发展趋势 4 第二章 数控车的工艺与工装削 5 2.1. 合理选择切削用量 5 2.2. 合理选择刀具 5 2.3. 合理选择夹具 6 2.4. 确定加工路线 6 2.5. 加工路线与加工余量的联系 6 2.6. 夹具安装要点 6 第三章 花键轴零件加工工艺分析 6 3.1.选择装备 .9 3.2 确定零件定位基准和装夹方式 9 第四章 制定加工方案 10 4.1.刀具及刀位号 10 4.2.编写程序 10 4.3.小结 13 第五章 结 论 .13 参考文献 14 - -3 引 言 世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入 工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中 国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。 未来 10 年将是中国机械行业发展最佳时期。美国、德国的重化工业发展期延续 了 18 年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了 12 年，我们估计中国的 重化工业发展期将至少延续 10 年，直到 2015 年。因此，在未来 10 年中，随着中国重化 工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国 际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、 集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、 工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程。 - -4 第一章 数控机床的发展 1.1 数控系统的发展 从年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发 展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控机的 通用 cnc 系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称系统；后三代为 第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称系统。 1.2 机床的发展趋势 数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性 等。 （1）工序集中 20 世纪 50 年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中 心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机 械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。 目前，加工中心机床的刀具库容量可达到 100 多把刀具，自动换刀装置的换刀时间仅 需 0.52 秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件 多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩 了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控 加工的经济效益。 （2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发 展也就更为突出。 （3）方便使用 数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的 主要方面。 （4）加工编程方便 手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发了 多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能，cad/cam 的研究发展， - -5 从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的 cad/cam 软件加上计算机硬件，投资 较大，学习、掌握时间较长，对大多数的简单工件很不经济。 近年来，发展起来的图形交互式编程系统（wop，又称面向车间编程） ，很受用户欢 迎。这种编程方式不使用 g、m 代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数 作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定 标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。 第二章 数控车的工艺与工装削 数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自 动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。 2.1. 合理选择切削用量 对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这 些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削 条件。 切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度 的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高 20%，刀具 寿命会减少 1/2。 进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后 面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量 大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。 用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的 切削速度。 最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到 寿命才是理想的条件。 然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切 削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件 - -6 时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷 却剂或选用刚性好的刀刃。 2.2. 合理选择刀具 （1) 粗车时，要选强度高、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。 （2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 （3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 2.3. 合理选择夹具 （1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具； （2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。 2.4. 确定加工路线 加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 (1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求； (2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。 2.5. 加工路线与加工余量的联系 目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是 含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程 序的灵活安排。 2.6. 夹具安装要点 目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先 用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺 钉，即可卸下卡盘。 - -7 第三章 花键轴零件加工工艺分析 1. 图例 图 1 花键轴零件 （1） 技术要求 图 1 为花键轴安装滚动轴承，直径公差等级 it7，两外圆同轴度要 求较高；轴向右端 1.3mm28.6mm 沟槽用于安装卡簧，必须保证轴向尺寸公差在 0.12mm。 （2）毛坯选择 花键轴直径相差不大，采用直径为 36mm 热轧圆棒料，在锯床上 按 250mm 长度下料。 （3）花键轴加工时切削用量选择如下表 1： 表 1 切削用量选择 主轴转速 s/(r/min) 进给量 f/(mm/r) 背吃刀量 ap/mm 粗车外圆 300 0.4 3.0 半精车外 460 0.15 0.4 - -8 圆 车螺纹 300 切槽 460 0.1 螺纹 m161.5 车削时大径去直径为 15.8mm，总背吃刀量去 0.65p=（0.651.5） mm=0.95mm,分三次循环切削，第一次被吃刀量取 0.475mm，第二次取 0.3mm，第三次取 0.2mm。 （4）走刀路线和对刀点选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动到切削起始点、 刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。由于半精加工和精加工 的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行 程的走刀路线。合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基 准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和 之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关 系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。 这个相对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。 （5）花键轴加工工艺卡 表 2 花键轴加工工艺卡 工 序 号 工 序 名 称 工 序 内 容 工 艺 设 备 工 序 程 序 花键外圆倒角 c2.15 半精车花键外径至 30.25mm,长 69.3mm 半精车外圆 30.5mm 至尺寸 车右端 20 js7 处退刀槽 2mm19mm 车花键外圆处卡簧槽 1.3mm28.6mm,保证尺寸 85.26mm 工件调头，用两顶尖装夹 m00 螺纹处倒角 c1 - -9 半精车螺纹大径 15.8 mm,长 20mm 左端 20h7 处倒角 c1.15 半精车 20h7 外圆至 20.25mm,长 32.9mm 半精车 25js 外圆至 20.25mm,长 48.1mm 车螺纹处退刀槽 2mm14mm 车左端 20h7 处退刀槽 2mm19mm 车 25js7 处退刀槽 2mm24mm 车螺纹 m161.5 m00 7 铣 工件用顶尖装夹 按零件图要求滚铣花键 滚床、花键滚刀 8 铣 工件用两顶尖装夹,加辅助支承 按零件图要求铣键槽 x52k 铣床、两顶尖、辅助 支承、键槽铣刀 9 磨 工件两顶尖装夹 磨花键外圆 磨左端 20h7 外圆和台阶面 磨 25js7 外圆 工件调头用两顶尖装夹 磨右端 20h7 外圆和台阶面 m1420 磨床、两顶尖、gb 砂轮 3.1.选择装备 根据被加工零件的外型和材料等条件选定 x52k 铣床、m1420 磨床。 - -10 3.2 确定零件定位基准和装夹方式 为保证花键轴各圆柱面的同轴度和其他位置精度，半精车、精车和磨削时应该选择基 准轴线为定位基准，轴两端钻中心孔，用两顶尖装夹。两端中心孔相关尺寸和位置精度以 及粗糙度是影响加工精度的重要因素，因此工件在调质等热处理后要安排修磨中心孔的工 序。粗车时为了保证工件装夹刚性，常采用一夹一顶的装夹方法，左端采用三爪自定心卡 盘夹紧、右端采用活动顶尖支顶。 第四章 制定加工方案 按先主后次、先粗后精的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令进行粗加工，再 精加工，加工螺纹。 4.1.刀具及刀位号 粗车、半精车使用同一把 90合金外圆车刀，安装在刀架的 1 号刀位上，并定为基 准刀。车沟槽使用两把车槽刀，一把主切削刃宽 2mm，另一把主切削刃宽 1.36mm，刀位 点都取在左刀尖。分别安装在刀架的 2、3 号刀位上。车螺纹使用 60外螺纹车刀，刀尖 角取为 5930，安装在刀架的 4 号刀位上，用试切对刀法测定各刀具的刀位偏差值， 并在程序运行前输入数控系统。 4.2.编写程序 （1）工序 3 加工如下： o1030 n010 g92 x60 z5; n020 m06 t0101; n030 m03; n040 g90 g99 g00 x31; 绝对值编程，每转进给量，从对刀点进刀 n050 g01 z-200 f0.4; 粗车外圆至 31mm，长 200mm; n060 g00 x35 z5; 退刀至循环起点 - -11 n070 g80 x25 z-15 f0.4; 20js7 外圆粗车循环，车至 25mm，长 15mm n080 g80 x21 z-15 f0.4; 20js7 外圆粗车循环，车至 21mm n090 g00 x60; 快速点定位返回对刀点 n100 m00 m00； 程序运行暂停，工件调头装夹 n110 g80 x35； 快速点定位至循环起点 n120 g80 x30 z-100 f0.4; 25js7 外圆粗车循环，车至 30mm,长 100mm n130 g80 x26 z-100 f0.4; 25js7 外圆粗车循环，车至 26mm, n140 g80 x21 z-52 f0.4; 左端 20h7 粗车循环，车至 21mm，长 52mm n150 g80 x17 z-19 f0.4; 螺纹大径粗车循环，车至 17mm，长 19mm n160 g00 x60； 快速点定位返回对刀点 n170 m05; n180 m02; （2）工序 6 加工程序如下： o1060; n010 g92 x60 z5; n020 m06 t0100; n030 m03; n040 g90 g99 g00 x15.65 z1.15; 进刀准备右端 25js7 处倒角 n050 g01 x20.25 z-1.15 f0.15; 倒角 c1.15 n060 z-15.9; 车 20js7 外圆至 20.25mm，长 15.9mm n070 x30.25 c2.15; 车花键右端面并倒角 c2.15 n080 z-85.26; 车花键外圆至 30.25mm,长 69.36mm n090 x30.5; 准备车 30.5 外圆 n100 z-140； 车外圆 30.5mm n110 g00 x60 z5; 快速点定位返回对刀点 n120 m06 t0202; 选择 2 号车槽刀，刀补号 2 n130 g00 x35 z-15.9; 快速点定位至车槽进刀点 - -12 n140 g01 x19 f0.1; 车槽 219 n150 g00 x60; 退刀至临时换刀点 n160 t0200; 取消 2 号刀补 n170 m06 t0300; 选择 3 号车槽刀，刀补号 3 n180 g00 x35 z-85.26; 快速点定位至切槽进刀点 n190 g01 x28.6 f0.1; 车花键外圆处卡簧槽 1.3mm28.6mm n200 g04 x1; 车槽底 n210 g00 x35; 退刀 n220 x60 z5; 快速点定位返回对刀点 n230 t0300; 取消 3 号刀补 n240 m00; 程序运行暂停，工件调头装夹 n250 m06 t0100; 选择 1 号外圆车刀 n260 g00 x11.8 z1; 进刀准备左端螺纹处倒角 n270 x15.8 z-1 f0.3; 倒角 c1 n280 z-20; 车螺纹大径至 15.8mm,长 20mm n290 x20.25 c1.15; 车左端 20h7 左端并倒角 c1.15 n300 z-52.9; 车左端 20h7 外圆至 20.25 mm n310 x20.25; 车台阶面 n320 z-101; 车 25js7 外圆至 20.25mm，长 48.1mm n330 x31; 车台阶面 n340 g00 x60; 快速退刀至临时换刀点 n350 m06 t0200; 选择 2 号车槽刀，刀补号 2 n360 g00 x32; 快速点定位至车槽进刀点 n370 g01 x24 f0.1; 车 25js7 处退刀槽 2mm24mm n380 g00 x32; 退刀 n390 z-52.9; 快速点定位至 20h7 处退刀槽进刀点 n400 g01 x19 f0.1; 车槽 2mm19mm n410 g00 x32; 退刀 n420 z-20; 快速点定位至车螺纹退刀槽进刀点 n430 g01 x14; 车槽 2mm14mm - -13 n440 g00 x32; 退刀 n450 x60 z5; 快速点定位返回对刀点 n460 t0200; 取消 2 号刀补 n470 m00; 程序运行暂停，调整主轴转速 n480 m06 t0404; 选择 4 号螺纹车刀，刀补号 4 n490 g00 x18; 快速点定位至螺纹车削循环起点 n500 g82 x14.85 z-19 f1.5; 第一次螺纹车削循环（背吃刀量 0.475mm） n510 g82 x14.25 z-19 f1.5 第二次螺纹车削循环（背吃刀量 0.3mm） n520 g82 x13.85 z-19 f1.5; 第三次螺纹车削循环（背吃刀量 0.2mm） n530 g00 x60; 快速点定位返回对刀点 n540 t0400; n550 m05; n560 m02; 4.3.小结 本设计采用花键轴进行编程设计,在螺纹车削编程中要注意,数控车床主轴上必须安装 有脉冲编码器测定主轴实际转速,从而实现主轴转一转刀具进给一个螺纹导程