毕业设计—套筒零件的数控加工.doc

目 录摘要引言第1章 数控技术概述第2章 结构及毛坯分析2.1毛坯分析2.2完整性分析2.3 正确性分析第3章 轴套类零件的数控车削加工工艺3.1 零件图的工艺分析3.2 圆锥心轴的设计3.3装夹方案的确定3.4确定加工顺序及走刀路线3.5夹具及量具的选择3.6刀具的选择3.7切削用量的选择3.8切削加工工艺与刀具卡片第4章 加工程序的编制设计总结致谢附表摘要 通过本文的学习，应使学生掌握以下内容：常见机械制造工艺的特点及应用，熟悉并具有选择零件毛坯和零件加工的知识；掌握金属切削加工过程的基本理论，能根据实际情况选择、确定合理的切削条件和各种参数；掌握机械加工工艺的基本理论知识，学会工艺分析、工艺规程的制订、加工余量的选用等，熟悉常见典型零件的加工工艺编制，具有编制一 般零件加工工艺规程和一般产品装配工艺的初步能力,初步具备分析解决现场工艺问题的能力；了解现代制造技术和机床夹具设计的基础理论知识。关键词：工艺分析 阶梯轴零件 加工方案 加工路线 引 言毕业设计是在学完了机械设计、机械制造工艺与夹具、机械加工工艺、计算机基础、cad制图、等课程后，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行研究（或设计）的综合训练，旨在培养学生的专业研究素养，提高分析结局问题的能力，使学生的创新意识和专业素质得到提升，使学生的创造性得以发挥。装备工业技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的最基本的装备。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方向对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造已成为世界个发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。第一章 数控技术概况1.1：数控机床的基本概念数控技术是数字控制（numerical control）技术的简称。它采用数字化信号对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。利用数控技术可以把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。采用数控技术的控制系统称为数控系统（numerical control system）。根据被控对象的不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统。所谓机床数控系统就是以加工机床为控制对象的数字控制系统。我国数控技术起步于1958 年，在近50 年发展历程大致可分为3 个阶段：第一阶段从1958 年到1979 年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段由于改革开放、国家的重视、研究开发环境和国际环境的改善，我国的数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段，在此阶段我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。 1.取得的成绩 纵观我国数控技术近50 年的发展历程，特别是经过四个五年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩：奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术：我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化和产业化。初步形成了数控产业基地在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂、兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。 2.存在的差距 虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但也要清醒的认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比(与国外对比)不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的技术水平差距有扩大趋势。与国外水平相比时，我国数控技术水平和产业化水平大致估计如下： 1)技术水平比国外先进水平大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大； 2)产业化水平市场占有率低，品种覆盖面小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对较差；可靠性不高，商品化程度不足；数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 3)可持续发展的能力对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。 3.主要原因分析1)认识方面对国产数控产业进程的艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 2)体系方面从技术的角度关注数控产业化问题较多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题较少；没有建立完整的高质量的配套体系，完善的培训、服务网络等支撑体系。3)机制方面人才流失，制约了技术及技术路线创新以及产品创新，也制约了规划的有效实施。 4)技术方面企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。第二章 结构及毛坯分析2.1毛坯分析毛坯外形尺寸为50mm100mm 50mm52mm除上表面以外的其他表面均已加工，并符合尺寸与表面粗糙度值、要求材料为45号钢2.2完整性分析轴套是机床的主要零件，它的头端装有夹具，工件或刀具。零件饿完整性用于保证加工零件的正确性，零件在工作时用承担扭曲和弯曲力，承担来自各方面的力，所以要求有足够的刚性、耐磨、抗震等。2.3正确性分析零件加工到成品时其要达到预期效果。而往往因为各方面的原因，零件的精度受到影响，所以零件的正确性在各因素条件都达到的时候才能做到。通过工艺调整使零件达到工艺要求是设计内容的重要部分。第三章 轴套类零件的数控车削加工工艺3.1 零件图的工艺分析一. 结构工艺分析从图1结构上看，该轴类零件由外圆柱面、平面、圆弧、外螺纹等表面所组成，该套筒零件由外圆柱面、圆弧、内螺纹及内圆锥面等所组成，轴套零件较复杂，都适合车削加工。另外，该零件的尺寸标注完整，轮廓描述清楚，且尺寸标注都有利于定位基准和编程原点的统一，符合数控加工尺寸标注的要求。二.精度及技术要求分析1.尺寸精度从尺寸上看，轴承零件48mm、24mm、23mm、三处加工精度较高，套筒零件48mm、30mm两处加工精度较高，其轴与套筒有较高的配合精度要求，都需仔细对刀和认真调整机床。2.外置精度1）该轴类零件右定向和定位要求，装配定向用的是48外圆相对于孔轴心线（或基准a）的同轴度要求。定向是左端面相对于基准a垂直度要求，其公差0.03mm，槽左端面相对于基准a的垂直度要求，公差0.025mm。2）该轴套右定向要求，左端面相对于基准b48外圆的垂直度要求公差为0.025mm。3）表面粗糙度轴套零件都有较高的表面粗糙度要求，表面粗糙度值为1.6um，公差等级在it8-it7之间，其余为3.2um。三.毛坯的确定由于该零件精度较高，各台阶直径相差不大，故零件材料为45号钢，毛坯结构简单，材料的加工性能较好。其轴承毛坯外形尺寸为50mm25mm的圆棒料。由于切削加工性较好，该配和无热处理和加工硬度要求。综上所述采取以下几点工艺措施：1.零件图样上带公差的尺寸因公差值较小，故编程时不必要采用平均值，而全部取基本尺寸即可。2.在轴套配合加工时，为保证零件不产生变形，需设计一辅助心轴。3.为便于装夹，提高定位精度，可可预先光一外圆刀，并钻好中心孔。除表面外的其他表面均已加工，并符合尺寸与表面粗糙度值的要求，材料为45号钢。包含了平面、圆弧表面、圆柱面、切槽、钻孔、镗孔。3.2 圆锥心轴的设计一.方案的分析与选择根据轴套配合时的内型形状，可分析出圆锥心轴对应与套筒零件内腔1:10锥度的内圆锥面配合，故圆锥心轴的锥度比为1:10.圆锥的大端尺寸与圆锥面大端尺寸相等，根据零件配合时的位置，圆锥心轴应比圆锥短，考虑夹持部分较短，为避免加工时因工件伸出太长而产生振动，从而引起工件变形及其他情况，因此圆锥心轴尽量取短些，又可保证加工质量。根据套筒锥长，圆锥心轴取10mm即可，另外，为保证工件之间配合时的紧密性，可取长5mm的圆柱，可达到加工要求，并将圆柱左端钻好中心孔。3.3 装夹方案的确定一.套筒零件的装夹该配合件由轴的左端40的外圆定位夹紧，将其设计的圆锥心轴与套筒配合，并用尾座顶尖顶住，以提高工艺系统的刚性，装夹方式如：图23.4 确定加工路线及走刀顺序数控加工中，进给路线对零件的加工精度，表面质量以及加工效率有着直接影响。因此，确定好的进给路线是保证车削加工精度、表面质量、提高效率的工艺措施之一，其确定与工件表面状况要求的零件表面质量、机床进给机构间隙，刀具耐用度以及零件轮廓形状有关。由于该零件较复杂，加工部位较多，因而需采用多把刀具才能完成切削加工，制定零件车削加工顺序时可按有粗到精，由近到远，内外交叉，刀具集中的原则确定，尽可能在一次装夹中加工出较多的工件表面，由于该零件为单件小批量生产，故确定走到路线时可不必考虑最近走刀路线可沿零件轮廓顺序进行加工。根据轴承零件外圆表面加工方案，选取粗车半精车精车，可达到加工要求，套筒零件由于内孔是重要表面的加工，故可采用粗加工内孔粗精加工外圆精加工内孔的方案进行加工。轴套零件具体的加工顺序和进给路线确定如下：一.套筒零件的加工顺序及进给路线1.先采用手动方式平左端面，粗车外圆48.2.钻中心孔后绪工作钻孔做准备，以提高钻头的对中性。3.钻通孔，并粗精车内孔28.14。4.调头校正加紧，手动平端面，保证轴向尺寸50mm。5.粗加工c1、c1.5倒角36mm的内圆锥面。6.粗车外圆表面c1.5倒角，48mm外圆。7.精加工内孔c1、c1.5倒角36mm内圆锥面及28.14mm内表面。 8.粗精车内螺纹m501.5mm二.轴类零件的加工顺序及进给路线1.手动平端面，并光一刀外圆。2.调头校正夹紧，钻中心孔。3.钻30mm长的孔。4.手动平端面，保证其轴向尺寸97mm5.粗车外圆表面48mm、40mm，c1、c2倒角 6.精车各外圆表面。7.粗镗内孔24mm，20mm内孔，r5圆弧。加工路线如8.切526mm的槽。9.调头校正夹紧，粗车r10圆弧，23mm外圆，m301.5mm螺纹。 10.精车r10圆弧，23mm外圆，m301.5mm的螺纹。11.把轴与套装配上，并将辅助心轴装入套筒。12.粗加工圆弧r50。13.精加工圆弧及 48mm的外圆。3.5 夹具及量具的选择1）夹具的选择在零件工艺分析中，已确定零件机床加工部分和加工时用的定位基准只需适合的夹具即可，这里选用的三爪自定心卡盘，软爪，圆锥心轴，顶尖 。如下图：2）量具的选择量具的选择应考虑与被测工件的外形，位置，被测尺寸的大小，尺寸公差相适应，每份量具一把（或一套）其选择如下：游标卡尺（0200mm） 测量具轮廓的基本尺寸。外径千分尺（025mm，2550mm） 测量凸台的基本尺寸。内径千分尺（025mm，2550mm） 测量孔的直径。圆弧样板（r10，r50，r5mm） 测量圆弧半径。3.6 刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一，刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率，而且还直接影响加工质量。 1.钻孔的刀具钻孔的刀具较多，有普通麻花钻，可转位浅孔钻及扁钻。应根据工件材料，加工尺寸及加工质量要求等合理选用。在数控车床上钻孔，大多采用麻花钻，麻花钻有高速钢和硬质合金钢两种。这里选用：中心钻 直径5mm的中心钻。钻头18mm， 25mm麻花钻。2.粗车外圆刀90硬质合金外圆车刀，刀尖圆弧半径0.2mm。 3.切槽刀 宽0.5mm 4.镗刀镗刀的种类很多。按切削刃数量可分为単刃镗刀和双刃镗刀。单刃镗刀刚性差，切削时易引起振动，所以镗刀的主偏角选得较大，以减小径向力。粗镗钢件孔时kr=6075，以提高刀具的耐用度。单刃镗刀结构简单，适应较广，粗精加工都适用。故选用单刃镗刀，粗精镗内孔表面。 刀片：55带r0.2mm圆弧刃的菱形刀片5.外螺纹车刀 60硬质合金螺纹刀，刀尖圆弧0.1mm。6.内螺纹车刀 60硬质合金螺纹刀，刀尖圆弧0.1mm。3.7 切削用量的选择数控车床加工中的切削用量包括：背吃刀量，切削速度（主轴转速），进给速度或进给量。切削用量的大小对切削力，切削功率，刀具磨损，加工质量和加工成本均有显著影响，对不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并编入程序中。切削用量的选择原则：粗加工时一般以提高生产效率为主，但也考虑经济型和加工成本，半精加工和精加工时应在保证该加工质量的前提下兼顾切削效率，经济型和加工成本具体参数根据机床说明书和切削用量手册。一.背吃刀量背吃刀量的选择主要由于对表面质量的要求来决定。在工艺系统刚性及机床允许的条件下，进可能选取较大的背吃刀量，由于该零件精度要求较高，则应适当留出精车余量，常取0.10.5mm 。背吃刀量的选取参数如下：1.粗车外圆时取1.2mm 。2.精车镗内外表面时取0.5mm 。3.粗镗内孔取1mm 。4.钻中心孔取2.5mm 。5.钻孔时取10mm 。6.粗精内外螺纹时取分别取0.8mm 0.6mm 0.4mm 0.16mm 。二.切削速度切削速度根据零件上被加工部位的直径值，并按连接和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。选取数值如下：1.粗车镗内外表面时主轴转速 s=600r/min f=0.2mm/r 。2.钻中心孔时主轴转速 s=600r/min 。3.钻孔时的主轴转速 s=300r/min 。4.精车外圆时的主轴转速 s=1100r/min f=0.1mm/r 。5.精镗内孔时的主轴转速 s=800r/min f=0.1mm/r 。6.切槽时的主轴转速 s=500r/min f=1.5mm/r 。7.内外螺纹车削时的主轴转速 由公式：n=1200/p-k得：n=1200/1.5-80=720r/min 考虑到机床刚性及其他原因取n=500r/min，即s=500r/min f=1.5 。三.进给速度进给速度的原则是当工件的质量要求能得到保证时，可选择较高的进给速度，切断加工深孔和精车时选择较低的进给速度，进给速度应与主轴转速及背吃刀量相适应，根据以上主轴转速与背吃刀量相适应，根据以上主轴转速与背吃刀量的选择，可确定进给速度。进给速度vf是切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度，它与转速n，进给量f之间的关系为： vf=f*n由上式可得出：1.粗车镗内外圆表面是的进给速度 vf=600r/min0.2mm/r=120mm/min 。2.精车外圆时的进给速度 vf=1100r/min0.1mm/r=110mm/min 。3.精镗内孔时的进给速度 vf=800r/min0.1mm/r=80mm/min 。4.粗精车内外螺纹的进给速度 vf=500r/min1.5mm/r=750mm/min 。3.8 切削加工工艺与刀具卡片一.数控加工工序卡单位名称湖南交通职业技术学院产品名称或代号零件名称材料零件图号数控车工工艺案例分析套筒零件加工的设计与加工45钢工序号程序编号夹具名称使用设备教室工步号三爪卡盘和自制心轴ca6140实训中心1工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度mmmin背吃刀量mm备注2粗车套筒零件外圆t0125256001201.5自动3钻中心孔t0652.5手动4钻通孔t0825300105粗镗28.14mm内孔t0420305001201自动6粗镗28.14mm内孔800800.5自动7调头装夹粗加工48mm外圆t0125256001201.2自动8精镗36mm内孔至31.5mm长t0420305001201自动9精镗36mm内孔至31.5mm长800800.5自动10粗精加工内螺纹m361.5mmt052525500750自动11光一刀轴类零件右端外圆t016001201.2自动12调头校正夹紧并钻中心孔t0652.5手动13钻孔至30mm长t0718mm30010手动14粗车外圆40mm 48mmt0125256001201.2自动15精车外圆40mm 48mm1100800.5自动16粗镗内孔r5圆弧、24mm 20mm的表面t0420305001201自动17精镗内孔r5圆弧、24mm 20mm的表面t042030800800.5自动18切5mm宽槽t02252525255002.5自动19调头校正夹紧粗车r10、36mm内圆锥t016001201.2自动20精车r10、36mm内圆锥1100800.5自动21粗车外螺纹m361.5mmt03500600自动22精车外螺纹m361.5mm600自动23粗加工圆弧t016001201.2自动24精加工圆弧及48外圆1100800.5自动二.数控加工刀具卡产品名称和代号数控车工工艺分析案例零件名称零件图号序号刀具号刀具名称材料直径mm数量刀具半径mm备注1t01外圆车刀90硬质合金10.42t02切槽刀硬质合金5mm13t03外螺纹车刀60硬质合金10.24t04镗刀55硬质合金10.45t05内螺纹车刀60硬质合金10.26t065mm中心钻高速钢17t0718mm锥柄麻花钻高速钢18mm18t0825mm锥柄麻花钻高速钢25mm1第四章 加工程序的编制编制数控程序时，首先要建立一个工件坐标系，程序中的坐标值均以此坐标为依据。工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点，建立一个新的坐标系，称为工件坐标系（也称变成坐标系）。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的坐标系所取代。坐标原点选择尽量满足编程简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件，为了编程方便一般将工件坐标系设在工件上，并将坐标原点设在图样的设计基准和工艺基准处，其坐标原点称为工件原点（或加工远点）。工件原点是人为设定的从理论上讲工件原点选在任何位置都是可以的，但实际为编程方便以及各尺寸较为直观，数控车床原点一般设在主轴中心线与工件左端面或右端面交点处。本设计在加工中，根据加工顺序选择工件两端面分别作为坐标原点。一.套筒零件的加工左端：o1111； g00 x24 z3;m03 s600; g70 p10 q20 f0.1;t0101 g99; g00 g40 x100 z100;g00 x100 z100; m05;x52 z3; m30;g90 x48.5 z-30 f0.2; 右端（平端面钻孔后镗孔）g00 x100 z100; o2222;g71 p10 q20 u-0.5 w0 f0.15; m03 s600 t0101;n10 g0 x36; g01 x28.14 z-1.5; g00 x100 z100;z-50; m05;n20 g1 x24; t0404;g00 z3; m03 s500;g00 x100 z100; g00 x52;m05; z3;t0404 ; x26;m03 s800; g71 u2 r1;g71 p10 q20 u0.5 w0.2 f0.15; o1122;n10 g0 x44; m03 s600;g01 x36 z-1; t0101 g99;x33 z-30; g0 x100 z100;x28.14 z-31.5; x52 z3;n20 g1 x26 g90 x48.5 z-70 f0.2;g00 z3; g0 x100 z100;g00 x100 z100; m05;m05; m30;m03 s800; 左端g00 g41 x26 z3; o2211;g70 p10 q20 f0.1; m03 s600;g00 g40 x100 z100; t0101 g99;m05; g0 x100 z100;t0505; x52 z3;m03 s500; g71 u1.5 r1;g00 x52; g71 p1 q2 u0.5 w0 f0.2;z3; n1 g0 x32;x26; g1 x40 z-1;z-28; z-20;g92 x28.98 z-51 f1.5; x40;x29.54; x48.5 z-22;x29.94 z-25;x30; n2 g1 x52;g00 x100 z100; g0 x100 z100;m05; m05;m30; m03 s1100;二.轴承零件加工程序： g0 g42 x52 z3;右端 g70 p1 q2 f0.1;g00 g40 x100 z100; m05;m05; m30;t0404; 右端m03 s500; o1234;g00 x52; m03 s600;z3; t0101 g99;x17; g0 x100 z100;g71 u1.5 r1; x52;g71 p30 q40 u-0.5 w0 f0.2; z3;n30 g00 x34; g71 u1.5 r1.2;g02 x24 z-5 r5; g71 p5 q6 w0 f0.2;g01 z-22; n5 g0 x0;x20; g1 z0;z-25; g03 x17.368 z-5 r10;n40 g01 x17; g01 x21;g00 z3; x23 z-6;g00 x100 z100; z-12;m05; x28;m03 s800; x30 z-13;g00 x17 z3; z-30;g70 p30 q40 f0.1; n6 g1 x52;g00 z3; g0 x100 z100;g00 x100 z100; m05;m05; m03 s1100;t0202; g0 g42 x52 z3;m03 s500; g70 p5 q6 f0.1;g00 x52 z3; g0 g40 x100 z100;z-32; m05;g00 x100 z100; m30;三.轴套配合时的加工程序o2233; z-30.4.4;m03 s600; g02 x48 z-39.192 r50;t0101 g99; z-30.404;g00 x100 z100; g02 x48 z-39.192 r50;x52 z5; g01 z-125;g73 u5 w0 r5; n90 g1 x52 z-126; g73 p80 q90 u0.5 w0 f0.18; g70 p80 q90 f0.1;n80 g0 x39 z3; m05; g01 x48 z-1.5; m30;主要参考文献、资料：1、 机械制造基础，梁旭坤 焦建雄主编，中南大