毕业设计（论文）-M20螺栓柱的数控加工分析.doc

m20螺栓柱的数控加工分析系 部： 精密制造工程系 学生姓名： 专业班级： 数 控11c1班 学 号： 111021112 指导教师： 2014年 03 月28 日声 明本人所呈交的 m20螺栓柱的数控加工分析 ，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 【摘要】 螺栓柱应用非常广泛，其中双头螺栓两头都有螺纹，中间的螺杆有粗的也有细的。主要用于连接机械，起到固定链接的功能，一般用于矿山机械，桥梁，汽车，摩托车，锅炉钢结构，吊塔，大跨度钢结构和大型建筑等场合。因此，合理制定螺栓柱的加工工艺，保证加工质量显得格外重要。本文主要以m20螺栓柱为研究对象，首先介绍m20螺栓柱的应用场合及结构，其次介绍m20螺栓柱的加工工艺，包括机床选用、工件材料、刀具及夹具的选用、切削用量选择及加工路线等，编写零件的数控程序，进行质量检测，最后分析加工过程中出现的问题及解决问题的方案等。【关键词】：m20螺栓柱；加工工艺；数控编程；质量优化。 目录 引言.11、 m20螺栓柱零件介绍.2（一）m20螺栓柱零件图.2（二）m20螺栓柱的应用场合.2（三）m20螺栓柱的结构分析.2二、m20螺栓柱加工工艺分析.3（一）数控机床选用.3（二）零件材料选用.5（三）车削刀具的选用.5（四）夹具的选用.6（五）加工工艺路线拟定.6三、m20螺栓柱的数控程序.7四、m20螺栓柱的检测.9五、加工过程中出现的问题及解决方案.9（一）实例分析.10（二）问题出现的原因及解决方案.10总结.12参考文献.13谢辞.14引言随着我国数控技术以及新型材料等行业的迅猛发展，各种用途的紧固零件需求量也日益增加，与人们的生活越来越密切。改革开放以来，以螺栓柱为例的紧固配件用途十分广泛，几乎各种机械设备上都少不了螺栓柱，因此，螺栓柱的大量生产为我国工业的发展做出了巨大贡献。生产双头螺栓是需要固定的设备与机床加工的，而加工程序还是相对简单的，主要有以下工序：首先是需要选料，然后切料，冲床预加工，再数控车床加工，最后是将车出来的工件放在滚丝机上滚出来丝扣，到这里普通的双头螺栓就加工完了，当然如果需要其他要求，那还需要其他的工序。本文主要以m20螺栓柱为研究对象，首先介绍m20螺栓柱的形状结构，其次介绍m20螺栓柱的加工工艺，包括机床选用、工件材料选用、刀具及夹具的选用、切削用量选择及加工路线，编写零件的数控编程，对零件进行质量检测，最后分析加工过程中出现的问题及解决问题的方案等。我的毕业设计课程来源于中国江苏新万国紧固件制造有限公司，我公司主要生产一些紧固件产品，比如m20螺栓柱、油塞、球头螺母、细长轴等紧固件。我的实习岗位是数控车床操作员，主要生产m20螺栓柱，因此要对m20螺栓柱的一整套加工流程要十分的熟悉，所以本篇毕业设计着重阐述m20螺栓柱的数控加工，包括工艺分析及程序介绍等。 一、m20螺栓柱零件介绍(一）m20螺栓柱零件图 本课题研究的对象是m20螺栓柱，如图1-1和图1-2所示为m20螺栓柱的实物图，图1-3为m20螺栓柱的零件图。 图1-1 m20螺栓柱实物 图1-2 m20螺栓柱实物（二）m20螺栓柱的应用场合双头螺栓（stud），也叫双头螺丝。用于连接机械的固定链接功能，双头螺栓两头都有螺纹，中间的螺杆，有粗的也有细的。一般用于矿山机械，桥梁，汽车，摩托车，锅炉钢结构，吊塔，大跨度钢结构和大型建筑等。而我厂生产的m20螺栓柱应用于轿车轮胎，专门为一汽大众提供成批量的m20螺栓柱。因此，合理制定螺栓柱的加工工艺，保证加工质量显得格外重要。（三）m20螺栓柱的结构分析该零件从结构上看属于回转类零件，左右两端，一端有台阶，另一端没有台阶，两边柱体都要搓上丝，为了美观零件表面不能有划痕，碰痕等。m20螺栓柱总长保证85mm正负30丝，两头直径18.87-18.91mm，大径22.0-22.03mm，中间大圆直径42mm，厚度控制在2.0-2.20mm之间，表面粗糙度控制在2.5m，其余表面粗糙度控制在6.3m左右，小圆弧半径为1mm，工件倒角均为2x45，其他尺寸公差要求见零件图1-3所示。 由于m20螺栓柱的毛坯是由冲床冲压形成的，冲床加工毛坯的优点就是大大缩短了数控车削时间，既省时又省力，还能提高工厂效益，这里不作详细介绍。二、m20螺栓柱加工工艺分析（一）数控机床选用本课题所研究的m20螺栓柱属于轴类零件，因此选用济南三机数控机床厂生产的ck6136高速精密数控车床，如图2-1所示，技术参数如表2-1所示。ck6136数控车床有以下几个特点： 图1-3 m20螺栓柱零件图1. 主轴支承采用优质、高精、高速轴承。主轴主配私服主轴电机、伺服驱动，启动、刹车时间减少50%，主轴最低切削转速50r/min。2. 车床纵横向走刀用精密滚珠丝杠传动。3. 全防护，整体床座，床身导轨超音频淬火、精磨，滑动导轨全贴塑。4. 刀架有排刀架或四工位刀架，也可二者混用增加刀具数量，可由用户自选。5. 卡盘和尾座有手动、液压和气动供选择。6. 数控系统主配：knd、fanuc、sjs，其他由用户选配。 图2-1 ck6136高精密数控车床表2-1 ck6136高精密数控车床技术参数项目单位技术参数床身上最大回转直径mm360滑板上最大回转直径mm142顶尖间距离/最大加工长度mm570/370床身导轨宽度mm320横向x轴/纵向z轴最大行程mm245(特配300）/435x/z轴快速进给m/min6/8主轴转速范围（无级）rpm180-3000主轴头/主轴锥孔/主轴通径直径mma2-6/mt6#/52卡盘型式与规格mm200/8寸中空液压拉管通孔直径mm40最大刀具尺寸mm20*20刀架排刀架或电动刀架最小输出单位mm0.001重复定位精度x/zmm0.007/0.008尾座套筒直径/行程mm65/100尾座套筒锥孔mt4#主电机功率kw4x、z轴电机扭矩n.m4/6机床外形尺寸（长x宽x高）mm1815*1170*1640机床净重（整体床座）kg1900（2） 零件材料选用本课题所研究的m20螺栓柱选材为35crmo钢，这种材料主要用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器中的重要零件，如轧钢机人字齿轮、曲轴、锤杆、连杆、紧固件，汽轮发动机主轴、车轴，发动机传动零件，大型电动机轴，石油机械中的穿孔器。也可用于高负荷下工作的重要结构件，如车辆和发动机的传动件，汽轮发电机的转子，主轴，重载荷的传动轴，大断面零件等。35crmo钢的特性如下：1焊接性当ceq0.40%时，35crmo合金结构钢的硬倾向不明显，可焊性较优良，焊接时不必进行预热，可直接施焊。2.强度特性35crmo合金结构钢，有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达 500。冷变形时塑性中等，焊接性差。低温至-110摄氏度，具有高的静强度、冲击韧度及较高的疲劳强度、淬透性良好，无过热倾向，淬火变形小，冷变形时塑性尚可，切削加工性中等。 （三）车削刀具的选用本课题所研究的m20螺栓柱为轴类零件，属于车削类，加工时选用两种刀片，如图2-2所示为三角形粗车刀片，如图2-3所示为菱形精车刀片，它们的刀尖圆弧半径分别为：三角形粗车刀r0.8，菱形精车刀r0.4。刀具全部都是镀钛刀片，适合切削35crmo钢。 图2-2 r0.8三角形粗车刀 图2-3 r0.4菱形精车刀（四）夹具的选用ck6136高精密数控车床所使用的夹具为液压式夹具，特别对批量生产的这种轴类零件，有较高的生产效率，卡爪为软卡爪，防止加工好表面的一端被夹伤，如图2-4所示，其夹紧松开的装置为脚踏控制，如图2-5所示，液压式夹头的优点是夹紧力大，能保证加工出来的工件的同轴度。 图2-4 软卡爪 图2-5 脚踏控制器（五）加工工艺路线的拟定 1.m20螺栓柱的加工流程m20螺栓柱在我们车间只负责外形加工，先由别的车间用冲床冲压出大致毛坯形状，然后再到我们车间进行外形数控加工，然后再发货到其他公司进行搓丝、电镀。总的大致流程为：选材-切料-冲压成型-数控加工-搓丝-电镀。2.m20螺栓柱的数控加工因为m20螺栓柱的表面全部要车削光洁，一步完成不大可能实现，所以分为两道加工步骤，即需要掉头装夹。我们在这暂且称其为一序和二序。一序走刀路径大致为：r0.4的三角形粗车刀先车削大圆，然后回刀在车端面和外圆，再换r0.4菱形精车刀剖端面，车外圆及大圆。二序掉头装夹，r0.8三角形粗车刀剖端面，然后再车直径、台阶、大圆直至结束。（注：之所以一序先车大圆，主要是因为如果先车端面的话，走到大圆位置时粗车不到位，余量过大，精车一刀易发出异响，导致大圆表面有振刀纹，既不符合客户需求，又影响美观，还对精车刀容易造成损伤，所以改为先粗车大圆，以便用来减少r0.4菱形精车刀的切削余量。）三、m20螺栓柱的数控程序 o0001 m20螺栓柱程序：(一序）m03 s700 t0101； 主轴正转，换三角形粗车刀g0 x25 z0.15 m08;g1 x-0.1 f100;g0 x19.8 z1;g1 z-34.5 f200;x21 z-34.8;x29;x32 z-37.7 f100;x47 f150;w-2.5;x43; w5;g0 x100 z100; t0303 s1600; 主轴1600转，换菱形精车刀 g0 x-0.8 z3;g1 z0 f60;x14.89 f150;x18.89 w-2; 车出直径与倒角g1 z-31 f150;g2 x17.95 z-31.848 r1 f120; 车r1的圆弧z-33.5 f150;g2 x20.95 z-35 r1.5 f120;g1 x28.2 f190;x31.5485 z-37.9;x40.6;x42 w-0.7;w-0.5;x43;m5;g0 x100 z100 m09;t0101 m30;%o0002 m20螺栓柱程序：（二序）m03 s950 t0101； 主轴正转，换三角形粗车刀g0 x48 z-44.7 m08；g1 x24.5 f120；w1.5； 车大圆倒角 g0 x25. z0；g1 x-0.3 f100；g0 x20.5 z1；g1 z-24 f200；x21.5；z-25.3;x23.9;z-44；x25.5 z-44.8 f100;x44；w-3；g0 x100 z100;t0303 m03 s1100; 主轴正转，换菱形精车刀 g0 x-0.5 z3 ;g1 z0 f120;x14.89;x18.89 z-2 f120;z-24.2;x19.90;z-26;x22.025 w-2;z-44;g2 x24.015 z-45 r1 f90; 精车大圆边上的圆弧r1g1 x40.8 f100; 精车大圆端面x42 w-0.6; 车大圆倒角w-3;x43;m05;g0 x100 z100 m09;t0101 m30; 换回三角形粗车刀，结束 %四、m20螺栓柱的检测 1.检具介绍本课题研究的m20螺栓柱所用到的检具主要是游标卡尺和外径千分尺，其规格为0-25mm的外径千分尺、0-150mm的游标卡尺。 0-25mm的外径千分尺在使用之前要先校零，测量时要把被测零件表面的油污、铁屑擦拭干净，零件放在千分尺的测量面中心测量，用力均匀，轻轻旋转棘轮，以响三声为旋转限度，零件要保持要掉不掉的状态。0-150mm的游标卡尺读数时眼睛与尺上的刻线要保持垂直，以免由于视线的歪斜而引起读数误差。2.检测要素m20螺栓柱需要重点测量的几个尺寸如下：外圆直径18.87-18.91mm；台阶圆直径22.0-22.04mm；大圆厚度2.0-2.20mm；零件总长保证85mm正负30丝。 以上这几个尺寸要求严格控制，特别是外圆直径，一定要控制在18.87-18.91mm之间，最好在18.89mm左右，上下两丝跳动。 一般车间都配有专门的检验员，每人每台机器每天所加工出来的前几个零件都要全面的测量，称为首检，检验员每隔多少时间段都要去机床边上进行巡检，为了保证m20螺栓柱的加工质量，操作人员和检验员都要认真仔细的去检测每一个零件。五、加工中出现的问题及解决方案在生产加工的过程中，其实总的来说m20螺栓柱属于简单零件，不是很复杂，但对于精度及表面质量有着很高的要求，所以在数控加工的过程中要不断地测量工件尺寸，特别是需要严格控制的尺寸。由于操作的不当和毛坯料的问题，导致加工m20螺栓柱的过程中也会出现一些问题，而出现的问题总结归纳后无非以下几点：（一）实例分析如图5-1所示为零件端面有凸起，不符合表面及端面的加工要求；图5-2所示为零件表面有黑皮，导致后序无法加工，即在其表面无法搓出成型的丝，无法旋入套筒内。图5-3所示为零件大圆表面有走刀纹路，既影响零件表面的美观，又不符合图纸对粗糙度的要求。 图5-1 零件端面有凸起 图5-2 零件表面有黑皮 图5-3 大圆表面有走刀纹路（2) 问题出现的原因及解决方案1.m20螺栓柱加工出来后，其端面有凸起状的小疙瘩如图5-1所示，既影响工件美观，且不符合端面加工要求，之所以会出现这种凸起状的小疙瘩，原因有两种，一种是r0.4的菱形精车刀刀头较低，另一种就是r0.4的菱形精车刀刀头较高。原因找到那么下面就是要分析到底是哪一种原因造成的，通常来说如果刀头较高，零件端面的凸起状小疙瘩呈锥形，而我们所生产出来的m20螺栓柱端面凸起不是锥形，所以大致可以确定原因应该是r0.4的菱形精车刀刀头较低，刀尖车不到端面的中心位置，导致凸起状小疙瘩出现，所以我们一般用加力杆将刀架上的精车刀刀杆稍微松一点，使它刀头抬高，或者加垫刀铁使精车刀刀头抬高，如果没有符合要求的垫刀铁，我们一般用铜皮纸，用剪刀将铜皮纸剪出与刀片形状大致的样子，放在垫刀块上，既放在r0.4菱形精车刀与垫刀块之间，这样零件端面的凸起状小疙瘩的问题就被解决了。2.m20螺栓柱的零件表面有黑皮如图5-2，原因就是毛坯料外圆有凹口，r0.4菱形精车刀车不到，通俗点讲就是毛坯料的外圆不圆，呈椭圆形、锥形，有的甚至端面呈三角形，通过与冲床车间的沟通，让他们在冲压毛坯的时候尽量放正毛坯进行冲压，黑皮问题也就解决了3.m20螺栓柱的大圆表面的走刀纹路如图5-3，其实不止大圆表面上有，零件的外圆直径上也会有这种走道纹路的出现，经过发现得知其原因就是r0.4的菱形精车刀刀尖有磨损，导致车出的外圆表面不够光亮，解决的办法就是r0.8的三角形粗车刀粗车余量留的小一些，以便用来保护精车刀，或者直接更换r0.4的菱形精车刀。其实在加工的过程中如果听到刺耳的声音或者嗡嗡的沉闷的声音，那么大致可以推断r0.4的菱形精车刀出现了问题，当然m20螺栓柱的表面也会出现问题，所以该减小余量减小余量，该更换刀具更换刀具，只有这样，表面的走刀纹路才能解决掉。 总结 时间如白驹过隙，转瞬即逝，在近四五个月的实习时间里让我收获颇丰，不仅学到了在学校学不到的东西，还让我做事变得更加严谨。以前在学校数控编程没有学好，在厂里面经常接触这一块，所以一些简单的编程也就自然而然的会了。因为厂里经常更换订单，所以做的零件要用到不同的夹头，所以要经常更换装夹模具，跟着师傅们也学到了不少实用性的技术，师傅们也毫不保留的讲解给我听，有一些基本的机床知识也教给我们，当然这些都远远不够，我要做的就是一直不断的学习，一直不停的给自己充电，只有这样才能不断地完善自己。自从刚踏入实习单位以来，我每天都有明确的计划，并且按时去完成计划，每天给自己定个目标，而且想着如何去慢慢完成这个目标，虽然这些目标都是一些不起眼的小目标，比如说熟练更换刀具，熟练的去修改刀具补偿等等，这些都需要经过不断地锻炼、不断地积累才能做到游刃有余，所以我每天都在按照自己的计划，自己的目标行事。当然，数控是一门无聊的课程，但是既然我们选择了这个行业，我们就要脚踏实地的做下去，努力为自己的未来而拼搏。这份毕业设计看似平常，其实有许多人为之花费了很多的心血，当然自己是其中最大的获益者，因为通过这份毕业设计，让我的各个方面都有了很大程度的提高，也花费了很多的时间去完成它，不过过程虽苦，苦中作乐，却也值得。 千里之行始于足下，只有亲手去做，