典型轴类零件数控加工工艺设计.doc

目录目录 摘要摘要 4 绪论绪论 6 一 选择本课题的目的及意义一 选择本课题的目的及意义 6 二 数控机床及数控技术的应用与发展二 数控机床及数控技术的应用与发展 7 一 数控机床的应用与发展 一 数控机床的应用与发展 7 二 数控技术的应用与发展 二 数控技术的应用与发展 7 三 对课题任务的阐述三 对课题任务的阐述 7 第二章第二章 工艺方案分析工艺方案分析 8 2 2 零件图分析及毛坯的选择零件图分析及毛坯的选择 8 2 3 设备的选择设备的选择 9 2 5 确定加工方法确定加工方法 11 2 6 确定加工方案确定加工方案 12 第三章第三章 确定零件的定位基准和装夹方式确定零件的定位基准和装夹方式 13 1 粗基准选择原则 粗基准选择原则 13 2 精基准选择原则 精基准选择原则 13 3 定位基准 定位基准 13 4 装夹方式装夹方式 13 第四章第四章 工艺过程工艺过程 14 1 工序与工步的划分 工序与工步的划分 14 2 工步的划分 工步的划分 14 第五章第五章 确定加工顺序及进给路线确定加工顺序及进给路线 15 1 零件加工必须遵守的安排原则 零件加工必须遵守的安排原则 15 2 进给路线 进给路线 15 第六章第六章 刀具及切削用量的选择刀具及切削用量的选择 16 6 1 选择数控刀具的原则选择数控刀具的原则 16 6 2 选择数控车削用刀具选择数控车削用刀具 16 6 3 设置刀点和换刀点设置刀点和换刀点 17 6 4 切削用量的选择切削用量的选择 17 1 1 背吃刀量的选择背吃刀量的选择 17 选择背吃刀量 选择背吃刀量 17 2 主轴转速的选择 主轴转速的选择 18 3 进给量的选取 进给量的选取 18 4 进给速度的选取 进给速度的选取 18 7 1 轴类零件加工工艺分析轴类零件加工工艺分析 19 7 2 典型轴类零件加工工艺典型轴类零件加工工艺 21 7 3 加工坐标系设置加工坐标系设置 22 7 4 手工编程手工编程 23 第八章第八章 结束语结束语 26 第九章第九章 致谢词致谢词 27 参考文献参考文献 28 摘要摘要 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 数控装备 是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造的渗透形成的机电一 体化产品 即所谓的数字化装备 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革 命性的变化 使制造业成为工业化的象征 而且随着数控技术的不断发展和应 用领域的扩大 对国计民生的一些重要行业 IT 汽车 医疗 轻工等 的发展 起着越来越重要的作用 因为这些行业所需要装备的数字化已是现代发展的大 趋势 而数控加工技术是随着数控机床的产生 发展而逐步完善起来的一种应 用技术 是机械制造业人员长期从事数控加工时间的经验总结 数控加工技术 就是用数控机床加工零件的方法 在数控加工中 利用工件的旋转运动和刀具 的直线运动或者曲线运动来改变毛坯的尺寸和形状 把毛坯加工成符合精度要 求的零件 数控车削加工是利用工件相对于刀具的旋转运动对工件进行切削加 工的方法 车削适合加工回转类零件 内外圆锥面 端面 圆弧面 沟槽 螺 纹和回转成形面等 所用的刀具主要是车刀 数控车削加工是现代制造技术的 典型代表 在制造业的各个领域得到广泛的应用如航天 汽车 精密机械等 总之 它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程 已经成为这些行业不可或 缺的加工手段 关键词 关键词 数控技术 车削加工 数控加工工艺 数控编程 Abstract numerical control technology is to use digital information to mechanical motion and working process control technology numerical control equipment in the numerical control technology as a representative of the new technology to the traditional manufacturing industry and emerging manufacturing the penetration of the formation of the electromechanical integration products the so called digital equipment not only the numerical control technology application for the traditional manufacturing industry has brought the revolutionary change make the manufacturing industry to become the symbol of industrialization and along with numerical control technology unceasing development and application domain expansion and the people s livelihood of some important industry IT automobile medical light industry the development of playing a more and more important role because these industry need to equip the digitization already is the modern development trends And the numerical control processing technology is with the generation and development of numerical control machine and improved step by step up an application of the technology is the mechanical manufacturing personnel engaged in the numerical control processing time of experience Nc machining technology is to use the method of numerical control machine tool processing components In the numerical control processing the use of the rotary motion of the straight line movement and the cutting tool or curve motion to change the size and shape of the blank the blank processing in compliance with the requirement of accuracy parts The numerical control turning processing is to use the rotary motion of the cutting tool relative to the workpiece cutting processing method Turning back for machining parts internal and external cone surface and face circular arc surface groove thread and rotary shape face the use of the cutting tools is mainly lathe tool The numerical control turning processing is the typical representative of modern manufacturing technology manufacturing in every field of the widely application such as aerospace automotive precision machinery etc In short it is from drawings to get the whole process of nc machining process The industry has become an indispensable processing method Key words the numerical control technology Turning processing Numerical control processing technology CNC programming 绪论绪论 一 选择本课题的目的及意义一 选择本课题的目的及意义 目的目的 通过这次设计可以使我们学会对相关学科中的基本理论 基本知识进行 综合运用 同时使对本专业有较完整的 系统的认识 从而达到巩固 扩大 深化所学知识的目的 培养和提高综合分析问题和解决问题的能力 以及培养 科学的研究和创造能力 意义 意义 随着社会经济的快速发展 人们对生活用品的要求也越来越高 企业 对生产效率也有相应的提高 数控机床的出现实现了广大人们的这一愿望 数 控车削加工工艺是实现产品设计 保证产品的质量 保证零件的精度 节约能 源 降低消耗的重要手段 是企业进行生产准备 计划调度 加工操作 安全 生产 技术检测和健全劳动组织的重要依据 也是企业对高品质 高品种 高 水平 加速产品更新 提高经济效益的技术保证 这不但满足了广大消费者的 目的 即实现了产品多样化 产品高质量 更新速度快的要求 同时推动了企 业的快速发展 提高了企业的生产效率 机械工业是国民经济各部门的装备军 而数控加工在机械行业占有领头羊 的地位 因此国民经济各部门的生产技术水平和所取得的经济效益 在很大程 度上取决于机械行业和数控行业中所能提供的机械装备的技术性能 指令和可 靠性 因此数控加工技术水平和生产规模是衡量一个国家科技水平和经济实力 的重要标志 数控工艺规程的编制是直接指导产品或零件制造工艺过程和操作方法的工 艺文件 它将直接影响企业产品质量 效益 竞争能力 本文通过对典型轴类 零件数控加工工艺的分析 对零件进行编程加工 给出了对于典型零件数控加 工工艺分析的方法 对于提高制造质量 实际生产具有一定的意义 二 数控机床及数控技术的应用与发展二 数控机床及数控技术的应用与发展 一 数控机床的应用与发展 一 数控机床的应用与发展 随着电子信息技术的发展世界机床已经进入了以数字化制造技术为核心的 机电一体化时代 其中数控机床就是其代表机床之一 数控机床是制造业的加 工母机和国民经济的重要基础 随着科学技术不断发展 数控机床的发展也越 来越快 数控机床也正朝着高性能 高精度 高速度 高柔性化和模块化方向 发展 我国近几年数控机床虽然发展较快 但与国际先进水平还存在一定的差距 主要表现在 可靠性差 外观质量差 产品开发周期长 应变能力差 为了缩 小与世界先进水平的差距 有关专家建议机床企业应在以下 6 个方面着力研究 1 加大力度实施质量工程 提高数控机床的无故障率 2 跟踪国际水平 使数控机床向高效高精方面发展 3 加大成套设计开发能力上求突破 4 发挥服务优势 扩大市场占有率 5 多品种制造 满足不同层次的用户的需求 6 模块化设计 缩短 开发周期 快速响应市场 数控机床使用范围越来越大 国内国际市场容量也越来越大 但竞争也会 加剧 我们只有紧跟先进技术进步的大方向 并不断创新 才能赶超世界先进 水平 二 数控技术的应用与发展 二 数控技术的应用与发展 数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术 它广泛用于机械 制造和自动化领域 较好地解决多品种 小批量和复杂零件加工以及生产过程 自动化问题 随着计算机 自动控制技术的飞速发展 数控技术已广泛地应用 于数控机床 机器人以及各类机电一体化设备上 同时 社会经济的飞速发展 对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高 三 对课题任务的阐述三 对课题任务的阐述 一 零件图的加工工艺性分析 一 零件图的加工工艺性分析 二 二 确定装夹方案 确定装夹方案 三 确定加工顺序及进给路线 三 确定加工顺序及进给路线 四 选择刀具 四 选择刀具 五 切削用量的选择 五 切削用量的选择 六 六 编制数控加工工艺卡 编制数控加工工艺卡 七 编写数控加工程序 七 编写数控加工程序 第二章第二章 工艺方案分析工艺方案分析 2 1 零件图的 技术要求 1 去除毛刺 尖角倒钝 2 未注角均为 45 度 3 无热处理和硬度要求 2 22 2 零件图分析零件图分析及毛坯的选择及毛坯的选择 该零件表面由圆柱面 圆锥面 圆弧面 螺纹面及沟槽等表面组成 该 零件的几何元素之间的关系表达的很清楚完整 其中多个直径的尺寸精度有较 严格的要求 零件的表面部分表面粗糙度要求也较高 选用毛坯为 45 钢 55mm 150mm 无热处理和硬度要求 在确定数控加工零件和加工内容后 根据所了解的数控机床性能及实际工 作经验 需要对零件图进行工艺分析 以减少后续编程和加工中可能出现的失 误 零件图的工艺分析可以从以下几个方面考虑 5 1 审查零件图的完整性和正确性 对轮廓零件 审查构成轮廓各几何元素的尺寸或相互关系的标准是否准确 完整 例如 在实际工件中常常会遇到图纸中给出的几何元素的相互关系不正 确 缺尺寸 使编程计算无法完成 或虽然给出了几何元素的相互关系 但同 时又给出了引起矛盾的相关尺寸 尺寸多余等同样给编程带来困难 2 审查零件图中的尺寸标准方式是否适应数控加工的特点 对数控加工来说 最倾向于以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸 这 种标准方法便于编程 也便于尺寸之间的相互协调 在保持设计 工艺 检测 基准与编程原点位置的一致性方面带来很大方便 由于零件设计人员往往在尺 寸标准中较多地考虑装机等使用性能 而不得不采取局部分散的标准方法 这 样会给工序安排与数控加工带来诸多不全 事实上 由于数控加工精度及重复 定位精度都很高 不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性 因而改变局部 分散标准法为集中引注或坐标式标注是安全可行的 3 审查零件图样中构成轮廓的几何元素是否充分 在自动编程时 要对构成轮廓的所有几何元素进行定义 手工编程时要计 算出每一个基点坐标 无论哪一点不明确或不确定 编程都无法进行 所以在 审查图样时一定要仔细认真 发现问题要及时同有关人员更改 4 审查和分析零件所要求的加工精度 尺寸公差是否都可以得到保证 数控机床尽管比普通机床加工精度高 但数控加工车普通加工一样 在加 工过程中都会遇到受力变形的困扰 因此对于薄壁零件 刚性差的零件加工 一定注意加强零件加工部位的刚性 防止变形的产生 5 特殊零件的处理 对于一些特殊零件 例如对于厚度尺寸有要求的大面积薄壁板零件 由于 数控加工时的切削力和薄板的弹性退让容易产生切削面的振动 影响到尺寸公 差和表现粗糙度的要求 因此加工这些零件时应采取特别的工艺处理手段 例 如改进装夹方式 采用合适的加工顺序和刀具 选择恰当的粗精加工余时等 2 3 设备的选择设备的选择 据该零件的外形是轴类零件 比较适合在车床上加工 由于零件上既有切槽尺 寸精度又有圆弧数值精度 在普通车床上是难以保证其技术要求 所以要想保证技 术要求 只有在数控车床上加工才能保证其加工的尺寸精度和表面质量 机床我们 选用 CK6142 车床 HNC 数控系统 其参数如下表 表 2 CK6142 车床的主要技术参数 参数 型号 CK6142 床身上最大回转直径 mm 420 刀架上最大回转直径 mm 200 最大工件长度 mm 2000 最大车削长度 mm 1870 加工能力 床身导轨宽度 mm 400 主轴端部代号 C6 主轴孔径 mm 58 主轴锥孔 mm 主轴转速 四段无级 r min 27 5 2200 63 主轴 X Z 向最小进给增量 mm 0 0005 0 001 X Z 向快移速度 mm min 4000 8000 X 向最大行程 mm 300进给 电动刀架工位数 H4 刀杆截面 mm 25 2刀 2525 架尾座套筒直径 m75 尾座套筒行程 150 尾座套筒锥孔 Morse 5 尾座 主电动机功率 kw 7 5 电机 机床质量 kg1900 2000 2500 3500 4500 机床外形尺寸 长 宽 高 mm1806 2091 2376 2946 3516 1170 1600 2 4 数控加工工艺的基本特点 在数控机床上加工零件和在普通机床上加工零件所涉及的工艺问题大相 同 处理方法也没有太大的差别 但数控机床是自动加工的 因而有以下几点 特点 1 数控加工的工序内容比普通车床的加工内容复杂 加工的精度度更高 加工的表面质量高 加工的内容较丰富 2 数控机床加工的程序编制比普通车床的加工编制复杂些 这是因为数 控机床加工存在对到 换刀以及退刀等特点 这都无一例外的变成程序的内容 正是由于这个特点 促使对加工程序的正确性和合理性要求极高 不能有丝毫 的差错 否则加工不出合格的零件 2 52 5 确定加工方法确定加工方法 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求 由 于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多 因而在实际选择时 要结合零件的形状 尺寸大小和形位公差要求等全面考虑 图上几个精度要求较高的尺寸 因其公差值较小 所以编程时没有取平均 值 而取其基本尺寸 在轮廓线上 有个锥度 10 度坐标 P1 和一处圆弧切点 P2 在编程时要 求出其坐标 P1 45 29 75 P2 35 56 46 通过以上数据分析 考虑加工的效率和加工的经济性 最理想的加工方式 为车削 考虑该零件为大批量加工 故加工设备采用数控车床 根据加工零件的外形和材料等条件 选用 CJK6032 数控机床 1 加工路线应保证被加工工件的精度和表秒粗糙度 2 设计加工路线要减少空行程时间 提高加工效率 3 简化数值计算和减少程序段 减轻编程的工作量 4 根据工件的外形 刚度 加工余量 机床系统的刚度等情况 确定循环 加工的次数 5 合理设计刀具的切入与切出的方向 采用单向趋近定位方法 避免传动 系统反向间隙而产生定位误差 2 62 6 确定加工方案确定加工方案 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 加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯的状况 选择工件定位和安装 方式 重点要保证工件的刚度不被破坏 尽量减少变形 因此 加工顺序的安 排应遵循以下的原则 1 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧 2 先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓 3 尽量减少重复定位与换刀次数 4 在一次安装加工多道工序中 先安排对工件刚性破坏较小的工序 毛坯先夹持左端 车右端轮廓 113mm 处 右端加工 39mm S 42mm R9mm 35mm 锥度为 10 度的外圆 52mm 调头装夹已加工 52mm 外圆 左 端加工 25mm 33mm 切退刀槽 加工螺纹 M25mm 1 5mm 该典型轴加工顺序为 预备加工 车端面 粗车右端轮廓 精车右端轮廓 切槽 工件调头 车端面 粗车左端轮廓 精车左端轮廓 切退刀槽 粗车螺纹 精车 螺纹 第三章第三章 确定零件的定位基准和装夹方式确定零件的定位基准和装夹方式 1 1 粗基准选择原则 粗基准选择原则 1 为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求 应选不加工表面作粗基 准 2 合理分配各加工表面的余量 应选择毛坯外圆作粗基准 3 粗基准应避免重复使用 4 选择粗基准的表面应平整 没有浇口 冒口或飞边等缺陷 以便定位可靠 2 2 精基准选择原则 精基准选择原则 1 基准重合原则 选择加工表面的设计基准为定位基准 2 基准统一原则 自为基准原则 互为基准原则 3 3 定位基准 定位基准 综合上述 粗 精基准选择原则 由于是轴类零件 在车床上用三爪卡盘装 夹定位 定位基准应选在零件的轴线上 以毛坯 58mm 的棒料的轴线和左端面 作为定位基准 4 4 装夹方式装夹方式 数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计 工艺与 编程计算的基准统一 减少装夹次数 尽可能在一次定位装夹后 加工出全部 待加工表面 避免采用占机人工调整式加工方案 以充分发挥数控机床的效能 装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面 由零件图可分析 应先 装夹毛坯 35mm 的棒料的一端 夹紧其 78mm 的长度加工内孔 然后将棒料卸 下 装夹 55mm 的圆柱表面 加工另一端的沟槽及圆弧 这样两次装夹即可完 成零件的所有加工表面 且能保证其加工精度要求 第四章第四章 工艺过程工艺过程 1 1 工序与工步的划分 工序与工步的划分 工序划分有三种方法 按零件的装夹定位方式划分 1 按粗 精加工划分工序 2 按所用的刀具划分工序 3 由于零件需要调头加工 如果按粗 精加工划分工序 在调头加工前后各 有一次粗加工和精加工 显得比较繁琐 所以不可取 如果按所用的刀具划分 工序 刀具有五把 虽然不多 但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀 而同一把刀的两次粗 精加工分别在调头加工前后 加工内容不连续 所以也 不合理 不易划分工序 只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件 的加工工序 且能保证两次装夹的位置精度 每一次装夹为一道工序 表 2 加工工序 工序号工序内容设备 1 车左端面 打中心孔 钻 底孔 精车内孔 车床 2 车右端面 车外圆 切槽 车圆弧 切槽 车床 2 2 工步的划分 工步的划分 因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致 在精加工中背吃刀量相同 不易 划分工歩 这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易 车内孔的工步为 90 外圆车刀平左端面中心钻打中心孔 1 mm4 90 外圆车刀车外圆麻花钻钻内孔 0 02 0 55 0 02 0 51 mm18 18 90 硬质合金内孔车刀车内孔内孔93 外圆端 025 0 0 20 025 0 0 30 面机夹刀精车轮廓 车削螺纹 圆弧 切槽的工步 90 外圆车刀平右端面60 硬质合金 2 刀粗精车螺纹90 外圆车刀车外圆切槽刀切槽 gM6230 mm35 5mm90 外圆车刀车外圆 5mm90 外圆车刀车圆弧90 0 02 0 15 R 外圆车刀车外圆 5mm90 外圆车刀车外圆 9mm切槽刀切槽 11 1mm 90 外圆车刀车外圆 9mm93 圆端面机夹刀精车轮廓 第五章第五章 确定加工顺序及进给路线确定加工顺序及进给路线 1 1 零件加工必须遵守的安排原则 零件加工必须遵守的安排原则 1 基面先行 工面基准为后刀面的加工提供基准面 所以应该先平左端面作 为基准面 2 先主后次 所加工的表面均为重要表面所以按照从左到有的顺序 3 先粗后精 削去大部分的金属余量再进行成型切削 保证零件的尺寸要求 和质量要求 先面后孔 工零件左端面 再加工零件内孔 4 综上所述 加工顺序为 平左端面粗车外圆加工内孔精 车轮廓粗精车螺纹粗车外圆切槽车削圆弧切槽 精车轮廓 2 2 进给路线 进给路线 编程时 为了保证被加工零件的精度和表面粗糙度能达到工件图样的要求 精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓图顺序进行 其确定原则为 在保 证加工质量的前提下 使加工程序具有最短的进给路线 即最短的空行程路线 和切削进给路线 使数值计算简单 以减少编程工作量 综上所诉确定该零件 的进给路线有两步如下图所示 走刀路线图见附录 第六章第六章 刀具及切削用量刀具及切削用量的选择的选择 6 16 1 选择数控刀具的原则选择数控刀具的原则 刀具寿命与切削用量有密切关系 在制定切削用量时 应首先选择合理的 刀具寿命 而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定 一般分最高生产率刀 具寿命和最低成本刀具寿命两种 前者根据单件工时最少的目标确定 后者根 据工序成本最低的目标确定 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度 制造和磨刀成本来选 择 复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些 对于机夹可转位刀具 由于换刀时间短 为了充分发挥其切削性能 提高生产效率 刀具寿命可选得 低些 一般取 15 30min 对于装刀 换刀和调刀比较复杂的多刀机床 组合机 床与自动化加工刀具 刀具寿命应选得高些 尤应保证刀具可靠性 车间内某 一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时 该工序的刀具寿命要选得 低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支 M 较大时 刀具寿命也应选得低 些 大件精加工时 为保证至少完成一次走刀 避免切削时中途换刀 刀具寿 命应按零件精度和表面粗糙度来确定 与普通机床加工方法相比 数控加工对 刀具提出了更高的要求 不仅需要冈牲好 精度高 而且要求尺寸稳定 耐用 度高 断和排性能坛同时要求安装调整方便 这样来满足数控机床高效率的要 求 数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料 如高速钢 超细 粒度硬质合金 并使用可转位刀片 6 26 2 选择数控车削用刀具选择数控车削用刀具 数控车削车刀常用的一般分成型车刀 尖形车刀 圆弧形车刀以及三类 成型车刀也称样板车刀 其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸 决定 数控车削加工中 常见的成型车刀有小半径圆弧车刀 非矩形车槽刀和 螺纹刀等 在数控加工中 应尽量少用或不用成型车刀 尖形车刀是以直线形 切削刃为特征的车刀 这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成 如 90 内 外圆车刀 左右端面车刀 切槽 切断 车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔 车刀 尖形车刀几何参数 主要是几何角度 的选择方法与普通车削时基本相同 但应结合数控加工的特点 如加工路线 加工干涉等 进行全面的考虑 并应兼 顾刀尖本身的强度 二是圆弧形车刀 圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切 削刃为特征的车刀 该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖 应此 刀位 点不在圆弧上 而在该圆弧的圆心上 圆弧形车刀可以用于车削内外表面 特 别适合于车削各种光滑连接 凹形 的成型面 选择车刀圆弧半径时应考虑两点 车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径 以免发 生加工干浅该半径不宜选择太小 否则不但制造困难 还会因刀尖强度太弱或 刀体散热能力差而导致车刀损坏 6 36 3 设置刀点和换刀点设置刀点和换刀点 刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢 所以在程序执行的一开始 必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置 这一位置即为程序执行时刀具 相对于工件运动的起点 所以称程序起始点或起刀点 此起始点一般通过对刀 来确定 所以 该点又称对刀点 在编制程序时 要正确选择对刀点的位置 对刀点设置原则是 便于数值处理和简化程序编制 易于找正并在加工过程中便 于检查 引起的加工误差小 对刀点可以设置在加工零件上 也可以设置在夹 具上或机床上 为了提高零件的加工精度 对刀点应尽量设置在零件的设计基 准或工艺基谁上 实际操作机床时 可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到 对刀点上 即 刀位点 与 对刀点 的重合 所谓 刀位点 是指刀具的定 位基准点 车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心 平底立铣刀是刀具轴线与刀 具底面的交点 球头铣刀是球头的球心 钻头是钻尖等 用手动对刀操作 对 刀精度较低 且效率低 而有些工厂采用光学对刀镜 对刀仪 自动对刀装置 等 以减少对刀时间 提高对刀精度 加工过程中需要换刀时 应规定换刀点 所谓 换刀点 是指刀架转动换刀时的位置 换刀点应设在工件或夹具的外部 以换刀时不碰工件及其它部件为准 6 46 4 切削用量切削用量的选择的选择 要遵循粗加工转速要低 精加工转速要高的基本原则 加工材料 45 钢 b 200Mpa 工件尺寸 坯件 D 55mm 车削后 d 52mm 加工长度 145mm 加工后 的要求 车削后零件的便面粗糙度为 Ra1 6 m 和 Ra3 2 m 同轴度为 0 02 m 车床 ck6142 粗加工时用三爪卡盘自定心装夹 精加工用软爪 1 1 背吃刀量的选择背吃刀量的选择 选择背吃刀量 p a 背吃刀量是根据粗 精加工要求 已知的加工余量及加工系统刚性和机床功率 来确定 粗加工 为提高生产效率 在刀具强度 加工系统刚性允许条件下 尽量一次 切除余量即 A A 为工件半径方向余量 p a 若余量多 表面粗糙一平 有硬皮等 可将加工余量分二次切除即 1 p a 3 2 A 2 A 4 3 p a 3 1 4 1 工件加工余量 3mm 分为粗加工和精加工两次走到粗加工余量取 2 5mm 由于加 工余量只有 2 5mm 故可一次走到完成 精加工余量为 52 5 52 p a 2 0 25mm 由表 3 查得选取刀杆尺寸 B H 16mm 25mm 刀片厚度为 4 5mm 粗 车毛坯 可以选择 YT15 硬质合金车刀 2 2 主轴转速的选择 主轴转速的选择 车直线和圆弧轮廓时查表取粗车的切削速度 精车的切削速度 min 90mVc 而主轴转速根据毛坯直径计算 并结合车床说明书选取 粗车 min 120mVc 时 取主轴转速 精车时 取主轴转速 车螺纹时 min 500rn min 700rn 取主轴转速 钻中心孔时 主轴转速 钻底孔时 min 320rn min 800rn 主轴转速 min 500rn 3 3 进给量的选取 进给量的选取 在粗车碳素钢材料时根据附表 9 刀杆的尺寸为 16 25mm a 2 5mm 及 p 工件的直径为 55mm f 0 5mm 0 7mm r 4 4 进给速度的选取 进给速度的选取 粗车时 选择 精车时 取 计算得 粗车进给 rmmf 5 0 rmmf 2 0 速度 精车进给速度 车螺纹的进给量等于 min 250mmvf min 140mmvf 螺纹螺距 即 rmmf 2 表五 切削用量表 切削用背吃刀量 mm主轴转速进给量 mm r 进给速度 量 r min mm min 工步粗加工精加工粗加工精加工粗加工精加工粗加工精加工 平端面 500 钻中心孔 800 加工 底 20 孔 0 255007000 2140 车轮廓 30 255007000 50 5250350 车螺纹 0 10 130030022600600 第七章第七章 典型轴类零件的加工典型轴类零件的加工 7 17 1 轴类零件加工工艺分析轴类零件加工工艺分析 1 技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向 尺寸精度和形位精度 轴向一般要求不高 轴颈的直径公差等级通常为 IT6 IT8 几何形状精度主要是圆度和圆柱度 一般要求限制在直径公差范围之内 相互位置精度主要是同轴度和圆跳动 保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度 是轴类零件位置精度的普遍要求之一 图为特殊零件 径向和轴向公差和表面 精度要求较高 2 毛坯选择 轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷 拉圆棒料外 一般采用锻件 发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多 如图典型轴类直径相差不大 采用直径为 60mm 材料 45 钢 在锯床上按 150mm 长度下料 3 定位基准选择 轴类零件外圆表面 内孔 螺纹等表面的同轴度 以 及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目 而这些表面的设计 基准一般都是轴中心线 用两中心孔定位符合基准重合原则 并且能够最大限 度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面 因此常用中心孔作为轴加工的 定位基准 当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性 可采用轴的外圆 表面作定位基准 或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准 能承受较大的 切削力 但重复定位精度并不太高 数控车削时 为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确 性 或为了端面余量均匀 工件轴向需要定位 采用中心孔定位时 中心孔尺 寸及两端中心孔间的距离要保持一致 以外圆定位时 则应采用三爪自定心卡 盘反爪装夹或采用限未支承 以工件端面或台阶儿面作为轴向定位基准 4 轴类零件的预备加工 车削之前常需要根据情况安排预备加工 内 容通常有 直 毛坯出厂时或在运输 保管过程中 或热处理时常会发生弯曲变 形 过量弯曲变形会造成加工余量不足及装夹不可靠 因此在车削前需增加校 直工序 切断 用棒料切得所需长度的坯料 切断可在弓形锯床 圆盘锯床和带锯 上进行 也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切 车端面和钻中心孔 对数控车削而言 通常将他们作为预备加工工序安排 5 热处理工序 铸 锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火 火退火处理 以消除应力 改善组织和切削性能 性能要求较高的毛坯在粗加 工后 精加工前应安排调质处理 以提高零件的综合机械性能 对于硬度和耐 磨性要求不高的零件 调质也常作为最终热处理 相对运动的表面需在精加工 前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理 以提高其耐磨性 6 加工工序的划分一般可按下列方法进行 刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序 用同一把刀具加工完零件 上所有可以完成的部位 再用第二把刀 第三把完成它们可以完成的其它部位 这样可减少换刀次数 压缩空程时间 减少不必要的定位误差 以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件 可按其结构特点将加工 部分分成几个部分 如内形 外形 曲面或平面等 一般先加工平面 定位面 后加工孔 先加工简单的几何形状 再加工复杂的几何形状 先加工精度较低 的部位 再加工精度要求较高的部位 以粗 精加工分序法 对于易发生加工变形的零件 由于粗加工后可能 发生的变形而需要进行校形 故一般来说凡要进行粗 精加工的都要将工序分 开 综上所述 在划分工序时 一定要视零件的结构与工艺性 机床的功能 零件 数控加工内容的多少 安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握 另建议采用 工序集中的原则还是采用工序分散的原则 要根据实际情况来确定 但一定力 求合理 7 工时在加 加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况 以及定位 夹紧的需要来考虑 重点是工件的刚性不被破坏 顺序一般应按下列原则进行 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧 中间穿插有通用机床 加工工序的也要综合考虑 先进行内形内腔加工序 后进行外形加工工序 以相同定位 夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行 以减少重 复定位次数 换刀次数与挪动压板次数 在同一次安装中进行的多道工序 应先安排对工件刚性破坏小的工序 在数控车床上粗车 半精车分别用一个加工程序控制 工件调头装夹由程 序中的 M00 或 M01 指令控制程序暂停 装夹后按 循环启动 继续加工 8 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 个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上 7 27 2 典型轴类零件加工工艺典型轴类零件加工工艺 1 确定加工顺序及进给路线 加工顺序按粗到精 由近到远 由右到左 的原则确定 工件右端加工 既先 从右到左进行外轮廓粗车 留 0 5mm 余量精车 然后从右到左进行外轮廓精车 最后切槽 工件调头 工件左端加工 粗加工外轮廓 精加工外轮廓 切退刀 槽 最后螺纹粗加工 螺纹精加工 2 选择刀具 1 车端面 选用硬质合金 45 度车刀 粗 精车用一把刀完成 2 粗 精车外圆 因为程序选用 G71 循环所以粗 精车选用同一把刀 硬质合金 90 度放型车刀 Kr 90 度 Kr 60 度 E 30 度 因为有圆弧轮廓 以防与工件轮廓发生干涉 如果有必要就用图形来检验 3 车槽 选用硬质合金车槽刀 刀长 12mm 刀宽 3mm 4 车螺纹 选用 60 度硬质合金外螺纹车刀 3 选择切削用量 见附表一 7 37 3 加工坐标系设置加工坐标系设置 1 建立工件坐标系 图 1 3 坐标系设定 2 试切法对刀 在数控加工中 工件坐标系确定后 还要确定刀尖点在工件坐标系中的位 置 即通常所说的对刀问题 在数控车床上 目前常用的对刀方法为试切对刀 法 将工件安装好之后 先用 MDI 方式操作机床 用已选好的刀具将工件端面车一 刀 然后保持刀具在纵向 Z 尺寸不变 沿横向 x 退刀 当取工件右端面 O 为工件原点时 对刀输入为 Z0 如图 3 4 a 用同样的方法 再将工件的表 面车一刀 然后保持刀具在横向上的尺寸不变 从纵向退刀 停止主轴转动 再量出工件车削后的直径如图 3 4 b 根据长度和直径 既可确定刀具在工件 坐标系中的位置 其他各刀都需要进行以上操作 从而确定每把刀具在工件坐 标系中的位置 图 3 4 a Z 轴方向对刀 图 3 4 b X 轴方向对刀 3 选择切削用量 表 3 5 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 8000 11 5 精车外圆8000 050 2 粗车螺纹701 50 4 精车螺纹701 50 1 切槽1150 04 为了螺纹容易配合 螺纹 M25 1 5 在车削大径时 加工到直径 24 7mm 总背吃刀量去 0 65P 0 65 1 5 mm 0 975mm 7 47 4 手工编程手工编程 工件右端加工 O1111 M06 X200 Z100 建立工件坐标系 T0202 调用 2 号刀 M03 S800 主轴以 800r min 正转 G00 X60 Z5 到循环加工起点 G71 U 1 5 R1 P01 Q02 X0 2 Z0 08 F80 粗加工循环 N01 G00 X39 Z2 到精加工起点 G01 X39 Z0 F40 精加工轮廓开始 G01 X39 Z0 C2 倒角 C2 Z 26 加工 39 G03 X35 Z 56 46 R24 加工 S 48 圆弧 G02 X35 Z 70 R9 加工 R9 圆弧 G01 Z 75 加工 35 X45 29 加工 35 外径左端面至斜 线部分 X52 Z 94 加工斜线部分 N02 Z 113 精车循环结束 G00 X55 Z100 到换刀点 M06 T0303 M03 S115 M08 换 3 号切槽刀 打开切削 液 G00 X55 Z2 刀具起切的安全点 G00 X55 Z 89 切槽切入点 G01 X39 F5 切槽 G01 X55 F20 切槽退刀 G01 Z 82 切槽切入点 G01 X39 F5 切槽 G01 X55 F20 切槽退刀 G00 Z 18 切槽切入点 G01 X35 F5 切槽切入点 G01 X50 F20 切槽退刀 G00 X55 Z100 M09 回换刀点 关闭切削液 M05 主轴停止 M30 程序结束 工件左端加工 O2222 T0202 M03 S800 换 2 号外圆刀 主轴 800r min G00 X55 Z2 刀具起切的安全点 G71 U1 5 R1 P01 Q02 X0 2 Z0 08 F80 外径粗精车循环 N01 G00 X50 Z2 精车循环开始 G01 X0 Z0 F40 开始加工 G01 X24 7 Z0 C2 倒角 G01 Z 33 车 25 G01 X52 Z 33 C2 倒角 N02 G01 Z 35 精车循环结束 G00 X100 Z100 换刀点 M05 主轴停止 M30 程序结束 T0303 M03 S115 换 3 号切槽刀 G00 X30 Z2 刀具起切的安全点 G00 Z 28 切槽切入点 G01 X21 F5 切槽 G01 X30 F20 退刀 G00 X50 Z100 回换刀点 M05 主轴停止 M30 程序结束 T0404 M03 S70 换 4 号螺纹刀 G00 X25 Z2 刀具起始安全点 G76 C1 A60 X23 056 Z 26 K0 974 U0 1 V0 1 Q0 4 F1 5 螺纹车削循环 C 为精车次数 螺纹刀具角度 X 为最终螺纹 X 轴小径 Z 为最终螺纹 Z 轴长度 K 为牙型高 U 精加工余量 V 最大 加工量 Q 第一刀最大背吃刀量 F 为导程 G01 X40 退刀 G00 X100 Z100 回换刀点 M05 主轴停止 M30 程序结束 第八第八章章 结束语结束语 在数控车削加工中经常遇到的轴类零件 本设计论文中采用含螺纹零件进行 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的同步运动 从螺 纹粗车到精车 主轴的转速必须保持不变 该特殊轴零件结构 有螺纹 倒角 圆弧 槽等 该编程螺纹车削采用螺纹加工循环指令 G76 用该指令编程可以不 用写那么多步程序 省去了很多编程时间 数控加工的基本编程方法是用点定 位指令编写接近或离开工件等空行程轨迹 要用插补指令编写工件轮廓的切削 进给轨迹 几个星期以来 从开始到毕业设计完成 每一步对我们来说都是新的尝试 和挑战 在做这次毕业设计过程中使我学到很多 我感到无论做什么事情都要 真真正正用心去做 才会使自己更快的成长 我相信 通过这次的实践 我对 数控的加工能进一步了解 并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错 误 有能力加工出更复杂的零件 精度更高的产品 第九章第九章 致谢词致谢词 本论文在刘老师和向老师老师的悉心指导和严格要求下已完成 在学习和 生活期间 也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀 我受益匪浅 在此向 老师表示深深的感谢和崇高的敬意 通过本次的毕业设计 让我深刻的体会到什么是 学以致用 这段时间里 我们以小组为单位 遇到问题一起分析 找出问题的关键所在 使我们有问题 能及时提出来 找到解决问题的方法 如果实在不懂的就请教老师 在设计中 我们从中学到了许多以前没有学到的知识以及解决问题的方法 同时也体会到 了组员的团队合作精神 学习钻研精神对顺利完成此设计的重要 饮其流时思其源 成吾学时念吾师 能够顺利完成本次设计 首先要感谢 我的父母 是他们让我有了求学的机会 其次要感谢学校三年来对我的精心培 养 使我能顺利完成学业 在此 特别要感谢我们的设计指导老师张康老师 他为我们的设计花费了很多时间和心血 本次设计是在我们设计小组的共同努力下完成的 在此向与我一起参与设 计的其他同学表示感谢 在设计过程中还借鉴了其他学者 前辈的有关技术资 料 学