毕业设计---球轴零件加工工艺及数控程序编制.doc

毕业设计说明书 球轴零件加工工艺及数控程序编制 球轴零件加工工艺及数控程序编制球轴零件加工工艺及数控程序编制 摘摘 要要 数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益 显示了其 在国家基础工业现代化中的战略性作用 并已成为传统机械制造工业提升改造和 实现自动化 柔性化 集成化生产的重要手段和标志 数控技术及数控机床的广 泛应用 给机械制造业的产业结构 产品种类和档次以及生产方式带来了革命性 的变化 数控机床是现代加工车间最重要的装备 它的发展是信息技术 1T 与制 造技术 MT 结合发展的结果 现代的 CAD CAM FMS CIMS 敏捷制造和智能制造 技术 都是建立在数控技术之上的 掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学 生必不可少的 本次设计内容介绍了数控加工的特点 加工工艺分析以及数控编程的一般步 骤 通过球轴零件详细的介绍了数控加工工艺的分析方法 正确的解决一个零件 在加工过程中的定位 夹紧以及工艺路线安排 工艺尺寸确定等问题 保证零件的 加工质量 学会使用图表资料以及手册 掌握与本本设计有关的各种资料的名称 出处 能够做到熟练运用 关键词 数控技术 加工工艺 编程 Ball shaft parts processing technology and CNC programming Abstract NC and NC machine tool technology in today s machine manufacturing industry in an important position and great benefits that its national infrastructure in the industrial modernization of the strategic role and has become a traditional machinery manufacturing industries to transform and enhance automation flexible Integrated production and an important means of signs NC technology and the widespread application of NC machine tools machinery manufacturing to the industrial structure product variety and quality and production methods brought about a revolutionary change NC machine tool processing workshop is the most important modern equipment It is the development of information technology 1 T and manufacturing technology MT with the result of the development Modern CAD CAM FMS CIMS agile manufacturing and intelligent manufacturing technology are built on the technology in the NC NC master modern technology of modern machinery and electronic knowledge is essential to professional students The design of the content on the characteristics of the CNC processing and analysis of the general steps NC programming And through ball shaft parts on the process of analysis a correct solution components in processing process localization Clamp as well as craft route arrangement Questions and so on craft size determination guarantee components processing quality The academic society uses the graph data as well as the handbook grasps designs the related each kind of material with the notebook the name the source can achieve the skilled utilization Key word CNC technology processing technology programming 毕业设计说明书 第 I 页 共 I 页 目目 录录 1 引言 1 1 1 数控技术的发展简史 1 1 2 数控技术发展的国内外现状 2 1 3 我国数控机床发展现状及思考 3 1 4 数控技术的发展趋势 5 1 4 1 高速 高精加工技术及装备的新趋势 5 1 4 2 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 6 1 4 3 智能化 开放式 网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 7 1 4 4 重视新技术标准 规范的建立 8 2 零件简介及加工工艺分析 9 2 1 零件的特点简介 9 2 2 零件图工艺分析 9 2 2 1 金属材料分析 10 2 2 2 加工工艺分析 10 2 2 3 填写工艺卡 12 2 3 夹具的选择 14 2 3 1 夹具的结构特性介绍 14 2 3 2 夹具的定位分析 15 2 3 3 夹具定位误差分析计算 15 3 零件的数控程序编制 15 3 1 工件坐标系的设定 16 3 2 数控编程 16 4 结论 22 参考文献 23 致谢 24 第 1 页 共 26 页 1 1 引言引言 数控技术是指用数字 文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设 备动作控制的技术 它所控制的通常是位置 角度 速度等机械量和与机械能量 流向有关的开关量 数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现 现在 数控技术也叫计算机数控技术 目前它是采用计算机实现数字程序控 制的技术 这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能 由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置 使输入数据的存贮 处理 运算 逻辑判断等各种控制机能的实现 均可通过计算机软件来完成 1 11 1 数控技术的发展简史数控技术的发展简史 数控技术是集机 电 仪 液技术于一体的高新技术 采用数字运动和工作 过程进行控制的技术 是当今先进制造技术的核心技术 兴高新技术产业和尖端 工业的实现技术 1908 年 穿孔的金属薄片互换式数据载体问世 19 世纪末 以纸为数据载体 并具有辅助功能的控制系统被发明 1938 年 香农在美国麻省理工学院进行了数 据快速运算和传输 奠定了现代计算机 包括计算机数字控制系统的基础 数控 技术是与机床控制密切结合发展起来的 1949 年美国帕森公司与美国空军合作 研制了一种机床数字控机床数字控制装置 用于满足日益复杂的飞机叶片自动加 工要求 1952 年美国麻省理工学院出基于管和继电器的机床数控装置 用于控制 三轴铣床 它标志控系统 电子管数控系统的诞生 20 世纪 50 年代末 完全 由固定管元器件电路所组成的第二代数控系统 晶体管数控系统被研制成昂贵 的 易坏的 难以推广的电子管控制装置 随着数控技术的发展统的实用性 柔 性 易维修性 控制装置的功能环境及对任意机床类型的适应性这些来自应用者 方面的要求不断提高 要满足这些要求 对固定布线器件电路所组成的晶体管数 控系统而言 耗资巨大 随着集成电路技 1965 年现了第三代数控系统 集成电 路数控系统 使这些问题有所下降 当计算机成为数控系统的核心组件后 才为 这些复杂的的问题提供了一种简单的 经济的解决方法 1970 年 在美国芝加哥 国际机床展览展出了第四代数控系统 小型计算机数控系统 然后 随着微型 计法比拟的性能价格比渗透各个行业 1974 年 第五代数控系统 数控系统产 第 2 页 共 26 页 生 这种应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件称为计算机数控系统 CNC 可见 数控机床的数控系统的发展十分迅速 随着电子元器件的断更新 1 21 2 数控技术发展的国内外现状数控技术发展的国内外现状 传统数控系统是一个封闭体系的结构系统 硬件由专用硬件厂家各厂家硬件 无可换性 软件由专用软件构成 无通用性和移植性 大规模集成电路微处理器 为核心的计算机时候 数控系统才突破瓶颈应用和推广 到了 20 世纪 80 年代 人们提出了开放式数控系统的从而开始研究基于 PC 的开放式数控系统 从资料可 看出 国内控系统的研究项目主要有 美国于 1989 年在美国空军项目 NGC Next Generation Controller 中首次提出一 个开放式系统体系结构的标准规范 SOSAS Specification Open System Architecture Standard 日本政府于 1994 年制定了为期 10 年的项目研究发展计划 OSEC Open System Environment for Controller 对 CNC 系统提出了标准化和智能化的要求 欧盟于 1992 年开始了 OSACA Open System Architecture for Controls with in Automation System 项目的研究 该项目由德国斯图加特大学的 ISW 研究所主持 联合德 意 法 瑞士 英 西班牙等 11 个国家的有关研究机构 大学和制造厂 商 投资 1900 万美元 历时 4 年 从 1992 年到 1994 年对开放式控制系统平台和 系统参考结构进行定义 从 1994 年到 1996 年进行了原形系统的开发 我国于 2000 年实行了中国的 ONC Open Numerical Control System 数控系统规 范框架的研究和制定 针对开放式数控 NC 系统 从构建形式角度分析 目前可分为 3 种类型 1 PC 嵌入 NC 即 NC 板插入 PC 中 这种结构是将数控的核心功能做成卡 供 PC 使用 PC 实现文件管理和通讯等功能 而 NC 实现运动控制 开关量控制等 典型产品有 FANUC 181 和 161 系统 SIEMENS 840D 系统 NUM1060 系统 AB9 360 系统等 此结构虽然功能强大 但还属于不完全开放系统 用户无法对数控系统 的核心进行控制 且价格昂贵 2 NC 嵌入 PC 即采用运动控制卡 PC 机的结构形式 以工业 PC 机为主控计算 机 运动控制卡实现机床的运动控制 逻辑控制等功能 这种运动控制卡常选用 第 3 页 共 26 页 高速 DSP Digital Signal Processing 作为 CPU 具有较强的运动控制和 PLC 控 制能力 此运动控制卡本身就是一个数控系统 可以单独应用 目前这种结构形 式在工业自动化领域得到广泛应用 典型产品有美国 Delta T au 公司 PMAC 数控 系统 采用 PMAC Programmable Multi axis Controller 多轴运动控制卡 日本 MAZAK 公司 MAZATROL 640 数控系统 采用三菱电机的 MELDASMAGIC 64 运动制卡 3 软 NC 即利用 PC 的手段 实现 NC 的功能 充分利用 PC 计算速度快 存储 信息量大 操作系统功能强等特点 实现机床的运动控制 逻辑控制等功能运动 控制器只作为 PC 的应用软件形式工作 CNC 软件全部装在计算机中 硬件部分仅 是计算机与伺服和外部 I 0 之间的标准化通用接口 这是一种较新开放体系结构 的数控系统 提供给用户较大的选择和灵活性 用户可以在 Windows 或 Linux 平 台上 开发所需的各种功能 构成各种类型的高性能数控系统 软 N 具有很高的 性能价格比 典型产品有美国 soft servo 公司的 soft servo 100T 德国 Power Automation 公司的 PA8000NT 等 1 31 3 我国数控机床发展现状及思考我国数控机床发展现状及思考 我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代 通过 六五 期间引进数控 技术 七五 期间组织消化吸收 科技攻关 我国数控技术和数控产业取得了 相当大的成绩 特别是最近几年 我国数控产业发展迅速 1998 2004 年国产数 控机床产量和消费量的年平均增长率分别为 39 3 34 9 尽管如此 进口机床的 发展势头依然强劲 从 2002 年开始 中国连续三年成为世界机床消费第一大国 机床进口第一大国 2004 年中国机床主机消费高达 94 6 亿美元 但进出口逆差 严重 国产机床市场占有率连年下降 1999 年是 33 6 2003 年仅占 27 7 1999 年机床进口额为 8 78 亿美元 7624 台 2003 年达 27 1 亿美元 23320 台 相当于同年国内数控机床产值的 2 7 倍 国内数控机床制造企业在 中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显 70 以上的此类设 备和绝大多数的功能部件均依赖进口 由此可以看出国产数控机床特别是中高档 数控机床仍然缺乏市场竞争力 究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度 不够 制造水平依然落后 服务意识与能力欠缺 数控系统生产应用推广不力及 第 4 页 共 26 页 数控人才缺乏等 我们应看清形势 充分认识国产数控机床的不足 努力发展先 进技术 加大技术创新与培训服务力度 以缩短与发达国家之间的差距 1 不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键 国产数控机床缺乏核心技术 从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖 进口 即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌 但其产品的功能 性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距 近几年国产数控机床制造商通过技术 引进 海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术 但缺乏对机床 结构与精度 可靠性 人性化设计等基础性技术的研究 忽视了自主开发能力的 培育 国产数控机床的技术水平 性能和质量与国外还有较大差距 同样难以得 到大多数用户的认可 2 制造水平与管理手段依然落后 一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高 加工手段基 本以普通机床与低效刀具为主 装配调试完全靠手工 加工质量在生产进度的紧 逼下不能得到稳定与提高 另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原 始的手工台账管理方式 工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规 模 如国外机床制造商能做到每周装调出产品 而国内的生产周期过长且很难控 制 因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升 3 服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素 由于数控机床产业发展迅速 一部分企业不顾长远利益 对提高自身的综合 服务水平不够重视 甚至对服务缺乏真正的理解 只注重推销而不注重售前与售 后服务 有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解 不会使用或使用 不好数控机床 更不能指导用户使用好机床 有的对先进高效刀具缺乏基本了解 不能提供较好的工艺解决方案 用户自然对制造商缺乏信心 制造商的服务应从 研究用户的加工产品 工艺 生产类型 质量要求入手 帮助用户进行设备选型 推荐先进工艺与工辅具 配备专业的培训人员和良好的培训环境 帮助用户发挥 机床的最大效益 加工出高质量的最终产品 这样才能逐步得到用户的认同 提 高国产数控机床的市场占有率 第 5 页 共 26 页 4 加大数控专业人才的培养力度 从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才 第一种是熟 悉数控机床的操作及加工工艺 懂得简单的机床维护 能够进行手工或自动编程 的车间技术操作人员 第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的 中级人才 要掌握复杂模具的设计和制造知识 能够熟练应用 UG PRO E 等 CAD CAM 软件 同时有扎实的专业理论知识 较高的英语水平并积累了大量的实 践经验 第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计 能够进行数控 机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才 我国应根据需要有目标的加大人 才培养力度 为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑 目前 数控机床的发展日新月异 高速化 高精度化 复合化 智能化 开 放化 并联驱动化 网络化 极端化 绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向 中国作为一个制造大国 主要还是依靠劳动力 价格 资源等方面的比较优势 而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大 中国的数控产业 不能安于现状 应该抓住机会不断发展 努力发展自己的先进技术 加大技术创 新与人才培训力度 提高企业综合服务能力 努力缩短与发达国家之间的差距 力争早日实现数控机床产品从低端到高端 从初级产品加工到高精尖产品制造的 转变 实现从中国制造到中国创造 从制造大国到制造强国的转变 1 41 4 数控技术的发展趋势数控技术的发展趋势 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 他对国计民生的一 些重要行业 IT 汽车 轻工 医疗等 的发展起着越来越重要的作用 因为这 些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势 从目前世界上数控技术及其装 备发展的趋势来看 其主要研究热点有以下几个方面 1 4 1 高速 高精加工技术及装备的新趋势 效率 质量是先进制造技术的主体 高速 高精加工技术可极大地提高效率 提高产品的质量和档次 缩短生产周期和提高市场竞争能力 为此日本先端技术 研究会将其列为 5 大现代制造技术之一 国际生产工程学会 CIRP 将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一 在轿车工业领域 年产 30 万辆的生产节拍是 40 第 6 页 共 26 页 秒 辆 而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一 在航空和宇航工业 领域 其加工的零部件多为薄壁和薄筋 刚度很差 材料为铝或铝合金 只有在 高切削速度和切削力很小的情况下 才能对这些筋 壁进行加工 近来采用大型 整体铝合金坯料 掏空 的方法来制造机翼 机身等大型零件来替代多个零件通 过众多的铆钉 螺钉和其他联结方式拼装 使构件的强度 刚度和可靠性得到提 高 这些都对加工装备提出了高速 高精和高柔性的要求 从 EMO2001 展会情况 来看 高速加工中心的进给速度可达 80 m min 甚至更高 空运行速度可达 100 m min 左右 目前世界上许多汽车厂 包括我国的上海通用汽车公司 已经采用 以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床 美国 CINCINNATI 公司的 Hyper Mach 机床的进给速度最大达 60 m min 快速为 100 m min 加速度达 2g 主轴转 速已达 60000r min 加工一些薄壁飞机零件 只用 30min 而同样的零件在一般 高速铣床加工需 3h 在普通铣床加工需 8h 德国 DMG 公司的双主轴车床的主轴速 度及加速度分别达 12 1000r mm 和 1g 在加工精度方面 近 10 年来 普通级数 控机床的加工精度已由 10 m 提高到 5 m 精密级加工中心则从 3 5 m 提高 到 1 1 5 m 并且超精密加工精度已开始进入纳米级 0 01 m 在可靠性方面 国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上 伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上 表现出非常高的可靠性 为了实现高速 高精加工 与之配套的功能部件如电主 轴 直线电机得到了快速的发展 应用领域进一步扩大 1 4 2 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工 可用刀具最佳几何形状进行切削 不 仅光洁度高 而且效率也大幅度提高 一般认为 1 台 5 轴联动机床的效率可以 等于 2 台 3 轴联动机床 特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬 硬钢零件时 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益 但过去因 5 轴联 动数控系统 主机结构复杂等原因 其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍 加 之编程技术难度较大 制约了 5 轴联动机床的发展 当前由于电主轴的出现 使 得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化 其制造难度和成本大幅度降低 数控系统的价格差距缩小 因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工 机床 含 5 面加工机床 的发展 在 EMO2001 展会上 新日本工机的 5 面加工机 第 7 页 共 26 页 床采用复合主轴头 可实现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工 使得 5 面加 工和 5 轴加工可在同一台机床上实现 还可实现倾斜面和倒锥孔的加工 德国 DMG 公司展出 DMU Ovation 系列加工中心 可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动 加工 可由 CNC 系统控制或 CAD CAM 直接或间接控制 1 4 3 智能化 开放式 网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统 智能化的内容包括在数控系 统中的各个方面 为追求加工效率和加工质量方面的智能化 如加工过程的自适 应控制 工艺参数自动生成 为提高驱动性能及使用连接方便的智能化 如前馈 控制 电机参数的自适应运算 自动识别负载自动选定模型 自整定等 简化编 程 简化操作方面的智能化 如智能化的自动编程 智能化的人机界面等 还有 智能诊断 智能监控方面的内容 方便系统的诊断及维修等 为解决传统的数控 系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题 目前许多国家对开放式数 控系统进行研究 如美国的 NGC The Next Generation Work Station Machine Control 欧共体的 OSACA Open System Architecture for Control within Automation Systems 日本的 OSEC Open System Environment for Controller 中国的 ONC Open Numerical Control System 等 数控系统开放化已经成为数控系统的未 来之路 所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上 面 向机床厂家和最终用户 通过改变 增加或剪裁结构对象 数控功能 形成系列 化 并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中 快速实现不同 品种 不同档次的开放式数控系统 形成具有鲜明个性的名牌产品 目前开放式 数控系统的体系结构规范 通信规范 配置规范 运行平台 数控系统功能库以 及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心 网络化数控装备是近两年 国际著名机床博览会的一个新亮点 数控装备的网络化将极大地满足生产线 制 造系统 制造企业对信息集成的需求 也是实现新的制造模式如敏捷制造 虚拟 企业 全球制造的基础单元 国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在 近两年推出了相关的新概念和样机 如在 EMO2001 展中 日本山崎马扎克 Kazak 公司展出的 Cyber Production Center 智能生产控制中心 简称 CPC 日本大隈 Okuma 机床公司展出 IT plaza 信息技术广场 简称 IT 广场 德 第 8 页 共 26 页 国西门子 Siemens 公司展出的 Open Manufacturing Environment 开放制造环境 简称 OME 等 反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势 1 4 4 重视新技术标准 规范的建立 1 关于数控系统设计开发规范 如前所述 开放式数控系统有更好的通用性 柔性 适应性 扩展性 美国 欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划 并进行开放式体系结构数控系统规范 OMAC OSACA OSEC 的研究和制定 世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎 相同的科学计划和规范的制定 预示了数控技术的一个新的变革时期的来临 我 国在 2000 年也开始进行中国的 ONC 数控系统的规范框架的研究和制定 2 关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势 数控技术诞生后的 50 年间的信息 交换都是基于 ISO6983 标准 即采用 G M 代码描述如何 how 加工 其本质特 征是面向加工过程 显然 他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要 为此 国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标准 ISO14649 STEP NC 其 目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制 能够描述产品整个生命周期内的 统一数据模型 从而实现整个制造过程 乃至各个工业领域产品信息的标准化 STEP NC 的出现可能是数控技术领域的一次革命 对于数控技术的发展乃至 整个制造业 将产生深远的影响 首先 STEP NC 提出一种崭新的制造理念 传 统的制造理念中 NC 加工程序都集中在单个计算机上 而在新标准下 NC 程序可 以分散在互联网上 这正是数控技术开放式 网络化发展的方向 其次 STEP NC 数控系统还可大大减少加工图纸 约 75 加工程序编制时间 约 35 和加 工时间 约 50 第 9 页 共 26 页 目前 欧美国家非常重视 STEP NC 的研究 欧洲发起了 STEP NC 的 IMS 计划 1999 1 1 2001 12 31 参加这项计划的有来自欧洲和日本的 20 个 CAD CAM CAPP CNC 用户 厂商和学术机构 美国的 STEP Tools 公司是全球范围 内制造业数据交换软件的开发者 他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超 级模型 Super Model 其目标是用统一的规范描述所有加工过程 目前这种新的 数据交换格式已经在配备了 SIEMENS FIDIA 以及欧洲 OSACA NC 数控系统的原型 样机上进行了验证 第 10 页 共 26 页 2 2 零件简介及加工工艺分析零件简介及加工工艺分析 2 12 1 零件的特点简介零件的特点简介 轴是机械工业中最常用的零件之一 轴端球头类零件在普通机床上直接加工也 比较困难 其加工通常采用双手操作法在车床上进行 效率低 精度较差 因此 许 多生产厂家将机床的结构进行适当地改造或者通过增添一些辅件 使现有的机床备 在保持原有技术性能和用途的基础上 又能完成球头的加工 2 22 2 零件图工艺分析零件图工艺分析 图 2 1 球轴零件 该球轴零件如图 2 5 主要有外圆柱面 外锥面 球头 内螺纹等表面组成 结构形状较复杂 加工的部分多 加工精度要求较高 外圆锥面尾部有槽 工件 壁薄 加工中易变形 加工难度较大 因此 特别适合数控车削加工 该球轴零件的轮廓描述清楚 尺寸标注完整 材料为 45 钢 切削加工性能 较好 无热处理等技术要求 通过上述分析 数控车削中可以采取以下几点工艺措施 1 定位装夹 加工内螺纹时以外圆定位 用三爪卡盘夹紧 加工外轮廓时 第 11 页 共 26 页 用三爪卡盘和顶尖一夹一顶装夹 以便提高工艺系统的刚性 在切削螺纹时 由 于不能一次完成可以调头装夹 2 加工顺序 尽可能做到由内到外 由粗到精 由近及远以及在一次装夹 中加工出较多的工件表面 在加工内外轮廓时 可以先加工内孔各表面 然后加 工外轮廓表面 2 2 12 2 1 金属材料分析金属材料分析 钢 碳钢 合金钢 结构钢 不锈钢 铸铁 铜 铝 镁 等 根据对材料 质量和强度的要求 应选用质量轻和强度高的 45 钢材料 毛坯选择 50mm 150mm 的棒料材料 为保证精度 毛坯要有足够的加工余量 1 尺寸类型 长度 宽度 深度 厚度 内外径 角度 倒角 圆弧 M10 1 5 深 31 5 直径 20 通孔 R61 和 R74 的圆弧 2 尺寸精度 小于 0 02 mm 高精度 0 02 0 05 mm 中精度 0 05 0 1mm 0 1 0 2mm 0 2 0 5mm 小于 0 5mm 低精度 本工序有 11 09 的 高精度孔 11 090 有位置精度要求 及 M6 1 5H M10 1 5 5H 的螺纹精度 20 和 5 2 高度尺寸 33 5 及深度尺寸 3 粗糙度 小于 Ra3 2 低 3 2 1 6 一般 RA 1 6 0 8 中等大于 0 8 高 本工序表面粗糙度 RA3 2 4 形位公差 平行度 同心度 同轴度 位置度 对称度 圆柱度等 本工序由零件图可以看出 零件的主要设计基准为 132 5 的轴心线及端面 其主要技术要求如下 1 有两处定位孔精度 相对基准的位置精度保持与其他零件的安装与配合 几何形状误差会造成相互结合件配合不良 2 螺纹孔的尺寸精度与位置精度 为了保证球轴零件能与其他零件正确结 合 螺纹的位置精度不大于 0 2 2 2 2 加工工艺分析加工工艺分析 根据图形分析和工步顺序设置刀具与工艺参数如下 1 车端面 第 12 页 共 26 页 93 外圆车刀 主轴转速 n 500r min 进给量 f 0 15mm r 背吃刀量 ap 1mm 2 粗车 36 10mm 外圆柱面 45 65mm 外圆锥表面 93 右偏刀 主轴转速 n 500r min 进给量 f 0 3mm r 背吃刀量 ap 5mm 以减少进 给次数 3 半精车 36 10mm 外圆柱面 45 65mm 外圆锥表面 93 右偏刀 主轴转速 n 800r min 进给量 f 0 25mm r 背吃刀量 ap 1mm 4 钻底孔 20 钻头 主轴转速 n 400r min 进给量 f 0 05mm r 5 切槽 切槽刀 主轴转速 n 420r min 进给量 f 0 05mm r 背吃刀量 ap 2mm 6 粗镗 27 内孔 镗刀 主轴转速 n 320r min 进给量 f 0 2mm r 背吃刀量 ap 0 8mm 进给速度 40mm min f v 7 半精镗 27 内孔 镗刀 主轴转速 n 400r min 进给量 f 0 25mm r 背吃刀量 ap 0 2mm 8 粗车 M24 内螺纹 60 内螺纹车刀 主轴转速 n 700r min 进给量 f 0 2mm r 背吃刀量 ap 0 4mm 9 精车 M24 内螺纹 60 内螺纹车刀 主轴转速 n 800r min 进给量 f 0 25mm r 背吃刀量 ap 0 1mm 第 13 页 共 26 页 10 掉头粗车球头 20 40 48 外圆表面 93 右偏刀 主轴转速 n 500r min 进给量 f 0 3mm r 背吃刀量 ap 5mm 11 精车 40 48 外圆表面 93 右偏刀 主轴转速 n 1200r min 进给量 f 0 08mm r 背吃刀量 ap 0 5mm 2 2 32 2 3 填写工艺卡填写工艺卡 按照加工顺序将各工步的加工内容 所用刀具及切削用量等填入数控加工工 序卡中 如表 2 1 本工序的加工中使的每把刀具的名称和技术参数详见表 2 2 表 2 1 数控加工工序卡 产品名称 或代号 零件名称材料零件图号 单 位 球轴零件 45 工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间 O1000 三爪卡盘 工步号工步内容刀具号刀具规格 mm 主轴转速 r min 进给量 mm r 背吃刀量 mm 备注 1 车平端面 T0120 205000 150 1 自动 2 粗车 36 10mm 外圆柱面 45 65mm 外圆锥表面 T0220 205000 25 自动 第 14 页 共 26 页 续表 2 1 工步号工步内容刀具号刀具规格 mm 主轴转速 r min 进给量 mm r 背吃刀量 mm 备注 3 半精车 36 10 mm 外圆柱 面 45 65 mm 外圆锥 表面 T0220 208000 251 自动 4 钻底孔 T0420 202000 05 手动 5 切槽 T0320 204200 052 自动 6 粗车 M24 内螺纹 T0520 207000 20 4 自动 7 精车 M24 内螺纹 T0520 208000 250 1 自动 8 粗镗 27 内孔 T0620 203200 20 8 自动 9 精镗 27 内孔 T0620 204000 250 2 自动 10 粗车球头 20 40 48 外圆表面 T0220 205000 35 自动 精车 第 15 页 共 26 页 11 40 48 外圆表 面 T0220 2012000 080 5 自动 编制侯捷审核批准共一页第一页 表 2 2 数控加工刀具卡 产品名 称或代 号 零件名称球周零件零件图号 序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径 mm 备注 1T01 外圆车刀 1 车端面 0 5 2T02 93 右偏刀 1 自右至左 车外表面 0 2 3T03 切槽刀 1 外圆表面 3 4T04 20 钻头 1 钻底孔 10 5T05 60 内螺纹车刀 1 车 M24 螺 纹 0 2 6 T06 镗刀 1 镗内孔表 面 0 4 编制侯捷 审 核 批 准 年 月共 一 页第一页 2 32 3 夹具的选择夹具的选择 2 3 1 夹具的结构特性介绍 本工件尺寸为中等零件 材料为 45 号钢 加工余量也较小 所需夹紧力也比 较小 为了设计方便降低费用 采用三爪卡盘鸡心轴 采用一个中间压板外加辅 助支承 压紧零件上两个凸圆之间不加工部位 为了快速装卸工件 压板上有一 个长槽 松开螺钉后可直接将压板向后拉出 即可装卸工件 具体夹紧方案见夹 具装配图 夹具的具体操作说明如下 第 16 页 共 26 页 首先把夹具放在机床上 找正夹具后用两个螺钉将夹具固定在工作台上 松 开螺钉 将压板卸掉 把工件放在夹具体上 使工件的内孔和夹具上的定位心轴 配合 然后使零件上的凸缘对准 V 型滑块 将 V 型滑块向前移动 和凸缘接触 旋紧滑块上的螺钉 确定零件角向的正确安装 然后将压板装上 拧紧螺钉即可 加工 该夹具的底平面需经过加工 保证有较好的表面质量和平面度的要求 使 用时将夹具的底平面和机床的工作台紧密贴合 用两个 18 的插棒 夹具附带 插入夹具体上的两个定位套中 通过插棒和机床工作台上的 T 型槽配合 用以找 正夹具 然后用螺钉插入机床的 T 型槽中 和夹具上的开口槽配合 将夹具固定 在工作台上 保证其找正位置 此时即可将插棒拔下 以免加工时和刀具干涉 此时夹具和机床的找正误差由插棒和工作台 T 型槽配合的间隙决定 2 3 2 夹具的定位分析 本道工序要求在加工中心上打中心孔 钻孔 其工序基准为内孔的轴线 为 了保证加工精度应采用基准重合原则 故应以内孔作为主要的定位基准 这样可 以设计一个球轴类的零件来限制自由度 为了解决这个问题 我设计了一个可动 的 V 型块来限制 Z 轴转动的自由度 在使用时先将工件放入球轴定位 然后再将 V 型块向前移动和其中一个凸圆配合来限制其转动自由度 2 3 3 夹具定位误差分析计算 该道工序主要加工内容打中心孔和钻孔其工序基准为 20 内孔的轴线 夹 具设计是按照基准重合原则选用的限位基准为定位球轴 20 的轴线 所以没有基 准不重合误差 B 0 但其限位基面为定位球轴的外圆柱面 存在基准位移误差 y 内孔的轴线 夹具设计是按照基准重合原则选用的限位基准为定位球轴 20 的轴线 所以没有基准不重合误差 B 0 但其限位基面为定位球轴的外圆柱面 存在基准位移误差 y 零件水平放置 其定位基准相当于限制基准可做双向的移 动 工件内孔尺寸为 20mm 公差为 0 05mm 定位球轴尺寸为 20 0 014 0 039mm 公差为 0 025mm 最小间隙 Xmin为 0 014mm 所以 0 05 0 025 0 014 0 089 本工序加工的基准是对本工序加工 所以能够满足位置度要求 但数控机床 第 17 页 共 26 页 钻孔的位置是靠机床保证的 和夹具定位无关 因而尺寸上不存在定位误差 但 该道工序有位置度要求 和定位精度无关系 而自由度位置公差为 0 15 经分 析定位误差约等于 0 089 小于公差 可满足要求 加工时工序基准 定位基准 定位基面和限位基准 限位基面都重合 不存在定位误差 第 18 页 共 26 页 3 3 零件的数控程序编制零件的数控程序编制 3 13 1 工件坐标系的设定 工件坐标系编程者为了编程方便 在零件图样上的适当位置选定的编程原点 即程序原点 以这个原点为坐标原点而建立的一个新的坐标系 选择工件坐标 系的零点位置应注意的问题有以下几点 1 注意工件坐标系的方向一定要和机床坐标系的方向一致 2 工件零点尽量选在精度较高的工件表面 以提高被加工零件的加工精度 3 对于对称的零件 工件零点设在对称中心上 4 对于一般零件 工件零点常设在工件外轮廓的某一角上 5 Z 轴方向上的零点 一般设在工件表面 本道工序采用立式加工中心完成 该立式加工中心有三个坐标轴 X Y Z 规定 Z 轴为主轴轴线方向 即是竖直方向的 其远离工件的方向为正 即向上为 正方向 X 轴是水平的 正方向规定为操作者面向主轴向立柱方向看 指向右方 为正 Y 轴的方向可以根据右手直角笛卡儿坐标系确定 3 23 2 程序编制程序编制 根据零件图 先加工左半部分 夹持右半部分 采用衬套夹持刀具选择 93 左 偏刀 20 麻花钻 内孔割刀 内孔螺纹刀 镗刀 再加工右半部分 夹持部分 为 44 的外圆面 刀具选择菱形刀 93 左偏刀 5mm 切槽刀 刀具安装位置 T0101 93 左偏刀 T0202 内孔割刀 T0303 镗刀 T0404 内孔螺纹刀 先加工锥面 O0001 G95 M43 M03 S600 T0101 G00 X52 Z2 第 19 页 共 26 页 G71 U2 R0 5 P10 Q20 X0 5 Z0 1 F0 2 N010 G00 X36 S1000 F0 1 G01 Z 10 X41 43 X44 732 Z 70 Z 75 N020 X50 G00 X100 Z100 M30 加工内孔 O0002 G97 G99 M03 S400 T0202 G00 X52 Z2 G01 Z0 F0 5 X0 G00 X52 Z200 T0303 G00 X0 Z2 G01 X 25 X27 Z 33 X0 Z200 第 20 页 共 26 页 M05 清理切屑 M03 S700 T0404 G00 X22 4 Z2 G01 Z0 X21 4 Z 25 X0 Z200 车螺纹 O0004 T0404 G00 X22 Z2 G92 X24 6 Z 25 F2 X25 2 X25 8 X26 2 X26 3 G00 Z00 T0202 G00 X52 Z2 G71 U2 R0 05 G91 P10 Q20 U0 5 W0 2 F0 3 N10 G01 X34 91 X35 91 Z 1 Z 10 X18 第 21 页 共 26 页 X19 Z 11 X44 69 Z 69 93 Z 74 93 N20 X52 G00 Z