斯太尔插头加工工艺设计

目 录 文本成果 摘要 1 关键词 1 引言 1 1 设计任务分析 1 2 方案的初步选定 2 3 方案的详细设计 2 3.1 斯太尔插头材料和 毛坯选择 2 3.2 斯太尔插头加工工艺分析 3 3.2.1 安排加工工艺的顺序时应先外后内 3 3.2.2 粗、精加工阶段要分开 3 3.3 斯太尔插头加工工艺过程的确定 3 3.3.1 数控车床型号的确定 3 3.3.2 切削用量的确定 4 3.3.3 夹具的选择 4 3.3.4 刀具的选择 5 3.4 影响刀具磨损的原因分析 6 3.4.1 刀具材料 6 3.4.2 刀具的几何角度 6 3.4.3 刀具的涂层 7 3.4.4 刀具刃口的强化 7 3.4.5 刀具的机械加工条件 7 3.5 斯太尔插头加工工艺流程 9 台州科技职业学院毕业设计（论文） 2 4 总体评价 13 致谢 13 参考文献 14 实际成果 斯太尔插头零件实物 15台州科技职业学院毕业设计（论文） - 1 - 斯太尔插头加工工艺设计 郑 龙 摘要： 本文针对斯太尔插头零件，详细地分析了该零件的结构特性，制定了合理的数控加工工艺路线，其中包括毛坯的选择，加工设备的选型，夹具和刀具的型号确定，工艺卡片的制定，最终完成了斯太尔插头 零件的加工过程。 关键词： 斯太尔 加工工艺 设计说明书 引言 从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求 100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 数控技术就是指一种采用计算机对机械加工过程中的各种控制信息进行数字化运算、处理、 并驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的技术。世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业，促使制造业跨入一个新的发展阶段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽车、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽车、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控技术在制造业的扩展与延伸所产生的辐射作用和波及效果，足以给机械制造 业的产业结构、产品结 构、制造方式及管理模式等带来深刻的变化。 近年来，我国对数控加工和数控设备的应用呈突飞猛进之势，包括以组合机床为主的大量生产方式现在都向以数控设备为主的生产方式转变，社会上对掌握数控技术的人才需求越来越大，特别是对掌握数控加工技术的人才需求量更大。 1 设计任务分析 斯太尔类工件具有以下几个特点：一是加工内容多，需频繁更换机床、刀具；二是加工精度要求高，采用普通机床加工质量难以保证，且由于工艺流程长，周转次数台州科技职业学院毕业设计（论文） - 2 - 多，生产效率难以提高；三是形状复杂，且大部分为薄壁壳体， 通常都布置有平行孔系或垂直孔系 ,还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔 ,工件刚度差，较难装加。采用数控车床进行加工，凭借车床自身的精度和加工效率高、刚度好和自动换刀的特点。只要制定好工艺流程，设计采用合理的专用夹具和刀具，就完全可以解决上述问题。 2 方案的初步选定 3 方案的详细设计 3.1 斯太尔插头材料和毛坯选择 斯太尔插头 的材料采用压铸铝合金。材料牌号 YL113(日本牌号 ADC12)， 毛坯为高压铸造，其铸造方法有铸件精 度高和生产效率很高的特点。 斯太尔插头材料的选型 机床、夹具、刀具 的选择 斯太尔插头结构工艺分析 斯太尔插头数控加工工艺编制 定位基准、进给速度、背吃刀量的确定 加工工序的安排及程序的编写 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 3 - 3.2 斯太尔插头加工工艺分析 3.2.1 安排加工工艺的顺序时应先外后内 由于平面面积较大定位稳定可靠，有利与简化夹具结构减少安装变形。从加工难度来看，外圆比内孔加工容易，因此，一般应先加工外圆。 3.2.2 粗、精加工阶段要分开 斯太尔插头 均为管型铝件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。经过粗加工后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的 工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。 3.3 斯太尔插头加工工艺过程的确定 3.3.1 数控车床型号的确定 斯太尔插头的加工采用 CK系列数控车床，该 C数控车床是万能型数控车床，它集国内外同类型数控车床的优点；具有占地面积小，低能耗、高精度、高效率、高柔性、自动化程度高等优点。与国内外同类型产品相比另一个特点是性价比高；选用该机床可低投入，获得高收益。 CK系列产品结构特点： （ 1） 机床采用平床身斜滑鞍设计、整体刚性好、排屑流畅、利于防护严密。 （ 2） 独有设计的主轴结构，高刚性、高精度，选用国内外高 精密主轴轴承、可进行精密零件加工。 （ 3） 采用世界名牌的液压及电动转塔刀架、定位准确、转位迅速、可靠性高。 （ 4） 机床采用进口线性导轨，实现无间隙传动，运动精确，低阻尼高精度，定位和重复定位精度高，便于维修 。 （ 5） 机床采用进口滚珠丝杠及丝杠专用轴承、螺母。有很高的精度和精度保持性。 （ 6） 主轴传动无齿轮，采用交流伺服变频电机或变频电机驱动，大扭矩、宽调速、高转速、高精度、低噪音。 （ 7） 机床采用自动润滑系统，具有无油报警功能，以保障机械部件正常运转。 （ 8） 精心设计机床防护系统，外形美观，操作安全，无渗漏 ，易清理。 （ 9） 机床控制系统配置日本 FANUC，也可根据需求配置德国 SIEMENS等控制系统。 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 4 - 3.3.2 切削用量的确定 切削用量包括主轴转速度、背吃刀量和进给量。合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本，通常选择较大的背吃刀量和进给量，采用较低的切削速度。精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和成本，通常选择较小的背吃刀量和进给量，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。 1. 背吃刀量的确定 在工艺系统刚度和机床 功率允许的情况下，尽可能选择较大的背吃量，以减少进给次数切除加工余量，最好一次切除余量，以便提高生产效率。零件精度要求较高时，则应考虑留出精加工余量， 斯太尔插头 所留的精加工余量一般取 0.1-0.15mm。 2. 进给量的确定 进给量的选择应该与背吃刀量和切削速度相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（ 200-250mm/min）。 S148离合器 箱体在加工精度和表面粗糙度要求较高时，进给速度一般在 260-270mm/min范围内选取。 3. 主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工 件（或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/ D 式中： v 切削速度， 单位为 m/min，由刀具的耐用度决定； n 主轴转速，单位为 r/min； D 工件或刀具直径，单位为 mm。 斯太尔插头 的材料是高压铸件，在精加工的方式下其切削速度选用 250m m/min，粗加工的切削速度选用 50-70mm/min。 3.3.3 夹具的选择 数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转 ；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。 数控车床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如：三爪卡盘 .四爪卡盘。 数控加工对夹具主要有两大要求： 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 5 - 1、夹具应具有足够的精度和刚度； 2、夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： (1) 尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。 (2) 在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 (3) 装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间 。 (4) 夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 斯太尔插头 采用手动方式进行装夹，调正夹具，固定装夹。 此外，由于机床精度自身的保证，各轴承挡之间的同轴度也得到了有效的保证，从而使 斯太尔插头 的加工质量得到了显著的提高，夹具设计简单、实用，使用方便，取得了较好的应用效果。 3.3.4 刀具的选择 在对一些效率车刀的特点和使用效果进行具体分析后，大致可归纳出以下五条选用车刀的基本原则 1、切削效率高，能在最短的机动时间内完成零件的加工； 2、加工质量好，能保证或提高零件的精度和光洁度； 3、辅助时间少，具有合理的刀具耐用度，刃磨方便，换刀快； 4、断屑性能好 断屑良好，排屑顺利； 5、经济效果大 刀具制造方便，成本低，充分利用刀具切削部分的材料。 根据被加工零件胚料的制材和车刀的基本原则一级该 实习单位的条件，故选择硬质，涂层合金刀。 加工用的刀具表： 刀具号 刀具名称 主轴转速 加工余量 T01 90度外圆刀 1500 0.1 T02 外槽刀 1500 - T03 镗孔刀 1500 - T04 尖刀 1500 - T05 60度外螺纹刀 1500 - 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 6 - 3.4 影响刀具磨损的原因分析 刀具坚硬，可随着使用时间的推迟，刀具也会有一定的磨损，影响刀具磨损的几种原因有哪些呢？通过汇总得出了几种原因。 3.4.1 刀具材料 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工 质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。 刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具，普通的 tialn 涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的；对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的 。 3.4.2 刀具的几何角度 石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺 : 1.前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和 摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。 2.后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。 3.螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最大，刀具承受的切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。当螺旋角去 较大时，铣削合力的方向偏离工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的，所以在选择方面一定要多加注意。 通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试， para 刀具优化了相关刀具的几何角度，从而使得刀具的整体切削性能大大提高。 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 7 - 3.4.3 刀具的涂层 金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择，也最能体现石墨刀具优越的使用性 能；金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性；但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本的投入都是很大的，所以金刚石涂层在近期不会有太大发展，不过我们可以在普通刀具的基础上，优化刀具的角度，选材等方面和改善普通涂层的结构，在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。 金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角度有本质的区别，所以在设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工的特殊性，其几何角度可适当放大，容削槽也变大，也不会降低其刀具锋口的耐磨性；对于普通的 tialn 涂层，虽然比无 涂层的刀具其耐磨有显着的提高，但比起金刚石涂层来说，在加工石墨时它的几何角度应适当放小，以增加其耐磨性。 对金刚石涂层来说，目前世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术，但是至今为止，国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲； para作为一款优秀的石墨加工刀具，同样采用目前世界最先进的涂层技术对刀具进行表面处理，以确保加工寿命的同时，保证刀具的经济实用。 3.4.4 刀具刃口的强化 刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视，而又是十分重要的问题。金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口， 存在程度不同的微观缺口（即微小崩刃与锯口）。石墨高速切削加工刀具性能和稳定性提出了更高的要求，特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐用的目的。 3.4.5 刀具的机械加工条件 选择适当的加工条件对于刀具的寿命有相当大的影响。 1.切削方式（顺铣和逆铣），顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零，刀具切入工件后不会出现因切不下切 屑而造成的弹刀现象，工艺系统的刚性好，切削振动小；逆铣时，刀具的切入厚度从零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径，此时刃口如果遇到石墨材料中台州科技职业学院毕业设计（论文） - 8 - 的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒，都将引起刀具的弹刀或颤振，因此逆铣的切削振动大； 2.吹气（或吸尘）和浸渍电火花液加工，及时清理工件表面的石墨粉尘，有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命，减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响 。 3.选择合适的高转速及相应的大进给量。 综述以上几点，刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件，在刀具 的使用寿命中扮演者不同的角色，缺一不可，相辅相成的。一把好的石墨刀具，应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 9 - 3.5 斯太尔插头加工工艺流程 斯太尔插头零件加工程序 A面： T0101 / 外圆 G0 X40 Z0 G1 X0 F100 X36.3 Z-9.2 G0 U2 Z2 X34 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 10 - G1 Z-5.7 F100 G0 U2 Z2 X32.7 G1 Z-5.7 F100 X36.3 Z-26.1 G0 X60 Z60 T0202 / 外槽 G0 X33 Z-3.5 G1 X30.5 F80 X37 F100 Z-11.7 X31 F80 X34.8 F100 Z-26.1 G0 X37 Z-11.7 G1 X33.3 F100 Z-26.1 G0 X37 Z-11.7 G1 X31.8 F100 Z-26.1 G0 U2 Z-19.5 G1 X23 F80 G0 X37 X60 Z60 T0303 / 尖刀 G0 X37 Z-10.7 G1 X25 F80 X37 F150 Z-22.9 X25 F80 X31 F150 W0.5 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 11 - X30 W-0.5 F80 G0 X37 G0 X60 Z60 T0404 / 镗孔刀 G0 X9.95 Z2 G1 Z-10.6 F80 G0 U-0.5 Z2 X60 Z60 T0101 G0 X33 Z0 G1 X0 F150 X31.7 F100 X32.7 Z-0.5 F80 Z-5.7 F100 X35.3 X36.3 W-0.5 F80 W-1 F100 G0 X60 Z60 M5 T0100 M30 B面： S1000 M3 T0101 / 外圆 G0 X40 Z0 G1 X0 F100 X35 Z-10 G0 U2 Z2 X33 G1 Z-10 F100 G0 U2 Z2 X31 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 12 - G1 Z-26.5 F100 X36.3 G0 X60 Z60 T0202(镗孔刀 ) G0 X10.5 Z2 G1 Z-23.1 F100 G0 U-0.5 Z2 X12.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X14.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X16.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X18.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z0 G1 X18.7 F100 X20.7 Z-1 F80 Z-8.6 F100 X9.5 X10.5 W0.5 G0 U-0.5 Z2 X60 Z60 T0303 / 内槽 G0 X20.5 Z2 G1 Z-8.6 F150 X22 F60 X21 F150 W0.5 X22 W-0.5 F100 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 13 - G0 U-2 Z80 T0404 / 内螺纹 G0 X20 Z5 G92 X21.3 Z-6.1 F1.5 P0 X21.7 X22.05 X22.15 X22.2 X22,2 G0 X80 Z80 M5 T0100 M30 4 总体评价 斯太尔插头零件的数控加工主要是在对零件的图纸的分析基础上进而设计合理的加工工艺方案 ,其中包括毛坯、刀具、夹具、切削用量的选择等设备及工艺参数的正确选择，最终编制出最合理的数 控加工程序，然后对工件进行试切检查程序数据是否正