轴类零件的数控编程加工.doc

济源职业技术学院济源职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 题目 轴类零件的数控编程加工 系别 机电工程系 专业 机械设计与制造 班级 姓名 学号 指导教师 日期 2012 年 8 月 济源职业技术学院毕业设计 设计任务书 设计题目 设计题目 轴类零件的数控编程加工 设计要求 设计要求 1 熟悉数控车床结构及的加工性能 2 零件图的分析及确定加工内容 3 AUTO CAD 图形的绘制 4 三维图形的绘制 5 选定加工设备 6 切削用量及刀具选择 装夹 7 制定零件的加工 设计进度要求 设计进度要求 第一周 确定毕业设计题目和内容 查阅资料 第二周 确定整体设计思路 第三周 用CAD绘制零件图 选择相应的刀具等 第四 六周 确定加工工艺 进行数控编程并调试 第七周 整理完善设计内容 按照毕业设计规范进行设计报告的撰写 第八周 最终确定设计报告 打印装订 准备毕业答辩和指导教师评阅等 指导教师 签名 指导教师 签名 济源职业技术学院毕业设计 摘 要 随着科学技术和工业生产的飞速发展 国民经济各个部门迫切需要各种各样质量 优 性能好 效率高 能耗低 价格廉的机械产品 其中 产品设计是决定产品性能 质量水平 市场竞争力和经济效益的重要环节 因此 采用数控加工就成了最好的选 择 因为它加工效率高 质量好 加工精度高 数控技术是与机床的自动控制密切结 合而发展起来的 如今数控技术已广泛应用于化工生产 石油精炼 造纸 钢铁生产 等工艺流程控制及其他各个方面 近代大工业生产中 机械加工工艺过程的自动化是 提高产品质量和生产率的重要措施 数控机床的诞生 较好解决了精密复杂多品种单 件或小批量机械零件加工自动化的问题 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖 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的发展起着越来越重要的作 用 聞創沟燴鐺險爱氇谴净 数控加工与编程的毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及 专业技能的重要组成部分 通过毕业设计使我们学会了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 培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究 和创新能力 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟 本课题从零件加工工艺分析 夹具及加工刀具选择 工艺路线的制订 每一个工 步都要进行详细的分析 反复多次查阅资料进行实例研讨 切削用量的确定 车削加 工程序的编写 机床的熟练操作 酽锕极額閉镇桧猪訣锥 关键词 数控加工 编程 工艺分析 济源职业技术学院毕业设计 目 录 1 数控机床的概述 1 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑 1 1 数控加工简介 1 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔 1 2 数控加工工艺及其工艺特点 3 厦礴恳蹒骈時盡继價骚 1 3 数控加工必须遵循的一般原则 4 茕桢广鳓鯡选块网羈泪 1 4 数控加工的步骤 4 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴 2 刀具和切削用量的选择 5 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨 2 1 数控机床对刀具的要求 5 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴 2 2 刀具的选择方法 5 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦 2 3 切削用量的选择 7 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡 3 夹具的选择 9 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷 3 1 夹具的基本概念 9 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷 3 2 夹具的选择 10 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚 3 3 夹具的类型 10 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘 3 4 夹具的作用 10 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄 3 5 零件的安装 10 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴 4 轴的类型及材料选择 11 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦 4 1 轴的类型 11 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑 4 2 轴类零件的材料和毛坯选择 11 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔 5 数控机床的坐标系统 12 構氽頑黉碩饨荠龈话骛 5 1 机床坐标系 12 輒峄陽檉簖疖網儂號泶 5 2 工件坐标系 12 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅 6 数控车削工艺 13 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒 6 1 数控加工工艺内容的选择 13 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴 6 2 数控加工零件的工艺性分析 14 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦 6 3 工艺分析及处理 15 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫 6 4 螺纹加工的尺寸计算 17 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹 6 5 编写程序 17 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖 6 6 备注 20 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩 7 数控加工的优势 22 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘 结 论 24 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉 致 谢 25 谚辞調担鈧谄动禪泻類 参考文献 26 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩 济源职业技术学院毕业设计 1 1 数控机床的概述 数控机床是由数字程序实现控制的机床 就是能按照编制好的加工程序实现自动 化加工的设备 与普通机床相比 它适应范围广 可适应各种不同类型零件的加工 生产效率高 加工精度高 其自动化或半自动化加工把许多辅助动作都交给机床完成 更是大大减少了操作员的劳动量 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库 1 11 1 数控加工简介数控加工简介 1 是高速加工技术发展迅速 高速加工技术发展迅速 在高档数控机床中得到广泛应用 应用新的机床运动学 理论和先进的驱动技术 优化机床结构 采用高性能功能部件 移动部件轻量化 减 少运动惯性 在刀具材料和结构的支持下 从单一的刀具切削高速加工 发展到机床 加工全面高速化 如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转 几十万转 快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米 换刀时间从十几秒下降到 10 秒 3 秒 1 秒以下 换刀速度加快了几倍到十几倍 应用高速加工技术达到缩短切削 时间和辅助时间 从而实现加工制造的高质量和高效率 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞 2 是精密加工技术有所突破 通过机床结构优化 制造和装配的精化 数控系统和伺服控制的精密化 高精度 功能部件的采用和温度 振动误差补偿技术的应用等 从而提高机床加工的几何精度 运动精度 减少形位误差 表面粗糙度 加工精度平均每 8 年提高 1 倍 从 1950 年至 2000 年 50 年内提升 100 倍 目前 精密数控机床的重复定位精度可以达到 1 m 进入 亚微米超精加工时代 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛 3 是技术集成和技术复合趋势明显 技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一 如工序复合型 车 铣 钻 镗 磨 齿轮加工技术复合 跨加工类别技术复合 金切与激光 冲 压与激光 金属烧结与镜面切削复合等 目前已由机加工复合发展到非机加工复合 进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容 目的在于实现复杂形状零件的全 部加工及生产过程集约化管理 技术集成和复合形成了新一类机床 复合加工机床 并呈现出复合机床多样性的创新结构 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷 4 是数字化控制技术进入了智能化的新阶段 济源职业技术学院毕业设计 1 数字化控制技术发展经历了三个阶段 数字化控制技术对机床单机控制 集合生产 管理信息形成生产过程自动控制 生产过程远程控制 实现网络化和无人化工厂的智 能化新阶段 智能化指工作过程智能化 利用计算机 信息 网络等智能化技术有机 结合 对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等 加工过程智能监控 可以实现工件装卡定位自动找正 刀具直径和长度误差测量 加工过程刀具磨损和破 损诊断 零件装卸物流监控 自动进行补偿 调整 自动更换刀具等 智能监控系统 对机床的机械 电气 液压系统出现故障自动诊断 报警 故障显示等 直至停机处 理 随着网络技术的发展 远程故障诊断专家智能系统开始应用 数控系统具有在线 技术后援和在线服务后援 人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动 加工 在线服务可以根据用户要求随时接通 INTERNET 接受远程服务 采用智能技术来 实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策 过程适应控制 误差补偿智能控制 故障自诊断和智能维护等功能 大大提高成形和加工精度 提高制造效率 信息化技 术在制造系统上的应用 发展成柔性制造单元和智能网络工厂 并进一步向制造系统 可重组的方向发展 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻 5 是极端制造扩张新的技术领域 极端制造技术是指极大型 极微型 极精密型等极端条件下的制造技术 极端制 造技术是数控机床技术发展的重要方向 重点研究微纳机电系统的制造技术 超精密 制造 巨型系统制造等相关的数控制造技术 检测技术及相关的数控机床研制 如微 型 高精度 远程控制手术机器人的制造技术和应用 应用于制造大型电站设备 大 型舰船和航空航天设备的重型 超重型数控机床的研制 IT 产业等高新技术的发展需 要超精细加工和微纳米级加工技术 研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数 控机床和特种加工机床 极端制造领域的复合机床的研制等銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼 济源职业技术学院毕业设计 2 1 21 2 数控加工工艺及其工艺特点数控加工工艺及其工艺特点 1 2 11 2 1 数控加工工艺的主要内容数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺是指采用数控机床加工零件时 所运用各种方法和技术手段的总和 应用于整个数控加工过程 一般来说数控加工工艺主要包括的内容如下 1 选择并确定进行数控加工的零件及内容 2 对零件图纸进行数控加工的工艺分析 3 对零件图纸的数学处理及编程尺寸设定值的确定 4 制定数控加工工艺方案 如工序的划分 刀具的选择 切削用量的确定 编 写零件数控加工的程序 程序检验等 挤貼綬电麥结鈺贖哓类 5 确定程序原点 对刀点 换刀点的位置 确定刀具走刀时的进给路线 6 分配数控加工中的容许误差以及处理数控机床上部分工艺指令 1 2 21 2 2 数控加工工艺特点数控加工工艺特点 1 数控加工工艺内容要求更加具体 详细 数控加工所有工艺问题必须事先设计和安排好 并编入加工程序中 数控加工 工艺不仅包括详细的切削加工步骤 还包括刀具型号 规格 切削用量和其他特殊 要求的内容 以及标有数控加工坐标位置的工序图等 在自动编程中更需要确定详 细的各种工艺参数 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈 2 数控加工工艺要求更严密 精确 数控加工时 自适应性较差 加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑 否则导致严重的后果 如攻螺纹时 数控机床不知道孔中是否已挤满切屑 是否需要 退刀清理一下切屑再继续加工 又如非数控机床加工时可以多次 试切 来满足零件 的精度要求 而数控加工过程 严格按照规定尺寸进给 要求准确无误 因此 数控 加工工艺设计要求更加严密 精确 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫 3 制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算 在对零件图进行数学处理和计算时 编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和 零件的形状几何关系重新调整计算 才能确定合理的编程尺寸 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺 4 选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响 合理的切削进给速度 不仅要使切削过程平稳 避免因切削力猛然增大引起刀具 济源职业技术学院毕业设计 3 破损 而且还应考虑数控系统插补运算速度对零件加工精度的影响 一般 在数控系 统已定的条件下 进给速度越快 则插补精度越低 工件的轮廓形状误差也就越大 特别是对于高精度零件的加工 这一影响是绝对不可忽视的 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁 5 强调刀具选择的重要性 复杂型面的加工编程通常采用自动编程方式 自动编程中 必须先选定刀具再生 成刀具中心运动轨迹 因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说 若刀具预先选 择不当 所编的程序就不能再用 也只能重新编制才能完成所要的加工 绽萬璉轆娛閬蛏 鬮绾瀧 1 31 3 数控加工必须遵循的一般原则数控加工必须遵循的一般原则 1 结合本校数控基地的情况 合理安排合计内容 也可以采用与校外企业合作 的方式设计课题 2 必须保障人身安全和设备安全 在编程操作前应熟悉数控机床的操作说明书 并按照操作规程操作 3 兼顾加工精度和加工效率 在保证加工精度的前提下 认真进行公工艺分析 制定出合理的工艺方案 选择合理的切削用量 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙 4 注意培养独立获取知识 新技术 新信息的能力 掌握科学研究的方法 1 41 4 数控加工的步骤数控加工的步骤 必须利用设计前一到二周的时间研究设计计划和任务书 了解产品的工艺性和公 差等级 在初步明确设计要求的基础上 可以步骤进行设计方案的论证 瑣钋濺暧惲锟缟馭 篩凉 1 分析零件图样 根据任务书 画出零件图 并对工件的形状 尺寸 精度等级 表面粗糙度 刀 具及等技术进行分析 2 确定加工工艺方案 根据上述的分析 选择加工方案 确定加工顺序 加工路线 装夹方式 切削用 量材料等 要求有详细的设计过程和合理的参数 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類 3 数值计算 济源职业技术学院毕业设计 4 根据零件图的尺寸 确定工艺路线及设计的坐标系 计算运动轨迹 得到刀位数 据 4 编写零件加工程序 根据数控系统的功能指令及程序格式 逐步编写加工程序单 写出有关的工艺文 件如工序卡 数控刀具卡 刀具明细表 加工工序单等 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬 5 程序校验 程序编完后 对程序进行校验 一般采用机床空运转方式 来检查机床的动作和 运行轨迹的正确性 以校验程序 2 刀具和切削用量的选择 济源职业技术学院毕业设计 1 2 刀具和切削用量的选择 2 12 1 数控机床对刀具的要求数控机床对刀具的要求 为了保证数控机床的加工精度 提高生产率及降低刀具的消耗 在选用刀具时对 刀具提出了很高的要求 如能可靠的断屑 有高的耐用度 可快速调整和更换等 辔烨 棟剛殓攬瑤丽阄应 因此数控机床对刀具的选择应满足以下要求 1 适应高速切削要求 具有良好的切削性能 为提高生产率和加工高硬度材料的要求 数控机床向着高速度 大进给 高刚性 和大功率发展 中工作进给由 0m min 5m min 提高到 0m min 15m min 等规格的数 控车床 其主轴最高转速一般为 3000r min 5000r min 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺 2 高的可靠性 数控机床加工的基本前提之一是刀具的可靠性 3 较高的刀具耐用度 4 高精度 5 可靠的断屑及排屑措施 6 精确迅速的调整 7 自动快速的换刀 8 刀具标准化 模块化 通用化及复合化 2 22 2 刀具的选择方法刀具的选择方法 刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一 不仅影响机床的加工效率 而且 直接影响零件的加工质量 由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床 而且 主轴输出功率较大 因此与传统加工方法相比 对数控加工刀具的提出了更高的要求 包括精度高 强度大 刚性好 耐用度高 而且要求尺寸稳定 安装调整方便 这就 要求刀具的结构合理 几何参数标准化 系列化 数控刀具是提高加工效率的先决条 件之一 它的选用取决于被加工零件的几何形状 材料状态 夹具和机床选用刀具的 刚性 应考虑以下方面 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜 1 根据零件材料的切削性能选择刀具 如车或铣高强度钢 钛合金 不锈钢零 济源职业技术学院毕业设计 1 件 建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷 2 根据零件的加工阶段选择刀具 即粗加工阶段以去除余量为主 应选择刚性 较好 精度较低的刀具 半精加工 精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为 主 应选择耐用度高 精度较高的刀具 粗加工阶段所用刀具的精度最低 而精加工 阶段所用刀具的精度最高 如果粗 精加工选择相同的刀具 建议粗加工时选用精加 工淘汰下来的刀具 因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损 涂层磨损 修光 继续使用会影响精加工的加工质量 但对粗加工的影响较小 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻 3 根据加工区域的特点选择刀具和几何参数 在零件结构允许的情况下应 选用大直径 长径比值小的刀具 切削薄壁 超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有 足够的向心角 以减少刀具和切削部位的切削力 加工铝 铜等较软材料零件时应选 择前角稍大一些的立铣刀 齿数也不要超过 4 齿 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減 选择数控刀具时应遵循以下原则 选择数控刀具时应遵循以下原则 1 选择刀具的种类和尺寸应与加工表面的形状和尺寸相适应 2 尽量采用硬质合金或高性能材料制成的刀具 3 尽量采用机夹或可转位式刀具 4 尽量采用高效刀具 如多功能车刀 铣刀等合金刀具 济源职业技术学院毕业设计 2 2 32 3 切削用量的选择切削用量的选择 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 半精加工和精加工时 应在保证加工质量的前提下 兼顾切削效率 经济性和加工成本 具体数值应根据机床说明书 切削用量手册 并结合经验而定 稟 虛嬪赈维哜妝扩踴粜 切削深度 ap 在机床 工件和刀具刚度允许的情况下 ap就等于加工余量 这是 提高生产率的一个有效措施 为了保证零件的加工精度和表面粗糙度 一般应留一定 的余量进行精加工 数控机床的精加工余量可略小于普通机床 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟 切削宽度 ae 一般 ae与刀具直径 d 成正比 与切削深度成反比 经济型数控加工 中 一般 ae的取值范围为 ae 0 6 0 9 Dc 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應 切削速度 Vc 提高 Vc 也是提高生产率的一个措施 但 Vc 与刀具耐用度的关系比 较密切 随着 Vc 的增大 刀具耐用度急剧下降 故 Vc 的选择主要取 决于刀具耐用度 另外 切削速度与加工材料也有很大关系 例如车削合金刚 30CrNi2MoVA 时 Vc 可采 用 8m min 左右 而用同样车削铝合金时 Vc 可选 200m min 以上 钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺 数控编程时 编程人员必须确定每道工序的切削用量 并以指令的形式写入程序 中 切削用量包括主轴转速 背吃刀量及进给速度等 对于不同的加工方法 需要选 用不同的切削用量 切削用量的选择原则是 保证零件加工精度和表面粗糙度 充分 发挥刀具切削性能 保证合理的刀具耐用度 并充分发挥机床的性能 最大限度提高 生产率 降低成本 从刀具的寿命 耐用度 出发 切削用量的选择方法是 先选取 被吃刀量 其次确定进给速度 最后确定主轴转速 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮 2 3 12 3 1 背吃刀量确定背吃刀量确定 背吃刀量根据机床 工件和刀具的刚度来决定 在刚度允许的条件下 应尽可能 使背吃刀量等于工件的加工余量 这样可以减少走刀次数 提高生产效率 为了保证 加工表面质量 可留少量精加工余量 一般 0 1 0 5mm 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘 2 3 22 3 2 进给速度的确定进给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数 主要根据零件的加工精度和表面粗 糙度要求以及刀具 工件的材料性质选取 最大进给速度受机床刚度和进给系统的性 能限制 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚 确定进给速度的原则 济源职业技术学院毕业设计 3 1 当工件的质量要求能够得到保证时 为提高生产效率 可选择较高的进给速度 一般在 100 200mm min 范围内选取 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减 2 在切断 加工深孔或用高速钢刀具加工时 宜选择较低的进给速度 一般在 20 50mm min 范围内选取 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶 3 当加工精度 表面粗糙度要求高时 进给速度应选小些 一般在 20 50mm min 范围内选取 4 刀具空行程时 特别是远距离 回零 时 可以设定该机床数控系统设定的最 高进给速度 5 由于本设计的加工属于半精加工 因此 选用介于两者之间的进给速度 即 50mm min 100mm min 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬 2 3 32 3 3 主轴转速的确定主轴转速的确定 1 光车外圆时主轴转速 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径 并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙 切削速度除了计算和查表选取以外 还可以根据实践经验确定 需要注意的是 交流变频调速的数控车床低速输出力矩小 因而切削速度不能太低 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹 切削速度确定后 用公式 n 1000v D 计算主轴转速 n r min 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 工件直径或刀具直径 单位为 mm 计算的主轴转速 n 最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速 表 2 1 硬质合金外圆车刀切削速度的参考值 ap mm 0 3 2 2 6 6 10 f mm r 0 08 0 3 0 3 0 6 0 6 1 工件材料热处理状态 vc m min 低碳钢 易切钢热轧140 180100 12070 90 中碳钢热轧130 16090 11060 80 济源职业技术学院毕业设计 4 调质100 13070 9050 70 热轧100 13070 9050 70 合金结构钢 调质80 11050 7040 60 工具钢退火90 12060 8050 70 HBS 190 90 12060 8050 70 灰铸铁 HBS 190 22580 11050 7040 60 高锰钢10 20 铜及铜合金200 250120 18090 120 铝及铝合金300 600200 400150 200 铸铝合金 WSI13 100 18080 15060 100 注 切削钢及灰铸铁时刀具耐用度约为 60min 2 车螺纹时主轴的转速 在车削螺纹时 车床的主轴转速将受到螺纹的螺距 P 或 导程 大小 驱动电机的升降频特性 以及螺纹插补运算速度等多种因素影响 故对 于不同的数控系统 推荐不同的主轴转速选择范围 大多数经济型数控车推荐车螺纹 时的主轴转速 n r min 为 n 1200 P k 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝 式中 P 被加工螺纹螺距 mm k 保险系数 一般取为 80 此外 在安排粗 精车削用量时 应注意机床说明书给定的允许切削用量范围 对于主轴采用交流变频调速的数控车床 由于主轴在低速时扭矩降低 尤其应注意此 时的切削用量的选择 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸 总之 切削用量的具体数值应根据机床性能 相关的手册并结合实际经验用类比 方法确定 同时 使主轴转速 切削深度及进给速度三者能相互适应 以形成最佳切 削用量 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺 济源职业技术学院毕业设计 1 3 夹具的选择 3 13 1 夹具的基本概念夹具的基本概念 1 什么是夹具 在车床上广泛使用的三爪卡盘 顶尖和铣床上用的平口虎钳等都 属于夹具 一般来说 夹具夹具是安装在机床上的 用以装夹工件和引导刀具的装置 它属于工艺装备 在机床 刀具 工件 夹具组成的工艺系统中 夹具是一个重要 的环节 夹覡闾辁駁档驀迁锬減 进一步讲 夹具安装于机床的工作台或底座上 或机床的主轴上 工件安装并夹紧 于夹具中的正确位置 引导或调整刀具或砂轮使之处于相对夹具的正确位置 进行工 件的加工 从而获得合格的工件 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝 3 23 2 夹具的选择夹具的选择 数控加工对夹具主要有两大要求 一是夹具应具有足够的精度和刚度 二是夹具 应有可靠的定位基准 选用夹具时 通常考虑以下几点 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠 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 3 33 3 夹具的类型夹具的类型 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 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟 本设计加工的是小型零件 因此采用三爪卡盘 3 43 4 夹具的作用夹具的作用 1 保证工件加工精度 稳定产品质量 由于夹具在机床上和工件在夹具中的装夹 位置均已确定 所以工件在加工中的位置得到可靠的保证 且不受划线质量和找正技 济源职业技术学院毕业设计 1 术水平等因素的影响 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼 2 扩大机床使用范围 充分发挥机床潜力 对于中小工厂 由于机床品种 规格 和数量有限 为了适应生产的需要 充分发挥现有设备的潜力 往往通过设计不同的夹 具来进一步扩大机床的工作范围达到一机多用的目的 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮 3 53 5 零件的安装零件的安装 数控机床上零件的安装方法与普通机床一样 要合理选择定位基准和夹紧方案 注意以下两点 1 力求设计 工艺与编程计算的基准统一 这样有利于编程时数值计算的简便性和 精确性 2 尽量减少装夹次数 尽可能在一次定位装夹后 加工出全部待加工表面 济源职业技术学院毕业设计 1 4 轴的类型及材料选择 4 14 1 轴的类型轴的类型 轴类零件是常见的典型零件之一 其主要功能是支持传动零部件 齿轮 皮带轮 离合器等 传递扭矩和承受载荷 就其功用可分为 主轴 异形轴和其它轴三类 主轴除支持齿轮或皮带轮 离合器外 还将旋转运动及扭转力矩通过主轴端部的夹具 传给工件或刀具 异形轴可通过凸轮 偏心和曲拐部分将回转运动变为直线运动 其 它轴则主要传递扭矩或承受载荷 镞锊过润启婭澗骆讕瀘 从轴类零件的结构特性来看 它们是长度 L 大于直径 d 的回转体零件 若 L d 12 通常称为刚性轴 而 L d 12 称为挠性轴 其被加工表面常有内外圆柱表面 圆锥面及花键 键槽 螺纹等 根据轴类零件的结构特点和精度要求 应选择合理的 定位基准和加工方法进行加工 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛 4 24 2 轴类零件的材料和毛坯选择轴类零件的材料和毛坯选择 轴类零件应根据不同的工件条件和使用要求选用不同的材料 45 号钢是轴类零件的常用材料 它价格便宜 经过调质 或正火 后 可得到较 好的切削性能 而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能 局部淬火后在回火 表面硬度可达 HRC45 52 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑 40Cr 等合金钢结构钢适用于中等精度 而转速较高的轴类零件 具有较高的综合 机械性能 轴承钢 GCr15 和弹簧钢 Mn 可制造较高精度的轴 20CrMnTi 18CrMnTi 20Mn2B 20Cr 等低碳合金钢含铬 锰钛和硼等元素 可用来制 造在高速度 重载荷等条件下的轴类零件 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲 轴杆类零件是机械产品中支承传动件 承受载荷 传递扭矩和动力的常见典型零 件 其结构特征是轴向 纵向 尺寸远大于径向 横向 尺寸 包括各种传动轴 机 床主轴 丝杆 光杆 偏心轮 凸轮轴 齿轮轴等 该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭 轴类零件最常用的毛坯是型材和锻件 对于某些大型的结构形状复杂的轴也可用 铸件或焊接结构件 济源职业技术学院毕业设计 1 对于光滑的或有阶梯但直径相差不大的一般轴 常用型材 即热轧或冷拉圆钢 作为毛坯 对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和交变应力的重要轴 均采用锻件 作为毛坯 当生产批量较小时 应采用自由锻件 当生产批量较大时 应采用模锻件 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙 对于结构形状复杂的大型轴类零件 其毛坯可用砂型铸造件 焊接结构件或铸 焊结构毛坯 济源职业技术学院毕业设计 1 5 数控机床的坐标系统 在数控编程时 为了描述机床的运动 简化程序编制的方法及保证记录数据的互 换性 数控机床的坐标和运动方向均已标准化 数控机床各坐标轴按标准 JB3051 82 确定后 还要确定坐标系原 点的位置 这样坐标系才能确定下来 依原点的不同 数控机床的坐标系统分为机床 坐标系和工件坐标系 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄 5 15 1 机床坐标系机床坐标系 以机床原点为坐标原点建立起来的 X Y Z 轴直角坐标系 称为机床坐标系 而 标准的机床坐标系中 x y z 坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定 机床 原点是指在机床上设置的一个固定点 也称机床零点 它在机床装配 调试时就已确 定下来数控机床进行加工运动的基准参考点 机床零点是通过机床参考点间接确定的 机床参考点也是机床上的一个固定点 其与机床零点间有一确定的相对位置 一般设 置在刀具运动的 X Y Z 正向最大极限位置 在机床每次通电之后 工作之前 必须 进行回机床零点操作 使刀具运动到机床参考点 其位置由机械档块确定 这样 通 过机床回零操作 确定了机床零点 从而准确地建立机床坐标系 即相当于数控系统 内部建立一个以机床零点为坐标原点的机床坐标系 机床坐标系是机床固有的坐标系 一般情况下 机床坐标系在机床出厂前已经调整好 不允许用户随意变动 鰻順褛悦漚縫冁 屜鸭骞 5 25 2 工件坐标系工件坐标系 工件图样给出以后 首先应找出图样上的设计基准点 其他各项尺寸均是以此点 为基准进行标注 该基准点称为工件原点 以工件原点为坐标原点建立的 X Y Z 轴 直角坐标系 称为工件坐标系 工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系 工件原点 的位置是人为设定的 它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的 所以也 称编程原点 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺 数控车床加工零件的工件原点一般选择在工件右端面 左端面或卡爪的前端面与 Z 轴的交点上 济源职业技术学院毕业设计 1 济源职业技术学院毕业设计 1 6 数控车削工艺 在进行数控加工工艺设计时 一般应进行以下几方面的工作 数控加工内容的选 择 数控加工工艺得分析 数控加工工艺路线的设计 隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽 6 16 1 数控加工工艺内容的选择数控加工工艺内容的选择 对于一个零件来说 并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成 而往往只 是其中的一部分工艺内容适合数控加工 这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析 选择那些是最适合 最需要进行数控加工的内容和工序 再考虑选择内容时应结合本 企业设备的实际 立足与解决难题 攻克关键问题和提高生产效率 充分发挥数控加 工的优势 浹繢腻叢着駕骠構砀湊 一 适于数控加工的内容 在选择时 一般可按下列顺序考虑 1 通用机床无法加工的内容应做为优先选择内容 2 通用机床难加工 质量也难以保证的内容应作为重点选择内容 3 通用机床加工效率低 工人手工操作劳动强度大的内容 可在数控机床尚存 在富裕加工能力时选择 二 不适于数控加工的内容 一般来说 上述这些加工内容采用数控加工后 在产品质量 生产效率与综合效 益方面会得到明显提高 相比之下 下列一些内容不宜选择采用数控加工 鈀燭罚櫝箋礱颼 畢韫粝 1 占机调整时间长 2 加工部位分散 需要多次安装 设置原点 3 按某些特定的制造依据 如样板等 加工的型面轮廓 此外 再选择和决定加工内容时 也要考虑生产批量 生产周期 工序间周转情况等等 总之 要尽量做到合理 达到多 好 省的目的 要防止把数控机床当普通机床使用 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵 济源职业技术学院毕业设计 1 6 26 2 数控加工零件的工艺性分析数控加工零件的工艺性分析 理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件 同时应能使数控机床的 功能得到合理的应用和充分的发挥 数控机床是一种高效率的自动化设备 它的效率 高于普通机床的 2 3 倍 所以 要充分发挥数控机床的这一特点 必须熟练掌握其性 能 特点 使用操作方法 同时还必须在编程之前正确地确定加工方案 由于生产规 模的差异 对于同一零件的加工方案是有所不同的 应根据具体条件 选择经济 合 理的工艺方案 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐 一 加工工序划分 在数控机床上加工零件 工序可以比较集中 一次装夹应尽可能完成全部工序 与 普通机床加工相比 加工工序划分有其自己的特点 常用的工序划分原则有以下两种 1 保证精度的原则 数控加工要求工序尽可能集中 常常粗 精加工在一次装夹下完 成 为减少热变形和切削力变形对工件的形状 位置精度 尺寸精度和表面粗糙度的 影响 应将粗 精加工分开进行 对轴类或盘类零件 将各处先粗加工 留少量余量 精加工 来保证表面质量要求 同时 对一些箱体工件 为保证孔的加工精度 应先 加工表面而后加工孔 2 提高生产效率的原则 数控加工中 为减少换刀次数 节省换刀时间 应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后 再换另一把刀来加工 其它部位 同时应尽量减少空行程 用同一把刀加工工件的多个部位时 应以最短的 路线到达各加工部位 实际中 数控加工工序要根据具体零件的结构特点 技术要求 等情况综合考虑 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲 二 加工路线的确定 在数控加工中 刀具 严格说是刀位点 相对于工件的运动轨迹和方向称为加工 路线 即刀具从对刀点开始运动起 直至结束加工程序所经过的路径 包括切削加工 的路径及刀具引入 返回等非切削空行程 加工路线的确定首先必须保证被加工零件 的尺寸精度和表面质量 其次考虑数值计算简单 走刀路线尽量短 效率较高等 薊镔 竖牍熒浹醬籬铃騫 济源职业技术学院毕业设计 2 6 36 3 工艺分析及处理工艺分析及处理 1 零件图工艺分析 已知毛坯为 40 100 的 45 钢 要求编制数加工程序并完成 零件的加工 图 6 1 轴零件图 2 刀具卡 济源职业技术学院毕业设计 3 表 6 2 刀具卡 产品名称或代 号 数控车削加工 与编程实训件 零件名 称 数控入门实 训件一 零件图 号 SXC401 序号 刀具 号 刀具名称数量加工表面刀尖半 径 R min 刀具方 位 T 备注 1T01 90 度硬质合 金偏刀 1粗车外轮廓 0 3 2T02 90 度硬质合 金偏刀 1精车外轮廓 0 23 3 加工方案及工序 1 加工方案 如图 7 9 所示 根据零件的工艺特点和毛坯尺寸 40 65 确定加工方案 用三爪 自定心卡盘夹紧 找正零件 伸出卡盘 50mm 加工零件外轮廓至尺寸要求 加工零 件前先对刀 设置编程原点在右端面的轴线上 加工程序 O0010 齡践砚语蜗铸转絹攤濼 2 加工工序 表 6 3 加工工序卡 工步 号 工步内 容 刀具号刀具规 格 mm 主轴转速 n r min 进给量 f mm min 背吃刀量 ap mm 备注 程序名 1粗车外 轮廓 留余量 0 5mm T01 25 20 600601 5自动 O0010 2精车各 表面至 尺寸要 求 T02 25 20 800400 25自动 O0010 五 编程及操作要点 济源职业技术学院毕业设计 4 1 数值计算 图纸上有公差值的尺寸 编程时取极限尺寸的平均值 由此可得 38 28 24 外圆的编程尺寸分别为 37 969 27 974 23 974 长度 40 的编程尺寸为 40 绅薮疮颧訝 标販繯轅赛 2 对刀 设置主轴转动指令 使主轴转动 X 向对刀 手动 手轮方式下 车削外圆 沿 Z 方向退刀 按下主轴停止键 测量切削外 圆的直径 如为 38 25 按录入方式 刀补键 移动光标到相应刀号的位置 如 1 号刀 在 101 输入 X38 25 按 INPUT 键 完成 X 方向对刀 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛 Z 向对刀 在手动 手轮方式下按主轴正转键使主轴转动 车削端面 沿 X 方向退刀 按 下主轴停止键 按录入方式 刀补键 移动光标到相应刀号位置 如 1 号刀在在 101 输入 Z0 按 INPUT 键 完成 Z 方向对刀 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵 这样刀尖便偏置到编程坐标系中 换 T02 刀 同理通过上述 步骤完成 90 度精刀的对刀过程 3 尺寸修正 对于试切的零件 在粗车后使用程序暂停指令 M01 停止机床转动 测量零件尺 寸是否符合要求 如有偏差 则要在精车前及时修正 修正方法为 按下录入方式 刀补键 LCD 屏幕上显示刀补画面 用 键或 键移动光标到设定补偿号的位置 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键 输入 X Z 值 例如图 4 1 所示零件 采用 T01 号 90 度偏刀粗车后 实际尺寸比零件要求外径 大 0 02mm 端面长 0 03mm 则按下录入方式 刀补键 进入刀具磨损补偿界面 用 键 或 键移动光标至 T01 对应的刀补号 001 输入 X 0 02 按 INPUT 输入 Z 0 03 按 INPUT 完成刀具磨损补偿 反之 若加工后的实际尺寸比工件要求尺寸小 则输入 数据 撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞 济源职业技术学院毕业设计 5 通过上述修正后 再进行精加工 即可达到尺寸要求 进行批量生产时 因为刀具生产磨 损导致测量零件尺寸偏大 用上述方法可补偿刀具的磨损量 踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄 6 36 3 工艺分析及处理工艺分析及处理 N1O G18 G23 G54 G71 G90 G94 刀架回换刀点 N20 M03 S1000 T1D1 调用 1 号粗车刀 主轴正转 n 1000r min婭鑠 机职銦夾簣軒蚀骞 N30 G00 X40 Z5 N40 ABC123 车削右端面 N50 R105 1 R106 1 R108 1 R109 7 R110 2 R111 200 R112 100譽諶掺铒锭试监鄺儕泻 N60 LCYC95 N70 G00 X200 Z200 N80 M05 N90 M06 T2D1 切槽刀 N100 M03 S500 N110 G00 X25 Z 20 粗车外圆柱面 N120 G01 X11 F50 N130 G00 X200 N140 Z200 N150 M05 粗车外圆柱面 N160 M06 T3D1 N170 M03 S1200 N180 G00 X40 Z5 N190 R105 5 N200 LCYC95 N210 G00 X200 Z200 N220 M05 N230 M06 T4D1 N240 M03 S800 N250 G00 X20 Z10 济源职业技术学院毕业设计 6 N260 R100 16 R101 0 R102 16 R103 15 R104 1 5 R105 1 R106 0 1 R109 4 5俦聹执 償閏号燴鈿膽賾 N270 LCYC97 N280 G00 X30 Z 10 粗车外圆锥面 N290 R100 20 R101 20 N300 N310 G00 X200 Z200 N320 M05 粗车外圆锥面 N330 M06 T2D1 N340 M03 S500 N350 G00 X35 Z 75 N360 G01 X 1 F50 粗车外圆锥面 N370 G00 X40 Z5 快速退刀到换刀点 主轴停转 N380 M02 程序暂停 子程序 ABC123 N10 G01 X13 Z0 增量编程 N20 X15 9 Z1 45 N30 Z 20 N40 X19 9 N50 X25 9 Z 50 N60 X26 N70 Z 57 N80 G02 X32 Z 60 R 3 N90 G01 Z 80 N100 X40 N110 M02 子程序结束 济源职业技术学院毕业设计 7 6 66 6 备注备注 1 F 功能 F 功能指令用于控制切削进给量 在程序中 有两种使用方法 每分种进给量 F 编程格式 G95F 其中 F 后面的数字表示的是主轴每转进给量 单位为 mm r 每分种进给量 G 编程格式 G94F 其中 F 后面的数字表示的是每分种进给量 单位为 mm min 2 S 功能 S 功能指令用于控制主轴转速 编程格式 S 其中 S 后面的数字表示主轴转速 单位为 r min 3 T 功能 T 功能指令用于选择加工所用刀具 编程格式 T 其中 T 后面通常有两位数表示所选择的刀具号码 但也有 T 后面用四位数字 前 两位是刀具号 后两位是刀具补偿号 又是刀尖圆弧半径补偿号 缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜 4 M 功能 M03 主轴顺时针旋转 M04 主轴逆时针旋转 M05 主轴旋转停止 M08 冷却液开 M09 冷却液关 M06 换刀 M30 程序停止 并复位到起始位置 5 G 功能 G00 快速移动点定位 济源职业技术学院毕业设计 8 G01 直线插补 G95 每转进给量 G90 绝对编程 G91 增量编程 济源职业技术学院毕业设计 9 7 数控加工的优势 1 数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床 机床的控制系统对输入信息 进行运算与控制 并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能部件 机床的伺服机 构发送脉冲信号 伺服机构对脉冲信号进行交换和放大处理 然后由传动机构驱动数 控机床 从而加工零件 所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取 即数控 编程 骥擯帜褸饜兗椏長绛粤 2 数控编程及其发展 数控机床和普通机床不同 整个加工过程中不需要人的操作 而由程序来进行控 制 在机床上加工零件时 首先要分析零件图样的要求 确定合理的加工路线及工艺 参数 计算刀具中心运动轨迹及其位置数据 然后把全部工艺过程以及其他辅助功能 主轴的正转与反转 切削液的开与关 变速 换刀等 按运动顺序 用规定的指令 代码及程序格式编制成数控加工程序 经过调试后记录在控制介质上 最后输入到书 空机床的数控装置中 以此控制数控机床完成工件的全部加工过程 因此 把从零件 图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制 癱噴导閽骋艳捣靨 骢鍵 3 数控编程一般分为手工编程和自动编程两种 1 手工编程 手工编程是指程序编制的整个过程步骤几乎全部是由人工来完成 的 对于几何形状不太复杂的零件 所需要的加工程序不长 计算也比较简单 出错 的机会较少 这时用手工编程即及时又经济 因而手工编程仍被广泛地应用于形状简 单的点位加工及平面轮廓加工中 但是工件复杂 特别是加工非圆弧曲线 曲面等表 面 或工件加工程序比较长的 使用手工编程将十分烦琐 费时 而且容易出现错误 常会出现手工编程工作跟不上数控机床加工的情况 影响数控机床的开动率 此时必 须用自动编程的方法编制程序 鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐 2 自动编程 自动编程有两种 APT 软件编程和 CAM 软件编程 APT 软件是利 用计算机和相应的处理程序后置处理程序进行处理 以得到加工程序的编程方法 在 具体的编程过程中 除拟定工艺方案仍主要依靠人工方案外 有些自动编程系统能 自动确定 最佳的加工工艺参数 其余的工作 包括数值计算 编写程序单 制作控 制介质 程序检验等各项工作均由计算机自动完成 编写人员只需根据图样的要求 济源职业技术学院毕业设计 10 使用数控语言编写出零件加工的源程序 送入计算机 由计算机自动地进行数值计算 后置处理 编写出零件加工程序单 并在屏幕模拟显示加工过程 及时修改 直至自 动生成相关数据 或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床 指挥机床工作 榄 阈团皱鹏緦寿驏頦蕴 CAM 软件是将加工零件以图形形式输入计算机 由计算机自动进行数值计算前置处 理 在屏幕上形成加工轨迹 及时修改 再通过后置处理形式加工程序输入数控机床 进行加工 自动编程的出现使得一些计算烦琐 手工编写困难的 或手工无法编出的