配合零件的数控加工.doc

配合零件的数控加工摘要：目前采用数控加工是解决该类零件圆弧曲面、锥面和高精要求圆柱面最有效的加工方法。数控加工的工序内容比普通机床的加工的工序内容复杂。这是因为数控机床价格昂贵，若只加工简单的工序，在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至是在通用机床上难以完成的那些工序。数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程编制复杂。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线的确定等问题，在数控加工时，这一切都无例外地都变成了固定的程序内容，正由于这个特点，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。配合零件的数控加工中涉及到零件图样工艺分析、加工方法和加工顺序的确定、装夹方案和夹具的选择、选择刀具及确定切削用量等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，完成了配合零件的数控加工。关键词：配合零件 ；数控加工工艺 ；数控编程前 言数控技术是数字控制（Numerical Control）技术的简称。它采用数字化信号对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。利用数控技术可以把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。采用数控技术的控制系统称为数控系统（Numerical Control System）。根据被控对象的不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统。所谓机床数控系统就是以加工机床为控制对象的数字控制系统。CAD/CAM技术是现代制造技术领域中的重要组成部分。经历半个多世纪的发展，至今已形成了比较完整的科学技术体系，并在高新技术领域占有很重要的位置。随着CAD技术的发展，CAD/CAM一体化成为可能。从20世纪90年代起，CAD/CAM技术向标准化、智能化的方向发展。为了实现系统集成，资源共享和产品生产与组织管理的高度自动化，提高产品的竞争CAD/CAM系统之间和各个子系统之间要进行统一的数据交换。轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。2一、 数控加工工艺（一）数控加工工艺内容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，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序，这样才能充分发挥数控加工的优势。1.选择并确定进行数控加工的内容（1）适于数控加工的内容一般情况下通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容，例如： 由轮廓曲线构成的回转；表面具有微小尺寸要求的结构表面；同一表面采用多种设计要求的结构表面间有严格关系的要求的表面。 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等方面都会得到明显提高。（2）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等方面都会得到明显提高。下列一些内容不宜选择采用数控加工：a.占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容。 b.加工部位分散，需要多次安装、设置原点。c.按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。此外，在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。(二)对零件图进行数控加工工艺分析1. 结构工艺性分析(1)零件结构工艺性零件结构工艺性是指在满足使用要求前提下零件加工的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于加工成型并且成本低、效率高。对零件进行结构工艺性分析时要充分反映数控加工的特色，一定要把重点放在零件图纸和毛坯图纸初步设计与设计定型之间的工艺性审查与分析上。(2)零件结构工艺性分析的主要内容a. 审查与分析零件图纸中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点。b. 审查与分析零件图纸中构成轮廓的几何元素的条件是否充分、正确。c. 审查与分析在数控机床上加工时零件结构的合理性。2. 精度及技术要求分析只有在分析零件精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、进给路线、刀具及切削用量等进行正确而合理的选择。主要包括：a. 分析精度及各项技术要求是否齐全、合理；b. 分析本工序的数控加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其它措施弥补的话，注意给后续工序留有余量；c. 找出图样上有较高位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成；d. 对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切削。数控加工是一种基于的加工，分析数控加工工艺过程不可避免地要进行数字分析和计算。对零件图形的数字处理正是数控加工这一特点的突出体现。（三）编程原点的选择同一个零件，同样的加工由于编程原点选的不同，尺寸字中得数据就不一样，所以变成之前首先要选定编程原点。从理论上说，编程原点选在任何位置都是可以的。但实际上，为了换算尽可能简便以及尺寸较为直观（至少让部分点的指令值与零件上的尺寸值相同），应尽可能把编程原点的位置选的合理，编程原点的确定原则为：1.将编程原点选在设计基准上并以设计基准为定位基准，这样可避免基准不重合而产生的误差及不必要的尺寸换算；2.容易找正对刀，对刀误差小；3.编程方便；4.在毛坯上的位置能够容易，准确地确定，并且各面得加工余量均匀；5.对称零件的编程原点应选在对称中心。一方面可以保证加工余量均匀，另一方面可采用镜像编程，编一个程序加工两个工序，零件的形廓精度高。（四）编程尺寸设定值的确定编程尺寸设定值应为该尺寸误差分散中心，但由于事先无法知道分散中心的确切位置，可先由平均尺寸代替，最后根据试加工结果进行修正，以消除常值系统性误差的影响。编程尺寸设定值确定的步骤:1.精度高的尺寸处理，将基本尺寸换算成平均尺寸；2.几何关系的处理，保持原重要的几何关系，如角度，相切等不变；3.精度低的尺寸的调整，通过修改一般尺寸保持零件原有几何关系，使之协调；4.节点坐标尺寸的计算，按调整后的尺寸计算有关未知节点的坐标尺寸；5.编程尺寸的修正，按调整后的尺寸编程并加工一组工件，测量关键尺寸的实际分散中心并求出常值系统性误差，再按此误改程序。（五）数控加工工艺设计方法数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作好准备。1机床的选择当工件表面的加工方法确定之后，机床的种类就基本确定了。为了正确的为每一道工序选择机床，除了充分了解机床的技术性能外，还要考虑以下几点：(1)工序节拍适应性机床的类型应与工序的划分原则相适应，再根据加工对象的批量和生产节拍要求来决定。(2)形状尺寸适应性机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应。即小工件则选小规格的机床加工，大工件则选大规格的机床加工。(3)加工精度适应性机床的精度与工序要求的加工精度相适应。机床精度过低，不能保证加工精度，机床精度过高，又会增加零件的制造成本，应根据加工精度要求合理选择，保证有三分之一的储备量。2.确定走刀路线和安排工步顺序(1) 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点： a.首先按已定工步顺序确定各表面加工进给路线的顺序;b.所定进给路线应能保证工件轮廓表面加工后的精度和粗糙度要求; c.寻求最短加工路线，可节省定位时间，提高了加工效率;d.选择使工件在加工后变形小的路线，对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。(2) 工步顺序安排的一般原则：a.先粗后精；b.先近后远；c.内外交叉；d.保证工件加工刚度原则；e.同一把刀能加工内容连续加工原则。3. 确定定位和夹紧方案(1)在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：a.尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；b.尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工面；c.避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；d.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。(2)夹具的选择：a.当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短准备时间，节省生产费用；b.在成批生产时才考虑采用专用，并力求结构简单，夹具结构应有足够的刚度和强度；c.因为在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件夹紧引起的变形造成工件加工不良；d.夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，加工部位开阔，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给。4.选择刀具并确定刀具与工件的相对位置 （1）刀具选择应根据机床的加工能力、工件材料的性质、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选择刀具及刀柄。刀具选择的总原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。选择刀具还要考虑几点：a.切削性能好； b.精度高；c.可靠性高；d.耐用度高；e.断屑及排屑性能好。(2)对刀点对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点心也叫做“程序起点”或“起刀点”。对刀点的选择原则如下： a.所选的对刀点应使程序编制简单； b.对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；c.对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；d.对刀点的选择应有利于提高加工精度。使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。“刀位点”是指刀具的定位基准点。（3）换刀点换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。 由于在装夹中需要加工的工件毛坯尺寸分别为100X50mm、40X50mm、60X50mm，为了避免换刀时发生刀架与毛坯相撞以及考虑到刀具的空行程问题所以工序一换刀点选定为(100.0,200.0)。5.确定切削用量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。 (1) 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。(2) 进给速度的确定进给速度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。确定原则： a.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100200mm/min范围内选取; b. 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2050mm/min范围内选取;c. 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2050mm/min范围内选取; d. 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。(3)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0.20.5mm。(4)切削速度的确定切削速度与机床主轴之间的转换关系为：Vc=dn/10006.加工余量的确定加工余量是指加工时从加工表面上切去的金属层厚度。加工余量可分为工序余量和总余量。又因为结合本工件实际情况，运用经验估计法，该工件的粗车余量为1mm,精车余量为0.2mm。如有变动，将在后面继续论述。确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下，尽可能减小加工余量。主要方法有：经验估计法、查表修正法、分析计算法。 (六)高速切削技术 高速切削的切削速度比常规切削速度高510倍以上。高速切削加工技术体系是机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控、切削机理等诸多方面的有机集成。 1.特点：（1）切削力随着切削速度的提高而下降； （2）切削产生的热量绝大部分被切屑带走； （3）加工表面质量提高； （4）在高速切削范围内，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率范围。2优点： （1）有利于提高生产效率； （2）有利于改善工件的加工精度和表面质量； （3）有利于减少模具加工中的手工抛光；（4）有利于减小工件变形；（5）有利于使用小直径刀具； （6）有利于加工薄壁零件和脆性材料； （7）有利于加工较大零部件3应用加工材料：适于高速切削加工的工件材料包括铝合金、钢、铸铁、铅、铜及铜合金，此外还包括模具钢、钛合金、不锈钢、镍基合金、纤维增强合成树脂等难加工材料。工件材料高速切削速度超高速切削速度纤维增强塑料100080008000铝合金100070007000铜合金90050005000灰铸铁80030003000钢50020002000钛合金100100010004应用范围：目前，高速切削加工技术主要应用于车削和铣削工艺，今后将涵盖所有的传统加工范畴，从粗加工到精加工，从车削、铣削到镗削、钻削、拉削、铰削、攻丝、滚齿等。航空制造业、模具制造业、汽车制造业等行业均已积极采用高速切削加工技术。二、 配合件的数控加工(一)零件图工艺分析图1 配合零件图该配合件由外圆柱面、槽、圆弧、倒角、孔、螺纹及锥面等组成，结构形状复杂，加工部位多，非常适合数控车削加工。精度上，该零件的多处外圆尺寸精度要求较高，编程时可取平均值。此外，由于圆弧半径较大，可采用圆弧插补程序切削，这样方可保证切削精度。倒角处角度为145。又因该配合件较复杂，故应当先加工第一个轴件的右端，调头装夹20mm，用复合循环加工；再加工第二个轴件，同样先加工出右端，调头加工左端；最后加工配件，钻30孔镗内锥调头镗内锥，车削结束。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45#钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。在数控加工中车削加工余量粗车时直径余量1.0mm，精车时直径余量0.2mm。（查数控加工工艺及设备表41）根据要求上述工艺要求，综合加工效率等因素，该零件加工可选用FANUC机床厂的CKA6140数控车床，车床布局为水平床身水平导轨,回转刀架。（二）工件的定位基准与夹具方案的确定为了便于装夹和使工序基准与定位基准统一，并敞开所有的加工部分，选择毛坯轴线为径向定位基准，利用卡盘装夹。这种方法比较安全并且精度高，但需要调头装夹。具体如下，先将第一轴件右端车削，用来作为左端加工时的基准，调头再在用一顶一夹情况下，车出左端的尺寸；然后，再加工第二轴件，车出右端的尺寸作为左端加工的基准，调头再在用一顶一夹情况下，加工出左端；最后加工配件，需调头加工又因为第二次调头装夹时工件定位不准确，故应当在卡盘卡口装上一填塞物，使得每次调头时，伸出的长度为20mm,这样才能保证工件的顺利装夹与切削。三次所选夹具为硬质卡盘，又因为调头装夹后精度会有偏差，故应当用跳动百分表找正。（三）工序尺寸及其偏差的确定由零件图1可知，先确定加工余量，查数控加工工艺及设备表4-1得粗车余量为1.0 mm，精车余量为0.2 mm，总余量为1.2 mm。图1中尺寸精度要求不太高，可不必进行尺寸链的计算。（四）数控加工工艺文件填写1.数控加工工序卡片表1酒泉职业技术学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号轴件车间使用设备CKA6140数控车床工艺序号程序编号01 O0001夹具名称夹具编号三爪自定心卡盘工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备 注1粗车锥面018000.261.52精车锥面0112000.11.53钻孔025000.24镗孔0310000.151.55切槽045000.21.56车螺纹05600编制审核批准年月日第 页表2酒泉职业技术学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号轴件车间使用设备CKA6140数控车床工艺序号程序编号02 O0002夹具名称夹具编号三爪自定心卡盘工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1粗车30外圆018000.262.02粗车R20顺圆弧018000.262.03粗车R20逆圆弧018000.262.04精车0112000.10.25编制审核批准年月日第 页表3酒泉职业技术学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号轴件车间使用设备CKA6140数控车床工艺序号程序编号03 O0003夹具名称夹具编号三爪自定心卡盘工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1粗车外圆018000.262.02精车外圆0112000.10.25编制审核批准年月日第页表4酒泉职业技术学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号轴件车间使用设备CKA6140数控车床工艺序号程序编号01 O0004夹具名称夹具编号三爪自定心卡盘工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备 注1粗车26.82外圆018000.262.02粗车锥面018000.262.03精车0115000.130.254切槽025000.135车螺纹03500编制审核批准年月日第 页表5酒泉职业技术学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号配件车间使用设备CKA6140数控车床工艺序号程序编号01 O0005夹具名称夹具编号三爪自定心卡盘工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备 注1钻30孔015000.22镗锥孔028000.21.5编制审核批准年月日第 页2. 数控加工刀具卡片表6产品名称或代号XXX零件名称配合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备注1T0190硬质合金外圆车刀1车端面及外轮廓0.5后角大于432T0225钻头1钻25mm的孔3T0330钻头1钻30mm的孔4T04镗刀1镗孔5T05外槽刀1切槽刀宽为3mm6T06内槽刀1切槽刀宽为3mm7T0760外螺纹车刀1车M26.8螺纹0.1刀尖角为59308T0860内螺纹车刀1车M27螺纹0.1刀尖角为59303.数控加工量具卡片表7量具名称量具规格数量测量部位备注游标卡尺精确到0.02mm1各槽及总长尺寸最大量程150mm千分尺精确到0.01mm130 35 48最大量程为50圆弧样板1内、外圆螺规M2721M2724尺寸计算螺纹牙型深度:t=0.54PD外径 =D-0.12PD内径 =d底径 =D-1.08P三、数控加工程序第一轴件的右侧程序：O0001T0101;（90外圆刀）M03 S800 M08;G00 X48 Z2.0;Z-45 F0.2;X53;G00 Z2.0;G90 X48 Z-20 R-6 F0.2;X44;X40.5;G01 X36 Z0 F0.1 S1200;X40 Z-20;X50G00 X100 Z200;T0202; （25钻头） G00 X0.0 Z3 S500;G01 X0.0 Z-25 F0.2;Z3;G00 X100 Z200;T0303; （镗刀）G00 X27 Z2 S1000;G01 X27 Z-25 F0.15;X0.0;Z2.0 F1; X25;G01 X25 Z-25 F0.15;X0.0;Z2 F1;G00 X100 Z200;T0404; （3mm的内槽刀）G00 X0 Z2 S500;G01 Z-23 F1;X30 F0.2;G04 P2;G01 X20 F1;Z-25;X30 F0.2;G04 P2;X0;G01 Z3 F1;G00 X100 Z100;T0505; （60内螺纹车刀）G00 X25 Z2.0 S600;G92 X27.8 Z-22 F2;X28.6;X28.9;X29.10;X29.16;G00 X0;Z100;X100;M05 M09;M30;第一轴件的左侧程序：O0002;T0101; （90外圆刀）M03 S800 M08;G00 X53 Z2.0;G71 U1.5 R1.0;G71 P100 Q200 U0.3 W0.1 F0.26;N100 G01 X26 Z0.0 F0.1 S1200;X30.0 Z-2.0;Z-14.37;G02 X34 Z-42.8 R20;G03 X48 Z-58 R20;N200 G01 X53;G70 P100 Q200;G00 X100 Z100 ;M05 M09;M30;第二轴件的右侧程序：O0003 T0101; （90外圆刀）M03 S800 M08;G00 X53 Z2;G01 X48 F1;Z-20 F0.2;G00 X50 Z2;G01 X45 F1;Z-13 F0.26;X50 ;G00 Z2;G01 X40 F1;Z-13 F0.2;X50;G00 Z2;G01 X36 F1;Z-13 F0.26;X50;G00 Z2;G01 X35 F1 S1200;Z-13 F0.1;X50;G00 X100 Z100;M05 M09;M30;第二轴件的左侧程序：O0004;T0101; （90外圆刀）M03 S800 M08;G00 X53 Z2;G71 U1.5 R1.0;G71 P100 Q200 U0.3 W0.1 F0.26;G00 X27 Z2.0;P100 G01 X24.32 F0,13 S1500;X26.58 Z-1.0;Z-23.0;X36.2;X40 W-19;P200 X53;G70 P100 Q200;G00 X100 Z100;T0202; （3mm的槽刀）G01 X40 Z-20 F1.0 S800;X24 F0.13;G04 P2;G01 X40 F1.0;Z-23;X24 F0.13;G04 P2;G01 X53 F1.0;G00 X100 Z100;T0303; （60螺纹刀）G00 X30 Z2.0 S500;G76 P020060 Q100 R0.1;G76 X24.42 Z-22.0 R0 P1080 Q500 F2;G00 X100 Z100;M05 M09;M30;配件的装夹：O0005T0101； （90外圆刀）M03 S500 M08;G00 X0 Z5;G01 Z-45 F0.2;G00 Z5;X100 Z100;T0202;G00 X30 Z2 S800;G90 X30 Z-20 R4 F0.2;X34;X35.5;G01 X47.5;G01 X36 Z-20 F0.1;X30;Z5 F1;G00 X100 Z100;F05 M09;F30;设计小结在开始做毕业设计前，我认真阅读了毕业设计指导书，对零件图进行仔细的分析，从而在设计前有一个清晰的思路，也为我的设计打下了基础。首先我对零件进行了工艺分析，如毛坯尺寸大小的确定和材料的确定，选择合适的加工方法，拟定加工方案，选择合适的夹具、刀具与切削用量的确定等。在工艺分析上，让我们巩固了在大一大二时学的机械制造、机械制图、机械设计、公差与配合、金属工艺CAD