轴类零件加工课程设计-课程设计

轴类零件加工课程设计轴类零件加工课程设计 课程设计课程设计 轴类零件加工课程设计 第一章 任务书 2 第二章 设计内容 3 一 零件图分析 3 二 工艺措施的拟定 6 三 加工路线及进给路线 6 四 刀具选择 7 五 数控加工刀具卡 11 六 切削用量的选择 11 第三章 数控工艺卡片 14 一 数控加工工序卡 11 二 数字处理 13 三 数控加工程序单 17 第四章 小组总结 20 第五章 参考文献 22 第六章 个人总结 23 任务书设计题目 轴类零件加工 设计零件图 材料为45 钢热轧 无热处理及硬度要求及表面质量要求 设计内容一 零件图工艺分析 1 零件成型组成表面 零件由圆柱面 圆锥面 顺圆弧 逆圆弧和螺纹等几部分 组成 系数控加工可选内容 2 零件尺寸标注完整 轮廓表达清晰 零件结构合理 3 尺寸精度保证 图形上尺寸均为IT7级 用数控车床自身精度均可保证 编辑时 尺寸去基本尺寸即可 4 材料的选取 选用45 钢 热轧 无热处理及硬度要求 材料切削加工工艺性良 好 5 各成型表面连接复杂程度中等 加工连续时间部长 部须用可转位刀片 用一 般机夹硬质合金刀即可 由零件图分析加工此零件可得两种方案如下 加工方案一 加工路线 1 在普通机床上整外圆平端面 完成轴段 42 175mm 2 数控加工时 从右向左 右端设置中心孔 平整外圆 再平端面 3 先车 40 175mm轴段 4 车 37轴段 5 车 30轴段 6 车 20轴段 7 车锥面 8 车R18 R83 6 S 36圆弧 9 车削M20 2螺纹 10 车倒角 11 切槽 12 去夹持端 加工方案二 加工路线 1 在普床上整外圆平端面 完成轴段 40 175mm 左端切槽 16 5 夹持端槽 右端 40 2 加工中 从右向左 30 5 R18圆弧 R83 6圆弧S 36球面 R83 6圆弧 R18圆弧 30 5mm 3 从左向右 20 25 mm 锥面 20 30 30mm 4 车 20轴段的 16 5mm槽 5 车M20 2螺纹 6 车倒角 7 手动切断 由二种方案比较可得 方案一更易加工 保重产品质量 可行性较方案二 故选 方案一 二 工艺措施的拟定 1 图样上没有特别的精度要求 一般取表面精度为七级精度 使用中等精度数控 CJK6132即可保证零件的加工要求 编程时不用平均值编程直接用基本尺寸代入 2 选取毛坯 为符合加工需求 取 42 175mm的热扎45 中碳钢热轧 3 数控加工前先在普床上完成外圆的准备加工 先使之获得 42mm的外圆 从而 获得工件的回转轴线 然后再平端面 获得工件的长度基准 4 装夹方法 左端面采用三爪自定心卡盘定心夹紧 并保留足够的夹持长度 20毫 米 右端采用活动顶尖支撑的装夹方式 如下图所示 装夹示意图 5 定位基准 长度基准设为右端面 回转基准设为轴的轴线 设计基准 定位基准与工艺基准 三者要重合 以防基准不重合 在相应加工之前基准端面要先行加工 综上所述 首先在普床上平端面 加工外圆去除表面的余量达到要求完成坯料 然 后把工件放到数控车床上用三爪自定心卡盘夹持坯料左端 并留有足够的夹持 长度 20mm的夹持端 右端用顶尖固定 再由工艺设计内容依此加工圆球 圆弧 圆锥 倒角 退刀槽及螺纹 最后用切割刀切断即可完成 三 加工路线及进给路线 1 零件的加工顺序 先平端面 然后遵循先粗后精 从右到左 先近后远 的加工原则 加工时从右到左粗 车各面 粗车时留精加工余量0 25mm 由于螺纹系易损面 应后加工 最后用切割 刀切断 2 进给路线 A CJK6132车床具有粗车循环及螺纹循环的自动加工功能 加工时依据程序去 自动完成循环 加工时 注意螺纹的引入段及延伸段尺寸要足够 B 对精加工 依零件外轮廓走刀一次完成精余量的切除 C 螺纹走刀次数的确定 分五次走刀 切削深度依次为 0 9 0 6 0 6 0 4 0 1 最后重复一次去光刀去铁屑 引用参考文献 4表4 7 3 走刀路线图 图A为外轮廓走刀路线图 图B为精车走刀路线 图C为切槽走刀路线图 图D为螺纹切削走刀路线图 A 粗车外轮廓 B 精车外轮廓 C 切槽走刀路线 D 螺纹切削走刀路线 四 刀具的选择 刀具材料为硬质合金 1 粗车时循环车削轮廓 取一般硬质合金93 右偏刀 从右向左依次车外廓 为防止干涉取副偏角为35 取刀杆直径D 20mm 20mm 2 精 车 削 轮 廓 取硬质合金93 右偏刀 副偏角为35 取刀杆直径 D 20mm 20mm 为保证刀尖圆角半径r 小于结构上最小圆弧半径 取 r 0 15mm 0 2 mm 3 切 槽 刀 切削刃宽为5 mm 取刀柄D 20mm 20mm 4 螺 纹 刀 使用60 外螺纹硬质合金刀 取刀柄D 20 mm 20 mm 5 切 割 刀 切削刃宽为4 mm 取刀柄D 25 mm 25 mm 6 将以上所选定的刀具参数填入如下数控加工刀具卡 数控加工刀具卡 产品名称及代号零件轴 零件名称 零件轴 图号 A4 序号 刀具号 刀具规格及名称 数量 加工表面 备注 1 T01 93 硬质合金外圆刀 1 粗车外表面及平端面 右偏刀kr 35 2 T02 93 硬质合金外圆刀 1 精车外表面 右偏刀kr 35 3 T03 宽度为5 mm的切槽刀 1 切退刀槽 宽5 mm4 T04 60 硬质合金外螺纹刀 1 车螺纹 5 T05 切割刀1 切断宽4mm6 T06 5中心钻1 打中心孔GB T4459 5编制 审核 孙淮陵 批准 共1页 第1页 五 切削用量的选取 1 背吃刀量ap 查参考文献2 P133表4 2 P136表4 3 粗车循环 45 钢 经过热扎 ap 2 6 mm 取ap 3 mm 精车余量 ap 0 25 mm 螺纹循环 粗车 ap 0 4 mm 循环逐刀依次减少 精车余量ap 0 1 mm 2 主轴转速 查参考文献2 P136表4 3并参阅机床手册中 主轴转速 该零件的加工面由圆柱 圆锥 螺纹 球面等表面组成 因为工件材料为45 中碳 钢热轧 硬度在190 230HB之间 加工成型应能好 工作尺寸较小 为保证表面 精度要求选取切削速度范围为 Vc 90 160 m min Ra 1 25 2 5um 外廓加工 粗车加工 取Vc 65 m min Vc dn 1000 n 65 1000 3 14 42 500 r min 故取n 500 r min 精车加工 取Vc 130 mm min V c dn 1000 n 130 1000 3 14 35 1200 r min 故取n 1200 r min 端面加工 数控端面加工相当于粗加工取n 500 r min 螺纹加工 S 1200 2 80 520 r min 公式引用参考文献1公式5 1 取S 520 r min 退刀槽加工 S 400 r min 切割加工 S 400 r min 3 进给速度Vf的计算 Vf nf 参考文献2 P138表4 4 外轮廓 粗车 取f 0 4 mm r Vf 500 0 4 200 mm min 精车 取f 0 15 mm r Vf 1200 0 15 180 mm min 端面加工 Vf 200 mm min 螺纹加工 Vf sf np 1200 2 80 2 1040mm min 退刀槽加工 S 400 r min 取f 0 2 mm r Vf 400 0 2 80 mm min 切割加工 S 400 r min 取f 0 2 mm r Vf 400 0 2 80 mm min 根据上面的计算可得结果表如下 ap mm n r mm Vc m min f mm r Vf mm min 车 削 粗车 精车 3 0 25 500 1200 65 130 0 4 0 15 200 180 螺 纹 粗螺纹 精螺纹 0 9 0 1 520 520 1040 1040 切割 1 5 400 0 3 80 切槽 1 5 400 0 3 80 切端面 0 5 500 0 3 200 4 综合前面分析的各项内容 并将其填入数控加工工艺卡片 数控加工工艺卡片 单位名称 数控0702 产品名称或代号 零件名称 零件图号 启动轴 启动轴 070518 工序号 程序 编号 夹具名称 使用设备 车间 001 0008 三爪自定心卡盘 CJK6132数控车床数控加工中心工号 工步内容 刀具号 刀具规格 主轴转速 r min 进给速度 mm min 背吃刀量 mm 备注 1车端面T0125 255006000 8手动2打中心孔T06GB T4459 59502 0手动3从右至左粗车各面T0125 255003003自动4从右至左精车各面T0225 2512001500 25自动5切槽T0325 25400801 5自动6粗车螺纹T0425 2552010400 4自动7精车螺纹T0425 2552010400 1自动8切割T0525 25400801 5手动9用浸油 砂纸打磨切割面保证Ra3 2编制邱永丽审核孙淮陵批准共2页第页六 数字处理 1 将编程原点选在图形的最右端Op处 避免基准不重合时带来的误差 而且毋需进行尺寸链换算 2 由于精度要求不高 编程是直接用基本尺寸处理 3 节点计算 P1 X1 Z1 P2 X2 Z2 由图相似三角形得 101 6 18 96 6 X0 X0 17 114 mm 101 6 18 25 Z0 Z0 4 429Z2 95 Z0 90 571 mm X2 2X0 34 228 mm 则 P2 X2 Z2 为P2 34 228 90 571 无 因为 X1 X2 Z1 90 Z0 则 P1 X1 Z1 为 34 228 99 429 4 确定M20 2 mm螺纹走刀次数 计算螺纹牙底直径及牙深的计算 螺纹牙底直径 大径 2 牙深 20 2 0 6495 2 17 402 mm 牙深 0 6495P 0 6495 2 1 2990 mm 螺纹走刀次数的确定 分四次走刀 切削深度依次为0 9 mm 0 6 mm 0 6 mm 0 4 mm 0 1 mm 最后重复一次以光刀去除铁屑 3 螺纹切削次数参考表 附表一 附表1 普通螺纹切削深度及走刀次数参数表 普通螺纹 牙深 0 6495 P 螺距 螺距 1 01 52 02 53 03 54 0牙深 0 6490 9741 2991 6241 9492 2732 598 切 削 深 度 及 走 刀 次 数 1次0 70 80 91 01 21 51 52次0 40 60 60 70 70 70 83次0 20 40 60 60 60 60 64次0 160 40 40 40 60 65次0 10 40 40 40 46次0 150 40 40 47次0 20 20 48次0 150 39次0 2七 数控加工程序单 数控加工程序单零件号 070518 零件名称 零件轴 编制 程序号 0008 编制日期 审核 序号 程序内容 程序说明 1 0008 程序号 2 G50X150 Z50 T0101 设定工件坐标系建立刀具长度补偿 换1号刀 3 G96M03 S500 恒线速 主轴正转 速度为500r min 4 G00 X50 Z2 0 快速定位至循环起点 5 G90 X40 4 Z 155 O F0 4 圆柱切削循环 粗车进给量为0 4mm r 6 X37 0 Z 135 0 循环切削 7 X33 0 Z 60 0 循环切削 8 G01 X40 4 ZO 退刀至Z0 9 G71 U3 0 R1 0 每次背吃刀量3mm 退刀量1mm 10 G71 P1O Q20 U0 4 W0 2 F0 4 粗车进给量为0 4mm r 11 N10 GOO ZO 开始精车程序段 Z轴移至0 12 G01 G42 X16 0 F0 15 S1200 定精车进给量 切削速度 建立刀尖半径右补偿 13 X2O 0 Z 2 0 车倒角 14 Z 25 0 Z轴进刀 15 X30 0 Z 55 0 车锥度 16 N20 W 5 完成精车程序段 17 G02 X26 0 W 10 0 R18 0 车半径为18的凹弧 18 G02 X34 228 W 20 571 R83 6 车半径为83 6的凹弧 19 G03 X34 228 W 8 858 R18 0 车直径为36的球面 20 G02 X26 0 Z 120 0 R83 6 车半径为83 6的凹弧 21 G02 X30 0 W 10 0 R18 0 车半径为18的凹弧 22 GOO X150 0 Z50 0 快速退至安全点 准备换精车刀 23 T0202 S1200 换2号精车刀 速度调为1200r min 24 G00 X50 0 Z2 0 快速定位至循环起点 25 G70 P10 Q20 调用精车程序精车轮廓 26 G02 X26 0 W 10 0 R18 0 精车半径为18的凹弧 27 G02 X34 228 W 20 571 R83 6 精车半径为83 6的凹弧 28 G03 X34 228 W 8 858 R18 0 精车直径为36的球面 29 G02 X26 0 Z 120 0 R83 6 精车半径为83 6的凹弧 30 G02 X30 0 W 10 0 R18 0 精车半径为18的凹弧 31 G01 X40 0 X退刀 32 Z 155 0 Z走刀 33 G00 X150 0 Z50 0 快速退至安全点 准备换切槽刀 34 T0303 S400 换3号切槽刀 速度调为400r min 35 G00 X45 0 Z 25 0 将刀进至切槽的位置 36 G01 X16 0 F0 2 切槽 进给量为0 2mm r 37 G04 X2 0 在槽底停留2秒钟以确保圆柱度 38 G00 X42 0 Z 135 0 将刀进至切槽的位置 39 G01 X30 0 F0 2 切槽 进给量为0 2mm r 40 G04 X2 0 在槽底停留2秒钟以确保圆柱度 41 G00 X42 0 X向退刀 42 G00 X150 0 Z50 0 快速退至安全点 43 T0404 S520 换4号螺纹刀 速度调为520r min 44 GOO X22 0 Z15 0 快速定位至螺纹循环起点 45 G92 X19 1 Z 22 0 F0 4 第一次螺纹切削 46 X18 5 第二次螺纹切削 47 X17 9 第三次螺纹切削 48 X17 5 第四次螺纹切削 59 X17 4 第五次螺纹切削 50 X17 4 重复螺纹切削光刀去除铁屑 精车 51 G00 X150 0 Z50 0 快速退至安全点 52 M30 主轴停转 程序结束 并还回程序开头 小组总结 一 关于该工件数控加工内容的选择 以及尺寸和形位精度处理及表面粗糙度处理 1 数控加工内容的选择 适宜内容 普通机床无法加工的内容宜作为重点选择内容 普通机床难工 质量难以保证的内容作为重点选择内容 普通机床加工效率低 工人劳动强度大 在数控机床还有加能力充裕时进行选择 严禁内容 需长期占机调整的内容 加工余量不稳 在数控机床上加工部方便 效果不明显的内容 在普通机床上补 充加工 本设计工件精度要求为一般七级 表面粗糙度3 2um 所以既适于数控机床上又 适于在普通机床上加工 对于单件小批量生产适于在普通机床上加工 而对于成批量生产时 考虑到提高 生产效率 要在数控机床上完成 2 尺寸 形位精度及表面精度处理 1 尺寸精度保证 图形上尺寸均为IT7级 用数控机床身精度即可保证 通过测量装 置 进给装置和控制系统组成一个自动加工系统 尺寸测量 刀具补偿调整和切 削加工以及机床停车等一系列工作自动完成 达到所要求的尺寸精度 2 形位精度 定位基准 设计基准 测量基准及编程原点 四位一体 3 表面质量保证 表面粗糙度获得为一般加工要求 依车削工件Ra3 2 um 6 3 um之间本加工零件选择Ra3 2um 在用切割刀切断工件后要用油纸磨平以保证端 面Ra3 2 um 在确定走刀路线时 部允许有加工刀痕 二 关于坯件的下料方案的提出及处理 1 单坯件 在单件小批量生产中为便捷装夹 采用此方法 左端留出夹持端 此 方案应在普通机床上先整外围 后切端面 2 多坯件 在大批量生产中应将4根 42 175mm的棒料同时安装 此方案应在数 控车床上完成 为考虑经济效益节省加工工时 保证工件表面质量精度 所以使用这种方案 三 数控工艺制定过程 1 工艺措施选择理由 根据图样给定的尺寸 没有特别的精度要求 所以选取表 面精度为7级精度 使用中等精度数控机床 为符合加工要求 留20mm的左夹持 端留有适当的余量 所以选取 42 175mm的热轧45 圆刚 为保证加工精度在上 数控车床前先在普床上完成外圆的准备加工 使之获得 40mm的外圆从而获得 工件的回转轴线 根据走刀路线从右刀左所以用三爪自定心卡盘夹持左端 为保 证轴向固定 所以加予辅助支撑 右端用顶尖固定 2 加工路线设定选择 虽然破坏了零件的轴结构 但编程容易其加工较简单节省工时 由于程设计时间 有限 所以这样设计 3 工序划分原则使用说明 由于本加工内容不多 按安装次数划分工序 即以一 次安装完成 4 用量值选用处理 根据 数控加工工艺与装备 数控加工工艺与编程 中的参 考文献表格中的数据较理想 实际当中无法达到应选取降低20 5 编程时有关数据及指令选取 主轴转速为500r min 粗车循环每次ap 3mm 进 给量为0 4mm r切槽 进给量为0 3mm 切螺纹时转速为520r min 编程时主要用 到的指令有 G50工件坐标系的设定 恒线速G96 粗车循环G71 刀尖半径补偿G 42 车倒角切槽G01 车圆弧G02 G03 精车循环G70 切螺纹G92 6 夹具选用处理 由于本加工零件为对称轴类零件 采用三爪自定心卡盘 可自 动定心 装夹方便 夹紧方便 夹紧力较小 便于夹持外形规则的工件 四 关于本次设计过程中遇到的难题及解决途径 1 问题的发现与解决 1 由于本加工零件为矩轴加工零件 装夹四要左端留有20mm的装夹余量 为防止 轴向窜动 在轴端设一辅助支撑 2 由于螺纹深度较大 在切削时很难保证精度 在编程时应选用G92指令 而不能 用G32切削螺纹指令 3 加工路线中加工顺序应遵循先平端面 应后加工 以保证精度 4 各用量的选择要根据数 控加工工艺与装备 数控加工工艺与编程 中参考文献 中表格中参数降低20 2 总结经验 在加工短轴时 在用三爪自定心卡盘夹持左端时 为保证精度要在 右端用顶尖固定 但破坏了轴结构 3 在装夹时 在右端用顶尖固定来作为辅助支撑 但破坏了轴结构 是否可以找 到一种方案不会破坏轴结构 且加工较简单 较经济 参考文献 1 李志华 数控加工工艺与装备 北京 清华大学出版社 2005 2 张超英 罗科学 数控机床加工工艺 编程及操作实训 北京 高等教育出版社 200 3 3 李体仁 孙建功 数控