成文浩圆锥轴套配合件车削工艺设计.doc

南京交通职业技术学院机电一体化专业专科毕业论文 论文题目 圆锥轴套配合件车削工艺设计 学生姓名 成文浩 学 号 3 指导教师 董金梁 专 业 机电一体化 年 级 0722 教 学 点 江苏省交通技师学院 2011 年 12 月 15 日 目录目录 摘要摘要 1 abstractabstract 2 引言引言 3 1 1 数控机床概述数控机床概述 4 1 1 数控机床的组成和工作原理 4 1 1 1 数控机床的基本组成 4 1 1 2 数控机床的工作原理 4 1 2 数控机床的应用范围 4 1 3 数控机床分类 5 1 3 1 按控制刀具与工件相对运动轨迹分类 5 1 3 2 按加工方式分类 5 1 4 数控及自动编程的发展简介 5 1 4 1 数控机床的发展过程 5 1 4 2 自动编程软件的发展 联系及优越性 5 2 2 轴套配合件的车削工艺要求轴套配合件的车削工艺要求 7 2 1 车削零件时注意的要点 7 2 2 车削零件时考虑尺寸的精度要求 7 2 3 车削时应注意形状和位置精度要求 7 3 3 圆锥轴套配合件车削工艺设计实例圆锥轴套配合件车削工艺设计实例 8 3 1 圆锥轴套配合件实体零件生成 8 3 2 车削工艺分析 8 3 3 选择切削用量 10 3 3 1 主轴转速的确定 10 3 3 2 进给速度的确定 10 3 3 3 背吃刀量确定 10 结论结论 12 致谢致谢 13 参考文献参考文献 14 1 摘要摘要 为了在激烈的巿场竞争中立于不败之地 各工业发达国家均投入了大量的资金 对 现代制造技术进行研究开发 并提出了各式各样全新的制造模式 如集成制造 柔性制 造 智能制造 数字制造 网络制造等 其目标是提高制造的效率 精度和加工的适应 性并且降低生产成本 数控机床作为现代制造系统的基础单元 其功能的强弱和性能的好坏决定着制造模 式的成败 为适应复杂的制造过程 数控技术正在发生根本性的变化 在体系结构方面 数控系统已基本上实现由专用型封闭式结构模式向通用型开放式结构模式的转变 并 向基于 pc 的数字化体系结构发展 在网络化基础上 数控系统可与 cad cam 集成为一体 数控机床的联网运行 使车间网络化监控 维护与管理融为一体 在数控的高速 高 精 高效方面 采取了许多措施 如高速下的平滑控制算法 提高系统的快速响应能力 提高反馈和控制环节的数据分辨率等等 得到了不错的效果 在智能化控制方面 通 过采样加工过程中影响产品加工质量的外部变量 实现了加工参数的自动修正 调节与 补偿 有效提高了 cnc 的工作效率 本课题需要设计者在设计零件的数控加工工艺时 首先遵循普通加工工艺的基本原 则与方法 还需要考虑数控加工本身的特点 材料的性质和零件程序编制以及对刀具的 认识 全面了解数控加工工艺的特点及内容 在选择和决定数控加工零件及其内容后 应对零件的数控加工工艺流程进行全面的分析 最后根据生产实践中所得出总结的一些 工艺原则 结合生产的实际条件 制定较好的工艺路线 关键词 关键词 数控机床 车削 工艺 2 abstractabstract for in the intense market competition remain invincible the developed countries have invested a lot of money to the modern manufacturing technology research and development and put forward the every kind of new manufacturing mode such as integrated manufacturing flexible manufacturing intelligent manufacturing digital manufacturing network manufacturing its goal is to improve manufacturing efficiency accuracy and processing adaptability and reduce the production cost cnc machine tools as the modern manufacturing system based unit its functional strength and performance determines the success or failure of manufacturing mode in order to adapt to the complex manufacturing processes cnc technology is undergoing a fundamental change in architecture cnc system has been basically achieved by special type closed structure mode to the general purpose open architecture model transformation and to pc based on digital architecture development in the network on the basis of the nc system and cad cam integration as one numerical control machine tool networking operation make the workshop network monitoring maintenance and management of com in nc high speed high precision high efficiency has taken many measures such as high speed smooth control algorithm improve the system improve the rapid response ability of the feedback and control aspects of the data resolution and so on obtained good results in intelligent control through sampling and processing effect of processing quality of products in the process of external variables realize the processing parameter correction automatic regulation and compensation improve the work efficiency of cnc this task requires designers to design parts of nc machining process first of all to follow the ordinary processing technology the basic principles and methods but also needs to consider the nc processing itself characteristic material properties and part program as well as the tool knowledge a comprehensive understanding of nc machining process and content in the choice and decision of nc machining and its contents on parts of the nc machining process to conduct a comprehensive analysis according to the production practice that summarizes some principle of combining technology production of the actual conditions develop better craft route key words nc machinetool lathe process 3 引言引言 科学技术和社会生产的不断发展 对机械产品的性能 质量 生产率和成本提出了 越来越高的要求 机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一 他不 仅能够提高品质质量和生产率 降低生产成本 还能改善工人的劳动条件 但是采用这 种自动和高效率的设备需要很大的初期投资 以及较长的生产周期 只有在大批量的生 产条件下 才会有显著的经济效益 随着消费向个性化发展 单件小批量多品种产品占到 70 80 这类产品的零件一 般采用通用机床来加工 而通用机床的自动化程度不高 基本上由人工操作 难于进一 步提高生产率和保证质量 特别是由曲线 曲面组成的复杂零件 只能借助靠模和仿行 机床或者借助画线和样板用手工操作的方法来完成 其加工精度和生产率受到极大影响 为了解决上述问题 满足多品种 小批量 特别是结构复杂精度要求高的零件的自 动化生产 迫切需要一种灵活的 通用的 能够适应产品频繁变化的 柔性 自动化机 床 数控机床才得已产生和发展 4 1 数控机床概述 1 1 数控机床的组成和工作原理 1 1 1 数控机床的基本组成 数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤实现 1 根据被加工零件的图样与工 艺方案 用规定的代码和程序格式编写加工程序 2 所编程序指令输入机床数控装置 3 数控装置将程序 代码 进行译码 运算之后 向机床各个坐标的伺服机构和辅助控 制装置发出信号 以驱动机床的各运动部件 并控制所需的辅助动作 最后加工出合格 的零件 由此可知 数控机床的基本组成包括加工程序 输入输出装置 数控系统 伺服系 统和辅助控制装置 反馈系统 电器逻辑装置以及机床本体 由下图 1 1 可知机床数控 系统的基本工作流程 加工程序 计算机 数字控 制装置 cnc 主轴电机 机床本体 进给电机 位置检测 速度 控制 单元 主轴 控制 单元 可编 程控 制器 plc 图 1 1 机床数控系统的基本工作流程 1 1 2 数控机床的工作原理 由上图可知 数控机床在加工时 是根据工件图样要求及加工工艺过程 将所用刀 具及机床各部件的移动量 速度及动作先后顺序 主轴转速 主轴旋转方向及冷却等要 求 以规定的数控代码形式 编制成程序单 并输入到机床专用计算机中 然后 数控 系统根据输入的指令 进行编译 运算和逻辑处理后 输出各种信号和指令 控制机床 各部分进行规定的位移和有顺序的动作 加工出各种不同形状的工件 1 2 数控机床的应用范围 1 轮廓形状复杂 加工精度高的零件 2 用普通机床加工时 需要制作复杂工艺装备的零件 3 用普通机床加工时 工艺路线过长 工装过多的零件 5 4 多品种 小批量生产的零件 100 件以内 5 新产品的试制零件 6 价值昂贵 加工中不许报废的零件 7 生产周期段的急需件 8 集铣 钻 镗 扩 铰 攻螺纹等多种工序于一体的零件 1 3 数控机床分类 1 3 1 按控制刀具与工件相对运动轨迹分类 分为点位控制或位置控制数控机床 轮廓控制数控机床两大类 1 3 2 按加工方式分类 1 金属切削类 如数控车 钻 镗 铣 磨 加工中心等 2 金属成型类 如数控折弯机 弯管机 四转头压力机等 3 特殊加工类 如数控线切割 电火花 激光切割机等 4 其他类 如数控火焰切割机 三坐标测量机等 1 4 数控及自动编程的发展简介 1 4 1 数控机床的发展过程 由于计算机科学技术的发展 1952 年美国泊森斯公司 parsons 和麻省理工学院 m i t 合作 研制成功了世界上第一台以数字计算机原理为基础的数字控制 numerical control 简称 nc 三坐标铣床 开创了机械加工自动化的新纪元 1955 年 数字控制 简称数控 机床进入使用化阶段 在发展曲面的加工中发挥了重要的作用 我国从 1958 年开始研制数控机床 60 年代中期进入实用阶段 目前我国已有许多机床厂 能够生产不同类型的数控机床 我国经济型数控机床的研究 生产和推广也取得了较大 的发展 有力的推动了各行业的技术改造 取得了明显的经济效益和社会效益 未来数 控机床的发展趋势主要表现在以下三个方面即数控技术水平方面 数控系统方面及驱动 系统方面 1 4 2 自动编程软件的发展 联系及优越性 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 6 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 从狭义上讲 nc 编程就是 cam 的同意词 利用 nc 加工技术 可以快速应对市场的变 化 提高产品的竞争力 同传统机械加工相比 nc 加工具有如下优势 缩短了产品加工是的辅助时间 提高了加工效率 利用数控机床 特别是数控加工 1 中心进行 nc 加工 基本上一次装夹 减少了夹具设计与制造以及工件定位与装夹时间 加工精度高 安全可靠 利用数控机床和 nc 加工技术 可以在制造前进行加工路 2 径的模拟和仿真 减少加工过程中的误差 并能进行干涉检查 能够及早发现加工过程 中的问题并加以修正 可以加工复杂的零件 一般机床不能加工的零件 都可以在数控机床上进行加工并 3 且加工精度高 可重复性好 随着 cad cam 一体化技术的发展 很多著名的软件都具有很强的 nc 功能 在中国使 用较为广泛的集成软件有 pro engineer ugil master cam 和 catia 等 pro engineer 是 cad cam capp pom 于一体的 能够完成制造业所需的各个方面功能设计的软件包 pro engineer 集成了零件设计产品装配及 nc 加工 具有铣削 车削 点火花线切割等加 工编程能力 7 2 轴套配合件的车削工艺要求 数控加工工艺分析涉及面很广 在此主要从数控加工的可能性和方便性方面来分析 在设计零件的加工工艺规程时 首先要对加工对象进行深入分析 2 1 车削零件时注意的要点 在编程车削加工零件时 需计算出每个节点的坐标 要对构成零件轮廓所有几何元 素进行定义 因此在分析零件图时应注意 根据零件图纸上给出的尺寸数据 选择符合程序编制方便的原理 根据零件各加工部件的结构工艺性 选择符合数控加工特点 根据零件图纸 确定合适的工作坐标系 在装夹过程中 应尽量减少装夹次数 2 2 车削零件时考虑尺寸的精度要求 分析图纸的尺寸精度要求 以判断能否利用车削工艺达到 并确定控制其尺寸精度 的工艺方法 在该项分析过程中 还可以同时进行一些尺寸的换算 如增量尺寸与绝对尺寸 在 利用数控车床车削零件时 常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为 编程的尺寸依据 2 3 车削时应注意形状和位置精度要求 零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据 加工时 要按照其 要求确定零件的定位基准和测量基准 还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性 处理 以便有效的控制零件的形状和位置精度 8 3 圆锥轴套配合件车削工艺设计实例 3 1 圆锥轴套配合件实体零件生成 实体是利用 pro e 软件生成的 首先打开 pro e 软件新建一个零件窗口 然后草绘 出来零件的二维零件图 在利用软件中的实体把二维图转换成实体 如图 3 1 所示 先保存一下 然后在打开一个制造的窗口 这样会弹出一个对话框 先点装配 有回弹 出一个子菜单 再点装配 把刚才保存的零件装配到制造这个窗口上 调一下约束 把 零件调到完全约束状态 然后点击完成 点里面的创建按扭 在下面的菜单栏里点定义 后会弹出一个窗口 然后在实体零件上选一个与轴长平行的基准面 在选一个与轴垂直 的基准面 然后会自动弹出草绘界面 在那上面草绘出一个比实体零件大的圆 70 然后点确定按扭 把生成的毛坯覆盖住零件长度 146 这样就完成了毛坯的生成 如图 3 2 所示 图 3 1 二维图转换成实体 图 3 2 毛坯的生成 3 2车削工艺分析车削工艺分析 分析零件图纸和工艺分析 1 如图 3 3 所示该轴类零件由圆柱 圆锥 圆弧 螺纹和槽等表面组成 零件材料为 45 号钢 无热处理要求 该零件进行精加工 图 3 3 中 70 不加工 9 图 3 3 零件图 通过上述分析 可以采用下面的工艺措施 选用具有直线 圆弧插补功能的数控车床加工 机床名称 cjk6032a 数控机床 如下图 3 4 所示 图 3 4 cjk6032a 数控机床 确定装夹方案 2 由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置 因而根据要求夹具能保证零件在 机床的正确坐标方向 同时协调零件与机床坐标系的尺寸 因此数控机床的夹具应定位 可靠 稳定 一般采用三爪自定心卡盘 四爪单动卡盘或弹簧夹头 分析本工件为外轮 廓加工 外表面可以依次加工 无内孔 可采用一次装夹完成粗 精加工 为了保证在加工螺纹时确保工件不来回晃动 减少误差 一般以轴线和左端面为定位 基准 左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧 右端采用活动顶尖支撑装夹方案 确定加工路线及进给路线 3 加工顺序的确定按由内到外 由粗到精 由近到远的原则确定 在一次装夹中尽可 能加工出较多的工件表面 因此在本设计中加工路线是按先粗车 给精车留余量 1mm 然后再精车 按先主后次的加工原则尽量使 刀具集中 即用一把刀加工完相应的部位 在换另一把刀加工其他部位 以减少空行程和换刀时间 因此 1 车外圆 自右向左加工 起加工路线为 先倒角 切削螺纹的实际外圆 28 侧 角 切削锥度部分 撤消圆弧部分 车削 66 2 切槽 考虑到槽不太宽 可采用一把刀一刀完成 选择刀具宽度与槽宽相等 分多刀 步进切削 步进深度为 1mm 3 车螺纹 分析螺纹深度不深 采用两刀完成螺纹加工 4 切断 零件加工结束后 选择切断刀将工件从棒料上分离出来完成一个零件的加工 10 3 3 选择切削用量 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 3 3 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 根据本次加工的实 际情况选择主轴转速为 车直线 圆弧和切槽时其粗车主轴转速为 400r min 精车时 主轴转速 900r min 车螺纹时的主轴转速为 400r min 3 3 2 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进度和表面粗糙 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 一般粗车选用较高的进给速度 以便较快去除毛坯余量 精车以考虑表面粗糙和零 件精度为原则 应选择较低的进给速度 进给速度如表 3 1 所示 表 3 1 进给速度表 粗精 外圆 0 15min r0 08min r 内孔 0 05min r0 04min r 槽 0 04 min r 在本例中选择进给速度为 粗车时 选取进给量为 0 14mm r 精车时 选取进给量 为 0 08mm r 车螺纹时 进给量等于螺纹导程 选为 1 5mm r 3 3 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