轴类零件的数控加工与编程设计.doc

1 轴类零件的数控加工与编程轴类零件的数控加工与编程 2 目目 录录 一 拟加工轴类零件图 1 二 数控加工工艺内容的选择 1 三 数控加工方法的选择 2 四 数控加工工艺性分析 2 五 数控加工工艺路线设计 4 5 1 工序的划分 5 5 2 加工顺序的安排 5 5 3 数控加工工艺与传统加工工序的衔接 6 六 数控加工工序设计 6 6 1 进给路线的确定 6 6 2 螺纹加工工艺处理 11 6 3 装夹方案的确定 13 6 4 刀具的选择与装刀 对刀 换刀 13 七 数控加工工艺规程文件编制 15 7 1 数控加工编程任务书 15 7 2 数控加工机床调整单 17 7 3 数控加工工序卡片 19 7 4 数控加工进给路线图 29 7 5 数控加工刀具卡片 39 7 6 数控加工程序单 44 1 一 拟加工轴类零件图 待加工的零件是一个典型的轴类零件 表面的形状由直线和圆弧组成 具体形 状如图 1 所示 10 20 2 45 30 R5 30 20 R5 217 18 SR10 7 M24 2 2 3 2 3 2 1 6 3 2 1 6 1 6 60 图 1 拟加工零件图 在数控机床上加工零件 一般有一下两种情况 一种是有零件图样 要选择适合 加工该零件的数控机床 另一种是已经有了数控机床 要选择适合该机床加工的零件 现在实际的情况是零件图给定了 机床也给定了 无论哪种情况 考虑的因素主要有 毛胚的材料和类型 零件轮廓形状复杂程度 尺寸大小 加工精度 热处理要求等 概括起来 机床的选用要满足这样的要求 保证加工零件的技术要求 能够加工出合 格的产品 有利于提高生产效率 可以降低生产成本 另外 机床的类型应与工序划分的原则相适应 机床的主要规格尺寸应与工件的 外形尺寸和加工表面有关尺寸相适应 机床的精度与工序要求的加工精度相适应 从 加工工艺的角度分析 选用的数控机床功能还必须适应被加工零件的形状 尺寸精度 和生产节拍等要求 这次的数控加工 零件图给定了 数控车床也给定了 是西门子 802C S 系统的数 控车床和数控铣床 这是根据零件和现有的条件给定的 在正规的加工中 应按照上 述要求来正确选择数控车床 二 数控加工工艺内容的选择 虽然数控机床具有高精度 高柔性 高效率等特点 但一个零件不是所有的部分 都适合在数控机床上加工 其中 形状复杂 加工精度高 通用机床无法加工或难保 证加工质量的部分 具有复杂曲线或曲面轮廓的部分 具有难测量 难控制进给的部 分 对于此类情况 不要过多地考虑生产率与成本问题 应把数控加工作为首选方案 有些零件或者零件上的某些部分 在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装 生产率很低或工人劳动强度很大 需要多次更改后才能定型 需要做长时间调整 零 件价值较高 在通用机床上加工时容易受人为因素干扰而影响加工质量 从而造成较 大的经济损失 对于上述情况 在分析其可加工性的基础上 还要综合考虑生产效率 和经济效益 一般情况下可把它们作为数控加工的主要选择对象 5 还有些零件 生产批量较大 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度 加工 余量极不稳定 而且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置 必须用特 定的工艺装备协调加工 对于上述情况 采用数控加工后 在生产效率和经济性方面 2 一般无明显改善 甚至有可能得不偿失 一般不应该把他们作为数控加工的对象 6 结合给定零件的实际情况 如图 1 所示 零件的形状相对比较复杂 在通用机床 上加工时比较困难 且此零件的精度要求较高 在通用机床上加工很难保证加工精度 并且它还有圆弧面和锥面以及相切的关系 这些要求在通用机床上一般不容易保证加 工的质量 零件的最大的外径尺寸是 30 毫米 最小外径尺寸是 20 毫米 余量不是特 别大 综合分析生产效率 经济效益 加工难易程度 现有的条件等方面的因素 我 们选择在数控车床上加工此零件 三 数控加工方法的选择 轴类零件的表面由诸多基本表面组成 其中我们要加工的零件的表面由同轴线的 圆柱面 圆锥面 圆弧面 退刀槽 螺纹及键槽组成 理论上可用数控车床或数控磨 床来加工 但此零件各部分的粗糙度要求不一样 根据一般的外圆加工方法所能达到 的精度 粗车 IT11 IT13 Ra12 5 50 半精车 IT8 IT10 Ra3 2 6 3 精车 IT7 IT8 Ra0 8 1 6 对于没有粗糙度要求的表面 只需要粗车就可以了 对于粗糙度要求为 3 2 的表面 要经过粗车 半精车 对于表面粗糙度为 1 6 的表面 需要经过粗车 半精车 精车 退刀槽可以用切槽刀来加工 螺纹可以用螺纹刀来加工 但此零件上还有一个键槽 它的底面和侧面的表面粗糙度要求都是 1 6 据资料 1 P55 所示 精铣 IT11 IT13 Ra6 3 25 精铣 IT8 IT10 Ra1 6 6 3 可见 键槽 的加工需要粗铣和精铣 四 数控加工工艺性分析 在确定数控加工零件及其加工内容后 应对零件的数控加工工艺性进行全面 认 真 仔细地分析 它的主要内容包括产品的零件图样分析 结构工艺性分析和零件的 安装方式的选择等内容 4 1 零件图分析 对零件图的分析 首先应该熟悉零件在产品中的作用 位置 装配关系和工作条 件 搞清各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响 找出主要的和关键的技术 要求 然后对零件图样进行分析 首先 我们分析一下尺寸标注方法 零件图上尺寸标注的方法应适应数控加工的 特点 如图 2 所示 在数控加工零件图上 应以同一基准标注尺寸或者直接给出坐标 尺寸 这种标注方法既便于编程 又利于设计基准 工艺基准 测量基准和编程原点 的统一 但是我们这次加工的零件 如图 1 所示 的标注方法已经给出了 不是像上 述的以同一标准标注尺寸 而是局部分散的标注方法 这样就给工序安排和数控加工 带来很大不方便 由于数控加工精度和重复定位精度都很高 不会因较大的累积误差 而破坏零件的使用特性 因此 可将局部的分散标注改为同一基准标注 修改过的零 件图如图 4 所示 其次进行零件图的完整性与正确性分析 构成零件轮廓的几何元素 点 线 面 的条件 如相切 相交 垂直和平行等 是数控编程的重要依据 手工编程 时 要依据这些条件计算每一个节点的坐标 因此 我们要对给定的几何条件进行 仔细的分析 看是否充分 是否准确 如图 1 所示 最右边的半球形与圆柱面相切 紧接着是螺纹 退刀槽 圆弧 3 其中 圆弧始端与节点相切 末端与圆柱面的素线相切 紧接着又是一个圆弧 相 切的要素也很全面准确 最后是一个圆柱面和倒角 如此分析 此零件图的几何要 素完整且正确 16 34 34 R9 20 R20 20 15 65 70 M20 2 34 1 5 45 图 2 标注方法 图 3 标注示例 其中一个重要的环节就是零件的技术要求分析 只有符合技术要求的零件才能 合格 零件的技术要求主要是指尺寸精度 形状精度 位置精度 表面粗糙度和热 处理等 这些技术要求在保证零件使用性能的前提下 应经济合理 过高的精度和 表面粗糙度要求会使工艺过程复杂 加工困难 成本提高 7 根据给定的零件图显示 尺寸精度 形状精度 位置精度都没有给出 我们只 对零件给出的技术要求进行分析 看是否全面 合理 给出的零件图对表面粗糙度 的要求相对有点高 但是很全面 从右往左 如图 4 所示 半球形的表面粗糙度要求是 Ra1 6 与半球形相切的圆柱面的粗糙度要求是 Ra3 2 R5 的四分之一圆弧的粗糙度要求是 Ra1 6 与上述圆弧相切的圆柱面的表面粗糙度要求是 Ra3 2 R5 的圆弧的表面粗糙度要求是 Ra1 6 圆锥面的表面粗糙度要求是 Ra3 2 由上述分析可知 此零件图的表面粗糙度要求比较全面 这样方便加工工序的制 定和安排 也便于保证零件的加工质量 并且这些粗糙度要求用数控车床加工都能实 现 此外 零件的热处理要求是 HRC38 43 最后对零件的材料进行分析 择零件材料总的原则是 在满足零件功能的前提下 应选用廉价 切削性能好的材料 给定的零件选用的材料是 45 号钢 既然给定是这种 4 材料 那么在功能方面肯定能满足要求 另外 它的切削性能也较好 R5 R5 3 2 3 2 1 6 3 2 1 6 1 6 图 4 零件特征图 4 2 零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性分析是指所设计的零件在满足要求的前提下制造的可行性和经 济性 良好的结构工艺性可以使零件加工容易 节省工时和材料 而较差的零件结构 工艺性 会使加工困难 浪费工时和材料 有时甚至无法加工 因此 零件各加工部 位的结构工艺性应符合数控加工的特点 8 首先 从表面精度及技术要求不同分析 一般零件包括配合表面与非配合表面 配合表面有较高精度及技术要求 其加工工艺一般安排如下 先粗车去除余量以接近 工件形状 再半精车至留有余量的工件轮廓形状 最后精加工完成工件轮廓 而非配 合表面因精度及技术要求较低 为提高生产率 延长刀具寿命 往往不安排精车或半 精车工序 也就是说粗加工时只对需精加工的部位留余量 这就需在编制粗加工工艺 时 改变被加工工件精加工部位的尺寸 根据给定零件的实际情况 退刀槽和最左边的圆柱面及倒角没有粗糙度要求 那 么他们只需要安排粗加工即可 在计算好了精加工部位的余量的时候 粗车外轮廓 为粗糙度要求高的部位留出一定的加工余量 其次 分析零件的悬伸结构 此零件的车削是在零件悬伸状态下进行的 在车削 的过程中难免会引起工件的变形 所以需要采取一系列的措施 尽量减小工件的变形 一方面可以从刀具的选择来 主偏角选择尽量大些 常选为 93 以减小背吃刀力 前 角也尽量选择大些 一般选为 15 30 刃倾角选为正值 可选为 3 刀尖圆弧半径 选为小于 0 3mm 另一方面可以从如何选择粗车循环方式来看 它有两种方式 一种是局部循环去 除余量 另一种是整体循环去除余量 整体循环方式径向进刀次数少 效率高 但会 在切削开始时就减小工件根部尺寸 削弱工件抵抗切削变形能力 局部循环方式增加 了径向进刀次数 降低了加工效率 但工件抵抗切削变形能力增强 结合给定的零件 的外形 零件的总长为 60 毫米 悬伸量比较小 可以不考虑工件的切削变形能力 所 以为了提高生产效率和方便数控编程 我们采用整体循环的方式 此外 如果零件的悬伸量过大 上面的两种方法都不能控制变形的话 可以改变 刀具轨迹来补偿因切削力引起的工件变形 加工出符合图纸要求的工件 但是刀具轨 迹的修改要根据实际测得的工件变形量来设计 5 五 数控加工工艺路线设计 工艺路线的拟定是制定工艺规程的重要内容之一 其主要内容包括 选择定位基 准 选择加工方法 划分加工阶段 安排工序等 在实际加工中 我们应该结合零件 的实际情况和现有的生产条件 制定出最佳的工艺路线 5 1 工序的划分 首先我们简要的说明一下工序划分的原则 工序的划分一般分为两个原则 即工 序集中和工序分散的原则 工序集中的原则的优点是有利于提高生产效率 减少工序 数目 缩短工艺路线 减少机床数量 操作工人数和占地面积 减少工件的装夹次数 但专用设备和工艺装备投资大 生产准备周期较长 工序分散原则的优点是加工班干 设备和工艺设备结构简单 有利于选择合理的切削用量 减少机动时间 缺点是工艺 路线较长 所需设备及工作人数多 占地面积大 我们所加工的零件要用到数控车床 和数控铣床 其中车床加工的部分只需一次装夹就能完成 铣床加工的部分也只需要 一次装夹就能完成 所以 我们采用工序集中的原则 9 其次我们确定工序划分的方法 工序划分的方法有按零件装夹定位方法划分工序 按粗精加工划分工序 按所用刀具划分工序 结合实际加工的零件 分为粗车 半精 车 精车和粗铣 精铣 其中在车的过程中 要用到多把车刀 所以不可避免的要更 换刀具 为了减少换刀次数 压缩空程时间 减少不必要的定位误差 可按刀具集中 工序集中的方法 即在一次装夹中 尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位 然后再换另一把刀加工其他部位 此次加工的零件 因为不同的表面有不同的粗糙度要求 所以我们划分工序采用 的方法是按粗精加工和按刀具并用 具体的工序如下 工序 10 车断面 工序 20 粗车外轮廓 外轮廓循环 工序 30 半精车球面和直径为 20mm 的圆柱面 精车半球面至 R10 工序 40 车退刀槽 工序 50 半精车 R5 圆弧及其相邻 30 圆柱面 精车 R5 圆弧面 工序 60 精车凹圆弧面 半精车锥面 粗车凹面 工序 70 车螺纹 工序 80 车倒角 切断 工序 90 去毛刺 清理 5 2 加工顺序的安排 零件的加工工序通常包括切削加工工序 热处理工序和辅助工序 首先看切削加工工序的安排 安排的原则 基面先行 先粗后精 先主后次 先 面后孔 依照上述原则 对于具体的零件 我们首先粗车出轴类零件的外轮廓 然后 在半精车那些有粗糙度要求的表面 最后精车粗糙度要求较高的表面 然后再把零件 换到数控铣床上面去加工出键槽 其次是热处理工序的安排 它分为预备热处理 消除残余应力热处理和最终热处 理 此零件最终的热处理要达到的要求是 HRC38 43 辅助工序的安排包括检验 清洗 去毛刺 去磁 倒棱边 涂防锈油和平衡等 在所有的加工工序完成后 我们根据零件的实际情况 再进行相应的辅助工序 6 5 3 数控加工工艺与传统加工工序的衔接 数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序 如衔接得不好就容易产生矛 盾 因此在熟悉整个加工工艺内容的同时 要清楚数控加工工序与普通加工工序各自 的技术要求 加工目的 加工特点 如要不要留加工余量 留多少 定位面与孔的精 度要求及形位公差 对校形工序的技术要求 对毛坯的热处理状态等 这样才能使各 工序达到相互满足加工需要 且质量目标及技术要求明确 交接验收有依据 10 结合实际的待加工零件 因为零件的形状相对比较复杂 零件的表面由许多不同 的特征组成的 所以在整个的切削过程中 我们采用的都是数控车床加工 零件加工 的整个过程是从制作毛坯到成品 其中 制作毛坯的时候才用的是传统工序 整个粗 车 半精车 精车的过程采用数控车床加工 最后的清理 去毛刺采用的也是传统的 工序 六 数控加工工序设计 当数控加工工艺路线确定之后 各道工序的加工内容已基本确定 数控加工工序 设计的主要任务是为每一道工序选择夹具 刀具及量具 确定定位夹紧方案 走刀路 线与工步顺序 加工余量 切削用量等 6 1 进给路线的确定 进给路线泛指刀具从对刀点 或机床固定原点 开始运动起 直到返回改点并结 束加工程序所经过的路径 包括切削加工的路径及刀具切入 切出等非切削空行程 进给路线的确定要遵循一定得原则 首先粗加工的进给路线的确定原则大致有三点 一是最短的空行程路线 就是刀具在走空行程的时候 在不影响加工零件或不与 工件发声碰撞的情况下 尽量让刀具走最短的路线 实现空行程路线最短有以下几个 方法 巧设起刀点 如图 5 合理安排 回零 路线 巧设换 转 刀点 二是最短的 切削进给路线 就是在能满足零件的加工要求和加工精度的情况下 使切削路线最短 这样不仅给编程带来了方便 也节省了工时 降低了工人的劳动强度 降低刀具和机 床损耗 图 6 为三种不同的轮廓粗车切削进给路线 其中图 6a 为利用数控系统具有的 封闭式复合循环功能控制车刀沿工件轮廓线进给的路线 图 6b 为三角形循环进给路线 图 6c 为矩形循环进给路线 其路线的总长为最短 因此 在同等切削条件下 切削时 间 C D E F G HI J B A O C F I E H B O D GJA 图 1 巧设起刀点 最短 刀具损耗最少 11 三是大余量毛坯的阶梯切削进给路线 图 7 为车削大余量工 件两种加工路线 分别沿 1 5 顺序切削 在同样背吃刀量的条件下 图 7a 方式加工 7 所剩的余量过多 是错误阶梯切削路线 而图 7b 每次切削所留余量相等 是正确的阶 梯切削路线 图 2 粗车进给路线示例 其次是精加工的进给路线确定的原则 精加工工序一般由一刀或多刀完成 但其 零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成 这时 加工刀具的进 退刀位置要考虑 妥当 尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿 另外 刀具切入 切 出方向应尽量沿工件表面切线方向 以免因切削力突然变化而造成弹性变形 致使光 滑连接轮廓上产生表面划伤 形状突变或滞留刀痕等缺陷 12 3 4 5 6 ap 1 2 3 4 ap 16 52 阶 梯切 削 后 所 留 余 量阶 梯 切 削 后 所留 余 量 图 3 大余量毛坯的阶梯切削进给路线 根据以上所说的原则 结合我们的待加工零件 确定的进给路线如下 工序 10 车断面 如图 8 所示 工序 10 的内容是车断面 全部的路线是从换刀点到工进路线 然后 从工进路线的结束点再回到换刀点 工进的路线是 A O A 38 0 O 0 0 A O 图 4 工序 10 走刀路线 8 工序 20 粗车外轮廓 AB C D E F HJ G I 图 5 工序 20 走刀路线 走刀路线 A B C D E F D G H D I J 其中节点的坐标如下 A 32 2 B 32 60 C 40 60 D 40 2 E 22 36 2 F 40 18 G 16 62 2 H 40 31 71 I 11 16 2 J 40 37 其中在走刀的过程中有一些具体的节点 现在我们把他 们的坐标列出来 从 E 到 F 之间有三个节点 22 36 0 30 10 30 18 从 G 到 H 之间有 6 个节点 16 62 0 26 10 26 18 28 18 28 30 07 32 31 71 从 I 到 J 之间有 6 个节点 11 16 0 22 10 22 18 24 18 24 31 34 40 31 34 工序 30 精车球面和 R10 的外圆 O A C D B 图 10 工序 30 走刀路线 如图 10 精车 R10 球面和 R10 外圆 走刀路线是从 A O B C D 它们的坐 标分别是 A 0 2 O 0 0 B 20 10 C 20 18 D 28 18 工序 40 车退刀槽 如图 11 所示 走刀路线是 A B A A 36 35 B 20 35 工序 50 精车 R5 的圆弧和与其相邻的 R16 的外圆 如图 12 所示 工序 50 的内容是精车圆弧和外圆 走刀的路线是 A B C D E 坐标分别是 A 34 39 B 20 39 C 32 40 D 32 37 E 36 37 9 工序 60 车凹圆弧个锥面 如图 13b 所示 工序 60 的内容是车凹圆弧和锥面 走刀路线是 A B 图 6 工序 40 走刀路线 A B C D E 图 7 工序 50 走刀路线 A F K L B G E J C H M P D I N 图 8 工序 60 走刀路线 A B C D E F G H I J K L M N P 它们的坐标分别是 A 50 27 B 35 27 C 26 68 45 35 D 30 42 E 45 42 F 45 52 44 G 15 83 52 44 H 23 48 46 32 I 30 40 J 45 40 K 45 53 L 32 53 M 21 67 46 78 N 32 42 P 36 39 工序 70 车螺纹 如图 2 13b 所示 10 工序 70 所要加工的内容是车螺纹 这个可以用螺纹加工循环指令 LCYC97 来加工 关于它的节点的计算只要把螺纹的相关参数设定好就 即 R100 32 R101 32 R102 32 R103 48 R104 3 R105 1 R106 0 1 R109 4 R110 3 R111 1 083 R112 0 R113 8 R114 2 A F K L B G E J C H M P D I N 图 9 工序 60 放大图 图 10 工序 70 走刀路线 工序 80 切断 图 2 11 工序 80 走刀路线 工序 80 的内容是切断工件 实际上就是一个切槽的程序 也用切槽循环指令 LCYC93 来切断 只需要设定好参数即可 即 11 R100 30 R101 63 R105 5 R106 0 1 R107 3 R108 1 5 R114 4 R115 15 R116 0 R117 0 R118 0R119 0 6 2 螺纹加工工艺处理 车削螺纹是数控车床常见的加工任务 数控车床可以加工圆柱螺纹 圆锥螺纹与 端面螺纹 可加工三角形 梯形与矩形螺纹 还可加工多段连续螺纹 恒螺距及变螺 距螺纹等 工艺范围很宽 实际加工中多见三角形圆柱螺纹 下面分析这种螺纹加工 工艺处理 其余螺纹加工方法与此类似 13 1 三角形圆柱螺纹切削方式 数控车削螺纹的切削方式往往由所使用的机床 数控系统 零件的材料和螺距所 确定 通常车螺纹的切削方式有以下 4 种 1 径向切削 刀具径向直接进刀 如图 16a 所示 螺纹车刀的左右两侧刃都参加切削 两侧面均 匀磨损 能保证螺纹牙形清晰 两侧刃所受的侧向切削分力抵消 可避免车刀偏歪的现象 但车刀左右两侧同时切削 切削力较大 存在排屑较困难 散热不好 受力集中 容易产生 啃 刀 等现象 当进给量过大时 还可能产生 扎刀 现象 径向切削螺纹适用于螺距为 1 5 mm 下的螺纹车削 编程较为简单 2 单侧面切削 刀具以和径向成 30 进刀切削 如图 16b 所示 切屑从刀刃上卷起 形成条状或卷 状屑 切削热分布在一侧切削刃上 散热较好 缺点是另一切削刃因不切削而发生摩擦 这 会导致积屑瘤 粗糙度不佳和因摩擦产生热使工件硬化 故常对此方法进行改良 3 改良的侧面切削 刀具以和径向成 27 30 之间进刀切削 如图 16c 所示 刀刃两面切削 形成卷状 屑 排屑流畅 散热好 且螺纹表面粗糙值较小 虽然其编程不如径向切削简便 但是不锈 钢 合金钢和碳素钢刀具车螺纹的最佳选择 约 90 螺纹皆用此法加工 大多数数控系 统都采用这种切削方式加工螺纹 4 左右侧面交替切削 每次做径向进给时 横向向左或向右移动一小段距离 以达到车刀只有一侧参加切削 如图 16d 所示 这样 排屑比较顺利 车刀受力情况也得到了改善 磨损均匀 可提高 刀具使用寿命 加工出来的螺纹表面粗糙值也较小 但此法数控程序的编程比较复 杂 且由于刀刃单向受轴向分力的作用 将会增大螺纹牙形的误差 此方法一般适用于通 用车床和螺距在 3 mm 以上的螺纹加工 2 螺纹加工数据处理 1 螺纹加工的前提条件 数控车床必须装备主轴位置测量装置 以使主轴转速与刀具进给同步 同时 加 工多头螺纹通过主轴起点位置偏移来实现 如图 17 所示 加工双头螺纹起点位置在圆 周方向偏移值 SF 相差 180 2 轴向进给设置适当的空刀导入量和空刀退出量 12 30 27 30 a b c d 图 12 螺纹车削进刀方式 螺纹车削要求沿螺距方向的 Z 向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速比关系 故应避免在进给机构加速或减速过程中切削 为此 轴向进给应当设置适当的空刀导 入量 A向 A向 L1L0L2 起 始 点 主 轴 编 码 器 零 标 志 偏 置 SF 可 以 有 其 他 起 始 点 以 加 工 多 头 螺 纹 左 旋 或 右 旋 螺 纹 图 13 螺纹车削示意图 和空刀退出量 如图 17 所示 空刀导入量和空刀退出量的数值与机床传动系统的动态 特性 螺纹的螺距和精度有关 一般取 其中为螺距或导程 实 1 L2P 2 L0 5PP 际刀具轴向行程为 1 201 LLLL 3 螺纹车削不能使用恒线速切削功能 车削螺纹时 X 轴的直径值是逐渐减小的 若使用恒线速切削功能使主轴回转 则工件将以非固定转速回转 随工件直径减小而增大转速 会使 F 指定的导程值产生 变动而发生乱牙现象 4 螺纹牙型加工参数 车削螺纹总切深是螺纹牙型高度 即螺纹牙型上牙顶到牙底之间垂直于螺纹轴线 的距离 如图 18 所示的 h 数控车削螺纹需要给定螺纹相关参数 如螺纹大径 小径和导程 据此可计算出 螺纹总切深 粗加工如螺纹牙型高度较深 螺距较大时 可分数次进刀 每次进刀的 深度用螺纹牙型高度减精加工预留量所得的差值按递减规律分配 13 螺纹牙型参数可查阅国家标准 GB T 192 197 2003 也可按下列近似公式计算 H 8 H 4 H P D1 d1 D2 d2 D d h 图 14 螺纹牙型高度示意图 螺纹牙型理论高度 螺纹牙型高度 0 5413 螺纹大径 螺 HP866 0 h8 5HP 纹公称直径 螺纹小径 螺纹大径 2 其中为螺距或导程 14 hP 6 3 装夹方案的确定 工件的安装需要遵循一些基本的原则 在数控机床机床上 工件安装的原则与普 通机床相同 也要合理地选择定为基准和夹紧方案 为了提高数控机床的效率 在确 定定位基准和夹紧方案的同时应该注意一下几点 1 力求设计基准 工艺基准与编程计算的基准统一 2 尽量减少装夹次数 尽可能在一次定位夹紧后就能加工出所有的内容 3 避免采用占机人工调整式方案 以充分发挥数控机床的效能 此次加工我们采用的是西门子 802C 卧式数控车床 采用的夹具是三爪卡盘 并且 在一次装夹的情况下能加工出所有的内容 数控加工特点对夹具提出了两个要求 一 是保证夹具的坐标方向与机床等的坐标方向相对固定 二是要能协调零件与机床坐标 系的尺寸关系 除此之外 还要考虑以下几点 1 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 2 在成批生产时才考虑采用专用夹具 并力求结构简单 3 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送给 4 装卸零件要快速 方便 可靠 以缩短准备时间 批量较大时应考虑采用气动 或液压夹具 多工位夹具 此次加工轴类零件 采用的是三爪卡盘 并且批量较小 不需要采用气动或者液 压夹具 多工位夹具 三爪卡盘不仅结构简单 而且完全能满足生产的需要 6 4 刀具的选择与装刀 对刀 换刀 刀具的选择是数控加工工序设计的重要内容之一 它不仅影响机床的加工效率 而且直接影响到加工质量 与传统的方法相比 数控加工对刀具的要求更高 不仅要 求精度高 强度大 刚度好 耐用度搞 而且要求尺寸稳定 安装调整方便 这就要 求选用优质材料的刀具 并合理选择刀具的结构和几何参数 此次加工的是轴类零件 结合零件的实际情况 我们需要车外圆 其中外圆包括 球面 圆柱面 锥面 所以要用到外圆车刀 但是鉴于零件的结构的特殊性 需要用 14 到左偏刀和右偏刀 零件还包括一个退刀槽 所以要用到切槽刀 零件还包括一个外螺纹 所以要用到螺纹车刀 具体的刀具如图 19 所示 图 20 刀具 对刀点可选在零件或者夹具上 为提高零件的加工精度 减少对刀误差 对刀点 应尽量选择在零件的设计基准或者工艺基准上 对于车削加工 通常将对刀点选择在 工件外断面的中心上 具体的装刀 对刀 换到的方法和注意事项 我们将在附录中 的仿真视频中有详细的说明 要加工好此零件 总共需要四把车刀 因为是数控加工 我们可以在刀库里面选 择需要的车刀 在第五章的工艺文件中 我们将详细列出加工过程中所需要的四把刀 具 也会列出他们的相关参数 数控车床在对刀的过程中要注意对刀点与换刀点的确 定 它是数控加工工艺分析的重要内容之一 对刀点是数控加工时刀具相对零件运动 的起点 又称起刀点 也就是程序运行的起点 对刀点选定后 即确定可机床的坐标 系和零件坐标系的相互位置关系 15 刀具在机床上的位置是由刀位点的位置来表示的 不同的刀具 刀位点不同 对 刀点选择的原则 主要是考虑对刀点在机床上对到方便 便于观察和检测 编程是便 于教 6 5 切削用量的确定 切削用量是指切削时各运动参数的数值 它是调整机床的依据 切削用量包括切 削速度 进给量和被吃刀量 这三者通常被称为切削用量三要素 1 切削速度 切削速度是指主运动的线速度 单位为 或 外圆车削的切削速度为 m s minm 2 1000w wvd n 式中 工件待加工面的直径 mm wd 工件的转速 或 wn r s minr 2 进给量 进给量是指工件或刀具每回转一周 刀具与工件之间沿进给方向移动的距离 单 位为 mm r 3 被吃刀量 这是指待加工表面与已加工表面的垂直距离 单位为 mm 对于外圆车削来说 切削深度为 3 2pwmadd 式中 工件待加工表面的直径 mm wd 已加工表面的直径 mm md 15 合理选择切削用量 对于保证质量 提高生产率和降低成本具有很重要的作用 提高切削速度 加大进给量和被吃刀量 都使得单位时间内金属的切除量增多 因而 都有利于生产率的提高 合理选择切削用量 就是在一定条件下选择切削用量三要素 的最佳组合 1 粗加工时切削用量的选择 粗加工时应尽快地切除多余的金属 同时还要保证规定的刀具耐用度 实践证明 对刀耐用度的影响最大的是切削速度 影响最小的是切削速度 1 被吃刀量的选择 在机床条件允许的条件下 应尽可能选取较大的被吃刀 量 使大部分金属在一次或者少数几次走刀中切除 结合我们此次要加工的零件 毛 坯的直径是 36mm 而且加工余量大且不均匀 所以我们寻去粗加工的被吃刀量是 1 5mm 2 进给量的选择 根据机床 夹具 工件 刀具组成的工艺系统的刚 性 尽可能选择较大的进给量 根据公式的计算 再根据零件加工的实际情况 粗加 工我们选择 0 2mm r 3 切削速度的选择 根据工件的材料和刀具的材料确定切削速度 使之在已 选定的被吃刀量和进给量的基础上能够达到规定的刀具耐用度 粗加工的切削速度一 般选用中等或者较低的数值 结合次零件的实际情况 在确定了被吃刀量和进给量的 基础上 我们选择机床主轴转速为 800r min 2 精加工时切削用量的选择 精加工时 首先应保证零件的加工精度和表面质量 同时也要考虑到刀具的耐用 度和获得较高的生产率 1 被吃刀量的选择 精加工通常选用较小的被吃刀量来保证零件的加工精度 此次加工的轴类零件 我们选用的被吃刀量为 0 25mm 2 进给量的选择 进给量的大小主要依据表面粗糙度要求来选取 表面粗糙 度越小 则应选取较小的进给量 半精加工我们选择 0 1mm r 精加工选择 0 05mm r 3 切削速度的选择 精加工的切削速度选择应避开积屑瘤形成的切削速度区 域 在确定了被吃刀量和进给量的情况下 半精加工我们选择的机床主轴转速为 1000r min 精加工选择的机床主轴转速为 1000r min 七 数控加工工艺规程文件编制 编写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一 这些专用技术文件 即是数控加工的依据 也是需要操作者遵守 执行的规则 有的则是加工程序的具体 说明 目的是让操作者更明确程序的内容 安装与定位方式 各个加工部位所选用的 刀具及其他问题 具体包括数控加工编程任务书 数控机床调整单 数控加工工序卡 片 数控加工进给路线图 数控加工刀具卡片 数控加工程序单 7 1 数控加工编程任务书 数控加工编程任务书记载并说明了工艺人员对数控加工工序的技术要求 工序说 明和数控加工前应保证的加工余量 是编程员与工艺人员协调工作和编制数控程序的 重要依据之一 具体的内容如表 2 1 所示 16 表 2 1 编程任务书 17 安 徽 工 程 科 技 学 院 数 控 编 程 任 务 书 标记 处数 更改文件号签 字日 期 标记 处数 更改文件号签 字日 期 编制 日 期 审核 日 期 会签 日 期 签字 日期 2009 6 12009 6 1 付 磊 2009 6 1 2009 6 12009 6 1付 磊 付 磊 2009 6 12 零 件 图 号 零 件 名 称 CK01 轴 类 零 件第页1 共页1 任 务 书 号01 主 要 工 序 说 明 及 技 术 要 求 此 次 加 工 的 属 于 轴 类 零 件 有 圆 弧 面 半 球 面 锥 面 螺 纹 退 刀 槽 等 特 征 组 成 因 为 加 工 雨 量 大 且 不 均 匀 故 我 们 根 据 工 序 分 散 的 原 则 来 安 排 工 序 依 次 经 过 粗 车 半 精 车 精 车 工 序 最 后 达 到 零 件 的 加 工 要 求 没 有 表 面 粗 糙 度 要 求 的 表 面 只 进 行 粗 加 工 表 面 粗 糙 度 要 求 为 3 2的 表 面 进 行 半 精 加 工 表 面 粗 糙 度 为 1 6的 表 面 进 行 精 车 毛 坯 材 料 毛 坯 种 类 毛 坯 尺 寸 每 坯 件 数 每 台 件 数 设 备 名 称 夹 具 编 号 夹 具 名 称 冷却液 设 备 编 号 45 圆 钢 150 x36 1 1 1 Lathe 01 SINUMERIK K6132 1 三 爪 卡 盘 7 2 数控加工机床调整单 机床调整单是操作人员在加工零件之前调整机床的依据 应表示出所用夹具名称 18 和编号 工件定位和夹紧方法 工件原点设置位置和坐标方向 并记有机床控制柜面 板上 开关 的位置和键盘应键入的数据等 它主要包括机床控制面板开关调整单和 数控加工零件安装 零点设定卡片两部分 此次用的是西门子 802c s 系统的卧式刀架 前置车床 相关的调整见调整单 19 表 2 2 数控加工机床调整单 三 爪 卡 盘 6 5 4 3 2 1 150 x36 1 1 Lathe 01 SINUMERIK K6132 数 控 机 床 调 整 单 1共页 1第页轴 类 零 件 CK01 零 件 名 称 零 件 图 号 2009 6 12 付 磊 付 磊2009 6 12009 6 1 2009 6 1 付 磊 2009 6 12009 6 1 日期 签字 会签 日 期 审核 日 期 编制 日 期 日 期签 字更改文 件号处数标记日 期签 字更改文件号处数标记 安 徽 工 程 科 技 学 院 三 爪 卡 盘 输 入 面 板 刀 架 尾 座 操 作 面 板 开 关 设 备 名 称 01 夹 具 名 称 夹 具 编 号 毛 坯 尺 寸 每 坯 件 数 每 台 件 数 设 备 编 号 装 夹 次 数1 20 7 3 数控加工工序卡片 数控加工工序卡是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加 工的主要指导性工艺文件 数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处 所不 同的是 工序简图中应注明工件原点与对刀点 要进行简要编程说明 如 所用机床 型号 程序编号 刀具半径补偿 镜向对称加工方式等 及切削参数的选择 21 表 2 3 工序 10 工序卡 产 品 型 号零 件 图 号 零 件 名 称 共页 第页 工 序 名 称 工序号 毛 坯 材 料 毛 坯 种 类 毛 坯 尺 寸 工 序 工 时 冷却液 夹 具 名 称 夹 具 编 号 设 备 名 称 设 备 编 号 每 坯 件 数 每 台 件 数 工 步 号 1 2 3 4 5 工 时 定 额 机 动 辅 助 吃刀深度 12345 毫 米 走 刀 次 数 走 刀 量 速度 主轴 转速 工艺装备 刀 具量 辅 具 走刀 长度 毫 米 余量 单边 毫 米 工 步 内 容 标记 处数 更改文件号签 字日 期 标记 处数 更改文件号签 字日 期 编制 日 期 审核 日 期 会签 日 期 签字 日期 旧 底 图 总 号 底 图 总 号 描校 借 用 件 登 记 描图 车 端 面 三 爪 卡 盘 车 端 面 进给 毫米 转 转 分 毫 米 分 60 S INUME RIK K6 132 Lathe 01 160 01 8 18 1 1 1 1 CK019 1 10 45 圆 钢 1 50 x36 200 9 6 120 09 6 1 36 数 控 加 工 工 序 卡 片安 徽 工 程 科 技 学 院 0 21201 8T1游 标 卡 尺 轴 类 零 件 付 磊 付 磊 付 磊 20 09 6 1 20 09 6 12009 6 1 付 磊 付 磊 ZL001 产 品 名 称L J09 4 1 20 09 6 1 2 表 2 4 工序 20 工序卡 22 1 4 20 09 6 12 2 009 6 1 2009 6 1200 9 6 1 付 磊 付 磊 付 磊 付 磊 付 磊 轴 类 零 件LJ0 9 ZL 001 工 步 内 容 Lat he01 SINU MERIK K61 32 1 1 1 150 x 36 4 5 20 2 9CK 01 1 11T10 2600512021222 9 17 24 22 数 控 加 工 工 序 卡 片 产 品 型 号 产 品 名 称 零 件 图 号 零 件 名 称 共页 第页 毛 坯 种 类 毛 坯 尺 寸 工 序 工 时 冷却液 夹 具 名 称 夹 具 编 号 设 备 名 称 设 备 编 号 每 坯 件 数 每 台 件 数 工 步 号 1 2 3 4 5 工 时 定 额 机 动 辅 助 吃刀深度 12345 毫 米 走 刀 次 数 走 刀 量 速度 主轴 转速 工艺装备 刀 具量 辅 具 走刀 长度 毫 米 余量 单边 毫 米 标记 处数 更改文件号签 字日 期处数 更改文件号签 字日 期 编制 日 期 审核 日 期 会签 日 期 签字 日期 旧 底 图 总 号 底 图 总 号 描校 借 用 件 登 记 描图 安 徽 工 程 科 技 学 院 圆 钢 三 爪 卡 盘 进给 毫米 转 转 分 毫 米 分 粗 车 外 轮 廓游 标 卡 尺 12 5 12 5 12 5 R6 12 5 车 端 面 毛 坯 材 料 工序号 工 序 名 称 标记 81013 3423 R11 32 20 09 6 12009 6 1 60 表 2 5 工序 30 工序卡 23 数 控 加 工 工 序 卡 片 产 品 型 号 产 品 名 称 零 件 图 号 零 件 名 称 共页 第页 毛 坯 种 类 毛 坯 尺 寸 工 序 工 时 冷却液 夹 具 名 称 夹 具 编 号 设 备 名 称 设 备 编 号 每 坯 件 数 每 台 件 数 工 步 号 1 2 3 4 5 工 时 定 额 机 动 辅 助 吃刀深度 12345 毫 米 走 刀 次 数 走 刀 量 速度 主轴 转速 工艺装备 刀 具量 辅 具 走刀 长度 毫 米 余量 单边 毫 米 标记 处数 更改文件号签 字日 期处数 更改文件号签 字日 期 编制 日 期 审核 日 期 会签 日 期 签字 日期 旧 底 图 总 号 底 图 总 号 描校 借 用 件 登 记 描图 安 徽 工 程 科 技 学 院 圆 钢 三 爪 卡 盘 进给 毫米 转 转 分 毫 米 分 游 标 卡 尺 毛 坯 材 料 工序号 工 序 名 称 标记 12 5 R6 12 5 13 34 23 1 6 1 6 精 车 半 精 车 精 车 球 面 和 R10的 外 圆 半 精 车 球 面 和 R10 的 外 圆 游 标 卡 尺 R10 11 20 SINUME RIK K 6132 Lat he01 0 25 0 7 512 0 6 0 1 200 120 00 05 0 1 T10 0 25 1 1 1 1 3 CK01 30 45 1 50 x36 1 1 20 09 6 120 09 6 1 T1 9 工 步 内 容 Z L001 LJ 09轴 类 零 件 2009 6 12 20 09 6 1付 磊 20 09 6 1 付 磊 付 磊 付 磊 2009 6 1付 磊 4 1 8 24 60 32 表 2 6 工序 40 工序卡 24 10 Lathe 01 SINUM ERIK K6132 工 步 内 容 1 20 09 6 12 009 6 1 CK01 150 x3 6 4 5 40 9 4 1 1 1 1 T 3 0 26 0012 021 5 66 10 24 车 退 刀 槽1 车 退 刀 槽 R10 20 1 6 1 6 23 12 5 R6 12 5 标记 工 序 名 称 工序号 毛 坯 材 料 游 标 卡 尺 毫 米 分 转 分 毫米 转 进给 三 爪 卡 盘 圆 钢 安 徽 工 程 科 技 学 院 描图 借 用 件 登 记 描校 底 图 总 号 旧 底 图 总 号 日期 签字 会签 日 期 审核 日 期 编制 日 期 日 期签 字更改文件号处数日 期签 字更改文件号处数标记 毫 米 单边 余量 毫 米 长度 走刀 量 辅 具刀 具 工艺装备 转速 主轴 速度 走 刀 量 次 数 走 刀 毫 米 54321 吃刀深度 辅 助机 动 工 时 定 额 5 4 3 2 1 号 步 工 每 台 件 数 每 坯 件 数 设 备 编 号 设 备 名 称 夹 具 编 号 夹 具 名 称 冷却液 工 序 工 时 毛 坯 尺 寸 毛 坯 种 类 第页 共页 零 件 名 称 零 件 图 号 产 品 名 称 产 品 型 号 数 控 加 工 工 序 卡 片 8 ZL001 LJ09 2009 6 1 付 磊 2009 6 1付 磊 2009 6 1 付 磊 付 磊 付 磊 轴 类 零 件 200 9 6 12 4 1 60 32 表 2 7 工序 50 工序卡 25 产 品 型 号 产 品 名 称 零 件 图 号 零 件 名 称 共页 第页 毛 坯 种 类 毛 坯 尺 寸 工 序 工 时 冷却液 夹 具 名 称 夹 具 编 号 设 备 名 称 设 备 编 号 每 坯 件 数 每 台 件 数 工 步 号 1 2 3 4 5 工 时 定 额 机 动 辅 助 吃刀深度 12345 毫 米 走 刀 次 数 走 刀 量 速度 主轴 转速 工艺装备 刀 具量 辅 具 走刀 长度 毫 米 余量 单边 毫 米 工 步 内 容 标记 处数 更改文件号签 字日 期处数 更改文件号签 字日 期 编制 日 期 审核 日 期 会签 日 期 签字 日期 旧 底 图 总 号 底 图 总 号 描校 借 用 件 登 记 描图 安 徽 工 程 科 技 学 院 圆 钢 三 爪 卡 盘 进给 毫米 转 转 分 毫 米 分 游 标 卡 尺 毛 坯 材 料 工序号 工 序 名 称 标记 1 6 R10 12 0 R5 20 24 721810 1 6 12 5 3 2 3 2 精 车 半 精 车 0 11 2000 7 5 0 25 1 11 200600 05 0 25 0 半 精 车 R5 圆 弧 及 其 相 邻 外 圆 精 车 R 5圆 弧游 标 卡 尺 T1 T 1 1 1 CK0 19 5 50 45 150 x 36 1 200 9 6 12009 6 1 1 数 控 加 工 工 序 卡 片 SINUM ERIK K6132 Lathe 01 20 09 6 12 2009 6 1付 磊20 09 6 1付 磊 200 9 6 1 付 磊 付 磊 付 磊 轴 类 零 件LJ09 ZL0 01 4 1 32 10 60 26 表 2 8 工序 60 工序卡 30 4 1 付 磊 付 磊 付 磊 200 9 6 1 付 磊2 009 6 1 200 9 6 1 付 磊 2 009 6 12 轴 类 零 件LJ0 9 ZL 001 Lat he01 SIN UMERI K K613 2 24 20 CK019 6 60 45 150 x36 1 1 1 1 2009 6 1200 9 6 1 0