圆锥螺母套零件数控加工工艺设计.doc

江苏财经职业技术学院综合毕业实践说明书（论文）标题： 圆锥螺母套零件数控加工工艺设计系 别： 机电工程系 专 业： 数控技术 学 号： 0710401324 姓 名： 陈志刚 指导教师： 蒋素清 2010年4月16日摘要：本次设计主要是对数控加工工艺进行分析与圆锥螺母套零件图的加工，首先对数控加工工艺技术进行了简单的介绍，然后根据零件图进行数控加工分析。第一，根据本零件材料的加工工序、切削用量以及其他相关因素选用刀具及刀柄和零件的轮廓特点确定需要9把刀具分别为外圆粗车刀、外圆精车刀、外切槽刀、内螺纹刀、内镗孔刀、内切槽刀、93左偏刀、93右偏刀。第二，针对零件图图形进行编制程序，此零件为轴套类零件，外轮廓由直线、圆弧组成，零件的里面要镗出一个锥孔，在加工过程中，工件需要调头钻孔再镗孔，第三，早钻孔对刀时要先回参考点，要以孔中心作为对刀点，刀具的位置要以此来找正，使刀位点与换刀点重合。关键字：刀具的确定 走刀路线的选择 刀具的对刀点 工件的定位This design is mainly on the NC machining process analysis and set of parts drawing cone nut processing, machining technology first a brief introduction, and then plan for NC machining of parts. First, according to the parts of materials processing operations, cutting tools and other relevant factors and choose the outline of the handle and part characteristics identify nine tools were cylindrical rough turning, cylindrical precision turning, external grooving cutter , internal thread cutter, Boring tool within the inner notch cutter, 93 left side knife, 93 right-side knife. Second, for the part drawing graphics programming, this part for the sleeve parts, the outline of the straight line, arc composition, parts of which should be boring a tapered hole in the process, the workpiece needs another boring drilling U-turn, Third, the early drilling of the knife back when the first reference point, we should hole center point as a knife, cutting tool position to come to this is to make knife site coincides with the tool change point.Tool to determine the choice of the cutting line on knife point tool positioning of the workpiece目 录第1章 绪论-4第2章 数控加工工艺-5 2.1 数控加工工艺内容的选择-5 2.2 数控加工工艺的主要内容-5第3章 圆锥螺母套加工-6 3.1 零件图工艺分析-7 3.2 确定工件的定位与装夹方案 -8 3.3 确定加工顺序及走刀路线-8 3.4 切削用量的选择-9 3.5 数控加工工艺卡片填写-10 3.6零件图加工步骤-11第4章 数控加工程序-14结论-15参考文献-16前 言数控加工是机械制造中的先进的加工技术是一种高效率，高精度与高柔性特点的自动加工方法，数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要，制造自动化是先进制造技术的重要组成部分，其核心技术是数控技术，数控技术是综合计算机、自动技术、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它的出现及所带来的巨大利益，已引起了世界各国技术与工业界的普遍重视，目前，国内数控机床使用越来越普及，如何提高数控加工技术水平已成为当务之急，随着数控加工的日益普及，越来越多的数控机床用户感到，数控加工工艺掌握的水平是制约手工编程与CAD/CAM集成化自动编程质量的关键因素。数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量发挥数控机床的前提条件，从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在介绍数控加工切削基础，数控机床刀具的选用，数控加工的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识的基础上，分析了数控车削的加工工艺。第1章 绪论数控技术是本世纪中期发展起来的机床控制技术，是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。 这里先介绍“数控”，“数控机床”,“数控系统”等基本概念。（1） 数控与数控车床 数控是数字控制的简称，英文为 Numerical Control，简称NC。数控(Numerical Control,NC 数字控制)是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 现在，数控技术也叫计算机数控技术(Computer Numerical Control ) 数控机床（Numerical Control MACHINE TOOLS)技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备。简单地说就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。国际定义为：数控机床是一种有程序控制的机床。该系统能逻辑地处理具有特定代码和其他的符号编码指令规定的程序。 （2） 数控系统 数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。 （3）计算机控制系统 计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。（4）数控加工 数控加工是根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序，输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件加工。 （5）数控程序 数控程序或零件是输入数控系统中的，使数控机床执行一个确定加工任务的具有特定代码和编程的一系列指令。 （6）数控编程 数控编程是指生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程。第2章 数控加工工艺 2.1 数控加工工艺内容的选择 1.选择适合数控加工的零件虽然数控机床具有高精度，高柔性，高效率等优点。但不是所有的零件都适合数控机床加工的。一般可分为三类： （1） 最适合类 1.形状复杂，加工精度要求高通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件； 2.具有复杂曲线或曲面轮廓的零件； 3.具有难测量，难控制进给，尺寸行腔的壳体或盒型零件； 4.必须在一次装夹中完成镗，绞或攻丝等多道工序的加工零件； （2）较适合类 1.零件价值高，在普通机床上加工容易受人工因素干扰而影响质量，从而造成较大经济损失的零件； 2.在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件； 3.在通用机床上需要做长时间调整的零件； 4.需要多次更改设计才能定型的零件； （3）不适合类 1.生产大批量的零件； 2.装夹困难的零件； 3.加工余量不稳定，而且数控机床上无法在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件； 4.必须用特定的加工工艺装备协调加工的零件； 2.2 数控加工工艺的主要内容 选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。 分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的 安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确 定、走刀路线的确定等等。 调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。 分配数控加工中的容差。 处理数控机床上部分工艺指令第3章 圆锥螺母套零件加工图3-1技术要求1. 锐角倒钝0.3452. 未注尺寸公差按IT12加工3. 未注倒角1454. 材料：455. 坯料尺寸：75853.1零件图工艺分析 如上图3-1所示零件表面由内外圆柱面，内圆锥面，顺圆弧，逆圆弧及内螺纹构成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。零件图样上带公差的尺寸，除内螺纹退刀槽尺寸25-0.084 公差值较大，编程时可取平均值24.958外，其他尺寸因公差值较小，所以编程时不必取其平均值，而取其基本尺寸即可。 （1） 刀具选择：(1)车削端面选用45硬质合金端面车刀； (2)4中心钻，钻中心孔以利于钻削底孔时刀具找正； (3)31.5高速钻头，钻内孔底孔；(4)粗镗内孔选用内孔镗刀；(5)内孔精加工选用32铰刀；(6)螺纹退刀槽加工选用5mm内槽车刀；(7)内螺纹切削选用60内螺纹车刀；(8)选用93硬质合金左偏刀，副偏角选35，自右到左车削外圆表面；(9)选用93硬质合金右偏刀，副偏角选35，自左到右车削外圆表面。（2）选择加工方法：孔32+0.033因为精度较高，采用钻-镗-铰的方法；外圆柱面采用粗车-精车的方法。数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。 在进行自由曲面(模具)加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。 在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。 在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻 ；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。3.2 确定工件的定位与装夹方案工件的定位与基准应与设计基准保持一致，应防止过定位，对与箱体工件最好选择“一面两销”作为定位基准，定位基准在数控机床上要仔细找正。内孔加工时以外圆定位，用三爪自定心卡盘夹紧。加工外轮廓时，为保证同轴度要求和便于装夹，以工件左侧端面和轴线为定位基准，为此需要设一心轴装置（如图3-2），用三爪卡盘夹持心轴左端，心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧以提高工艺系统的刚性。在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率，为了充分发挥数控机床的工作特点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素： 1.尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具； 2.结构设计要满足精度要求； 3.易于定位和装夹； 4.易于切削的清理； 5.抵抗切削力由足够的刚度。图3-23.3 确定走刀顺序及走刀路线 走刀路线是指数控加工过程中刀具相对于被加工件的运动轨迹和方向。加工路线的合理选择是非常重要的，因为它与零件的加工精度和表面质量密却相关。由于圆锥螺母套零件为单件小批量生产，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。同时在确定走刀路线主要考虑下列几点: 1） 保证零件的加工精度要求。2） 方便数值计算，减少编程工作量。3） 寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。4） 尽量减少程序段数。5）保证工件轮廓表面加工后的粗糙度的要求，最终轮廓应安排最后一走刀连续加工出来。6） 刀具的进退刀（切入与切出）路线也要认真考虑，以尽量减少在轮廓处停刀（切削力突然变化造成弹性变形）而留下刀痕，也要避免在轮廓面上垂直下刀而划伤工件。 加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行： (1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。 (2)先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。 (3)以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。 (4)在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。 切削加工顺序的安排：先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。基面先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。所以第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。因为圆锥螺母套零件的左右端面均为多个尺寸的设计基准，所以在相应加工工序前，应该先将左右端面车出来；内孔圆锥面加工完后，需掉头加工内螺纹，见表3-3。3.4 切削用量的选择 根据零件的结构特点，外轮廓用采用45度外圆车刀，轮廓粗加工时留1mm的精车余量，粗加工时选主轴转速为s=600r/min，进给速度Vf=150mm/min；精加工选主轴转速s=1000r/min；进给速度Vf=50mm/min3.5 数控加工工艺文件的填写表3-3圆锥螺母套数控加工工艺卡片单位名称苏州经贸产品名称或代号零件名称图号圆锥螺母套工序程序编号夹具名称使用设备车间001O1111 O1115三爪卡盘和自制心轴CK7150实训楼工部号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/rmin-1进给速度mm/ min背吃刀量备注1车端面T0125253201手动2钻中心孔T0248002手动3钻孔T0331.520015.75手动4镗通孔至尺寸31.9T042020320400.2自动5铰孔至尺寸32+0.033T05323000.1手动6粗镗内孔斜面保证1：56车内沟槽T042020320400.2自动7粗车外圆至尺寸71T082525320401手动8掉头车另一端面，保证长度尺寸76T012525320自动9精镗螺纹底孔至尺寸31.67T042020320250.1自动10切5mm内孔退刀槽T061616320手动1131.67孔边倒角245 T071616320手动12车内孔螺纹至M36-7HT0716163200.4自动13自右到左车外表面T082525400300.2自动14自左到右车外表面T092525400300.2自动表3-4刀具工具卡片产品名称或代号零件名 称圆锥螺母套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/mm备注1T0145硬质合金端面车刀1车端面0.52T024中心钻1钻4中心孔3T0331.5钻头1钻孔4T04镗刀1镗孔及镗内孔锥面0.45T0532铰刀1铰孔6T06内槽车刀1切5mm宽螺纹退刀槽0.47T07内螺纹车刀1车内螺纹及螺纹孔倒角0.48T0893左偏刀1自右到左车外表面0.89T0993右偏刀自左到右车外表面0.8编制徐少康审核姜辉批准姜辉共1页第1页3.6零件图加工步骤1.输入零件加工程序 （1）.机床的开机 开机先检查，一切没有问题后在打开机床总电源，然后打开数控系统的电源，在显示屏上应出现机床的初始位置坐标，再检查面板上的按钮指示灯是否正常，若一切正常，就卡伊进行其他操作。 （2）.回零操作 开机正常后，机床应首先进行回零操作。 （3）.加工程序的输入 按下主功能键（如PROGRAM），进行加工程序编辑，在此状态下可通过手动数据输入方式或RS-232接口加工程序输入机床，可对程序进行编辑和修改。 （4）.将数日的程序仔细校对检查。2.进行对刀操作 设定工件坐标系，进行试切对刀或机外对刀，并按下主功能的补偿键，进行参数设置状态，将所用各把刀具的刀偏量X，Z输入刀具的参数数据库里面。3.在自动方式下自动加工并测量修调 （1）.选择主功能的自动执行状态。 （2）.选择要执行零件程序。 （3）.显示工件坐标系。 （4）.按下数控启动键。 （5）.在自动加工中如遇到非法事件，应立即按下急停键。 （6）.加工完毕，取下工件，清洁机床。- 第4章 数控加工程序（1）车削面 用三爪卡盘卡毛坯一端，在MDI方式下，用45右偏刀车端面。（2）钻中心孔在MDI方式下，用4中心钻，钻深3-5mm的中心孔。（3）钻孔 在MDI方式下，用31.5钻头，钻通孔。（4）镗孔 在自动方式下，用镗刀镗32mm孔至尺寸31.9，编程原点设在工件的左端面，程序如下：O1111 N10 G50 X150 Z150; N20 G98; N30 M03 S320; N40 T04; N50 G00 Z80; N60 X31.9; N70 G01 X31.9 Z-2 F40; N80 X30; N90 G00 Z150; N95 X150; N100 M05; N110 M30;（5）铰32的孔 在MDI方式下，用32的铰刀铰孔。（6）镗内孔斜面在自动方式下，用镗刀镗内孔斜面使锥度保证为1：56，深度为20mm，程序如下：O1112 N10 G50 X150 Z150; N20 G98; N30 M03 S320; N40 T04; N50 G00 Z80; N60 X36; N70 G01 Z76 F40; N80 X32 Z56; N90 X30; N100 G00 Z150; N105 X150; N110 M05; N120 M30;（7）车外表面选精基准在MDI方式下，用93右偏刀对外表面车一刀，作为二次装夹的精基准。（8）长度加工调头重新装夹，要注意找正。在MDI方式下，用45右偏刀车端面，保证长度为76mm。（9）镗孔 在自动方式下，用镗刀扩孔使孔直径为31.67mm,深度25-0.084mm。工件原点设在工件的最左端，程序如下：O1113 N10 G50 X150 Z150; N20 G98; N30 M03 S320; N40 T04; N50 G00 Z80; N60 X34.2; N70 G01 X34.2 Z41 F25; N80 X30; N90 G00 Z150; N95 X150; N100 M05; N110 M30;（10）切5mm内孔退刀槽 在MDI方式下，用切槽刀加工内孔退刀槽，使宽度为5mm，内孔直径为40mm。（11）倒孔31.67的孔边角在上一工步的基础上，用内螺纹刀倒孔31.67的孔边角，倒角为245。（12）加工内螺纹在自动方式下，用内螺纹刀加工M36-7H螺纹,查表得该螺纹的螺距为4mm，小径为31.67mm。设升速段为4mm，降升速段为3mm，程序如下：O1114 N10 G50 X150 Z150; N30 M03 S400; N40 T07; N50 G00 Z80; N60 X31.67; N62 G92 X33.17 Z48 F4; N64 X33.9; N66 X34.6; N68 X35; N70 X35.4; N72 X35.8; N74 X36; N80 G01 X32; N90 G00 Z150; N95 X150; N100 M05; N110 M30; （13）精车外表面 用三爪卡盘卡紧心轴，装上工件用螺母固定，采用尾座支撑且找正使其同心，在自动方式下，用93左、右偏刀进行加工，程序如下：O1115 N10 G50 X150 Z150; N20 G98; N30 M03 S320; N50