轴套类零件数控车削加工工艺及编程设计毕业论文

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轴套类零件数控车削加工工艺及编程设计

 

摘 要

本文主要讲述轴套零件的数控车削加工工艺及其数控编程,开篇首先介绍了数控车床在车削加工中的应用,紧接着对轴套零件图进行分析,再确定其毛坯类型和尺寸、所选用的机床、选择夹具、刀具、量具;在做好这些前期准备后,制定出零件合理的加工工艺路线,确定其切削参数;然后编制出零件的数控加工程序,并用仿真软件对程序的正确性进行验证,再对零件加工中可能出现废品的原因进行分析;最后写出本次毕业设计总结。

 

关键词:零件分析  毛坯  工艺路线  编程  仿真

 

 

目 录

 

 

引 言..................................................................... 5

1.零件的分析.............................................................. 6

1.1零件的尺寸标注分析................................................. 7

1.2零件的几何要素分析................................................. 7

2.毛坯及夹具的确定........................................................ 8

2.1毛坯的确定......................................................... 8

2.1.1常见的毛坯种类............................................... 8

2.1.2毛坯选择时应考虑的因素....................................... 8

2.1.3毛坯的确定................................................... 9

2.2夹具的选择......................................................... 9

2.2.1数控车床工装夹具的概念....................................... 9

2.2.2零件基准与加工定位基准....................................... 9

2.2.3常见的夹具.................................................. 10

2.2.4夹具的确定.................................................. 12

3.刀具的选择............................................................. 12

3.1刀具材料的选择.................................................... 12

3.2常用的车刀选用.................................................... 13

3.2.1外圆、端面车刀的选用........................................ 13

3.2.2孔加工刀具的选用............................................ 14

3.2.3切槽刀具的选用.............................................. 15

3.2.4螺纹加工刀具的选用.......................................... 15

3.3该零件加工所用的刀具.............................................. 15

4.工艺路线及其工艺卡片................................................... 16

4.1工艺路线的确定.................................................... 16

4.1.1表面加工方法的选择.......................................... 16

4.1.2加工顺序的安排.............................................. 16

4.1.3工艺路线的确定.............................................. 17

4.2工艺卡片的制定.................................................... 18

5.数控编程............................................................... 20

5.1数控编程的定义及分类.............................................. 20

5.1.1数控编程的定义.............................................. 20

5.1.2数控编程的分类.............................................. 20

5.1.3编程方法的选择.............................................. 20

5.2编程原点的确定.................................................... 20

5.3加工程序清单...................................................... 21

5.3.1工序Ⅱ的加工程序清单........................................ 21

5.3.2工序Ⅲ的加工程序清单........................................ 21

5.3.3工序Ⅳ的加工程序清单........................................ 23

6.仿真加工............................................................... 25

7.可能出现废品的原因分析................................................. 26

7.1废品的定义........................................................ 26

7.1.1表面粗糙度偏大.............................................. 27

7.1.2工件夹伤及夹紧变形.......................................... 27

7.1.3形位公差超差................................................ 27

7.1.4尺寸精度超差................................................ 27

7.2质量超差的解决方法................................................ 27

结束语................................................................... 28

  谢................................................................... 29

参考文献................................................................. 30

 

 

引 言

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力,关系到一个国家的战略地位。因此,世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

在我国,数控技术与装备的发展亦得到了高度重视,近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域,以PC平台为基础的国产数控系统,已经走在了世界前列。但是,我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题,特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时,如何有效解决这些问题,使我国数控领域沿着可持续发展的道路,从整体上全面迈入世界先进行列,使我们在国际竞争中有举足轻重的地位,将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

现今,数控机床的种类也是越来越多,有数控车床、铣床、磨床、刨床、插床、冲床、钻床、镗床等等,下面详细介绍数控车床在机械加工中的应用。

(1)数控车削加工零件的类型

车床车削的主运动是工件装卡在主轴上的旋转运动,配合刀具在平面内的运动可加工出的工件是回转体零件。回转体零件分为轴套类、轮盘类和其他类几种。轴套类和轮盘类零件的区分在于长径比,一般将长径比大于1的零件视为轴套类零件,长径比小于1的零件视为轮盘类零件。

轴套类零件:轴套类零件的长度大于直径,轴套类零件的加工表面大多是内外圆周面。圆周面轮廓可以是与z轴平行的直线,切削形成台阶轴,轴上可有螺纹和退刀槽等;也可以是斜线,切削形成锥面或锥螺纹;还可以是圆弧或曲线(用参数方程编程),切削形成曲面。

轮盘类零件:轮盘类零件的直径大于长度,轮盘类零件的加工表面多是端面,端面的轮廓也可以是直线、斜线、圆弧、曲线或端面螺纹、锥面螺纹等。

其他类零件:数控车床与普通车床一样.装上特殊卡盘就可以加工偏心轴或在箱体、板材上加工孔或圆柱。

(2)数控车床加工的主要对象

数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补,还有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插朴功能以及在加工过程中能自动变速等特点,因此其工艺范围较普通车床宽得多。针对数控车床的特点,下列几种零件最适合数控车削加工。

①精度要求高的回转体零件:由于数控车床刚性好,制造和对刀精度高,蹦及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿。所以能加工尺寸精度要求较高的零件,在有些场合可以车代磨。此外,数控车削的刀具运动是通过高精度捕补运算和伺服驱动来实现的,再加上机床的刚陛好和制造精度高,所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。对于圆弧以及其他曲线轮廓.加工出的形状与图纸上所要求的几何形状的接近程度比用仿形车床要高得多。对于精度要求高的零件用普通车床车削时,因机床制造精度低,工件装夹次数多,而达不到要求,只能在车削后用磨削或其他方法弥补。若采用液压半自动车床和液压仿形车床加丁,需多次装夹,会造成较大的壁厚差,达不到图纸要求。若采用数控车床加工一次装夹即可完成滚道和内孔的车削,壁厚差大为减小,而且加工质量稳串。

②表面粗糙度要求高的回转体零件:在材质、精车余量和刀具已选定的情况下,表面粗糙度取奂于进给量和切削速度。数控车床具有恒线速切削功能,能加工出表面粗糙度值小而均匀的零件。在普通车床上车削锥面和端面时.由于转速恒定不变,致使车削后的表面粗糙度不一致。使用数控车床的恒线速切削功能,就可选用晟佳线速度来切削锥面和端面,使车削后的表面粗糙度值既小又一致。数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度值要求大的部位选用大的进给量,要求小的部位选用小的进给量。

③轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件:由于数控车床具有直线和圆弧插补功能,部分车床数控装置还有某些非圆曲面插补功能,所以可以车削由任意直线和平面曲线组成的形状复杂的回转体零件。难于控制尺寸的零件如具有封闭内腔的成型面,“口小肚大”,在普通车床上是无法加工的,而在数控车床上很容易加工出来。

④带特殊螺纹的回转体零件:普通车床所能车削的螺纹相当有限,它只能车等导程的直锥面公英制螺纹,而且一台车床只能限定加工若干种导程的螺纹。数控车床不但能车削任何等导程的直锥面螺纹和端面螺纹,而且能车增导程、减导程及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹,还可以车高精度的模数螺旋零件(如圆柱、圊弧蜗杆)和端面(盘形)螺旋零件等。数控车床还可以配备精密螺纹切削功能,再加上一般采用硬质台金成型刀具以及可以使用较高的转速,所以车削出来的螺纹精度高,表面粗糙度小。程序编制、机床的加工教率和零件的加工精度都有重要影响。因此,应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点,认真而详细地制订好零件的数控车削加工工艺。其主要内容有分析零件图纸、确定工件在车床上的装夹方式、各表面的加工顺序和刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等。
 

1.零件的分析

如图1.1所示为轴套零件三维模型图,图1.2所示为轴套二维零件图,试制定出该零件的加工工艺方案,编制其数控加工程序,并对程序进行仿真加工。

1.1 零件三维图

1.2零件二维图

1.1零件的尺寸标注分析

零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据,生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。在零件图上标注尺寸,除要求正确、完整和清晰外,还应考虑合理性,既要满足设计要求,又要便于加工、测量。

关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。

该零件图说标注的尺寸均完整,符合国家要求,位置准确,表达清楚。

1.2零件的几何要素分析

从图1.1分析得知,该零件的结构主要由圆柱面、圆弧面、圆锥面、螺纹头、螺纹孔、槽等特征组成,需要在数控车上加工。

 

 

 

 

 

2.毛坯及夹具的确定

2.1毛坯的确定

2.1.1常见的毛坯种类

(1) 铸件

铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。

(2) 锻件

锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。

(3) 型材

型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯;冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。

(4) 焊接件

焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件。

(5) 冷冲压件

冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求,在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。

2.1.2毛坯选择时应考虑的因素

(1) 零件的材料及机械性能要求

零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。

(2) 零件的结构形状与外形尺寸

(3) 生产纲领的大小

(4) 现有生产条件

(5) 充分利用新工艺、新材料

为节约材料和能源,提高机械加工生产率,应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用。

2.1.3毛坯的确定

综合考虑,根据以上因素及零件的技术要求,确定该零件的毛坯为棒料,其尺寸为Ф55×155mm,材料为45钢。

2.2夹具的选择

2.2.1数控车床工装夹具的概念

(1)数控车床夹具的定义和分类

在数控车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具。

车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的夹具,例如车床上的三爪卡盘、四爪卡盘、弹簧卡套和通用心轴等;专用夹具是专门为加工某一特定工件的某一工序而设计的夹具。

(2)夹具作用

在数控车削加工过程中,夹具是用来装夹被加工工件的,因此必须保证被加工工件的定位精度,并尽可能做到装卸方便、快捷。

选择夹具时应优先考虑通用夹具。

使用通用夹具无法装夹、或者不能保证被加工工件与加工工序的定位精度时,才采用专用夹具。专用夹具的定位精度较高,成本也较高。专用夹具的作用为:

1)保证产品质量

2)提高加工效率

3)解决车床加工中的特殊装夹问题

4)扩大机床的使用范围

使用专用夹具可以完成非轴套、非轮盘类零件的孔、轴、槽和螺纹等的加工,可扩大机床的使用范围。

2.2.2零件基准与加工定位基准

(1)基准

1)设计基准

设计基准是设计工件时采用的基准。例如轴套类和轮盘类零件的中心线。轴套类和轮盘类零件都是属于回转体类,通常将径向设计基准设置在回转体轴线上,将轴向设计基准设置在工件的某一端面或几何中心处。

2)加工定位基准

加工定位基准即在加工中工件装夹定位时的基准。数控车床加工轴套类及轮类零件的加工定位基准只能是被加工件的外圆表面、内圆表面或零件端面中心孔。

3)测量基准

被加工工件各项精度测量和检测时的基准。机械加工工件的精度要求包括尺寸精度、形状精度和位置精度。

尺寸误差可使长度测量量具检测;形状误差和位置误差要借助测量夹具和量具来完成。

在数控车削加工中尽量使得工件的定位基准与设计基准重合。尽量使工件的加工基准和工件的定位基准与工件的设计基准重合,是保证工件加工精度的重要前提条件。

(2)数控车床定位基准的选择

定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工件定位面的选择。

在数控车削加工中,较短轴类零件的定位方式通常采用一端外圆固定,即用三爪卡盘、四爪卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面,此定位方式对工件的悬伸长度有一定限制,工件悬伸过长会在切削过程中产生变形,工件悬伸过长还会增大加工误差甚至掉活。

对于切削长度较长的轴类零件可以采用一夹一顶,或采用两顶尖定位。在装夹方式允许的条件下,零件的轴向定位面尽量选择几何精度较高的表面。

2.2.3常见的夹具

(1)圆周定位夹具

在数控车削加工中,粗加工、半精加工的精度要求不高时,可利用工件或毛坯的外圆表面定位。

1)三爪卡盘

三爪卡盘是最常用的车床也是数控车床的通用卡具。三爪卡盘最大的优点是可以自动定心。它的夹持范围大,但定心精度不高,不适合于零件同轴度要求高时的二次装夹。

三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。液压卡盘装夹迅速、方便,但夹持范围小,尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。数控车床经常采用液压卡盘,液压卡盘特别适用于批量加工。

2)软爪

由于三爪卡盘定心精度不高,当加工同轴度要求较高的工件、或者进行工件的二次装夹时,常使用软爪。通常三爪卡盘的卡爪要进行热过处理,硬度较高,很难用常用刀具切削。软爪是改变上述不足而设计制造的一种具有切削性能的夹爪。

加工软爪时要注意以下几方面的问题:

①.软爪要在与使用时相同的夹紧状态下进行车削,以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差。车削软爪内定位表而时,要在软爪尾部夹一适当的圆盘,以消除卡盘端面螺纹的间隙。

②.当被加工件以外圆定位时,软爪夹持直径应比工件外圆直径略小。其目的是增加软爪与工件的接触面积。软爪内径大于工件外径时,会造成软爪与工件形成三点接触,此种情况下夹紧牢固度较差,所以应尽量避免。当软爪内径过小时,会形成软爪与工件的六点接触,不仅会在被加工表面留下压痕,而且软爪接触面也会变形。这在实际使用中都应该尽量避免。

软爪有机械式和液压式两种。软爪常用于加工同轴度要求较高的工件的二次装夹。

3)卡盘加顶尖

在车削质量较大的工件时,一般工件的一端用卡盘夹持,另一端用后顶尖支撑。为了防止工件由于切削力的作用而产生的轴向位移,必须在卡盘内装一限位支撑,或者利用工件的台阶面进行限位。此种装夹方法比较安全可靠,能够承受较大的轴向切削力,安装刚性好,轴向定位准确,所以在数控车削加工中应用较多。

4)芯轴和弹簧芯轴

当工件用已加工过的孔作为定位基准时,可采用芯轴装夹。这种装夹方法可以保证工件内外表面的同轴度,适用于批量生产。芯轴的种类很多。常见的芯轴有圆柱芯轴、小锥度芯轴,这类芯轴的定心精度不高。弹簧芯轴(又称涨心芯轴),既能定心,又能夹紧,是一种定心夹紧装置。

5)弹簧夹套

弹簧夹套定心精度高,装夹工件快捷方便,常用于精加工的外圆表面定位。它特别适用于尺寸精度较高、表面质量较好的冷拔圆棒料的夹持。它夹持工件的内孔是规定的标准系列,并非任意直径的工件都可以进行夹持。

6)四爪卡盘

加工精度要求不高、偏心距较小、零件长度较短的工件时,可以采用四爪卡盘进行装夹,如图3-12所示。四爪卡盘的四个卡爪是各自独立移动的,通过调整工件夹持部位在车床主轴上的位置,使工件加工表面的回转中心与车床主轴的回转中心重合。但是,四爪卡盘的找正烦琐费时,一般用于单件小批生产。四爪卡盘的卡爪有正爪和反爪两种形式。

(2)中心孔定位夹具

1)两顶尖拨盘

两顶尖定位的优点是定心正确可靠,安装方便。主要用于精度要求较高的零件加工。顶尖作用是进行工件的定心,并承受工件的重量和切削力。顶尖分前顶尖和后顶尖。

两顶尖装夹工件时的安装为:先使用对分夹头或鸡心夹头夹紧工件一端的圆周,再将拨杆旋入三爪卡盘,并使拨杆伸向对分夹头或鸡心夹头的端面。车床主轴转动时,带动三爪卡盘转动,随之带动拨杆同时转动,由拨杆拨动对分夹头或鸡心夹头,拨动工件随三爪卡盘的转动而转动。两顶尖只对工件有定心和支撑作用,必须通过对分夹头或鸡心夹头的拨杆带动工件旋转。

使用两顶尖装夹工件时的注意事项:

①.前后顶尖的连线应该与车床主轴中心线同轴,否则会产生不应有的锥度误差。

②.尾座套筒在不与车刀干涉的前提下,应尽量伸出短些,以增加刚性和减小振动。

③.中心孔的形状应正确,表面粗糙度应较好。

④.两顶尖中心孔的配合应该松紧适当。

2)拨动顶尖

车削加工中常用的拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面拨动顶尖两种。

①.内、外拨动顶尖

这种顶尖的锥面带齿,能嵌入工件,拨动件旋转。

②.端面拨动顶尖

这种顶尖种用端面拨爪带动工件旋转,适合装夹工件的直径在ф50mm~ф150mm之间。

(3)其他车削工装夹具

数控车削加工中有时会遇到一些形状复杂和不规则的零件,不能用三爪或四爪卡盘装夹,需要借助其他工装夹具,如花盘、角铁等夹具。

1)花盘

被加工零件回转表面的轴线与基准面相垂直,且表面外形复杂的零件可以装夹在花盘上加工。

2)角铁

被加工零件回转表面的轴线与基准面相平行、且表面外形复杂的零件可以装夹在角铁上加工。

2.2.4夹具的确定

(1)定位基准的选择

粗基准的选择:选择零件的毛坯外圆为粗基准。

精基准的选择:以两端面中心孔为精基准。

(2)装夹方式的选择

通过对该零件的分析,确定该零件的装夹在粗车以及车左头时可直接用三爪卡盘装夹;车右端及中间部位时,由于工件伸出卡盘外的长度较长,故需要选用卡盘加顶尖的方式装夹。

 

3.刀具的选择

数控车床一般采用机夹可转位刀具,所用的刀具,要求有可靠的断屑性能,足够的耐用,刀片转位后有精确的重复定位精度,刀片要有足够的夹紧可靠性,此外,由于数控车床功率比较大,刚性强,要求刀具寿命较长,质量相对稳定,因此,对刀片材料的要求高,以保证刀具寿命,一般情况下大多使用涂层刀片。

3.1刀具材料的选择

刀片材料要根据零件材料及热处理后的材料性能合理选用。对与一般低碳钢,低碳低合金钢的加工刀片材料可以选择普通硬质合金或超微粒子硬质合金材料,在国际标准中(ISO),硬质合金通常分为三大类,即K、P、M分别相当与我国国标中的YG、YT YW类。通常情况下又分别在K、P、M三种代号后附加上01、05、20、40、50等数字进行更进一步细分。一般来讲数字越小者硬度更高,但 韧性降低,数字越大韧性高但硬度降低。一般情况下K类主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料;P类主要用于加工普通钢;M类主要用于加工难加工钢,铸铁及有色金属。超微粒子硬质合金适合加工不锈钢、高锰高及耐热钢,选用时可结合具体加工工艺参数合理选择。在数控车削中,为提高刀具寿命,实际应用中大多使用涂层刀具材料。涂层刀具是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损,耐溶着、耐反应的物质,使刀具在切削中同时具有硬而不易破损的性能。涂层的方法分为两大类,一为物质涂层PVD,另为化学涂层CVD,一般来说,物理涂层是在550℃以下将金属和气体离子化后喷涂在工具表面;而化学涂层则是将各种化合物通过化学反应来沉积在工具上形成表面皮膜,一般普遍采用中温涂层,温度控制在800℃左右。用于涂层常见的材料有Tic、TiN、TiCN、AI2O3等陶瓷材料,涂层厚度为5?15um。由于这些陶瓷材料都具有耐磨损(硬度高),耐化学反应等性能。所以涂层刀具是数控机床最为广泛使用的刀具类型,从非金属、铝合金、到铸铁钢以及高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钛合金等难加工材料的切削中均可使用,比普通较硬质合金的性能要好,性能价格比较高,是数控机床用刀具材料的首选。对于普通钢材,优先选择涂层刀片,高速连续切削选用涂层厚度为5—15um多为CVD法制造刀片。冲击较强的断续切削时,要求涂膜的附着强度以及涂层对工具的韧性不会产生太大的影响,所以选择涂层厚度为2?3um左右采用PVD涂层的刀片。对于普通灰铸铁加工来讲,线速度小于300m/min以下宜采用涂层硬质合金,线速度300?500m/min以内可采用陶瓷刀具。

3.2常用的车刀选用

3.2.1外圆、端面车刀的选用

加工外圆及台阶是刀片的形状有刀尖角为80°菱形刀片,55°菱形刀片,圆形刀片,方形刀片,等边三角形刀片和35°菱形刀片,其标准后角通常有0°、7°、11°、25°、30°等几种规格。主偏角主要有45°、50°、60°、75°、85°、90°、93°、95°等形式。一般情况下加工台阶轴类零件宜采用装有80°菱形刀片的95°车刀,这种车刀的特点是前角和副偏角较大,摩擦小,消振散热性好,不易拉毛零件表面,加工外圆或端面都很好用。粗加工外圆或端面则可采用装80°菱形刀片的车刀,这时不用80°刀尖而是用100°刀尖的菱形刀片,这样不但进一步提高刀尖的强度,而且还提高了刀片的利用率有效提高粗加工时的加工效率。重切削时应考虑选择圆形刀片,以满足切削要求,提高加工效率。断屑槽形式选用应结合粗、精加工,切削用量,切削连续性等方面合性选用。标准刀杆截面通常为矩形、正方形和圆性三种,从成本和使用方便性上考虑,应优先采用正方形截面刀杆,刀杆的标准长度32?500mm,一般情况下,为提高切削过程的刀具刚度,在能够满足加工需要,又不会与零件其他部位产生干涉的情况下,刀杆长度不宜过长。刀杆结构还要根据零件加工时的走刀方向,选择左手刀或右手刀。选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时,要充分考虑零件的结构特点,以避免零件加工时刀具与零件其他部位产生干涉。刀片主要装夹形式同前所述,采用正方形刀片的刀具具有结构简单,制造工艺好等优点。80°---84°角菱形刀片,刀尖和刀边抗破损的能力最强。

3.2.2孔加工刀具的选用

加工内孔时,最常采用装有80°菱形刀片的95°车刀或采用装有60°三角形刀片的91°车刀。若加工内孔径比外空径大的台阶孔时宜采用装有55°菱形刀片的110°车刀,这样在加工大内径台阶孔时,可避免与零件直径小的内孔发生干涉(图3.1)。为了防止切削拉毛零件加工表面,刀片断屑槽的选择一定要合理,要求选用槽性较窄有多级断屑槽或点式断屑槽等断屑性能好的刀片。选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时,要充分考虑零件内孔的结构特点,避免零件加工时刀具与零件发生干涉。一般情况下,只要不影响排屑,应尽量选择刚性较好的车刀,由于圆形刀杆比方形刀杆截面积大些,刀具刚性好,并且刀尖还能与刀杆轴线在同一平面内,所以应优先选择圆形刀杆加工内孔。对于一些精度要求高,变形要求小的零件加工,应考虑选用带冷却孔的刀杆,以降低加工过程中的切削热,减少零件变形。

3.1

3.2.3切槽刀具的选用

标准切槽刀一般分为双刃单面结构、按工艺方法不同主要分为径向、轴向、切断三种类型。通常情况下,切槽刀大多为成形刀,刀头形状根据零件上槽的形状可分为直切槽刀和圆弧切槽刀也可根据零件需要定做特殊槽型和复合刀具。在使用切槽刀车削内槽时,为使排屑方便,防止切屑拉毛零件,应充分考虑断屑槽的形状。切槽刀的刀杆结构形式较多,刀片夹紧形式主要有两种,即自夹式夹紧和螺钉上压式压紧结构。采用螺钉上压式方式用与大直径零件的切断。刀片深槽,采用螺钉上压式用于小直径零件的切断。刀片主要形式有单头刀片和双头可转位刀片,刀杆形式要避免与零件发生干涉,降低振动的前提下,要满足加工质量,确保刚性,降低车削振动、经济实惠。的原则合理选用。

3.2.4螺纹加工刀具的选用

车螺纹刀片按切削形式可以分为切顶槽型螺纹刀片和非切顶槽螺纹刀片;按螺纹标准分为米制和英制两种形式,按加工特点可分为内、外螺纹刀片、按螺纹线方向分为正、反螺纹。刀片结构主要分为两刃单面和三刃单面两种形式。通常情况下应尽量选用可重磨底面带有120V形定位面的切顶型升刃单面式刀片,为减少切削刀和振动力,刀片应选择正面前角结构,刀片的其他角度要结合上述不同情况区别选用。螺纹刀杆分方形和圆形截面两种类型,前者价格较低,后者刚性和加工精度较好,刀片与刀杆连接时需要增加力垫,刀杆按照螺纹旋线方向为标准型反向型,一定要根据零件螺纹旋线方向合理选用。

除以上刀具外,在一些特殊的形状车削时,还引用到成型车刀。

3.3该零件加工所用的刀具

根据其结构特性以及刀具的类型,确定该零件所需的刀具如表3-1所示。

3-1 数控车削加工刀具卡

待加工表面

刀具名称

刀具规格

刀具材料

端面

端面车刀

95°车刀

硬质合金

粗车外圆

外圆车刀

90°

硬质合金

精车外圆

外圆车刀

84°

硬质合金

车圆弧面

外圆车刀

75°

硬质合金

切外槽

外槽刀

刀宽2.5mm

硬质合金

钻底孔

麻花钻

Ф18mm

高速钢

车内孔

车镗刀

60°

硬质合金

切内槽

内槽刀

刀宽4mm

硬质合金

车内螺纹

内螺纹车刀

60°

硬质合金

 

4.工艺路线及其工艺卡片

4.1工艺路线的确定

4.1.1表面加工方法的选择

选择表面加工方法时,一般先根据表面的加工精度和表面粗糙度要求,选定最终加工方法,然后再确定精加工前的准备工序的加工方法,即确定加工方案。由于获得同一精度和同一粗糙度的方案有好几种,选择时还要考虑生产率和经济性,考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工厂的生产条件等。

该零件的表面加工方法如下:

(1)外圆的加工方法 粗车→精车。

(2)内孔轮廓的加工方法 钻→粗镗→精镗。

(3)槽的加工方法 粗切→精切。

4.1.2加工顺序的安排

数控车削加工顺序应按照一下原则进行。

(1)基面先行原则 用作基准的表面应优先加工出来,因为定位基准的表面越精确,装夹误差就越小。故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),然后再以精基准加工其他表面。加工顺序安排遵循的原则是上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面。

(2)先粗后精 切削加工时,应先安排粗加工工序,在较短的时间内,将精加工前大量的加工余量去掉,同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。

当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时,则可安排半精加工作为过渡性工序,以便使精加工余量小而均匀。

在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时,其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。

为充分释放粗切加工时残存在工件内的应力,在粗、精加工工序之间可适当安排一些精度要求不高部位的加工。如切槽、倒角、钻孔等

(3)先近后远 尽可能采用最少的装夹次数和最少的刀具数量,以减少重新定位或换刀所引起的误差。一次装夹的加工顺序安排是先近后远,特别是在粗加工时,通常安排离起刀点近的部位先加工,离起刀点远的部位后加工,以便缩短刀具移动距离,减少空行程时间。对于车削加工,先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性,改善其切削条件。

(4)先内后外,内外交叉 对既有内表面(内腔),又有外表面需加工的零件,安排加工顺序时,应先进行内、外表面的粗加工,后进行内、外表面的精加工。切不可将零件上一部分表面(外表面或内表面)加工完毕后,再加工其它表面(内表面或外表面)。

4.1.3工艺路线的确定

根据其表面加工方法及加工顺序的原则,确定该零件的工艺路线如下:

工序Ⅰ:粗车端面、外圆、打中心孔。

      工步1  夹毛坯外圆粗车一头端面及外圆,打中心孔。

      工步2  夹上步粗车后的外圆,粗车另一头端面及外圆,打中心孔。

工序Ⅱ:卡盘加顶尖装夹,车左端大外圆、中间圆弧段。

      工步1  粗车外圆。

      工步2  精车外圆。

      工步3  切槽。

      工步4  粗车中间圆弧段。

      工步5  精车中间圆弧段。

工序Ⅲ:夹左端外圆,顶右端中心孔,车左端锥面、螺纹头、中间锥面及其槽。

      工步1  粗车右端外圆、锥面、螺纹大径、中间锥面。

      工步2  精车右端外圆、锥面、螺纹大径、中间锥面。

      工步3  切中间锥面上3-3槽、切螺纹退刀槽。

      工步4  车外螺纹。

工序Ⅳ:夹右端Ф52外圆,将右端向外伸出25mm,车右端Ф35外圆、钻、镗内孔、车内螺纹。

      工步1  粗车外圆。

      工步2  钻底孔。

      工步3  粗镗内孔。

      工步4  精镗内孔。

      工步5  切内螺纹退刀槽。

      工步6  车内螺纹。

      工步7  精车外圆。

4.2工艺卡片的制定

数控加工工艺文件一般包括机械加工工艺过程卡片和数控加工工序卡片,它们指引者加工操作人员进行加工,是机械加工工艺规程设计中必不可少的部分,其填写过程包括以下几个方面。

(1)工艺文件的校核;

(2)工艺文件的会签;

(3)工艺文件的批准;

(4)工艺文件的更改。

该零件的工艺卡片如下列表所示。

4-1 机械加工工艺过程卡

机械加工工艺过程卡

零件名称

轴套

材料

45钢

毛坯尺寸

Ф55×150mm

序号

工序名称

工序内容

车间

设备

工装

 

下料

裁剪毛坯

 

 

 

普车

粗车端面、外圆、打中心孔。

金工

CA6140普车

三爪自定心卡盘

数车

车左端大外圆、中间圆弧段。

金工

GS980TD

三爪卡盘、尾座顶尖

数车

车左端锥面、螺纹头、中间锥面及其槽。

金工

GS980TD

三爪卡盘、尾座顶尖

数车

车右端Ф35外圆、钻、镗内孔、车内螺纹。

金工

GS980TD

软爪

 

终检

检验各尺寸是否合格

检验室

 

 

                   
 

 

4-2 工序Ⅱ的数控加工工序卡

数控加工工序卡

零件名称

夹具名称

使用设备

工序号

程序编号

O0001

轴套

三爪定心卡盘

广州数控车床

工步号

工序内容

刀具号

刀具名称

背吃刀量

mm

主轴转速r/mm

进给速度mm/r

备注

1

粗车外圆

T01

90°外圆车刀

1

500

120

自动

2

精车外圆

T02

84°外圆车刀

0.2

800

80

自动

3

切槽

T03

5mm外槽刀

 

350

30

自动

4

粗车中间圆弧段

T04

75°外圆车刀

 

500

100

自动

5

精车中间圆弧段

T04

75°外圆车刀

0.2

800

80

自动

6

检验

 

 

 

 

 

 

                       
 

 

4-3 工序Ⅲ的数控加工工序卡

数控加工工序卡

零件名称

夹具名称

使用设备

工序号

程序编号

O0002

轴套

三爪定心卡盘

广州数控车床

工步号

工序内容

刀具号

刀具名称

背吃刀量

mm

主轴转速r/mm

进给速度mm/r

备注

1

粗车右端外圆、锥面、螺纹大径、中间锥面

T01

90°外圆车刀

1

500

120

自动

2

精车右端外圆、锥面、螺纹大径、中间锥面

T02

84°外圆车刀

0.2

800

80

自动

3

切中间锥面上3-3槽、切螺纹退刀槽

T03

2.5mm槽刀

 

400

30

自动

4

车M27螺纹

T04

60°螺纹车刀

 

400

2

自动

5

检验

 

 

 

 

 

 

                       
 

 

4-4 工序Ⅳ的数控加工工序卡

数控加工工序卡

零件名称

夹具名称

使用设备

工序号

程序编号

O0003

轴套

三爪定心卡盘

广州数控车床

工步号

工序内容

刀具号

刀具名称

背吃刀量

mm

主轴转速r/mm

进给速度mm/r

备注

1

粗车外圆

T01

90°外圆车刀

1

500

120

自动

2

手动钻底孔

 

Ф18麻花钻

 

300

 

手动

3

粗镗内孔

T02

60°镗刀

0.8

400

100

自动

4

精镗内孔

T02

60°镗刀

0.1

750

70

自动

5

切内螺纹退刀槽

T03

4mm内槽刀

 

300

50

自动

6

车内螺纹

T04

60°内螺纹车刀

 

400

2

自动

7

精车外圆

T05

84°外圆车刀

 

800

80

自动

                       
 

 

 

5.数控编程

5.1数控编程的定义及分类

5.1.1数控编程的定义

编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数(主运动和进给运动速度、切削深度)以及辅助操作(换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等)加工信息,用规定的文字、数字、符号组成的代码,按一定格式编写成加工程序。

5.1.2数控编程的分类

数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。

手工编程时,整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则,而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件,数控编程计算较简单,程序段不多,手工编程即可实现。

自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序,就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。

5.1.3编程方法的选择

该零件的刀具轨迹路径主要由直线、圆弧组成,坐标点尺寸计算方便,故采用手工编程的方式编制其加工程序。

5.2编程原点的确定

该零件为规则的回转型零件,其坐标原点可设在轴的两端面中心上,这样方便编程坐标的计算。其坐标原点如图5.1所示。

5.1 坐标原点

5.3加工程序清单

5.3.1工序Ⅱ的加工程序清单

程序

解释说明

O0001

程序号

T0101(90°外圆车刀)

换1号刀

M03 S500

主轴正转,转速500

M08

切削液开

G00 X56Z2

快速运动至切削起点

G90 X54Z-112 F120

粗车外圆至Ф53mm

    X52.5Z-112

粗车外圆至Ф52.2mm

G00 X100 Z100

快速运动至换刀位置

T0202(84°外圆车刀)

换2号刀

M03 S800

主轴正转,转速800

G00 X52Z2

快速运动至切削起点

G01 Z-112 F80

精车外圆至Ф51.99mm

X53

退刀

G00 X100 Z100

快速运动至换刀位置

T0303(5mm槽刀)

换3号槽刀

M03 S350

主轴正转,转速350

G00 X54 Z-72

快速运动至切削位置

G01 X34.7 F30

切槽

G00 X100

径向退刀

Z100

轴向退刀

T0404(70°外圆车刀)

换4号刀

M03 S500

主轴正转,转速500

G00 X54 Z-71

快速运动至循环起点

G73 U8.5 W0.5 R7

建立G73外圆车削循环

G73 P100 Q200 U0.2 W0.2 F100

设定起终程序段、精加工余量

N100 G01 X34.7 F120

径向进刀

     Z-72

轴向进刀

     G03 X44.592 Z-101.31 R25

车圆弧R25

     G02 X52 Z-111 R7

车圆弧R7

N200 G01 X53

退刀

M03 S750

主轴正转,转速750

G70 P100 Q200

精车圆弧面

G00 X100 Z100

快速运动至换刀位置

M05

主轴停止

M09

切削液关

M30

程序结束

 

5.3.2工序Ⅲ的加工程序清单

程序

解释说明

O0002

程序号

T0101(90°外圆车刀)

换1号刀

M03 S500

主轴正转,转速500

M08

切削液开

G00 X54 Z2

快速运动至循环起点

G71 U2 R2

建立G71车削循环

G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F120

设定起终程序段,精车余量

N100 G00 X22.4

径向进刀

     G01 Z0 F100

靠近工件

     X26.4 Z-2 F80

倒角

     Z-19

车螺纹大径

     X33.4

平端面

     X40 W-8

车锥面

     X51.99

平端面

N200 W-7

车外圆

G00 Z-75

快速运动至下一切削点

G71 U2 R2

建立G71车削循环

G71 P300 Q400 U0.2 W0.2 F120

设定起终程序段,精车余量

N300 G00 X42.5

快速进刀

     G01 Z-78 F100

切削进刀

     X51.99 Z-105

车锥面

N400 Z-106

退刀

G00 X100

径向退刀

Z100

轴向退刀

T0202(84°外圆车刀)

换2号刀

M03 S800

主轴正转,转速800

G00 X54 Z2

快速运动至循环起点

G70 P100 Q200

精车N100至N200之间的程序段

G00 X51.99 Z-75

快速运动至下一个循环起点

G70 P300 Q400

精车N300至N400之间的程序段

G00 X100 Z100

快速运动至换刀位置

T0303(2.5mm槽刀)

换3号刀

M03 S400

主轴正转,转速400

G00 X54 Z-99

快速运动至第一个切槽点

G01 X36 F30

切第一个槽第一刀

X54 F100

退刀

W0.49

运动至第二刀起刀点

X36 F30

切第一个槽第二刀

X54 F100

退刀

G00 X52 Z-92

快速运动至第二个切槽点

G01 X36 F30

切第二个槽第一刀

X52 F100

退刀

W0.49

运动至第二刀起刀点

X36 F30

切第二个槽第二刀

X52 F100

退刀

G00 X50 Z-85

快速运动至第三个切槽点

G01 X36 F30

切第三个槽第一刀

X50 F100

退刀

W0.49

运动至第二刀起刀点

X36 F30

切第三个槽第二刀

X54 F100

退刀

G00 Z-19

快速运动至螺纹退刀槽切削起点

G01 X23 F30

切第一刀

X50 F100

退刀

Z-17.5

运动至第二刀起点

X23 F30

切第二刀

X50 F100

退刀

G00 X100 Z100

快速运动至换刀点

T0404(60°螺纹车刀)

换4号刀

M03 S400

主轴正转,转速400

G00 X29 Z2

快速运动至循环起点

G76 P010060 Q100 R100

建立G76螺纹车削循环

G76 X24.4 Z-17 P1200 Q500 F2

设定参数

G00 X100 Z100

快速运动至换刀点

M05

主轴停止

M09

切削液关

M30

程序结束

 

5.3.3工序Ⅳ的加工程序清单

程序

解释说明

O0003

程序号

T0101(90°外圆车刀)

换1号刀

M03 S500

主轴正转,转速500

M08

切削液开

G00 X54 Z2

快速运动至循环起点

G71 U1 R1

建立G71车削循环

G71 P100 Q200 U0.5 W0.5 F120

设定起终程序段,精加工余量

N100 G00 X0

快速进刀

     G01 Z0 F80

靠近工件

     X33

平端面

     X35 Z-1

倒角

     Z-15

车外圆

     G02 X45 Z-20 R5

倒圆角

     G01 X47.99

平端面

     X51.99 W-2

倒角

N200 X54

退刀

G00 X100 Z100

快速运动至换刀点

M00

程序暂停,用尾座钻头钻孔

T0202(60°镗刀)

换2号刀

M03 S400

主轴正转,转速400

M08

切削液开

G00 X19.8 Z2

快速运动切削起点

G01 Z-30.5 F100

粗镗内孔

G00 X16

退刀

Z2

退刀

X20.01

进刀至精镗位置

M03 S750

主轴正转,转速750

G01 Z-30.5 F50

精镗内孔

G00 X16

退刀

Z2

 

X21.4

快速进刀至螺纹小径位置

G01 Z-20 F100

镗螺纹孔底径

G00 X16

退刀

Z100

 

X100

快速运动至换刀位置

T0303(4mm内槽刀)

换3号刀

M03 S300

主轴正转,转速300

G00 X0

 

Z-20

快速运动至下刀点

G01 X24 F30

切内槽

X0

退刀

G00 Z100

 

X100

快速运动至换刀点

T0404(60°内螺纹车刀)

换4号刀

M03 S400

主轴正转,转速400

G00 X19 Z2

快速运动至循环起点

G76 P010060 Q100 R100

建立G76螺纹车削循环

G76 X23.4 Z-18 P1200 Q500 F2

设定参数

G00 X100 Z100

快速运动至换刀位置

T0505(84°外圆车刀)

换5号刀

M03 S800

主轴正转,转速800

G00 X54 Z2

快速运动至循环起点

G70 P100 Q200

精车外轮廓

G00 X100 Z100

快速运动至换刀位置

M05

主轴停止

M09

切削液关

M30

程序结束

 

6.仿真加工

仿真加工的目的是为了校验所编制的程序是否有误。下面运用斯沃数控仿真软件V6.20版对程序进行仿真加工。其操作界面(FANUC OiT)如图6.1所示。

6.1 FANUC OiT操作面板

首先新建一个文本文档,将上一章中的程序清单复制并粘贴至文本文档内,然后保存成扩展名为.CNC(或NC)文件。然后打开仿真软件,对机床进行回零,然后按下编辑按钮,再单击程序,在操作面板中输入O7788,按下“插入”键,然后在菜单栏中单击“文件”下的“打开”,选择刚刚保存好的文件O0001确定后将看到面板上出现所编制的程序。

(1)设置刀具  根据该工序所需的刀具,在仿真机床中设置好刀具。

(2)设置毛坯  单击菜单栏中“工件操作”下的“设置毛坯”,在界面中设置为棒料,工件长度为150,直径为55,材料选择40碳素结构钢。

(3)对刀  首先在刀具管理中,将1号刀(外圆粗车刀)转到加工位置(一般机床默认1号刀在加工位),然后单击菜单栏中“工件操作”下的“快速定位”,在对话框中选择轴中心。将刀具移到轴中心后,然后在操作面板中单击“刀补”按钮,选择MDI(录入)方式,根据现在位置(相对位置)下的坐标值,将其输入至1号刀补中,如:先按下U-260,再按“输入“键。这样第1把刀的刀补就设置好了。

(4)仿真加工  在设置好刀具补偿后,可以开始仿真加工了,首先关闭机床窗门,然后将功能键中的“循环启动”打开,再按下“循环启动”按钮,开始切削,其各工序程序的仿真效果图如下图所示。

6.2 工序Ⅱ的仿真效果图

6.3 工序Ⅲ的仿真效果图

6.4 工序Ⅳ的仿真效果图

7.可能出现废品的原因分析

7.1废品的定义

废品主要是指出现粗糙度未达到要求、工件夹伤或者夹紧变形、形位公差超差、尺寸精度超差等情况,都可视为废品。

7.1.1表面粗糙度偏大

造成表面粗糙度偏大的原因可能有:刀具刀尖磨损、背吃刀量过大、进给速度过快等等。

7.1.2工件夹伤及夹紧变形

出现此等废品的原因可能有:在装夹时用力过大、工件夹歪、零件表面与卡盘表面不干净等等。

7.1.3形位公差超差

行为公差超差的原因可能有:在第二次装夹时未校平、机床精度影响等等。

7.1.4尺寸精度超差

出现此等废品的原因可能有:机床精度影响、卡盘定心精度、刀具磨损、切削参数设定不合理等等。

7.2质量超差的解决方法

超差部位

造成的超差原因

解决方法

表面粗糙度偏大

刀具刀尖磨损

更换新刀具或者硬度更高的刀具

背吃刀量过大

减少背吃刀量

 

进给速度过快

降低进给速度

工件夹伤及变形

装夹力度过大

减少装夹力度

夹歪

装夹时多加注意

形位公差超差

机床精度

更换机床

装夹方式不合理

更换夹具

尺寸精度超差

主轴旋转中心与工作台面不平行

调整和修刮工作台导轨符合要求,使此项精度保证为(300∶0.02)mm

工作台面不平,局部导轨磨损

修理工作台面和导轨,要求台面中凹在全长上不超过0.02mm

装夹方法不合理、引起工件变形

装夹工件时,注意支承点的位置,保持接合面的清洁

导轨间隙过大,工作台润滑不良

调整导轨间隙,注意导轨润滑,保证0.03mm的塞尺不得塞

刀具背吃刀量过大,导致刀具让刀

采取高转速高进给,少切削用量的方式切削

 

 

结束语

毕业设计是对我们毕业在大学期间所学知识的一个考验,检查我们几年大学生活的所得和其他各个方面的综合能力。它重在让我们运用所学知识去发现、提出问题,并通过查找资料、分析、询问他人解决问题。经过一个月的努力,我的设计已完成,通过此次设计,我对轴套零件的数控加工工艺有了更深刻的理解,这对我以后的工作有极大的帮助。此外,这次毕业设计还培养了我独立工作及与别人团结合作的能力,各方面的综合能力也有所提高,使我明白做任何事都必须有严谨认真的态度,须知“差之毫厘,谬以千里”。在以后的日子里,我会不断提高自身的素质,使自己更适应社会的需求。

 

 

  谢

本课题在选题及研究过程中得到指导老师的悉心指导。老师多次询问研究进程,并为我指点迷津,帮助我开拓研究思路,精心点拨、热忱鼓励。老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人,虽历时三载,却给以终生受益无穷之道。我对老师的感激之情是无法用言语表达的。

我还感谢所有帮过我和教过我的老师。他们细心指导我的学习和做人,在此,我要向诸位老师深深地鞠上一躬。

在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有可敬的师长、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母,谢谢你们!

 

 

参考文献

1. 陈洪涛,《数控加工工艺与编程》,高等教育出版社,2003.9

2. 苏宏林,《机械制造技术》,清华大学出版社,2011.21

3. 陈立德,《机械设计基础》,高等华教育出版社,2004.7

4. 夏凤芳,《数控机床》, 高等华教育出版社,2005.1

5. 隋秀凛,《现代制造技术》,高等教育出版社,2002.11

6. 于荣贤等,《机械制图与计算机绘图》,机械工业出版社,2004.3

7.顾京,《数控加工编程及操作》,顾京主编,高等教育出版社,2003 .7

8.赵长明 刘万菊 ,《数控加工工艺及设备》,高等教育出版社 2005.9



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