轴类零件的数控车床加工的设计毕业论文

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摘  要

本文对轴类零件的数控车削加工进行了较为详细的说明。通过对其进行数控加工工艺分析,即其零件图的工艺分析、定位基准及装夹方式的选择、加工顺序及进给路线的确定、加工刀具的选择和切削用量(背吃刀量、进给量和主轴转速)的确定,采用CKA6150数控车床,使用FANUC 0i-Mate-TC系统并编写了数控加工程序和进行数控加工。结果发现其与普通机床相比,有以下优势:

1.精度高,可实现优质稳定生产。             

2.效率高,大大减少了加工过程中的停车次数和停车时间。

3.高柔性,工艺适应性强,只要修改程序或作局部调整,便可实现工艺转换。

4.实现高度自动化,不需专用夹具及专用量具。  这表明了运用数控车床加工轴承套零件,提高了产品质量,降低了生产成本,在很大程度上弥补了普通机床的不足之处

 

关键词:数控加工工序,编程,刀具,工艺分析

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目    录

第一章 引言......................................................... 2

1.1数控加工概述.................................................... 2

 1.1.1 数控加工原理和特点........................................... 2

 1.1.2 数控加工工艺概念和工艺过程................................... 3

1.1.3 数控车削加工的主要对象及加工过程.............................. 3

1.2课题研究内容及意义.............................................. 4

第二章 轴类零件的加工工艺分析....................................... 6

2.1轴类图的工艺分析................................................ 6

2.1.1 零件图的工艺分析.............................................. 6

2.1.2 轴类零件图的工艺分析.......................................... 6

2.2 轴类零件定位基准和装夹方式的选择................................ 7

2.2.1 定位基准的选择................................................ 7

2.2.2装夹方式的选择................................................ 8

2.2.3确定轴类零件的定位基准和装夹方式.............................. 8

2.3 轴类零件加工顺序和进给路线的确定................................ 9

2.3.1 加工顺序安排的原则............................................ 9

2.3.2进给路线的确定................................................ 9

2.3.3确定轴类零件的加工顺序及进给路线............................. 10

2.4 轴类零件加工刀具的选择......................................... 10

2.4.1数控车刀的类型及选用......................................... 10

2.4.2 轴类零件数控加工的刀具选择................................... 11

2.5 轴类零件加工切削用量的选择..................................... 11

2.5.1切削用量的选用原则........................................... 11

 2.5.2轴类零件加工的切削用量选择.................................. 11

第三章 轴类零件的数控加工.......................................... 13

3.1轴类零件零件图的数学处理....................................... 13

3.2 编制零件加工程序............................................... 14

3.3 轴类零件加工的对刀............................................. 14

3.4 程序输入、校验及首件试切....................................... 15

3.5 数控加工工艺文件的编制......................................... 16

第四章 总结........................................................ 17

参考文献........................................................... 32

致谢............................................................... 33

 

 

 

第一章  引  言

 

1.1数控加工概述

1.1.1 数控加工原理和特点

1.数控加工原理

1)程序编制及程序载体 数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件在机床上的安装位置;刀具与零件相对运动的尺寸参数;零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式,编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行;对于形状复杂的零件,则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计。 编好的数控程序,存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上,它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等,采用哪一种存储载体,取决于数控装置的设计类型。                                                     输入装置装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。     根据控制存储介质的不同,输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统;数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。 零件加工程序输入过程有两种不同的方式:一种是边读入边加工(数控系统内存较小时),另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器,加工时再从内部存储器中逐段逐段调出进行加工。

2)数控装置 数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令,控制机床各部分的工作,使其进行规定的有序运动和动作。 零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成,刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动,即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据,不能满足要求,因此要进行轨迹插补,也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”,求出一系列中间点的坐标值,并向相应坐标输出脉冲信号,控制各坐标轴(即进给运动的各执行元件)的进给速度、进给方向和进给位移量等。

3)驱动装置和位置检测装置 驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率放大后,严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件。因此,它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。 位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来,经反馈系统输入到机床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动。 五、辅助控制装置 辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运动,再经功率放大后驱动相应的电器,带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令,刀具的选择和交换指令,冷却、润滑装置的启动停止,工件和机床部件的松开、夹紧,分度工作台转位分度等开关辅助动作。 由于可编程逻辑控制器(PLC)具有响应快,性能可靠,易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点,现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。 六、机床本体 数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床。

数控加工的原理如图1所示。

图1-1

2.数控加工的特点

1)不需要熟练的机床操作人员;

2)提高加工精度并且保持加工质量

3)可以减少工装卡具:

4)容易进行加工过程管理;

5)可以减少检查工作量;

6)可以降低废、次品率;

7)便于设计加工变更,加工设定柔性强

8)容易实现操作过程的自动化,一人可以操作多台机床;

9)操作容易,极大减轻体力劳动强度。

1.1.2数控加工工艺概念和工艺过程

1.数控加工工艺

数数控加工工艺是指用数控机床加工方法改变毛坯形状,尺寸,相对位置和性质,使其成为零件或半成品的过程

2.数控加工工艺过程

数控加工工艺过程由 工序 安装 工位 工步 走刀 5项组成 

1)选择适合在数控上加工的零件,确定工序内容.

2)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。

3)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。

4)分配数控加工中的容差。

5)处理数控机床上部分工艺指令。

3.数控加工工艺与数控编程的关系

数控加工工艺是数控编程的前提和依据,没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺,就没有真正可行的数控加工程序。而数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。 

1.1.3数控车削加工的主要对象及加工过程

   1.加工对象

1)轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的回转体零件   因车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能,还有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插补功能,故能车削由任意直线和平面曲线轮廓组成的形状复杂的回转体零件。  

2)精度要求高的零件  零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面等精度要求,其中的表面精度主要指表面粗糙度。例如:尺寸精度高(达0.001 mm或更小)的零件,圆柱度要求高的圆柱体零件,素线直线度、圆度和倾斜度均要求高的圆锥体零件等。  

3)带特殊螺纹的回转体零件  这些零件是指特大螺距(或导程)、变(增/减)螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺纹面之间作平滑过渡的螺纹零件,以及高精度的模数螺纹零件(如圆柱、圆弧蜗杆)和端面(盘形)螺纹零件等。     数控车床车削螺纹时,主轴转向不必像普通车床那样交替变换,它可以一刀又一刀不停顿地循环,直到完成,因此它车螺纹的效率很高。由于数控车床一般采用硬质合金成型刀片,可以使用较高的转速,因而车削出来的螺纹精度高,表面粗糙度小。  

4) 淬硬工件的加工  在大型模具加工中,有不少尺寸大而形状复杂的零件,这些零件热处理后的变形量较大,磨削加工有困难,因此,可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后的零件进行车削加工,以车代磨,提高加工效率。  

2.加工过程

1) 分析零件图纸  要分析零件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等,以便确定该零件是否适宜在数控机床上加工,或适宜在哪类数控机床上加工。有时还要确定在某台数控机床上加工该零件的哪些工序或哪几个表面。   

2) 确定工艺过程  确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)和加工路线(如对刀点、走刀路线),并确定加工用量等工艺参数(如切削进给速度、主轴转速、切削宽度和深度等)。 

3) 数值计算  根据零件图纸和确定的加工路线,算出数控机床所需输入数据,如零件轮廓相邻几何元素的交点和切点,用直线或圆弧逼近零件轮廓时相邻几何元素的交点和切点等的计算。 

4) 编写零件程序单  根据加工路线计算出的数据和已确定的加工用量,结合数控系统的程序段格式编写零件加工程序单。此外,还应填写有关的工艺文件,如数控加工工序卡片、数控刀具卡片、工件安装和零点设定卡片等。 

5) 程序输入  即将编制好的程序输入到数控车床中。

6) 程序校验与首件试切  在数控车床上对程序进行验证,检查程序是否能在系统中通过,并在机床上进行试切加工,完成工艺方面的

1.2 课题研究内容及意义

本课题研究的主要内容是介绍了轴类零件的数控车削加工方法。通过对其进行数控加工工艺分析,及其零件图的工艺分析、定位基准及装夹方式的选择、加工顺序及进给路线的确定、加工刀具的选择和切削用量的确定,然后对其数控加工做了介绍,如加工刀具的选择、加工切削用量的选择等。

近年来,数控加工发展迅速,已成为提高产品质量和劳动生产率必不可少的手段。它的发展和广泛使用,给机械制造业带来了深刻的变化,成为当今制造业的发展方向。  通过轴承套的工艺分析及数控车削加工,发现与普通机床相比,其有显著的特点:

1)精度高,可实现优质稳定生产。  

2).效率高,大大减少了加工过程中的停车次数和停车时间。 

3).高柔性,工艺适应性强,只要修改程序或作局部调整,便可实现工艺转换。   

4).自动化程度高,不需专用夹具及专用量具。

 

第二章  轴类零件的加工工艺分析

 

 

如图2所示为轴类零件,该零件材料为45钢,无热处理和硬度要求,试对该零件进行数控车削加工工艺分析(单件小批量生产)

图2-1

 

2.1  轴类零件图的工艺分析

2.1.1 零件图的工艺分析

1. 分析几何元素的给定条件是否充分由于设计等多方面的原因,在图样上可能出现构成加工轮廓的条件不充分、尺寸模糊不清及尺寸封闭缺陷,增加了编程工作的难度,有的甚至无法编程。  

2. 精度及技术要求  精度及技术要求分析的主要内容是要求是否齐全、是否合理;本工序的数控车削精度能否达到图样要求,若达不到,需采取其它措施(如磨削)弥补的话,则应给后续工序留有余量;有位置精度要求的表面应在一次安装下完成;表面粗糙度要求较高的表面,应确定用恒线速度切削。只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上,才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确而合理的选择。

2.1.2轴类零件图的工艺分析

1. 轴类零件图的工艺分析

 该零件主要由内外圆柱面、内圆锥面、圆弧面及外螺纹等表面组成,零件图尺寸标注完整,轮廓描述清楚。其中φ50、φ52外圆有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求,并且对φ32孔的径向圆跳动公差为0.01mm;左端面则对φ32孔轴线的垂直度公差为0.01mm;φ78外圆有较高的表面粗糙度要求,外圆柱面表面粗糙度为Ra1.6μm。零件材料为45钢,切削加工性能较好,无热处理和硬度要求。 

2. 工艺措施

1)对图样上带公差的尺寸,编程时全部取其平均值。    

2)左右端面均为多个尺寸的设计基准,相应工序加工前,应该先将左右端面车出来。     

3)外圆对内孔的径向圆跳动要求在0.01mm内,掉头装夹时,除了要包一层铜皮外, 夹紧时用力要适中,不可过大。如果不能保证,则采用软卡爪装夹。  

4)内孔与左端面应在一次装夹中加工出,以保证端面与内孔轴线的垂直度。

5) 轴承套外圆为IT7级精度,采用粗车—半精车—精车可以满足要求。 

6)内孔尺寸较小,镗1:20锥孔与镗φ32孔及15°锥面时需掉头装夹。   

2.2 轴类零件定位基准和装夹方式的选择

2.2.1定位基准的选择

1. 精基准的选择原则

1) 基准重合原则。为避免基准重合误差,方便编程,应选用设计基准作为定位基准,并使设计基准、定位基准、编程原点三者统一,这是最佳考虑的方案。因为当加工面的定位基准与设计基准不重合,且加工面与设计基准不在一次安装中同时加工出来的情况下,会产生基准重合误差。  

2) 基准统一原则。在多工序或多次安装中,选用相同的定位基准,这样既可保证各加工表面间的相互位置精度,避免或减少因基准转换而引起的误差。  

3) 自为基准原则。精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,因此选择加工表面本身作为定位基准,称为自为基准原则。  

4) 便于装夹原则。所选精基准应能保证工件定位准确稳定,装夹方便可靠,夹具结构简单适用,操作方便灵活,能加工尽可能多的内容。  

5) 便于对刀原则。批量加工时,在工件坐标系已经确定的情况下,采用不同的定位基准为对刀基准建立工件坐标系,会使对刀的方便性不同,有时甚至无法对刀。这时就要分析此种定位方案是否能满足对刀操作的要求,否则原设工件坐标系须重新设定。 

2. 粗基准的选择原则

1) 非加工表面原则。为了保证加工面与不加工面之间的位置要求,应选不加工面为粗基准。  

2) 加工余量最小原则。以余量最小的表面作为粗基准,以保证各加工表面有足够的加工余量。 

3) 重要表面原则。为保证重要表面的加工余量均匀,应选择重要加工面为粗基准。 

4) 不重复使用原则。粗基准未经加工,表面比较粗糙且精度低,二次安装时,其在机床上(或夹具中)的实际位置可能与第一次安装时不一样,从而产生定位误差,导致相应加工表面出现较大的位置误差。因此,粗基准一般不应重复使用  

5) 便于工件装夹原则。作为粗基准的表面,应尽量平整光滑,没有飞边、冒口、浇口或其他缺陷,以便使工件定位准确、夹紧可靠。

2.2.2装夹方式的选择

1. 在三爪自定心卡盘上装夹:三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的,能自动定心,一般不需找正。三爪自定心卡盘装夹工件方便、省时,自动定心好,但夹紧力较小,因此适用于装夹外形规则的中、小型工件。用三爪自定心卡盘装夹精加工过的表面时,被夹住的工件表面应包一层铜皮,以免夹伤工件表面。  

2. 在两顶尖之间顶两头装夹,用卡盘和顶尖一夹一顶装夹,车削质量较大的工件时要一端用卡盘夹住,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轴向位移,必须在卡盘内装一限位支承或利用工件的台阶面限位,这样比较安全,能承受较大的轴向切削力,且安装刚性好,轴向定位准确,因此应用比较广泛。  

2.2.3确定轴类零件的定位基准和装夹方式

1.内孔加工

1) 定位基准:内孔加工时以外圆定位; 

2)装夹方式:用三爪自动定心卡盘夹紧,掉头装夹加工时,使用百分表进行找正,并在 装夹部位包一层铜皮。  

2.外轮廓加工

1) 定位基准:确定零件轴线为定位基准; 

2)装夹方式:用三爪自动定心卡盘夹紧,掉头装夹加工时,使用百分表进行找正,并在 夹部位包一层铜皮。 

2.3 轴类零件加工顺序和进给路线的确定

2.3.1加工顺序安排的原则

1. 先粗后精:对于粗精加工在一道工序内进行的加工内容,应先对各表面进行全部粗加工,然后再进行半精加工和精加工,以逐步提高加工精度。此工步顺序安排的原则要求:粗车在较短的时间内将工件各表面上的大部分加工余量切掉。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求,则要安排半精车,以此为精车做准备。为保证加工精度,精车一定要一刀切出。  

2. 先近后远:先近后远即在一般情况下,离对刀点近的部位先加工,离对刀点远的部位后加工,以缩短刀具移动距离,减少空行程时间。对车削而言,先近后远还可以保持工件的刚性,有利于切削加工。  

3. 先内后外、内外交叉: 先内后外、内外交叉的原则是指粗加工时先进行内腔、内形粗加工,后进行外形粗加工;精加工时先进行内腔、内形精加工,后进行外形精加工。上述原则并不是一成不变的,对于某些特殊情况,需要采用灵活可变的方案。

2.3.2进给路线的确定

1. 最短的空行程路线确定最短的走刀路线,除了依靠大量的实践经验外,还应善于分析,必要时可辅以一些简单的计算。 

1) 灵活设置程序循环起点。在车削加工编程时许多情况下采用固定循环指令编程。     

2)合理安排返回换刀点。在手工编制较复杂轮廓的加工程序时,在不换刀的前提下,执行退刀动作时,应不用返回到换刀点。安排走刀路线时,应尽量缩短前一刀终点与后一刀起点间的距离,方可满足走刀路线最短的要求。 

2. 最短的切削进给路线若能使切削进给路线最短,就可有效地提高生产效率,降低刀具的损耗。安排最短切削进给路线时,应同时兼顾工件的刚性、加工工艺性等要求,不能顾此失彼。  

3. 零件轮廓精加工一次走刀完成  如果需要以一刀或多刀进行精加工,则其最后一刀要沿轮廓连续加工而成,尽量避免在连续的轮廓中安排切入、切出、换刀或停顿,以免因切削力突然变化而造成弹性变形,使光滑连接的轮廓上产生刀痕等缺陷。 

2.3.3确定轴承套的加工顺序及进给路线

1.加工顺序的确定  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。 

    在一次装夹中加工出较多的工件表面外。结合本零件结构特征,轴承套左、右端面分别为多个尺寸的设计基准,故可先加工一端内孔及外轮廓表面,然后掉头再加工另一端内孔及外轮廓表面。确定的加工顺序为:平端面→钻中心孔→钻φ32孔的底孔φ26→粗镗φ32内孔、15°锥面及C0.5倒角→精镗φ32内孔、15°锥面及C0.5倒角→粗车φ50外圆、φ58台阶面、R5圆弧、C2倒角及φ78外圆面→半精车φ50外圆、φ58台阶面、R5圆弧、C2倒角及φ78外圆面→精车φ50、φ78外圆面→掉头装夹平端面保证总长尺寸→粗镗1:20锥孔→精镗1:20锥孔→粗车螺纹大径、φ52外圆及C2倒角→半精车螺纹大径、φ52外圆及C2倒角→精车φ52外圆→车螺纹退刀槽→车M45外螺纹。 

2.进给路线的确定  进给路线的确定主要在于确定粗加工及空行程的进给路线。在保证加工质量的前提下,使加工具有最短的走刀路线,不仅可以节省整个加工过程的执行,还能减少一些不必要的刀具损耗及机床进给机构滑动部件的磨损。 

根据以上分析,在FANUC 0i-Mate-TC系统数控车床上加工零件时,该零件走刀路线很简单,都只要采用G71、G70粗车、精车循环指令加工内孔和外圆,可免去许多复杂的计算过程,而且程序变得简化。  经过分析后,该零件外轮廓表面的粗车走刀路线见表2和表3。  

2.4轴类零件加工刀具的选择  

2.4.1数控车刀的类型及选用

     数控车削用的车刀是一类重要的机床附件。

     一般分为三类,即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成,如90o内、外圆车刀,左、右端面车刀,切槽(断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时,其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线型主切削刃位移后得到,它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不同的。

圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。其特征是,构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧;该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖,因此,刀位点不在圆弧上,而在该圆弧的圆心上;车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关,并可按需要灵活确定或测定后确认。当某些尖形车刀或成型车刀(如螺纹车刀)的刀尖具有一定的圆弧形状时,也可作为这类车刀使用。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面,特别适宜于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。成型车刀俗称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中,常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中,应尽量少用或不用成型车刀,当确有必要选用时则应在工艺准备文件或加工程序单上进行详细说明。为了适应数控机床自动化加工的需要(如刀具的对刀或预调、自动换刀或转刀、自动检测及管理工作等),并不断提高产品的加工质量和生产效率,节省刀具费用,应多使用模块化和标准化刀具。

2.4.2轴类零件数控加工的刀具选择

刀具的选择 加工中心对刀具的基本要求是:

1)良好的切削性能:能承受高速切削和强力切削并且性能稳定;

2)较高的精度:刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度;  

3)配备完善的工具系统:满足多刀连续加工的要求。 加工中心所使用刀具的刀头部分与数控铣床所使用的刀具基本相同,请参见本教程中关于数控铣削刀具的选用。加工中心所使用刀具的刀柄部分与一般数控铣床用刀柄部分不同,加工中心用刀柄带有夹持槽供机械手夹持

2.5 轴类零件加工切削用量的选择

2.5.1切削用量的选用原则

1)粗加工时,低的切削速度,大的进给速度、背吃刀量。

2)精加工时,高度切削速度,小的进给速度、背吃刀量。 

3)粗加工时,大的切削深度、进给,低的切削速度;精加工时,高的切削速度,小的切削深度、进给

2.5.2轴类零件加工的切削用量选择

1.背吃刀量的选择

1)在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5μm~25μm时,如果数控加工的加工余量小于5mm~6mm,粗加工一次进给就可以达到要求。但在余量较大,工艺系统刚性较差或机床动力不足时,可分多次进给完成。

2)在工件表面粗糙度值要求为Ra3.2μm~12.5μm时,可分粗加工和半精加工两步进行。粗加工时的背吃刀量选取同前。粗加工后留0.5mm~1.0mm余量,在半精加工时切除。

3)在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8μm~3.2μm时,可分粗加工、半精加工、精加工三步进行。半精加工时的背吃刀量取1.5mm~2mm。精加工时背吃刀量取0.3mm~0.5mm。 

2.进给量的选择

进给量主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。  

3.确定进给速度的原则:

1)当工件的质量要求能够得到保证时,为提高生产效率,可选择较高的进给速度。一般在100~200m/min范围内选取。

2)在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,一般在20~50m/min范围内选取。

3)当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给速度应选小些,一般在20~50m/min范围内选取。

4)刀具空行程时,特别是远距离“回零”时,可以选择该机床数控系统设定的最高进给速度。

 

2.5.3.主轴转速的选择

根据已确定的背吃刀量、进给量和工件、刀具材料耐用度,参考切削用量手册或有关资料,查表选取切削速度Vc,粗车Vc=120m/min,半精车Vc=130m/min,精车Vc=140m/min,粗镗Vc=60m/min,精镗Vc=70m/min,然后利用公式(2-1)计算出主轴转速。 

Vc =πdn/1000        (2-1)

式中:n为工件或刀具的转速(r/min)  

Vc为切削速度(m/min) 

      d为切削刃选定点所对应的工件或刀具的回转直径(mm) 

结合实践经验,最终确定的主轴转速为:

粗加工n=600 r/min, 半精车n=800 r/min,精车n=1000 r/min,精镗n=700 r/min,车螺纹n=500r/min。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第三章 轴类零件的数控加工

 

3.1 轴类零件图的数学处理

3.1.2编程原点及换刀点的选择

1.编程原点的选择要便于坐标计算。尽量选择能直观地确定零件基点坐标值的一些特殊点为坐标原点,可以简化计算的工作量,也便于程序检查。

2.编程原点的选择要便于加工中的对刀。因为对刀的目的是要确定编程原点在工件毛坯上的位置,即找出该点在机床坐标系中的坐标值,使图样上的编程坐标系转化为加工中的工件坐标系。 

3.编程原点要尽量选在设计基准上并以设计基准为定位基准。这样可避免基准不重合而产生的误差,以利于保证加工精度。

4.对称零件的编程原点应选在对称中心。  具体应用哪条原则,要视具体情况,在保证质量的前提下,按按操作方便和效率高来选择。  对于该零件,其左右端面为其设计基准,其编程原点便设在零件的左端面或右端面与主轴轴线的交点处。  换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点应设在工件或夹具外部,以刀架转位时不碰到工件或其他部件为准,并留有一定的安全区。该零件的换刀点设在点(150,200)处。

3.2 编制零件加工程序

3.2.1数控编程注意事项

1)编程前要对整个加工过程成竹在胸。

2)最容易出的错误往往是最低级的错误:退刀退反了,用过G0后忘了输G1,小数点没按起,少输一个0等。

3)要求高的尺寸,刀具在定位时要从同一个方向(就是说丝杠间隙要排向一个方向,不要说没有间隙,只是多少的问题)。

4)对零件加工工艺等方面知识了解充分,制定合理工艺方案。选择最短的加工路线,能充分缩短加工时间,提高生产效率。

3.2.2编制加工程序

根据零件的加工顺序和工艺参数,应用数控系统的各种功能指令,编写零件加工程序。该轴承套零件轮廓简单,使用G71、G70粗车、精车循环指令加工内孔和外圆,编程容易,程序结构得到简化。程序按加工部位分四部分,每部分后都有M05(主轴停)、M00(程序暂停)程序。这样便于对每个部位加工后进行检查。  

3.3 轴类零件加工的对刀

3.3.1装刀具

1.数控车床常用刀具   在数控车床上使用的刀具有外圆车刀、钻头、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具等,其中以外圆车刀、镗刀、钻头最为常用。  数控车床使用的车刀、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具均有焊接式和机夹式之分,除经济型数控车床外,目前已广泛使用机夹式车刀,它主要由刀体、刀片和刀片压紧系统三部分组成,如图1所示,其中刀片普遍使用硬质合金涂层刀片。  

     2.刀具选择   在实际生产中,数控车刀主要根据数控车床回转刀架的刀具安装尺寸、工件材料、加工类型、加工要求及加工条件从刀具样本中查表确定,其步骤大致如下:

1 )确定工件材料和加工类型(外圆、孔或螺纹);

2 ) 根据粗、精加工要求和加工条件确定刀片的牌号和几何槽形;  ( 3 )根据刀架尺寸、刀片类型和尺寸选择刀杆。  

3.刀具安装   如前选择好合适的刀片和刀杆后,首先将刀片安装在刀杆上,再将刀杆依次安装到回转刀架上,之后通过刀具干涉图和加工行程图检查刀具安装尺寸 。  

     4.注意事项  

1)安装前保证刀杆及刀片定位面清洁,无损伤;

2)将刀杆安装在刀架上时,应保证刀杆方向正确;

 3)安装刀具时需注意使刀尖等高于主轴的回转中心。 

3.3.2工件的安装

1.工件装夹的内容包括:

1)定位:使工件相对于机床及刀具处于正确的位置。

2)夹紧:工件定位后,将工件紧固,使工件在加工过程中不发生位置变化。

3)定位与夹紧的关系:是工件安装中两个有联系的过程,先定位后夹紧,

2.装夹方法:

1) 把工件直接放在机床工作台上或放在四爪卡盘、机用虎钳等机床附件中,根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧;

2)先按加工要求进行加工面位置的划线工序,然后再按划出的线痕进行找正实现装夹。

3.用夹具装夹安装:

1)工件装在夹具上,不再进行找正,便能直接得到准确加工位置的装夹方式。

2)特点:避免了找正法划线定位而浪费的工时,还可以避免加工后的工件的加工误差分散范围扩大,夹装方便。

3.3.3对刀

工件和刀具装夹完毕,驱动主轴旋转,移动刀架至工件试切一段外圆。然后保持 X 坐标不变移动 Z 轴刀具离开工件,测量出该段外圆的直径。将其输入到相应的刀具参数中的刀长中,系统会自动用刀具当前 X 坐标减去试切出的那段外圆直径,即得到工件坐标系 X 原点的位置。再移动刀具试切工件一端端面,在相应刀具参数中的刀宽中输入 Z0 ,系统会自动将此时刀具的 Z 坐标减去刚才输入的数值,即得工件坐标系 Z 原点的位置。 例如, 2# 刀刀架在 X 为 150.0 车出的外圆直径为 25.0 ,那么使用该把刀具切削时的程序原点 X 值为 150.0-25.0=125.0 ;刀架在 Z 为 180.0 时切的端面为 0 ,那么使用该把刀具切削时的程序原点 Z 值为 180.0-0=180.0 。分别将 (125.0 , 180.0) 存入到 2# 刀具参数刀长中的 X 与 Z 中,在程序中使用 T0202 就可以成功建立出工件坐标系。

事实上,找工件原点在机械坐标系中的位置并不是求该点的实际位置,而是找刀尖点到达 (0 , 0) 时刀架的位置。采用这种方法对刀一般不使用标准刀,在加工之前需要将所要用刀的刀具全部都对好。

3.4 程序输入、校验及首件试切

将编制好的程序输入到数控车床中,并利用图形模拟功能,检查显示的刀具轨迹是否正确,然后在机床上进行首件试切加工,对每个工件部位加工后进行检测,根据检测数据和图样要求,修正参数或刀补值,以达到该工序的要求,便可投入批量生产。在批量生产时,可将程序中间的M05及相应程序取消掉,用一次启动完成一次装夹的全部加工,以缩短间歇时间,提高生产效率。并定量进行抽检及时修正刀补,以防刀具磨损造成废品。  

 

3.5 数控加工工艺文件的编制

理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件,同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备,它的效率高于普通机床的2~3倍,要充分发挥数控机床的这一特点,必须在编程之前对工件进行工艺分析,根据具体条件,选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的重要因素。本文从生产实践出发,探讨和总结一些数控车削过程中的工艺问题。

 

 

 

 

结  论

 

   毕业设计是我学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会,通过这次毕业设计,我摆脱了单纯的理论知识学习状态,和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识和解决实际工程问题的能力。

     我通过利用刘文军老师所给的资料和网络进行大量的资料检索,学到了很多课本上没有的知识,同时更培养了自学能力,为以后的学习深造打下了基础。这次毕业设计,让我结合生产实际,培养了我分析和解决数控加工中实际问题的能力,使我做到学以致用。进一步训练了我的基本能力,比如加强了我的识图并利用软件绘图的技能、学会翻阅相关资料的能力。同时,也让我学会了编写技术文件。另外,最重要的是它培养了我的规范意识,使我养成了遵守国家标准的习惯,学会使用与设计有关的手册、图册、标准和规范,对使用的图表、文字、技术参数、术语、代号等均应符合有关新标准和规范,表达无误。比如一些符号的使用、上下偏差的标注等。 

总之,经过这次毕业设计我有很多心得和感悟,我发现了自己的不足,只有发现问题面对问题才有可能解决问题,不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行。在以后的工作中,希望能用自己了解的知识去处理相关的问题,在探究新的问题,是自己不断进步。

2015年,一位伟大的老师在辞职信中写上:世界那么大,我想去看看!2016年初,一位伟大的企业家在牛津讲到:世界不管多大,我也要去闯闯!面临2016年毕业季的到来,我只想:不管社会多么精彩,我只想融入社会,开始一段崭新的旅程!而毕业设计是我这段旅程中一道绚丽的色彩!

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

 

[1].王爱玲主编,《数控机场加工工艺》北京:机械工业出版社2006

[2].夏凤芳,《数控机床》北京:高等教育出版社.2005

[3].赵太平主编,《数控车削编程与加工技术》北京:北京理工大学出版社2006

[4].郑晓峰,《数控原理与系统》北京:机械工业出版社.2005

[5].徐宏海等编著,《数控机床刀具及其应用》北京:化学工业出版社2005

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

致    谢

 

 在不知不觉中三年的大学生活即将结束,当自己真的要离开这片曾经生活了三年的校园时,心里还真有些酸酸的感觉,有些不舍。我们曾经在这个校园里一起学习、生活、玩耍,到了突然离开的时候总会感觉到特别难过和伤心,我们在学校的三年里流下了我们的欢乐,泪水,古人说过:天下没有不散的宴席;随着时间的流逝,离别这一刻会很快的到来,离开生活三年的地方有多少人能做到不伤心难过,我们从当初一个什么都不懂的小孩变成一个有理想、有抱负的青年,离不开老师的教诲,对帮助过我们的同学和老师特别感激,使我们有了奋斗的目标。

回顾自己大学三年的生活,无不充满老师的细心的教导、父母的无私奉献、朋友的热心开导、同学之间的相互照顾,怀着一份感激的心在毕业设计最后写下致谢,来答谢曾经给予自己指导、鼓励、开导和帮助的老师、同学和学校,是他们使我生活中充满了欢乐。

首先,感谢我的父母无私奉献,没有你们我就不可能坐在学校学习知识,是你们的无私奉献才使我能够快乐的生活,还要感谢这个学校和这里所有的领导们,是你们让我实现了人生求学的最终梦想,是你们让我进入了一直以来自己想要踏入的大学。并最终在这里完成了自己人生求学的最后阶段进入社会。在这里我们学到了许多有用的知识,成为一个有理想和抱负的人。感谢学院为我提供良好的学习和生活环境,使我度过了充实的三年大学生活,学到了大量的专业知识,获得了许多宝贵的人生经验。

其次感谢我的毕业设计指导老师刘老师,从毕业设计选题目、设计图、零件图的造型到加工程序的生成、毕业设计的写作、修改和完成,我都得到了刘老师的悉心细致的教诲和无私的帮助,除此之外刘老师广博的学识、深厚的学术修养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风也使我终身受益,感谢刘老师在忙于教学的同时抽出大量的时间对我进行悉心的指导,耐心解答我在做毕业设计中遇到的困难,使我对数控技术的理解有了质的改变,同时使我知道了自己在基础方面的不足之处,有了相应的改进和进步方向,从尊敬的指导教师刘老师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了做人的道理。在此我要向我的指导教师刘老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

怀念那三年的大学时光,怀念校园的点点滴滴,怀念寝室的吵吵闹闹!因为无尽的怀念,希望还能再次相聚!

 

 

 



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