弧形轴数控加工工艺设计.doc
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1、航天职业技术学院毕业设计论文 摘要随着科技的不断发展,数控技术在企业中发挥越来越重要的作用。本设计通过对数控加工的工艺特点、加工零件工艺性等进行分析,选择正确的加工方法,设计合理的加工工艺过程,充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。设计说明书以数控车床车削轴类零件为例,根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床,制定加工方案,确定零件的加工顺序,各工序所用刀具,夹具和切削用量等,编写加工零件的程序。按照说明书要求将加工出零件,并对零件自检数据进行分析,说明在加工过程中应注意的事项。关键词 零件图工艺分析、刀具、切削用量、加工程序、加工注意事项目录第一章 引言随着我国工业化进
2、程的加速,产业结构的调整和升级,数控技术在现代企业中得到了广泛的应用,使制造业朝着数字化的方向发展。本设计以熟练掌握数控车床加工为主要目的,在认真分析零件工艺的基础上,综合运用公差、机械制造技术、数控加工与编程、数控加工工艺等专业知识,结合数控加工实际操作,按照机械加工工艺规程的内容,制定出的轴类零件数控加工工艺说明书。本设计说明书包括零件的工艺分析、零件加工过程、加工注意事项等内容。并详细介绍零件工艺分析的内容,重点阐述了零件的加工过程,认真分析和解释零件加工的程序的意义。本设计在编写过程中得到多位老师和同学的支持与帮助,多位老师对本设计进行认真的审阅,提出了许多宝贵的修改意见,在此一并表示
3、衷心的感谢。由于编者水平有限,设计中难免存在一些错误,恳请老师和同学批评指正。 编 者年 月 日第二章 零件工艺分析2.1 零件图的审查2.1.1 零件图的完整性与正确性零件属于短轴类,零件长度为90mm,从左到右依次为:长40mm、公称直径为25mm、长5mm直径为21mm的圆柱面,长5mm直径为15mm的槽,有M1810mm的45倒角的普通螺纹;长8.77mm的7锥面;有直径16mm的圆弧面,直径为15mm的球面。该零件视图正确,表达直观、清楚,绘制符合国家标准,尺寸、公差、表面粗糙度以及技术要求的标注齐全、合理,无热处理和硬度要求。2.1.2 零件的技术要求分析分析零件图可知:15-13
4、的锥面、25mm圆柱面、21mm圆柱面粗糙度Ra为3.2m,其余表面粗糙度Ra为6.3m。外螺纹中径、顶径公差代号为6g。其余尺寸公差等级在IT7IT10之间。2.1.3 零件的材料分析毛坯材料为45#,强度、硬度、塑性等力学性能好,切削性能、热处理性能等加工工艺性能好,便于加工,能够满足使用性能。毛坯下料为30mm130mm。毛坯图为:2.1.4 合理的标注尺寸零件图上的重要尺寸直接标注,在加工时使工艺基准与设计基准重合,并符合尺寸链最短的原则。零件图上标注的尺寸便于用卡尺或样板测量。2.2 确定加工方法经过分析零件的尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求,确定如下加工方法:(1)
5、外圆表面:粗车精车(2)外螺纹:在精车的外圆表面分数次进给加工。2.3 工艺设备的选择2.3.1 机床的选择机床选择的原则: 要保证加工零件的技术要求,加工出合格的产品。 有利于提高生产率。 尽可能降低生产成本(加工费用)。根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、生产条件等要求,选用CK6140数控车床。2.3.2量具及辅助用具的选择加工过程中所需量具有:游标卡尺、千分尺、百分表、表面粗糙度样板。辅助用具有:铜片、铜锤等。2.4 零件的安装在数控机床上加工零件时,安装零件要合理选择定位基准和夹紧方案,为提高数控机床效率,确定定位基准与夹紧方案时应注意:(1)力
6、求设计、工艺与编程计算的基准统一(基准重合原则);(2)减少装夹次数,尽可能在一次定位装夹后,加工出全部待加工表面(基准统一原则);(3)避免采用占机人工调整式加工方案,以充分发挥数控机床的效能。2.5 选择夹具夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程,同时要保证被加工工件的定位精度,并使装卸尽可能方便、快捷。数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求:一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定;二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。根据零件的尺寸、精度要求和生产条件,选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。三爪自定心卡盘可以自动定心,夹持范围大,适用于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类中小型
7、零件。2.6 刀具的选择数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点,能够正确选择刀刃具及切削用量。数控刀具有以下特点:刚性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及热变形小;互换性好,便于快速换刀;寿命高,切削性能稳定、可靠;刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;系列化、标准化,以利于编程和刀具管理。 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。数控车床兼作粗精车削,粗车时吃刀深、进给快,要求车刀有足够的强度,能一次进给车去较多
8、的余量;精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度,车去的余量较少,要求车刀锋利,切削刃平直光洁,必要时还可磨出修光刃。为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率,便于实现机械加工的标准化,在数控车削加工时,应尽量采用机夹刀和机夹片刀,机夹片刀常采0.用可转位车刀。刀片材质的选择主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动,故加工此零件选择硬质合金刀片,刀具材料为YT类。根据零件的外形结构,加工需要如下刀具: 90外圆车刀、切槽刀、60外螺纹刀。数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号 刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1
9、T0190外圆车刀1粗车外轮廓表面20202T0290外圆车刀1精车外轮廓表面20203T03切槽刀1切4mm槽B=4mm20204T0460外螺纹刀1粗、精车螺纹-2.7 切削用量的选择数控编程时,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、进给速度及背吃刀量等。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具的切削性能,保证合理的刀具寿命,充分发挥机床的性能,最大限度的提高生产率,降低成本。根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料,参考切削用量手册或有关资料选择切削速度与每转进给量,然后利用公式Vc=dn/1000和Vf=nf,计算主轴转速
10、。 表 切削用量选择主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆8000.21.5精车外圆12000.10.2粗车螺纹701.50.4精车螺纹701.50.1切槽1150.1-2.7.1主轴转速的确定(1)车外圆时主轴转速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。其计算公式为:n=1000v/ 则:n=100060/3.1425=764.3312r/min 由此取n=800r/min 其中 v 切削速度(m/min),由刀具寿命决定; n 主轴转速(r/min); d 工件直径或刀具直径(mm)。(2)车螺纹时主轴的转速在车削螺纹时,车床的主轴转速将
11、受到螺纹的螺距P(或导程)大小、驱动电机的升降频特性,以及螺纹插补运算速度等多种因素影响,故对于不同的数控系统,推荐不同的主轴转速选择范围。螺纹加工时将以特定的进给量切削, CNC在螺纹加工模式下控制主轴转速与螺纹加工进给同步运行。螺纹加工是典型高进给率加工,比如加工导程为3 mm的螺纹,进给量则是3mmr。螺纹加工的主轴转速直接使用恒定转速(r/min)编程,而绝不是恒线速度。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n(r/min)为:n(1200/P)k 则:n600Mpa)粗加工5760800.20.4YT类粗加工23801200.20.4精加工0.20.31201500.10.2钻中
12、心孔500800W18Cr4V钻孔300.10.2切断(宽度5mm)701100.10.2YT类铸铁(200HBS以下)粗加工50700.20.4YG类精加工701000.10.2切断(宽度5mm)50700.10.2数控此外,在安排粗、精车削用量时,应注意机床说明书给定的允许切削用量范围,对于主轴采用交流变频调速的数控车床,由于主轴在低转速时扭矩降低,尤其应注意此时的切削用量选择。2.8对刀点与换刀点的确定工件装夹方式确定后,即可通过确定工件原点来确定工件坐标系。如果要运行这一程序来加工工件,必须确定刀具在工件坐标系开始运动的起点。程序起始点或起刀点一般通过对刀来确定,所以,该点又称为对刀点
13、。在编制程序时,要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:(1)便于数值处理和简化程序编制;(2)易于找正并在加工过程中便于查找;(3)引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上,也可以设置在夹具或机床上,尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上。换刀点是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。换刀点往往设在工件的外部,以能顺利的换刀、不碰撞工件和其他部件为准。本零件将对刀点设在装夹后右端面中心,换刀点设在离对刀点x、z方向分别为100,100的位置。2.9工序与工步的划分在数控机床上加工零件,工序可以比较集中,一次装夹应尽可能完成全部工序。常用工序划分原则有:(1)保证精度原则。数控加工要求工
14、序应尽可能集中,通常粗、精加工在一次装夹下完成,为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响,应将粗、精加工分开进行。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工,通常在一次安装中,不允许将零件的某一部分表面加工完毕后,再加工零件的其他表面。对轴类或盘类零件,将待加工面先粗加工,留少量余量再精加工,以保证表面质量要求。对轴上有孔、螺纹加工的工件,应先加工表面而后加工孔、螺纹。(2)提高生产效率的原则。在数控加工中,为减少换刀次数,节省换刀时间,应在需用同一把刀加工的加工部位全部完成后,再换另一把刀来加工其他部位。同时应尽量减少空行程,当用同一把刀加工工件的多个部位时,应
15、以最短的路线到达各加工部位。按照上述划分原则,综合本零件的工艺性,装夹一次为一个工序,换一次刀为一个工步。故加工此零件划分一个工序,加工右端为一道工序,有4个工步。2.10 加工路线的确定在数控加工中,刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起,直至结束,加工程序所经过的路径,包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定原则主要有以下几点:(1)应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求,且效率高。(2)应尽量缩短加工路线,既可以减少程序段,又可以减少刀具空程移动时间。(3)应使数值计算简单,以减少编程工作量。此外,确定加工路线时,还要考虑工件
16、的加工余量和机床、刀具的刚度等情况,确定是一次走刀,还是多次走刀完成加工。按照上述原则,确定如下加工路线:夹30mm毛坯,平端面; 粗车25mm外圆柱面、21mm圆柱面、18mm圆柱面、锥面、R8mm圆弧、15mm球面; 精加工上述轮廓; 切槽; 车M181.5螺纹。第三章 加工工序的设计经过零件的工艺分析,确定加工零件时采用夹持一头加工,编程时尺寸公差取中间值。编程所用尺寸说明:S15mm圆球面,S15mm圆球面与R8mm圆弧面相交处,此点距零件右端面距离为11.242mm,R8mm圆弧面,R8mm圆弧面与15-13锥度相交点距右端面距离为19.224mm,7锥面小端的直径为13mm,15m
17、m圆柱面长度为3mm,18圆柱面的长度为14mm,21mm圆柱面长度为5mm,25mm圆柱面长度为40mm, 3.1 工序3.1.1 确定工件坐标系装夹毛坯30mm外圆,平端面,对刀,将工件原点设在右端面中心(此端面为精加工表面,以后不再加工)。换刀点选在离对刀点x、z方向分别为100,100的位置。3.1.2 工件的装夹方式用三爪自定心卡盘夹毛坯30mm外圆,探出100mm左右,车零件右端至25mm与300mm处。3.1.3 加工刀具的选择T010190外圆车刀,车端面,粗车外圆,刀尖圆弧半径0.8mm。T020290外圆车刀,精车外圆,刀尖圆弧半径0.8mm。T03034mm切槽刀,车槽,
18、刀尖圆弧半径0.8mm。T04044外螺纹刀,车螺纹,刀尖圆弧半径0.8mm。3.1.4 切削用量计算根据数控车削用量推荐表,选择合适的切削用量。(1) 车端面时选择主轴转速为600r/min;(2) 粗车外圆时,选取Vc=60m/min,f=0.2mm/r,ap=2mm,粗加工时直径为25mm。则:主轴转速:n =1000Vc/d =(100060)/(3.1425)r/min=764.3312r/min 进给速度:F =fn =(0.2764.3312)mm/min=152.866mm/min考虑刀具强度、机床刚度等实际情况,选择n=800r/min,F=50mm/min,ap=2mm。(
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