毕业设计轴套零件的数控车削加工工艺及编程.doc

浙江广厦建设职业技术学院机电一体化技术专业毕业设计说明书设计题目 轴套零件的数控车削加工工艺及编程学生姓名 陈 杰 学 号 0210070303 指导教师 刘 守 林 专 业 机电一体化技术年 级 2007级 浙江广厦建设职业技术学院毕业说明书摘 要数控车床为当今数控加工中应用最广泛的机床之一，较普通车床，它具有高效率、高精度、可加工形状复杂的零件、改善了劳动条件、有利于生产管理和机械加工自动化的发展、适合于加工复杂，大批量零件等优点使数控车床的在生产中发挥越来越重要的作用。此次毕业设计主要以灵活运用专业知识来解决实际生产中的问题为目的，本设计介绍了定位套的加工工艺和加工设计，通过对图纸分析，结合零件的结构和使用特点，制定了适合的加工工艺方案，这是将专业的理论知识和实践操作的结合。通过本次论文的设计，发现到了理论知识中的某些细节问题，在实践的加工工艺设计中得到了解决，比如：在装夹方面，应采用一次装夹，以保证零件的同轴度等。关键词：数控车削；加工工艺；定位套；装夹；同轴度 目 录引言11.1 数控技术概况11.2任务的背景分析12分析数控车削加工工艺的方法与步骤22.1零件图分析22.2工件的装夹22.1.1定位基准的选择原则22.1.2 常用装夹方式22.1.3夹具选择原则32.3加工顺序的确定32.3.1 先粗后精的原则32.3.2 先远后近的原则32.3.3 内外交叉的原则32.4加工路线的确定32.5加工工序尺寸及公差的确定32.6选择刀具32.6.1强度要求32.6.2 精度要求32.6.3 刀具的装夹方式32.7切削用量的确定33数控车削加工工艺文件的填写54定位套的车削加工工艺分析64.1 定位套的作用64.2 定位套加工工艺分析74.2.1零件图的分析74.2.2 毛坯选择7根据轴套的材料及几何形状，毛坯应选用长90mm的48的材料。74.2.3 定位基准选件74.2.4 加工方法的选择74.2.5 保证位置精度的方法74.2.6 防止零件变形的工艺措施84.2.7 走刀路线和起刀点选择84.2.8 刀具选择和装夹位置84.2.9 选择切削用量84.3 轴套加工工艺过程104.4 程序编制115总结146致谢157参考文献16浙江广厦建设职业技术学院毕业说明书 引 言1.1 数控技术概况 数控技术，简称数控（Numerical Control）。它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术集合。现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。一般来说，数控加工技术涉及及数控机床加工工艺和编程技术两方面。数控机床是数控加工的硬件基础，其性能对加工效率、精度等方面具有决定性的影响。高速、高效和高精度是数控机床技术发展的目标。零价加工程序的编制是实现数控加工的重要环节，对于产品质量的控制有着重要的作用。特别是对于复杂零价的加工，其编程工作的重要性甚至超过数控机床本身。数控编程所追求的目标是如何更有效地获得满足零件加工要求的高质量数控加工程序，以便充分发会数控机床的性能迷惑的更高的加工效率和质量。 数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平。它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。1.2任务的背景分析我们学校拥有6台数控车床，包含了各个不同的国内外先进的操作系统。学校为了提高学生的学习积极性，特别组织学生成立了有45位学生以及数控教育方面有一定经验的老师的工学结合试点班，让学生真正做到了从书本到实践操作。我在实训馆期间主要是学习了法兰克系统的数控机床的操作，该系统的学起来简单，通过电脑里学校虚拟数控编程软件，可以很容易的掌握它。平时接触生产的有轴类零件、套类零件等，更多的是为了草绳机而生产地三件套，是由3个零件组成的轴套类零件的组合。学习生产它，可以让我快速的掌握数控车床的入门技术。2分析数控车削加工工艺的方法与步骤2.1零件图分析分析零件图是制定数控工艺的首要工作，主要内容有：2.1.1 尺寸标注方法分析2.1.2 轮廓几何要素分析2.1.3 精度及技术要求分析2.2工件的装夹2.1.1定位基准的选择原则 基准重合原则 基准统一原则 便于装夹原则 便于对刀原则2.1.2 常用装夹方式 在三爪自定心卡盘上装夹 在两顶尖之间装夹 用卡盘和顶尖装夹 用双卡爪自定心卡盘2.1.3夹具选择原则 通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具 基准重合，以减少定位误差2.3加工顺序的确定在分析了零件图样和确定工件的装夹方式后，要确定零件的加工顺序。安排零件车削加工顺序时一般应遵循以下原则：2.3.1 先粗后精的原则2.3.2 先远后近的原则2.3.3 内外交叉的原则2.4加工路线的确定加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次是考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等因素。在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。 2.4.1 最短的空行程路线 合理设置起到点 合理设置换到点 合理安排“回零”路线2.4.2 最短的切削进给路线2.4.3 大余量毛坯的阶梯切削进给路线2.4.4 精加工切削进给路线2.5加工工序尺寸及公差的确定在数控机床上批量加工时，工件以定位基准在夹具中定位装夹，刀具以定位元件为对刀基准对刀建立工件坐标系，并按调整法一次对刀加工一批工件，这时无论工件的编程原点设在什么位置，其在机床上的位置都为同一点。2.6选择刀具 2.6.1 强度要求 2.6.2 精度要求 2.6.3 刀具的装夹方式 2.7切削用量的确定数控编程时，必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序内。切削用量包括主轴转速、被吃刀量级进给速度等。对于不同的加工方法，需要不同的切削用量。车削加工时主轴转速n应根据零件上被加工部分的直径，并按照零件盒刀具的材料及加工性质等条件允许的切削速度来确定，切削速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距大小、驱动电动机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。进给速度的确定：进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离F。进给速度的选择主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。背吃刀量的确定：背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率，为保证加工表面质量，可留少许精加工余量，一般为0.20.5mm。3 数控车削加工工艺文件的填写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。这些专用技术文件既是数控加工、产品验收的依据，也是需要操作者遵守、执行的规程；有的则是加工程序的具体说明或附加说明，目的是让操作者更加明确程序的内容、定位装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其他问题。常用的数控加工专用技术文件有：数控车削加工工序卡、数控加工程序说明卡、数控加工走刀路线图、数控车削加工刀具卡片、数控车削加工刀具调整图。4定位套的车削加工工艺分析4.1 定位套的作用起滑动轴承作用。为了节约材料根据轴承需要的轴向载荷设计轴套的壁厚。选用铸铜和轴承合金材质。定位套只能承受较小的轴向载荷。或加推力轴承。 在运动部件中，因为长期摩擦而造成零件磨损，当轴套与座采用过盈配合，而与轴采用间隙配合，因为无论怎么样还是无法避免磨损的，只能延长寿命，而轴类零件相比来说比较容易加工；维修时还是要按这种方法改造，但改造容易造成设备的精度降低，原因很简单，二次加工是无法保证座孔中心的位置的。轴套在一些转速较低，径向载荷较高且间隙要求较高的地方用来替代滚动轴承，材料要求硬度低且耐磨，轴套内孔经研磨刮削，能达到较高配合精度，内壁上一定要有润滑油的油槽，轴套的润滑非常重要，干磨的话，轴和轴套很快就会报废，这里推荐安装时刮削轴套内孔壁，这样可以留下许多小凹坑，增强润滑。4.2 定位套加工工艺分析根据零件图形、装夹方式及加工等方面选用FANUC-CK6140。4.2.1零件图的分析尺寸标注：该零件尺寸标注完整、明确，轴向尺寸以右端为基准，径向尺寸以中心线为基准，适合于数控加工编成。几何元素及技术要求给零件由外圆柱面、内孔、内外沟槽及四处45度倒角组成，其中多个轴向尺寸和径向尺寸有较高的尺寸精度和公差要求。零件表面要求较高，所以编程时取尺寸公差的平均值。零件结构工艺分析该零件内孔三处沟槽均为20.5，便于用一把刀加工出来，外圆及内孔倒角均为C1，零件结构设计合理，适合数控加工。根据以上分析：零件编成时取公差尺寸的一半；左右端面多个尺寸的设计基准，加工前先把右端面车出来。4.2.2 毛坯选择 根据轴套的材料及几何形状，毛坯应选用长90mm的48的材料。4.2.3 定位基准选件定位套在加工时的定位基准主要是外圆和内孔，加工内孔时，利用中心钻钻孔进行内孔基准的选择。在外圆时，利用三爪定位来完成基准的选择。4.2.4 加工方法的选择 选择加工方法，需要考虑零件的特点、孔径尺寸大小、孔的长度比、精度和表面粗糙度要求以及生产批量、材料及热处理等因素，定位套外圆和内孔的精度均为IT7级精度采用精车可以满足要求。IT7级精度18 0+0.021孔宜采用铰孔，但考虑CK6140数控车床不能有程序指令控制铰孔加工，因此采用精车的方法。内控的加工顺序为钻孔-粗车孔-半精车孔-精车孔。4.2.5 保证位置精度的方法 定位套内外表面间的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度通常采用下述方法来保证：在一次装夹中完成内外表面级端面的全部加工。但对尺寸较大的套筒有许多不便。先精加工孔，然后用心轴装夹精加工外圆、端面。在套筒加工中这种方法用得较多先精加工外圆，然后以外圆为精度基准最终加工内孔。一般采用三爪定心卡盘装夹，工件装夹迅速可靠，但卡盘安装误差较大工件位置精度较低。如采用软爪卡盘或弹簧套筒装夹，可获得较高通轴度，且不易夹伤工件表面。4.2.6 防止零件变形的工艺措施 定位套零件一般较薄，加工中常因夹紧力、切削力、内应力和切削热等因素的影响而产生变形。防止变形一般采用以下办法： 粗、精加工分开。 采用过渡套、弹簧套或软爪卡盘夹紧工件，以防止由于夹紧力不均匀（如三爪定心卡盘装夹）使套筒零件加工后内孔变形。也可以采用专用夹具，将径向夹紧改为轴向夹紧。4.2.7 走刀路线和起刀点选择 定位套编程时，工件原点取在工件夹紧后的有端面与轴线的交点处，起刀点和换刀点重合，距离主轴轴线60mm，距离夹紧后的工件右端面100mm。4.2.8 刀具选择和装夹位置在数控加工中，刀具材料的切削性能直接影响着生产效率，工件的加工精度和表面质量、刀具消耗和加工成本。 硬质合金包括：钨钴类（YG）、钨钛钴类（YT）、钨钛钽钴类（YW）。钨钛钽钴类（YW）相当于ISO标准的M类。 YW类合金兼有YG类和YT类合金大部分优良性能，故被称为通用合金。它既可以加工铸铁、有色金属，也可以加工钢。所以刀具材料选用硬质合金。为避免重新装夹刀具，外圆粗车、半精车和精车均使用同一把90度外圆车刀，安装在刀架的1号刀位上，并定位基准刀。内孔粗车、半精车和精车也使用同一把内孔车刀，安装在刀架的2号刀位上。内沟槽车刀主切削刃2mm，刀位点取在左刀尖。安装在刀架的3好刀位上。切削力也用作外径车槽，主切削刃宽3mm，刀位点取在左刀尖，安装在刀架的4号刀位上。4.2.9 选择切削用量 确定背吃刀量ap 因工件的加工余量较大，并考虑刀工件系统的刚度，需要进行多次切削，留0.55mm作为半精车余量，粗车外圆内孔时，背吃刀量应选用3.02.0mm。由于零件的表面粗糙度较高，应留小的精车余量，所以半精车外圆内孔时背吃刀量取0.4mm，精车外圆内孔时取0.15mm。确定进给量f根据车刀刀杆尺寸，工件直径和背吃刀量可查得粗车外圆内孔时f=0.4-0.5mmr,选取f=0.4mmr。根据零件表面粗糙度、材料等因素，半精车与精车外圆内孔时取f=0.3-0.5mmr,由于工艺的要求，分为半精车和精车，再考虑到机床的刚度，故半精车时f取0.13-0.16mmr；切断、切槽时，f取0.13-0.16mmr,取f=0.1 mmr.进给量（f）的确定不仅根据车刀材料还要根据表面粗糙度如表1所示：硬质合金刚车刀粗车外圆及断面的进给量表1工件材料车刀刀杆尺寸BHmm工件尺寸dwmm背吃刀量33-55-88-1212进给量fmmr-1铸钢及铜合金1625400.4-0.50.4-0.5-600.5-0.80.5-0.80.4-0.6-1000.8-1.20.7-1.00.6-0.80.5-0.7-4001.0-1.41.0-1.20.8-1.00.6-0.8-选择切削速度Vc根据工件材料，背吃刀量和进给量，粗车和半精车时取Vc=1-1.33ms。取Vc=1 ms。由表2查得切槽切断时，Vc=1 ms。表2工件材料抗拉强度（N.m-2）刀具材料粗加工m.min-1)精加工m.min-1)钢350-400硬质合金130-240200-300430-500100-200220-300600-700100-150150-220700-85070-90100-130确定主轴转速n 由公式n=1000Vc 所以粗车、半精车时n=1000*0.8 *48=5.31rs 。 即n=318.47rmin,取n=300 rmin。精车时，n=1000*1.1*45=7.78r s。即n=466.8 rmin.取n=460 rmin.切槽切断时，n=1000*0.39*18=6.9 rs。即n=414 rmin 取n=400rmin。表3 表面粗糙度选择进给量的参数值工件材料表面粗糙度Raum切削速度范围Vcmmin刀尖圆弧单位rmm0.51.02.0进给量fmm r-1铸铁、青铜、铝合金5-10不限0.25-0.400.40-0.500.50-0.602.5-50.15-0.250.25-0.400.40-0.601.25-2.50.10-0.150.15-0.200.20-0.35轴套加工时切削用量如表4所示表4主轴转速s(rm)进给量f(mmmin)背吃刀量apmm粗车外圆/内孔950/4604003.02.0半精车外圆内孔950/4601500.4精车外圆内孔1200/460800.15车槽切断3001004.3 轴套加工工艺过程 单位名称浙江广厦学院零件号01043机床型号FANUC-CK6140材料 夹具名称三爪定心卡盘装夹45钢工序号加工内容刀具号刀具名称刀具规格主轴转速（r/min）背吃刀量(mm)加工余量(mm)备注1车端面T190外圆刀9503.02钻孔15mm钻头300手动3粗车半精车外圆T190外圆刀9503.0留精车余量0.25mm4粗车和半精车内控T2内孔车刀4603.0留精车余量0.25mm5内孔倒角T2内孔车刀3003.06精车内孔T2内孔车刀4600.157车内沟槽T3内沟槽刀4608精车外圆T190外圆刀12009车外沟槽T4切槽刀46010外圆倒角T190外圆刀46011切断T4切断刀3004.4 程序编制O0001N0010 G50 X100 Z100 坐标系设定N0020 M03 S950 主轴正转 转速950r/minN0030 T0101 01号刀 01号刀补N0040 G00 X48 Z5 快速点定位N0050 G71 U1 R0.5 外圆切削循环N0060 G71 P70 Q160 U0.2 F150 N0070 G00 X0 粗加工轮廓起始行N0080 Z0 快速定位N0090 G01 X26 车削外圆起点N0100 X28 Z-1 精加工倒角N0110 Z-20 精加工28N0120 X30 沿X轴直线走刀30mmN0130 Z-36 沿Z轴直线退刀36mmN0140 X45 退出已加工表面N0150 Z-50 精加工半径50N0160 X48N0170 G00 X100 Z100 返回工作原点N0180 T0202 S460 换02号刀 02号刀补N0190 G00 X160 Z5 快速点定位N0200 G01 Z-50 F150 直线走刀N0210 G00 X15 快速点定位N0220 Z5N0230 X17N0240 G01 Z-50 直线走刀N0250 G00 X15 快速点定位N0260 Z5 沿Z直线走刀5mmN0270 X17.8 沿X轴直线走刀17.8mmN0280 G01 Z-50 沿Z直线退刀50mmN0281 G00 X15 快速点定位N0290 Z5N0300 X20 直线走刀20mmN0310 Z-16.8N0320 G00 X15 快速点定位N0330 Z5 精加工半径5N0340 X21.5 直线走刀21.5mmN0350 G01 Z-16.9N0360 G00 X15 快速点定位N0370 Z5N0380 X22 倒角起点N0390 G01 Z-17 F80 精加工倒角N0400 X18 沿X轴直线走刀18mN0410 Z-50 精加工半径50N0420 G00 X15 沿X轴点退刀15mmN0430 Z100 快速退刀N0440 X100N0450 T0303 S460 换03号刀 03号刀补N0460 G00 X15 快速点定位N0470 Z-3 精加工半径3N0480 G01 X17 F80N0490 G00 X15 快速点定位N0500 Z-31 精加工半径31N0510 G01 X17 沿X轴直线走刀17mmN0520 G00 X15 快速点定位N0530 Z-24 精加工半径24N0540 G01 X17 沿X轴直线走刀17mmN0550 G00 X15 快速点定位N0560 Z100 沿Z轴快速退刀N0570 X100 沿X轴快速退刀N0580 T0101 S1200 01号刀 01号刀补N0590 G00 X48 Z5 回到起点N0600 G70 P70 Q160 精车循环N0610 G00 X100 Z100 返回工作原点N0620 T0404 S460 换04号刀 04号刀补N0630 G00 X48 Z5 速点定位N0640 G01 X28 F100N0650 G00 X100 沿X轴快速退刀N0660 Z100 沿Z轴快速退刀N0670 T0100 取消刀补N0680 M05 主轴停止N0690 M30 程序结束5 总 结本论文在指导老师的密切关心和帮助下完成了，虽说比较辛苦，但我由衷的感到欣慰，因为在这么短的时间内完成了毕业设计，让我收到了非常重要的学习过程。在