涡轮轴数控加工工艺设计.docx
《涡轮轴数控加工工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《涡轮轴数控加工工艺设计.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
涡轮轴数控加工工艺设计
蜗轮轴数控加工工艺及夹具设计
本次毕业设计是为了让我们更清楚地理解怎样确定零件的加工方案，为我们即将走上工作岗位的毕业生打基础，最后，让我们在数控车床上加工出该零件达到图纸要求。
数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。
也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。
随着我国综合国力的进一步加强和加入世贸组织。
我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。
数控技术是制造实现自动化，集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。
此业设计让我们毕业生更好的熟悉数控车床，确定加工工艺，学会分析零件为走上工作岗位打下基础。
工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作，工艺制定得合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要的影响。
因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细地制定好零件的数控加工工艺。
1绪论
1.1本课题的目的及任务
本课程是高等工业院校机械类专业的学生必须完成的一项作为圆满毕业的大形作业，其目的是使学生学会归纳总结以前学过的所有知识并结合自己研究的课题，发挥自己的创造力。
查阅相关文献，做实验，做研究，得出科学的结论，并能用之与科学实践中，真正做到学所用。
本课程的具体任务是：
1编写课程设计大纲及详细划。
2初步掌握数控加工技术与本课程的联系与应用。
3初步具有正确选定一般机械零件的综合加工方法及确定其工序位置，机床，刀具，夹具选择的能力。
1.2数控加工原理与数控加工工艺概述
1.2.1数控加工原理
与传统的加工比较,数控加工与通用机床加工在方法与内容上有许多相似之处,不同点主要表现在控制方法上,比机械加工为例,通用机床加工零件时,工步的安排、机床运动的先后次序、位移量、走刀路线及有关切削参数的选择等，都是由操作者自行考虑和决定的。
且是用手工操作方法来进行控制的。
操作者总是根据零件和工序卡的要求。
在加工过程中不断改变刀具与工件的相对运动轨迹和加工参数，使刀具对工件进行切削加工，从而得到所需要的合格零件。
如果采用自动车床，仿型车床或仿型铣床加工，虽然也能达到对加工过程实现自动控制的目的，便其控制方式是通过预先配置的凸轮、挡块或靠模来实现的。
而在CNC机床上，传统加工过程中的人工操作均被数控系统的自动控制所取代。
其工作过程是：
首先要将加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴速度和进给速度的变、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，按规定的代码和格式编成加工程序，然后将程序送入数控系统。
数控系统则按照程序的要求，先进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。
1.2.2数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念、主要内容及特点。
（一）数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念
．数控加工工艺
是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和。
应用于整个数控加工工艺过程。
数控加工工艺是伴随着数控加工机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结
数控加工工艺过程的概念
是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。
（二）数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容
（1）选择并确定进行数控加工的内容；
（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析；
（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定的确定；
（4）数控加工工艺方案的制定；
（5）工步、进给路线的确定；
（6）选择数控机床的类型；
（7）刀具、夹具、量具的选择和设计；
（8）切削参数的确定；
（9）加工程序的编写、校验与修改；
（10）首件试加工与现场问题处理；
（11）数控加工工艺技术文件的定型与归档。
（三）数控加工工艺的特点
由于数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、设备使用费用高等特点，使数控加工相应形成了下列特点。
1."数控加工工艺内容要求具体、详细如前所述，在用通用机床加工时，许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与安排、刀具的几何形状及尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上都是由操作人员根据自己的实践经验和自行考虑和决定的，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。
而在数控加工时，原不可不在普通机床上由操作工人灵活掌握并可通过适时调整来处理的上述工艺问题，不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且编程人员必须事先设计和安排好并做出正确的选择编入加工过程中。
数控工艺不仅包括详细描述的切削加工步骤，而且还包括工夹具型号、规格、切削用量和其他特殊要求的内容以及标有数控加工坐标位置的工序图等。
在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。
2.数控加工工艺要求更严密、精确数控机床自适应性较差，它不能像普通机床加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整。
如在攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否需要退刀清理一下切屑再继续进行，这些情况必须事先由工艺员精心考虑，否则可能会导致严重的后果。
在普通机床加工零件时，通常是经过多次“试切”过程来满足零件的精度要求，而数控加工过程是严格按程序规定的尺寸进给的，因此要准确无误。
在实际工作中，由于一个小数点或一个逗号事情的差错而酿成重大机床事故和质量事故的例子屡见不鲜。
因此，数控加工工艺设计要求更加严密、精确。
3.制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算编程尺寸并不是零件图上设计的基本尺寸的简单再现，在对零件图进行数学处理和计算时，编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关系重新调整计算，才能确定合理的编程尺寸。
这是编程前必须要做的一项基本工作，也是制定数控加工工艺要必须进行的分析工作（详细分析见第四章第三节）。
4.制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响数控加工时，刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终由数控系统的插补装置或插补软件来控制的。
根据插补原理分析，在数控系统已定的条件下，进给速度越快，则插补精度越低；插补精度越低，工件的轮廓形状精度越差（详细分析见后）。
因此，制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响，特别是高精度加工时影响非常明显。
5.制定数控加工工艺时要特别强调刀具选择的重要性
复杂形面的加工编程通常要用自动编程软件来实现，由于绝大多数三轴以上联动的数控机床不具有刀具补偿功能，在自动编程时必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹。
若刀具预先选择不当，所编程序将只能推倒重来。
6.数控加工工艺的特殊要求
（1）由于数控机床较普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因而在同等情况下，所采用的切削用量通常要比普通机床大，加工效率也较高。
选择切削用量时要充分考虑这些特点。
（2）由于数控机床的功能复合化程度越来越高，因此，工序相对集中是现代数控加工工艺的特点，明显表现为工序数目少，工序内容多，并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序，所以数控加工的工序内容要比普通机床加工的工序内容复杂。
（3）由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。
7.数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容普通工艺中划分工序选择设备等重要内容对数控加工工艺来说属于已基本确定的内容，所以制定数控加工工艺的着重点在整个数控加工过程的分析，关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。
复杂表面的刀具运动轨迹生成需借助自动编程软件，既是编程问题，当然也是数控加工工艺问题。
这也是数控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。
1.3数控车床的操作
.手工编程操作
将编制的加工程序输入数控系统，具体的操作方法是：
先通过机械操作面板启动数控机床，接着由CRT/MDI面板输入加工程序，然后运行加工程序。
1）启动数控机床操作
①机床启动按钮ON
②程序锁定按钮OFF
2）编辑操作
①选择MDI方式或EDIT方式
②按（PRGRM）健
1.手工编程操作将编制的加工程序输③输入程序名 键入程序地址符、程序号字符后按（INSRT）键。
④键入程序段
⑤键入程序段号、操作指令代码后按（INPUT）键。
1.手工编程操作将编制的加工程序输3）运行程序操作
①程序锁定按钮ON
②选择自动循环方式）启动数控机床操作①机操作面板启动数控机床，接着由C
入数控系统，具体的操作方法是：
先通过机械II㈡
.调用程序操作
调用已储存在数控系统中的加工程序，具体的操作方法先通过机械操作面板启动数控机床，接着调用系统内的加工程序，然后运行程序。
1）启动数控机床操作
①机床启动按钮ON
操作面板启动数控机床，接着由CRTMDI②程序锁定按钮OFF
2）调用程序操作
①选择MDI方式或EDIT方式
）启动数控机床操作①机床②按（PRGRM）键
③调用程序 键入程序地址符、程序号字符后按（INPUT）键。
3）运行程序操作
①程序锁定按钮ON
②选择自动循环方式
③按自动循环按钮
.数控车床）启动数控机床操作①机床对刀操作
数控车床对刀方法有三种（图1）：
试切削对刀法、机械对刀法和光学对刀法。
面板输入加工程序，然后运行加工程序。
1
）启动数控机床操作①机床
图1 数控车床对刀方法
1）试切削对刀法对刀原理入数控系统，具体的操作方法是：
先通过机械
如图2所示，假设刀架在外圆刀所处位置换上切割刀，虽然刀架没有移动，刀具的坐标位置也没有发生变化，但两把刀尖不在同一位置上，如果不消除这种换刀后产生的刀尖位置误差，势必造成换刀后的切削加工误差。
入数控系统，具体的操作方法是：
先通过机械
图2 数控车床对刀原理1.手工编程操作将编制的加工程序输
换刀后刀尖位置误差的计算：
ΔX=X1-X2
ΔZ=Z1-Z2
根据对刀原理，数控系统记录了换刀后产生的刀尖位置误差ΔX、ΔZ，如果用刀具位置补偿的方法确定换刀后的刀尖坐标位置，这样能保证刀具对工件的切削加工精度。
面板输入加工程序，然后运行加工程序。
1
2）基准刀对刀操作（图3）
①用外圆车刀切削工件端面，向数控系统输入刀尖位置的Z坐标。
② 用外圆车刀切削工件外圆，测量工件的外圆直径，向数控系统输入该工件的外圆直径测量值，即刀尖位置的X坐标。
）启动数控机床操作①机
）启动数控机床操作①机床
图3 基准刀对刀操作
3）一般刀对刀操作）启动数控机床操作①机
如图4所示，用切割刀的刀尖对准工件端面和侧母线的交点，向数控系统输入切割刀刀尖所在位置的Z坐标和X坐标。
这样，数控系统记录了两把刀尖在同一位置上的不同坐标值，计算出换刀后一般刀与基准刀的刀尖位置偏差，并通过数控系统刀具位置偏差补偿来消除换刀后的刀尖位置偏差。
）启动数控机床操作①机床
入数控系统，具体的操作方法是：
先通过机械图4 对刀操作
.）启动数控机床操作①机床刀位偏置值的修改与应用
如果车削工件外圆后，工件的外圆直径大了0.30mm。
对此，我们可不用修改程序，而通过修改刀位偏置值来解决，即在X方向把刀具位置的偏置值减小0.30mm，这样就很方便地解决了切削加工中产生的加工误差。
）启动数控机床操作①机床
2.零件图工艺分析
该零件表面有圆柱、圆锥、螺纹、键槽等表面组成。
其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度要求和表面粗糙度要求；尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料为45钢，无需热处理和硬度要求。
通过上述分析，可采用以下几点措施。
对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。
在轮廓曲线上，有一处为螺纹加工，在加工时应设置合适的退刀槽，一保证轮廓曲线的准确性。
为了便于装夹，根据零件形状应预先加工右端，右端面应先车出并钻好中心孔，右端加工了在加工左端。
毛坯选长为170㎜直径为40㎜棒料。
3.选择设备
被加工零件为涡轮轴属于圆柱轴类零件，材料为45钢，无热处理要求和硬度要求，选用TND360数控车床，零件有两处为键槽加工选用一般铣床即可。
4.确定零件的定位基准和装夹方式
定为基准确定坯料轴线和左端面为定位基准
装夹方式加工右端时，左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承。
加工左端时，右端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，左端采用活动顶尖支承的装夹方式。
5.确定加工顺序及进给路线
加工顺序按由粗到精、由近到远的、由右到左的原则确定。
此零件分成两次加工，先加工右端然后调头加工左端。
先从右到左进行粗车（留0.25的精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。
TND360数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确的使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要认为确定）。
此零件要两端加工所以需调头加工，该零件表面加工右端轮廓精车进给，如图1—1所示。
左端精车进给，如图1—2所示.
右端轮廓精车进给路线
左端轮廓精车进给路线
6.刀具选择
所有刀具都用材料W18Cr4V
选用Φ5mm中心钻钻削中心孔。
粗车及平端面选用90°硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角K′r不宜太小，选K′r=35°.
精车选用90°硬质合金右偏刀
车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径,取最小圆角半径等于0.15——0.2mm。
选用宽为2mm的切槽刀，切槽、切断。
两个键槽用Φ10T合金立铣刀。
将所选的刀具参数填入数控加工刀具卡片中见表1——3，以便编程和操作管理。
）启动数控机床操作①机
表1——3数控加工刀具卡片
操作面板启动数控机床，接着由CRT）启动数控机床操作①机
产品名称或编号
XXX
零件名称
典型轴
零件图号
XXX
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
Φ5的中心钻
1
钻Φ5的中心钻
Φ5
2
T02
90°硬质合金右偏刀
1
车端面及粗车轮廓
20×20
3
T03
90°硬质合金右偏刀
1
精车轮廓
20×20
4
T04
硬质合金60°外螺纹车刀
1
车螺纹
20×20
5
T05
切槽刀
1
切2mm槽，切断
B=2mm
20×20
6
T06
合金立铣刀Φ10T
1
铣图中两个键槽
Φ10T
编制
刘兴
审核
XXX
批准
XXX
共1页
第1页
7.切削用量的选择
背吃刀量的选择轮廓粗车循环时ар=3mm,精车ар=0.25mm；螺纹粗车时选ар=0.4mm，逐刀减少，精车ар=0.1mm。
主轴转速的选择车直线时，查表选粗车切削速度Vc=90mm／in、精车切削速度Vc=120m\min，然后利用公式Vc=∏dn1／000计算主轴转速n：
粗车是500r／min、精车是
1200r\min.车螺纹按照n≤1200／P-K,计算出主轴转速是n=320r\min.
进给速度的选择查表选择车粗、精车每转进给量，在根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.4mm／r，精车每转进给量为0.15mm／r，最后根据公式Vf=nf计算粗车、精车进给速度分别为200mmm／in和180mm／min。
综合前面分析的各项内容，并将其填入表1——4所示的数控加工工艺卡片。
此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。
主要内容包括：
工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。
表1——4涡轮轴零件数控加工工艺卡片
单位名称
成都电子机械高等专科学校
产品名称或代码
零件名称
零件图号
涡轮轴
涡轮轴
1
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
O1234
三转卡盘和活动顶尖
TND360数控车床
数控中心
工
步
号
工步内容
刀具号
刀具规格
／mm
主轴转速
／r·minˉ1
进给速度
mm·minˉ1
背吃刀量
／mm
备注
1
平端面
T02
20×20
500
手动
2
钻中心孔
T01
Φ5
950
手动
3
粗车轮廓
T02
20×20
500
200
3
自动
4
精车轮廓
T03
20×20
1200
180
0.25
自动
5
粗车螺纹
T04
20×20
320
960
0.4
自动
6
精车螺纹
T04
20×20
320
960
0.1
自动
7
切槽
T05
20×20
400
30
自动
8
掉头装夹、平端面
T02
20×20
500
手动
9
钻中心孔
T01
Φ5
950
手动
10
粗车轮廓
T02
20×20
500
200
3
自动
11
精车轮廓
T03
20×20
1200
180
0.25
自动
12
粗车螺纹
T04
20×20
320
960
0.4
自动
13
精车螺纹
T04
20×20
320
960
0.1
自动
14
切槽
T05
20×20
400
30
自动
15
装夹在铣床上加工键槽粗铣
T06
Φ10T
400
35
手动
16
精铣
T06
Φ10T
600
45
手动
编制
刘兴
审核
批准
2009年5月10日
共1页
第1页
8.编制程序
O1234
N10T0202
N20M03S1200
N30GOOX45Z2
N40G71U1.5R1P50Q140X0.25Z0.25F200
N50G00X0Z-2
N60G01X0Z0F200
N70X13Z0
N80X15Z-1
N90Z-12
N100X17
N105X-23
N110X20Z-23.5
N120Z-39
N130X22Z-41
N140-61
N150G00X100Z100
N160T0505
N170M03S400
N180G00X25Z-10
N190G01Z-14.7F30
N200G04P3
N210G00X25
N220Z-37
N230G01X17.7F30
N240G04P3
N250G00X100
N260Z100
N270T0404
N280M03S960
N290G00X20Z-20
N300G76C1R0E0A60°X18.05Z-37I0K0.974U0.1V0.08Q0.4P0I1.5
N310G00X100Z100
N320M30
掉头程序
N10T0202
N20M03S1200
N30GOOX45Z2
N40G71U1.5R1P50Q140X0.25Z0.25F200
N50G00X0Z2
N60G01X0Z0F200
N70X13Z-1
N80Z-49
N90X17
N100Z-74
N110X22
N120Z-79
N130X30
N140Z-84
N150X22
N160Z-100
N170G00X100Z100
N180T0505
N190M03S400
N200X18Z-72
N210G01X17.7F30
N220G04P3
N230G00X35
N240Z-86
N250G01X21F30
N260G04P3
N270G00X100
N280Z100
N290M30
9.总结
夹具图
零件图
升级会员 