10240112 轴Word文档格式.docx
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确定加工工艺,进行数控编程并调试;
第七周:
整理完善设计内容、按照毕业设计规范进行设计报告的撰写;
第八周:
最终确定设计报告,打印装订,准备毕业答辩和指导教师评阅等
指导教师(签名):
摘要
随着科学技术和工业生产的飞速发展,国民经济各个部门迫切需要各种各样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品。
其中,产品设计是决定产品性能、质量水平、市场竞争力和经济效益的重要环节。
因此,采用数控加工就成了最好的选择,因为它加工效率高、质量好、加工精度高。
数控技术是与机床的自动控制密切结合而发展起来的,如今数控技术已广泛应用于化工生产、石油精炼、造纸、钢铁生产等工艺流程控制及其他各个方面。
近代大工业生产中,机械加工工艺过程的自动化是提高产品质量和生产率的重要措施。
数控机床的诞生,较好解决了精密复杂多品种单件或小批量机械零件加工自动化的问题。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用.
数控加工与编程的毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分,通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整的系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。
本课题从零件加工工艺分析、夹具及加工刀具选择、工艺路线的制订,每一个工步都要进行详细的分析,反复多次查阅资料进行实例研讨。
切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。
关键词:
数控加工,编程,工艺分析。
目录
1数控机床的概述1
1.1数控加工简介1
1.2数控加工工艺及其工艺特点3
1.3数控加工必须遵循的一般原则4
1.4数控加工的步骤4
2刀具和切削用量的选择5
2.1数控机床对刀具的要求5
2.2刀具的选择方法5
2.3切削用量的选择7
3夹具的选择9
3.1夹具的基本概念:
9
3.2夹具的选择:
10
3.3夹具的类型:
3.4夹具的作用:
3.5零件的安装:
4轴的类型及材料选择11
4.1轴的类型11
4.2轴类零件的材料和毛坯选择11
5数控机床的坐标系统12
5.1机床坐标系12
5.2工件坐标系12
6数控车削工艺13
6.1数控加工工艺内容的选择13
6.2数控加工零件的工艺性分析14
6.3工艺分析及处理15
6.4螺纹加工的尺寸计算17
6.5编写程序17
6.6备注20
7数控加工的优势22
结 论24
致 谢25
参考文献26
1数控机床的概述
数控机床是由数字程序实现控制的机床,就是能按照编制好的加工程序实现自动化加工的设备,与普通机床相比,它适应范围广,可适应各种不同类型零件的加工,生产效率高,加工精度高,其自动化或半自动化加工把许多辅助动作都交给机床完成,更是大大减少了操作员的劳动量。
1.1数控加工简介
1.是高速加工技术发展迅速
高速加工技术发展迅速,在高档数控机床中得到广泛应用。
应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术,优化机床结构,采用高性能功能部件,移动部件轻量化,减少运动惯性。
在刀具材料和结构的支持下,从单一的刀具切削高速加工,发展到机床加工全面高速化,如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转;
快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米;
换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下,换刀速度加快了几倍到十几倍。
应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间,从而实现加工制造的高质量和高效率。
2.是精密加工技术有所突破
通过机床结构优化、制造和装配的精化,数控系统和伺服控制的精密化,高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等,从而提高机床加工的几何精度、运动精度,减少形位误差、表面粗糙度。
加工精度平均每8年提高1倍,从1950年至2000年50年内提升100倍。
目前,精密数控机床的重复定位精度可以达到1µ
m,进入亚微米超精加工时代。
3.是技术集成和技术复合趋势明显
技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一,如工序复合型——车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合,跨加工类别技术复合——金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等,目前已由机加工复合发展到非机加工复合,进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容,目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。
技术集成和复合形成了新一类机床——复合加工机床,并呈现出复合机床多样性的创新结构。
4.是数字化控制技术进入了智能化的新阶段
数字化控制技术发展经历了三个阶段:
数字化控制技术对机床单机控制;
集合生产管理信息形成生产过程自动控制;
生产过程远程控制,实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。
智能化指工作过程智能化,利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合,对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。
加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正,刀具直径和长度误差测量,加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控,自动进行补偿、调整、自动更换刀具等,智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等,直至停机处理。
随着网络技术的发展,远程故障诊断专家智能系统开始应用。
数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。
人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。
在线服务可以根据用户要求随时接通INTERNET接受远程服务。
采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能,大大提高成形和加工精度、提高制造效率。
信息化技术在制造系统上的应用,发展成柔性制造单元和智能网络工厂,并进一步向制造系统可重组的方向发展。
5.是极端制造扩张新的技术领域
极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。
极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。
重点研究微纳机电系统的制造技术,超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制,如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用;
应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制;
IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术,研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床;
极端制造领域的复合机床的研制等
1.2数控加工工艺及其工艺特点
1.2.1数控加工工艺的主要内容
数控加工工艺是指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过程。
一般来说数控加工工艺主要包括的内容如下:
(1)选择并确定进行数控加工的零件及内容;
(2)对零件图纸进行数控加工的工艺分析;
(3)对零件图纸的数学处理及编程尺寸设定值的确定;
(4)制定数控加工工艺方案。
如工序的划分,刀具的选择,切削用量的确定,编写零件数控加工的程序,程序检验等;
(5)确定程序原点、对刀点、换刀点的位置,确定刀具走刀时的进给路线;
(6)分配数控加工中的容许误差以及处理数控机床上部分工艺指令。
1.2.2数控加工工艺特点
1、数控加工工艺内容要求更加具体、详细
数控加工所有工艺问题必须事先设计和安排好,并编入加工程序中。
数控加工工艺不仅包括详细的切削加工步骤,还包括刀具型号、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
数控加工时,自适应性较差,加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑,否则导致严重的后果。
如攻螺纹时,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加工。
又如非数控机床加工时可以多次“试切”来满足零件的精度要求;
而数控加工过程,严格按照规定尺寸进给,要求准确无误。
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
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。
4、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
合理的切削进给速度,不仅要使切削过程平稳,避免因切削力猛然增大引起刀具破损,而且还应考虑数控系统插补运算速度对零件加工精度的影响。
一般,在数控系统已定的条件下,进给速度越快,则插补精度越低,工件的轮廓形状误差也就越大。
特别是对于高精度零件的加工,这一影响是绝对不可忽视的。
5、强调刀具选择的重要性
复杂型面的加工编程通常采用自动编程方式。
自动编程中,必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹,因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说,若刀具预先选择不当,所编的程序就不能再用,也只能重新编制才能完成所要的加工。
1.3数控加工必须遵循的一般原则
(1)结合本校数控基地的情况,合理安排合计内容。
也可以采用与校外企业合作的方式设计课题。
(2)必须保障人身安全和设备安全,在编程操作前应熟悉数控机床的操作说明书,并按照操作规程操作。
(3)兼顾加工精度和加工效率,在保证加工精度的前提下,认真进行公工艺分析,制定出合理的工艺方案,选择合理的切削用量。
(4)注意培养独立获取知识、新技术、新信息的能力,掌握科学研究的方法。
1.4数控加工的步骤
必须利用设计前一到二周的时间研究设计计划和任务书,了解产品的工艺性和公差等级,在初步明确设计要求的基础上,可以步骤进行设计方案的论证。
(1)分析零件图样
根据任务书,画出零件图,并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、刀具及等技术进行分析。
(2)确定加工工艺方案
根据上述的分析,选择加工方案,确定加工顺序,加工路线、装夹方式、切削用量材料等,要求有详细的设计过程和合理的参数。
(3)数值计算
根据零件图的尺寸,确定工艺路线及设计的坐标系,计算运动轨迹,得到刀位数据
(4)编写零件加工程序
根据数控系统的功能指令及程序格式,逐步编写加工程序单,写出有关的工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。
(5)程序校验
程序编完后,对程序进行校验,一般采用机床空运转方式,来检查机床的动作和运行轨迹的正确性,以校验程序。
2刀具和切削用量的选择
2.1数控机床对刀具的要求
为了保证数控机床的加工精度,提高生产率及降低刀具的消耗,在选用刀具时对刀具提出了很高的要求,如能可靠的断屑,有高的耐用度,可快速调整和更换等。
因此数控机床对刀具的选择应满足以下要求:
1.适应高速切削要求,具有良好的切削性能
为提高生产率和加工高硬度材料的要求,数控机床向着高速度、大进给、高刚性和大功率发展。
中工作进给由0m/min—5m/min提高到0m/min—15m/min。
等规格的数控车床,其主轴最高转速一般为3000r/min—5000r/min,
2.高的可靠性
数控机床加工的基本前提之一是刀具的可靠性。
3.较高的刀具耐用度
4.高精度
5.可靠的断屑及排屑措施
6.精确迅速的调整
7.自动快速的换刀
8.刀具标准化、模块化、通用化及复合化
2.2刀具的选择方法
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一,不仅影响机床的加工效率,而且直接影响零件的加工质量。
由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床,而且主轴输出功率较大,因此与传统加工方法相比,对数控加工刀具的提出了更高的要求,包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高,而且要求尺寸稳定,安装调整方便。
这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。
数控刀具是提高加工效率的先决条件之一,它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。
应考虑以下方面:
(1)根据零件材料的切削性能选择刀具。
如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件,建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。
(2)根据零件的加工阶段选择刀具。
即粗加工阶段以去除余量为主,应选择刚性较好、精度较低的刀具,半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主,应选择耐用度高、精度较高的刀具,粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。
如果粗、精加工选择相同的刀具,建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具,因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损,涂层磨损修光,继续使用会影响精加工的加工质量,但对粗加工的影响较小。
(3)根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。
在零件结构允许的情况下应
选用大直径、长径比值小的刀具;
切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角,以减少刀具和切削部位的切削力。
加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀,齿数也不要超过4齿。
选择数控刀具时应遵循以下原则:
(1)选择刀具的种类和尺寸应与加工表面的形状和尺寸相适应
(2)尽量采用硬质合金或高性能材料制成的刀具
(3)尽量采用机夹或可转位式刀具
(4)尽量采用高效刀具,如多功能车刀、铣刀等合金刀具。
2.3切削用量的选择
合理选择切削用量的原则是,粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;
半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。
切削深度ap。
在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,ap就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。
为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般应留一定的余量进行精加工。
数控机床的精加工余量可略小于普通机床。
切削宽度ae。
一般ae与刀具直径d成正比,与切削深度成反比。
经济型数控加工中,一般ae的取值范围为:
ae=(0.6~0.9)Dc。
切削速度Vc。
提高Vc也是提高生产率的一个措施,但Vc与刀具耐用度的关系比较密切。
随着Vc的增大,刀具耐用度急剧下降,故Vc的选择主要取决于刀具耐用度。
另外,切削速度与加工材料也有很大关系,例如车削合金刚30CrNi2MoVA时,Vc可采用8m/min左右;
而用同样车削铝合金时,Vc可选200m/min以上。
数控编程时,编程人员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、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度;
并充分发挥机床的性能,最大限度提高生产率,降低成本。
从刀具的寿命(耐用度)出发,切削用量的选择方法是:
先选取被吃刀量,其次确定进给速度,最后确定主轴转速。
2.3.1背吃刀量确定
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定,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。
为了保证加工表面质量,可留少量精加工余量,一般0.1~0.5mm。
2.3.2进给速度的确定
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数,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。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
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100~200mm/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20~50mm/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20~50mm/min范围内选取。
4.刀具空行程时,特别是远距离“回零”时,可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。
5.由于本设计的加工属于半精加工,因此,选用介于两者之间的进给速度,即50mm/min—100mm/min。
2.3.3主轴转速的确定
1.光车外圆时主轴转速。
光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径,并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
切削速度除了计算和查表选取以外,还可以根据实践经验确定。
需要注意的是,交流变频调速的数控车床低速输出力矩小,因而切削速度不能太低。
切削速度确定后,用公式n=1000v/πD计算主轴转速n(r/min)。
式中
v----切削速度,单位为m/min,由刀具的耐用度决定;
n----主轴转速,单位为r/min;
D----工件直径或刀具直径,单位为mm。
计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。
表2.1硬质合金外圆车刀切削速度的参考值
工件材料
热处理状态
ap(mm)
(0.3,2)
(2,6)
(6,10)
f(mm/r)
(0.08,0.3)
(0.3,0.6)
(0.6,1)
vc(m/min)
低碳钢、易切钢
热轧
140~180
100~120
70~90
中碳钢
130~160
90~110
60~80
调质
100~130
50~70
合金结构钢
80~110
40~60
工具钢
退火
90~120
灰铸铁
HBS<
190
HBS=190~225
高锰钢
10~20
铜及铜合金
200~250
120~180
铝及铝合金
300~600
200~400
150~200
铸铝合金(WSI13%)
100~180
80~150
60~100
注:
切削钢及灰铸铁时刀具耐用度约为60min
2.车螺纹时主轴的转速。
在车削螺纹时,车床的主轴转速将受到螺纹的螺距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。
大多数经济型数控车推荐车螺纹时的主轴转速n(r/min)为:
n≤(1200/P)-k。
式中:
P----被加工螺纹螺距(mm);
k----保险系数,一般取为80。
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,由于主轴在低速时扭矩降低,尤其应注意此时的切削用量的选择。
总之,切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时,使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应,以形成最佳切削用量。
3夹具的选择
1)什么是夹具:
在车床上广泛使用的三爪卡盘,顶尖和铣床上用的平口虎钳等都属于夹具。
一般来说,夹具夹具是安装在机床上的,用以装夹工件和引导刀具的装置.它属于工艺装备。
在机床---刀具---工件---夹具组成的工艺系统中,夹具是一个重要的环节。
进一步讲,夹具安装于机床的工作台或底座上,或机床的主轴上,工件安装并夹紧于夹具中的正确位置,引导或调整刀具或砂轮使之处于相对夹具的正确位置,进行工件的加工,从而获得合格的工件。
数控加工对夹具主要有两大要求:
一是夹具应具有足够的精度和刚度;
二是夹具应有可靠的定位基准。
选用夹具时,通常考虑以下几点:
1)尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具,避免采用专用夹具,以缩短生产准备时间。
2)在成批生产时才考虑采用专用夹具,并力求结构简单。
3)装卸工件要迅速方便,以减少机床的停机时间。
4)夹具在机床上安装要准确可靠,以保证工件在正确的位置上加工。
数控车床上的夹具主要有两类:
一类用于盘类或短轴类零件,工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘(三爪、四爪)中,由卡盘传动旋转;
另一类用于轴类零件,毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间,工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。
本设计加工的是小型零件,因此采用三爪卡盘。
1)保证工件加工精度,稳定产品质量。
由于夹具在机床上和工件在夹具中的装夹位置均已确定,所以工件在加工中的位置得到可靠的保证,且不受划线质量和找正技术水平等因素的影响。
2)扩大机床使用范围,充分发挥机床潜力,对于中小工厂,由于机床品种,规格和数量有限,为了适应生产的需要,充分发挥现有设备的潜力,往往通过设计不同的夹具来进一步扩大机床的工作范围达到一机多用的目的。
数控机床上零件的安装方法与普通机床一样,要合理选择定位基准和夹紧方案,注意以下两点:
1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一,这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。
2)尽量减少装夹次数,尽可能在一次定位装夹后,加工出全部待加工表面。
4轴的类型及材料选择
4.1轴的类型
轴类零件是常见的典型零件之一,其主要功能是支持传动零部件(齿轮、皮带轮、离合器等),传递扭矩和承受载荷,就其功用可分为:
主轴、异形轴和其它轴三类,主轴除支持齿轮或皮带轮、离合器外,还将旋转运动及扭转力矩通过主轴端部的夹具传给工件或刀具;
异形轴可通过凸轮、偏心和曲拐部分将回转运动变为直线运动,其它轴则主要传递扭矩或承受载荷。
从轴类零件的结构特性来看,它们是长度(L)大于直径(d)的回转体零件,若L/d≤12,通常称为刚性轴;
而L/d>12称为挠性轴,其被加工表面常有内外圆柱表面、圆锥面及花键、键槽、螺纹等。
根据轴类零件的结构特点和精度要求,应选择合理的定位基准和加工方法进行加工。
4.2轴类零件的材料和毛坯选择
轴类零件应根据不同的工件条件和使用要求选用不同的材料。
45号钢是轴类零件的常用材料,它价格便宜,经过调质(或正火)后,可得到较好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能,局部淬火后在回火,表面硬度可达HRC45~52。
40Cr等合金钢结构钢适用于中等精度,而转速较高的轴类零件,具有较高的综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢Mn可制造较高精度的轴。
20CrMnTi、18CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢含铬、锰钛和硼等元素,可用来制造在高速度、重载荷等条件下的轴类零件。
轴杆类零件是机械产品中支承传动件、承受载荷、传递扭矩和动力的常见典型零件,其结构特征是轴向(纵向)尺寸远大于径向(横向)尺寸,包括各种传动轴、机床主轴、丝杆、光杆、偏心轮、凸轮轴、齿轮轴等。
轴类零件最常用的毛坯是型材和锻件,对于某些大型