滚齿机传动箱体的数控加工工艺与编程传动箱论文学位论文.docx

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滚齿机传动箱体的数控加工工艺与编程传动箱论文学位论文

滚齿机传动箱体的数控加工工艺与编程

机械设计制造及其自动化指导老师

【摘要】这次的毕业设计的主要内容是编制滚齿机传动箱体的粗精加工——编制数控加工工艺及部分部件所需的程序,主要为孔系的加工。

数控加工中心现今在许多重型机械厂的应用比较广泛,因其加工的零件可以很大,而且加工精度也同时能达到很好的精度,所以选用加工中心加工大型零件是很好的选择。

本篇主要涉及使用加工中心加工滚齿机传动箱体的面、孔系、螺纹、孔销孔等等。

此外,结合图形对各个部件的加工列出加工工艺,程序及其相关的参数和刀具的选择,完成对整个工件的加工过程。

【关键词】滚齿机传动箱体数控程序数控技术

 

目录

1引言…………………………………………………………………………………………………3

1.1滚齿机的由来和发展…………………………………………………………………………3

1.2滚齿机的发展趋势……………………………………………………………………………3

1.3数控技术概述…………………………………………………………………………………4

2滚齿机传动箱体的加工………………………………………………………………………5

2.1加工技术要求分析……………………………………………………………………………5

2.2基准面(刀具参平面)的选择………………………………………………………………6

2.3工艺方案拟订…………………………………………………………………………………7

2.3.1加工内容以及加工设备……………………………………………………………………7

2.3.2确定定位夹紧方案………………………………………………………………………7

2.3.3工序步骤的划分…………………………………………………………………………8

2.3.4确定加工顺序…………………………………………………………………………10

2.3.5确定进给路线…………………………………………………………………………11

2.3.6选择合理的刀具,确定其转速,并计算出合理的进给速度………………………11

3程序编写…………………………………………………………………………………………14

3.1数控编程的步骤……………………………………………………………………………14

3.1.1分析零件图……………………………………………………………………………14

3.1.2工艺处理………………………………………………………………………………14

3.1.3数值计算………………………………………………………………………………14

3.1.4编写加工程序单………………………………………………………………………14

3.1.5制作控制介质…………………………………………………………………………14

3.1.6程序校验与首件试切…………………………………………………………………14

3.2数控编程的方法……………………………………………………………………………15

3.2.1手工编程………………………………………………………………………………15

3.2.2自动编程………………………………………………………………………………15

4结论………………………………………………………………………………………………16

参考文献………………………………………………………………………………………………17

附录:

滚齿机传动箱体程序单………………………………………………………………………18

谢辞……………………………………………………………………………………………………19

 

1引言

1.1滚齿机的由来和发展

滚齿机广泛应用汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机航天器等各种机械制造业。

  齿轮加工机床加工各种圆柱齿轮、锥齿轮其他带齿零件齿部机床。

齿轮加工机床品种规格繁多,有加工几毫米直径齿轮小型机床,加工十几米直径齿轮大型机床,还有大量生产用高效机床加工精密齿轮高精度机床。

  古代齿轮用手工修锉成形。

1540年,意大利托里亚诺制造钟表时,制成一台使用旋转锉刀切齿装置;1783年,法国勒内制成了使用铣刀齿轮加工机床,并有切削齿条内齿轮附件;1820年前后,英国怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加工圆锥齿轮机床。

具有这一性能机床到19世纪后半叶又有发展。

  1835年,英国惠特沃思获得蜗轮滚齿机专利;1858年,席勒取得圆柱齿轮滚齿机专利;以后经多次改进,至1897年德国普福特制成带差动机构滚齿机,才圆满解决了加工斜齿轮问题。

制成齿轮形插齿刀后,美国费洛斯于1897年制成了插齿机。

  20世纪初由于汽车工业需要,各种磨齿机相继问世。

1930年左右美国制成剃齿机;1956年制成珩齿机。

60年代以后,现代技术一些先进圆柱齿轮加工机床上获得应用,比如大型机床上采用数字显示指示移动量切齿深度;滚齿机、插齿机磨齿机上采用电子伺服系统数控系统代替机械传动链交换齿轮;用设有故障诊断功能可编程序控制器,控制工作循环变换切削参数;发展了数字控制非圆齿轮插齿机适应控制滚齿机;滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差,并自动反馈补偿误差等。

  1884年美国比尔格拉姆发明了采用单刨刀按展成法加工直齿锥齿轮刨齿机;1900年,美国比尔设计了双刀盘铣削直齿锥齿轮机床。

  由于汽车工业需要,1905年美国制造出带有两把刨刀直齿锥齿轮刨齿机,又于1913年制成弧齿锥齿轮铣齿机;1923年,出现了准渐开线齿锥齿轮铣齿机;30年代研制成能把直齿锥齿轮一次拉削成形拉齿机,主要用于汽车差动齿轮制造。

  40年代为适应航空工业需要,发展了弧齿锥齿轮磨齿机。

1944年,瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机;从50年代起,又发展了用双刀体组合式端面铣刀盘,加工延长外摆线齿锥齿轮铣齿机。

  齿轮加工机床主要分为圆柱齿轮加工机床锥齿轮加工机床两大类。

圆柱齿轮加工机床主要用于加工各种圆柱齿轮、齿条、蜗轮。

常用有滚齿机,插齿机、铣齿机、剃齿机等。

  滚齿机用滚刀按展成法粗、精加工直齿、斜齿、人字齿轮蜗轮等,加工范围广,可达到高精度或高生产率;插齿机用插齿刀按展成法加工直齿、斜齿齿轮其他齿形件,主要用于加工多联齿轮内齿轮;铣齿机用成形铣刀按分度法加工,主要用于加工特殊齿形仪表齿轮;剃齿机用齿轮式剃齿刀精加工齿轮一种高效机床;磨齿机用砂轮,精加工淬硬圆柱齿轮或齿轮刀具齿面高精度机床;珩齿机利用珩轮与被加工齿轮自由啮合,消除淬硬齿轮毛刺其他齿面缺陷机床;挤齿机利用高硬度无切削刃挤轮与工件自由啮合,将齿面上微小不平碾光,以提高精度光洁程度机床;齿轮倒角机对内外啮合滑移齿轮齿端部倒圆机床,生产齿轮变速箱其他齿轮移换机构不可缺少加工设备。

圆柱齿轮加工机床还包括齿轮热轧机齿轮冷轧机等。

1.2滚齿机的发展趋势

高速干式切削滚齿机是滚齿机朝着全数控化—数控高速化后更进一步发展的结果,它的实现还得益于滚刀制造技术的提高和数控技术、电主轴及力矩电机等技术的发展。

    从环保生态学和技术经济角度出发,废除切削油,采用干式切削是大势所趋。

干式滚齿分为高速干式滚齿和低温冷风干式滚齿两种方式。

湿式切削法需要配置油箱及油路系统,还需采取措施防止油变质,以及进行废油处理,工件清洗,切削油排除处理等。

而切削油中含有对人体有害的硫化物、氯化物等。

湿式切削只能通过全密封护罩加油雾分离器的方式部分地达到绿色制造的要求,目前这种环保型湿式切削滚齿机在发展中国家还会有大量需求。

低温冷风切削是在现有高效滚齿机的基础上增加低温冷风装置并采用极少量的切削润滑油,滚刀线速度在70~150m/min均可,这种方式的干式切削在现有高效滚齿机的绿色化改造中会大有前途。

近年来,随着刀具材料、涂层技术等的发展,现在的滚刀线速度可达到600m/min,这就为高速干式切削滚齿机的应用提供了保障。

干式切削与湿式切削相比,高速干式切削滚齿机由于完全不需要切削油及不需要增加低温冷风装置,不但极大的提高了机床的生产效率、降低了工件的加工成本,而且有利于保护环境、节约自然资源。

随着环境保护意识的日益提高和人们越来越重视各种各样的节能技术,高速干式切削滚齿机将成为齿轮制造商新购加工设备的目标,近几年国际上各大滚齿机制造商都在集中精力开发高速干式切削滚齿机。

所以面向绿色制造的高速干式切削滚齿机将是绿色滚齿机发展的趋势。

1.3数控技术概述

数控技术起源于航空工业的需要,20世纪40年代后期,美国一家直升机公司提出了数控机床的初始设想,1952年美国麻省理工学院研制出三坐标数控铣床。

50年代中期这种数控铣床已用于加工飞机零件。

60年代,数控系统和程序编制工作日益成熟和完善,数控机床已被用于各个工业部门,但航空航天工业始终是数控机床的最大用户。

一些大的航空工厂配有数百台数控机床,其中以切削机床为主。

数控加工的零件有飞机和火箭的整体壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋桨以及航空发动机的机匣、轴、盘、叶片的模具型腔和液体火箭发动机燃烧室的特型腔面等。

数控机床发展的初期是以连续轨迹的数控机床为主,连续轨迹控制又称轮廓控制,要求刀具相对于零件按规定轨迹运动。

以后又大力发展点位控制数控机床。

点位控制是指刀具从某一点向另一点移动,只要最后能准确地到达目标而不管移动路线如何。

数控加工,就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。

数控机床是一种用计算机来控制的机床,用来控制机床的计算机,不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。

数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。

而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式(数控语言或符号)编制的。

数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。

当零件的加工程序结束时,机床便会自动停止。

任何一种数控机床,在其数控系统中若没有输入程序指令,数控机床就不能工作。

  机床的受控动作大致包括机床的起动、停止;主轴的启停、旋转方向和转速的变换;进给运动的方向、速度、方式;刀具的选择、长度和半径的补偿;刀具的更换,冷却液的开起、关闭等。

数控加工程序编制方法有手工(人工)编程和自动编程之分。

手工编程,程序的全部内容是由人工按数控系统所规定的指令格式编写的。

自动编程即计算机编程,可分为以语言和绘画为基础的自动编程方法。

但是,无论是采用何种自动编程方法,都需要有相应配套的硬件和软件。

  可见,实现数控加工编程是关键。

但光有编程是不行的,数控加工还包括编程前必须要做的一系列准备工作及编程后的善后处理工作。

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)数控加工的工艺设计;

  (4)对零件图纸的数学处理;

  (5)编写加工程序单;

  (6)按程序单制作控制介质;

  (7)程序的校验与修改;

  (8)首件试加工与现场问题处理;

(9)数控加工工艺文件的定型与归档。

 

2滚齿机传动箱体的加工

2.1加工技术要求分析

(图2-1-1)

分析滚齿机传动箱体图(图2-1-1,2-1-2)可知该3D造型尺寸精度要求很高(孔的同轴度为0.04),形状精度一般,仔细分析图纸,对其传动箱体结构进行深入分析,做好后续准备。

因其结构较为复杂,加工精度要求高,除了在铸造时注意的一些问题,以及数控铣床、镗床上完成初步加工,但孔的精镗和螺纹孔、销孔的精确位置确定不能完成,必须到加工中心上完成该工作。

即此次加工的内容。

(图2-1-2)

利用加工中心加工部位:

半精镗、精镗

Ф62Gd(Ⅰ轴)X2

Ф72Gd(ⅡⅢⅣ轴)X6

Ф90Gd、Ф157、Ф156D(Ⅴ-Ⅹ轴)

Ф50DФ55D(ⅪⅩ)

钻、扩、绞孔

Ф35D×Ф25D(Ф35D为Ф25D)

孔系的精度要求:

Ф62Gd+0.02(Ⅰ轴)X2

Ф72Gd+0.02(ⅡⅢⅣ轴)X6

Ф90Gd+0.02

Ф157

Ф156D+0.04(Ⅴ-Ⅹ轴)

Ф50D+0.03(ⅪⅩ)

Ф55D+0.03(ⅪⅩ)

Ф35D+0.027

Ф25D+0.023

毛坯及工序尺寸公差的确定

工序名称

工序余量

工序所能达到的精度

工序尺寸及上下偏差

粗加工

2

±1

±0.02

半精加工

0.2

±0.05

±0.05

精加工

0

±0.01

±0.01

2.2基准面(刀具参平面)的选择

1利用加工中心加工箱体时,定位基准面为A面(如图2-2-1)以A面、B面配合,于配套夹具(见图2-2-5)固定在工作台上。

2加工时(如图2-2-2、2-2-3、2-2-4),选取正面、反面为长度补偿选择,下面朝下,上面朝上,A面配合于夹具,进行装夹定位。

(2-2-1)

(2-2-2)(2-2-3)

(2-2-4)

2.3工艺方案拟订

在数控工艺路线设计时,首先要考虑加工顺序的安排,加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯情况,以及定位安装与夹紧的需要来考虑,重点是保证定位夹紧时工件的刚性和利于保证加工精度。

工艺路线的拟订是制定工艺规程的关键,它制订得是否合理,直接影响到工艺规程得合理性、科学性和经济性。

工艺路线拟订的主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案、确定各个表面的加工顺序以及工序集中与分散的程度、合理选用机床和刀具、检具,确定所用夹具的大致结构等。

关于工艺路线的拟订,经过长期的生产实践已总结出一些带有普遍性的工艺设计原则,但在具体拟订时,特别要注意根据生产实际灵活应用。

此滚齿机传动箱体加工工艺的设计方案:

 箱体的加工刀具单

选择加工中心拟订该箱体加工工艺

箱体的加工程序单

选择刀具:

立铣刀、浅孔钻、双刃镗刀、微调镗刀、钻头、绞刀

选择合理的切削用量,刀具转速,进给率

2.3.1加工内容以及加工设备

当选择并决定某个零件进行数控加工后,并不等于要把它所有的加工内容都包下来,而可能只是对其中一部分进行数控加工,必须对零件图纸进行仔细的工艺分析,确定那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。

在选择并做出决定时,应结合本单位的实际,立足于解决难题、攻克关键和提高生产效率,充分发挥数控加工的优势。

仔细观察滚齿机传动箱体的零件图,发现零件的各个尺寸精度及相对位置精度都很高,所以在确定加工路线的过程中就显得很麻烦。

该零件有穿孔、圆孔、装饰方台、型腔若干,但各表面精确度要求不是很高。

我们选择加工中心(TC1000——FANUC系统)进行数控加工,然后再进行后续加工。

2.3.2确定定位夹紧方案

虽然该零件的各个部件的尺寸精度要求都很高,我们把其工件固定在专业的装夹模具上(图4-3-5),加工部分基本都在零件的前面和后面,因为TC1000自带回转工作台,所以主体部分只要装夹一次就可以全部完成了。

夹具的精度分析:

为保证夹具设计的正确性,必须对夹具精度进行分析,验证夹具公差≤(1/3~1/5)工件允许公差。

(图2-2-5)

2.3.3工序步骤的划分

划分工步主要从加工精度和效率两方面考虑。

合理的工艺不仅要保证加工出符合图样要求的工件,同时应使机床的功能得到充分发挥,因此,在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量,对不同的表面进行加工。

为了便于分析和描述较复杂的工序,在工序内又细分为工步。

工步划分可参照以下几点。

1).同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成,或全部加工表面按先粗后精加工分开进行,若加工尺寸精度要求较高时,可采用前者国。

若加工表面位置精度要求较高时,建议采用后者。

2)对于既有铣削面又有镗孔的零件,可以采用“先面后孔”的原则划分工步。

先铣削面可提高孔的加工精度。

因为铣削力较大,工件易发生变形,而先铣面后镗孔,则可使其变形有一段时间恢复,减小由于变形而引起的对孔精度的影响。

反之,如先镗孔后铣削面,则铣削时极易在孔口产生飞边、毛刺,从而破坏孔的精度。

3)按所用刀具划分工步。

某些机床工作台回转时间比换刀

时间短,可采用刀具集中工步,以减少换刀次数,减少空移时间,提高加工效率。

4)在一次安装中,尽可能完成所有能够加工的表面。

该工件的工步可划分为四个过程:

1、粗铣、精铣工件至毛坯尺寸;

粗铣留余量2mm,半精铣留余量0.2mm,精铣至尺寸(±0.01mm)

2、铣型腔,镗孔以及中心孔加工至尺寸要求;

Ф62Gd(Ⅰ轴)X2Ф72Gd+0.02(ⅡⅢⅣ轴)X6

Ф72Gd(ⅡⅢⅣ轴)X6Ф90Gd+0.02

铛Ф157

Ф90Gd、Ф157、Ф156D(Ⅴ-Ⅹ轴)Ф156D+0.04(Ⅴ-Ⅹ轴)

Ф50DФ55D(ⅪⅩ)Ф50D+0.03(ⅪⅩ)

钻、扩、绞孔Ф55D+0.03(ⅪⅩ)

Ф35D×Ф25D(Ф35D为Ф25D)Ф35D+0.027

孔系的精度要求:

Ф25D+0.023

Ф62Gd+0.02(Ⅰ轴)X2

3、去毛刺,去工件四周毛刺;

4、校核,按图样校核。

2.3.4确定加工顺序

为减少变换工位的辅助时间和工作台分度误差的影响,各个工位上的加工表面在工作台一次分度下按先粗后精、先面后孔、先大孔后小孔的原则加工完毕。

以刀具分:

从大到小;以零部件形状分:

凹形由内至外,凸形由外至内。

加工顺序的安排一般应根据零件的结构和毛坯状况,结合定位和夹紧的需要考虑,重点应保证工件的刚度不被破坏,尽量减少变形。

加工顺序的安排应遵循下列原则:

1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧,也要综合考虑。

2)加工工序由粗加工到精加工逐步进行,加工余量由大到小。

3)先内后外原则,即先进行内腔加工工序,后进行外形的加工工序。

4)尽可能采用相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序,减少换刀次数与挪动压紧组件次数。

5)在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏较小的工序。

根据图纸进行分析,确定此箱体加工顺序为:

1.接受设计图档后,订料

1)分析箱体的大小确定其材质订毛胚

2)查看各尺寸要求,定工件加工中心、基准面

2.工件的加工

1)接到毛胚后,首先要进行研磨(A面、正面、反面、下面)

2)研磨夹具配合面

3)将工件夹紧于CNC加工中心回转工作平台上,并检查其表面平整度,侧面水平,再正反面分中(找中心)并将所查找的工件中心坐标记录于机床的坐标系统

4)依据程序单,选用正确的刀具,入库,依次对工件加工

5)加工完毕后选择合理的量具,对部分尺寸进行量测检查.确认后方可进入下一各步骤..

2.3.5确定进给路线

确定进给的路线大致确定如下:

1、按照Ⅰ——ⅩⅨ(由下到上)顺序对各孔进行粗加工

2、按照Ⅰ——ⅩⅨ(由下到上)顺序对各孔进行半精加工

3、按照Ⅰ——ⅩⅨ(由下到上)顺序对各孔进行精加工

4、铣加工

2.3.6选择合理的刀具,确定其转速,并计算出合理的进给速度

数控刀具的分类有多种方法。

根据刀具结构可分为:

①整体式;②镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊型式,如复合式刀具,减震式刀具等。

根据制造刀具所用的材料可分为:

①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具等。

从切削工艺上可分为:

①车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;②钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等;③镗削刀具;④铣削刀具等。

为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30%~40%,金属切除量占总数的80%~90%。

在加工中心上,各种刀具分别装在刀库上,按程序规定随时进行选刀和换刀动作。

因此必须采用标准刀柄,以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具,迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。

编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围,以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。

目前我国的加工中心采用TSG工具系统,其刀柄有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两种,共包括16种不同用途的刀柄。

在经济型数控加工中,由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行,占用辅助时间较长,因此,必须合理安排刀具的排列顺序。

一般应遵循以下原则:

①尽量减少刀具数量;②一把刀具装夹后,应完成其所能进行的所有加工部位;③粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;④先铣后钻;⑤先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;⑥在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。

刀具选择:

针对不同的加工区域,加工工序,选择合适的刀具,其总的原则是:

适用,安全,经济

各工步刀具直径根据加工余量和孔径确定。

刀具长度与工件在机床工作台上的装夹位置有关,在装夹位置确定后,在计算刀具长度,为减少刀具的悬伸长度,将工件装夹在工作台中心线与机床主轴之间,选择适宜的刀具长度。

在做深孔加工时以下三方面要注意:

一、刀杆直径不能做得很大,因受孔直径得限制,这样刀杆的 强度就差。

二、排削不畅,这样切削就容易把内孔表面划伤,使内孔表面质量受到影响。

三、切削液不是很容易地浇到刀尖上。

在加工过程中刀尖磨损很快,这样孔端尺寸和孔深处的尺寸就不同,通常是孔端已达到尺寸,而孔最深处还没达到尺寸,于是随着孔的深度增加,精度就很难得到保证。

所以刀具的选择就尤其重要了,不但要保证排屑通畅,还要防止刀具振动以影响加工表面。

我们在选择刀具时要根据机床的性能、零件的加工要求,还要考虑使用的经济性,要根据现有的刀具选择合适的加工方法完成对零件的加工。

例如钻头的选用就很重要,有些钻头是专门用来钻通孔的,所以它是往下排屑的。

如果用这种钻头来钻有一定深度的孔就不行,它不但不能顺利排屑,而且影响孔的加工精度,对机床也会有一定影响,严重时还有可能引起崩刀。

对于其它刀具的选择也是一样的,也要经过对刀具材料选择、被加工零件材料的确定、切削用量的给定,不能盲目的乱选。

详见表4-1数控加工刀具卡片

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。

随着数控机床在生产实际中的广泛应用,数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。

在数控程序的编制过程中,要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。

因此,编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则,从而保证零件的加工质量和加工效率,充分发挥数控机床的优点,提高企业的经济效益和生产水平。

1主轴转速n(单位r/min)  n=vc*1000/(π*Dc)

vc为切削速度   π为圆周率   Dc为刀具直径(mm)

2进给速度Vf(单位mm/min)Vf=n*z*fz

n为轴速(单位r/min)  z为刀具齿数 

fz为进给率(单位mm/齿,此值由刀具供货商提供)

表4-1:

数控加工刀具卡片

数控滚齿机

传动箱体

3180-21011

程序号

工步号

刀具号

刀具名称

刀具型号

长度

主轴转速n

进给速度F

配刀长度

实际长度

1

T1

钻头

D=22

Xs=280

300

30

2

T2

浅孔钻

D=53

Xs=280

250

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