立柱压板零部件的数控加工工艺设计.docx
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立柱压板零部件的数控加工工艺设计
目录
目录1
摘要3
第一章数控机床概论4
1.1数控机床的产生背景4
1.2数控机床的加工功能4
1.2.1数控车床的加工功能4
1.3数控技术的发展趋势4
1.4课题来源5
1.5本课题主要做的工作5
第二章加工工件的工艺分析与工艺设计9
2.1数控加工工艺分析9
2.1.1数控加工工艺基础9
2.1.2数控加工工艺的主要内容9
2.1.3数控加工工艺分析9
第三章实操加工18
3.1轴的粗精加工18
3.1.1轴的粗加工18
3.1.2轴精加工18
3.3螺纹的加工23
3.4工件检查与测量23
3.4.1轴的检测23
3.4.2内孔的检测24
如图所示：
24
3.4.3螺纹的检测25
3.5机床清理26
总结28
致谢29
参考文献30
摘要
职业学院毕业设计以高职高专“十二五”国家重点培养人才为导向，高标准、严要求、低起点为标准实施的。
充分利用了国家大力投资的学校实训车间先进设备，根据实习期要求来完成的。
本次毕业设计以山东省淄博市柴油机厂的零部件立柱压板作为毕业课题，在实习教师的帮助下完成。
本课题主要涉及的内容如下：
1．绘制立柱压板零件图。
2．制定加工工艺、工序卡片。
3．编写并调试加工程序。
4．实际加工零件。
关键词立柱压板工艺制定零件加工
第一章数控机床概论
1.1数控机床的产生背景
随着社会生产和科学技术的迅猛发展，对机械产品的精度和机床的加工效率提出了越来越高的要求。
传统的普通机床已经难以适应高精度、高效率、多样化、形状复杂化的发展。
为此一种新型机床----数控机床应运而生。
这种新型机床具有加工精度高、适应能力强、加工质量稳定和生产效率高的优点。
它综合应用计算机技术、自动控制技术、伺服驱动技术、液压气动技术、精密测量技术和新型机械机构等多方面技术的成果。
1952年美国研制出第一台数控机床---三坐标数控镗床，但是用的电子器件是电子管。
1974年以后，随着控制集成技术的发展，微处理器直接用于数控装置，从而使数控技术和数控机床得到了普及和发展。
特别是近年来大规模集成电路、超大规模集成电路和计算机技术的发展，数控装置的性能和可靠性得到极大的提高。
1.2数控机床的加工功能
1.2.1数控车床的加工功能
数控车床比较适合于车削具有图1-1要求特点的零件。
本文中的立柱压板零件也是用数控车床进行加工的如图1-1-1
1-1-1立柱压板零件
1.2.2数控铣床的加工功能
平面类零件、箱体类零件、叶轮等有复杂曲面组成的各种零件、各种异型件等加工功能。
1.3数控技术的发展趋势
从20世纪中叶以来数控技术创业以来，数控技术给机械制造业带来了革命性的变化。
现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化、生产的基础技术，现在的CAD/CAM、FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；数控技术是国家的战略技术；基于他的相关产品是体现国家综合国立的重要基础性产业。
它的发展趋势有如下特点：
（1）运行高速化、加工高精化
（2）功能复合化（3）控制智能化（4）体系开放化（5）交互网络化。
1.4课题来源
本课题来源于电动机上的一个连接传动的立柱压板，工件如图1-4所示。
零件图如图1-5所示。
该零件主要采用数控铣床（如图1-2所示）及数控车床（如图1-3所示）。
加工
1.5本课题主要做的工作
1.了解数控技术的发展及数控机床的工作原理。
2.确定要设计的零件，用CAD软件绘制出零件图。
3.根据零件图的尺寸及工艺编制出程序。
4.根据零件的加工工艺选定刀具及机床的类型。
5.利用数控仿真技术软件进行零件加工。
6.利用数控车床加工零件。
1-4实际加工工件
1.6零件图
如图1-5所示为立柱零件图
如图1-6所示为压板零件图
图1-5
图1-6压板
第二章加工工件的工艺分析与工艺设计
2.1数控加工工艺分析
2.1.1数控加工工艺基础
零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。
一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解，这样才能避免资源的浪费。
全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重案，考虑不周有可能出现产品质量问题，而造成无谓的人力、物力等损失。
在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格交付，不仅要考虑到数控程序的编制，还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析，以最终确定哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及数控程序编制的难易程度。
零件工艺性分析也是数控规划的第一步，在此基础上，方可确定零件数控加工所需的数控机床、加工刀具、工艺装备、切削用量、数控加工工艺路线，从而获得最佳的加工工艺方案，最终满足零件工程图纸和有关技术文件的要求。
2.1.2数控加工工艺的主要内容
一般来说，根据实际应用的需要，数控加工工艺主要包括以下内容：
1.选择合适在数控机床上加工的零件，确定数控加工内容。
2．对零件图样进行数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求。
3.具体设定数控加工工序，如工步的划分、工件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。
4.处理特殊的工艺问题，如对刀点、进刀点的选择，加工路线的设定，刀具补偿等。
5.编程误差及其控制。
2.1.3数控加工工艺分析
数控加工工艺性分析涉及面很广，在此仅从数控加工的必要性、可能性和方便性加以分析。
1.零件加工工艺分析决定零件进行数控加工的内容
当该工件数控加工时，并不等于他所有的加工内容都要有数控加工来完成，而进行数控加工的内容只是其中的一部分。
因此，必须对零件图样进行仔细的工艺分析，选择哪些最合适、最需要数控加工的内容和工序进行数控加工。
在选择时，应结合实际生产情况，立足于解决问题和提高生产率，充分发挥数控加工的优势，一般可以按下列顺序考虑：
（1）优先选择通用机床无法加工的内容进行数控加工。
如：
本课题加工的工件，轴的加工在普通机床上可以加工，但是效率太低。
（2）重点选用数控机床难以加工或质量难以保证的内容进行数控加工。
（3）采用通用机床加工效率低，劳动强度较大的内容，在数控机床尚存富余能力的基础上选择数控加工。
2.零件的结构工艺性分析
该零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。
数控加工该零件的结构工艺性进行分析时应注意分析有关毛坯（如图2-1所示）的几个问题：
（1）毛坯的加工余量是否充分，批量生产时的毛坏余量是否稳定。
毛坯主要指锻、铸件，因模锻时的欠压量与允许的错模量会造成余量多少不等，铸造时也会因沙型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量不等。
此外，锻、铸后，毛坯的翘曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。
在通用铣削工艺中，对上述情况常常采用划线时串位借料的方法来解决。
但是在采用数控车削时，加工过程的自动化很难照顾到何处余量不足的问题。
因此，不管是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控车削加工，其加工面均应有较充分的余量。
（2）分析毛坯在安装定位方面的适应性。
主要是考虑毛坯在加工时的安装定位方面的可靠性与方便性，以便充分发挥数控车削在一次安装中加工多个工序。
主要是考虑要不要另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧，以及工件表面的粗糙度。
值得注意的是，对某些看上去很难定位安装的或缺少定位基准孔与定位面的工件，只要在毛坯上想想办法，就迎刃而解了。
（3）分析毛坯的余量大小及均匀性。
主要考虑轴向与径向的均匀性，该工件部分经过粗加工径向的加工余量大约为3mm，轴向余量不均匀。
为此，经测量后，把工件分批放置，余量均匀的先加工。
由于该批工件经过热处理，轴向变形，故首先应做的是校正。
图2-1零件毛坯4
3.零件图分析
如图1-4所示，该零件的外形有杆、孔、螺纹等组成，属轴类零件。
该工件的尺寸分析：
该件的重要8尺寸是孔的加工，加工精度是40-0-025，其次是轴的加工精度为25-0.025，其他为自由公差。
该工件的表面粗糙度分为两部分：
一是杆的表面粗糙度Ra1.6；该工件圆杆应粗精加工、螺纹加工。
零件材料为45钢，经调质处理，加工性能良好。
图纸技术要求零件经热处理后硬度为HRC25-30、氧化处理。
因此在工序安排上，要考虑加工的顺序。
4零件选用毛坯所用材料：
45钢毛坯：
锻件
2.1.4机床的选择
经过分析以及现有机床，该零件加工采用FANUC-0I-TD数控系统CKI-6136数控车床（如图1-3所示）NCM-840FANUC系统数控铣床（如图1-2所示）、普通车床C6140（如图2-2所示）。
2.1.5刀具的选择与切削用量的确定
1.刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。
不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。
这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
（1）本课题有轴和螺纹组成，选择刀具时应注意工件之间的干涉情况，现有刀具R4陶瓷球头刀、R1硬质合金刀具、95°尖刀，左右偏刀，如图2-3所示。
图2-3加工立柱所用刀具
（2）加工外圆选用YT15（T0101）硬质合金刀具进行粗精加工加工如图2-4所示。
图2-4加工外圆选用YT15（T0101）硬质合金刀具
（3）车螺纹选用60°外螺纹刀粗精车螺纹如图表2-5所示
（4）用内孔车刀车内孔
图2-6内孔加工
（5）中心钻ø3、ø12硬质合金钻头、ø29
硬质合金钻头、绞刀、ø12铣刀
如图2-7所示。
2.刀具角度的选择
（1）前角的选择
粗加工时，为保证切削刃强度，前角应选
小一些，甚至负前角。
表2–1为
硬质合金车刀合理前角的参考值，
高速钢车刀的合理前角值一般比表中大5°～10°。
表2–1硬质合金车刀合理前角参考值
工件材料种类
合理前角参考范围
粗车
精车
低碳钢
20°～25°
25°～30°
中碳钢
10°～15°
15°～20°
合金钢
10°～15°
15°～20°
（2）后角的选择
粗加工时，为增强刀具强度，后角应取小些；精加工时，增大后角可提
高刀具寿命和已加工表面的质量。
表2–2为硬质合金车刀合理后角的参考
工件材料种类
合理前角参考范围
粗车
精车
低碳钢
8°～10°
10°～12°
中碳钢
5°～7°
6°～8°
合金钢
5°～7°
6°～8°
值。
表2–2硬质合金车刀合理后角参考值
（3）副偏角的选择
副偏角越小，刀头的强度越高，散热面积越大，刀具寿命越长，而且，副偏角减小，工件加工的表面粗糙度会减小，但是，主偏角和副偏角减小时，会加大切削过程中的背向力，容易引起工艺系统的弹性变形和振动。
副偏角的选择原则与参考值：
副偏角主要根据工件已加工表面的粗糙度要求和刀具强度来选择，在不引起振动的情况下，尽量取小值。
精加工时，取5°～10°；粗加工时，取10°～15°。
3.切削用量的选择
切削用量包括主轴转速、被吃刀量、进给量。
切削用量的合理选择将直接影响加工精度、表面质量、生产率和经济行，其确定原则与普通加工类似。
合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高加工生产率为主，但也要考虑经济性成本。
具体数据应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实际加工经验以修正。
（1）主轴转速n（r/min-1）
主轴转速n主要根据允许的切削速度v（m/min-1）来选取计算公式为：
n=1000Vc/（πd）
式中：
v----切削速度，m*min
D----工件或刀具的直径，mm。
查询参考书的如下表2-4切削速度：
表2–4车削加工时的切削速度
工件材料
抗拉强度N/㎡
刀具材料
粗加工m/min
精加工m/min
钢
350～400
高速钢
40～50
60～75
硬质合金
130～240
200～300
430～500
高速钢
30～35
50～70
硬质合金
100～200
220～300
600～700
高速钢
22～28
30～40
查询参考书的如下表2-5螺纹切削速度：
表2–545钢螺纹切削速度推荐值
工件材料
刀具材料
牙形
螺距（mm）
切削速度m/min
45
硬质合金
三角形
1.5
60～90
在确定主轴转速时，首先要根据零件和刀具材料以及加工性质（如粗、精加工）等条件来确定其允许的切削速度。
（2）背吃刀量a
背吃刀量a主要根据机床、夹具、刀具和工件组成的加工工艺系统的刚性来确定。
在系统刚性允许的情况下，应以最少量的进给次数切削余量，最好一次切削全部的余量，以提高生产率。
为了保证加工精度和表面粗糙度，一般都留有一定的精加工余量，其大小可与普通加工的精加工余量相同，一般车削的精加工余量为0.1-0.5mm。
（3）进给量f（mm/r）或进给速度Vc（m/min）
前面已指出，如果通过提高切削速度来提高切削效率，将会使刀具磨损降低，从而增加刀具更换的辅助时间。
由于受数控机床输出扭矩的限制，用增大进给量的方法来提高切削效率更为有效。
查询切削用量表2-6的如下参数：
表2–645钢切断刀进给量推荐值
工件材料
刀具材料
进给量f（mm/r）
45
硬质合金
0.1～0.2
粗车外圆的进给量为0.15mm/r，精车外圆的进给量为0.15mm/r，切槽的进给量为0.15mm/r。
2.1.6加工方法的选择与加工方案的确定
杆的加工：
选择数控车床加工,分为粗精加工，选用一夹一顶的六点定位方式装夹，如图2-4所示。
台阶轴的加工：
选择数控车床加工,为粗精加工，用三爪卡盘夹住工件控制5个自由度，如图2-5所示。
孔的加工：
选择数控车床加工，分为粗精加工，用三爪卡盘夹住工件控制5个自由度，如图2-6所示。
螺纹加工:
选择数控车床加工,粗精加工,用三爪卡盘夹住工件控5个自由度，如图2-5所示。
为保证工件的总长,选用普通车床加工。
留够足够的空间,以免发生干涉。
由于本课题工件需要不同的装夹方式，所以选用的夹具各不相同。
2.1.7加工路线的确定
1.加工路线的确定原则
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
编程时，加工路线的确定主要有以下几点：
（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。
（2）应使数值计算简单，以减少编程工作量。
（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。
确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工。
2.2工序的设计
1.工序的划分
在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。
首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。
一般切削加工工序安排如下：
（1）基面先行原则
（2）先粗后精原则
（3）先主后次原则
（4）先面后孔原则
2.工步的划分
工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。
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。
下面以加工中心为例来说明工步划分的原则：
（1）同一表面按粗加工、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。
（2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。
按此方法划分工步，可以提高孔的精度。
因为铣削时切削力较大，工件易发生变形。
先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。
（3）按刀具划分工步。
某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。
总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况
综合考虑。
依据以上原则，制订工序卡，见附表
、
第三章实操加工
3.1轴的粗精加工
3.1.1轴的粗加工
由于工件毛坯的余量不均匀，由上面的数控车床选用原则的在数控车床上加工不合适，故选择普通车床。
操作步骤：
给机床通电，给系统上电，开机，选择安装刀具，车削（保证余量均匀）。
3.1.2轴精加工
现在工件的加工余量均匀，可以在数控车床上加工。
操作步骤：
打开电表箱中的电源给机床上电、打开系统开关给系统上电（如图3-1所示）、打开急停按钮、回参考点（注意：
回参考点时应先回X轴，再回Z轴，加工时应先回Z轴再回X轴）、选择刀具、安装刀具、对刀----圆弧刀的对刀方法，用刀具车工件外圆，测量的x值，在offset中输入（x+r）测量的x的值用刀具切断面，x方向移出刀具，在offsetz中输入r测量的z的值（如图3-2所示）、输入程序试加工（如图3-3所示）、程序调试、工件的加工。
光轴精加工如图3-4所示
图3-4光轴的精加工
加工程序如下表3-1所示。
表3-1加工程序
加工右端程序如下
注释如下
O1989
程序号
T0101;;
刀具号
M03S1500;
主轴正转
G00X45.Z1.;
快速定位
G71U2R0.5;
G71P10Q20U0.5W0.05F0.3;
N10G01X15.84F0.2;
Z-20.;
X24.99;
Z-215.;
N20X45.;
G00Z200.;
T0202;
G00X16.;
Z1.;
G76P021060Q20R0.02;
G76X（16-2X0.6495X2）Z-20.P（2X0.6495X1000）Q600F2;
G00Z200.;
M30;
加工左端程序如下
O0503;
T0303;
M03S1500;
G00X45.;
Z1.;
G71U2R0.5;
G71P30Q40U0.5W0.05F0.3;
N30G01X24.99F0.2;
Z-15.;
X39.99;
Z-20.;
G00Z200.;
M30;
3.2压板的加工
在加工过程中由于尾座的顶力使得工件变形，工艺性修改处一
修改方案：
进行粗加工，留出精加工余量1mm。
图3—5压板外圆加工
图3—6用3钻头钻内孔
图3—7用内孔刀，车内孔
加工程序
如下表3-1所示。
程序如下
O0001;
T0101;
G00X85.;
Z1.;
M03S1000;
G71P10Q20U0.5W0.05F0.3;
N10X38.F0.2;
Z0.;
X80.;
Z-10.;
N20X85.;
G00X150.;
M00;
T0202;
M03S1500;
G00X24.;
Z1.;
G71U2R0.5;
G71P30Q40U-0.5W0.05F0.2;
N30G01X40.02F0.15;
Z-10.;
X25.05
Z-16.;
N40X24.;
G00Z200.;
M00;
T0303;
M03S800;
G00X85.;
Z1.;
G71U2R0.5;
G71P50Q60U0.5W0.05F0.2;
N50G01X24.F0.15;
X80.;
Z-7.;
N60X85.;
G00Z200.;
M30;
3.3螺纹的加工
选用方案:
数控车床车螺纹，以免螺纹在拆装过程中的碰撞，选择在最后进行加工。
加工如图2-5所示。
加工程序如下表3-4所示。
表3-4螺纹的加工程序
螺纹加工程序如下
注释如下
T0202;
G00X16.;
Z1.;
G76P021060Q20R0.02;
G76X（16-2X0.6495X2）Z-20.P（2X0.6495X1000）Q600F2;
G00Z200.;
M30;
3.4工件检查与测量
3.4.1轴的检测
图3-9轴的检测
所用工具：
0-25mm外圆千分尺（如图3-11所示），检测方法如图3-12所示。
使用千分尺时应注意以下几点：
1）首先应根据工件被测部分的尺寸，选择具有相应测量范围的千分尺。
常用的各种不同规格的千分尺的测量范围分别为：
0～25mm、25～50mm、50～75mm、75～100mm、100～125mm、125～150mm、150～175mm、 175～200mm、200～225mm、225～250mm、250～275mm、 275～300mm。
测量超过300mm尺寸的千分尺，测量范围为100mm。
测量超过1000mm尺寸的千分尺，测量范围为 500mm。
目前我国生产的最大的千分尺，测量范围为 2500～3000mm
2）使用前，应将千分尺的两测量面擦拭干净，在两测量面间放入校对量杆（或相应尺寸的量块），用手旋转测力装置的旋钮，使千分尺的两测量面分别与校对量杆的两端面紧密贴合（对0～15mm和0～25mm的千分尺，应使两测量面紧密贴合），此时，微分筒与固定螺纹轴套均应对准零位。
3）测量时，应使测量杆的轴线与被测尺寸方向一致，并使千分尺的测量面与工件被测表面很好接触。
4）最好在千分尺由工件上取下来之前读数，然后，松开测量杆，取下千分尺。
若需将千分尺取下来读数时，应先将测量杆锁紧，然后轻轻取下。
5）为保证测量结果准确，可反复测量几次。
6）读数要仔细，对固定螺纹轴套上的0.5mm刻线，应特别注意是否压线，不要读错。
7）一旦发现千分尺发生故障，应送有关部门检修，万不可擅自拆卸调整。
应建立定期检修制度。
3.4.2内孔的检测
如图所示：
所用工具：
28-30.5内径千分表，使用方法如图3-10所示:
使用内孔表时应注意以下几点：
图3-12
1．使用测量下限为75（或150）毫米的内径千分尺时，被测量面的曲率半径不得小于25（或60）毫米。
2．选取接长杆，尽可能选取数量最少的接长杆来组成所需的尺寸，以减少累积误差。
在连接接长杆时，应按尺寸大小排列，尺寸最大的接长杆应与微分头连接。
如把尺寸小的接长杆排在组合体的中央时，则接长后千分尺的轴线，会因管头端面平行度误差的“积累”而增加弯曲，使测量误差增大。
3．测量时，固定测头与被测表面接触，摆动活动测头的同时，转动微分筒，使活动测头在正确的位置上与被测工件手感接触，就可以从内径千分尺上读数。
所谓正
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