机制工艺课程设计.docx
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机制工艺课程设计
数控加工课程设计说明书
设计题目椭圆轴、套的数控加工课程设计（单件生产）
成绩
班级09数控
学号0911053022
姓名薛俊
指导老师陈瑶
设计日期2011年06月08日至2011年06月23日
封面…………………………………………………………………………………..1
绪论…………………………………………………………………………………..4
1、椭圆轴、套的零件图............................................................................................5
2、零件总体分析........................................................................................................7
2.1零件毛坯图…………………………………………………………………..7
2.2零件图样分析………………………………………………………………..8
3、零件工艺分析……………………………………………………………………9
3.1零件加工分析……………………………………………………………….9
3.2确定零件加工方案..........................................................................................9
4、加工工艺工程卡…………………………………………………………………10
4、确定数控加工内容………………………………………………………………11
5、数控加工工艺分析………………………………………………………………12
5.1数控工序主要加工内容……………………………………………………..12
5.2机床选择……………………………………………………………………..13
5.3确定装夹方案………………………………………………………………..13
5.4刀具的选择…………………………………………………………………..14
5.5编程原点的确定……………………………………………………………..14
5.6确定加工顺序………………………………………………………………..15
5.7工序卡………………………………………………………………………..17
5.8数学处理……………………………………………………………………..24
6、程序编制及说明…………………………………………………………………24
7、程序校验…………………………………………………………………………30
7.1仿真…………………………………………………………………………..30
7.2预演…………………………………………………………………………...30
7.3首件试切...........................................................................................................30
8、机床操作…………………………………………………………………………..30
8.1机床操作安全知识……………………………………………………………30
8.2工件装夹及找正……………………………………………………………….31
8.3对刀…………………………………………………………………………….32
8.4试切及加工…………………………………………………………………….33
设计总结……………………………………………………………………………….33
参考文献……………………………………………………………………………….34
绪论
随着现代科学技术的发展，数控技术在机械制造领域日益普及及提高，各种类型的数控机床再生产中得到越来越广泛的应用。
现代机械产品日趋精密复杂，发展现代数控机床是当前机械制造业技术改造、技术更新的必由之路。
数控技术是现代机械系统、机器人、FMS、CIAMS、CAD/CAM等高新技术的基础，是采用计算机控制机械系统实现高度自动化的桥梁，是典型的机电一体化高新技术。
随着数控技术的普及和广泛应用，机械制造业对数控技术应用人才的要求也越来越高。
本次课程设计主要讲述了在零件加工过程中的工艺分析、加工技术要求的分析、零件加工工艺路线、零件加工工序确定；数控工序的机床、刀具、夹具的选择，加工走刀路线、切削用量的确定、编制数控加工程序等内容。
2.零件图样分析
2.1零件毛坯图
件一毛坯图
件一选定为棒料下料规格尺寸为φ45x65mm
件二毛坯图
件二选定为棒料下料规格尺寸为φ40x51mm。
设计要求：
1.将件一、二绘制标准零件图一份。
2.将件一、二绘制零件的毛坯图一份。
3.拟定零件机械加工工艺方案（零件加工过程卡）一份。
4.拟定数控加工工序卡一份。
5.拟定数控加工课程设计说明书一份。
6.将说明书和相关图样装订成册。
2.2零件图样分析
该零件为回转体轴类零件，材料为45钢，单件生产无热处理工艺要求，该零件虽为回转体但却在内部、外部均有加工内容，且件一、件二两端均有非圆曲线特别是件二不仅一端有非圆曲线而且还有螺纹加工甚有难度且零件的表面粗糙度要求较高在进行调头加工时一定要用铜皮包住在加工件二时应先加工有螺纹端然后件一、件二通过螺纹配后进行非圆曲线的加工，以达到配合要求。
3.零件工艺分析
3.1零件加工分析
3.1.1零件装夹
加工件一时由于毛坯的长度为65mm而工件的长度为63mm，所以加工件一时不能一次加工成型而要经过两次装夹才能加工完成。
该零件左端为一圆轴，右端为一非圆曲线和内孔加工时分两次装夹。
件二左端为非圆曲面右端为螺纹也需两次装夹才能加工完成。
第一次夹住工件的右端粗精加工完件一的圆轴，到达尺寸要求。
第二次用铜皮包住件一的左端粗精加工件一的内孔部分至尺寸要求。
第三次夹住件二的右端加工件二左端螺纹至符合尺寸要求。
第四次将件一、件二通过螺纹配合上后夹住件一的左端粗精加工件一、件二的非圆曲线，至符合尺寸要求。
3.1.2工艺性分析
零件的结构工艺性是指所设计零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性与经济性，它包括零件整个工艺过程的工艺性，与铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等的工艺性，其涉及面很广，具有综合性。
在不同的生产类型和生产条件下，同一种零件制造可行性与经济性可能不同，所以，在对零件进行工艺性分析时，必须根据具体生产类型和生产条件，全面、具体、综合的分析。
在制定机械加工工艺规程时，主要进行零件的切削加工工艺分析，它主要涉及如下几点：
1.工件应便于在机床或夹具中装夹，并尽量减少装夹次数。
2.刀具易于接近加工部件，便于进刀、退刀、越程和测量。
3.便于观察切削情况。
4.尽量减少刀具调整和走刀次数。
5.尽量减少加工面积及空行程，提高生产率。
6.便于采用标准刀具，尽可能减少刀具种类。
7.尽量减少工作条件和刀具的受力变形。
8.改善工作条件，便于加工，必要时应便于采用多刀，多件加工。
9.适宜的定位基准，且定位基准至加工面的标注尺寸应便于测量。
综上所述，根据加工工艺分析，从图样要求看出，该零件加工和内容为圆柱面非圆曲线凹弧和内外螺纹，尺寸和表面粗糙度要求较高，但是在能达到加工要求和不浪费材料和时间的情况下应做好每一步。
3.1.3确定零件加工方案
零件加工方案如下：
工序1.下料φ45x65mm和φ40x51mm的棒料。
工序2.车削（第一次装夹）。
用三爪自定心卡盘夹住件一棒料，棒料的另一端留出40mm长度的圆柱，校平端面见光即可粗精加工φ36、φ44的外圆和φ34的槽。
工序3.车削（第二次装夹）用三爪自定心卡盘夹住件二棒料，棒料的另一端留出23mm长的圆柱，平端面，粗精加工M24螺纹和φ25的圆柱保证尺寸长度。
工序4.（第三次装夹）用铜皮包住件一的已加工部分用三爪卡盘夹紧粗精加工M24的内螺纹和φ25mm的内孔至符合尺寸要求。
工序5.将件一、件二通过螺纹配合上通过平端面确保工件配合长度尺寸要求粗精加工配合件的非圆曲线部分。
工序6.检验。
按图样要求检查各部。
工序7.送检。
涂油保存。
加工工艺过程卡
机械加工过程工艺卡
零件
图号
材料
件数
毛坯
毛坯尺寸
椭圆轴、套
0001
45
1
棒料
φ45x65mmφ40x51mm
序号
工序名称
工序内容
机床
工装
1
下料
φ45x65mmφ40x51mm
锯床
2
车削
用三爪自定心卡盘夹住件一棒料，棒料的另一端留出40mm长度的圆柱，校平端面见光即可粗精加工φ36、φ44的外圆和φ34的槽。
90°外圆车刀，150mm金属直尺120mmx0.02mm游标卡尺
3
车削
用三爪自定心卡盘夹住件二棒料，棒料的另一端留出23mm长的圆柱，平端面，粗精加工M24螺纹和φ25的圆柱保证尺寸长度。
90°外圆车刀和60°外螺纹车刀及螺纹环规、游标卡等测量工具
4
车削
用铜皮包住件一的已加工部分用三爪卡盘夹紧粗精加工M24的内螺纹和φ25mm的内孔至符合尺寸要求。
将件一、件二通过螺纹配合上通过平端面确保工件配合长度尺寸要求粗精加工配合件的非圆曲线部分。
90°外圆车刀90°镗刀刀杆φ16和刀杆φ16的60°内螺纹刀和φ16的内切槽刀及150mmx0.02mm游标卡、螺纹塞规
5
检验
按图样要求检查各部。
6
送检
涂油保存。
***设计中心
工艺设计
日期
共页
第页
4.确定数控加工内容
数控加工一般采用工序集中原则，本次设计的螺纹端既可以放在数控车床上加工也可以用普通车床加工，视车间各机床岗位确定。
本次设计是将工艺过程卡中的三次装夹内容均确定为数控车削加工工序，从而进行数控加工设计。
5．数控加工工艺分析
5.1数控工序主要加工内容
5.1.1主要加工内容
1）外轮廓椭圆部分需加刀尖圆弧半径补偿并注意表面粗糙度及尺寸
2）孔的加工及内螺纹尺寸的公差要求。
5.1.2主要加工精度
常规尺寸精度及表面粗糙度
5.1.3数控加工工艺分析
在数控车床上分别用三爪自定心卡盘和软爪进行俩次装夹加工。
第一次装夹在左端，用三爪自定心卡盘加持棒料，棒料的一端用顶针顶住并留出留出56mm的长度，一次完成圆柱、切槽、锥面、螺纹的粗、精车加工。
第二次装夹用特制软爪，夹住与件二配合的零件的圆柱部位，然后完成右端外轮廓、内孔的粗、精车加工等。
5.2机床选择
对于机床，每一类机床都有不同的精度、功能等，其工艺范围、技术规格、加工精度、生产率及自动化程度都不同。
为了正确地为每一道工序合理选择机床，充分发挥机床的性能优势，需考虑以下几点：
1）机床的类型应与工序加工内容相适应。
2）机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的相关尺寸相适应
3）机床的精度与工序要求的精度相适应，原则上粗加工工序应选用精度低的机床，精度要求高的精加工工序则相应选用精度高的机床。
在一定的精度范围内不能偏离太多，机床精度过低，不能保证加工尺寸；反之，会增加零件制造成本。
应根据零件的规格尺寸、加工精度、所需要的功能层次等要求合理的机床。
1.机床的类型
由于加工内容为圆柱、圆弧、椭圆、内螺纹等，车削加工便可全部完成。
按精度将该零件加工分成粗、精车俩工步，由于精度和表面粗糙度要求较高，圆弧、内螺纹等在普通车床上操作较困难，且质量稳定性受人为因素影响较大，精度不易保证。
故选用自动化控制精度较高的机床加工才能稳定质量、提高生产效率。
因此选择以车削为主的数控车床或车削中心。
根据配合件件1的结构、规格、精度等，选择车削中心会造成一定的功能浪费，故选择经济型数控车床，所以选择CK400数控车床。
2.机床的规格
CK400型数控车床配备FANUC-0i-mate数控系统，规格大小（详见机床参数）适合件1加工需要范围，且结构简单、性能稳定可靠。
满足工件加工需要。
同时，这也是我们刚走出校门的毕业生最先接触的经济实用型的数控设备之一。
3.机床精度
加工精度为IT7~IT14级的除淬火钢以外的常用金属，可采用粗车、精车俩步加工就可完成。
加工精度为IT5~IT6级、Ra0.2~0.63um的除淬火钢以外的常用金属，可采用精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。
加工精度高于IT5级、Ra＜0.08um的除淬火钢以外的常用金属，可采用高精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案加工。
因此，根据零件图样要求，CK400型数控车床精度适应件1的精度需要。
4机床技术参数
CK400型数控车床的主要技术参数。
床身最大回转直径
400mm
夹盘直径
200mm
最大切削直径
200mm
最大切削长度
500mm
主轴转速范围
0~2000r/min
主轴直径
55mm
床鞍最大纵向行程
550mm
中滑板最大横向行程
200mm
快速移动速度
X轴6m/min；Z轴12m/min
刀架工位数
4工位
刀具规格
车刀25mmX25mm
工具孔直径
32mm
选刀方式
顺时针方向
最小输入当量
X轴0.001mm；Z轴0.0005mm
尾座套筒直径
70mm
尾座套筒最大行程
60mm
顶尖锥孔
MorseNo.4
主电动机功率
AC11kw
进给伺服电动机功率
X轴0.6kw
液压站电动机功率
1.1kw
切削液电动机功率
0.12kw
机床的外形尺寸
2000mmX1700mmX1200mm
机床的净质量
2300kg
5.4刀具的选择
5.4.1刀具类型
根据轴的加工方案分析，按两道工序在同一个机床上加工来确定刀具，这样在加工另一头时，相同的刀具就不用重新编号和装夹。
由于圆弧面加工精度要求不高，可直接用外圆车刀（负偏角应大些避免加工圆弧时发生干涉）加工圆弧，并保证加工质量，以减少刀具数量和辅助换刀时间，即直接用一把外圆车刀进行圆柱面、圆弧面和端面的粗精加工。
因考虑到圆弧面的加工干涉，外圆车刀的负偏角定为55°。
用螺纹刀完成螺纹结构的加工内容。
用镗孔刀完成内孔结构的加工内容。
所以，加工共需四把刀。
1）将90°外圆车刀安装在自动转位刀架的1号刀位上，并定为1号刀
2）将车槽用的车槽刀安装在自动转位刀架的2号刀位上，并定为2号刀。
3）将车螺纹用的螺纹车刀安装在自动转位刀架的3号刀位上，并定为3号刀。
4）将镗孔用的镗孔刀安装在自动转位刀架的4号刀位上，并定为4号刀。
刀具结构类型及刀具编号对应如上图所示。
5.4.2刀具材料及刀具参数
根据零件数控加工时对刀具的具体要求，选将选择的数控加工刀具列出刀具表，其加工参数详见表1-1
表1-1刀具表
刀号
刀具名称
刀具材料
刀补
备注
T01
外圆车刀
硬质合金
01
车刀副偏角55°
T02
外圆槽刀
硬质合金
02
刀宽4mm
T03
外螺纹车刀
硬质合金
03
刀尖角60°
T04
镗孔刀
硬质合金
04
最小孔直径16mm
T05
内螺纹刀
硬质合金
05
最小孔直径20mm
T06
内切槽刀
硬质合金
06
刀宽2mm
5.5编程原点的确定
将编程原点选在设计基准并以其为定位基准，这样不但可避免基准不重合而产生的误差及不必要的尺寸换算，而且更容易找正对刀，对刀误差小，编程方便。
根据椭圆轴套的图样分析，该零件为回转体，而且该零件的设计基准和定位基准。
为了编程及对刀操作方便，将编程原点将编程原点选在工件端面的中心点。
5.6确定加工顺序
1）第一次装夹加工件一左端车端面→粗精加工φ36x20mm、φ44x33mm的圆柱，倒角C2和φ34槽。
2）第二次装夹加工件一右端车端面→粗精加工φ25x22mm的内孔、M24x1.5的内螺纹。
3）第三次装夹加工件二左端→粗精加工φ25x19mm的外轮廓、M24x1.5mm的外螺纹.
4）第四次装夹将件一、件二通过螺纹配合上后粗精加工椭圆曲线。
5.7工序卡
参考程序
O0001
用三爪自定心卡盘夹住件一棒料，棒料的另一端留出40mm长度的圆柱，校平端面见光即可粗精加工φ36、φ44的外圆和φ34的槽。
段号
程序
部分程序说明
备注
G97G99T0101;
调一号外圆车刀
G00X100Z100
M03S1000
主轴正传，转速1000r/min
G00X47Z2
快速定位到进刀点
G71U1.5R0.5
外轮廓粗车循环开始
G71P10Q20U0.3F0.1
精加工余量为0.3mm
N10G42G00X32
G01Z0
X36Z-2
Z-20
X44
Z-38
N20G40X47
G00X100
粗车结束刀具回到换刀点
Z100
M05
主轴停止
M00
程序选择停止检查各项尺寸
M03S1300F0.07
主轴正转转速1300进给量
G00X47Z2
G70P10Q20
外轮廓精加工
G00X100
刀具返回换刀点
Z100
M05
主轴停止
M00
程序选择停止检查各项尺寸
T0202
调二号切槽刀加工件一外槽
M03S400
主轴正转转速400
G00X46
Z-29
G01X34F0.05
G01X46F0.2
Z-27
G01X44
X34Z-29F0.05
G01X46F0.2
Z-36
G01X44
X34Z-34
G00X100
切槽结束刀具返回换刀点
Z100
M30
程序结束
O0002
用三爪自定心卡盘夹住件二棒料，棒料的另一端留出23mm长的圆柱，平端面，粗精加工M24螺纹和φ25的圆柱保证尺寸长度。
段号
程序
部分程序说明
备注
T0404
调四号镗孔车刀
G00X100Z100
M03S1000
主轴正转转速1000
G00X20Z2
G71U1R0.5
内轮廓粗加工
G71P10Q20U-0.2F0.1
精加工量为0.2
N10G42G00X27
G01Z0
X25Z-1
Z-10
X24
Z-22
N20G40X20
粗加工结束
G00Z100
刀具返回换刀点
X100
M05
主轴停止
M00
程序选择停止
M03S1300F0.06
G00X20Z2
G70P10Q20
精加工内轮廓
G00Z100
X100
T0202
调二号内螺纹刀
M03S800
主轴正转转速800
G00X25Z2
G76P021060Q50R0.05
内螺纹切削循环
G76X22Z-19P1000Q400F1.5
G00Z100
刀具返回换刀点
X100
M30
程序结束
O0003
用三爪自定心卡盘夹住件二棒料，棒料的另一端留出23mm长的圆柱，平端面，粗精加工M24螺纹和φ25的圆柱保证尺寸长度。
T0101
调一号外圆刀
G00X100Z100
M03S1000
主轴正转转速1000
G00X42Z2
G71U1.5R0.5
外轮粗加工循环开始
G71P10Q20U0.3F0.1
N10G42G00X22
G01Z0
X24Z-1
Z-14
X25
Z-19
N20G40X42
粗加工结束
G00X100
刀具返回换刀点
Z100
M05
主轴停止
M00
程序选择停检查工件各项尺寸
M03S1300F0.07
主轴正转转速1300进给量
G00X42Z2
G70P10Q20
精加工外轮廓
G00X100
Z100
T0202
调二号外螺纹刀
M03S800
G00X25Z-14
G76P021060Q50R0.05
外轮廓螺纹加工
G76X22Z-14P1000Q400F1.5
G00X100
刀具返回换刀点
Z100
M30
程序结束
O0004
将件一、件二通过螺纹配合上通过平端面确保工件配合长度尺寸要求粗精加工配合件的非圆曲线部分。
段号
程序
部分程序说明
备注
T0101
调一号外圆车刀
G00X100Z100
M03S1000
G00X42Z2
G73U20R10
用型车粗加工外轮廓
G73P10Q20U0.2F0.1
N10G00X0
G01Z0
#1=0
件一件二椭圆的宏程序
N10
#2=2*SQRT[[1-#1*#1]/324]*1025
G01X[#1]Z[#2-35]
IF[#1LE15.36]GOTO10
G02X44Z-60R8
N20G40X42
外轮廓粗加工结束
G00X100
刀具返回换刀点
Z100
M05
主轴停止
M00
程序选择停止检查尺寸
M03S1300F0.07
G00X42Z2
G70P10Q20
外轮廓精加工循环
G00X100
Z100
M30
程序结束
升级会员 