圆锥螺纹配合件的加工工艺毕业设计.docx

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圆锥螺纹配合件的加工工艺毕业设计

摘要

进入20世纪90年代以来，随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断朝着高速化、高精度复合化、智能化及信息网络化发展，从而提高所加工零件精度，提高生产效率、节约加工成本。

数控加工技术是先进制造技术的基础与核心，数控加工技术的普及将使现代制造技术产生巨大变革，数控化更是一个国家制造现代化的一个重要标志。

这次毕业设计我选的课题是阶梯轴双配合件的数控车削加工。

它突出了数控加工的特点及零件加工过程中的工艺性特点。

自己利用设备执行零件的实体加工，加工出合格的零件。

综合用了三年所学的专业知识：

《机械制图》、《AUTOCAD》、《CACX电子图板》、《数控编程》、《数控加工工艺》、《机械制造基础》等，还运用了我们所学的基础知识如：

计算机、英语等，等多门学科理论进行知识的巩固，又能锻炼自己的实际动手操作能力，了解刀具的材料、特点、以及如何选用刀具等一系列问题。

这不仅学到了理论知识,还将理论运用在了实际加工当中，将理论与实践有机的结合在一起。

关键词:

数控加工阶梯轴编程圆锥螺纹

Abstract

Inthe1990s,alongwiththecomputertechnologydevelopmentbyleapsandbounds,numericalcontroltechnologyisincreasinglytowardhigh,highprecision,intelligenceandinformationnetworkcompounddevelopmentandimprovetheprecisionmachiningparts,improvetheproductionefficiency,reducingtheprocessingcost.Numericalcontrolprocessingtechnologyisadvancedmanufacturingtechnologyofthefoundationandthecore,thepopularityoftheNCmachiningtechnologywillmakemodernmanufacturingtechnologyproducehugetransformation,numericalcontrolisanationalmanufacturingmodernizationanimportantsign.

ThegraduationdesignIchooseatopicofshaftwithaladderisdoublethenumericalcontrolturningprocessing.ItemphasizestheNCprocessingandthecharacteristicsofthepartsintheprocessofprocessingcraftcharacteristics.Iusemyexecutivepartsoftheentityprocessingequipment,processingofqualifiedparts.Integratedwiththethreeyearsmajorknowledge:

themechanicaldrawing,theAUTOCAD\",\"CACXelectronicboard\",\"numericalcontrolprogramming\",\"numericalcontrolprocessingtechnology\",\"mechanicalmanufacturingbase\"andsoon,USESwhatwehavelearnedbasicknowledgesuchascomputer,English,themulti-disciplineknowledgetheoryofconsolidated,andcanexercisetheirownpracticaloperationability,andunderstandthetoolmaterials,features,andhowtoselectthecuttingtoolandsoonaseriesofproblems.Thisnotonlylearnedtheoryknowledge,willalsotheoryappliedtobeintheactualprocessingoftheoryandpracticewillbetheorganicuniontogether.

Keywords:

NCmachiningladdershaftprogrammingtaperthread

目录

1概述5

2数控加工工艺分析5

2.1毛坯的选择5

2.2加工余量的分析5

2.3加工精度分析5

2.4定位基准的选择6

3设备的选择6

3.1机床的选择6

3.2设备的介绍6

3.3夹具的选择6

4量具与冷却液的的选择6

4.1量具的选择7

4.2冷却液的选择7

5圆锥螺纹配合件一的工艺图分析7

5.1零件一图分析7

5.2工艺分析8

5.3确定装夹方案8

5.4确定加工方案8

5.5确定工步顺序、进刀路线和所用刀具9

5.6切削用量的选择11

6圆锥螺纹配合件二的工艺方案13

6.1零件图工艺分析13

6.2确定装夹方案14

6.3确定工步顺序，进刀路线和所用刀具14

6.4确定切削用量16

7圆锥螺纹配合件三的工艺方案16

7.1工艺分析17

7.2确定装夹方式17

7.3确定工步顺序，进给路线和所用刀具17

7.4确定切削用量20

8程序编写20

致谢27

参考文献28

1概述

等回转体零件。

通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。

数控车床主要用于加工轴类、盘类面,

螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。

车削中心与数控车床的主要区别是车削中心具有动力刀架和C轴功能，可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，如法兰盘内外圆、端面及圆周均布的通孔或台阶孔的加工，同时还可以加工变节距变径螺纹、端面凸轮槽、交叉槽等，等别适合于复杂形状回转类零件的加工。

工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。

工艺制定的合理与否，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。

2数控加工工艺分析

2.1毛坯的选择

轴类零件可根据使用要求、生产类型设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛胚形式。

对于外圆直径相差不大的轴一般以棒料为主。

45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。

下料的零件毛胚尺寸为外形件110mm×Ф50mm。

所配合轴的阶梯孔和螺纹孔的毛呸尺寸分别为50mm×Ф50mm、30mm×Ф50。

2.2加工余量的分析

加工余量是指加工过程中从加工表面切除金属层的厚度。

加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性有较大的影响。

余量过大会浪费原材料及机械加工的工时，增加机床、刀具及能源的消耗；余量过小则不能消除上工序留下的各种误差、表面缺陷和本工序的装夹误差，容易造成废品。

因此，应根据影响余量大小的因素合理地确定加工余量。

该零件内孔的粗糙度值均为Ra1.6，粗车后留余量0.2mm，精车完成。

2.3加工精度分析

通过上述分析，采取以下几点工艺措施，该零件最高精度等级为IT（7）级，该零件公差值只偏向一边，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。

对内孔表面要求表面粗糙度为Ra1.6，其它表面粗糙度均为Ra3.2,同轴度为0.03。

2.4定位基准的选择

定位基准是工件在定位时所依据的基准。

它的选择原则是：

尽量选择零件上的设计基准作为定位基准；考虑到本课题的加工零件均是棒料类，所以定位基准就是轴心线与零件右端面的相交点。

3设备的选择

3.1机床的选择

根据我院现有的数控机床及加工的对象来分析，我院的数控机床都能完成对此零件的加工。

根据零件的结构形状和精度以及加工的难易程度等条件来选择数控设备的型号，由于该零件由圆柱、圆弧等组成。

形状也比较简单，我院的数控机床以均可以进行加工，但是考虑到该零件的表面粗糙度和加工精度有一定的要求，综上几点考虑结合学校数控加工室的条件，特选用FANUC－0i系统重庆第二机床厂生产的数控机床进行零件程序编制与加工，机床牌号为C2—6136HK。

3.2设备的介绍

我院数控机床型号为C2—6136HK是由重庆第二机床厂生产的，机床为360×750CNCLATHE。

主轴的转速范围在50—2000r/min，电压为3×380V电源频率为50HZ，系统为FANUC，具有较高可操作性，功能齐全和加工精度好的优点。

3.3夹具的选择

确定装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位与夹持，并选择合理的夹具。

夹紧机构和其它元件不得影响进给，加工部位要敞开，要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动发生干涉。

必须保证最小的夹紧变形，工件加工时切削力大，需要的夹紧力也大，但不能把工件夹变形。

因此，必须慎重考虑夹持时的支撑点、定位点和夹紧点。

夹具结构应力求简单，对形状简单的单件小批量生产的零件可以选用通用夹具。

夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。

由于该零件材料是45钢一般不会产生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较简单，不需要用专用夹具，所以只需要用三爪定位卡盘和一辅助装夹的垫片。

由于三爪卡盘具有自动定心功能，最终选择夹具为：

三抓卡盘

4量具与冷却液的的选择

4.1量具的选择

在数控车削加工工件中，为了确保工件的尺寸精度，必须选择正确的测量工具，量具种类很多，但不同的工件采用不同的量具作为测量工具。

但在数控车削外圆中多采用千分尺和游标卡尺作为测量工件的量具。

由于游标卡尺是一种通用量具使用方便的特点。

对一般精度高的零件选用千分尺。

4.2冷却液的选择

由于在切削加工过程在，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热——切削热。

由于热长冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量后，工件和刀具会产生变形，最终影响加工精度。

如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏——造成“烧刀”的现象。

为了提高加零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。

表4-1冷却液主要成分及作用

冷却液名称

主要成分

主要作用

水溶液

水、防锈添加剂

冷却

乳化液

水、油、乳化剂

冷却、润滑、清洗

切削油

矿物油、动植物油、极压油

添加剂或油性

润滑

该工件材料为45钢，为了避免刀具与工件摩擦产生大量热影响工件精度，在加工时主要是以冷却为主，多采用乳化液作为冷却液。

乳化液是通过乳化添加剂形成的切削油和水溶液的混合物。

通常是由一定比例的油和乳化剂制成的乳化膏。

其性能介于水溶液和切削油之间，使用时根据需要将乳化膏按重量稀释成一定浓度的水溶液。

低浓度的乳化液主要起冷却作用，用于粗加工和磨削加工；高浓度的乳化液主要起润滑作用，用于精加工

5圆锥螺纹配合件一的工艺图分析

5.1零件一图分析

此零件为45钢，由于结构、尺寸的实际加工需要需多次装夹，由端面、圆柱、斜面、圆弧面、球面、螺纹、槽、内孔等表面组成，该零件图为数控回转体车削零件。

如图5-1示。

图5-1件一零件图

数控车床加工工艺设计是在制定了工艺路线的基础上兼顾考虑程序编制的要求，安排数控车床工序的具体内容和工步顺序。

工序内容：

加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具所加工的内容安排在一个工序（或工步）中。

按照工件加工表面的性质和要求，先进行零件表面的粗加工，然后进行零件表面的精加工。

按照从简单到复杂的原则，先加工简单一端，再加工复杂的一端。

5.2工艺分析

零件材料为45钢料,该零件由外螺纹、锥面、切槽、圆弧、内孔、内螺纹等工艺过程组成。

结构形状较为复杂，加工过程中一定要保证尺寸和形位精度。

5.3确定装夹方案

由于该零件需要两头装夹（为了使工序基准与定位基准重合）,单段加工对零件的要求性不高，只需采用三爪卡盘夹持。

采用三爪卡盘夹紧工件25mm处然后进行车削加工。

在装夹过成中，调整好工件在卡盘内的基准，装夹定位应夹紧可靠。

5.4确定加工方案

采用三爪自定心卡盘夹持右端——车左端面——粗、精车左端各段——切槽——粗精螺纹加工。

5.5确定工步顺序、进刀路线和所用刀具

为减少工件加工过程中的变形对最终精度的影响，内外表面要分开进行。

由于对加工刀具形状的要求不是很高，所以选用一把刀尖角为45度的硬质合金尖刀和一把硬质合金的3mm切断刀就可以解决零件的加工。

根据工步顺序和切削加工进给路线的确定原则，本工序的工步顺序、进给路线及所用刀具确定如下所示：

5.5.1粗车外表面

选用45度的硬质合金外圆车刀，并用外圆粗切削循（G71）进行外表面粗车加工。

X轴方向精加工余量0.5mm，Ｚ轴方向精加工余量留0.2mm走刀路线及加工部位如图5-1所示。

由于是粗加工，可选一把刀具将整个外表面车削成型，其中倒角，切槽及加工螺纹等工序暂时不用考虑，但必须为以后的加工留有足够的余量。

图5-2为走刀路线图

加工步骤：

切端面----切外圆----退刀----回到起点

5.5.2精车外表面

选用30度菱形刀片,精车外圆柱面及圆锥面。

由于是精车，各个部位的精度要求较高，所以加工需要把主轴转速调高，进给速度相应也调低。

5.5.3调头装夹，加工另一端

选用45度的硬质合金外圆车刀，并用外圆粗切削循（G71）进行外表面粗车加工。

X轴方向精加工余量0.5mm，Ｚ轴方向精加工余量留0.2mm走刀路线及加工部位如图5-2所示。

图5-3为走刀路线图

5.5.4切槽

用为3mm的切槽刀进行切槽加工。

切槽时，切槽刀的效率是比较高的，而且切槽深度仅为3mm，所以切削时排削比较容易，但为了保证精度和刀具，一定要将主轴转速调低，以保证更好的加工精度和更好的排屑，加工示意图如下图5-3：

图5-4为切槽走刀路线图

5.5.5加工外螺纹

加工螺纹前，刀具的选择很重要，我们可选用专用的外螺纹车刀进行加工。

用G92螺纹切削循环加工外螺纹，其切削过程中，从始点出发“切入――切螺纹——切出——返回起点”循环加工。

另外要注意：

在车削螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速度比关系。

要考虑到刀具从停止状态达到指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必须有一个过度过程，沿轴向的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加2~5mm的刀具切入距离和1~2mm的刀具切出距离，以保证加工正常进行，有必要时最后一刀还须重复车几次，以保证加工质量。

切削过程如下图5-4：

图5-5为走刀路线图

5.5.6切断

调头装夹，在满足工件长度为80的条件下将零件切断，选用3mm切槽刀。

5.6切削用量的选择

当进行数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。

并以指令的形式输入程序中。

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：

1、保证零件加工质量和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能。

2、保证合理的刀具切削性能和耐用度。

并充分发挥机床的性能最大限度地提高生产率、降低生产成本。

5.6.1主轴转速的确定

主轴转速n（r/min）要根据允许的切削速度Vc（m/min）来确定：

n=1000Vc/（πD）

式中：

D—工件直径单位:

mm

Vc—切削速度单位:

m/min

根据毛坯件伸出的直径，并结合机床的性能的要求选取。

根据计算取粗车主轴转速速度为n=800mm/min；精车转速n=1500mm。

5.6.2切削速度Vc

切削速度的高低主要取决于刀具、工件的材料，表面粗糙度，背吃刀量和进给量等因素：

选择参数时根据主轴转速公式推导。

车直线和圆弧轮廓时。

通过查表和计算以及零件分析确定其切削速度Vc=90m/min，精车的切削速度Vc=120m/min。

5.6.3进给速度的确定

进给速度（f）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能选取。

进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。

在轮廓加工中,在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性造成工艺系统的变形和在轮廓拐角处造成超程的现象。

根据该零件加工计算的：

粗车进给速度为150mm/min；精车进给速度为80mm/min。

5.6.4背吃刀量的确定

在机床工件和刀具的刚度允许条件下，应尽可能增大背吃刀量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。

根据我院的机床的性能分析，车削循环时，确定其粗车时背吃刀量2mm，精车时为0.2mm。

5.6.5确定切削用量

根据加工要求确定切削用量，具体情况如下：

（1）粗车外表面

根据毛坯件伸出的直径，并结合机床的性能的要求选取。

根据计算取粗车主轴转速速度为n=800mm/min；进给量F=0.2-0.5mm/r

（2）精车外表面

主轴转速S=1500r/min，进给量F=0.1-0.5mm/r

（3）切槽

主轴转速S=200r/min，进给量F=0.05mm/r

（4）外螺纹加工

主轴转速S=600-800r/min，进给量F=0.05-0.2mm/r

（5）倒角

主轴转速S=800r/min,进给量F=0.1mm/r

6圆锥螺纹配合件二的工艺方案

6.1零件图工艺分析

该零件如图6-1所示，件由内孔和内圆锥孔组成。

零件结构较简单，需要加工的部位不多，但加工还是有一定的难度，特别是内圆锥面的加工，虽然工步不多，但是配合精度要求高。

精度上，该零件的Ф44mm的外圆柱面尺寸要求不高，在加工过程中，内阶梯孔的尺寸一定要控制好，否则配合上有一定难度。

在加工过程中，应密切注意走刀速度及走刀路线，主轴转速一定要合适，背吃刀量要控制，刀具等很重要，要正确选择。

图6-1件二零件图

6.2确定装夹方案

将其毛坯的任意端用三爪卡盘装夹固定，从新对刀进行加工，然后车削另一端表（可利用尾座上的钻头打一个中心孔，然后用顶针顶住，目的限制x.x.y.y.z五个自由度。

粗精加工后，将刀架移开并用直径为Ф20mm的钻头钻内圆柱面。

6.3确定工步顺序，进刀路线和所用刀具

6.3.1钻孔

利用尾座上的钻头打一个中心孔，选用Ф20mm顶角为118度的钻头，进行内孔加工，与内孔车刀的切削效率相比，钻头效率更高,加工部位如图7-2所示：

图6-2钻孔走刀路线图

6.3.2粗车内轮廓

内孔车削是指用内圆车刀（也称镗刀）扩大工件的孔或加工空心工件内表面，也是常用的一种车削方法之一。

以下加工的内孔有台阶孔，选择的刀具故为重要，选用硬质合金焊接的内圆车刀。

走刀路线及加工部位如图6-3所示：

图6-3粗车内孔走刀路线图

6.3.3精车内轮廓

选用焊接内圆精车刀进行内孔精加工到所要求的尺寸，走刀路线以及加工部位与粗车一样。

6.3.4粗车外轮廓

选用的刀具为45度硬质合金焊接粗加工车刀，走刀路线及加工部位如图6-4所示：

图6-4车外轮廓走刀路线图

6.3.5精车外轮廓

精车外轮廓选用的刀具为30度硬质合金焊接精加工车刀，走刀路线及加工部位于粗车相同。

6.3.6切断

在满足工件长度在34mm的条件下切断，选用的刀具为硬质合金焊接切槽刀（刀宽为3mm）。

6.4确定切削用量

根据加工要求确定切削用量，具体情况如下：

（1）粗车外表面

主轴转速S=800r/min，进给量F=0.2mm/r

（2）精车外表面

主轴转速S=1500r/min，进给量F=0.1mm/r

（3）切断

主轴转速S=300r/min,进给量F=0.12mm/r。

（4）粗车削内表面

车内表面时主轴转速S=800r/min，进给量F=0.2-0.25mm/r。

（5）精车削内表面

精车内表面时主轴转速S=1500r/min，进给量F=0.1mm/r。

7圆锥螺纹配合件三的工艺方案

图7-1所示为螺纹配合（件三）。

它是由内螺纹组成，结构较简单，但加工精度要求较高分析并制定其数控加工工序的工艺过程。

该零件所需材料为45钢。

毛坯尺寸ф55mm×35mm。

图7-1件三零件图

7.1工艺分析

该零件加工较为简单，但是要与零件相配合，其精度要求很高,加工时应特别注意它的走刀量,主轴转速与进给速度都要合理选择。

选择刀具也应该特别注意保证精度。

7.2确定装夹方式

用手将毛坯的任意端放入三爪卡盘内，并留一定余量用于切断，然后夹紧。

7.3确定工步顺序，进给路线和所用刀具

7.3.1钻孔

利用尾座上的钻头打一个中心孔，选用Ф20mm顶角为118度的钻头，进行内孔加工，与内孔车刀的切削效率相比，钻头效率更高。

7.3.2粗车内孔

内孔车削是指用内圆车刀（也称镗刀）扩大工件的孔或加工空心工件内表面，也是常用的一种车削方法之一。

选用硬质合金焊接的内圆车刀。

走刀路线及加工部位，如图7-2所示：

图7-2粗车内孔走刀路线图

7.3.3精车内孔

加工方法、选用刀具及要点与前面相同，走刀路线及加工部位也相同。

7.3.4切内螺纹退刀槽

选用硬质合金焊接的内槽车刀（刀宽3mm）加工内槽，加工部位及走刀路线如图7-3所示：

图7-3车内槽示意图

7.3.5车内螺纹

车内螺纹M24×1.5，车内螺纹选用的刀具为硬质合金焊接内螺纹车刀，编程时使用螺纹切削循环指令，走刀路线如图7-4所示：

图7-4车内螺纹走刀路线图

7.3.6粗车外轮廓

选用的刀具为45度硬质合金焊接粗加工车刀，走刀路线及加工部位如图7-5所示：

图7-5车外轮廓走刀路线图

7.3.7精车外轮廓

精车外轮廓选用的刀具为30度硬质合金焊接精加工车刀，走刀路线及加工部位于粗车相同。

7.3.8切断

在精车削完毕后，在满足工件长度在15mm的条件下切断，选用的刀具为硬质合金焊接切槽刀（刀宽为3mm）。

7.4确定切削用量

根据加工要求确定切削用量，具体情况如下：

（1）粗车外表面

主轴转速S=800r/min，进给量F=0.2mm/r

（2）精车外表面

主轴转速S=1500r/min，进给量F=0.05mm/r

（3）切断

主轴转速S=300r/min,进给量F=0.12mm/r。

（4）粗车削内表面

车内表面时主轴转速S=800r/min，进给量F=0.2-0.25mm/r。

（5）精车削内表面

精车内表面时主轴转速S=1500r/min，进给量F=0.1mm/r。

（6）车内螺纹

车内螺纹时主轴转速S=400r/min,进给量F=0.12mm/r。