轴承座数控加工工艺分析.docx

轴承座数控加工工艺分析.docx

《轴承座数控加工工艺分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轴承座数控加工工艺分析.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

轴承座数控加工工艺分析

毕业设计（论文）

题目轴承座的数控加工工艺要求与处理

系别机电工程系

学生姓名

学号

专业名称

指导教师

年月日

轴承座的数控加工工艺要求与处理

摘要

轴承座是用来支撑轴承的，固定轴承的外圈，仅仅让内圈转动，外圈保持不动，始终与传动的方向保持一致（比如电机运转方向），并且保持平衡；轴承座的概念就是轴承和箱体的集合体，以便于应用，这样的好处是可以有更好的配合，更方便的使用，减少了使用厂家的成本。

至于形状，多种多样，通常是一个箱体，轴承可以安装在其中。

本次设计主要研究了轴承座加工工艺过程设计。

首先，通过对轴承座的分析，了解轴承座的作用。

其次，依据轴承座的毛坯件和生产纲领的要求及各个加工方案的比较，制定出切实可行的轴承座加工工艺路线。

在运用机械制造技术基础等相关课程的知识，确定轴承座在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排，并确定了加工面的工艺尺寸的选择合适的机床和刀具，保证零件的加工质量。

最后，根据被加工零件的加工要求，参考机床夹具设计手册及运用夹具设计方面的书籍的基本原理和方法，拟定夹具设计的方案，设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的夹具。

关键词轴承座，夹具，工艺路线，加工工艺

前言

在市场竞争激烈的情况下，数控车床的应用越来越广泛。

为合理地发挥数控车床的加工特点，保证加工质量，如何保证和提高数控车床的加工质量是十分重要的。

必须考虑合理的工艺因素，以保证和提高数控车床的加工质量。

工艺性分析与工艺处理是对工件进行数控加工的前期准备工作，它必须在数控程序编制前完成，因为工艺方案确定之后，编程才有依据。

如果工艺性分析不全面，工艺处理不当，将可能造成数控加工的错误，直接影响加工的顺利进行，甚至出现废品。

因此数控加工的编程人员首先要把数控加工的工艺问题考虑周全，才进行程序编制。

合理进行数控车削的工艺处理，是提高零件的加工质量和生产效率的关键。

因此应根据零件图纸对零件进行工艺分析，明确加工内容和技术要求，确定加工方式和加工路线，选择合适刀具及切削用量等参数。

[Abstract]Thebearingseatisusedforsupportingabearing,afixedbearingouterring,theinnerringouterringrotationallowsonly,remainmotionless,alwayswiththetransmissiondirection（suchastheelectricmotorrunningdirection）,andkeepbalance;bearingseatistheconceptofbearingboxandassembly,inordertoapplication,theadvantagecanbebettercooperation,moreconvenientuse,reducingtheusecostformanufacturers.Asfarastheshape,variety,isusuallyabox,thebearingcanbemountedtherein.

Thedesignofthemainbearingseatofmachiningprocessdesign.Firstly,basedontheanalysisofthebearingseat,thebearingseatoftheroleofunderstanding.Secondly,onthebasisofbearingblankpartsandtherequirementsoftheproductionprogramandthecomparisonofprocessingschemes,developpracticalbearingmachiningprocessroute.Theuseofmachinerymanufacturingtechnologyandotherrelatedcoursesknowledge,determinethebearingseatintheprocessoflocalization,clampaswellascraftroutearrangement,anddeterminedtheprocessingsurfaceprocesssizeselectionandmachinetools,sparepartsprocessingqualityassurance.Finally,accordingtotherequirementsoftheprocessingpartsprocessing,machinetoolfixturedesignhandbookandreferencebooks,useoffixturedesignofthebasicprinciplesandmethods,theprogrammedrawnupfixturedesign,designefficient,effort,economicandreasonabletoensurethequalityofprocessingfixture.

[Keywords]BearingseatFixtureProcessrouteProcessingtechnology

绪论

1.1机械加工工艺的发展现状

随着机械制造业的发展和科学技术的进步，机械制造工艺的内涵和面貌下不断发生变化，近一二十年的技术进展主要表现在以下几方面：

一、常规工艺的不断优化常规工艺的方向是实现高效化、精密化、强韧化、轻量化，以形成优质高效、低耗少污染的先进实用工艺为主要目标，同时实现工艺设备、辅助工艺、工艺材料、检测控制系统的成套工艺服务，使优化工艺易于为企业所采用。

二、新兴加工方法的不断出现和发展新兴加工方法包括精密加工、细微加工、特种加工及高密度能加工、新硬材料加工技术、表面功能性覆盖技术和复合加工，以适应机械产品更新换代对制造工艺提出的更高、更新的制造模式。

三、自动化等高新技术与工艺的紧密结合微电子、计算机和自动化技术与工艺及设备相结合，使传统工艺面貌产生显著、本质的变化，如生产线自动控制、在线检测自适应控制、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助夹具设计、计算机辅助装配工艺设计和智能制造系统等。

1.2现代机械加工工艺的发展现状

机械制造是国民经济发展和各部门科技进步的基础。

在现代化条件下机械制造的发展方向是：

开发工艺可行性广、能保证各种原料消耗最少、可靠性和自动化精度高的新一代技术。

机械制造工艺及其实现组织形成的发展趋势，在很大程度上取决于机器结构的发展方向和它的技术使用特征。

机器制造中的科技进步将促进以计算机和生产全盘自动化为基础的工序少和能源节约的工艺的建立推广。

机器制造工艺组织的远景发展的概念是考虑在集管理、信息和技术为一体的基础上建立全盘自动化工厂，将最终产品的各个加工阶段连接起来。

这时，在科技发展现阶段的自动化工厂将不是无人企业。

由人服务和管理的体系和机器会发挥作用。

新的智能型和集成型的生产手段与高度熟练的工作人员相结合，将在市场需求变化的条件下假造出满足技术和社会经济需求的先决条件。

在现今的发达国家中，毛坯生产的发展趋势表明，今后毛坯生产发展方向是力图在经济合理的范围内,使毛坯接近成品零件的尺寸形状。

这可降低金属消耗量，减少加工余量和毛坯及铁屑的运输费用，这样就可提高生产率，降低零件的加工成本。

对于毛坯生产，其特点主要是扩大新的先进的节约资源的工艺过程运用领域。

采用电子技术管理切削加工过程，提高了对毛坯质量精度的要求。

这将使其加工工艺得到必要的完善。

在金属切削机床上加工工艺的发展趋势，是扩大采用先进的工艺过程和提高加工自动化的程度。

提高生产率，降低切削加工成本，在很大程度上取决于刀具和刀具材料的技术可行性。

高速钢和烧结合钨硬质合金，由于价格相对较低，工具制造简单，耐磨性好，强度高，所以促使其得到了广泛的使用。

新型切削材料的使用有助于增大切削用量，提高生产率，扩大经济效益。

使粉末冶金高速钢工具，并且用物理沉积法涂上耐磨涂层，是很有发展前途的。

对于钢件的半精加工和精加工，采用以碳化钛、碳氮化钛为基的无钨硬质合金。

用细颗粒硬质合金代替高速钢，可提高加工生产指标率。

在加工韧性材料时，涂层硬质合金获得了越来越广泛的应用。

用化学气相沉积方法得到的陶瓷涂层的应用，可使切削速度大大提高，而这种切削速度在以前只有用矿物陶瓷切削刀具或金属陶瓷才能达到。

在加工淬火钢，尤其是铣齿和拉削方面，以及有色金属和合金的加工，非金属材料的加工，使用硬质合金也是有发展前途的。

在硬质合金刀片上镶上人造材料—多晶立方氮化硼，可用于加工硬度达HRC68的镍铬钢或铬镍钼钢，其切削速度可达130m/min。

在加工研磨性强的轻金属和非金属材料时，则采用多晶金刚石。

用碳化硅纤维增强的氧化物陶瓷，用于加工镍合金、渗碳和热处理后的钢以及灰铸铁。

氮化硅陶瓷在广泛的切削速度范围下使用（达1000m/min）。

氮化硅陶瓷现在用于灰铸铁、高温合金的加工，因为它有较高的抗扩散磨损的能力。

陶瓷结合剂的立方氮化硼砂轮、多孔砂轮和数控机床用的砂轮，具有寿命长、磨削性能稳定的特点。

今后在磨削中将使用优质的加入合金成分的刚玉砂轮、用球形刚玉制造的砂轮、高纯度单晶刚砂轮、高强度耐热人造单晶刚石的复合材料砂轮。

磨料的新型结合剂的开发将扩大高磨削的可能性。

除了上述传统切削加工方法之外，还有范围更广泛的非金属加工方法：

电物理和电化学加工方法；微塑性变形尺寸加工法以及将两种以上物理本质各不相同的加工方法合在一起的复合加工方法（化学反应，电腐蚀和磨粒加工等）。

这些非传统方法的合理应用领域，是在那些采用传统切削方法不经济或在技术上不可能实现的那些工序。

这样，切削加工由于具有广泛的工艺可行性，所以它在使用机床的加工方法中仍会占有优先地位。

电加工法，冷、热挤压，粉末冶金都只能在某些特殊领域部分地取代切削加工。

而激光加工具有相当广阔的发展前途，在不久的将来将取代工件外形切割和通孔钻削。

近年来，机械制造工艺有着飞速的发展。

比如，应用人工智能选择零件的工艺规程。

因为特种加工的微观物理过程非常复杂，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、电化学等诸多领域，其加工机理的理论研究极其困难,通常很难用简单的解析式来表达。

近年来，虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，但离定量的实际应用尚有一定的距离。

然而采用每一种特种加工方法所获得的加工精度和表面质量与加工条件参数间都有其规律。

因此，目前常采用研究传统切削加工机理的实验统计方法来了解特种加工的工艺规律，以便实际应用，但还缺乏系统性。

受其限制，目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取，还难以实现最优化和自动化，例如，电火花成形电极的沉入式加工工艺，它在占电火花成形机床总数95%以上的非数控电火花成形加工机床和较大尺寸的模具型腔加工中得到广泛应用。

虽然已有学者对其CAD、CAPP和CAM原理开展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工艺数据的缺乏，仍未有成熟的商品化的CAD/CAM系统问世。

通常只能采用手工的方法或部分借助于CAD造型、部分生成复杂电极的三维型面数据。

随着模糊数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的成熟发展，人们开始尝试利用这一技术来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型，并得到了初步的成果。

因此，通过实验建模，将典型加工实例和加工经验作为知识存储起来，建立描述特种加工工艺规律的可扩展性开放系统的条件已经成熟。

并为进一步开展特种加工加工工艺过程的计算机模拟，应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定基础。

1.3机床夹具的发展趋势

夹具最早出现在18世纪后期，在机械加工过程中，夹具占有非常重要的地位，它可靠地保证了工件的加工精度，提高了加工效率，减轻了劳动的强度。

随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。

现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。

然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约有数千甚至近万套夹具；另一方面，在多种生产的企业中，每隔3～5年就要更新50%～80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%～20%左右。

特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

一、能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；

二、能装夹一组具有相似性特征的工件；

三、能适用于精密加工的高精度机床夹具；

四、能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；

五、采用以液压站为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高生产率；

六、提机床夹具的标准化程度。

1.4现代机床夹具的发展趋势

夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济的方向发展。

一、高精机床加工精度提高，降低定位误差，提高加工精度对夹具制造精度要求更高高精度夹具定位孔距精度高达±5μm，夹具支承面垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。

德国demmeler（戴美乐）公司制造4m长、2m宽孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±0.03mm；精密平口钳平行度和垂直度5um以内；夹具重复安装定位精度高达±5um；瑞士EROWA柔性夹具重复定位精度高达2～5um。

机床夹具精度已提高到微米级，世界知名夹具制造公司都是精密机械制造企业。

诚然，适应不同行业需求和经济性，夹具有不同型号，以及不同档次精度标准供选择。

二、有效提高机床生产效率，双面、四面和多件装夹夹具产品越来越多。

减少工件安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断推陈出新。

新型电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1～2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。

缩短机床上安装与调整夹具时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具安装与校正。

采用美国Jergens（杰金斯）公司球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率作用。

三、元件模块化是实现组合化基础。

利用模块化设计系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发基点。

省工、省时，节材、节能，体现各种先进夹具系统创新之中。

模块化设计为夹具计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。

模拟仿真刀具切削过程，既能为用户提供正确、合理夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断改进和完善夹具系统。

组合夹具分会与华中科技大学合作，正着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发公共平台，争取实现夹具设计与服务通用化、远程信息化和经营电子商务化。

四、通用、经济夹具通用性直接影响其经济性。

采用模块、组合式夹具系统，一次性投资比较大，夹具系统可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。

德国demmeler（戴美乐）公司孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少配套元件，即能组装成多种多样焊接夹具。

元件功能强，使夹具通用性好，元件少而精，配套费用低，经济实用才有推广应用价值。

目前中国制造业发展迅猛，以前的我国制造业普遍使用刚性专机加工各种各样的零部件，导致改型和生产个零部件周期较长。

随着我国制造业发展和各种各种零件的需求与日俱增，加工设备和工艺也向着柔性化的方向转变。

加工装备的柔性概念和需求主要体现在对设备快速性和适应性的需求上，因此制造商不得不寻求柔性和产量之间的最佳组合。

当然，在满足了柔性的条件下、也有着不同的解决方案，如：

模块化、可变换化、可重新配置化、在线兼容性等。

不论采用哪种方案，使用高性能的液压夹具都显得尤为重要，现在，柔性专机、可重新配置的机床及专用加工中心的组合应用，使得发动机零件的加工变得越来越柔性化，具体情况取决于每个加工项目的产量配额使用液压夹具的主要优势是能节省夹紧和松卸工件时所花的大量的时间。

有关统计资料表明液压夹紧相比机械夹紧节省90%～95%的时间，缩小了生产循环周期，从而增加了产量也就意味着降低了成本。

当加工一长型铝合金零件时，刀具通过时旋转油缸可快速让开，刀具通过后可快速复位。

液压夹具系统的第二项重要特点是可实现非常高的定位精度。

关键在于夹紧力在定位和夹紧过程中保持恒定不变，从而确保了同一道工序下的加工质量一致性。

1.5轴承座发展现状和趋势

轴承座在我国机械行业、建筑行业和水利水电行业应用及其广泛，自上世纪90年代以来，日本在我国开辟轴承市场之后，紧接着韩国和欧美等国也蜂拥而至，导致我国轴承市场的份额大增。

近几年来，我国在轴承座的制造领域和研发领域取得了一定的突破，因产业链和市场的影响，加上政策的支持，大量的工厂和个人加工作坊开始大批量的生产和销售轴承座成品。

经调查发现，近几年全球在轴承座方面的市场容量联创新高，产销规模大幅图增加，价格也居高不下。

由此导致的研究领域在开发轴承座产品方面也加快了步伐，各种类型和功能的轴承座产品层出不穷。

第一章轴承座的实体造型及其作用

1.1用Cimatron7.0画出的轴承座实体图

图1-1

1.2轴承座的作用

轴承座的作用就是固定轴承，保证轴有足够的强度并能满足精度要求运转。

第二章数控机床的基本概念

2.1数控机床分类

按照不同分析角度，数控机床有不同的区分方法

按照运动轨迹控制形式其分为：

点位控制数控机床；直线控制数控机床；位置控制数控机床。

按照驱动装置的特点可分为：

开环数控机床；半闭环数控机床；闭环数控机床；混合控制数控机床。

按照加工工艺方法可分为：

金属切割类数控机床；特种加工类数控机床；金属成型类数控机床；测绘类数控机床。

2.2数控加工及数控编程

数控加工——根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序（简称为数控程序），输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。

数控程序——输入NC或CNC机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。

数控编程——生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程，称为数控编程。

第三章数控机床的坐标系统

数控机床的坐标系统，包括坐标系、坐标原点和运动方向，对于数控加工及编程，是一个十分重要的概念。

每一个数控编程员和数控机床的操作者，都必须对数控机床的坐标系统有一个完整且正确的理解，否则，程序编制将发生混乱，操作时更会发生事故。

3.1坐标系

数控机床的坐标系采用右手直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。

3.2坐标轴及其运动方向

不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，数控机床的坐标运动指的是刀具相对静止的工件坐标系的运动。

ISO对数控机床的坐标轴及其运动方向均有一定的规定：

Z轴定义为平行于机床主轴的坐标轴，如果机床有一系列主轴，则选尽可能垂直于工件装夹面的主要轴为Z轴，其正方向定义为从工作台到刀具夹持的方向，即刀具远离工作台的运动方向；X轴作为水平的，平行于工件装夹平面的坐标轴，它平行于主要的切削方向，且以此方向为主方向；Y轴的运动方向则根据X轴和Z轴按右手法则确定。

旋转坐标轴A、B、C相应地在X、Y、Z坐标轴正方向上，按右手螺纹前进方向来确定。

3.3坐标原点

机床原点——现代数控机床一般都有一个基准位置，称为机床原点或机床绝对原点，是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。

机床参考点——与机床原点相对应的还有一个机床参考点，它也是机床上的一个固定点，一般不同于机床原点。

一般来说，加工中心的参考点为机床的自动换刀位置。

程序原点——对于数控编程和数控加工来说，还有一个重要的原点就是程序原点，是编程人员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，有时也称为工件原点。

程序原点一般用G92或G54~G59（对于数控镗铣床）和G50（对于数控车床）指定。

装夹原点——除了上述三个基本原点以外，有的机床还有一个重要的原点，即装夹原点。

装夹原点常见于带回转（或摆动）工作台的数控机床或加工中心，一般是机床工作台上的一个固定点，比如回转中心，与机床参考点的偏移量可通过测量存入CNC系统的原点偏移寄存器中，供CNC系统原点偏移计算用。

第四章手工编程

4.1数控编程的定义

生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程，称为数控空编程，有时也称为零件编程。

数控编程可以手工完成，即手工编程，也可以由计算机辅助完成，即计算机辅助数控编程。

采用计算机辅助数控编程需要一套专用的数控编程软件，现代数控编程软件主要分为以批处理命令方式为住的各种类型的APT语言和以CAD软件为基础的交互式CAD/CAM—NC编程集成系统。

4.2数控编程的步骤

一般来说，数控编程过程主要包括：

分析零件图样、工艺处理、数学处理、编写程序单、输入数控系统几程序检验。

图4-1数控编程过程

4.3编程分类

一、手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、几何计算、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。

二、APT语言自动编程

APT是一种自动编程工具（AutomaticallyProgrammedTool）的简称，是一种对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。

把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经计算机的APT语言编程系统编译产生刀位文件（CLDATAfile），然后进行数控后置处理，生成数控系统能接受的零件数控加工程序的过程，称为APT语言自动编程。

三、CAD/CAM集成系统数控编程

是以待加工零件CAD模型为基础的一种集加工工艺规划及数控编程为一体的自动编程方法。

其中零件CAD模型的描述方法多种多样，适用于数控编程的主要有表面模型和实体模型，其中以表面模型在数控编程中应用较为广泛。

CAD/CAM集成系统数控编程的主要特点是零件的几何形状可在零件设计阶段采用CAD/CAM集成系统的几何设计模块在图形方式下进行定义、显示和修改，最终得到零件的几何模型。

数控编程的一般过程包括刀具的定义或选择，刀具相对于零件表面的运动方式的定义，切削加工参数的确定，走刀轨迹的生成，加工过程的动态图形仿真显示、程序验证直到后置处理等，一般都是在屏幕菜单及命令驱动等图形交互方式下完