2022年机电系大学本科方案设计书 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 机电一体化技术专业毕业论文论文题目圆弧轴数控车削加工 工艺的编制同学姓名学 号指导老师名师归纳总结 专业第 1 页,共 27 页年级 2022 级- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要随着科技的不断进展,数控技术在企业中发挥越来越重要的作用;数控加工制造技术正 逐步得到广泛的应用,对零件进行编程加工之前,工艺分析具有特别重要的作用;本设计通 过对典型的数控车床轴类零件工艺特点、数控加工工艺的分析,给出了对于一般零件数控加 工工艺分析的方法,设计合理的加工工艺过程,充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的
2、特点;设计说明书以典型的数控车床轴类零件为例,依据被加工工件的材料、轮廓外形、加 工精度等选用合适的机床,制定加工方案,确定零件的加工次序,各工序所用刀具,夹具和 切削用量等,编写加工零件的程序;依据说明书要求将加工出零件,并对零件自检数据进行 分析,说明在加工过程中应留意的事项;对于提高制造质量、实际生产具有肯定的指导意 义;关键词 :轴类零件;数控加工;工艺设计;工艺分析;刀具;切削用量;加工程序;加工留意事项名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录1 机床的选用及简介 1 1.1 机床的挑选 1 1.2 机床
3、的组成 2 1.2.1 数控机床的组成 2 1.2.2 数控系统与数控机床的组成 2 1.3 机床的工作原理 2 1.3.1 数控机床的工作原理与工作方式 2 1.4 机床的工作特点 3 2 零件的工艺分析 4 2.1 零件工艺分析 4 2.1.1 零件图的分析 4 2.2 确定加工方案 5 2.3 加工路线和加工次序的确定 5 2.3.1 加工工艺路线 6 2.4 切削用量的挑选 6 2.5 刀具的挑选 9 3 加工工序的编排 10 3.1 工序与工步的划分 10 3.2 加工工序的编排 11 3.3 加工工序卡片 11 3.4 加工程序 12 3.5 零件加工中的难点与解决方案 15 4
4、数控车床操作留意事项 16 5 结论 17 6 致谢 18 7 参考文献 19 附录一常用公制螺纹切削的进给次数与背吃刀量(双边) MM . 20 附录二数控机床设备安全操作规程21 附录三指令字符22 附录四常用 G指令代码 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 机床的选用及简介1.1 机床的挑选在挑选机床时,即要考虑其生产的经济性,又要考虑其适用性和合理性;其挑选的原就是:机床的工作区域尺寸必需与所加工零件的外形轮廓尺寸相适应;如直径不 大的导柱、导套等可选在卧式车床上加工,而外径较大长度较短的轴类零件,
5、就 应挑选在立式车床上加工;小的零件的孔可用立式一般钻床加工;而大工件上的 孔宜在 摇臂钻床上加工;对于孔径和孔距要求比较高的孔,可挑选在坐标 镗床或立式镗床上加工,以做到合理使用设备;机床的功率和加工量应与零件工序的加工要求相适应;如粗加工工序应选 择功率较大的机床加工;在利用刀具做精细切削时,应挑选转速较高的机床;选用的机床精度应与工序要求的加工精度相适应;选用机床应与现有设备条件相适应;即要充分利用现有的设备,又要充分 考虑生产的进展方向规模,以及添置新设备的可能性;依据毛坯的材料和类型、零件轮廓外形复杂程度、尺寸大小、加工精度、工 件数量、生产条件等要求,选用经济型数控车床可达到要求;
6、图 1.1 数控机床的挑选名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.2 机床的组成1.2.1 数控机床的组成数控机床一般由掌握介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成;图 1.1 的实线所示为开环掌握的数控机床框图;图 1.1 数控机床的组成1.2.2 数控系统与数控机床的组成图 1.2 数控系统与数控机床的组成1.3 机床的工作原理1.3.1 数控机床的工作原理与工作方式图 1.3 数控机床的工作原理名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.4
7、 机床的工作特点与一般机床相比,数控机床具有以下特点 1 ;适应性强:由于数控机床能实现多个坐标的联动,所以数控机床能完成复 杂型面的加工,特殊是对于可用数学方程式和坐标点表示的外形复杂的零件,加 工特别便利;当转变加工零件时,数控机床只需更换零件加工的 NC 程序,不必 用凸轮、靠模、样板或其它模具等专用工艺装备,且可采纳成组技术的成套夹 具;因此,生产预备周期短,有利于机械产品的快速更新换代;所以,数控机床 的适应性特别强;加工质量稳固:对于同一批零件,由于使用同一机床和刀具及同一加工程序,刀具的运动轨迹完全相同,且数控机床是依据数控程序自动进行加工,可以防止人为的误差,这就保证了零件加工
8、的一样性好且质量稳固;生产效率高:数控机床上可以采纳较大的切削用量,有效地节约了机动工 时;仍有自动换速、自动换刀和其他帮助操作自动化等功能,使帮助时间大为缩 短,而且无需工序间的检验与测量,所以,比一般机床的生产率高 34 倍甚至 更高;数控机床的主轴转速及进给范畴都比一般机床大;目前数控机床的最高进 0.01 m; 一般来说,数控机床的 给速度可达到 100m/min 以上,最小辨论率达 生产才能约为一般机床的三倍,甚至更高;数控机床的时间利用率高达 90%,而 一般机床仅为 30%50%;加工精度高:数控机床有较高的加工精度,一般在 0.005 0.1mm 之间;数控机床的加工精度不受零
9、件复杂程度的影响,机床传动链的反向齿轮间隙和丝 杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿,其定位精度比较高,同时仍 可以利用数控软件进行精度校正和补偿;工序集中,一机多用:数控机床特殊是带自动换刀的数控加工中心,在一 次装夹的情形下,几乎可以完成零件的全部加工工序,一台数控机床可以代替数 台一般机床;这样可以削减装夹误差,节约工序之间的运输、测量和装夹等帮助 时间,仍可以节约车间的占地面积,带来较高的经济效益;加工中心的工艺方案 更与一般机床的常规工艺方案不同,常规工艺以“ 工序分散” 为特点,而加工中 心就以工序集中为原就,着眼于削减工件的装夹次数,提高重复定位精度;减轻劳动强度 :在输
10、入程序并启动后,数控机床就自动地连续加工,直至 零件加工完毕;这样就简化了工人的操作,使劳动强度大大降低;数控机床是一 种高技术的设备,尽管机床价格较高,而且要求具有较高技术水平的人员来操作 和修理,但是数控机床的优点很多,它有利于自动化生产和生产治理,使用数控 机床的经济效益仍是很高的;名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 零件的工艺分析2.1 零件工艺分析图 2.1 零件工艺图纸2.1.1 零件图的分析零件长度为138mm,从右到左依次为:长20mm、公称直径为30mm、有2mm 的 45倒角的双头螺纹;长5m
11、m、公称直径为 26mm 的退刀槽;长 10mm的53锥面;长 10mm直径为 36mm 的圆柱面;依次相连半径为 15mm 的逆弧面、半径为 25mm 的顺弧面、直径为 50mm 的球面和半径为 15mm 的顺弧面;长 5mm、公称直径为 34mm 的槽;长 15mm 的 30锥面;长 10mm、公称直径为 56mm 的圆柱面;该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成;其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求;球面 S50mm 的尺寸公差仍兼有掌握该球面外形(线轮廓)误差的作用;视图正确,表达直观、清晰,绘制符合国家标准,尺寸、公差、表面粗糙度以及技术要求的标注齐全、
12、合理;分析零件图可知: 26-36 锥面、 30 圆柱端面和 26 圆柱端面表面粗糙度 Ra为 3.2 m,其余表面粗糙度 Ra为 6.3 m;零毛坯材料为45#,强度、硬度、塑性等力学性能好,切削性能、热处理性 能 等 加 工 工 艺 性 能 好 , 便 于 加 工 , 能 够 满 足 使 用 性 能 ; 毛 坯 下 料 为 60mm 145mm;名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 确定加工方案经过分析零件的尺寸精度、几何外形精度、位置精度和表面粗糙度要求,确 定如下加工方法:对图样上给定的几个精度要求较高
13、的尺寸,因其公差值较小,故编程时不 不必取平均值,而全部取其基本尺寸即可;在轮廓曲线上,有三处为圆弧,其中两处为既过象限又转变进给方向的轮 廓曲线,因此在加工时应当进行机械间隙补偿,以保证轮廓曲线的精确性;为便于装夹,胚件需在左端左端,右端面也应先粗车出并钻好中心孔;采 60mm棒料;用一夹一顶的方式,毛胚选用手动中心钻钻孔,再用 外圆表面:粗车精车 18 的麻花钻,再用镗刀粗精加工外螺纹:在精车的外圆表面分数次进给加工2.3 加工路线和加工次序的确定在数控加工中,刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线;即 刀具从对刀点开头运动起,直至终止,加工程序所经过的路径,包括切削加工的 路径
14、及刀具引入、返回等非切削空行程;加工路线的确定原就主要有以下几点:应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求,且效率高;应尽量缩短加工路线,既可以削减程序段,又可以削减刀具空程移动时 间;应使数值运算简洁,以削减编程工作量;此外,确定加工路线时,仍要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情 况,确定是一次走刀,仍是多次走刀完成加工;依据上述原就,确定如下加工路线:加工次序按由粗到精、由近到远(由右到左)的原就确定;即先从右到左进 行粗车(留 0.5mm精车余量),然后从右到左进行精车,最终车削螺纹;CK6140数控卧式车床具有粗车循环和车螺纹循环功能,只要正确使用编程指 令,机床数控系统就会自动
15、确定其进给路线,因此,该零件的粗车循环和车螺纹 循环不需要人为确定其进给路线(但精车的进给路线需要人为确定);该零件从名师归纳总结 右到左沿零件表面轮廓精车进给,如图2.2 所示;第 8 页,共 27 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2.2 精车轮廓进给路线2.3.1 加工工艺路线工序一加工工艺:a. 工件伸出三爪自定心卡盘外 b. 手动车工件右端面;c. 打中心孔;145mm,找正后夹紧;d. 用活顶尖顶住中心孔,完成一夹一顶装夹方式;e. 用 18mm的麻花钻,再用内镗刀粗精加工;工序二加工工艺:a. 调头装夹,用 93 外圆刀车粗车 56
16、 142,外径留 0.5mm 精车余量(以 下各粗车直径处均留 0.5mm 精车余量);b. 粗车 30 45 外圆;c. 粗车 36 25 外圆;d. 用切槽刀车 26 5 退刀槽,再用切槽刀倒左、右两端 C2角;e. 用 90 外圆刀车右端圆锥;f. 用硬质合金尖刀循环车削右端圆弧轮廓;g. 用硬质合金尖刀精刀精车工件全部轮廓;h. 用螺纹车刀车 M30 2 双头螺纹;2.4 切削用量的挑选数控编程时,必需确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写入程序中,切削用量包括主轴转速、进给速度及背吃刀量等;切削用量的挑选原就是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具的切削性能,保证合理的刀具寿
17、命,充分发挥机床的性能,最大限度的提高生产率,降低成本;主轴转速的确定 a. 车外圆时主轴转速 主轴转速应依据答应的切削速度和工件(或刀具)直径来挑选;其运算公式为 n=1000v/ d 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其中 v 切削速度( m/min),由刀具寿命打算; n 主轴转速( r/min ); d 工件直径或刀具直径(mm);b. 车螺纹时主轴的转速在车削螺纹时,车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P(或导程)大小、驱动电机的升降频特性,以及螺纹插补运算速度等多种因素影响,故对于不同的数控 系统,举荐不同的
18、主轴转速挑选范畴;大多数经济型数控车床举荐车螺纹时的主 轴转速 nr/min 为:n( 1200/P)k 式中 P被加工螺纹螺距, mm;k保险系数,一般取为 80;n 最终要依据上述运算值、机床说明书而定,选取机床有的或较接 主轴转速 近运算值的转速;进给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数,主要依据零件的加工精度和表 面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取;最大进给速度受机床刚度和进给 系统的性能限制;确定进给速度的原就是:a. 当工件的质量要求能得到保证时,为提高生产效率,可挑选较高的进给速 度;一般在 100200mm/min范畴内选取;b. 在切断、加工深孔或用高速钢
19、刀具加工时,宜挑选较低的进给速度,一般 在 2050mm/min范畴内选取;c. 当加工精度、表面粗糙度要求较高时,进给速度应选小一些,一般在 2050mm/min范畴内选取;d. 当刀具空行程,特殊是远距离“ 回零” 时,可以设定该机床数控系统设定 的最高进给速度;背吃刀量的确定 背吃刀量依据机床、工件和刀具的刚度来打算,在刚度答应的条件下,应尽 可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以削减走刀次数,提高生产效率;为了保证加工表面质量,可以留少许加工余量,一般为0.2 0.5mm;切削用量的挑选是否合理,对于能否充分发挥机床潜力与刀具的切削性能,实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的
20、作用;车削用量的详细挑选如 下:粗车时,第一挑选一个尽可能大的背吃刀量,其次挑选一个较大的进给量,最终确定一个合适的切削速度;精车时,加工精度和表面粗糙度要求较高,加工 余量不大且匀称,因此挑选较小的背吃刀量和进给量;名师归纳总结 如何确定加工时的切削速度,除了可参考数控加工技术表2-1 列出的数第 10 页,共 27 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 值外,主要依据实践体会进行确定;依据数控车削用量举荐表, 挑选合适的切削用量;a. 用端面车刀手动车端面时,主轴转速为 500r/min ;b. 打中心孔时主轴转速选取 400r/min ;c. 粗、
21、精车外轮廓时,切削用量的挑选与车左端时相同:粗车时,主轴转速为 600r/min ,进给速度为150mm/min,背吃刀量为2mm;精车时,主轴转速为1200r/min ,进给速度为 100mm/min,背吃刀量为 0.2mm;d. 钻孔时主轴转速选取 400r/min ;e. 粗镗孔时,选取Vc =80m/min,f=0.2 ,ap=1mm,加工时直径为 22mm;就:主轴转速:n =1000Vc/ d=(1000 80)/(3.14 22) r/min=1158r/min 进给速度: F=f n =(0.2 1158) mm/min=231mm/min;考虑刀具强度,机床刚度等实际加工情形
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