数控技术毕业设计(论文)_数控典型零件加工.doc
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1、山东凯文职业技术学院毕业设计题 目 数控典型零件加工 专 业 数控技术 年 级 数控2005 学生姓名 指导教师 2008年6月3 日摘要 数控加工是一种综合了机械制图、制造、设计、公差与配合、数控加工编程及操作、数控加工工艺、数控机床日常维护与故障维修以及CAD/CAM等各种学科的一门综合应用。三年的学习我了解关于数控加工的整个工作过程,包括加工前的准备工作,像毛坯的选择、加工方式、设备的选择、装夹定位确实定、刀具数量和几何参数确实定、工序安排、切削参数确实定、起刀点、换刀点确定、尺寸及公差要求、编程等知识要点。 通过图纸可以看出此零件上标注着尺寸公差且公差大多在0.050.2之间,公差代表
2、加工难度。此外零件上还标有形状公差平面度、圆柱度、位置公差定向的垂直度、定位的同轴度以及全跳动和面轮廓度。通过零件外关可以看出此零件属于数控车削中典型的轴类零件,此零件包含了轴类零件的大局部特征,除了圆柱外形、阶梯轴、外形槽外还包括内孔、内螺纹的加工。数控车床对一些轴类零件的编程与加工课题是针对用人单位实际工作中所用到的零件加工面开发,本次毕业设计也是理论与实际相结合,使我们具备对数控加工零件的加工工艺调整和整个加工全过程的能力。对我们来说是一次课题也是一次挑战。关键词: 外槽,内孔,内外螺纹目录第一章 零件图的绘制1 绘图1:手工绘图1:计算机绘图AUTOCAD、CAXA电子图板1第二章 零
3、件的工艺分析22.1:零件图的工艺分析2:毛坯材料确定22.3:确定装夹方案并设计夹具32.4:确定其加工顺序及进给路线42.5:选择刀具52.6:确定切削用量112.7:结合零件分析122.8:制定工艺卡片13第三章 零件的程序编制14:程序编制14:程序仿真16第四章 程序的检验19参考文献19致谢19第一章 零件图的绘制手工绘图计算机绘图第二章 零件的工艺分析零件图的工艺分析图1-2数控加工流程图图纸分析1构成零件轮廓的几何条件由图1-1分析得出尺寸尺寸标注完整、合理。零件图上尺寸标注适应数控车床加工的特点,右端以A为基准标注尺寸其余直接给出坐标尺寸。此图属于轴类零件, 普通数控车即可。
4、同时最大直径为60mm长120mm,并且须两头加工。2尺寸精度要求 由图1-1分析得出图中要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。 如左端面外圆350取33形状和位置精度的要求由图1-1分析得出形状公差平面度、圆柱度位置公差定向的垂直度、定位的同轴度以及全跳动和面轮廓度。加工时,要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准。4外表粗糙度要求外表粗糙度是保证零件外表微观精度的重要要求,也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。由图1-1看出锥面要求的粗糙度较高,加工时适当提高主轴转速、减小吃刀量、进给量。5材料与热处理要求零件图样上给定的材料与热处理要求,是选择刀具、数控车床
5、型号、确定切削用量的依据由图1-1看出零件图上没给出材料,须选择。无热处理要求,刀具可选择抗冲击性能强、耐用度高断屑和排屑性能好、切削速度中速的刀具。综上分析: 此图属于轴类零件,普通数控车即可。我选择广数980TD数控车。 毛坯尺寸定为70125圆钢。加工后不需要任何热处理。:毛坯材料确定2.2.1常见的金属材料有:(1)黑色金属:a) 铸铁含碳质量分数WG大于2.06%的铁碳合金铸铁具有良好的铸造性、抗震性、切削加工性及一定的力学性能,并且价格低廉、生产设备简单,所以在机器零件材料中占有很大的比重,广泛地用于制造各种机架、底座、箱体、缸套等形状复杂的零件。属于脆性材料。b) 碳素钢含碳质量
6、分数在2.06%以下的铁碳合金 按含碳质量分为:低碳钢Wc0.25%中碳钢0.25% Wc0.25% 高碳钢Wc0.6%按用途分:碳素结构钢主要用于制造各种工程构件桥梁、船舶、建筑和机器零件如齿轮、轴、连杆、螺栓、锣钉等。这类钢一般属于低中碳钢。碳素工具钢主要用于制造刃具、量具、模具。这类钢属于高碳钢。c) 合金钢2有色金属1a) 铜与铜合金b) 铝与铝合金c) 轴承合金其中碳素结构钢中45#中碳钢应用最广泛,具有较高的强韧性且制造容易、价格低廉。常用于制造承受较大交变载荷与冲击载荷的机器零件,如齿轮、连杆、丝杠、主轴等。此图属轴类零件,一般轴类零件须承受较大载荷。综合分析,我选择45#钢。2
7、.3 确定装夹方案2.3.1夹具的选择原那么 1.由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置 ,因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确方向,同时协调零件与机床坐标系的尺寸。当零件加工批量小时,尽量采用通用夹具。当小批量或成批生产时才考虑专用夹具,减少占机装夹与调整的时间。力求设计、工艺与编程计算的基准统一,这样有利于编程时数值计算的简便和精确性。减少装夹次数,尽可能做到在一次装夹后能加工全部待加工外表。2. 空间内任何工件都具有6个自由度。当工件的6个自由度全被限制称为完全定位,机床加工零件一般最大限制工件的自由度,保证加工精度。2.3.2数控车床常用夹具 三爪自定心卡盘:自动找正能限制六
8、个自由度、适用于截面为圆形、三角形、六方形的轴类零件和中小型盘类零件。 四爪单动卡盘:不能自动找正,须用百分表配合找正,适用于方形、长方形、椭圆形及各种不规那么形状零件的装夹。 两顶尖装夹:一般适于长轴、长丝杠等工件。 一夹一顶装夹:用于较重较长的轴体零件。: 在本课题中,加工内孔时,以外圆定位,用三爪自定心卡盘夹紧安装工件,加工外轮廓时为保证同轴度要求和便于装夹,以工件左端面和轴线为定位基准,为此需要设一心轴装置图2.双点画线局部用三爪卡盘夹持心轴左端,心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧,以提高工艺系统的刚性。 综上分析,我选择通用夹具三爪自定心卡盘,装夹时以毛坯外表为定位基准面且注意跳动不
9、能太大。并配有铜片,防止在掉头加工时夹伤已加工外表。2.4确定加工顺序及进给路线加工路线确实定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和外表质量,其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。因此确定合理的加工顺序和进给路线不仅能减少空行程的路线,缩短工作时间,还能保证工件尺寸精度从而做出合格的产品。2.41加工顺序确实定加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况,选择工件定位和安装方式,重点保证工件的刚度不被破坏,尽量减少变形。加工顺序的安排应遵循原那么:上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧;先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓;尽量减少重复定位与换刀次数;在一次安装加工多道工序中,先安排对工
10、件刚性破坏较小的工序。总概括为:先粗后精先近后远内外交叉进给路线最短242进给路线确实定综上分析:根据图1-1拟定工艺路线如下:用三爪自定心卡盘装夹工件一端,伸长53mm。粗精车端面,粗精车外圆至尺寸61mm。调头,粗精车端面并保证总长120mm,用4的中心钻钻中心孔,用15的高速钻头钻通孔。粗精车左端外圆35、38、45至尺寸,粗镗内孔30、18,留0.3mm的精车余量,孔口倒角。 精镗内孔、内螺纹至尺寸,保证内孔的公差要求。调头,以45外圆精基准定位,粗镗内孔18、20与粗镗锥面25,留0.6mm的精加工余量,精镗各内孔至尺寸。粗精加工外圆到Z35处、精加工螺纹至尺寸。调头,用三爪卡盘、心
11、轴、顶针装夹定位。一次加工出外圆至尺寸。2.5选择刀具25、1刀具的选择刀具的选择是保证加工质量提高加工效率的重要环节。一、常用数控刀具的选择方法及刀具的几何形状 1外圆车刀 2端面车刀 3切槽车刀4螺纹车刀 5内孔车刀 6内槽车常见可转位车刀刀片常用车刀的种类、形状和用途1切断刀;290左偏刀;390右偏刀;4弯头车刀;5直头车刀;6成型车刀;7宽刃精车刀;8外螺纹车刀;9端面车刀;10内螺纹车刀;11内槽车刀;12通孔车刀;13盲孔 十种刀具材料的性能和应用范围刀具材料优点缺点典型应用工具钢工艺性好感切削速度手工刀具高速钢抗冲击能力强,通用性好切削速度很低,耐磨性差低速、小功率和断续切削,
12、形状复杂的刀具硬质合金通用性最好,抗冲击能力强切削速度有限大多数材料粗精加工包括钢、铸铁、特殊材料和铸铁涂层硬质合金通用性很好,抗冲击能力强,中速切削性好切削速度限制在中速范围之内除速度比硬质合金高外,其他与硬质合金一样金属陶瓷通用性很好,中速切削性能好抗冲击能力差,切削速度限制在中速范围钢、铸铁、不锈钢和铝合金等陶瓷热/冷压成形耐磨性好,可高速切削,通用性好抗冲击能力差,抗热冲击性能也差钢和铸铁的精加工,钢的滚压加工氮化硼抗冲击性好,耐磨性好非常有限的应用铸铁的粗精加工晶须强化抗冲击性好度,高抗热冲击能力有限的通用性可高速粗精加工硬钢、淬火铸铁和高镍合金立方氮化硼CBN)高热硬性,高强度,高
13、抗热冲击能力不能切削硬度低于45HRCR材料,本钱高切削硬度在4570HRC间的材料聚晶金刚石高耐磨性,高速性能好最硬抗冲击能力差,切削铁质金属化学稳定性差高速钢精切有色金属和非金属材料表21常用车刀材料车刀材料型号性能用途高速钢W18Cr4V有较好的综合性能和可磨削性能制造各种复杂的刀具各精加工刀具、应用方泛W6Mo5Cr4V有较好的综合性能,热塑性较好用于制造热轧刀具,如扭槽麻花钻硬质合金YG3抗弯强度和韧性好,适用于加工铸铁、有色金属等脆性材料或冲击力较大的场合用于粗加工、精加工、粗精加工YG6YG8 针对此图根据节“零件外表无热处理要求,刀具选择抗冲击性能强、耐用度高、韧性好、切削速度
14、中速及表21硬质合金刀是此零件的首选刀具。加工情况加工冷硬铸铁、高硬度高强度材料工艺系统刚度较好,加工外圆端面能中间切入工艺钢度较差粗加工、强力切削时车轴类零件、台阶轴、细长轴薄壁件车断车槽主偏角10304560757593?90副偏角105451510151012综合考虑,针对此图我所选择的刀具的以下7种:1号45硬质合金端面车刀2号4mm的中心钻,钻中心孔以利于钻削底孔的刀具找正3号15mm的高速钻头,钻内孔底孔4号粗镗度内孔选用内孔镗刀5号宽度为2mm的外切槽刀6号60普通外螺纹成形车刀7号93硬质合金车刀2.6确定切削用量2.6.1切削用量三要素包括:1.切削速度Vc工件上选定点相对于
15、工件主运动的速度m/min粗车的切削速度取Vc=100m/min, 精车时切削速度取Vc=150m/min。2.进给量f工件与刀具每转或每一行程在进给运动方向上的相对位移mm/r先选取进给量,然后用公式Vf=nf计算。粗车时选取进给量=0.4mm/r,精车时选取=0.15mm/r,计算得:粗车进给速度Vf=200mm/min;精车时进给速度Vf120mm/min。车螺纹的进给量等于螺纹导程,即0.75mm/r,空行程的进给速度取Vf300mm/min。3.背吃刀量切削深度ap工件上已加工外表与待加工外表间的垂直距离。外圆加工的背吃刀量为: Apdw-dm/2式中ap背吃刀量,mmdw工件待加工
16、外表直径,mm dm工件已加工外表的直径,mm切槽或切断时的背吃刀量ap等于刀具宽度。由上分析确定图11粗加工背吃刀量为ap=2mm;精车时为了保证加工精度,背吃刀量ap=0.3mm,切槽背吃刀量ap=2 mm。1) 主轴的转速确实定A车圆柱面、圆锥面、和圆弧面 工件材料为45#钢,粗车的切削速度取Vc=100m/min,精车时切削速度取Vc=150m/min。根据毛坯料直径 ,利用n=可计算出粗车时主轴转速约为n=500r/min,精车时主轴转速约为n=800r/min。B车螺纹时的主轴转速 大多数数控车床系统,车螺纹时主轴转速有以下经验公式: n式中 P工件螺纹的螺距式导程,mm K保险系
17、数,一般取80。课题中导程为0.75,用式计算,取转速为n=450r/min。其中对刀具寿命影响从大到小依次是:切削速度VC进给量f切削深度ap切削速度对道具寿命的影响如以下图所示:由图可知,在一定的切削速度范围内,刀具寿命越高,提高或降低切削速度都会使刀具寿命降低。每种刀具材料都有一个最正确切削速度范围,为提高生产效率,通常采用的切削速度范围,为提高生产效率,通常采用的切削速度范围偏向曲线峰值右端。2.6.2提高切削用量的途径 采用切削性能更好的新型刀具材料; 在保证工件机械性能的前提下,改善工件材料加工性; 改善冷却润滑条件; 改良刀具结构,提高刀具制造质量。刀具选择与切削用量在数控加工中
18、确实定综上考虑,我选择:主轴转速:加工外形是粗车为500r/min,精车时为800r/min,钻孔时用300r/min,粗车内孔用300r/min,粗车内孔用400r/min,外槽500r/min。进给量:一般粗车外圆是0.4mm/r,精车是0.15mm/r,车槽是0.2mm/r。背吃刀量:一般粗车是2mm,精加工余量是0.3mm。2.6.3刀具合理几何参数的选择前角:在保证加工质量和足够刀具耐用度的前提下,选用大的前角。后角:在不产生较大摩擦的前提下,尽量选择较小的后角。主偏角:主要影响刀具单位长度上的负荷、刀尖强度及散热条件;影响断屑效果和排屑方向。 副偏角:作用主要是减少刀具与已加工外表
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