橢圓配合件的數控加工工藝及編程[配合件-2件]

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畢業(yè)論文（設計） 橢圓配合件的數控加工工藝及編程 學 院 專 業(yè) 年 級 學生姓名 學 號 年 月 日 第 12 頁 目 錄 引 言 1 1.工藝方案分析 2 1.1零件圖 2 1.2零件圖分析 2 1.3確定加工方法 2 1.4確定加工方案 3 2.工件的裝夾 3 2.1定位基準的選擇 3 2.2定位基準選擇的原則 3 2.3確定零件的定位基準 3 2.4裝夾方式的選擇 4 2.5數控車床常用的裝夾方式 4 2.6確定合理的裝夾方式 4 3刀具及切削用量 4 3.1選擇數控刀具的原則 4 3.2選擇數控車削用刀具 5 3.3設置刀點和換刀點 5 3.4確定切削用量 6 4.加工工藝設計 6 4.1加工工藝分析 6 4.2工藝路線的確定 8 5.手工編程 8 結束語 11 致謝詞 12 參考文獻 13 [摘要]:本文根據數控機床的特點，針對橢圓配合件進行了工藝方案的分析，工裝方案的確定，刀具和切削用量的選擇，確定加工順序和加工路線，數控加工程序編制。通過整個工藝的過程的制定，充分體現了數控設備在保證加工精度，加工效率，簡化工序等方面的優(yōu)勢。 [關鍵詞]：工藝分析；加工方案；進給路線；控制尺寸 橢圓配合件的數控加工工藝及編程 引 言 在機械加工工藝教學中，機械制造專業(yè)學生及數控技術專業(yè)學生都要學習數控車床操作技術。讓學生了解相關工種的先進技術，同時培養(yǎng)工作崗位的前瞻性；在講授數控知識的同時，必須要求學生掌握基本的機械加工工藝，增強系統(tǒng)意識，理解手動操作與自動操作之間的聯系，真正把學生培養(yǎng)成為適應各種工作環(huán)境和崗位的多面手。數控車工基礎工藝理論及技能有機融合，包括夾具的使用、量具的識讀和使用、刃具的刃磨及使用、基準定位等，分類敘述了車床操作、數控車床自動編程仿真操作、數控車床編程與操作的初、中級內容。以機械加工中車工工藝學與數控車床技能訓練密切結合為主線，常用量具識讀及工件測量、刀具及安裝、工件定位與安裝、金屬切削過程及精加工，較清晰地展示了數控車工必須掌握的知識和技能的訓練途徑。對涉及與數控專業(yè)相關的基礎知識、專業(yè)計算，都進行了有針對性的論述，目的在于塑造理論充實、技能扎實的專業(yè)技能型人才。 本文以與切削用量的選擇，工件的定位裝夾，加工順序和橢圓配合零件為例，結合數控加工的特點，分別進行工藝方案分析，機床的選擇，刀具加工路線的確定，數控程序的編制，最終形成可以指導生產的工藝文件。在整個工藝過程的設計過程中，要通過分析，確定最佳的工藝方案，使得零件的加工成本最低，合理的選用定位夾緊方式，使得零件加工方便、定位精準、剛性好，合理選用刀具和切削參數，使得零件的加工在保證零件精度的情況下，加工效率最高、刀具消耗最低。最終形成的工藝文件要完整，并能指導實際生產。 1.工藝方案分析 1.1零件圖 1.2零件圖分析 該零件表面由圓柱、順圓弧、圓錐、槽、螺紋、內螺紋等表面組成。尺寸標注完整，選用毛坯為45#鋼，無熱處理和硬度要求。 1.3確定加工方法 加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要結合零件的形狀、尺寸大小和形位公差要求等全面考慮。 圖上幾個精度要求較高的尺寸，因其公差值較小，所以編程時沒有取平均值，而取其基本尺寸。 通過以上數據分析，考慮加工的效率和加工的經濟性，最理想的加工方式為車削，考慮該零件為大批量加工，故加工設備采用數控車床。 1.4確定加工方案 零件上比較精密表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些表面僅僅根據質量要求選擇相應的最終加工方法是不夠的，還應正確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。 該典型軸加工順序為： （1）粗、精加工工件右端外形。 （2）車外溝槽 （3）車外三角形螺紋 （4）粗、精加工工件左端外形、外橢圓。 （5）粗、精加工工件左端內孔。 （6）粗、精加工工件左端內溝槽。 （7）車內三角形螺紋。 2.工件的裝夾 2.1定位基準的選擇 在制定零件加工的工藝規(guī)程時，正確地選擇工件的定位基準有著十分重要的意義。定位基準選擇的好壞，不僅影響零件加工的位置精度，而且對零件各表面的加工順序也有很大的影響。合理選擇定位基準是保證零件加工精度的前提，還能簡化加工工序，提高加工效率。 2.2定位基準選擇的原則 1）基準重合原則。為了避免基準不重合誤差，方便編程，應選用工序基準作為定位基準，盡量使工序基準、定位基準、編程原點三者統(tǒng)一。 2）便于裝夾的原則。所選擇的定位基準應能保證定位準確、可靠，定位、夾緊機構簡單、易操作，敞開性好，能夠加工盡可能多的表面。 3）便于對刀的原則。批量加工時在工件坐標系已經確定的情況下，保證對刀的可能性和方便性。 2.3確定零件的定位基準 以左右端大端面為定位基準。 2.4裝夾方式的選擇 為了工件不致于在切削力的作用下發(fā)生位移，使其在加工過程始終保持正確的位置，需將工件壓緊夾牢。合理的選擇夾緊方式十分重要，工件的裝夾不僅影響加工質量，而且對生產率，加工成本及操作安全都有直接影響。 2.5數控車床常用的裝夾方式 1）在三爪自定心卡盤上裝夾。三爪自定心卡盤的三個卡爪是同步運動的，能自動定心，一般不需要找正。該卡盤裝夾工件方便、省時，但夾緊力小，適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型工件。 2）在兩頂尖之間裝夾。對于尺寸較大或加工工序較多的軸類工件，為了保證每次裝夾時的裝夾精度，可用兩頂尖裝夾。該裝夾方式適用于多序加工或精加工。 3）用卡盤和頂尖裝夾。當車削質量較大的工件時要一段用卡盤夾住，另一段用后頂尖支撐。這種方式比較安全，能承受較大的切削力，安裝剛性好，軸向定位準確，應用較廣泛。 4）用心軸裝夾。當裝夾面為螺紋時再做個與之配合的螺紋進行裝夾，叫心軸裝夾。這種方式比較安全，能承受較大的切削力，安裝剛性好，軸向定位準確。 2.6確定合理的裝夾方式 裝夾方法：先用三爪自定心卡盤毛坯左端，加工右端達到工件精度要求；再工件調頭，用三爪自定心卡盤毛坯右端Φ52，再加工左端達到工件精度要求。 3刀具及切削用量 3.1選擇數控刀具的原則 刀具壽命與切削用量有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據單件工時最少的目標確定，后者根據工序成本最低的目標確定。 選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。車間內某一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時間內所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來確定。與普通機床加工方法相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調整方便，這樣來滿足數控機床高效率的要求。數控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質合金)并使用可轉位刀片。 3.2選擇數控車削用刀具 數控車削車刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀以及三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形伏和尺寸決定。數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主副切削刃構成，如90°內外圓車刀、左右端面車刀、切槽(切斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。尖形車刀幾何參數(主要是幾何角度)的選擇方法與普通車削時基本相同，但應結合數控加工的特點(如加工路線、加工干涉等)進行全面的考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。 二是圓弧形車刀。圓弧形車刀是以一圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特征的車刀。該車刀圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，應此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。圓弧形車刀可以用于車削內外表面，特別適合于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。選擇車刀圓弧半徑時應考慮兩點車刀切削刃的圓弧半徑應小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發(fā)生加工干淺該半徑不宜選擇太小，否則不但制造困難，還會因刀尖強度太弱或刀體散熱能力差而導致車刀損壞。 3.3設置刀點和換刀點 刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是:便于數值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對刀點可以設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基誰上。實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點。球頭銑刀是球頭的球心，鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時，應規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。 3.4確定切削用量 數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。 4.加工工藝設計 4.1加工工藝分析 （1） 技術要求 軸類零件的技術要求主要是支承軸頸和配合軸頸的徑向尺寸精度和形位精度，軸向一般要求不高。軸頸的直徑公差等級通常為IT6-IT8，幾何形狀精度主要是圓度和圓柱度，一般要求限制在直徑公差范圍之內。相互位置精度主要是同軸度和圓跳動；保證配合軸頸對于支承軸頸的同軸度，是軸類零件位置精度的普遍要求之一。圖為特殊零件，徑向和軸向公差和表面精度要求較高。 （2）毛坯選擇 軸類零件除光滑軸和直徑相差不大的階梯軸采用熱軋或冷拉圓棒料外，一般采用鍛件；發(fā)動機曲軸等一類軸件采用球墨鑄鐵鑄件比較多。如圖典型軸類直徑相差不大，采用直徑為60mm，材料45#鋼，在鋸床上按150mm長度下料。 （3）定位基準選擇 軸類零件外圓表面、內孔、螺紋等表面的同軸度，以及端面對軸中心線的垂直度是其相互位置精度的主要項目，而這些表面的設計基準一般都是軸中心線。用兩中心孔定位符合基準重合原則，并且能夠最大限度地在一次裝夾中加工出多格外圓表面和端面，因此常用中心孔作為軸加工的定位基準。 當不能采用中心孔時或粗加工是為了提高工作裝夾剛性，可采用軸的外圓表面作定位基準，或是以外圓表面和中心孔共同作為定位基準，能承受較大的切削力，但重復定位精度并不太高。 數控車削時，為了能用同一程序重復加工和工件調頭加工軸向尺寸的準確性，或為了端面余量均勻，工件軸向需要定位。采用中心孔定位時，中心孔尺寸及兩端中心孔間的距離要保持一致。以外圓定位時，則應采用三爪自定心卡盤反爪裝夾或采用限未支承，以工件端面或臺階兒面作為軸向定位基準。 （4）軸類零件的預備加工 車削之前常需要根據情況安排預備加工，內容通常有:直--毛坯出廠時或在運輸、保管過程中，或熱處理時常會發(fā)生彎曲變形。過量彎曲變形會造成加工余量不足及裝夾不可靠。因此在車削前需增加校直工序。 切斷---用棒料切得所需長度的坯料。切斷可在弓形鋸床、圓盤鋸床和帶鋸上進行，也可以在普通車床切斷或在沖床上用沖模沖切。 車端面和鉆中心孔—對數控車削而言，通常將他們作為預備加工工序安排。 （5） 熱處理工序 鑄、鍛件毛坯在粗車前應根據材質和技術要求安排正火火退火處理，以消除應力，改善組織和切削性能。性能要求較高的毛坯在粗加工后、精加工前應安排調質處理，以提高零件的綜合機械性能；對于硬度和耐磨性要求不高的零件，調質也常作為最終熱處理。相對運動的表面需在精加工前或后進行表面淬火處理或進行化學熱處理，以提高其耐磨性。 （6） 加工工序的劃分一般可按下列方法進行： ①刀具集中分序法 就是按所用刀具劃分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把完成它們可以完成的其它部位。這樣可減少換刀次數,壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差。 ②以加工部位分序法 對于加工內容很多的零件，可按其結構特點將加工部分分成幾個部分，如內形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工簡單的幾何形狀，再加工復雜的幾何形狀；先加工精度較低的部位，再加工精度要求較高的部位。 ③以粗、精加工分序法 對于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形而需要進行校形，故一般來說凡要進行粗、精加工的都要將工序分開。 綜上所述，在劃分工序時，一定要視零件的結構與工藝性，機床的功能，零件數控加工內容的多少，安裝次數及本單位生產組織狀況靈活掌握。另建議采用工序集中的原則還是采用工序分散的原則，要根據實際情況來確定，但一定力求合理。 （7）工時在加,加工順序的安排應根據零件的結構和毛坯狀況，以及定位夾緊的需要來考慮，重點是工件的剛性不被破壞。順序一般應按下列原則進行： ①上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床加工工序的也要綜合考慮。 ②先進行內形內腔加工序，后進行外形加工工序。 ③以相同定位、夾緊方式或同一把刀加工的工序最好連接進行，以減少重復定位次數，換刀次數與挪動壓板次數。 ④在同一次安裝中進行的多道工序，應先安排對工件剛性破壞小的工序。 在數控車床上粗車、半精車分別用一個加工程序控制。工件調頭裝夾由程序中的M00或M01指令控制程序暫停，裝夾后按“循環(huán)啟動”繼續(xù)加工。 （8）走刀路線和對刀點選擇 走刀路線包括切削加工軌跡，刀具運動到切削起始點、刀具切入、切出并返回切削起始點或對刀點等非切削空行程軌跡。由于半精加工和精加工的走刀路線是沿其零件輪廓順序進行的，所以確定走刀路線主要在于規(guī)劃好粗加工及空行程的走刀路線。合理確定對刀點,對刀點可以設在被加工零件上，但注意對刀點必須是基準位或已精加工過的部位，有時在第一道工序后對刀點被加工毀壞，會導致第二道工序和之后的對刀點無從查找，因此在第一道工序對刀時注意要在與定位基準有相對固定尺寸關系的地方設立一個相對對刀位置，這樣可以根據它們之間的相對位置關系找回原對刀點。這個相對對對刀位置通常設在機床工作臺或夾具上。 4.2工藝路線的確定 （1）確定加工順序及進給路線 加工順序按粗到精、由近到遠（由右到左）的原則確定。工件右端加工：既先從右到左進行外輪廓粗車（留0.5mm余量精車），然后從右到左進行外輪廓精車，最后切槽；工件調頭，工件左端加工：粗加工外輪廓、精加工外輪廓，切退刀槽，最后螺紋粗加工、螺紋精加工。 （2）選擇刀具 序號 加工項目 刀具號 刀具類型 主軸轉速r/min 進給速度mm/轉 1 車外圓 T1 93°外圓車刀 粗600，精800 粗0.3，精0.1 2 車外溝槽 T2 4mm外車槽刀 500 0.1 3 車外螺紋 T3 60o外螺紋刀 500 4 車內孔 T4 盲孔鏜刀 粗600，精800 粗0.3，精0.1 5 車內溝槽 T5 4mm內車槽刀 500 0.1 6 車內螺紋 T6 60o內螺紋刀 500 5.手工編程 （1）右端加工程序 程序段號 程序 定義 O0001 程序名 N10 G98M03S600T0101 選擇分進給，主軸正轉，轉速600，1號刀1號刀補 N20 G00X42Z2 刀具快速移動到工件處 N30 G73 U2 W0 R3 定義切削循環(huán)參數（粗加工） N40 G73 P50 Q180 U0.5 F150 N50 G01Z0 N60 X17 N70 X19.8Z-1.5 N80 Z-16 N90 #1=14 N100 #2=2*13*SQRT[1-#1*#1/26/26] N110 G01X[#2] Z[#1-30] N120 #1=#1-0.05 N130 IF [#1 GE0] GOTO90 N140 G03X30Z-32R2 N150 G01Z-44 N160 X34 N170 G03X38Z-46R2 N180 G01X42 N190 G00X100Z100 快速退刀到安全點 N200 M5 主軸停止 N210 M0 程序暫停 N220 M03S800T0101 主軸正轉，轉速800，1號刀 N230 G00X42Z2 刀具快速移動到工件處 N240 G70P50Q180F80 定義毛坯切削循環(huán)參數（精加工） N250 G00X100Z100 快速退刀到安全點 N260 T0202 選擇外切槽刀 N270 G00X22Z-16 刀具快速移動到工件處 N280 G01X17F80 車外溝槽 N290 X22 X項退刀 N300 G00X100Z100 快速退刀到安全點 N310 T0303 選擇外螺紋刀 N320 G00X22Z6 刀具快速移動到工件處 N330 G92X19.2Z-13F1.5 螺紋循環(huán) N340 X18.8 N350 X18.5 N360 X18.2 N370 X18.1 N380 X18.1 N390 G00X100Z100 快速退刀到安全點 N400 M30 程序結束 （2）左端加工程序為 程序段號 程序 定義 O0002 程序名 N10 G98M03S600T0101 選擇分進給，主軸正轉，轉速800，1號刀1號刀補 N20 G00X42Z5 刀具快速移動到工件處 N30 G73U2W0R3 定義循環(huán)參數 N40 G73P50Q150U0.5F150 N50 G01Z0 N60 X8 N70 #1=16 確定Z軸變量 N80 #2=2×7×SQRT[1-#1×#1/16/16] 橢圓方程式 N100 G01X[#2+8] Z[#1-16] 橢圓插補 N110 #1=#1-0.05 確定Z軸每次走刀量 N120 IF [#1 GE0] GOTO60 判斷Z項位置后，程序跳轉到行號 N130 G02X34Z-22R6 N140 G03X38Z-24R2 N150 G01X42 N160 G00X100Z100 快速退刀到安全點 N170 M5 主軸停止 N180 M0 程序暫停 N190 M03S800T0101 主軸正轉，轉速800，1號刀 N200 G00X42Z2 刀具快速移動到工件處 N210 G70P50Q150F80 定義毛坯切削循環(huán)參數（精加工） N220 G00X100Z100 快速退刀到安全點 N230 M30 程序結束 結束語 在數控車削加工中經常遇到的軸類零件,本設計論文中采用含螺紋零件進行編程設計,在螺紋車削編程中要注意,數控車床主軸上必須安裝有脈沖編碼器測定主軸實際轉速,從而實現主軸轉一轉刀具進給一個螺紋導程的同步運動,從螺紋粗車到精車,主軸的轉速必須保持不變. 該特殊軸零件結構，有螺紋、倒角、圓弧、槽等。該編程螺紋車削采用螺紋加工循環(huán)指令G76,用該指令編程可以不用寫那么多步程序，省去了很多編程時間。數控加工的基本編程方法是用點定位指令編寫接近或離開工件等空行程軌跡，要用插補指令編寫工件輪廓的切削進給軌跡。 幾個星期以來，從開始到畢業(yè)設計完成，每一步對我們來說都是新的嘗試和挑戰(zhàn)，在做這次畢業(yè)設計過程中使我學到很多，我感到無論做什么事情都要真真正正用心去做，才會使自己更快的成長。我相信，通過這次的實踐，我對數控的加工能進一步了解，并能使我在以后的加工過程中避免很多不必要的錯誤，有能力加工出更復雜的零件，精度更高的產品。 致謝詞 本論文在指導老師的悉心指導和嚴格要求下已完成。在學習和生活期間，也始終感受著老師的精心指導和無私的關懷，我受益匪淺。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。不積跬步何以至千里，本設計能夠順利的完成，也歸功于老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現。同時我在網上也搜集了不少相關資料，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成.在此我要向學院的全體老師表示由衷的謝意。 參考文獻 [1]《數控編程》.清華大學出版社,2006年 [2]《數控加工技術》.北京理工大學出版社,2006年 [6]《數控加工編程及操作》.北京:高等教育出版社,2004年第一版 [7]《數控技術與數控編程》.北京:機械工業(yè)出版社,2004年 [3]《數控編程與加工技術》.北京:機械工業(yè)出版社,2006年第一版 [4]《數控加工技術實訓教程》.西安:電子科技大學出版社,2006年 [5]《數控機床原理與編程》.西安:西安電子科技大學出版社,2004年第一版 [8]《數控機床編程操作與操作實用教程》.南京:東南大學出版社，2005年 [9]《數控機床加工工藝》.北京:機械工業(yè)出版社，2000年 [10]《數控加工實訓教程》.北京:電子工業(yè)出版社，2004年