轴类零件的数控加工工艺设计与编程

沈阳航空航天大学继续教育学院 毕业设计 论文 手册 题 目 专 业 机械设计制造及其自动化 或会计学 班 级 WH13556301 或 HHEB13558501 姓 名 张 指导教师 班 主 任 2015 年 5 月 23 日 I 摘 要 本次设计是根据被加工轴的技术要求和年生产量 进行机械加工工 艺设计 然后运用夹具设计的基本原理和方法 拟定夹具设计方案 完 成夹具结构设计 主要工作包括绘制毛坯图 零件图 夹具总的设计图 了解零件的结构特点和技术要求 根据生产类型和生产条件 对零件进 行结构分析和工艺分析 确定毛坯的种类及制造方法 拟定零件的加工 工艺规程 选择各工序的加工设备和工艺设备 确定各工序的加工余量 和工序尺寸 计算各工序的切削用量额定工时 填写加工工艺过程卡片 机械加工工序卡片等工艺卡片 设计制定选定的加工工序的专用夹具 绘制装配总图和主要零件图 关键词 轴 加工工艺 夹具 编程 II Abstract The design is based on the shaft by processing technical requirements and production machining process design then use of fixture design of the basic principles and methods formulate fixture design completion tongs structure design The main work of drawing a blank drawing general fixture design understanding of the structure characteristics of the spare parts and technical requirements according to the type of production and production conditions parts of the analysis of structure and process The rough determine the type and method of manufacture make parts of the processing order of the processes selection of equipment and processing equipment to determine the process of machining allowance and process dimensions calculation of the process of cutting amount and industrial design norm Fill in machining process card machining process card and process card design of selected processing procedures for the fixture drawing assembly assembly drawing and the main parts of the map Key Words shaft processing technology fixture programming III 符号表 机动时间 辅助时间jT ft 基本时间 切削速度t 背吃刀量 进给量pa f 进给次数 机床主轴转速i n 切削加工长度 刀具切入长度l 1l 刀具切出长度 刀具或工作台行程长度2 L 工件刀具直径d IV 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 符号表 III 目 录 IV 1 绪论 1 1 1 研究背景和意义 1 1 2 设计目的 2 1 3 研究现状 2 1 4 研究内容 4 2 零件加工工艺分析 5 2 1 零件结构工艺性分析 5 2 1 1 零件图 5 2 1 2 零件结构分析 5 2 2 零件技术要求分析 6 2 3 确定毛坯的材料和制造形式 6 2 3 1 材料分析 7 2 3 2 毛坯分析 7 2 4 零件设备选择 7 2 5 基面选择 8 2 5 1 粗基准选择 8 2 5 2 精基准选择 9 2 6 确定走刀顺序和路线 10 2 6 1 基面先行 10 2 6 2 确定工序尺寸 11 2 7 确定切削用量及基本工时 12 2 8 刀具及量具选择 19 2 8 1 刀具选择 19 V 2 8 2 量具选择 21 3 专用夹具的设计 22 3 1 设计主旨 22 3 2 确定夹具结构设计方案 22 3 2 1 数控车床常用装夹方式 22 3 2 2 确定合理装夹方式 22 3 2 3 钻孔专用夹具设计 23 4 数控加工程序编程及仿真 25 4 1 数控加工特点 25 4 2 数控编程分类 25 4 2 1 手工编程 25 4 2 2 自动编程 25 4 3 确定编程坐标系及编程原点 25 4 4 数值计算 26 4 4 1R6mm R20mm 两圆弧切点坐标计算 26 4 4 2 圆锥大端直径计算 26 4 4 3 螺纹尺寸计算 27 4 5 程序编程 27 4 5 1 左端 27 4 5 2 右端 28 4 6MASTERCAM 仿真 30 4 6 1 建立模型 30 4 6 2 工件及刀具设置 30 4 6 3 实体加工模拟过程 31 结 论 34 参考文献 35 致 谢 37 附录 1 MASTER CAM 仿真程序代码 38 1 1 绪论 1 1 研究背景和意义 随着计算机技术的高速发展 传统的制造业开始了根本性变革 各 工业发达 国家投入巨资 对现代制造技术进行研究开发 提出了全新的 制造模式 在现代 制造系统中 数控技术是关键技术 它集微电子 计算机 信息处理 自动检测 自动控制等高新技术于一体 具有高 精度 高效率 柔性自动化等特点 对制造 业实现柔性自动化 集成 化 智能化起着举足轻重的作用 目前 数控技术正在发生根本性变革 由专用型封闭式开环控制 模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展 在集成化基础上 数控系统实现了超薄型 超小型化 在智能化基础上 综合了计算机 多媒体 模糊控制 神经网络等多学科技术 数控系统实现了高速 高 精 高效控制 加工过程中可以自动修正 调节与补偿各项参数 实现 了在线诊断和智能化故障处理 在网络化基础上 CAD CAM 与数控系 统集成为一体 机床联网 实现了中央集中控制的群控加工 机械制造工艺与机床夹具设计是机械制造工艺学与机床夹具教学的 一个不可少的辅助环节 机械制造工艺学是机械工业的基础 是机械产 品生产的基本技术 工艺工作是每一个机械企业主要的活动内容 加强 工艺技术设计研究 旨在提高工艺水平 提高机械产品质量 降低能源 消耗 此次设计的目的在于 根据加工零件的设计要求 运用夹具设计 的基本原理和方法 制定夹具设计方案 完成夹具结构设计及加工工艺 规程 本次设计是我们全面综合运用本课程的理论知识与实际的一次重 要实践 它对于培养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力 以及从事机械方面工作具有十分重要的意义 进入 21 世纪以后 典型轴在制造工艺 刀具等方面都发生了巨大的 变化 与以前加工工艺有很多不同 领导了近半个多世纪的多刀车削工艺 和手工磨削工艺 由于加工精度低和柔性差等原因 将逐步退出历史舞台 而高速 高效 复合加工技术及装备迅速进入汽车及零部件制造业 轴的 高速高效复合加工技术在行业内已有相当程度的应用 也必将代表这一行 业的未来发展趋势 本设计说明书就是针对轴类零件的加工工艺及工装 2 的设计进行详细说明的 本设计详细介绍了轴类零件的结构和各项技术要求及要达到的加工 精度 并结合轴的生产类型和材料种类对轴的加工工艺做了详细的分析 另外还对轴的加工进行了经济性分析 确定了生产方案的可行性 详细 介绍了此轴加工过程中所采用的夹具的设计原则 步骤及其工作原理和 结构 验正了它的可靠性 还对定位误差进行了分析 确保其能够满足 加工精度的要求 还细述了轴加工过程中的刀 量具各一套的设计 使 用它们可以提高轴的加工效率 机械加工工艺和工装设计是机械工程师必备的基本技能 通过本设 计说明书的介绍 我们可以清楚地了机械加工的工艺 工装设计的基本 原则 方法和步骤 使大家对机械工艺技术工作有一个深入的全方位的 了解和认识 1 2 设计目的 通过设计 一方面能获得综合运用过去所学的知识进行工艺分析的 基本能力 另一方面 也是对数控加工过程进行的一次综合训练 通过此次设计 我们可以在以下各方面得到锻炼 能运用已学过的 基本理论知识 以及在生产实习中学到相应的实践知识 掌握从零件图 开始到正确地编制加工程序的整个步骤 方法 根据被加工零件的技术 要求 选择合理的工艺 编制出既经济又合理 又能保证加工质量的数 控程序 并且学会使用各类设计手册及图表资料 还可以运用 MasterCAM 软件进行三维仿真 1 3 研究现状 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一 它在机械中主要用于 支承齿轮带轮 凸轮以及连杆等传动件 传递扭矩 机器中作回转运动 的零件就装在轴上 按轴类零件结构形式不同 一般可分为光轴 阶梯 轴和异形轴三类 或分为实心轴和空心等 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和 形位精度 轴向一般要求不高 几何形状精度主要是圆度和圆柱度 一 般要求限制在直径公差范围之内 相互位置精度主要是同轴度和圆跳动 保证配合轴径对于支承轴颈的同轴度 是轴类零件位置精度的普遍要求 之一 3 方便直观的几何造型 MasterCAM 提供了设计零件外形所需的理想 环境 其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线 曲面零件 MasterCAM 具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能 MasteCAM 提供了多种先进的粗加工技术 以提高零件加工的效率和质 量 MasterCAM 还具有丰富的曲面精加工功能 可以从中选择最好的加 工方法 加工最复杂的零件 MasterCAM 的多轴加工功能 为零件的加 工提供了更多的灵活性 可靠的刀具路径校验功能 MasterCAM 可模拟 零件加工的整个过程 模拟中不但能显示刀具和夹具 还能检查刀具和 夹具与被加工零件的干涉 碰撞情况 CAD CAM 是随着轴类零件的设计理论和 CAD CAM 技术的发展 5 而发的 轴类由最初的只能代替手工进行计算 逐步发展到能实现三维 实体造型 机构仿真 自动编程等功能 并且还在不断发展下去 轴类零件在整个制造工业中发挥着重要作用 数控机床代表着一个 民族制造工业现代化的水平 随着现代化科学技术的迅速发展 制造技 术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要 标志 当今世界各国制造业广泛采用数控技术 以提高制造能力和水平 提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力 此外世界上各工业发达国 家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资 不仅采取重大措施来 发展自己的数控技术及产业 而且在 高精尖 数控关键技术和装备方面 对我国实行封锁和限制政策 总之 大力发展以数控技术为核心的先进 技术已成为世界各发达国家加速经济发展 提高综合国力和国家地位的 重要途径 数控编程技术 是数控技术重要的组成部分 从数控机床诞生之日 2 起 数控编程技术就受到了广泛关注 成为 CAD CAM 系统的重要组成 部分 各工业发达国家也投入了大量的人力物力开发实用的数控编程系 统 在 CAD CAM 一体化概念的基础上 出现了并行工程的概念 为了 适应并行工程发展的需要 数控编程技术正向集成化和智能化方向发展 进入二十世纪九十年代 随着 Web 技术的不断发展 传统的产品设计 制造和生产模式正在发生深刻的变革 出现了协同设计制造 异地设计 制造 全球制造等一系列新概念和新技术 将 Web 技术和 CAM 技术相 结合 成为 CAM 系统的又一重要发展方向 4 21 世纪数控装备将是具有一定智能化的系统 智能化的内容包括在 数控系统的各个方面 追求加工效率和加工质量方面的智能化 如工艺 参数的自动生成 简化编程 简化操作方面的智能化 智能化的自动编 程 智能化的人机界面等 还有智能诊断 智能监控方面的内容 方便 系统的诊断以及维修等 数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用 对零件进行编程加工之前 工艺分析具有非常重要的作用 工艺分析是数控加工编程的前期工艺准 备工作 无论是手工编程还是自动编程 在编程之前均需对所加工的轴 类零件进行工艺分析 如果工艺分析考虑不周 往往会造成工艺设计不 合理 从而引起编程工作反复 工作量成倍增加 有时还会发生推倒重来 的现象 造成一些不必要的损失 严重者甚 本文通过对典型的轴类零件 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 对于提高制造质量 实际生产具有一定的指导意义 目前正在研制的新一代 CAM 系统将采用面向对象 面向工艺特征 的基本处理模式 系统的自动化水平 智能化程度将大大提高 国内外 企业家和专家们已形成共识 今后相当一段时间内 机械加工技术的发 展和竞争 主要是数控技术的发展与应用 1 4 研究内容 本次设计主要是通过工艺特点 工艺安排 机械加工工艺过程几个 方面对零件加工工艺进行分析 然后对零件的程序进行编制 最后用仿 真加工以达到完成对零件的加工程序进行检验 首先对该课题进行深入的分析 深入研究 认真完成此次毕业设计 主要以论述与设计相结合进行研究与探讨 完成对本设计轴主要部位 内孔 外圆柱面 圆锥面 圆弧面 退刀槽 螺纹等 的 加 工 工 艺 设 计 及 指 定 工 序 的 夹 具 设 计 难 点 在 于 设 计 轴 加 工 工 艺 过 程 及 其 加 工 时 的 专 用 夹 具 确 定 工 件 的 尺 寸 公 差 和 技 术 条 件 通过查阅期刊 书籍等相关资料进行对轴 加工工艺和夹具的设计进一步了解 思考 分析和掌握轴加工的基本环 节 完成计算并设计出轴加工工艺及夹具设计 5 2 零件加工工艺分析 2 1 零件结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制 造的可行性和经济性 即所设计的零件结构应便于成形 并且成本低 效率高 2 1 1 零件图 如零件图 2 1 2 2 所示 图 2 1 零件二维图 图 2 2 零件三维图 2 1 2 零件结构分析 本零件上由圆柱面 内孔 内圆锥面 圆弧面 沟槽 和螺纹等部 6 分组成 零件车削加工 成形轮廓的结构形状较复杂 需两头加工 零 8 件的加工精度和表面质量要求都很高 该零件重要的径向加工部位有 03 8 mm 圆柱段 表面粗糙度 R 1 6 m 03 48 圆柱段 表面粗糙度 Ra 1 6 m R6mm 圆弧与 R20mm 圆弧相切过渡区 的内孔 表面粗糙度 Ra 1 6 m 长径比为 1 2 的内锥 小o03 2 端直径为 M20 2 6g 三角形外螺纹 其余表面粗糙度均为 Ra 3 2 m 零件符合数控加工尺寸标注要求 轮廓描述清楚完整 零 件材料为 45 钢 毛坯为 50mm 130mm 2 2 零件技术要求分析 小批量生产条件 不准用砂布和锉刀修饰平面 这是对平面高精度 的要求 未注公差尺寸按 GB1804 M 热处理 调质处理 HRC25 35 未注粗糙度按 Ra3 2 毛坯尺寸 50mm 130mm 加工难点及处理方案 分析图纸可知 此零件对平面度的要求高 左端更有内轮廓加工 为提高零件质量 采用以下加工方案 a 对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸 编程时采用中间值 b 在轮廓曲线上 有一处既过象限又改变进给方向的轮廓曲线 因 此在加工时应进行机械间隙补偿 以保证轮廓曲线的准确性 c 零图纸中含有圆柱度 为保证其形位公差 应尽量一次装夹完成 左端面的加工以保证其数值 d 本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工 精加工加工方案 并且在精加工的时候将进给量调小些 主轴转速提 高 e 螺纹加工时 为保证其精度 在精车时将螺纹的大径值减小 0 18 0 2mm 加工螺纹时利用螺纹千分尺或螺纹环规保证精度要求 选择以上措施可保证尺寸 形状 精度和表面粗糙度 2 3 确定毛坯的材料和制造形式 轴 本次设计轴主要技术指标 年产量 5000 台 年 该产品年产量 Q 5000 件 年 n 1 件 台 设其备品率 为 10 机械加工废品率 为 1 现制定该曲轴零件的机械加工工艺规 程及夹具设计 7 年生产纲领 N Q n 1 5000 1 1 10 1 5550 台 年 轴的年产量为 5550 件 现在已知该产品为中型机械 根据 机械 制造工艺设计手册 表 1 1 2 生产类型与生产纲领的关系 可确定其生 产类型为大批量生产 2 3 1 材料分析 该轴零件加工中 刀具与工件之间的切削力较大 工件材料的可切 削性能 强度 硬度 塑性 提供冷切削加工 机械性能都跟工件的材 料有关 所以选择 45 钢为该轴类零件的材料 45 钢的化学成分中含 C0 42 0 50 Si0 17 0 37 Mn0 50 0 80 P 0 035 S 0 035 Cr 0 25 N 0 25 Cu 0 25 45 钢在进行冷加工时硬度要 求 热轧钢 压痕直径不小于 3 9 布氏硬度不小于 241HRB 退火钢压 痕直径不小于 4 4 布氏硬度不小于 187HB 45 钢的机械性能 s 335Mpa b 600Mpa 40 Ak 47J 45 钢相对切削性硬质合 金刀具 1 0 高速钢刀具 1 0 45 钢经济合理对加工刀具的要求也合理 45 钢用途广泛 主要是用来制造汽轮机 压缩机 泵的运动零件制造齿 轮 轴活塞销等零件 根据以上数据适合该轴的加工 2 3 2 毛坯分析 轴类零件的毛坯有棒料 锻件和铸件三种 锻件 适用与零件强度较高 形状较简单的零件 尺寸大的零件因受 设备限制 故一般用自由锻 中 小型零件可选模锻 形状复杂的刚质 零件不宜用自由锻 铸件 适用于形状复杂的毛坯 本零件的毛坯宜采用棒料锯割 毛坯至 50 130mm 使钢材经过锻 压 获得均匀的纤维组织 提高其力学性能 同时也提高零件与毛坯的 比重 减少材料消耗 2 4 零件设备选择 数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面 圆 8 锥表面 圆弧面等工序的切削加工 并能进行切槽 钻 扩等的工作 根据零件的工艺要求 可以选择经济型数控车床 一般采用步进电动机 形式半闭环伺服系统 此类车床机构简单 价格相对较低 这类车床设 置三爪自定心卡盘 普通尾座或数控液压尾座 适合车削轴类零件 根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床 数控车床 具有加工精 14 度高 能做直线和圆弧插补 数控车床刚性良好 制造和对刀精度高 能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿 能够加工尺寸精度要求较高 的零件 能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体 而 且能比较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹 能够保持加工精度 提高 生产效率 所以对加工时非常有利的 2 5 基面选择 机械加工的最初工序只能用工件毛坯上的未加工表面作为定位基准 这种 位基准称之为粗基准 用以加工的表面作定位基准则称之为精基准 在制定零件机械加工工艺规程时 总是先考虑怎样的精基准定位能把工 件加工到设计要求 然后再考虑如何运用选取的粗基准 把用作精基准 的表面加工出来 2 5 1 粗基准选择 选择粗基准时 主要要求保证各加工面有足够的余量 使加工面与 不加工面间的位置符合图样要求 粗基准选择的要求应能保证加工面与 非加工表面之间的位置要求及合理的分配各加工面的加工余量 同时要 为后续供需提供精基准 具体有以下原则 为了保证加工面与非加工面 之间的位置要求 应该选择一非加工表面为粗基准 为了保证各加工表 面都有足够的加工余量 应选择毛坯余量最小的面为粗基准 为了保证 重要的加工面的余量均匀 应选择为粗基准 粗基准的选择应避免重复 使用 在同一尺寸上 通常只允许使用一次 做为粗基准的表面应该足 够光滑整洁 以使工件定位稳定可靠 加紧方便 轴类零件 以外圆作 为粗基准 为了保证加工面与不加工面间的位置要求 一般应选择不加 工面为粗基准 如果工件上有多个不加工面 则应选其中与加工面位置 要求较高的不加工面为粗基准 以便保证精度要求 使外形对称等 由于此零件全部表面都需加工 应选用外圆及一端面为粗基准 然 9 后通过 互为基准的原则 进行加工 遵循 基准重合 的原则 加工左 端时选择在毛坯外圆柱段的右端外圆表面 加工右端时选择在 38mm 外圆柱段的表面 以体现定位基准是轴的中心线 在制定零件加工的工艺规程时 正确的选择工件的定位 的基准有 10 着十分中的意义 定位基准选择的好坏 不仅影响零件加工的位置精度 而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响 合理的选择定位基准是 保证零件加工精度的前提 还能简化加工工序 提高加工效率 2 5 2 精基准选择 精基准选择时应能保证加工精度和装夹可靠方便 有以下原则 基准重合原则 基准统一原则 自为基准原则 互为基准原则 保 证工件定 位准确 夹紧可靠 操作方便原则 精基准的选择主要考虑基准重 合的问题 当设计尺寸与工序尺寸的基准不重合时 应该进行尺寸计算 a 用工序基准作为精基准 实现 基准重合 以免产生基准不重合 误差 b 当工件以某一组精基准定位可以较方便的加工其他各表面时 应 尽可能在多数工序中采用此组精基准定位 实现 基准统一 以减少工 装设计制造费用 提高生产率 避免基准转换误差 c 当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时 应选择加工 表面 本身作为精基准 即遵循 自为基准 原则 该加工表面与其他表面 间的位度要求由先行工序保证 d 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度 可遵循互为基准 反复加工的原则 由于此零件全部表面都需加工 而孔作为精基准应先进行加工 因 为轴类零件各外圆表面 螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相 互位置精度的主要项目 而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线 采用两中心孔定位就能符合基准重合原则 而且由于多数工序都采用中 心孔作为定位基面 能最大限度地加工出多个外圆和端面 这也符合基 准统一原则 10 工件的定位与基准应与设计基准保持一致 应防止过定位 这个工 件是个实心轴 末端要镗一个 25 的锥孔 因轴的长度不是很长 所以 采用工件的右端面和 48 的外圆作定位基准 使用普通三爪卡盘夹紧工 件 取工件的右端面中心为 工件坐标的原点 对刀点在 100 100 处 2 6 确定走刀顺序和路线 加工路线 的确定 直接关系到数控机床的使用效率 加工精度 20 刀具数量和经济性等问题 应尽量做到工序相对集中 工艺路线最短 机床的停顿时间和辅助时间最少 该零件采用棒料毛坯进行加工 由于 毛坯余量较大 因此 采用阶梯切削路线去除毛坯余量 刀具切削路径 短 效率高 2 6 1 基面先行 用作精基准的表面 要首先加工出来 所以 第一道工序一般是进 行定位面的粗加工和半精加工 有时包括精加工 然后再以精基面定位 加工其它表面 综上所诉 此零件的的加工顺序如下 预备加工 车左端面 钻中心孔 镗孔 粗车左端外轮廓 精车左 端外轮廓 调头 车右端面 粗车外轮廓 精车外轮廓 退刀槽 粗车 螺纹 精车螺纹 工序 1 车左端面 将毛坯车为 127mm 的棒料 工序 2 左端面打中心孔 选用 5mm 的中心钻 手动钻孔 工序 3 左端钻孔 钻 20mm 深 32mm 的孔 工序 4 粗车左端内孔 23mm 工序 5 粗车 48mm 的外圆柱面 工序 6 粗车 38mm 的台阶外圆柱面及倒角 工序 7 调头粗车右端面将零件车至要求尺寸进给路线 工序 8 调头粗车右端面各部倒角 切外螺纹退刀槽 三角形螺纹 工步路线为 工步一 自右向左倒角 粗车螺纹 20mm 圆柱段 工步二 自右向左粗车 R6 和 R20 mm 圆弧面 38 mm 圆柱段 R12 5 mm 圆弧面 锥长 8 mm 的圆锥段 11 工步三 自右向左粗车 R6 和 R20 mm 圆弧面 38 mm 圆柱段 R12 5 mm 圆弧面 锥长 8 mm 的圆锥段 工步四 车 4mm 16mm 螺纹退刀槽 工步五 粗车螺纹 工序 9 扩左端内孔 25mm 深 11mm 工序 10 半精车 48mm 的外圆柱面 工序 11 半精车 38mm 的台阶外圆柱面及倒角 工序 12 调头半精车右端面将零件车至要求尺寸进给路线 工序 13 调头半精车右端面各部倒角 切外螺纹退刀槽 三角形螺 纹 工步路线为 工步一 自右向左倒角 半精车螺纹 20mm 圆柱段 工步二 自右向左精车 R6 和 R20 mm 圆弧面 38 mm 圆柱段 R12 5 mm 圆弧面 锥长 8 mm 的圆锥段 工步三 半精车 4mm 16mm 螺纹退刀槽 工步四 半精车螺纹 工序 14 铰 23 mm 的孔 再用 1 2 的铰刀铰小端为 25mm 的03 锥孔 工序 15 精车 mm 的外圆柱面03 48 工序 16 精车 38 mm 的台阶外圆柱面及倒角 工序 17 调头精车右端 38 mm 圆柱面 切外螺纹退刀槽 三角03 形螺纹 工序 18 精车螺纹 工序 19 去除全部毛刺并吹净 工序 20 根据技术文件进行检验 工序 21 入库 2 6 2 确定工序尺寸 确定工序尺寸一般的方法是 由加工表面的最后工序往前推算 最 后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注 当无基准转换时 同意表面 多次加工的工序尺寸至于供需的加工余量有关 a 确定断面的工序尺寸毛坯尺寸 130mm 12 毛坯总余量 6mm 粗车余量 5mm 粗磨余量 0 8mm 精磨余量 0 2mm 精磨以后工序基本尺寸为 124 mm 设计尺寸 05 b 确定圆柱面的工序尺寸圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余 量有关 本零件各圆柱表面的工序加工余量 工序尺寸及公差 表面粗 糙度如表 2 1 所示 表2 1 圆柱表面的工序加工余量 工序尺寸及公差及表面粗糙度 工序双边余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度加工 表面 粗 半精 精 粗 半精 精 粗 半精 精 外圆 03 8 外圆 4 1 054 39 03 8 mRa 3 66 1 03 4 孔 0 5 0 1 04 03 03 2 5 3 1 19 08 074 2 03 mRa 66 1 2 7 确定切削用量及基本工时 切削用量主要是指切削速度 进给量和切削深度 影响切削用量的 因素有 刀具材料 结构形状以及刚度 被加工零件的材料及其切削性 能 零件的形状和刚度 机床的性能 功率和刚度 加工方法对加工精 度及表面粗糙度的要求 对生产率的要求等 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 形式写入程序中 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 保证零件加工精度和表面粗糙度 充分发挥刀具切削性能 保证合理的 刀具耐用度 并充分发挥机床的性能 最大限度提高生产率 降低成本 主轴转速的确定 根据本例中零件的加工要求 考虑工件材料为 45 13 钢 刀具材料为硬质合金钢 综合考虑 粗 n 500r min 精 n 1000r min 螺纹 400r min 孔 600 r min 切槽 350r min 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数 主要根据零件的加工 进度和表面粗糙度要求以及刀具 工件的材料性质选取 粗车时一般取 0 3 0 8mm r 精车时常取 0 1 0 3mm r 切断时常取 0 05 0 2mm r 背吃刀量根据机床 工件和刀具的刚度来决定 在刚度允许的条件 下 应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量 除去精车量 这样可以 减少走刀次数 提高生产效率 为了保证加工表面质量 可留少量精加 工余量 工时定额计算的说明 在一个工序中 实际完成一个零件的加工所 需的时间 称为序单件时间 由以下几部分组成 直接用于改变生产jt 对象的尺寸 形状 相对位置 表面状态或材料性质等工艺过程消耗的 时间称为基本时间 为实现上述过程所进行的的各种辅助动作所消耗jt 的时间 称为辅助时间 除了作业时间 基本时间与辅助时间之和 f 以外 每道工序的单件时间还包括布置工作地间 休息与生理时间和bt 准备与终结时间 由于 2 1 0 15 2 f jtt 设计中取 0 175 计算 2 2 7 xjftt 设计中取 4 5 2 3 2 4 bjftt 设计中取 3 计算 2 4 jbxfjd tttt 263 1 所以在以下计算中 仅算 就可直接得到 与 j ftbxt 14 具体各工序的切削用量及工时确定如下 所选表根据 切削用量简 明手册 第三版 工序 1 粗车端面 并从两面钻中心孔 工步 1 车轴两端面 1 背吃刀量确定 1 5mm pa 2 进给量的确定 根据表 1 4 在粗车时 mm 工件直径3 pa 为 0 100mm 时 0 0 6 mm r 选择 0 20 mm r f f 3 切削速度的计算 可根据公式计算 也可直接查表 现由表选取 15 mm min 由公式v 2 5 dn 10 求出转速 95 54 参照表选取 100 minrnmir 将此转速带入公式 2 6 10vd 求出实际切削速度 15 7 mm min 4 基本时间 的计算jt 车前端面 mm 根据 3 5mm 取 3mm i 1l252l2l03 l 查表得 3 5mm 由公式1l 2 7 ifnllifLtj 321 将上述结果带入公式 求出基本时间 1 58min jt 工步 2 钻中心孔 1 背吃刀量确定 32mm pa 2 进给量的确定 0 85 mm r f 3 切削速度的计算 可根据公式 2 5 计算 也可直接查表 现由 表选取 22mm min 由公式v dn 10 求出 195 45r min 参照表选取 200 nmir 将此转速带入公式 2 6 10vnd 求出实际切削速度 31 4m min 15 4 基本时间 的计算jt mm 钻孔取 0mm i 1 查表得 3mm 由表得 5mm 将125 l 2l 1l3l 上述结果带入公式 2 7 ifnllifLtj 321 将上述结果带入公式 求出基本时间 0 78min jt 本工序总的工时 1 58 0 78min 141 6s 辅助时间 jt 0 175 24 78 ftjts 工序 2 左端钻孔 钻 20mm 深 32mm 的孔 手动钻孔 加工孔 20mm 刀具选用硬质合金钻头 直径为 20mm 使用切削 液位乳化液 机械加工工艺手册 1 背吃刀量确定 1 5mm pa 2 确定进给量 由于孔径较大 故采用数控车床 查得f 0 26 0 40mm r 选择 0 35mm r f 3 钻头磨钝标准及刀具寿命 根据表查得钻头的磨钝标准为 0 8 1 2mm 寿命为 T 75min 4 钻孔速度 14 0 0 4 m 0 125 cx y 2 8 yxpmfaT c 求出实际切削速度 28 8m min 查表知 钻孔速度的修正系数 8 0 mvk75 0 fvk 2 9 min 19 kf i 23 0rd 查钻床取 n 350r min 将此转速带入公式 2 6 10vn 求出实际切削速度 54 95m min 5 基本时间 的计算jt 16 mm 钻孔取 0mm i 1 查表得 3mm 由表得 5mm 将32 l2l 1l3l 上述结果带入公式 2 7 ifnllifLtj 321 将上述结果带入公式 求出基本时间 0 59min jt 本工序总的工时 0 59min 35 4s 辅助时间 jt 0 175 6 20 ftjts 工序 3 车左端台阶面 1 背吃刀量确定 map1 2 进给量的确定 0 3mm r f 3 切削速度的计算 可根据公式 2 8 计算 也可直接查表 T 60min 189 0 15 0 2 m 0 2 0 9 c x y k kfaTyxpm 求出实际切削速度 111 85m min 由公式 2 5 dn 10 求出转速 936 92 参照表选取 1000 minrnminr 将此转速带入公式 2 6 10v 求出实际切削速度 119 38m min 4 基本时间 的计算jt 车台阶面 36mm 当加工台阶时取 0mm 取 3 i 1 查表l 2l l 得 3 5mm 由公式 2 71l ifnllifLtj 321 将上述结果带入公式 求出基本时间 0 145min jt 本工序总的工时 0 145min 8 7s 辅助时间 jt 0 175 1 52 ftjts 工序 4 粗车右端外轮廓 圆柱面 圆锥面 圆弧面 退刀槽 切 外螺纹 17 工步 1 粗车外轮廓 1 背吃刀量确定 1mm pa 2 进给量的确定 0 65mm r f 3 切削速度的计算 可根据公式 2 8 计算 也可直接查表 T 60min 189 0 15 0 2 m 0 2 0 9 c x y k kfaTypm 求出实际切削速度 81 75mm min 由公式 2 5 dn 10 求出转速 542 4 参照表选取 500 minrnmir 将此转速带入公式 2 6 v 求出实际切削速度 75 36 mm min v 4 基本时间 的计算1jt 车 圆柱面 9mm 根据 3 5mm 取 3mm i 1m8 l2l2l03 l 查表得 3 5mm 1l ifnllifLtj 321 将上述结果带入公式 2 7 求出基本时间 0 048min 1jt 5 基本时间 的计算2jt 车 圆锥面 8mm 根据 3 5mm 取 3mm i 1m48 l2l2l03 l 查表得 3 5mm 1l ifnllifLtj 3212 将上述结果带入公式 2 7 求出基本时间 0 045min 2jt 6 基本时间 的计算3jt 车第一段圆弧面 20mm 根据 3 5mm 取l2l 3mm i 1 查表得 3 5mm 2l03 l 1 ifnllifLtj 32 18 将上述结果带入公式 2 7 求出基本时间 0 082min 3jt 7 基本时间 的计算4jt 第二段 圆柱面 8mm 根据 3 5mm 取m38 l2l 3mm i 1 查表得 3 5mm 2l0 l 1 ifnllifLtj 324 将上述结果带入公式 2 7 求出基本时间 0 045min 4jt 8 基本时间 的计算4jt 第二 三段圆弧面 26mm 根据 3 5mm 取l2l 3mm i 1 查表得 3 5mm 2l03 l 1 ifnllifLtj 324 将上述结果带入公式 2 7 求出基本时间 0 1min 4jt 工步 1 的工时 2 10 4321jjjjj ttt 将上述结果带入公式 求出此工步工时 0 32 minjt 工步 2 车 的螺纹退刀槽64 1 背吃刀量确定 0 5mm pa 2 进给量的确定 0 05mm r f 3 切削速度的计算 可根据公式 2 8 计算 也可直接查表 T 60min 28 0 15 0 2 m 0 2 0 9 c x y k kfaT cxpm 求出实际切削速度 22 45m min 由公式 2 5 dn 10 求出转速 324 92 参照表选取 350 minrnmir 将此转速带入公式 2 6 v 求出实际切削速度 25 63m min v 4 基本时间 的计算jt 19 车台阶面 8mm 当加工台阶时取 0mm 取 0 i 1 查表得l 2l 3l 3 5mm 1l ifnllifLtj 321 将上述结果带入公式 2 7 求出基本时间 0 68min jt 工步 3 车 的螺纹0 1 背吃刀量确定 1 5mm pa 2 进给量的确定 1 5mm r f 3 切削速度的计算 可根据公式计算 也可直接查表 由表选取 29 4 m min 由公式 2 5 v dn 10 求出 468 15 参照表选取 500 minrnmir 将此转速带入公式 2 6 v 求出实际切削速度 31 4 mm min v 4 基本时间 的计算jt 攻螺纹 14mm 根据 1 3mm 取 3mm 查表得 3 5mm l2l2l1l 由表得 4mm 3l ifnllifLtj 321 将上述结果带入公式 2 7 求出基本时间 0 033min jt 本工序总的工时 0 033 0 68 0 32min 61 98s jT 辅助时间 0 175 10 85s ftj 2 8 刀具及量具选择 数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容 它不仅影响数控机床的加工效率 而且直接影响加工质量 刀具的选择 是在数控编程的人机交互状态下进行的 应根据机床的加工能力 工件 材料的性能 加工工序 切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀 柄 刀具选择总的原则是 安装调整方便 刚性好 耐用度和精度高 在满足加工要求的前提下 尽量选择较短的刀柄 以提高刀具加工的刚 性 20 2 8 1 刀具选择 数控加工过程中刀具 的选择 是保证加工质量和提高生产率的重 18 要环节 粗车时选用强度高 耐磨度好的刀具 以满足大背吃刀量 大 进给量的要求 精车时选用精度高 耐磨度好的刀具 以保证精度的要 求 本零件的加工刀具卡片如表 2 2 和 2 3 所示 a 选用 5mm 中心钻钻削中心孔 用 20mm 的钻头加工左端的孔 b 粗车及平端面选用 45 硬质合金左偏刀 为防止副后刀面与工件 轮廓干涉 副偏角不宜太小 选 Kr 45 c 为减少刀具数量和换刀次数 精车和车螺纹选用硬质合金 60 外 螺纹车刀 刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径 取 re 0 15 0 2mm 刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一 刀具选择合理 与否不仅影响机床的加工效率 而且还影响加工质量 选择刀具通常考 虑机床的加工能力 工序内容 工件材料等 与传统的车削方法相比 数控车削对刀具的要求较高 不仅要求精 度高 钢度好 耐用度高 而且要求尺寸稳定 安装调整方便 这就要 求采用新型优质材料制造数控加工刀具 并优选刀具参数 表 2 2 左端刀具卡片 21 序 号 刀 具号 刀具规格名称 数 量 加工表面 备 注 1 T0 1 硬质合金端面 车刀 45 1 粗 精车 端面 2 T0 2 硬质合金 放型 90 车刀 1 粗 精车 外轮廓 左 偏刀 3 T0 3 硬质合金镗刀 1 粗 精镗 孔 4 T0 4 硬质合金内槽刀 1 切槽 5 尾 座 硬质合金 20 钻 头 1 钻孔 22 表 2 3 右端刀具卡片 2 8 2 量具选择 根据该零件的实际形状 需采用游标卡尺 千分尺 直尺等量具来 测量 其量具的使用表如表 2 4 所示 表2 4 量具表 名称 规格量程 mm 分 度值 mm 用途 游标卡 尺 0 150 0 02 主要用于内孔大小 千分尺 0 25 75 100 0 001 用于长度测量工具 直尺 0 100 1 用来测量工件的长度 序 号 刀 具号 刀具规格名称 数 量 加工表面 备 注 1 T0 1 硬质合金端面 车刀 45 1 粗 精车 端面 2 T0 2 硬质合金 放型 90 车刀 1 粗 精车 外轮廓 左 偏刀 3 T0 3 硬质合金车槽刀 1 切槽 4 T0 4 硬质合金外螺 60 纹车刀 1 粗 精车 螺纹 23 3 专用夹具的设计 3 1 设计主旨 一个零件的机械制造工艺系统由机床 工件 刀具和夹具组成 机 床夹具 的用以装夹工件的一种特殊装置 其作用是使工件相对于机床 4 或刀具有一个正确的位置 并在加工过程中这个位置不发生变化 工件 夹具的设计在机械加工中占有很重要的地位 尤其是在成批生产时更是 大量采用机床夹具 它们是机床和工件之间的连接装置 使工件相对机 床或刀具获得正确的位置 机床夹具的好坏直接影响工件加工表面的形 状位置精度 因此工件夹具设计是装配设计中的一项重要工作 工件夹 具的功用一般为 保证加工质量 提高生产率 降低成本 平衡各工序 时间 以便组织流水生产 为了提高劳动生产率 保证加工质量 降低劳动强度 通常需要设 计专用夹具 3 2 确定夹具结构设计方案 3 2 1 数控车床常用装夹方式 a 在三爪自定心卡盘上装夹三爪自定心卡盘的三个爪是同步运动的 能自动定心 一般不需要找正 该卡盘装夹工件方便 省时 但夹紧力 小 适用于装夹外形规则的中 小型工件 b 在两顶尖之间装夹对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件 为 了保证每次装夹时的装夹精度 可用两顶尖 该装夹方式适用于多序加 工或精加工 c 用卡盘和顶尖装夹当车削质量较大的工件时要一端用卡盘夹住 另一端用后顶尖支撑 这种方式比较安全 能承受较大的切削力 安装 刚性好 轴向定位基准 应用较广泛 d 用心轴装夹当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹 叫心轴装夹 这种方式比较安全 能承受较大的切削力 安装刚性好 轴向定位基准 3 2 2 确定合理装夹方式 装夹方法 先用三爪自定心卡盘夹住右端 加工左端达到工件精度 要求 再工件调头 用三爪自定心卡盘夹住工件右端 在加工到工件精 24 度要求 使用三爪自定心卡盘夹持零件的毛坯外圆 确定零件伸出合适的长 度 应将机床的限位距离考虑进去 零件需要加工两端 因此需要考 虑两次装夹的位置 考虑到左端的 38mm 35mm 的台阶可以用来装夹 因此先加工左端 然后调头夹住 38mm 35mm 的台阶加工右端 3 2 3 钻孔专用夹具设计 在加工左端面孔的时候因为有位置要求和大小要求 如果单独每次零 件都来定位装夹的话 大大增加了加工时间 增大了制造成本 所以可以 对这个孔的加工设计一个专用夹具来进行快速装夹和快速定位 从而达到 降低生产 提高生产效益 夹具结构简图如下图示 图 2 3 钻孔专用夹具主视图 1 V 形块 2 手柄 3 定向键 4 夹具体 5 螺钉 6 钻模板 7 钻套螺钉 8 衬套 9 可换钻套 10 工件 11 支承套 25 图 2 4 钻孔专用夹具俯视图 26 4 数控加工程序编程及仿真 4 1 数控加工特点 a 采用数控机床加工 零件可以提高加工精度 稳定产品的质量 15 b 数控机床可以完成普通机床难以完成 或根本不能加工的复杂曲 面的零件加工 c 采用数控机床在生产效率上 可以比普通机床提高 2 3 倍 尤 其对某些复杂零件的加工 生产效率可提高十倍甚至几十倍 d 可以实现一机多用 e 采用数控机床有利于向计算机控制与管理方面发展 为实现生产 过程自动化创造条件 4 2 数控编程分类 数控编程 一般分为两种 一种是手工编程 另一种是自动编程 7 4 2 1 手工编程 由分析零件图 确定工艺过程 数值计算 编写零件加工程序单 程序的输入和检验都是由工人完成的 特点 对于加工形状简单的零件 计算比较简单 程序不是很多 采用手工编程 仍被广泛应用 较容易完成 而且经济 及时 因此在 点位加工及直线与圆弧组成的轮廓加工中 手工编程仍广泛应用 但对 于形状复杂的零件 特别是具有非圆曲线 列表曲线的零件 用手工编 程就有一定的困难 出错的机率增大 有的无法编程序 4 2 2 自动编程 用计算机编制数控加工程序的过程 特点 计算机自动识图编程 编程准确 不易出错 安排走刀路线合理 从而使加工准确编程来完成 的 4 3 确定编程坐标系及编程原点 数控机床采用右手笛卡儿直角坐标系 其基本坐标轴为 X Y Z 直角坐标系 相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为 A B C 编程原点也称工件原点 一般用 G92 或 G54 G59 对于数控镗铣床 和 G50 对于数控车床 设置 根据以上可以知道 编程坐标系及编程原点的选择要满足以下几个 27 方面的要求 a 所选的编程原点及坐标系要使程序编制简单 b 编程原点应选在容易找正 并在加工过程中便于检查的位置 c 引起的加工误差小 d 一般回转体零件的编程零点选在其加工面的回转轴线与端面交点 处 4 4 数值计算 4 4 1R6mm R20mm 两圆弧切点坐标计算 作辅助线如下图所示 两三角形为相似三角形 运用相似三角形对 应边成比例求未知边 图4 1 圆弧辅助线 将 AC 26mm CB 6 923mm 代入 AC AB CB 得出 AC 25 601mm 因相似三角形对应边成比例 故 DF AC DB AB 将 DB 6mm AB 26mm AC 25 601mm 代入 得两段圆弧且点的坐标为 X29 44 Z 25 6 4 4 2 圆锥大端直径计算 由公式 C D d L 得 1 2 D 25 10 即内圆锥的大端直径为 D 30mm 28 4 4 3 螺纹尺寸计算 螺纹大径 d D 19 85mm 螺纹小径 d1 D1 d 1 0825p 20 1 0825 2 mm 17 835mm 螺纹中径 d2 D2 d 0 6495p 20 0 6495 2 mm 18 701mm 4 5 程序编程 4 5 1 左端 G00 X100 Z100 S350 M03 T0101 移到刀路起点 主轴正转 主轴转速 350mm r 换一号端 面车刀 X52 Z3 快速移动至循环点 G01 X0 Z 1 F0 1 车 1mm 的端面 G00 X100 Z100 M05 退回换刀点 主轴停止转动 G00 X100 Z100 S600 M03 T0202 X28 Z2 快速移至循环起点 G71 U1 R0 5 定义 G71 粗车内径循环 每刀 切深为 1mm 退刀量 1mm G71 P10 Q20 U 0 5 W0 F0 3 粗车路线 N10 至 N20 X 轴 留精车余量 0 5mm Z 轴精车 余量为 0 粗车进给为 0 2mm r G00 X32 Z2 车削加工轮廓起始行 到倒角 延长线 G01 X32 Z0 X30 Z 1 车削 C1 倒角 X25 Z 11 车削 25mm 内锥 X23 Z 26 车削 23mm 的内圆柱 X20 G00 X100 Z100 S900 M03 T0202 X20 Z2 快速定位至安全起点 G70 P10 Q20 F0 1 精车全部加工面 G00 X100 Z100 M05 M00 退刀至换刀点 主轴停 程序 停 29 S500 M03 T0202 G00 X51 Z2 快速移至循环起点 G71 U1 R1 每刀切深为 1mm 退刀量 1mm G71 P10 Q20 U0 5 W0 F0 3 粗车路线 N10 至 N20 X 轴 留精 0 5mm Z 轴精车余量为 0 粗车进给 0 2mm r G00 X36 Z2 运行 X 轴至倒角起点处 G01 X36 Z0 X38 Z 1 车倒角 C1 Z 35 车 38mm 的外圆柱面 X48 车 48mm 的外圆柱面 Z 44 G00 X100 Z100 M05 M00 退刀至换刀点 主轴停 程序暂 停 S1000 M03 G00 X51 Z2 快速移至循环起点 G70 P30 Q40 F0 1 精车全部加工面 G00 X100 Z100 M05 M30 快速退回换刀点 主轴停止 程序结束 并返回程序开头 4 5 2 右端 G00 X100 Z100 S350 M03 T0101 M08 移到刀路起点 主轴正转 主轴转 350mm r 换一号端 面车刀 X52 Z3 快速移动至循环点 G01 X0 Z 1 F0 1 车 1mm 的端面 G00 X100 Z100 M05 M30 快速退回换刀点 主轴停止 程序结束并返回程序开头 G00 X100 Z100 S500 M03 T0202 M08 移到刀路起点 主轴正转 主轴转 500mm r 换二号车 刀 G00 X51 Z2 快速移动至循环起点 30 G71 U1 R1 每刀切深为 1mm 退刀量 1mm G71 P10 Q20 U0 5 W0 F0 3 粗车路线 N10 至 N20 X 轴 留精车余量 0 5mm Z 轴精车 余量为 0 粗车进给为 0 2mm r