1975_多边形深孔类零件数控铣床程序及工装设计
1975_多边形深孔类零件数控铣床程序及工装设计,多边形,深孔类,零件,数控,铣床,程序,工装,设计
江 苏 大 学 成 教 院毕 业 论 文 ( 设 计 ) 任 务 书课程名称:多边形深孔类零件数控铣床程序及工装设计进行日期 12 年 9 月至 12 年 11 月学生姓名: 王 成 专业班级: 1044-1 指导教师: 孙 福 庆 所属站名: 站 长: 课题主要参数及依据:一国内外相关公开信息二数控铣床三相关书籍; 1 黄玉美.数体方案的创新设计J.世界制造技术与装备市场,2001.1.2 刘雄伟.数控加工理论与编程技术D.北京:机械工业出版社,2001.3 王润孝.机床数控原理与系统M.西安:西北工业大学出版社,1997.4 李洪.机械加工工艺手册M.北京:北京出版社.1999.5 富大伟,刘瑞素.数控系统M.北京:化学工业出版社.2005(09).6 晓勤.李海梅,申长雨编著.数控机床编程技术凸M.北京:机械工业出版社,2002.7 黄明吉.虚拟数控技术与应用M.北京:化学工业出版杜,2005.8 王润孝.数控机床原理与系统(第 2 版)M.西安:西北工业大学出版社,1997.9 成大先主编.机械设计手册M.北京:化学工业出版社.2002.10 张幼帧.金属切削原理及刀具M.北京:国防工业出版社,1990.11 周泽华.金属切削原理M.上海:上海科学技术出版社,1984.12 周泽华.金属切削原理M.上海:上海科学技术出版社,1984.13 牛小方.浅谈数控机床的发展趋势J.中国科技信息.20072014 林胜.五轴数控机床发展与应用J.航空精密制造技术.2005.741(4):15任务要求:本课题从数控应用的实际出发,希望掌握数控程序编制的这门技术,学会对工艺知识、编程知识、操作知识的综合运用,能够对适合铣削的典型零件进行工艺分析、程序编制、实际加工。零件的前面及后侧面的凹面加工为 Ra为 3.2m 的表面,其余均加工为 Ra为 6.3m 的表面。前面对后侧的凹面有平行度公差要求,公差值为 0.05mm;后侧的左右两个凹面有平面度的公差要求,公差值为 0.05mm。毛坯选 210mm210mm45mm 的板材,在普通铣床上加工成200mm200mm41mm 的方料。一、说明书部分1. 论文正文:1)确定工步顺序2)选择机床设备及刀具3)确定切削用量4) 工件坐标系和对刀点5)最后编写程序,试运行,加工2总结 3致谢4. 参考文献进 度 表起止日期 内容提要 备 注第 12 周第 3 周第 45 周第 6 周第 78 周第 911 周第 12 周1.毕业设计调研,参考资料准备、查阅、收集工作,查阅技术杂志等中外刊物著作,查阅技术杂志等外国文献,进行翻译,译文质量及写作要求参考学校有关论文外文资料翻译要求规定。了解相关数控机床和系统的发展现状,熟悉数控编程语言和相干数控编程软件的操作应用。2.数控加工工艺设计3.夹具设计4. 确定切削用量和切削刀具,工件坐标系和对刀点,半径补偿,及加工进给路线5.编写数控程序,试运行6.论文编写、打印、校对7.毕业设计答辩准备工作 江苏大学本科毕业设计第 1 页 共 53 页江苏大学机械设计制造及其自动化本科毕业论文论文题目:多边形深孔类零件数控铣床程序及工装设计学生姓名: 王 成 _学生学号: 101172104 _专 业:机械设计制造及其自动化班 级: 1044 _指导教师: 孙福庆 _教 学 点: 江苏省交通技师学院_二一二年十二月江苏大学本科毕业设计第 2 页 共 53 页多边形深孔类零件数控铣床程序及工装设计摘 要装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使用技术和最基本的装备。马克思曾说过这样一句话:“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产。”制造技术和装备就是人类生产活动的最基础的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。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。此外世界上各个工业比较发达的国家还将数控技术及数控装备列为国家的重要战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,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制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力的重要途径。关键词:数控技术,数控机床,数控加工江苏大学本科毕业设计第 3 页 共 53 页Polygon hole-type parts and CNC milling machine tool design procedureABSTRACTThe equipment industry technical level and the modernized degree were deciding the entire national economy level and the modernized degree, the numerical control technology and the equipment are the development emerging high technology and new technology industry and the state-of-art industry use technology and the most basic equipment.Marx had said “each kind of economical time difference, does not lie in produces any, but how lies in produces, with any means of labor production”.The technique of manufacture and the equipment is the humanity produces active the most basic producer goods, but the numerical control technology also is advanced now the technique of manufacture and the equipment most core technology.Now the various countries manufacturing industry widely uses the numerical control technology, sharpens the manufacturing capacity and the level, enhances to the dynamic changeable market adaptiveness and competitive ability. In addition in the world various industries developed country also lists as the national strategic resources the numerical control technology and the numerical control equipment, not only takes the significant measure to develop own numerical control technology and the industry, moreover implements the blockade and the limit policy in “precise and advanced” the numerical control key technologies and the equipment aspect to our country.In brief, develops vigorously take the numerical control technology has become the world each developed country acceleration economy development as the core advanced technique of manufacture, enhances the comprehensive national strength and the national status important way.Keyword: CNC Technology ;Computer Numerical Control;CNC machined江苏大学本科毕业设计第 4 页 共 53 页目 录摘 要 .2ABSTRACT.3第一章 引 言 .61.1 数控铣床的构造 .61.2 数控铣床加工的优势和特点 .91.3 数控铣床的发展趋势 .11第二章 配合零件的加工工艺研究 .132.1 零件的工艺分析 .132.2 毛坯选择 .142.3 工艺路线的拟定 .142.4 加工余量、工艺尺寸的确定 .162.5 切削余量的确定 .18第三章 加工前的准备 .203.1 工序划分的主要原则 .203.2 装夹方式和夹具的选择 .213.3 刀具的选择 .24第四章 制定加工工艺及编程 .264.1 加工分析 .264.1.1 形状结构分析 .264.1.2 尺寸分析 .264.1.3 技术要求分析 .264.2 确定装夹及加工工艺 .274.2.1 确定刀具 .284.2.2 编制切削用量 .284.3 加工工序安排 .304.4 数控铣床程序及说明 .31第五章 总结于展望 .445.1 数控技术的发展趋势 .445.2 五轴联动加工机床快速发展 .44参考文献 .46致 谢 .47江苏大学本科毕业设计第 5 页 共 53 页附录 .48江苏大学本科毕业设计第 6 页 共 53 页第一章 引 言数控铣床是铣床设备中应用极其广泛的加工铣床,它可以进行平面铣削、平面型铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削,还可进行钻削、镗削、螺纹切削等孔操作及其加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。数控铣床即将加工过程的各种铣床动作,由数字化的代码表示,通过某种载体将信息输入数控系统,控制计算机对输入数据进行处理,来控制铣床的伺服系统或其它执行元件,使铣床加工出所需要的工件。数控铣床的控制系统就是数控系统,它能够逻辑地处理具有使用号码或其它符号编码指令规定的程序。1.1 数控铣床的构造数控铣床的种类繁多,但从构造上讲,它由控制介质、数控装置、伺服系统和铣床本体四大部分以及辅助设备构造而成,如图 1-1 所示。图 1-1 数控铣床构造示意图控制介质实际上是信息的载体,是操作者与数控铣床发生联系的介质。它应用于记载零件加工过程中所需要的各种加上信息,以控制铣床的运动,来实现对零件得加工。常用的有穿孔纸带、磁盘、磁带等信息载体。对于计算机数控铣床(CNC 数控铣床),也可用操作面板上的键盘直接输入加工程序。现代先进的信息传输则是采用计算机联机通信的方式传送加工程序,即所谓的 DNC。江苏大学本科毕业设计第 7 页 共 53 页数控装置是铣床实现自动加工的控制核心。它具有零件程序的读人、存储、输入信息的处理和计算,以及加工过程实时控制等铣能。其工作过程是:当由输入设备输入加工信息之后,通过处理与计算,发出相应的脉冲给伺服系统,再通过伺服系统使铣床按预定的轨迹运动。数控装置一般有专用装置和通用数控装置两种类型。专用数控装置简称 NC数控装置,它是指根据零件加工功能的要求,采用专用硬接线逻辑电路的方法构成的控制装置。要想增加或更改某种功能,就必须改变控制装置内部的逻辑电路。因此这种数控系统灵活性差,使用很不方便,如今已经逐渐被淘汰。通用数控装置简称 CNC 数控装置,它是由一台小型或微型计算机作为控制硬件,再配以适当的接口电路构成的数控装置将预先设计调试好的控制软件存人计算机内,以实现数控铣床的控制逻辑和各种控制功能,只要改变控制软件就可改变控制功能。因此这种数控装置的灵活性和通用性很强,现代数控系统大都采用这种通用数控装置,图 1-2 是 CNC 系统的组成框图。图 1-2 CNC 系统的组成框图伺服系统是数控系统的执行部分,是数控装置与铣床本体间的电传动联系环节,由速度控制装置、位置控制装置、驱动伺服录动机和相应机械传动装置组成其功能接受数控装置输出的指令脉冲信号,使铣床卜的移动部件作牛日直的移动,并对定位的精度和速度加以控制。每一个指令脉冲信呼使铣床移动部件产生的位移量为脉冲当量,常用脉冲当量为 0.01mm/脉冲、0.005mm/脉冲、0.001/脉冲等。因此,伺服系统的精度、快速性及动态响应是影响加精度、表面质量和生产率的主要困素之一。江苏大学本科毕业设计第 8 页 共 53 页目前在数控铣床的伺服系统中,常用位移执行机构有功率步进电机、直流伺服电动机和交流伺服电动机,后两种都带有感应同步器、光电编码器等位置测量元件。所以,伺服机构的性能决定数控铣床的精度和快速性。数控铣床的伺服系统按其控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三大类。开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统。它是根据数据指令,经过控制运算发出脉冲信号,输送到伺服驱动装置(如步进电动机) ,使伺服驱动装置转过相应的角度,然后经过减速齿轮和丝杠螺母机构,转换为移动部件的直线位移。开环控制系统不具有反馈装置,所以对移动部件实际位移量测量、不反馈,无法与原指令值进行比较,因而不能进行误差校正,故系统精度较低(0.02mm),虽然开环控制系统具有结构简单、工作稳定、使用维修方便及成本低的优点,但它已不能满足数控铣床日益提高的精度要求,至今已极少使用。半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置,通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角,引接检测移动部件的化移,然后反馈到数控装置的比较器中,与输入原指令位移值进行比较,用比较后的差值进行控制,使移动部件补充位移,直到差值消除为止。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母机构包括在闭环之内,所以传动丝杠螺母机构的误差仍然会影响移动部件的位移精度。半闭环控制系统调试方便,稳定性好因此目前应用相对广泛。闭环控制系统是在铣床移动位置上直接装有直线位置检测装置,将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中,与输入的原指令位移值进行比较,用比较后的差值控制移动部件作补充位移,直到差值消除时才停止移动,达到精确定位的控制系统。闭环控制系统定位精度高(一般可达0.01mm,最高可达0.001mm) ,一般应用在高精度数控铣床上。由于系统增加了检测、比较和反馈装置,所以结构比较复杂,调试维修比较困难。铣床本体指的是数控铣床机械构造实休,它与普通铣床的差别,主要是机械传动机构及功能性部件,由此形成了数控铣床构造的特色。数控铣床加工时,零件的粗、精加工通常是在铣床上一次安装,自动完成整个加工过程,进给量的变换是靠伺服电动机本身变速来实现的。因此数控铣床的铣床本体具有刚江苏大学本科毕业设计第 9 页 共 53 页性好、热变形小、精度高和机械传动系统比较简单等特点。图 1-3 是 XK5040A数控铣床外观图。图 1-3 XK5040A 数控铣床外观图。l.底座;2.强电柜;3.变压器箱;4.伺服电动机;5.主轴变速手柄和按钮板;6.床身;7.数控柜;8.保护开关;9.挡铁;10.操纵台;l2.横向溜板;13.纵向进给伺服电机;14.横向进给伺服电机;15.升降台 16.纵向工作台1.2 数控铣床加工的优势和特点数控铣床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点,在机械加工中得到日益广泛的应用。概括起来,数控铣床的加工有以下优点:a 适应性强。适应性即所谓的柔性,是指数控铣床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控铣床上改变加工零件时,只需重新编制程序,输入新的程序后就能实现对新的零件的加工,而不需改变机械部分和控制部分的硬件,且生产过程是自动完成的,这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。适应性强是数控铣床最突出的优点,也是数控铣床得以生产和迅速发展的一个很重要的原因。b 精度高,质量稳定。数控铣床是按数字形式给出的指令进行加工的,一江苏大学本科毕业设计第 10 页 共 53 页般情况下工作过程不需要人工干预,这就消除了操作者因为人为而产生的误差。在设计制造数控铣床时,采取了许多措施来使数控铣床的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控铣床工作台的移动当量普遍达到了 0.010.0001mm,而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿,高档数控铣床采用光栅尺进行工作台移动的闭环控制。数控铣床的加工精度由过去的0.01mm 提高到0.005mm 甚至更高。定位精度九十年代初中期已达到0.002mm0.005mm。此外,数控铣床的传动系统与铣床结构都具有很高的刚度和热稳定性。通过补偿技术,数控铣床可获得比本身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零件生产的一致性,另外还提高了产品合格率,使加工质量稳定。c 生产效率高。零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控铣床主轴的转速和进给量的变化范围比普通得铣床要大,因此数控铣床每一道工序都可选用最有利的切削用量。由于数控铣床结构刚性好,因此允许进行大切削用量的强力切削,这就提高了数控铣床的切削效率,节省了机动时间。数控铣床的移动部件空行程运动速度快,工件装夹时间短,刀具可自动更换,辅助时间比一般铣床大为减少。d 数控铣床更换被加工零件时几乎不需要重新调整铣床,节省了零件安装调整时间。数控铣床加工质量稳定,一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验,因此节省了停机检验时间。在加工中心铣床上加工时,一台铣床实现了多道工序的连续加工,于是更大程度地提高了生产效率。e 能实现复杂的运动。普通铣床难以实现或无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面的运动,如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面;而数控铣床则可实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面,适应于复杂异形零件的加工。f 良好的经济效益。数控铣床虽然设备昂贵,加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高,但在单件、小批量生产的情况下,使用数控铣床加工可节省划线工时,减少调整、加工和检验时间,节省直接生产费用。数控铣床加工零件一般不需制作专用夹具,节省了工艺装备费用。数控铣床加工精度稳定,减少了废品率,进一步减少了生产成本。此外,数控铣床可实现一机多用,节省厂江苏大学本科毕业设计第 11 页 共 53 页房面积和建厂投资。因此使用数控铣床可获得良好的经济效益。g 有利于生产管理的现代化。数控铣床使用数字信息与标准代码处理、传递信息,特别是在数控铣床上使用计算机控制,为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了一定的基础。1.3 数控铣床的发展趋势从 20 世纪中叶数控技术出现以来,数控铣床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点:加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控铣床是一种高度机电一体化的产品,适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求 100%检验的零件。数控铣床的出现使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入 21 世纪,我国经济与国际全面接轨,进入了一个蓬勃发展的新时期。铣床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机,也遭遇到加入世界贸易组织激烈的国际市场竞争的压力,加速推进数控铣床的发展是解决铣床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控铣床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步,数控铣床的应用范围还在不断扩大,并且不断发展以更适应生产加工的需要。高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用,对数控铣床加工的高速化要求越来越高。主轴转速:铣床采用电主轴(内装式主轴电机) ,主轴最高转速达200000r/min;进给率:在分辨率为 0.01m 时,最大进给率达到 240m/min 且可获得复杂型面的精确加工;运算速度:微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障,开发出 CPU 已发展到 32 位以及 64 位的数控系统,频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高,使得当分辨率为 0.1m、0.01m江苏大学本科毕业设计第 12 页 共 53 页时仍能获得高达 24240m/min 的进给速度;换刀速度:目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在 1s 左右,高的已达 0.5s。德国 Chiron 公司将刀库设计成篮子样式,以主轴为轴心,刀具在圆周布置,其刀到刀的换刀时间仅 0.9s。高精度化数控铣床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度,铣床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。提高 CNC 系统控制精度:采用高速插补技术,以微小程序段实现连续进给,使 CNC 控制单位精细化,并采用高分辨率位置检测装置,提高位置检测精度(日本已开发装有 106 脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机,其位置检测精度可达到 0.01m/脉冲) ,位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法;采用误差补偿技术:采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术,对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明,综合采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度,并通过仿真预测铣床的加工精度,以保证铣床的定位精度和重复定位精度,使其性能长期稳定,能够在不同运行条件下完成多种加工任务,并保证零件的加工质量。江苏大学本科毕业设计第 13 页 共 53 页第二章 配合零件的加工工艺研究2.1 零件的工艺分析(1)零件结构工艺性的概念零件尺寸和公差的标注、零件的组成要素和零件的整体结构等三方面来阐述。(2)合理标注零件的尺寸、公差和表面粗糙度1)按照加工顺序标注尺寸,避免多尺寸同时保证2)由定位基准或调整基准标注尺寸,避免基准不重合误差3)由形状简单和易接近的轮廓要素为基准的标准尺寸避免尺寸运算(3)零件要素的工艺,零件要素的切削加工工艺性归纳起来有以下三点要求:1)各要素的形状应尽量简单,面积应尽量小,规格应尽量标准和统一。2)能采用普通设备和标准刀具进行加工,且刀具易进入、退出和顺利通过加工表面。3)加工面与非加工面应明显分开,加工面之间也应明显分开。(4)零件整体结构的工艺性,具体有以下五点要求:1)尽量采用标准、通用件、借用件和相似件。2)有便于装夹的基准。3)有位置要求或同方向的表面能在一次装是中加工出来。4)零件要有足够的刚性,便于采用高速和多刀切削。5)节省材料,减轻质量。(5)零件结构的工艺性的评定指标1)加工精度系数 Kac江苏大学本科毕业设计第 14 页 共 53 页2)结构继承性系数 Ks3)结构标准化系数 Kst4)结构要素统一化系数 Ke5)材料利用系数 Km2.2 毛坯选择毛坯上留作加工用的材料层,我们称之为加工余量。加工余量又有总余量和工序余量之分。某一表面从毛坯到最后成品切除掉的总金属层厚度,即毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量,用 Z0表示。该表面每道工序切除掉的金属层厚度,即相邻两工序尺寸之差称为工序余量。工序尺寸公差一般按“入体原则”标注,对被包容尺寸(轴径),上偏差为0,其最大尺寸就是基本尺寸;对包容尺寸(孔径、槽宽),下偏差为 0,其最小尺寸就是基本尺寸。2.3 工艺路线的拟定工艺路线即从毛坯到成品的加工顺序影响加工质量、效率、工人劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本。工艺拟定内容有定位基准选择;各表面加工方法选择;工序集中和分散;加工阶段划分和先后顺序安排;设备及工装选择。(1)表面加工方法选择加工精度和表面粗糙度的概念江苏大学本科毕业设计第 15 页 共 53 页加工经济精度:在正常的加工条件下(采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人,不延长加工时间的条件)所能保证的加工精度零件结构形状虽多种多样,但都是由基本表面组合而成。同一种表面又有不同的加工方案,一般选择原则如下:1)尽量采用经济加工精度方案进行加工2)首先考虑主要表面的加工方案3)确定加工方案时应考虑零件的材料、硬度、结构形状、尺寸大小等4)加工方案要和生产类型、生产率的要求相适应,考虑现有技术力量和设备(2)加工阶段的划分1)粗加工阶段去除各表面大部分余量,关键是提高生产率2)半精加工阶段次要表面达到要求,为主要表面的精加工作准备3)精加工阶段各主要表面达到零件图规定的质量要求4)光整加工阶段主要用于高精度、小粗糙度要求的表面(3)划分加工阶段的主要目的:1)保证加工质量粗加工余量大,较大夹紧力、切削力、切削热,工件产生较大变形和加工误差,通过半精、精加工逐步纠正2)合理使用设备有利于按照不同要求选不同精度、刚性、功率的机床3)便于安排热处理工序热处理常穿插在加工阶段之间,也便于组织生产4)及时发现毛坯的缺陷以决定零件的报废或修补,避免盲目加工造成的浪费(4)工序的集中与分散确定工序内容时有两种思路,即工序集中与分散工序集中的特点江苏大学本科毕业设计第 16 页 共 53 页1)可减少工件装夹次数,易保证位置精度2)工序数少,减少了设备数量、操作工人和生产面积3)可采用高效专用设备、工艺装备,提高加工精度和生产率4)设备的一次性投资大、工艺装备复杂工序分散的特点是:1)设备、工装比较简单,调整、维护方便,生产准备工作量少。2)每道工序的加工内容少,便于选择最合理的切削用量,对操作工人的技术水平要求不高。3)工序数多,设备数量多、操作人员多、占用生产面积大。工序集中与分散各有所长,工序集中优点较多,现代化生产趋于工序集中。(5)机床与工艺设备的选择机床尺寸规格与工件的形体尺寸相适应;精度等级与本工序加工要求相适应;电机功率与本工序加工所需功率相适应;自动化程度和生产效率与生产类型相适应。工艺装备直接影响加工精度、生产效率和制;造成本。中小批条件下可选用通用工艺装备;大批大量生产中可考虑制造专用工艺装备。机床和工艺装备的选择不仅要考虑投资的当前效益,还要考虑产品改型及转产的可能性,应使其具有足够的柔性。2.4 加工余量、工艺尺寸的确定(1)加工余量的概念1)总余量 Z0 与工序余量 Zi 的关系:单边余量:对于非对称表面,其加工余量用单边余量 Zb 表示:Zb=la-lb双边余量:对于外圆内圆等对称表面加工余量用双边余量 2Zb 表示。对于包容尺寸(孔径、槽宽) ,下偏差为 0,其最小尺寸就是基本尺寸,本工序的公称余量:Zb=lb-laZmax=(lb+Tb)la=Zb+TbZmin=lb(la+Ta)=ZbTa工序余量变动范围:Tz=ZmaxZmin=Tb+Ta2)影响加工余量的因素江苏大学本科毕业设计第 17 页 共 53 页涉及的是机床夹具,根据铣削和加工中心特点和加工的基本需要,其夹具类型主要有专用夹具、组合夹具、通用文具和成组夹具。2)夹具选择在数控铣床相加工中心上,要想合理应用夹具必须对数控铣床和加工中心的加工方式有深刻了解,必须保证夹具的定位能与机床的坐标力向相对固定。向时还要考虑加工零件的精度,批量大小,制造周期,制造成本。一般的选择顺序是单件生产小尽量用虎钳、压板螺钉等通用夹具,批量生产时优先考虑组合夹具,其次考虑用可调整夹具。最后选用专用夹具和成组夹具。选用夹具时,不能和各工序刀具轨迹发生干涉。如:有时在加工箱体时刀具轨迹几乎包容了整个零件外形,为了避免干涉现象发生,可把夹具安置在箱体内部。在现代生产中,还广泛采用液比、气功夹又、电动夹具、磁力夹具等,可根据不同情况做出选择。卧式加工中心广泛采用刚性夹具体共与组合夹具的夹具体基本相同,只是刚件更好,装夹在回转工作台下。使用时配上通用夹具,如:压板、垫铁、螺钉等,也可装夹组合夹具的标准元件采用两个以上刚性夹具体,配APC 系统,就可以实现不占用机动时间装夹工件的功能,从而提高效率,若安装在托盘上,就可以形成物流,兼具单件生产及批量牛产的特点。所以,其有高的使用价值和低的价格应用广泛。(1)刀具数控铣床切削加工具有高速、高效等特点,与传统铣床切削加工相比较,数控铣床对切削加工刀具的要求更高,铣削刀具的刚性、强度、耐用度和安装调整方法都会直接影响切削加工的工作效率;刀具的本身精度,尺寸稳定性都会直接影响工件的加工精度及表面的加工质量,合理选用切削刀具也是数控加工工艺中的重要内容之一。1)孔加工刀具的选用a.数控机床孔加工一般无钻模,由于钻头的刚性和切削条件差,选用钻头直径 D 应满足 L/D5(L 为钻孔深度)的条件。b.钻孔前先用中心钻定位,保证孔加工的定位精度。c.精铰孔可选用浮动绞刀,铰孔前孔口要倒角。d.镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头进行切削,以平衡径向力,减少镗江苏大学本科毕业设计第 18 页 共 53 页削振动。e.尽量选择较粗和较短的刀杆,以减少切削振动。2)铣削加工刀具选用a.镶装不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀主要用于铣削平面,粗铣时铣刀直径选小一些,精铣时铣刀直径选大一些,当加工余量大且余量不均匀时,刀具直径选小一些,否则会造成因接刀刀痕过深而影响工件的加工质量。b.对立体曲面或变斜角轮廓外形工件加工时,常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀、盘形铣刀。c.高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽。如果加工余量较小,表面粗糙度要求较高时,可选用镶立方氮化硼刀片或镶陶瓷刀片的端面铣刀。d.毛坯表面或孔的粗加工,可选用镶硬质合金的玉米铣刀进行强力切削。e.加工精度要求较高的凹槽,可选用直径比槽宽小的立铣刀,先铣槽的中间部分,然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边。2.5 切削余量的确定在数控机床上加工零件时,切削用量都预先编入程序中,在正常加工情况下,人工不予改变。只有在试加工或出现异常情况时才通过速率调节旋钮或电手轮调整切削用量。因此程序中选用的切削用量应是最佳的、合理的切削用量。只有这样才能提高数控机床的加工精度、刀具寿命和生产率,降低加工成本。影响切削用量的因素有以下几种:机床切削用量的选择必须在机床主传动功率、进给传动功率以及主轴转速范围、进给速度范围之内。机床刀具工件系统的刚性是限制切削用量的重要因素。切削用量的选择应使机床刀具工件系统不发生较大的“振颤”。如果机床的热稳定性好,热变形小,可适当加大切削用量。刀具刀具材料是影响切削用量的重要因素。表 2-1 是常用刀具材料的性能比较。数控机床所用的刀具多采用可转位刀片(机夹刀片)并具有一定的寿命。机夹刀片的材料和形状尺寸必须与程序中的切削速度和进给量相适应并存入刀具参数中去。标准刀片的参数请参阅有关手册及产品样本。江苏大学本科毕业设计第 19 页 共 53 页表 2-1 常用刀具材料的性能比较刀具材料 切削速度 耐磨性 硬度硬度随温度变化高速钢 最低 最差 最低 最大硬质合金 低 差 低 大陶瓷刀片 中 中 中 中金刚石 高 好 高 小工件不同的工件材料要采用与之适应的刀具材料、刀片类型,要注意到可切削性。可切削性良好的标志是,在高速切削下有效地形成切屑,同时具有较小的刀具磨损和较好的表面加工质量。较高的切削速度、较小的背吃刀量和进给量,可以获得较好的表面粗糙度。合理的恒切削速度、较小的背吃刀量和进给量可以得到较高的加工精度。冷却液冷却液同时具有冷却和润滑作用。带走切削过程产生的切削热,降低工件、刀具、夹具和机床的温升,减少刀具与工件的摩擦和磨损,提高刀具寿命和工件表面加工质量。使用冷却液后,通常可以提高切削用量。冷却液必须定期更换,以防因其老化而腐蚀机床导轨或其他零件,特别是水溶性冷却液。以上讲述了机床、刀具、工件、冷却液对切削用量的影响。切削用量的选择原则,下面主要论述铣削加工的切削用量选择原则。铣削加工的切削用量包括:切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。从刀具耐用度出发,切削用量的选择方法是:先选择背吃刀量或侧吃刀量,其次选择进给速度,最后确定切削速度。江苏大学本科毕业设计第 20 页 共 53 页第三章 加工前的准备3.1 工序划分的主要原则零件是由多个表面构成的,这些表面有自己的精度要求,各表面之间也有相应的精度要求。为了达到零件的设计精度要求,加工顺序安排应遵循一定的原则。(1)先粗后精的原则各表面的加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行,目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。如果零件的全部表面均由数控机床加工,工序安排一般按粗加工、半精加工、精加工的顺序进行,即粗加工全部完成后再进行半精加工和精加工。粗加工时可快速去除大部分加工余量,再依次精加工各个表面,这样可提高生产效率,又可保证零件的加工精度和表面粗糙度。该方法适用于位置精度要求较高的加工表面。这并不是绝对的,如对于一些尺寸精度要求较高的加工表面,考虑到零件的刚度、变形及尺寸精度等要求,也可以考虑这些加工表面分别按粗加工、半精加工、精加工的顺序完成。对于精度要求较高的加工表面,在粗、精加工工序之间,零件最好搁置一段时间,使粗加工后的零件表面应力得到完全释放,减小零件表面的应力变形程度,这样有利于提高零件的加工精度。(2)基准面先加工原则加工一开始,总是把用作精加工基准的表面加工出来,因为定位基准的表面精确,装夹误差就小,所以任何零件的加工过程,总是先对定位基准面进行粗加工和半精加工,必要时还要进行精加工,例如,轴类零件总是对定位基准面进行粗加工和半精加工,再进行精加工。例如轴类零件总是先加工中心孔,再以中心孔面和定位孔为精基准加工孔系和其他表面。如果精基准面不止一个,江苏大学本科毕业设计第 21 页 共 53 页则应该按照基准转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面的加工。(3)先面后孔原则对于箱体类、支架类、机体类等零件,平面轮廓尺寸较大,用平面定位比较稳定可靠,故应先加工平面,后加工孔。这样,不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为定位基准面,而且在平整的表面上加工孔,加工变得容易一些,也有利于提高孔的加工精度。通常,可按零件的加工部位划分工序,一般先加工简单的几何形状,后加工复杂的几何形状;先加工精度较低的部位,后加工精度较高的部位;先加工平面,后加工孔。(4)先内后外原则对于精密套筒,其外圆与孔的同轴度要求较高,一般采用先孔后外圆的原则,即先以外圆作为定位基准加工孔,再以精度较高的孔作为定位基准加工外圆,这样可以保证外圆和孔之间具有较高的同轴度要求,而且使用的夹具结构也很简单。(5)减少换刀次数的原则在数控加工中,应尽可能按刀具进入加工位置的顺序安排加工顺序。3.2 装夹方式和夹具的选择在数控机床上加工零件时,为保证工件的加工精度和加工质量,必须使工件位于机床上的正确位置,也就是通常所说的“定位”,然后将它固定也就是通常所说的“夹紧”。工件在机床上定位与夹紧的过程称为工件的装夹过程。(1)工件的定位原理1)六点定位原理工件在空间有六个自由度,即沿 X、Y、Z 三个坐标方向的移动自由度和绕X、Y、Z 三个移动轴的旋转自由度 A、B、C,如下图所示。要确定工件在空间的位置,需要按一定的要求安排六个支撑点也就是通常所说的定位元件,以限制加工工件的自由度,这就是工件定位的“六点定位原理”。需要指出的是,工件形状不同,定位表面不同,定位点的布置情况也各不相同。江苏大学本科毕业设计第 22 页 共 53 页图 3-1 数控机床的坐标轴2)限制自由度与工件加工要求的关系根据工件加工表面的不同加工要求,有些自由度对加工要求有影响,有些自由度对加工要求无影响,对加工要求有影响的自由度必须限制,反之则不必限制。3)完全定位与不完全定位工件的六个自由度都被限制的定位成为完全定位,工件被限制的自由度少于六个,但不影响加工要求的定位,成为不完全定位,完全定位和不完全定位是实际加工中工件最常用的定位方式。4)工件安装的基本原则在数控机床上工件安装的原则与普通机床相同,也要合理地选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床的效率,在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点:a.力求设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。b.尽量减少装夹次数,尽可能在一次定位和装夹后就能加工出全部待加工表面。c.避免采用占机调整式方案,以充分发挥数控机床的效能。(2)工件的夹紧金属切削加工过程中,为保证工件定位时确定的正确位置,防止工件在切削力、离心力、惯性力或重力等作用下产生位移和振动,必须将工件夹紧。这种保证加工精度和安全生产的装置称为夹紧装置。1)对夹紧的基本要求江苏大学本科毕业设计第 23 页 共 53 页a.工件在夹紧过程中,不能改变工件定位后所占据的正确位置。b.夹紧力的大小适当,既要保证工件在加工过程中的位置不能发生任何变动,又要使工件不产生大的夹紧变形;同时也要使得加工振动现象尽可能小。c.操作方便、省力、安全。d.夹紧装置的自动化程度及复杂程度,应与工件的批量大小相适应。2)夹紧力方向和夹紧点的确定a.夹紧力应尽可能朝向主要定位基准,这样可以保证夹紧工件时不破坏工件的定位,影响工件的加工精度要求。b.夹紧力方向应有利于减少夹紧力,要求能够在最小的夹紧力作用下,完成零件的加工过程。c.夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的方向和方位上,这一原则对刚性较差的零件特别重要,可以保证零件的夹紧变形量最小。d.夹紧力作用点应尽量靠近零件的加工表面,保证主要夹紧力的作用点与加工表面之间的距离最短,可有效提高零件装夹的刚性,减少加工过程中的振动。e.夹紧力的作用方向应在定位支撑的有效范围内,不破坏零件的定位要求。(3)夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求,一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定;二是要能保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关系。依据零件毛料的状态和数控机床的安装要求,应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。除此之外,还要考虑以下几点:1)当零件加工批量不大时,应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具,以缩短生产准备时间,节省生产费用。在成批生产时可以考虑采用专用夹具,同时要求夹具的结构简单。2)装夹零件要方便可靠,避免采用占机人工调整的装夹方式,以缩短辅助时间,尽量采用液压、气动或多工位夹具,以提高生产效率。3)在数控机床上使用的夹具,要能够安装准确,能保证工件和机床坐标系的相对位置和尺寸,力求设计基准、工艺基准与编程原点统一,以减少基准不江苏大学本科毕业设计第 24 页 共 53 页重合误差和数控编程中的计算工作量。4)尽量减少装夹次数,做到一次装夹后完成全部零件表面的加工或大多数表面的加工,以减少装夹误差,提高加工表面之间的相互位置精度,达到充分提高数控机床效率的目的。3.3 刀具的选择(1)影响数控铣床刀具选择的因素在选择刀具的类型和规格时,主要考虑以下因素的影响:1)生产性质指的是零件的批量大小,主要从加工成本上考虑对刀具选择的影响。例如在大量生产时采用特殊刀具,可能是合算的,而在单件或小批量生产时,标准刀具更适合一些。2)机床类型:完成该工序所用的数控机床对选择的刀具类型钻、车刀或铣刀)的影响。在能够保证工件系统和刀具系统刚性好的条件下,允许采用高生产率的刀具,例如高速切削车刀和大进给量车刀。3)数控加工方案:不同的数控加工方案可以采用不同类型的刀具。例如孔的加工可以用钻及扩孔钻,也可用钻和镗刀来进行加工。4)工件的尺寸及外形也影响刀具类型和规格的选择,例如特型表面要采用特殊的刀具来加工。5)加工表面粗糙度影响刀具的结构形状和切削用量,例如毛坯粗铣加工时,可采用粗齿铣刀,精铣时最好用细齿铣刀。6)加工精度影响精加工刀具的类型和结构形状,例如孔的最后加工依据孔的精度可用钻、扩孔钻、铰刀或镗刀来加工。7)工件材料将决定刀具材料和切削部分几何参数的选择,刀具材料与工件的加工精度、材料硬度等有关。(3)刀具的选择方法1)根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件,建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。2)根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主,应选择刚性较好、精度较低的刀具,半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和江苏大学本科毕业设计第 25 页 共 53 页产品质量为主,应选择耐用度高、精度较高的刀具,粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具,建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具,因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损,涂层磨损修光,继续使用会影响精加工的加工质量,但对粗加工的影响较小。3)根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄摆零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角,以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀,齿数也不要超过 4 齿。江苏大学本科毕业设计第 26 页 共 53 页第四章 制定加工工艺及编程4.1 加工分析4.1.1 形状结构分析如图 4-1 所示的零件,零件的主体结构是一个厚度为 40mm、界面为200mm200mm 的扁四棱柱,所用的材料是 45 钢,无热处理要求。四棱柱的四个侧棱分别加工成 C10mm 的倒棱;正中央从前向后加工一个变长为 20 的正六边形,深度为 28mm;在零件的前面加工一个环形槽,内径为 85mm、外径为 99mm深度为 4.5mm。从前向后加工 4 个 15 0+0.1mm、深度为 25mm 的盲孔。位置如图 4-1 所示。零件后面的左右两侧各加工深度为 5mm 的长方形的阶梯面,使中部形成一个突起。从后向前加工 8 个 M6,深度为 15mm 的螺纹孔,位置如图 4-1 所示。4.1.2 尺寸分析零件图的尺寸标注清晰、合理、完整,长度方向以左右对称面为基准,高度方向以 A 面为基准、从前向后加工的四个盲孔定位尺寸是 R95mm、45和 R100mm、60,8 个M6 螺纹盲孔的定位尺寸是 7mm、57mm、和 45mm。4.1.3 技术要求分析零件的前面及后侧面的凹面加工为 Ra为 3.2m 的表面,其余均加工为 Ra为 6.3m 的表面。前面对后侧的凹面有平行度公差要求,公差值为 0.05mm;后侧的左右两个凹面有平面度的公差要求,公差值为 0.05mm。毛坯选 210mm210mm45mm 的板材,在普通铣床上加工成200mm200mm41mm 的方料。江苏大学本科毕业设计第 27 页 共 53 页图 4-14.2 确定装夹及加工工艺以对称中心面为基准夹在平口钳上,左侧面靠在固定钳口上,工件翻转装夹时,左侧面仍靠在固定钳口上。先加工顶面,然后加工底面。将零件装夹在平口钳上,底部朝下,使用等高垫铁。1. 精铣顶面。2. 铣四个侧棱的 C10mm 的倒棱。3. 铣顶面上的环形槽至准确尺寸。4. 钻 34mm 的孔。5. 铣正六边形至准确尺寸。6. 钻 4 个 15mm 的孔。7. 粗、精铣底面的阶梯面至准确尺寸。8. 钻 8 个 M6 的底孔,孔深 20mm。9. 用丝锥加工螺纹,深度为 15mm。江苏大学本科毕业设计第 28 页 共 53 页4.2.1 确定刀具选择 100 的硬质合金机夹盘铣刀,加工顶面与底面,选择 30mm 硬质合金立铣刀加工倒棱面,选择 6 高速钢键槽铣刀加工环槽,分别选15mm、34mm、5mm、5.15mm 高速钢钻头加工孔、正六边形和螺纹底孔,选择 M6 高速钢丝锥加工螺纹孔。4.2.2 编制切削用量(1)确定背吃刀量和侧吃刀量顶面精铣一刀,留底面加工余量 P=0.3mm,侧吃刀量取 f75mm;底面阶梯面粗铣、精铣各加工一刀,粗铣阶梯面留加工余量 P=0.3mm,侧吃刀量 f取 75mm,留加工余量 f=0.5mm;顶面环槽加工,背吃刀量取 P=2.25mm,两侧各留侧吃刀量 f=0.5mm;倒棱面的加工,背吃刀量取 P=10mm,侧面不留余量;六边形加工,背吃刀量取 P=3mm,留加工余量 0.2mm。(2)确定主轴转速100mm 硬质合金机夹盘铣刀,切削速度取 Vc=95m/min,n=300r/min;30mm 硬质合金立铣刀,切削速度取 Vc=85m/min,n=90r/min;6mm 高速钢键槽铣刀,切削速度取 Vc=25m/min,n=1300r/min;15mm 高速钢钻头,切削速度取 Vc=18m/min,n=380r/min;34mm 高速钢钻头,切削速度取 Vc=18m/min,n=380r/min;5mm 高速钢铣刀,切削速度取 Vc=25m/min,n=1200r/min5.15mm 高速钢钻头, 切削速度取 vc=15m/min,n=1100r/min;高速钢 A2 中心钻,切削速度取 vc=20m/min,n=800r/min;22mm 高速钢钻头,切削速度取 vc=18m/min,n=500r/min;17mm 高速钢钻头,切削速度取 vc=18m/min,n=550r/min;M6 高速钢丝锥,切削速度取 vc=2.5m/min,n=180r/min;(3)确定进给速度粗铣平面,选取每齿进给量 fz=0.20mm/z;精铣平面,选取每齿进给量 fz=0.10mm/z;江苏大学本科毕业设计第 29 页 共 53 页铣削倒棱面,选取每齿进给量 fz=0.15mm/z;粗铣环槽,选取每齿进给量 fz=0.15mm/z;精铣环槽,选取每齿进给量 fz=0.10mm/z;钻 34mm 孔,选取进给量 f=0.20mm/r;粗铣六边形,选取进给量 fz=0.15mm/z精铣六边形,选取进给量 f=0.10mm/z钻 15mm 孔,选取进给量 f=0.15mm/r;钻 5.15mm 孔,选取进给量 f=0.08mm/r;钻中心孔,选取进给量 f=0.20mm/r;倒角,选取进给量 f=0.20mm/r;(4)选择走刀路线。以零件的对称中心为工件坐标系的原点,上表面(工件翻转后重新对刀)为 Z=0。环槽加工路线如图 4-2 所示,各孔加工方案如图 4-3 所示。图 4-2 环槽及孔加工示意江苏大学本科毕业设计第 30 页 共 53 页图 4-3 螺纹孔加工示意4.3 加工工序安排产品名称或代号 零件名称 零件图号单位名称工序号程序编号 夹具名称 使用设备 车间001工步号工步内容 刀具号 刀具规格(mm)主轴转速(r/min)进给量(mm/z或mm/r)背吃刀量(mm)侧吃刀量(mm)1 精铣顶面 T01 100 300 0.10 0.32 铣 4 个侧棱的 C10mm 倒棱T02 30 900 0
收藏
编号:157390
类型:共享资源
大小:705.31KB
格式:RAR
上传时间:2017-10-27
50
积分
- 关 键 词:
-
多边形
深孔类
零件
数控
铣床
程序
工装
设计
- 资源描述:
-
1975_多边形深孔类零件数控铣床程序及工装设计,多边形,深孔类,零件,数控,铣床,程序,工装,设计
展开阅读全文
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 装配图网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。