JX01307-短轴的数控车削加工工艺及编程
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毕业设计(论文)任务书论文题目:短轴的数控车削加工工艺及编程专业名称: 班级名称: 学生姓名: 指导老师: 二一 年 * 月 * 日第 2 页 共 20 页目录1.绪论42.零件的分析52.1零件的主要作用52.2零件的主要加工面及技术要求52.3零件的材料53.定位基准63.1粗基准的选择63.2精基准的选择64.拟定数控加工工艺路线64.1加工方法64.2加工阶段的划分74.3加工顺序的安排74.4工序划分75.工序的拟定85.1机床设备的选择85.1.1机床的选择85.1.2工艺装备的选择95.2切削用量的确定106.数控编程及程序调试126.1数控编程的内容126.2数控编程的方法126.3加工程序清单136.4程序校验及首件试切15设计总结17致谢19参考文献20短轴的数控车削加工工艺及编程摘要轴类零件在整个制造工业中发挥着重要作用。在汽车领域起着连接动力装置和运动装置的部位,在重型机械领域,起着传动动力,吊卸重物的重要组成部分等。短轴作为轴类零件的一种,在整个轴类零件中也扮演着重要角色。现根据其零件特性,对其加工过程作详细分析,确定了加工过程中所选刀具的种类、型号及其注意事项,并总结出该轴类零件的加工过程。关键词:数控车床 工艺路线 数控编程 数控仿真第 20 页 共 20 页短轴的数控车削加工工艺及编程1.绪论随着科学技术的高速发展,制造业发生了根本性的变化。由于数控技术的广泛应用,普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替,形成了巨大的生产力。专家们预言:二十一世纪机械制造业的竞争,其实是数控技术的竞争。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础,现代的CAM/CAD,FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等,都是建立在数控技术之上;数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率、提高企业的市场适应能力和竞争能力必不可少的物质手段;数控技术是国防现代化的重要战略物质,是国际技术和商业贸易的重要构成。因而可以毫不夸张地说:数控技术是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业,其水平高低和拥有量是衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控技术的广泛应用,给机械制造业生产方式、产品结构、产业结构带来深刻的变化。随着我国工业现代化进程逐步加快,数控技术在制造业中越来越多地得到应用。目前,我国制造工业中,从事数控机床制造和生产的科技人员以及数控机床的操作员、程序员和维修人员都非常缺乏。特别是在我国的经济特区,数控人才非常抢手。因此。数控人才的缺乏是制约我国数控技术推广应用的极其重要的因素。数控加工技术对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。2.零件的分析2.1零件的主要作用图2.1所示为短轴零件图,该零件为数控车削零件中的典型零件,其主要作用是用来对在校知识的考验,并通过对该零件的分析让我们对零件的工艺过程有更深刻的理解。图2.1 零件图2.2零件的主要加工面及技术要求零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等,这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。从图2.1中可以看出,该零件加工表面由圆柱面、圆锥面、球面及螺纹等形状特征组成。圆柱面直径的精度要求较高,是主要加工表面,其尺寸公差最高达到0.02mm,在加工时需要合理的选用切削用量及注意刀具的锋利性;表面粗糙度最高为1.6,在数控车削中可以达到此要求。2.3零件的材料零件的材料为45钢,切削加工性能较好,并且无热处理要求。毛坯尺寸为3065mm。45钢属于中碳钢,这类钢的强度和韧度均较好,经过热处理,特别是调质处理后,性能可有显著提高,广泛用作各种重要机械零件,如主轴、齿轮、键、连杆等;也可以进行表面淬火处理,用作表面耐磨零件。但因碳钢淬透性差,不宜用作形状复杂或大截面的重要工件。3.定位基准制定机械加工工艺规程时,定位基准的选择是否合理,将直接影响零件加工表面此处、形状精度和相互位置精度,同时对加工顺序的安排也有这重要的影响。定位基准选择不同,工艺过程也将随之而异。3.1粗基准的选择该零件需要进行两次装夹才能完成所有工序,在第一次装夹时,所用到的基准,我们可将其定为粗基准,该零件的粗基准设为该零件的毛坯外圆,即30外圆。根据该基准加工20外圆及24外圆至图样尺寸。3.2精基准的选择在第二次装夹时,由于15外圆对20外圆有同轴度要求,又从图样上得知,20外圆表面有基准符号标识,所以选择20外圆表面为精基准(夹紧),然而为了控制该零件的位置,还缺少一个自由度,因此我们选择24外圆左端面为基准定位,加工剩余的表面。由上可知,该零件的精基准为:20外圆表面及24外圆左端面。4.拟定数控加工工艺路线数控加工的工艺路线设计与普通机床加工的常规工艺路线拟定的区别主要在于它仅仅是几道数控加工工艺过程的概括,而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程。由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的工艺过程中间,因而工艺路线设计中一定要兼顾常规工序的安排,使之与整个工艺过程协调。4.1加工方法该零件属于回转型零件,归于轴类,是典型的车削加工零件,所有工序都可以在车床上完成,根据前面所叙述的零件的结构工艺,确定该零件在数控车床上进行加工。4.2加工阶段的划分该零件精度要求较高,其粗、精加工应该分开,以保证零件的质量。该零件划分为两个阶段,即粗车(粗车外圆、切槽、车螺纹)、精车(精车外圆、螺纹)。4.3加工顺序的安排加工顺序的安排应该根据零件的结构和毛坯状况,结合定位和夹紧的需要一起考虑,重点应保证工件的刚度下不被破坏,尽量减少变形。加工顺序的安排应遵循下列原则:(1)基准先行。上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面。制定零件的整个工艺路线时一般是从最后一道工序开始往前推,按照前工序为后工序提供机组和您的原则先大致安排。(2)先面后孔,先简单后复杂。先加工平面后加工孔,先加工简单的几何形状再加工复杂的几何形状。(3)先粗后精,粗精分开。(4)减少安装次数。以相同定位、夹紧方式安装的工序,最好接连进行,以减少重复定位次数、换刀和装夹次数。4.4工序划分数控机床上加工零件与普通机床加工相比,工序可以比较集中。根据数控加工的特点,确定该零件的工序按照定位方式进行划分,即:一次装夹作为一道工序,该零件需要两次装夹,因次该零件的工序分别为:装夹毛坯外圆,车削左端轮廓;装夹20外圆,车削右端外轮廓,切槽,车螺纹。综上所述,制定该零件的机械加工工艺过程卡片如表4.1所示。表4.1机械加工工艺过程卡片序号工序名称工序内容设备及工装1备料制作毛坯3065mm棒料2车夹毛坯外圆表面,车零件左端20外圆、24外圆。数控车床3检验自检上道工序尺寸20、24。4车 夹20表面,车右端外轮廓。 切螺纹退刀槽。 车螺纹。数控车床5钳去所有工序尖边毛刺6检验5.工序的拟定工艺路线拟定后,各道工序的内容已基本确定,接下来就要对每道工序进行设计。工序设计包括为各道工序选择机床及工艺装备,确定进给路线,确定加工余量,计算工序尺寸及公差,选择切削用量,计算工时定额等内容。5.1机床设备的选择5.1.1机床的选择随着批量的不同,应采用不同的机床进行加工。当零件不太复杂、批量又较小时,宜采用通用机床;当生产批量很大时,宜采用专用机床;在多品种、小批量生产的情况下,对复杂零件使用数控机床能获得较高的经济效益。选择机床时,主要考虑以下因素:(1)机床规格应与工件的外形尺寸相适应,即大件用大机床,小件用小机床。(2)机床精度应与工件加工精度要求相适应。机床精度过低,不能保证加工精度;机床精度过高,又会增加工件的制造成本,应根据工件的精度要求合理选择。(3)机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。单件小批生产用通用设备或数控机床,大批大量生产应选高效专用设备。(4)与现有条件相适应。根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定机床,避免“闭门造车”。在确定用数控机床加工时还应注意,不同类型的零件应在不同的数控机床上加工。数控车床适于加工形状比较复杂的轴类零件及复杂曲线回转形成的模具内型腔。5.1.2工艺装备的选择工艺装备选择的合理与否,将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济性。应根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。(1)刀具的选择选择刀具时,一般优先采用标准刀具。必要时,可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。本题中所选择的刀具如表5.1所示。表5.1 数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称短轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径备注1T0190外圆粗车刀1粗车外圆轮廓25252T0290外圆精车刀1精车外圆轮廓25253T034mm切槽刀1切槽25254T0460螺纹车刀1车螺纹M181.52525(2)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;二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外,重点考虑以下几点:单件小批量生产时,优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具,以缩短生产准备时间和节省生产费用。成批生产时才考虑采用专用夹具,并力求结构简单。零件的装卸要快速、方便、可靠,以缩短机床的停顿时间。夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工,即夹具要敞开,其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀。为提高数控加工的效率,批量较大的零件加工采用多工位、气动或液压夹具。综上所述,本题中的零件采用通用夹具三爪自定心卡盘,在第二次装夹时,避免夹伤第一次车削好的表面,因此在装夹时要在零件的表面垫上一层铜皮,以确保零件的表面质量及精度。5.2切削用量的确定正确的选择切削用量,对保证产品质量,提高效率,降低加工成本具有重要作用。切削用量的选择主要根据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求进行,同时还要兼顾刀具的耐用度、工艺系统的刚度和机床功率等条件。其基本原则是:在工艺系统刚性允许时,应首先选择以个尽可能大的,其次选择以个较大的f,最后在刀具耐用度和机床功率允许下选择以个合理的Vc。的选择 主要根据加工余量和工艺系统的刚度确定。粗加工时,在留下精加工、半精加工的余量后,尽可能一次走刀将剩下的余量切除;若余量过大不能一次切除,也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀应尽可能大些,使刀口在里层切削,避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。当冲击载荷较大或工艺系统刚度较差时,可适当降低,使切削力减小。精加工时,应根据粗加工留下的余量确定,采用逐渐降低的方法,逐步提高加工精度和表面质量。f的选择 粗加工时,f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制,一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好的,可用大些的f;反之,适当降低f。精加工时,f应根据工件的表面粗糙度要求选择,粗糙度小的取较小的f,但又不能过小,因为f过小,切削厚度过薄,粗糙度反而会增大,且刀具磨损加剧。Vc的选择 Vc主要根据工件材料、刀具材料和机床功率来选择。刀具材料好可选得高些。粗糙度要求小的,要避开积屑瘤产生,高速钢刀取小的Vc,硬质合金取较高的Vc。表面有硬皮或断续切削时,应适当降低Vc。工艺系统刚性差的Vc应减小。本题中的切削用量选择请参见数控加工工序卡片。表5.2 数控加工工序卡(工序2)数控加工工序卡产品名称零件名称零件图号短轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间2O0001三爪自定心卡盘数控车床工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速/(r/min)进给速度(mm/min)背吃刀量/mm备注1装夹毛坯外圆表面,粗车20及24所在的轮廓T0190外圆粗车刀5001201.5自动2精车20及24所在的轮廓T0290外圆精车刀800800.5自动表5.3 数控加工工序卡(工序4)数控加工工序卡产品名称零件名称零件图号短轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间4O0002三爪自定心卡盘数控车床工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速/(r/min)进给速度(mm/min)背吃刀量/mm备注1装夹外圆表面,垫上铜皮,以24外圆左端面定位,找正24外圆跳动在0.01mm内。2粗车外轮廓T0190外圆粗车刀5001201.5自动3精车外轮廓T0290外圆精车刀800800.5自动4切槽T034mm宽槽刀45045自动5车螺纹T0460螺纹车刀400自动6.数控编程及程序调试6.1数控编程的内容数控编程的主要内容有:分析零件图纸、确定加工工艺过程、计算数值、编写零件加工程序、制作控制介质、校验程序及首件试切。前面已经对零件图纸进行了分析,并确定了加工工艺过程,下面需要对该零件的坐标点数值进行计算。数值的计算实际就是尺寸分析和作图、选择计算方法、数值计算、对误差分析与计算等。它除了利用一些三角函数、等角转换、直线差补等一些数学计算方法,还有一个简单而直接的方法就是通过CAD图中直接标注从而获得坐标尺寸。本题中的零件外形简单,通过直线差补的方式即可算出所需要的坐标点。6.2数控编程的方法数控编程主要分为手工编程和自动编程两类。手工编程就是从分析零件图样、确定工艺过程、计算数值、编写零件加工程序单、制备控制介质到校验程序都由人工完成。自动编程即用计算机自动编制数控加工程序。编程人员根据加工零件图纸的要求,进行参数选择和设置,由计算机自动地进行数值计算、后置处理,编写出零件加工程序单,直接将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床,控制机床进行加工。本题中的零件形状简单,采用手工编程即可,计算较简单,程序短。6.3加工程序清单第一次装夹时的程序,编号O0001,主要加工表面20和24。O0001T0101M03 S500M08G00 X32 Z2G71 U1.5 R0.5G71 P100 Q200 U0.5 W0.5 F120N100 G00 X0 G01 Z0 F80 X11.99 G03 X19.99 Z-4 R4 G01 Z-10 X22.01 X24.01 W-1 Z-24 G00 X32N200 Z2G00 X100 Z100T0202M03 S800G00 X32 Z2G70 P100 Q200G00 X100 Z100M05M30第二次装夹时的程序,编号O0002,主要加工部位有20锥面长15mm、15长5mm、螺纹M181.5长16、槽164mm宽等。O0002T0101M03 S500M08G00 X32 Z2G71 U1.5 R0.5G71 P100 Q200 U0.5 W0.5 F120N100 G00 X0 G01 Z0 F80 X4.6 G03 X10.6 Z-2.5 R3 G01 X14.99 Z-15 Z-20 X18 W-1.5 Z-40 X22.01 X24.01 W-1 W-2 G00 X32N200 Z2G00 X100 Z100T0202M03 S800G00 X32 Z2G70 P100 Q200G00 X100 Z100T0303M03 S450G00 X26 Z-40G01 X15.98 F45X26G00 X100Z100T0404M03 S400G00 X20 Z-18G76 P010260 Q100 R100G76 X16.05 Z-38 P900 Q500 F1.5G00 X100 Z100M05M306.4程序校验及首件试切程序必须经过校验和试切才能正式使用。校验的方法是用输入的程序让机床空运转,以检查机床 运动该轨迹是否正确。在有CRT图形显示屏的数控机床上,用模拟刀具与工件切削过程的方法进行检验。但这些方法只能检验出运动石佛正确,不能查出被加工零件的加工精度。因此还要进行零件的首件试切。当发现有加工误差时,应分析误差产生的原因,找出问题所在并加以修正。程序检验除了采用机床空运转的方法外,还可以采用一些仿真软件进行校验,仿真软件可以更形象的表示程序的校验,并能够完成零件的试切,加工完成后可以测量零件的尺寸,下面来简单介绍下该零件的仿真情况。首先,打开斯沃数控仿真软件V6.2单机版,选择FANUC OiT机床,运行后将可以看到如图6.1所示界面。图6.1 斯沃数控仿真软件FANUC OiT机床操作界面机床开启后,按下急停解除按钮,并将程序锁打开,将机床回零。然后在编辑状态下新建以个程序,将本题中的程序写入记事本,储存为.NC格式文件,然后导入机床内;程序输入后,设置好工件,将工件尺寸设置为3065mm;再设置好所需要的刀具并对刀;接下来关上窗门,按下循环启动进行加工。本题中的两程序的仿真效果图如图6.2和6.3所示。图6.2 O0001程序仿真效果图图6.3 O0002程序的仿真效果图最好加工完毕后的零件实体图形如图6.4所示。图6.4 零件三维图设计总结通过短短三个月的论文阶段,对数控技能操作以及理论知识有了一定得了解,为之得到了很多以前在学校难以解决得答案。这段时间通过与同伴们仔细研究与探讨,了解到了数控专业在当今社会的发展以及所在地区的热点信息。通过论文让我对数控有了一定的了解以及需要掌握的基础知识。根据以上参考文献及书籍让我从中了解了一下基本知识,使我对机械方面的知识也产生了一定的兴趣。例如:1.在加工零件的工艺分析时应当选择数控加工零件及其加工的主要内容,应该对零件的数控加工工艺性进行全面、认真、仔细的分析。主要内容包括产品得零件图样分析、结构工艺分析和零件安装方式的选择等内容。数控加工工艺性分析涉及的知识面很广。换句话来说他又是被“机械”这个大家话所涵盖。2.我们在加工零件时通常对表面加工比较精确,他时通过从粗加工到半精加工再到精加工这一过程中逐步形成的,对那些表面形成仅仅只是根据质量的要求选择相应的的加工过程和步骤,这样才能确认我们最终所加工出来的零件是否合样!3.在做零件加工时我们应当确认加工方案,根据主要的表面精度和粗糙度的要求确认零件的加工方法。4.我们在加工每道工序和步骤时都要通过数控机床得回转时间来确定零件的精确度。总而言之,本次论文探讨使我对数控有了深入的了解,以前,虽然自己使数控专业的学生,但实际了解数控方面得东西真的很少,那时似乎对数控也没有多大的兴趣,但通过出来实习进行实际操作以及和同事了解加上自己的摸索,使自己对数控产生了很大的兴趣,研究起来也感觉很有意义。通过本次论文,发现自己在数控方面也需要进一步的学习,加强自己得操作技能以及实践能力。同事了解社会行情,理会数控在地区城市的发展,使自己的脚步能够与数控同步学习。这些才使最根本。在本次论文中我吸取了部分专业性的理念-就是机械行业在当代社会称“胜利”的缘由。致谢时光匆匆如流水,转眼便是大学毕业时节,春梦秋云,聚散真容易。在这个美好的季节里,我在电脑上敲出了最后一个字,心中涌现的不是想象已久的欢欣,却是难以言喻的失落。是的,随着论文的终结,意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束,尽管百般不舍,这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。三年寒窗,所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识,更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友,无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾,让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度,谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。还要感谢我的父母,给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育的机会,养育之恩没齿难忘;他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣,让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依,而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里,我会更加努力的学习和工作,不辜负父母对我的殷殷期望!我一定会好好孝敬和报答他们!还有许多人,也许他们只是我生命中匆匆的过客,但他们对我的支持和帮助依然在我记忆中留底了深刻的印象。在此无法一一罗列,但对他们,我始终心怀感激。最后,我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢!参考文献1.任殿阁,张佩勤主编设计手册辽宁科学技术出版社1991年9月2.付铁主编计算机辅助机械设计实训教程北京理工大学出版社2003年2月3.方世杰主编机械优化设计机械工业出版社2003年3月4.曹桄 高学满主编 金属切削机床挂图上海交通大学出版社1984年8月5.吴宗泽 罗圣国主编 机械设计课程设计手册高等教育出版社1982年12月
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