異形軸3零件的數(shù)控工藝分析與編程任務書

1、中北大學課程設計說明書 目 錄1 零件的工藝分析11.1零件圖的分析：1 1.1.1加工材料和毛坯選擇2 1.1.2機床的選擇3 1.1.3 確定零件的定位基準和裝夾方式31.2確定零件的工藝過程：4 1.2.1 加工方法的選擇4 1.2.2加工方案的確定41.3確定加工順序及進給路線4 1.3.1零件加工必須遵守的安排原則4 1.3.2進給路線41.4刀具的選擇5 1.4.1主軸轉速的確定6 1.4.2進給速度（進給量）F(mm/r，mm/min)的選擇6 1.4.3 背吃刀量確定72 程序編制：83 程序仿真93.1仿真軟件介紹93.2仿真步驟與結果10 3.2.1仿真系統(tǒng)10 3.2.2

2、 回零10 3.2.3 毛坯尺寸11 3.2.4 刀具選擇12 3.2.5主軸轉動13 3.2.6 刀具半徑補償及對刀14 3.2.7程序輸入15 3.2.8 模擬加工路線15 3.2.9外輪廓16 3.2.10 零件圖164 設計小結175 參考文獻18221 零件的工藝分析 零件的結構工藝性是指所設計的零件在能滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟性，即所設計的零件結構應便于成形，并且成本低，效率高。1.1零件圖的分析：如圖1所示 1.61.61.61.6 圖1零件現(xiàn)對該零件進行工藝分析： 由圖我們可知，該零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成。其中多個直徑尺寸有較嚴的尺寸精

3、度和表面粗糙度等要求；球面S50mm的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。零件符合數(shù)控加工尺寸標注要求，輪廓描述清楚。零件材料為45鋼，毛壞為棒料。 生產(chǎn)要求：小批生產(chǎn)編寫加工程序，不準用砂布和銼刀修飾平面，這是對平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB1804-M，熱處理，調(diào)質處理，HRC25-35，未注粗糙度部分光潔度按Ra3.2， 數(shù)控加工基本工藝特點：數(shù)控機床加工工藝與普通機床加工原則上基本相同，但數(shù)控機床是自動進行加工，因而有如下特點：數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機床的加工內(nèi)容復雜，加工的精度高，加工的表面質量高，加工的內(nèi)容較豐富。數(shù)控機床加工程序的編制比普通機床工藝編制要復雜

4、些。這是因為數(shù)控機床加工存在對刀、換刀以及退刀等特點，這都無一例外的變成程序內(nèi)容，正是由于這個特點，促使對加工程序正確性和合理性要求極高，不能有絲毫的差錯。否則加工不出合格的零件。經(jīng)上面的分析，我可以采用一下幾點工藝措施：（1） 對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2） 在輪廓曲線上，有3處圓弧，其中2處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性。（3） 零圖紙中含有圓柱度，為保證其形位公差，應盡量一次裝夾完成左端面的加工以保證其數(shù)值。（4） 本設計圖紙中的各平面和外輪廓表面的粗

5、糙度要求可采用粗加工-精加工加工方案，并且在精加工的時候將進給量調(diào)小些，主軸轉速提高。（5） 有4處基點坐標需要計算，也可以在繪圖軟件中直接查出，即（30，-54）、（40，-69）、（40，-99）和（56,152）。（6） 為便于裝夾，毛坯件左端應預先車出夾持部分，右端面應先粗車并鉆好中心孔。毛壞選用棒料。1.1.1加工材料和毛坯選擇 該軸零件加工中，刀具與工件之間的切削力較大。工件材料的可切削性能。強度、硬度、塑性、提供冷切削加工、機械性能都跟工件的材料有關。所以選擇45鋼為該軸類零件的材料。45鋼的化學成分中含C0.42%0.50%，Si0.17%0.37%，Mn0.500.80%，P

6、 0.035%，S0.035%，Cr0.25%，N0.25%,Cu0.25%.45鋼在進行冷加工時硬度要求，熱軋鋼，壓痕直徑不小于3.9，布氏硬度不小于241HB，退火鋼壓痕直徑不小于4.4，布氏硬度不小于187HB，45鋼的機械性能：s335Mpa，b600Mpa，40，Ak47J。45鋼相對切削性硬質合金刀具1.0，高速鋼刀具1.0，45鋼經(jīng)濟合理對加工刀具的要求也合理，45鋼用途廣泛，主要是用來制造汽輪機、壓縮機，泵的運動零件制造齒輪、軸活塞銷等零件。根據(jù)以上數(shù)據(jù)適合該軸的加工。 一般的，選擇毛坯需要考慮幾個方面：A .材料的工藝B.毛皮尺寸工藝性能C.零件生產(chǎn)綱領，根據(jù)零件圖及加工要求

7、選擇毛坯材料：45鋼棒料，尺寸：。1.1.2機床的選擇：（1） 數(shù)控機床主要的規(guī)格和尺寸與工件的輪廓尺寸相適應，做到機床的合理使用（2） 數(shù)控機床的工作精度與工序要求的加工精度相適應，根據(jù)零件的加工精度要求選擇機床，如精度要求低的粗加工工序，應選擇精度低的機床，精度要求高的精加工工序，應選擇精度高的機床。（3） 機床的功率與剛度以及機動范圍應與工序的性質和最合適的切削用量相適應。（4） 裝夾方便 數(shù)控車床能對軸類或盤類等回轉體零件自動地完成內(nèi)外圓柱面、圓錐表面、圓弧面等工序的切削加工，并能進行切槽、鉆、擴等的工作。根據(jù)零件的工藝要求，可以選擇經(jīng)濟型數(shù)控車床，一般采用步進電動機形式半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

8、。此類車床機構簡單，價格相對較低，這類車床設置三爪自定心卡盤、普通尾座或數(shù)控液壓尾座，適合車削較長的軸類零件。根據(jù)主軸的配置的要求選擇臥式數(shù)控車床。數(shù)控車床具有加工精度高，能做直線和圓弧插補，數(shù)控車床剛性良好，制造和對刀精度高，能方便和精確地進行人工補償和自動補償，能夠加工尺寸精度要求較高的零件。能加工輪廓形狀特別復雜的表面和尺寸難于控制的回轉體，而且能比較方便的車削錐面和內(nèi)外圓柱面螺紋，能夠保持加工精度，提高生產(chǎn)效率。所以對加工時非常有利的。1.1.3 確定零件的定位基準和裝夾方式 粗基準選擇原則:（1）為了保證不加工表面與加工表面之間的位置要求，應選不加工表面作粗基準。（2）合理分配各加工

9、表面的余量，應選擇毛坯外圓作粗基準。（3）粗基準應避免重復使用。（4）選擇粗基準的表面應平整，沒有澆口、冒口或飛邊等缺陷。以便定位可靠。 精基準選擇原則；（1）基準重合原則：選擇加工表面的設計基準為定位基準；（2）基準統(tǒng)一原則，自為基準原則，互為基準原則。定位基準：確定毛壞料軸線和左端大端面（設計基準）為定位基準。裝夾方法：左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊，右端采用活動頂尖支撐。 1.2確定零件的工藝過程：1.2.1 加工方法的選擇加工方法的選擇原則是在保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顧生產(chǎn)效率和加工成本。在實際選擇中，要結合零件形狀、尺寸大小、熱處理要求和現(xiàn)有生產(chǎn)條件等全面考慮。

10、因為該零件是軸類零件，比較適合在車床上加工，又經(jīng)過對零件圖尺寸分析，尺寸精度比較高。在普通車床是難以保證其尺寸精度、表面粗糙度，所以應該選擇在數(shù)控車床上加工。1.2.2加工方案的確定 零件上精度比較高度表面加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。該零件的加工方案：取右邊圓的圓心作為加工坐標原點： 用外圓車刀加工外輪廓，用中心鉆鉆中心孔，用外螺紋車刀加工外螺紋。1.3確定加工順序及進給路線1.3.1零件加工必須遵守的安排原則先粗后精 先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。先主后次 先安排零件的裝配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如鍵槽、緊 固用的光孔和螺紋孔

11、等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常與主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前進行。先面后孔 對于箱體、支架、連桿、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。這樣可使工件定位夾緊穩(wěn)定可靠，利于保證孔與平面的位置精度，減小刀具的磨損，同時也給孔加工帶來方便?；嫦刃?用作精基準的表面，要首先加工出來。所以，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工(有時包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，軸類零件頂尖孔的加工1.3.2進給路線在數(shù)控加工中，刀具好刀位點相對于工件運動軌跡稱為加工路線。編程時，加工路線的確定原則主要有以下

12、幾點：（1）加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量；（3）應使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空行程時間。（4）確定加路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定一次走刀，還是多次走刀來完成所有加工表面，具體綜合上面進給線的特點再根據(jù)具體零件具體分析，我確定該零件的進給路線：加工順序按由粗到精，由近到遠的原則，即先從右到左進行粗車（留0.5mm精車余量），然后從右到左進行精車，最后車螺紋。1.4刀具的選擇數(shù)控刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。刀

13、具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。 在經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工過程中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：盡量減少刀具數(shù)量；一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工步驟；粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；先銑后鉆 ；先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；在可能的情況下，應盡可

14、能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。綜上所述：本零件的加工：(1) 選用5mm中心鉆鉆削中心孔。(2) 粗精車及平端面選用90°硬質合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉，副偏角不宜太小，選Kr´=35°。(3) 為減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)，精車和車螺紋選用硬質合金60°外螺紋車刀，刀尖圓弧半徑應小于輪廓最小圓角半徑，取re=0.150.2mm 。 表1 數(shù)控加工刀具卡產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號程序號序號刀具號刀具名稱刀具型號規(guī)格刀尖半徑mm備注加工表面數(shù)量1T0101外圓車刀90粗精車右偏外表面、端面10.42T0202螺紋車刀60外螺

15、紋螺紋10.23T0303中心鉆中心孔15數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。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(chǎn)率，降低成本。1.4.1主軸轉速的確定主軸轉速應根據(jù)允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。根據(jù)本例中零件的加工要求，考慮工件材料為45鋼，刀具材料為硬質合金鋼，粗加工選擇轉速500r/min,精加工選擇1200r/min車削外圓，考慮細牙螺紋切削力不大，采用

16、320r/min來車螺紋。 1.4.2進給速度（進給量）F(mm/r，mm/min)的選擇 進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工進度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制。一般粗車選用較高的進給速度，以便較快去除毛坯余量，精車以考慮表面粗糙和零件精度為原則，粗加工時，由于對工件的表面質量沒有太高的要求，這時主要根據(jù)機床進給機構的強度和剛性、刀桿的強度和剛性、刀具材料、刀桿和工件尺寸以及已選定的背吃刀量等因素來選取進給速度。精加工時，則按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素來選取進給速度。進給速度Vf可以按公式Vf =f&#

17、215;n計算，式中f表示每轉進給量，粗車時一般取0.30.8mm/r；精車時常取0.10.3mm/r；切斷時常取0.050.2mm/r。粗精外圓200mm/min180mm/min1.4.3 背吃刀量確定背吃刀量根據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量(除去精車量)，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工余量。本例中，背吃刀量的選擇大致為粗精外圓3mm0.2mm螺紋0.4mm0.1mm總之，切削用量的具體數(shù)值應根據(jù)機床性能、相關的手冊并結合實際經(jīng)驗用類比方法確定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互

18、適應，以形成最佳切削用量。切削用量對于不同的加工方法，需選用不同的切削用量。合理的選擇切削用量，對零件的表面質量、精度、加工效率影響很大。切削用量的選擇方法：粗車時，應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度。精車時，對加工精度和表面粗糙度要求較高，加工余量不大且較均勻，應著重考慮如何保證加工精度，且在此基礎上如何提高加工效率。因此，要求精車時應選用較?。ǖ荒芴。┑谋吵缘读亢瓦M給量，并選用性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，以盡可能提高切削速度。綜上所述，數(shù)控加工工序卡如下：單位數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號異形軸3   工序簡圖車 

19、   間使用設備數(shù)控車床加工車將 數(shù)控車床 工藝序號程序編號  夾具名稱夾具編號三爪自定心卡盤  工步號工  步  作  業(yè)  內(nèi)  容G功能刀 具 號主軸轉速進給速度背吃刀量備注 1車端面 G01 T0101 500 200 1 2 手工操作鉆中心孔  T0303950 

20、60;  3  粗車外輪廓G01 T0101 500 200  3 4 精車外輪廓 G01 T0101 1200  1500.2   5 車螺紋G92 T0202 320  0.4  6 粗鏜內(nèi)表面G01 T0202 1000 0.08 0.2  7 切斷&#

21、160;G01 T0303 200 0.1 4  8 調(diào)頭，車端面、倒角達到圖紙要求                       編制 審核 批準 年月日共  頁第  頁 表2 數(shù)控加工工序卡2 程序編制：O1000N010 T0

22、101N020 G00 X60 Z100 S500 M03N030 G71 U1 W1 R12N040 G71 P50 Q190 U0.5 W0.1 F200N050 G00 X26 S1200N060 G42 G01 Z0 F150N070 X30 Z-2N080 Z-18N090 X26 W-2N100 W-5N110 X36 W-10N120 W-10N130 G02 X30 Z-54 R15N140 G02 X40 Z-69 R25N150 G03 X40 Z-99 R25N160 G02 X34 Z-108 R15N170 G01 W-5N180 X56 Z-152N190 Z-16

23、5N200 G70 P50 Q190N210 G00 G40 X60 Z100N220 S320N230 T0202N240 G00 X30 Z5N250 G92 X29 Z-23 F1.5N260 X28.6N270 X28.3N270 X28.1N270 X28.05N270 G00 X60 Z100N270 M05N270 M303 程序仿真3.1仿真軟件介紹：市面上的仿真軟件有很多，例如：南京斯沃和上海宇龍、斐克，這里我們選用斯沃，南京斯沃軟件技術有限公司開發(fā)的，是結合機床廠家實際加工制造經(jīng)驗與高校教學訓練一體所開發(fā)的國內(nèi)第一款自動免費下載更新的數(shù)控仿真軟件。通過該軟件可以使學生達到實

24、物操作訓練的目的，又可大大減少昂貴的設備投入。斯沃數(shù)控仿真(數(shù)控模擬)軟件包括16大類，66個系統(tǒng)，121個控制面板。具有FANUC、SIEMENS(SINUMERIK)、MITSUBISHI、FAGOR、美國哈斯HAAS、PA、廣州數(shù)控GSK、華中世紀星HNC、北京凱恩帝KND系統(tǒng)、大連大森DASEN、南京華興WA、 江蘇仁和RENHE、南京四開、天津三英、成都廣泰GREAT、巨森數(shù)控JNC編程和加工功能，學生通過在PC機上操作該軟件，能在很短時間內(nèi)掌握各系統(tǒng)數(shù)控車、數(shù)控銑及加工中心的操作，可手動編程或讀入CAM數(shù)控程序加工，教師通過網(wǎng)絡教學，可隨時獲得學生當前操作信息。斯沃數(shù)控仿真軟件也是目前國內(nèi)唯一自動免費下載更新的數(shù)控仿真軟件。3.2仿真步驟與結果：3.2.1仿真系統(tǒng) 圖23.2.2 回零 圖33.2.3 毛坯尺寸 圖43.2.4 刀具選擇 圖53.2.5主軸轉動 圖63.2.6 刀具半徑補償及對刀 圖7 圖83.2.7程序輸入 圖9 3.2.8 模擬加工路線 圖103.2.9外輪廓 圖113.2.10 零件圖 圖124 設計小結：通過本次課程設計，進一步了解了車床的原理和操作規(guī)程，進一步提高了解決實際問題的能力；了解了數(shù)控車床的新工藝、新技術