wan.xjl渦輪軸數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

1、目錄前言1 緒 論1.11.21.3本課題的目的及任務(wù)數(shù)控加工原理與數(shù)控加工工藝概述數(shù)控車床的使用2 零件圖工藝分析3.選擇設(shè)備4.確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式5.確定加工順序及進(jìn)給路線6 刀具的選擇7.切削用量的選擇8.編制程序總結(jié)參考文獻(xiàn)前言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了讓更清楚地理解怎樣確定零件的加工方案，為即將走上工作崗位的畢業(yè)生打基礎(chǔ)，最后，讓在數(shù)控車加工出該零件達(dá)到圖紙要求。數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)的制造業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化。也給傳統(tǒng)的機(jī)械，機(jī)電專業(yè)的帶來新的機(jī)遇和。隨著我國綜合國力的進(jìn)一步加強(qiáng)和加入世貿(mào)組織。我國經(jīng)濟(jì)全面與國際接軌，并逐步成為全球制造中心，我國企業(yè)廣泛應(yīng)用現(xiàn)

2、代化數(shù)控技術(shù)參與國際競爭。數(shù)控技術(shù)是制造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，集成化的基礎(chǔ)，是提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率不可少的物資。此業(yè)設(shè)計(jì)讓畢業(yè)生更好的熟悉數(shù)控車床，確定加工工藝，學(xué)會分析零件為走上工作崗位打下基礎(chǔ)。工藝分析是數(shù)控車削加工的前期工藝準(zhǔn)備工作，工藝制定得合理與否，對程序編制、機(jī)床的加工效率和零件的加工精度都有重要的影響。因此，應(yīng)遵循一般的工藝原則并結(jié)合數(shù)控車床的特點(diǎn)，認(rèn)真而詳細(xì)地制定好零件的數(shù)控加工工藝。1 緒 論1.1 本課題的目的及任務(wù)本課程是高等工業(yè)院校機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生必須完成的一項(xiàng)作為圓滿畢業(yè)的大形作業(yè)，其目的是使學(xué)生學(xué)會歸納總結(jié)以前學(xué)過的所有知識并結(jié)合自己研究的課題，發(fā)揮自己的創(chuàng)造力。查閱

3、相關(guān)文獻(xiàn)，做實(shí)驗(yàn)，做研究，得出科學(xué)的結(jié)論，并能用之與科學(xué)實(shí)踐中，真正做到學(xué)所用。本課程的具體任務(wù)是：1 編寫課程設(shè)計(jì)大綱及詳細(xì)劃。2 初步掌握數(shù)控加工技術(shù)與本課程的聯(lián)系與應(yīng)用。3 初步具有正確選定一般機(jī)械零件的綜合加工方法及確定其工序位置，機(jī)床，刀具，夾具選擇的能力。1.2 數(shù)控加工原理與數(shù)控加工工藝概述1.2.1 數(shù)控加工原理與傳統(tǒng)的加工比較,數(shù)控加工與通用機(jī)床加工在方法與內(nèi)容上有許多相似之處,不同點(diǎn)主要表現(xiàn)在控制方法上,比機(jī)械加工為例,通用機(jī)床加工零件時(shí),工步的安排、機(jī)床運(yùn)動(dòng)的先后次序、位移量、走刀路線及有關(guān)切削參數(shù)的選擇等，都是由操作者自行考慮和決定的。且是用手工操作方法來進(jìn)行控制的。操

4、作者總是根據(jù)零件和工序卡的要求。在加工過程中不斷改變刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡和加工參數(shù)，使刀具對工件進(jìn)行切削加工，從而得到所需要的合格零件。如果采用自動(dòng)車床，仿型車床或仿型銑床加工，雖然也能達(dá)到對加工過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的，便其控制方式是通過預(yù)先配置的凸輪、擋塊或靠模來實(shí)現(xiàn)的。而在 CNC 機(jī)，傳統(tǒng)加工過程中的人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制所取代。其工作過程是：首先要將加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡、加工過程中主軸速度和進(jìn)給速度的變、冷卻液的開關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作，按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，然后將程序送入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求

5、，先進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成零件的加工。1.2.2 數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的概念、主要內(nèi)容及特點(diǎn)。（一）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的概念數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用各種方法和技術(shù)的總和。應(yīng)用于整個(gè)數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控加工機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 數(shù)控加工工藝過程的概念是利用切削工具在數(shù)控機(jī)直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。（二）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的

6、主要內(nèi)容（1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容；（2）對零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析；（3）零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定的確定；（4）數(shù)控加工工藝方案的制定；（5）工步、進(jìn)給路線的確定；（6）選擇數(shù)控機(jī)床的類型；（7）刀具、夾具、量具的選擇和設(shè)計(jì)；（8）切削參數(shù)的確定；（9）加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改；（10）首件試加工與現(xiàn)場問題處理；（11）數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔。（三）數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)由于數(shù)控加工具有加工自動(dòng)化程度高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、設(shè)備使用費(fèi)用高等特點(diǎn)，使數(shù)控加工相應(yīng)形成了下列特點(diǎn)。1. 數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求具體、詳細(xì)如前所述，在用通用機(jī)床加工時(shí)，許多具體的工

7、藝問題，如工藝中各工步的劃分與安排、刀具的幾何形狀及尺寸、走刀路線、加工余量、切削用量等，在很大程度上都是由操作根據(jù)自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自行考慮和決定的，一般無須工藝在設(shè)計(jì)工藝規(guī)進(jìn)行過多的規(guī)定，零件的尺寸精度也可由試切保證。而在數(shù)控加工時(shí)，原不可不在普通機(jī)由操作工人靈活掌握并可通過適時(shí)調(diào)整來處理的上述工藝問題，不僅成為數(shù)控工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)真考慮的內(nèi)容，而且編程必須事先設(shè)計(jì)和安排好并的選擇編入加工過程中。數(shù)控工藝不僅包括詳細(xì)描述的切削加工步驟，而且還包括工夾具型號、規(guī)格、切削用量和其他特殊要求的內(nèi)容以及標(biāo)有數(shù)控加工坐標(biāo)位置的工序圖等。在自動(dòng)編程中更需要確定詳細(xì)的各種工藝參數(shù)。2.數(shù)控加工工藝要求更嚴(yán)

8、密、精確數(shù)控機(jī)床自適應(yīng)性較差，它不能像普通機(jī)床加工時(shí)可以根據(jù)加工過程中出現(xiàn)比較地進(jìn)行人為調(diào)整。如在攻螺紋時(shí)，數(shù)控機(jī)床不知道是否已擠滿切屑，是否需要退刀一下切屑再繼續(xù)進(jìn)行，這些情況必須事先由工藝員精心考慮，否則可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的。在普通機(jī)床加工零件時(shí)，通常是經(jīng)過多次“試切”過程來滿足零件的精度要求，而數(shù)控加工過程是嚴(yán)格按程序規(guī)定的尺寸進(jìn)給的，因此要準(zhǔn)確無誤。在實(shí)際工作中，由于一個(gè)小數(shù)點(diǎn)或一個(gè)逗號事情的差錯(cuò)而釀成機(jī)故和質(zhì)量事故的例子屢見不鮮。因此，數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)密、精確。3.制定數(shù)控加工工藝要進(jìn)行零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計(jì)算編程尺寸并不是零件圖上設(shè)計(jì)的基本尺寸的簡單再現(xiàn)，在對

9、零件圖進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和計(jì)算時(shí)，編程尺寸設(shè)定值要根據(jù)零件尺寸公差要求和零件的形狀幾何關(guān)系重新調(diào)整計(jì)算，才能確定合理的編程尺寸。這是編程前必須要做的一項(xiàng)基本工作，也是制定數(shù)控加工工藝要必須進(jìn)行的分析工作（詳細(xì)分析見第四章第三節(jié)）。4.制定數(shù)控加工工藝選擇切削用量時(shí)要考慮進(jìn)給速度對加工零件形狀精度的影響數(shù)控加工時(shí)，刀具怎么從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走由數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)來控制的。根據(jù)插補(bǔ)原理分析，在數(shù)控系統(tǒng)已定的條件下，進(jìn)給速度越快，則插補(bǔ)精度越低；插補(bǔ)精度越低，工件的輪廓形狀精度越差（詳細(xì)分析見后）。因此，制定數(shù)控加工工藝選擇切削用量時(shí)要考慮進(jìn)給速度對加工零件形狀精度的影響，特別是高精度加工時(shí)影響非常明

10、顯。5. 制定數(shù)控加工工藝時(shí)要特別強(qiáng)調(diào)刀具選擇的重要性復(fù)雜形面的加工編程通常要用自動(dòng)編程來實(shí)現(xiàn)，由于絕大多數(shù)三軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床不具有刀具補(bǔ)償功能，在自動(dòng)編必須先選定刀具再生成刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡。若刀具預(yù)先選擇不當(dāng)，所編程序?qū)⒅荒芡频怪貋怼?.數(shù)控加工工藝的特殊要求（1）由于數(shù)控機(jī)床較普通機(jī)床的剛度高，所配的刀具也較好，因而在同等情況下，所采用的切削用量通常要比普通機(jī)床大，加工效率也較高。選擇切削用量時(shí)要充分考慮這些特點(diǎn)。（2）由于數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化程度越來越高，因此，工序相對集中是現(xiàn)代數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)，明顯表現(xiàn)為工序數(shù)目少，工序內(nèi)容多，并且由于在數(shù)控機(jī)盡可能安排較復(fù)雜的工序，所以數(shù)控加工

11、的工序內(nèi)容要比普通機(jī)床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。（3）由于數(shù)控機(jī)床加工的零件比較復(fù)雜，因此在確定裝夾方式和夾具設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意刀具與夾具、工件的問題。7.數(shù)控加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改是數(shù)控加工工藝的一項(xiàng)特殊內(nèi)容普通工藝中劃分工序選擇設(shè)備等重要內(nèi)容對數(shù)控加工工藝來說屬于已基本確定的內(nèi)容，所以制定數(shù)控加工工藝的著重點(diǎn)在整個(gè)數(shù)控加工過程的分析，關(guān)鍵在確定進(jìn)給路線及生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。復(fù)雜表面的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡生成需借助自動(dòng)編程軟件，既是編程問題，當(dāng)然也是數(shù)控加工工藝問題。這也是數(shù)控加工工藝與普通加工工藝最大的不同之處。1.3數(shù)控車床的操作. 手工編程操作將編制的加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，具體的操作方法是：先通過

12、機(jī)械操作面板啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床，接著由 CRT/MDI 面板輸入加工程序，然后運(yùn)行加工程序。1）啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床操作 機(jī)床啟動(dòng)按鈕 ON 程序鎖定按鈕 OFF2）編輯操作選擇 MDI 方式或 EDIT 方式按（PRGRM）健輸入程序名鍵入程序地址符、程序號字符后按（INSRT）鍵。 鍵入程序段 鍵入程序段號、操作指令代碼后按（INPUT）鍵。3）運(yùn)行程序操作 程序鎖定按鈕 ON 選擇自動(dòng)循環(huán)方式. 調(diào)用程序操作調(diào)用已在數(shù)控系統(tǒng)中的加工程序，具體的操作方法先通過機(jī)械操作面板啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床，接著調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)的加工程序，然后運(yùn)行程序。1）啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床操作 機(jī)床啟動(dòng)按鈕 ON 程序鎖定按鈕 OFF2）調(diào)用程序操作選

13、擇 MDI 方式或 EDIT 方式按（PRGRM）鍵調(diào)用程序鍵入程序地址符、程序號字符后按（INPUT）鍵。3）運(yùn)行程序操作 程序鎖定按鈕 ON 選擇自動(dòng)循環(huán)方式 按自動(dòng)循環(huán)按鈕. 數(shù)控車床對刀操作數(shù)控車床對刀方法有三種（圖 1）：試切削對刀法、機(jī)械對刀法和光學(xué)對刀法。圖 1數(shù)控車床對刀方法1）試切削對刀法對刀原理如圖 2 所示，假設(shè)刀架在外圓刀所處位置換上切割刀，雖然刀架沒有移動(dòng)，刀具的坐標(biāo)位置也沒有發(fā)生變化，但兩把刀尖不在同一位置上，如果不消除這種換刀后產(chǎn)生的刀尖位置誤差，勢必造成換刀后的切削加工誤差。圖 2數(shù)控車床對刀原理換刀后刀尖位置誤差的計(jì)算：X=X1-X2Z=Z1-Z2根據(jù)對刀原理

14、，數(shù)控系統(tǒng)了換刀后產(chǎn)生的刀尖位置誤差X、Z，如果具位置補(bǔ)償?shù)姆椒ù_定換刀后的刀尖坐標(biāo)位置，這樣能保證刀具對工件的切削加工精度。2）基準(zhǔn)刀對刀操作（圖 3） 用外圓車刀切削工件端面，向數(shù)控系統(tǒng)輸入刀尖位置的 Z 坐標(biāo)。用外圓車刀切削工件外圓，測量工件的外圓直徑，向數(shù)控系統(tǒng)輸入該工件的外圓直徑測量值，即刀尖位置的 X 坐標(biāo)。圖 3基準(zhǔn)刀對刀操作3） 一般刀對刀操作如圖 4 所示，用切割刀的刀尖對準(zhǔn)工件端面和側(cè)母線的交點(diǎn)，向數(shù)控系統(tǒng)輸入切割刀刀尖所在位置的 Z 坐標(biāo)和 X 坐標(biāo)。這樣，數(shù)控系統(tǒng)記錄了兩把刀尖在同一位置上的不同坐標(biāo)值，計(jì)算出換刀后一般刀與基準(zhǔn)刀的刀尖位置偏差，并通過數(shù)控系統(tǒng)刀具位置偏差

15、補(bǔ)償來消除換刀后的刀尖位置偏差。圖 4對刀操作. 刀位偏置值的修改與應(yīng)用如果車削工件外圓后，工件的外圓直徑大了 0.30mm。對此，可不用修改程序，而通過修改刀位偏置值來解決，即在 X 方向把刀具位置的偏置值減小 0.30mm，這樣就很方便地解決了切削加工中產(chǎn)生的加工誤差。2.零件圖工藝分析該零件表面有圓柱、圓錐、螺紋、鍵槽等表面組成。其中多個(gè)直徑尺寸有較嚴(yán)的尺寸精度要求和表面粗糙度要求；尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。零件材料為 45 鋼，無需熱處理和硬度要求。通過上述分析，可采用以下幾點(diǎn)措施。 對圖樣上給定的幾個(gè)精度要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。

16、在輪廓曲線上，有一處為螺紋加工，在加工時(shí)應(yīng)設(shè)置合適的退刀槽，一保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。 為了便于裝夾，根據(jù)零件形狀應(yīng)預(yù)先加工右端，右端面應(yīng)先車出并鉆好中心孔，右端加工了在加工左端。毛坯選長為 170 直徑為 40 棒料。3.選擇設(shè)備被加工零件為渦輪軸屬于圓柱軸類零件，材料為 45 鋼，無熱處理要求和硬度要求，選用 TND360 數(shù)控車床，零件有兩處為鍵槽加工選用一般銑床即可。4.確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式 定為基準(zhǔn)確定坯料軸線和左端面為定位基準(zhǔn) 裝夾方式加工右端時(shí)，左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊，右端采用活動(dòng)頂尖支承。加工左端時(shí)，右端采用三爪自定心卡盤定心夾緊，左端采用活動(dòng)頂尖支承的裝夾方式。

17、5.確定加工順序及進(jìn)給路線加工順序按由粗到精、由近到遠(yuǎn)的、由右到左的原則確定。此零件分成兩次加工，先加工右端然后調(diào)頭加工左端。先從右到左進(jìn)行粗車（留 0.25 的精車余量），然后從右到左進(jìn)行精車，最后車削螺紋。TND360 數(shù)控車床具有粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)功能，只要正確的使用編程指令，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就會自動(dòng)確定其進(jìn)給路線，因此該零件的粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)不需要人為確定其進(jìn)給路線（但精車的進(jìn)給路線需要認(rèn)為確定）。此零件要兩端加工所以需調(diào)頭加工，該零件表面加工右端輪廓精車進(jìn)給，如圖 11 所示。左端精車進(jìn)給，如圖 12所示.右端輪廓精車進(jìn)給路線左端輪廓精車進(jìn)給路線6.刀具選擇所有刀具都用材料 W18

18、Cr4V 選用 5mm 中心鉆鉆削中心孔。 粗車端面選用 90硬質(zhì)合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓，副偏角 Kr 不宜太小，選 Kr=35.精車選用 90硬質(zhì)合金右偏刀車螺紋選用硬質(zhì)合金 60外螺紋車刀，刀尖圓弧半徑應(yīng)小于輪廓最小圓角半徑,取最小圓角半徑等于 0.150.2mm。選用寬為 2mm 的切槽刀，切槽、切斷。兩個(gè)鍵槽用 10T 合金立銑刀。將所選的刀具參數(shù)填入數(shù)控加工刀具卡片中見表 13，以便編程和操作管理。表 13 數(shù)控加工刀具卡片7.切削用量的選擇產(chǎn)品名稱或X X X零件名稱典型軸零件圖號序號刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面?zhèn)渥?T015 的中心鉆1鉆 5 的中心鉆52T029

19、0硬質(zhì)合金右偏刀1車端面及粗車輪廓20203T0390硬質(zhì)合金右偏刀1精車輪廓20204T04硬質(zhì)合金 60外螺紋車刀1車螺紋20205T05切槽刀1切 2mm 槽，切斷B=2mm20206T06合金立銑刀10T1銑圖中兩個(gè)鍵槽10T編制審核批準(zhǔn)共 1 頁第 1 頁背吃刀量的選擇輪廓粗車循環(huán)時(shí)=3mm,精車=0.25mm；螺紋粗車時(shí)選=0.4mm，逐刀減少，精車=0.1mm。主軸轉(zhuǎn)速的選擇車直線時(shí)，查表選粗車切削速度 Vc=90mmin、精車切削速度 Vc=120mmin，然后利用公式 Vc=dn1000 計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速 n：粗車是 500rmin、精車是1200rmin.車螺紋按照 n1200

20、P-K,計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速是 n=320rmin.進(jìn)給速度的選擇查表選擇車粗、精車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，在根據(jù)加工的實(shí)際情況確定粗車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為 0.4mm r，精車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為 0.15mmr，最后根據(jù)公式 Vf=nf 計(jì)算粗車、精車進(jìn)給速度分別為 200mmmin 和 180mmmin。綜合前面分析的各項(xiàng)內(nèi)容，并將其填入表 14 所示的數(shù)控加工工藝卡片。此表是編制加工程序的主要依據(jù)和操作配合數(shù)控程序進(jìn)行數(shù)控加工的指導(dǎo)性文件。主要內(nèi)容包括：工步順序、工步內(nèi)容、各工步所用的刀具及切削用量等。表 14 渦輪軸零件數(shù)控加工工藝卡片名稱電子 機(jī)械高等 專科學(xué)校產(chǎn)品名稱或代碼零件名稱零件圖號渦輪軸渦輪軸1工序號程序

21、夾具名稱使用設(shè)備車間001O1234三轉(zhuǎn)卡盤和活動(dòng)頂尖TND360 數(shù)控車床數(shù)控中心工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格mm主軸轉(zhuǎn)速rmin1進(jìn)給速度mmmin1背吃刀量mm備注1平端面T022020500手動(dòng)2鉆中心孔T015950手動(dòng)8.編制程序O1234N10T0202N20M03S1200N30GOOX45 Z2N40G71U1.5 R1 P50Q140 X0.25 Z0.25 F200N50G00X0 Z-2N60G01X0 Z0 F200N70X13Z0N80X15Z-13粗車輪廓T0220205002003自動(dòng)4精車輪廓T03202012001800.25自動(dòng)5粗車螺紋T0420203209600.4自動(dòng)6精車螺紋T0420203209600.1自動(dòng)7切槽T05202040030自動(dòng)8掉頭裝夾、平端面T022020500手動(dòng)9鉆中心孔T015950手動(dòng)10粗車輪廓T0220205002003自動(dòng)11精車輪廓T03202012001800.25自動(dòng)12粗車螺紋T0420203209600.4自動(dòng)13精車螺紋T0420203209600.1自動(dòng)14切槽T05202040030自動(dòng)15