轴类零件的编程与加工 毕业设计.doc
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1、济源职业技术学院 毕 业 设 计题目 轴类零件的编程与加工 系别 机电工程系 专业 机电一体化技术 班级机电1108班姓名 学号 指导教师日期 设计任务书设计题目:轴类零件的编程与加工设计要求:1. 熟悉数控车床的结构及其加工性能;2. 绘制零件的CAD图形, 用PROE绘制三维图。3. 选择好刀具,夹具及主要的机床参数。要保证零件加工时的最佳加工状态;4. 制定零件的加工工艺路线;5. 一定要保证零件的表面质量,不能出现零件有损坏的情况;6. 编写零件的数控加工程序,并检查执行程序。设计进度:第一周:确定毕业设计题目和内容。第二周:查阅文献,搜集资料,确定整体设计思路。第三周:用CAD绘制零
2、件图,用PRE绘制三维视图。第四周:零件的工艺分析,确定总体设计方案。第五周:初步拟定设计的草稿。第六周:对设计进行完善,修改。第七周:电子稿的录入与排版。第八周:打印装订,准备答辩。指导教师(签名): 摘 要随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈,机械产品的更新速度越来越快,数控加工技术作为先进生产力的代表,在机械及相关行业领域发挥着重要的作用,机械制造的竞争,其实质是数控技术的竞争。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。以数控编程中的加工工艺分析及设计为出发点,着力分析零件图,从数控加工的实际角度
3、出发,以数控加工的实际生产为基础,以掌握数控加工工艺为目标,在了解数控加工车削基础、数控车床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹、拟定加工方案、确定加工路线和加工内容以及对一些特殊的工艺问题处理的基础上,控制数控编程过程中的误差,从而大大缩短了加工时间,提高了效率,降低了成本。零件是一个由内孔、外圆锥面、圆弧面、外圆柱面以及螺纹构成的外形较复杂的轴类。关键词:数控编程,数控加工,轴目录设计任务书I摘 要III1 数控加工技术11.1 数控机床的简介11.2 数控加工工艺特点与内容11.2.1 基本特点11.2.2 基本内容12.1 轴的类型22.2 轴类零件的材料和毛坯选择23 刀具与切削用量
4、的选择33.1 数控刀具的特点33.2 数控加工刀具选择的原则33.3 数控车床对刀具的要求33.3.1 对刀具性能方面的要求33.3.2 对刀具材料的要求33.4 刀具切削部分的材料43.5 切削用量的选择53.5.1 切削用量的选择原则53.5.2 背吃刀量的选择63.5.3 进给量的选择63.5.4 切削速度的选择64 夹具的选择84.1 夹具的概念84.2 夹具的作用84.3 数控机床对夹具的要求84.4 夹具的类型85 数控车削加工工艺95.1 数控车削加工零件的工艺性分析95.1.1 零件图分析95.1.2 结构工艺分析95.2 数控车削加工工艺路线的拟定105.2.1 加工工序划
5、分原则105.2.2 加工路线的确定105.2.3 车削加工顺序的安排105.3 工艺分析及处理115.3.1 零件图工艺分析115.3.2 设备选择125.3.3 确定零件的定位基准和装夹方式125.3.4 加工方案及加工路线的确定125.3.5 刀具的选择125.3.6 确定切削用量制作工艺卡片125.3.7 螺纹尺寸计算145.4 编写程序146.零件三维效果图18附录一 指令字符19附录二 常用G指令代码20总 结21致 谢23参考文献241 数控加工技术1.1 数控机床的简介数控机床是数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)的简称,这是一种采用计
6、算机技术,利用数字信息进行控制的高效率,能自动化加工的机床。编程人员能够按照数控机床所规定的数字化代码把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能表示出来,并编制成程序输入数控机床。数控系统接收程序后,进行逻辑处理与运算,发出各种控制指令,数控机床根据指令完成生产、设计人员所要求的各种机械动作,自动完成零件的加工任务。而且,当被加工零件或加工程序变换时,只需由编程人员相应地改编程序就可以实现新的加工。因此,数控机床是一种灵活性强、技术密集度及自动化程度都很高的加工设备。1.2 数控加工工艺特点与内容1.2.1 基本特点在普通机床上加工零件时,使用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作程序,操作者按工艺
7、卡上规定的程序加工零件。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同,但数控加工的整个过程是自动进行的。1. 数控加工的工序内容比普通机床的工序加工内容复杂。2. 数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。1.2.2 基本内容数控加工工艺主要包括以下几个方面:1. 选择适合在数控机床上加工的零件,确定工序内容。2. 分析被加工的零件图样,明确加工内容及技术要求,在此基础上确定零件的加工方案,制定数控加工工艺路线。3. 设计数控加工工序。如工步的划分零件的定位与家具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。4. 调整数控加工工序的程序。6. 处理数控机床上部分工艺指令。2 轴的类型及
8、材料选择2.1 轴的类型轴类零件是常见的典型零件之一,其主要功用是支持传动零部件(齿轮、皮带轮、离合器等),传递扭矩和承受载荷,就其功用可分为:主轴、异形轴和其它轴三类,主轴主要连接齿轮或皮带轮、离合器;异形轴可通过凸轮、偏心和曲拐部分将回转运动变为直线运动,其它轴则主要传递扭矩或承受载荷。2.2 轴类零件的材料和毛坯选择轴类零件应根据不同的工件条件和使用要求选用不同的材料。45号钢是轴类零件的常用材料,它价格便宜,经过调质(或正火)后,可得到较好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能,局部淬火后在回火,表面硬度可达HRC4552。本次设计加工的零件为输出轴,需要较高的强度和韧性
9、等综合机械性能,工作载荷基本平衡,故选用45号钢。由于该轴工作时不承受冲击载荷,工作性质一般,且各阶梯轴径相差不大,因此可选用热轧圆钢作为毛胚。下料尺寸为50mm110mm圆柱毛坯,加工如图2.1的零件。图2.13 刀具与切削用量的选择3.1 数控刀具的特点数控刀具的基本特点:1. 切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃,刀具的切削性能有显著的提高。2. 切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃,提高了切削加工的效率。3. 切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入“三高一专”(高效率、高精度、高可靠性和高专业化)的数控刀具时代,实现了向高科技产品的飞跃。4. 切削刀具成为现代数控加工技
10、术的关键技术;与现代科学的发展紧密相连,是应用教材科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶。3.2 数控加工刀具选择的原则安装调整方便,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。3.3 数控车床对刀具的要求3.3.1 对刀具性能方面的要求数控加工刀具有高速、高效和自动化程度高等特点,数控刀具是实现数控加工的关键技术之一。为了适应数控加工技术的要求,保证优质、高效的完成数控加工任务,对数控加工刀具材料提出了比传统的加工使用刀具材料更高的要求,它不仅要求刀具耐磨损、寿命长、可靠性高、精度高、刚性好、而且要求刀具尺寸稳定、安装调试方便等。3.3.
11、2 对刀具材料的要求在切削加工时,刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受了很大的压力和强烈的摩擦,刀具在高温下进行切削的同时,还承受着切削力、冲击和振动,因此要求刀具切削部分的材料具备以下性能:1. 硬度要求刀具材料必须具有高于工件材料的硬度,常温硬度在60HRC以下。2. 耐磨性要求耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力,通常刀具材料的硬度越高耐磨性越好;材料中硬质点的硬度越高,数量越多,颗粒越小,分布越均匀,则耐磨性越好。3. 足够的强度和韧性为了承受切削力、冲击和振动,刀具材料应具有足够的强度和韧性,一般用抗弯强度和冲击韧性值表示。4. 良好的耐热性刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、
12、强度和韧性,并有良好的抗氧化的能力,这就是刀具材料的耐热性,它是衡量刀具材料综合切削性能的重要指标。5. 良好的工艺性与经济性为了便于刀具制造,要求刀具材料有良好的可加工性,包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性和热处理特性等。此外,在选用刀具材料时,还要考虑经济性,经济性差的刀具材料难以推广使用。3.4 刀具切削部分的材料刀具材料种类很多,常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金钢、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢,因其耐热性较差,仅用于低速手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因,目前只在较小的范围内使用。当今,用得最多的刀具材料为高
13、速钢和硬质合金刚。高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢,其主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性,且耐磨性和淬透性良好,其允许的切削速度是碳素工具钢和合金钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利,故又称之为“锋钢”和“白钢”。高速钢是一种综合性能好、应用范围广的刀具材料。硬质合金钢是通过粉末冶金的方法,将高硬度、高熔点的金属碳化物WC、TiC等微米数量级粉末加入钴、钼、镍等粘合剂在高温高压下烧结而成。这种刀具材料有较高的硬度(HRA8893)和耐热性(耐热温度为8501000),可以用来加工工具钢刀具不易切削的硬材料。它的切削速度比高速钢高410倍 。但它的抗弯强度低、性脆、特别
14、是怕震动和冲击。硬质合金分为钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和碳化钨类(YW):YG类合金主要用于加工铸铁、有色金属和非金属材料。细晶粒硬质合金(如YG3X、YG6X)在含钴量相同时比中晶粒的硬度和耐磨性要高些,适用于加工一些特殊的硬铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜和耐磨的绝缘材料等;YT类硬质合金的突出优点是硬度高、耐热性好、高温时的硬度和抗压强度比YG类高、抗氧化性能好。因此,当要求刀具有较高的耐热性及耐磨性时,应选用TiC含量较高的牌号。YT类合金适合于加工塑性材料如钢材,但不宜加工钛合金、硅铝合金;YW类合金兼具YG、YT类合金的性能,综合性能好,它既可用于加工钢料,又可用
15、于加工铸铁和有色金属。这类合金如适当增加钴含量,强度可很高,可用于各种难加工材料的粗加工和断续切削;加工钢料时,由于金属塑性变形大,摩擦剧烈,切削温度高,YG类硬质合金虽然强度和韧性较好,但高温硬度和高温韧性较差,因此在重型切削中很少应用。与之相比,YT类硬质合金刀具适于加工钢料,由于YT类合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其是具有高的耐热性,抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好,在加工钢料时刀具磨损较小,刀具耐用度较高,因此YT类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。因此,本次加工选用YG类硬质合金材料的刀具。3.5 切削用量的选择切削用量主要包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量(切削深度)、进给量。
16、切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。数控加工中,选择切削用量就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下,充分发挥机床性能和刀具切削性能,使切削效率最高,加工成本最低。3.5.1 切削用量的选择原则粗加工时切削用量的选择原则:粗加工时,一般以提高生产效率为主,但也应考虑经济性和加工成本。因此,应选取尽可能大的背吃刀量;根据机床的动力和刚性的限制条件等,选取尽可能大的进给量;根据刀具的耐用度确定最佳的切削速度。半精加工和精加工时切削用量的选择原则:半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济型和加工成本。根据粗加工后的余量确定背吃刀量;根据已
17、加工表面的粗糙度要求,选取较小的进给量;在保证刀具耐用度的前提下,尽可能选择较高的切削速度。3.5.2 背吃刀量的选择粗加工的背吃刀量应根据工件的加工余量确定,应尽量一次走刀就切除全部加工余量。当加工余量过大、机床功率不足、工艺系统刚度较低、刀具强度不够以及断续切削或冲击振动较大时,可分几次走刀。对切削表面有硬皮的铸件和锻件,应尽量是背吃刀量大于硬皮层的厚度,以保护刀尖。半精加工和精加工的加工余量一般较小,可一次切除。有时为了保证工件的加工质量,也可二次走刀。多次走刀时,第一次走刀的背吃刀量取得比较大,一般为总加工余量的2/33/4。在中等功率的机床上,粗加工时,切削深度可达8 10mm,半精
18、加工的切削深度为0.5 2mm,精加工的背吃刀量取0.2 0.4mm。3.5.3 进给量的选择进给量是数控机床切削用量中的重要参数。根据零件表面粗糙度,加工精度要求、工件及工件材料等因素选取。确定进给速度的原则:1. 当工件的质量要求能够得到保证时,为提高生产效率,可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。2. 在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,一般在2050mm/min范围内选取。3. 当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给速度应选小些,一般在2050mm/min范围内选取。4. 刀具空行程时,特别是远距离“回零”时,可以设定该机床数控系统设定的
19、最高进给速度。5. 由于本设计的加工属于半精加工,因此,选用介于两者之间的进给速度,即50mm/min100mm/min。3.5.4 切削速度的选择在背吃刀量和进给量选定以后,可在保证刀具合理寿命的条件下,确定合适的切削速度。粗加工时,背吃刀量和进给量选择较大,切削速度受刀具寿命和机床功率的限制,一般选择较低。精加工时,背吃刀量和进给量都选择得较小,切削速度主要受工件加工质量和刀具寿命的限制,一般取得较高。选择切削速度时,还应考虑工件材料的切削加工性等因素。切削速度确定后,用公式n=1000v/D计算主轴转速n(r/min)。式中v-切削速度,单位为m/min,由刀具的耐用度决定;n-主轴转速
20、,单位为 r/min;D-工件直径或刀具直径,单位为mm。计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。表3.1 硬质合金外圆车刀切削速度的参考值工件材料热处理状态ap(mm)(0.3,2)(2,6)(6,10)f(mm/r)(0.08,0.3)(0.3,0.6)(0.6,1)vc(m/min)低碳钢、易切钢热轧1401801001207090中碳钢热轧130160901106080调质10013070905070合金结构钢热轧10013070905070调质8011050704060工具钢退火9012060805070灰铸铁HBS1909012060805070HBS=19
21、02258011050704060高锰钢1020铜及铜合金20025012018090120铝及铝合金300600200400150200铸铝合金(WSI13%)10018080150601004 夹具的选择4.1 夹具的概念机床上加工工件,要求将工件迅速准确地安装在机床上,并保证工件与刀具之间有一个准确而可靠的加工位置,这就需要一种工艺装置实现,这种用来使工件定位和夹紧的工艺装备,简称夹具。4.2 夹具的作用1.保证加工质量;2.提高生产效率;3.减轻劳动强度;4扩大机床的应用范围。4.3 数控机床对夹具的要求1高精度;2快速装夹工件;3夹具应具有良好的敞开性;4夹具本身的机动性要好;5夹具
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