机电一体化专业论文阶梯轴的加工工艺与编程.doc

毕业设计报告（论文） 课题名称 阶梯轴的加工工艺与编程 专 业 东南大学机电一体化 学生姓名 李蒙蒙 学号5321616010163133指导教师 王书满 起讫日期 2012年8月-2012年12月 设计地点 徐州函授站 摘 要本文以加工典型轴类零件为例，说明数控车床的加工与编程。机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。本文阐述了数控车床的组成及其特点，以及数控的加工工艺。另外，本文通过加工一轴类零件，阐述了零件加工过程，包括零件图的工艺分析、刀具的选择、切削用量的确定以及加工程序的编制等。关键词：数控车床 加工 编程 目 录1 引言 12 数控车床22.1 数控车床的定义22.2 数控车床的特点22.3 数控车床的组成22.3.1 主机22.3.2 数控装置22.3.3 驱动装置32.3.4 辅助装置32.4与传统车床相比，数控车床的结构特点43 数控的加工工艺33.1数控加工与通用机床加工工艺路线设计的区别63.2数控加工工艺路线设计中应注意的问题63.2.1 工序的划分43.2.2 顺序的安排43.2.3 切削条件的三要素44 实例54.1 零件图工艺分析64.2 刀具选择64.3 确定切削用量74.4 加工程序与路径8结论9 参考文献9 致谢9 1 引言数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机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。数控机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。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 2 数控机床2.1数控机床定义 数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。2.2数控机床特点从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机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。数控机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。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。2.3数控机床组成2.3.1主机主机：他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。2.3.2数控装置数控装置：是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、crt显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。2.3.3驱动装置驱动装置：他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。2.3.4辅助装置辅助装置：指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。2.4与传统车床相比，数控车床的结构特点图1为一种普通车床的主轴结构图2为nf520数控车床的主轴结构1、传动短由于数控车床刀架的两个方向分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短，不必使用挂轮、光杆等传动部件，用伺服电动机直接与丝杆连接带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副连接。2、刚度大数控车床是直接采用直流或交流主轴，按控制指令做无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速、为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，一实现分段无级调速，即使这样床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床得另一个结构特点是刚度大，这是为了与数控系统的高精度控制相匹配，以便高精度的加工。3、轻拖动数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床得关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装得滚动轴承是专用轴承，它得压力角比较常用的向心推力球辆承要大得多。这种专用轴承配对安装，是选配的，最好是出厂时就是成对的。4、功能多数控车床还具有加工冷却充分、防护比较严密等特点，自动运装时一般都处于全封闭或半封闭状态。5、自排屑数控车床一般还配有自动排屑装置。6、高精度、高稳定数控车床加工精度高，具有稳定的加工质量，可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员要求高，对维修人员的技术要求更高。3 数控的加工工艺3.1数控加工与通用机床加工工艺路线设计的区别数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与普通加工工艺衔接好。3.2数控加工工艺路线设计中应注意的问题3.2.1工序的划分根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：1）、以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的工件，加工完后就能达到待检状态。2)、以同一把刀具加工的内容划分工序。有些工件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。3)、以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。4)、以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。3.2.2 顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：1)、上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑。2)、先进行内腔加工，后进行外形加工。3)、以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。3.2.3 切削条件的三要素切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。在三坐标的测量中工件的摆放很关键，虽然工件的摆放对于最后的结论影响微户其微，但是却关系到在测量中程序的如何编制，以及在最后编制完后对要测测量数据的评值方式也不一样。在本例中工件的摆放是按图纸的主视图方向来摆放的。对于数控加工来说要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。如表一：被切削材料名称轻切削一般切削重切削切深0.5到1.0mm进给量0.05到0.3mm/rev切深1到4mm进给量0.2到0.5mm/rev切深5到15mm进给量0.4到0.8mm/rev优质碳素结构钢10# 100-250150-25080-22045# 60-23070-22080-180合金钢100-220100-23070-22070-22080-22080-200表一切削速度的选择最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的个、刀具。4 实例如图三为典型轴类零件，该零件材料为ly12，毛坯尺寸为106130，无热处理和硬度要求。图三典型轴类零件4.1 零件图工艺分析1）、该零件表面由圆柱、圆锥等表面组成。零件材料为ly12，毛坯尺寸为为106130，无热处理和硬度要求。2）、选择设备、根据被加工零件的外形和材料等条件，选用nf520数控车床。3）、确定零件的定位基准和装夹方式：定位基准、确定坯料轴线和左端面为定位基准；装夹方法、采用三爪自定心卡盘自定心夹紧。4）、加工顺序及进给路线：加工顺序按先车端面，然后遵循由粗到精、由近到远（由右到左）的原则。即先从右到左粗车各面（留0.5精车余量），然后从右到左精车各面，最后切槽、车削螺纹、切断。4.2 刀具的选择刀具材料为w18cr4v。将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表2）。产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1t01右手外圆偏刀1粗车外轮廓表面20202t02右手外圆偏刀1精车外轮廓表面20203t03600外螺纹车刀1精车轮廓及螺纹20204t04切槽刀1切4 mm槽、切断b=4 2020编制审核批准共 页第 页表2 数控加工刀具卡片4.3 确定切削用量根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后利用公式v c=dn/1000和vf = nf，计算主轴转速与进给速度（计算过程略），最后根据实践经验进行修正，计算结果填入表3工序卡中。单位名称产品名称或代号零件名称零件图号轴2工序号程序编号夹具名称使用设备车间001三爪卡盘ck6140数控车床数控中心工步号工步内容（尺寸单位 ）刀具号刀具规格/ 主轴转速/r.min 进给速度/.min背吃刀量/ 备注1从右至左粗车各面t01202080010022从右至左精车各面t0220201500800.53切槽t042020400304车m181.5螺纹t0320203001.5 / r表3 轴的数控加工工艺卡片4.4 加工程序与路径对图中的零件可采用液压卡盘装夹一端来进行车削加工，编程原点设置在右端面，采用两次车削，精车余量单边为0.2mm，其数控程序编写如下：00005n0g50x110.0z20.0； /*设置工件原点在右端面（相当于g92）n2g30u0w0； /*直接回第二参考点n4g50s1200t0101m08； /*限制最高主轴转速为1500rmin，调01号刀具n6g96s200m03； /*设定恒切削速度为200mm/minn8g00x63.4z3.0； /*快速走到外圆粗车始点(63.4，3.0)n10g01x75.4z-2.86f0.3； /以进给率0.3mm/r粗车倒角n12z-34.8； /*粗车第一段外圆面n14x77.0； /*粗车r4mm处台阶端面n16g03x85.4z-39.0r4.2； /*粗车r4n加圆角n18z-54.8； /*粗车第二段外圆面n19x92.28； /*粗车c5处台阶端面n20x102.2z-59.72； /*粗车c5倒角n22z-70.o； /*粗车第三段外圆面n24g00x104.0 z0.2； /*外圆面n26g00x76.0； /*快速走到点(76.0,0.2)n28x-1.6； /*粗车右端面n30g00z2.0； /快速走到点(o，2o)n32g30u0w0； /返回第二参考点以进行换刀结 论通过本文，我们可以对数控机床有更多的认识。通过这一零件的加工，我们可以更清楚的了解数控车床的加工过程和方法。目前，我们通过这些方法为生产节约了时间；也缩短了生产周期；提高了生产效率；并取得了很好的效果。还能很好的控制产品质量、提高市场竞争力。数控技术的发展是与现代计算机技术、电子技术发展同步的，同时也是根据生产发展的需要而发展的。现在数控技术已经成熟，发展将更深更广更快。未来的cnc系统将会使机械更好用，更便宜。参考文献：1 华茂发.数控机床加工工艺.机械工业出版社.19992 黄毅宏.李明辉.模具制造工艺.机械工业出版社.19973 宋本基.数控机床.哈尔滨工程大学出版.1999年3月第1版4 王润孝.机床数控原理与系统m.西北工业大学出版社.1