毕业设计（论文）-弹簧座数控加工的工艺与编程设计.doc

毕业设计用纸摘要本次设计主要是对弹簧座进行的数控加工的工艺与编程走刀的分析。弹簧座主要是用于支撑和定位汽车减震器弹簧的汽车冲压件之一。主要用途是构成汽车减震器冲压件的重要零件之一。通过对本课题的加工工艺的分析，从而确定了加工此零件的设备是选用数控车床和加工中心。本课题重点介绍了弹簧座的数控加工与编程走刀。此零件结构简单，本论文从工艺分析到成品结束进行了详尽的分析与介绍，包括工艺分析、编程、所用刀具、切削量。关键词：弹簧座；加工工艺；数控加工；编程；目录摘要1关键词：弹簧座；加工工艺；数控加工；编程；1第一章 前 言31.1课题背景及其意义3第二章 弹簧座的加工工艺分析42.1弹簧座的加工工艺分析42.1.1表面粗糙度要求42.1.2尺寸公差要求42.1.3其他要求52.1.4加工可行性分析52.2确定加工方法52.2.1加工方法的选择52.2.2加工余量的确定52.3拟定加工路线62.3.1毛坯的确定62.3.2加工顺序的安排72.3.3夹具的安装和选择92.3.4加工设备的选择9第三章 弹簧座的数控加工113.1刀具的选择113.2切削用量的选择与计算123.2.1背吃刀量的安排133.2.2切削速度的安排143.3 弹簧座的数控加工路线143.4填写加工工序卡片163.5加工过程展示16第四章 编制弹簧座的加工程序17第五章 结论21致谢22参考文献23附录A24附录B25第一章 前 言1.1课题背景及其意义 数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言具有划时代的意义。自1952年计算机技术用于机床上诞生了第一台数控机床后，传统制造产生了质的变化。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究与发展。经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。同时针对不同的加工工艺的需求，开发了各种门类的数控机床，对于产品的制造铺就了更为方便的途径。而相对于传统机床，数控机床有着以下明显的优越性：1提高生产率。数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。采用最佳参数和最佳走刀路线，缩短加工时间，从而提高生产率。2数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。由于它是按照程序自动加工不需要人工干预，其加工精度还可以利用软件进行校正及补偿，故可以获得比机床本身精度还要高的精度和重复精度。3有广泛的适应性和较大的灵活性。通过改变程序，就可以加工新产品的零件，能够完成很多普通机床难以完成或者根本不能加工的复杂型面零件的加工。4可以实现一机多用。一些数控机床，可以自动换刀，一次装卡后，几乎能完成零件的全部加工部位的加工，节省了设备和厂房面积。5可以进行精确的成本计算和生产进度安排，减少在制品，加速资金周转，提高经济效益。6对于大多数普通零件来说，不需要专用夹具。采用普通的通用夹具就能满足数控加工的要求。节省了专用夹具设计制造和存放的费用。7大大减轻了工人的劳动强度。由于以上优越性，数控机床所占有的比例逐渐增大。同时市场上的调查显示，数控机床的消费比例在逐年增长，也从侧面反映出它对制造业的影响力。在此背景下，我选择此课题进行研究，以此来对数控机床的运用得到更深的了解，同时也反映数控机床的简便、高效。第二章 弹簧座的加工工艺分析2.1弹簧座的加工工艺分析弹簧座属于盘类零件，其结构特点是轴向尺寸小雨径向尺寸。其加工材料为圆钢95-Q235-A，加工尺寸精度和形状精度按照图纸上要求进行制作，是通过数控加工设备（车床、加工中心）来进行保证的。此零件主要是进行外轮廓和内孔的加工，总体来说比较简单，没有加工难度。如图2-1：图2.12.1.1表面粗糙度要求 直径90的外圆粗糙度为Ra6.3 其余表面为Ra12.52.1.2尺寸公差要求 在此除图纸上要求之外，尺寸公差要求根据国标公差表进行 大外圆直径90，上偏差0，下偏差-0.1 小外圆直径36，上下偏差均为0.5 总长16，大外圆长10 中心内孔直径20 8个小孔直径均为14,8个内孔辅助圆直径60 大外圆C面倒角1.5*45度 小外圆C面倒圆角半径为1，B面倒角1*45度2.1.3其他要求 其余表面粗糙度为Ra12.5 未注倒角为0.5*45度2.1.4加工可行性分析 此零件是盘类零件，其形状简单不复杂，可以在数控车床和数控加工中心上进行完成。2.2确定加工方法 轮廓粗精加工及端面用车床进行加工 孔用加工中心来进行加工2.2.1加工方法的选择 外轮廓的加工方案：端面粗车外轮廓精车外轮廓 孔的加工方案：点孔钻孔扩孔铰孔，而针对于本零件来说，扩孔与铰孔可以合并为镗孔，所以加工方案可以为：点孔钻孔绞。2.2.2加工余量的确定 1、加工余量：为了得到一个合格的零件，必须从毛坯上切去的那层金属。 总余量：毛坯尺寸与零件图的相应设计尺寸之差。1) 加工余量 工序余量：相邻两道工序的工序尺寸之差。2) 影响加工余量大小的因素：a) 生产类型 b) 生产方法c) 零件的形状和尺寸d) 工序3) 加工余量范围的确定 粗车：3-5mm 精车：1-1.6mm加工外圆面 磨削 粗磨：0.3-0.5mm 精磨：0.1mm以下4) 确定加工余量的方法：a) 估算法仅适用单件、小批量生产。b) 查表法适用一般的加工生产。应用最为广泛。c) 计算法适用大批量生产和自动机床及数控加工机床加工。 2、切削用量的选择原则1) 粗加工时 首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。2) 精加工时 首先根据粗加工后余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后再保证刀具耐用度的前提下，选取尽可能大的切削速度。2.3拟定加工路线工艺路线的拟定是工艺规程制定过程中的关键阶段，是工艺规程制定的总体设计，其主要任务包括加工方法的确定、加工顺序的安排、工序集中与分散等内容。拟定过程中应首先确定各次加工的定位基准和装夹方法。然后再将所需的辅助、热处理等工序插入相应顺序中，得到机械加工工艺路线。2.3.1毛坯的确定 毛坯尺寸的确定主要由某零件的形状、结构、尺寸及加工余量来决定。为此，毛坯尺寸的确定应考虑以下几点： （1）该产品零件的加工尺寸及考虑其加工余量 毛坯尺寸的选择应与所加工零件的尺寸接近，以减少机械加工中的劳动量，并力求达到少或无切削加工。 （2）该产品零件的加工精度和表面质量要求 因为有些产品的技术要求在未加工之前就能达到，而对于一些产品的技术要求只有通过机械加工才能满足，为此，毛坯的表面尺寸仍需留有一定的加工余量。 （3）考虑毛坯的制造技术及成本。 本课题零件材料为圆钢95-Q235-A，圆钢是指截面为圆形的实心长条钢材，其规格以直径表示。圆钢分为热轧、锻制和冷拉三种。热轧圆钢的规格为5.5-250mm。其中：5.5-25mm的小圆钢大多以纸条成捆的供应，常用作钢筋、螺栓及各种机械零件；大于25mm的圆钢，主要用于制造机械零件。 根据前面所述毛坯种类及材料的确定，再结合图纸的要求，本课题毛坯选择圆钢95-Q235-A棒料，尺寸为95*20mm。2.3.2加工顺序的安排 工件的加工过程通常包括机械加工工序、热处理工序以及辅助工序。在安排加工顺序时，常遵循以下原则：1、机械加工工序的安排（1）基面先行。先以粗基准定位加工出精基准，以便尽快为后续提供基准；如基准不统一，则应按基准转换顺序逐步提高精度的原则安排基准面加工。（2）先粗后精。先粗加工，其次半精加工，最后安排精加工和光整加工。（3）先主后次。先考虑主要表面（装配基面、工作表面等）的加工，后考虑次要表面（键槽、螺孔、光孔等）的加工。主要表面加工容易产生废品，应放在前阶段进行，以减少工时的浪费。由于次要表面加工量较少，而且又和主要表面有位置精度要求，因此一般应放在主要表面半精加工或光整加工之前完成。（4）先面后孔。对于箱体、支架、连杆等类零件（其结构主要由平面和孔组成），由于平面的轮廓尺寸较大，且表面平整，用以定位比较稳定可靠，故一般是以平面为基准来加工孔，能够确保孔和平面的位置精度，加工孔时也较方便，所以应先加工平面，后加工孔。（5） 就近不就远。在安排加工顺序时，还要考虑车间的机床布置情况。当类似机床布置在同一区域时，应尽量把类似工种的加工工序就近布置，以避免工件在车间内往返搬运。2、热处理工序的安排（1）预备热处理。1) 退火、正火和调质处理。退火、正火和调质处理的目的是改善工件材料的力学性能和可加工性，一般安排在粗加工以前或粗加工以后、半精加工之前进行，放在粗加工之前可以改善粗加工时材料的可加工性，并可减少车间之间的运输工作量；放在粗加工与半精加工之间有利于消除粗加工所产生的残余应力对工件的影响，并可保证调质层的厚度。2) 时效处理。时效处理的目的是消除毛坯制造和机械加工过程中产生的残余应力，一般安排在粗加工以后、半精加工之前进行。为了减少运输工作量，对于加工精度要求不高的工件，一般把消除残余应力的热处理安排在毛坯进入机械加工车间之前进行；对于机床床身、立柱等结构复杂的铸件，则应在粗加工前、后都要进行时效处理；对于精度要求较高的工件（如镗床的箱体），应安排两次或多次时效处理；对于精度要求很高的精密丝杠、主轴等零件，则应在粗加工和半精加工之间安排多次时效处理。2、最终热处理1) 普通淬火。淬火的目的是提高工件的表面硬度，一般安排在半精加工之后、磨削等精加工之前进行。因为工件在淬火后，表面会产生氧化层，而且产生一定的变形，所以在淬火后必须进行磨削或其他能够加工淬硬层的工序。2) 渗碳淬火。渗碳淬火的目的是改善工件的表面力学性能，高温渗碳淬火工件变形大，加之渗碳时一般渗碳层厚度为0.52mm，所以渗碳淬火工序常安排在半精加工和精加工之间。3) 渗氮、碳氮共渗处理。目的也是改善工件的表面力学性能，可根据零件的加工要求，安排在粗、精磨之间或精磨之后进行。3、辅助工序的安排。辅助工序一般包括去毛刺、倒棱、清洗、防锈、去磁和检验等。检验工序是主要的辅助工序，是保证产品质量的重要措施。除了各工序操作者自检外，在粗加工结束后精加工开始前、重要工序或耗时较长的工序前后、零件换车间前后、零件全部加工结束后，均应安排检验工序。根据以上原则，本零件加工顺序为毛坯外轮廓粗加工外轮廓精加工孔加工2.3.3夹具的安装和选择 本课题零件属于扁平类零件外形简单不复杂，所以夹具选择传统家具 车床上用三爪卡盘 加工中心上用压板2.3.4加工设备的选择零件的成批量加工与选用一台合适的数控加工设备来说是必不可少的。机床的选择应充分考虑以下几点：l 机床的尺寸规格要与被加工的零件尺寸相适应l 机床的精度要与被加工零件的加工要求相适应l 机床的生产率要与被加工零件的生产纲领相适应l 机床的选用考虑节省投资和适当考虑生产的发展 在本课题零件中，用到的加工设备有数控车床与数控加工中心。对于本课题所加工的零件，选用CK6136型数控车床。如图2.1所示：图2.1加工中心则是选用立式加工中心NBF540，如图2.2所示：图2.2根据以上的分析，工艺路线安排如下： 锻造车床粗加工车床精加工加工中心（钻孔）检查去毛刺入库第三章 弹簧座的数控加工3.1刀具的选择 1、刀具的选择原则（1）尽可能选择大的刀杆横截面尺寸，较短的长度尺寸进步刀具的强度和刚度，减小刀具振动；（2）选择较大主偏角（大于75，接近90）；粗加工时选用负刃倾角刀具，精加工时选用正刃倾角刀具；（3）尽可能选用标准化和系统化刀具；（4）选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。2、选择车削刀具应考虑的要点：数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金等。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀、端面车刀、外螺纹刀、切断刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。3、刀具的选用刀具的选用首先应根据加工内容确定刀具类型，根据工件轮廓外形和走刀方向来选择刀片外形。其中主要考虑主偏角、副偏角（刀尖角）和刀尖半径值。可转位刀片的选择：（1）刀片材料选择：高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼或金刚石；（2）刀片尺寸选择：有效切削刃长度、主偏角等。（3）刀片外形选择：依据表面外形、切削方式、刀具寿命等。（4）刀片的刀尖半径选择：1）粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖半径值；2）精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖半径值。因此，对于加工本课题零件，选用刀具如下表所示：工序名称选用刀具粗精端面45车刀粗精外圆90外圆车刀点孔10定心钻钻孔13.6麻花钻、19.6麻花钻铰孔14铰刀、20铰刀3.2切削用量的选择与计算数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或侧吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度并充分发挥机床的性能，最大限度地提高生产率，降低成本。1、加工余量：为了得到一个合格的零件，必须从毛坯上切去的那层金属。 总余量：毛坯尺寸与零件图的相应设计尺寸之差。加工余量 工序余量：相邻两道工序的工序尺寸之差。影响加工余量大小的因素：生产类型 生产方法零件的形状和尺寸工序加工余量范围的确定 粗车：3-5mm 精车：1-1.6mm加工外圆面 磨削 粗磨：0.3-0.5mm 精磨：0.1mm以下确定加工余量的方法：估算法仅适用单件、小批量生产。查表法适用一般的加工生产。应用最为广泛。计算法适用大批量生产和自动机床及数控加工机床加工。 2、切削用量的选择原则粗加工时 首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。精加工时 首先根据粗加工后余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后再保证刀具耐用度的前提下，选取尽可能大的切削速度。3.2.1背吃刀量的安排 背吃刀量ap指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法线方向上测量的值。对于外圆车削，背吃刀量ap（mm）等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离，即ap=（dw-dm）/2，式中dw工件待加工表面的直径（mm）；dm工件已加工表面的直径（mm）。 对于平面刨削，背吃刀量也是工件待加工表面与已加工表面间的垂直距离。背吃刀量的选择应考虑如下两点：（1）根据加工余量确定，在机床允许的情况下，尽可能大。（2）在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大，或余量不均匀时，粗加工要分几次进给，并且应当把第一、二次进给的背吃刀量尽可能取得大一些。 因此，对于本课题而言，背吃刀量如下所示： 背吃刀量粗车：ap=( dw-dm) 2=(95-90.2) 2=2.4精车一刀走完实际背吃刀量还需再生产过程中进行微调3.2.2切削速度的安排切削速度vc是一种衡量刀具品质的一种标准，是道具切削刃上的某一点相对于代加工表面在主动方向上的瞬时速度。（cutting speed）切削速度的选择主要有以下三种方式可供参考：根据已经选定的背吃刀量、进给量以及刀具耐用度选择切削速度。用经验公式计算：Vc=nD/1000;其中n为转速,D为直径（加工中心指刀直径，车床指工件直径）根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者按刀具手册选取。根据上述选用的刀具，合理选择切削用量能提高生产效率，保证加工质量，降低加工成本，充分发挥刀具和数控机床的效能。切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。粗加工时，在保留精加工余量的前提下，若机床刚性和机床功率允许，应尽可能选去较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。3.3 弹簧座的数控加工路线确定加工路线的原则主要有：加工路线应保证被加工工件的进度及表面粗糙度设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量根据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单项趋近定位方法，避免由于传动系统的反向间隙而产生的定位误差。合理选用铣削加工中的顺铣和逆铣方式。一般来说，由于数控机床采用滚珠丝杠结构，运动间隙很小，因此顺铣优点多于逆铣在实际运用时还需要统筹考虑，尽可能达到最优化。数控加工顺序的安排应遵循的原则：基面先行原则。加工一开始，总是把精基面加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工过程总是对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工。先粗后精原则。各个表面的加工顺序按照粗加工-精加工+光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。先主后次原则。零件上的工作表面及装配面要求较高，属于主要表面，应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。对于自由表面、键槽、紧固的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要加工面达到一定精度后，最终精加工之前加工。先面后孔原则。对于箱体、支架和机体类零件，平面轮廓尺寸较大，一般是先加工平面，后加工孔和其他尺寸。这样一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面在加工过的平面上加工孔比较容易，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔，孔的轴线不易倾斜。先内后外原则。即先进行內型腔加工工序，后进行外形加工工序。上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。以相同安装方式或用同一刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数。在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。 此外，在安排加工工序时，要注意退刀槽和倒角等工作的安排。3.4填写加工工序卡片根据以上工艺归纳编写工艺卡片见附录B。工序号工序名称工序内容0锻造锻造规格：圆钢95-Q235-A 95*20mm5粗车粗精车端面，车直径 36.2，长7.45，倒角10精车（1）车直径 36.长6，倒角15掉头装夹粗精车端面，车直径 90.2，保证总长1620精车（2）车直径 9025打孔打孔 20及8- 1430检验35去毛刺3.5加工过程展示车床加工右面，如图2.3所示：用三爪卡盘夹住左端，加工右端，用端铣循环指令将右边毛坯大余量车掉，保留30s余量之后进行精车，一刀走完。定位面为右端面。注意在实际走刀过程中倒角与圆角部分走刀走刀纹路是否与平面走刀纹路一致或相近。图2.3车床加工左面，如图2.4所示： 用三爪卡盘夹住图2.3加工好的右端，加工左端.如图2.4，用端面刀将右端整面车出，保证总长16，以R1相切竖面为基准。而后外圆车刀粗精两步将90车好。 注意90的Ra6.3是通过精加工时外圆车刀的转速与进给来保证的。图2.4加工中心打孔，如图2.5所示： 用加工中心将孔打出，通过点、钻、绞方式完成孔的加工。 注意加工中心上放置零件的模板凹圆内径比做好的90尺寸大2司或3司，以此保证孔的位置度。图2.5第四章 编制弹簧座的加工程序24共 24 页 第 页车床O0001 T0101G99G21; M3S400; GOX97Z2M8; G1Z-1F0.2; G1X-0.5F0.12; G0Z1 X97; M3S600; G1Z-1.5F0.2; G1X-0.5F0.08; G0Z180; X140; T0202G99G21; M3S400; G0X97Z0.5; G94X38Z-3F0.1; Z-4.5; Z-6; Z-7.3; G0X96Z-6.5; G1X93F0.2; Z-10F0.12; G0X95; G0Z-6.5; G1X91F0.2; Z-10F0.12; G0X93; Z1; M3S700; G0X36Z0.5; G1X32Z-0.5F0.08; G1X36Z-2.5; Z-6.5; G2X38Z-7.5R1F0.08; G1X87F0.08; G1X90Z-9F0.08; G0X140; Z180; M5; M9; M30;车床O0002 T0101G99G21; M3S400; G0X97Z2M8; G94X-0.5Z-1F0.1; Z-2.3; M3S650; G0X97Z-2.5; G1X-0.5F0.08; G0Z180; X140; T0202G99G21; M3S400; G0X97; Z2; G1X92.7F0.2; Z-11.2F0.1; G0X95; Z-0.5; G1X90.4F0.2; Z-11.2F0.1; G0X92; Z-0.5; M3S800; G1X90F0.2; Z-11.2F0.08; G0X140; Z180; M5; M9; M30; 加工中心O0003 G54G90G16G17G80; M6T1; G0G54G90X0Y0T2; G43H1M3S1000Z100M8; G0Z50; Z11; G1Z4F100; G0Z25; G98G16G81X30Y0Z-2R5F100; G91Y40; Y40; Y40; Y40; Y40; Y40; Y40; G80; G15; G0G90Z100; M5; M9; G91G28Z0; M6T2; G0G54G90X0Y0T3; G43H2M3S400Z100M8; G0Z50; Z11; G98G83X0Y0Z-13R15F70; G80; G0G90Z100; M5; M9; G91G28Z0; M6T3; G0G54G90X0Y0T4; G43H3M3S600Z100M8; G0Z25; G98G16G81X30Y0Z-13R10F100; G91Y40; Y40; Y40; Y40; Y40; Y40; Y40; G80; G15; G0G90Z100; M5; M9; G91G28Z0; M6T4; G0G54G90X0Y0T5; G43H4M3S350Z100M8; Z50; Z8; G98G85X0Y0Z-12R10F50; G80; G0G90Z100; M5; M8; G91G28Z0; M6T5; G0G90G54X30Y0T1; G43H5M3S350Z100M8; Z25; Z5; G16G98G85X30Y0Z-12R10F50; G91Y40; Y40; Y40; Y4