毕业设计（论文）-立轴的工艺系统设计.doc

海量机械毕业设计，请联系Q153893706 课题简介本课题主要是围绕立轴工艺系统设计而进行的，它包括立轴零件的工艺分析，加工零件时所选的刀具，普通机床改装，及对立轴加工所需夹具的设计与工艺编程，在设计过程中，其中最主要的是对立轴零件加工所需机床的改造.中小型企业为了发展生产，常常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化，自动化。数控机床系统就是结合现实的生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格，价格便宜，性能价格比适中是其最重要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床改造，适合在生产第一线大面积推广。企业应用经济型数控系统对设备进行改造后，将提高产品加工精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的竟争能力。C616普通机床改装为数控机床，主要解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，可用经济型数控系统进行控制，并采用滚珠丝杠螺母副代替原有机床的丝杠进行传动，实现横向、纵向的进给传动。立轴的工艺分析要考虑几个不同的方案，选择一个好的方案，进行详细工艺设计分析，设计夹具时要考虑到定位、夹紧等问题，保证工件表面粗糙度，选择合适的材料。目录（一）立轴的加工工艺分析1、立轴加工工艺方案的确定42、方案分析43、立轴毛坯的制造54、零件的刀具选择55、零件的夹具设计66、零件的定位基准67、零件加工路线、切削用量的选择7（二）加工立轴零件的机床的数控改装71、数控机床改装的必要性82、数控机床改造的优点93、数控机床改造的注意点94、车床的数控改造95、设计方案的确定106、步进电机的选择107、机械部分改造设计与计算138、自动转位刀架的选用259、机床导轨改造2610、机床尾座的改造2811、机床丝杠的改造2812、数控机床改造时数控系统选用2913、立轴零件的数控加工编程30（三）小结34（四）参考文献36一、立轴的加工工艺分析1、立轴加工工艺方案的确定（a） 毛坯外表面粗加工钻深孔外表面精加工锥孔粗加工锥孔精加工（b） 毛坯外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工锥孔精加工外表面精加工（c） 毛坯外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工外表面精加工锥孔精加工2、方案分析 方案a：在锥孔粗加工时，由于要用已加工过的外表面作精基准面，会破坏外圆表面的精度和光洁度，所以此方案不宜采用。 方案b：在精加工外圆表面是，还要在插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差，加上锥堵本身的误差等会造成外圆表面和内锥的不同轴。故此案不宜采用。 方案c：在锥孔精加工时，虽然也要用已加工过的外圆表面作为精基准面，但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高轴度。经比较可知，立轴的加工顺序以方案c为佳。3、立轴毛坯的制造对于直径较大的阶梯轴，为了节约材料和减少机械加工的劳动量，则往往采用锻件。锻件的好处在于材料的金属纤维组织致密，在热锻过程中按轴向排列，从而获得较高较高的抗拉、抗弯和抗扭的强度。在大批大量生产时采用模锻，模锻法可以锻造形状复杂的毛坯，而且材料在经模锻后，纤维组织的再分布更有利于提高零件的强度。合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的使用强度和耐用度有重要关系。材料选用时要注意表面物理机械性能，然后合理选定热处理方法和必要的修饰加工，力求是零件达到良好的强度、刚度和所需的表面硬度。轴是传递动力的零件，它应有良好的机械强度和刚度，而其工作表面又应有良好的耐磨性，因此轴件要选用适当的钢材；为了使轴件加工后有良好的尺寸精度稳定性，因而又要求有合适的热处理过程。45钢，这是常用的主轴材料，在调质处理之后，再经局部高频淬火，可以是局部硬度达到HRC6265，再经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度。4、零件的刀具选择选择刀具时要求安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好。对于粗、精加工，可以采用不同的刀具。加工该零件首先选择01号车刀粗车外圆表面（副偏角大于45），选择02号钻孔刀钻20的深孔，03号螺纹刀车螺纹，04号割槽刀割槽，共四把刀进行加工。5、零件的夹具设计由于立轴零件结构比较复杂，精度要求较高，且轴的一端带有球体用一般夹具不容易装夹、定位，所以需要设计一套专用夹具进行装夹。立轴的夹具设计为采用端齿式拨动顶尖，该顶尖用于车削轴类工件的外圆，而轴向长度要求不高的场合。使用时将莫氏锥柄装入机床主轴内，顶尖在弹簧的作用下，是工件定心。锥柄端面有四个均布的硬质合金尖齿，当机床尾顶尖顶紧工件时，尖齿咬入工件的端面而随主轴一起旋转，并传递切削扭矩。使用该顶尖能省去卡箍的装卸操作，提高生产效率，而且可以在工件全长上进行车削。6、零件的定位基准轴件加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时应尽可能使其与装配基准重合和工序的基准统一，并考虑在一次安装中尽可能加工出较多的表面。轴类零件加工的精度指标是各段外圆的同轴度以及锥孔和外圆的同轴度。立轴的装配基准主要是前后两个支承轴颈面，为了保证卡盘定位面以及前锥孔与支承轴颈面有较高的同轴度，应以加工好的支承轴颈为定位基准来终磨锥孔和卡盘定位，这就符合基准重合的原则。但由于立轴外圆表面的设计基准为轴的中心线，在加工轴时若能以轴心线作为定位基准就能符合基准统一的原则，就可以避免误差的产生，所以轴类零件加工都用轴两端的顶尖孔作为精基准面。顶尖孔的精度越高，加工精度就越高。用顶尖孔作为定位基准，能在一次装夹中加工出各段外圆表面及端面等，既符合基准统一的原则，又保证了各外圆表面的同轴度以及各外圆表面与端面的垂直要求。所以立轴选择以孔的轴心线为基准，采用双顶尖鸡心夹方式定位。7、零件加工路线、切削用量的选择零件的加工路线就是加工过程中刀具的运动轨迹。加工路线应在保证零件的加工精度和表面粗糙度的基础上尽可能使加工路线最短，以减少空程时间，提高生产率。切削用量主要是主轴转速、切削深度和进给速度。主轴转速应根据允许切削深度和工件直径来选定。进给速度应根据加工精度和表面粗糙度选定，当加工精度要求高以及表面粗糙度值要求小时，进给量应取小些。切削深度根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允许的情况下，应尽可能使切削深度等于零件的加工余量，以减少走刀次数，提高效率。为保证加工质量，可留出加工余量。G73进行外圆粗车时，单边粗车吃刀量1.75，U=1.75，R是切削次数4次，精车余量0.5mm；G71进行内孔粗加工时，单边粗车吃刀量1mm,U=1,R退刀量的值0.5mm,精车余量0.5mm。二、加工立轴零件的机床的数控改装1、数控机床改装的必要性数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批及多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，但是数控机床的应用也受到其它条件的限制。1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小型企业常是心有余而力不足。2）目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费。3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需。4）通用数控机床对具体生产有多余功能。经济型数控机床是指价格低廉、操作使用方便，适合我国国情的装有简易数控系统的高效自动化机床。中小企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化，自动化。经济型数控机床系统就是结合现实的生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。价格便宜、性能价格比适中是其最主要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床改造，适合在生产第一线大面积推广。企业应用经济型数控系统对设备进行改造后，将提高产品加工精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的竞争能力。我国是拥有300多万台机床的国家，而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度低，要想在近几年内用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是我国机床制造厂的能力都办不到的。因此普通机床的数控改装大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。2、数控机床改造的优点数控机床改造一般是指对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。其改造的优点有：1）从提高资本效率出发，改造闲置设备，能发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。2）适应多品种，小批量零件生产。3）自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。4）降低对工人技术水平的要求。5）数控改造费用低，经济性好。6）数控改造的周期短，可满足生产急需。3、数控机床改造的注意点将普通机床改造为数控机床，是一项技术性很强的工作，必须根据加工对象的要求和工厂实际情况，确定切实可行的技术制造方案，搞好机床的改造设计。4、车床的数控改造利用微机改造现有的普通车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。以C616普通车床为例进行数控改造。5、设计方案的确定 1）C616型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。实践证明，把这种车床改造为数控车床，已收到了良好的经济效果。2）设计任务本设计任务是对C616普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，。传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。3）总体设计方案的确定由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。根据C616车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为：采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。6、步进电机的选择1）步进电机选择的原则步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的机电执行元件。此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套设计请联系q：99872184。FZ=0.5152.76=76.38f=763.8N在切断工件时：Fy=0.5 FZ=0.576.38=38.19f=381.9N2滚珠丝杠设计计算a强度计算：对于燕尾型导轨：P=KFyf(FzW)取K=1.4 f=0.2则P=1.438.190.2(76.3830)=74.74f=747.4N寿命值 L1=13.5最大动负载Q=213.55f=2135.5N根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取FC1B系列，滚珠丝杠公称直径为20，型号为FC1B2045E2左，其额定动负载为5393N，所以强度足够用。b效率计算：螺旋升角=338，摩擦角=10则传动效率=0.956c刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量L1=5.9610-6滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L2很小，可忽略，即：L=L1所以导程变形总误差为=查表知E级精度丝杠允许的螺旋误差（1m长）为15m/m，故刚度足够。d稳定性验算：由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。3齿轮及转矩有关计算a有关齿轮计算传动比 i=故取 Z1=18 Z2=30 m =2 b=20 =20 d1=36 d2=20 d1 =40 d1=64 a=48b传动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=2丝杠的转动惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-42450=0.6242齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-43.642=0.2622JZ2=7.810-4642=2.0222电机转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量：J=1.2582c所需转动力矩计算nmax=Mamax=Nm=2.23fnt=33.17r/minMat=0.0174 Nm=0.1775 fMf=0.287f=0.028 NmM0=0.116f=0.011 NmMt=1.824f=0.182 Nm所以，快速空载启动时所需转矩：M=MamaxMfM0=2.230.2870.116=2.633f=26.33N切削时所需力矩：M=MatMfM0Mt=0.17740.2870.1161.824=2.404f=24.04 N快速进给时所需力矩：M= MfM0=0.2870.116=0.403f=4.03 N从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，Mmax=2.633f=26.33 N8、自动转位刀架的选用自动转位刀架的选用是普通机床数控改造机械方面的关键，而由数控系统控制的自动转位刀架，具有重复定位精度高，工件刚性好，性能可靠，使用寿命长以及工艺性能袄等优点。经济型数控车床的自动刀架，在生产中最常用的是常州武进机床数控设备厂生产的系列刀架，具有重复定位精度高，工作刚性好，使用寿命长，工艺性能好等优点达到国内先进水平，在生产中大量使用。现选用常州武进机床数控设备厂生产的LD4工型系列四工位自动刀架。C616适配刀架。刀架技术参数：刀位数：4电动功率：60W电机转速：1400r/min夹紧力：1t上刀体尺寸：152152下刀体尺寸：161171技术指标：重复定位精度：0.005工作可靠性：30000次换刀时间：90 180 270 2.9s 3.4s 3.9s9、机床导轨改造卧式车床上的运动部件，如刀架、工作台都是沿着机床导轨面运动的。导轨就是支承和导向，即支承运动部件并保证运动部件在外力作用下，能准确的沿着一定的方向运动。导轨的导向精度、精度保持性和低速运动平稳性，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用性能。数控机床上，常使用滑动导轨和滚动导轨。滚动导轨摩擦系数小，动静摩擦系数接近，因而运动灵活轻便，低速运行时不易产生爬行现象。精度高，但价格贵。经济型数控一般不使用滚动导轨，尤其是数控改造，若使用滚动导轨，将太大增加机床床身的改造工作量和改造成本。因此，数控改造一般仍使用滑动导轨。滑动导轨具有结构简单，刚性好，抗振性强等优点。普通机床的导轨一般是铸铁铸铁或铸铁淬火钢导轨。这种导轨的缺点是静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度的变化而变化，低速时易产生爬行现象，影响行动平稳性和定位精度，为克服滑动导轨的上述缺点，数控改造一般是将原机床导轨进行修整后贴塑，使其成为贴塑导轨。贴塑导轨摩擦系数小，且动静摩擦系数差很小，能防止低速爬行现象；耐磨性、抗咬伤能力强、加工性和化学性能稳定，且 有良好的自润滑性和抗振性，加工简单，成本低。目前应用较多的聚四氟乙稀（PTEE）贴塑软带，如美国生产的TwrciteB和我国生产的TSF软带材料，次、此种软带厚度为0.8、1.6、3.2等几种规格。考虑承载变形，宜厚度小的规格，如果考虑到加工余量，选用厚度为1.6为宜。贴塑软带粘贴工艺非常简单，可直接粘结在原有的滑动导轨面上，不受导轨形式的限制，各种组合形式的滑动导轨均可粘结。粘结前按导轨精度要求对金属导轨面进行加工修理。根据导轨尺寸长度放大34，切下贴塑软带。金属粘结面与软带结面应清洗干净，用特殊配制的粘合剂粘结，加压固化，待其完全固化后进行修整加工。作为导轨面的表面，根据需要可进行磨、铣、刮研、开油槽、钻孔等加工，以满足装配要求。10、机床尾座的改造普通机床的尾座顶尖需要手工控制，而且固定不容易调节，顶尖的顶紧力不稳定，工作不可靠，没有可控电动尾座的性能好，所以把原来的手工控制尾座改造成可控电动尾座。可控电动尾座工作原理是：电动机接通后，通过齿轮减速器带动丝杠转动，通过装在轴套上的丝杠螺母使轴套前进并压缩蝶形弹簧，当顶尖顶紧工件时，螺母及轴套不能前进，因此迫使丝杠后退，压缩碟形弹簧，并使大齿轮后退，大齿轮压下顶杆，顶杆压下微动开关，切断电动机电源，顶紧过程结束。当电动机功率为750W时，顶尖的顶紧力可达6.86KN。顶尖后退时利用档块和开关来限位。电动机除有正反向点动按钮外，还需要微机信号输入开关。一般在微机控制时，其后退距离可利用计算时延时控制。可控电动尾座结构简单，工件可靠，只有在顶尖顶紧工作并达到预定力时，顶紧过程才结束，并有手动和计算机控制两种方式。11、机床丝杠的改造普通的丝杠传动效率低，灵敏度低，低速运动的平稳性差，传动精度不高，不能满足机床传动精度的高要求。而滚珠丝杠螺母副则能保证机床进给动作灵敏、传动效率和传动精度高的要求。滚珠丝杠螺母副的优点是摩擦系数小，传动效率高，所需传动转矩小，灵敏度高，低速运动平稳性好，磨损小，精度保持性好。使用寿命高，可通过预紧和间隙消除措施保证其反向传动精度。缺点是加工复杂，成本高，垂直安装时不能自锁。为保证反向传动精度和机构的轴向刚度，必须消除丝杠螺母的轴向间隙，并应适当预紧。通常采用双螺母结构来解决。12、数控机床改造时数控系统选用数控系统是一台数控机床的核心。对系统的选择在机床数控改造中是至关重要的现从系统的经济性和实用性选择为开环伺服系统为JWK15T。现将该经济性数控系统性能参数列表如下：1生产厂家南京微分电机厂江南机床数控工程公司2用户容量24K3设定单位X=0.005 Z=0.014控制轴数X、Z两轴5联动轴数 二轴6编程尺寸9999.997快速(X/Z)向316/8G功能G00G04 G22G29 G32、G33、G36、G37、G9、G80、G929M功能M00M09 M20M29 M92M9910S功能S01S04 S05S1011T功能T1XT8X12步进电机220V 10%50HZ13控制精度1步14功耗W36015环境温度040C16相对温度80%（25C）17外形尺寸（）34040022018系统重量17 kg13、立轴零件的数控加工编程立轴的左端编程，此零件外为精加工。零件外部形状尺寸（除螺纹外），全部成形。预留精车余量为0.81.2mm。N0010 G92X300Z195 N0230 G01X39.5 F80N0020 G04 T2.0 N0240 G04 F2.0N0030 G01X28 F300 N0250 G01W-65 F80N0040 G01X24 F80 N0260 G04 F2.0N0050 G04 F2.0 N0270 G01X40.01 F80N0060 G01X26 F80 N0280 G04 F2.0N0070 G01W-1 F80 N0290 G01W-18 F80N0080 G04 F2.0 N0300 G04 F2.0N0090 G01U2 F80 N0310 G01X45 F80N0100 G04 F2.0 N0320 G04 F2.0N0110 G01U2W-1F100 N0330 G01W-27 F80N0120 G04 F2.0 N0340 G04 F2.0N0130 G01W-13 F80 N0350 G01X88 F80N0140 G04 F2.0 N0360 G04 F2.0N0150 G01X32.01 N0370 G01U2W-1F100N0160 G04 F2.0 N0380 G04 F2.0N0170 G01W-38 N0390 G01W-10 F80N0180 G04 F2.0 N0400 G04 F2.0N0190 G01U2W-1F100 N0410 G01X100 F100N0200 G04 F2.0 N0420 W-20 F260N0210 G01W-20F80 N0430 G04 F2.0N0220 G04 F2.0 N0440 G01W-4 F80N0450 M06 F3.5 T22 N0670 G04 F2.0N0460 G04 F2.0 N0680 G01X34 F8.0N0470 G01X50 F260 N0690 G04 F2.0N0480 X45 F100 N0700 G01X100 F260N0490 X41 F80 N0710 G04 F2.0N0500 G04 F2.0 N0720 G01W63 F260N0510 G01X40 F80 N0730 G04 F2.0N0520 G04 F2.0 N0740 G01W-4 F80N0530 G01X39 F80 N0750 X34 F260N0540 G04 F2.0 N0760 G04 F2.0N0550 G01X100 F260 N0770 X32 F80N0560 G04 F2.0 N0780 G04 F2.0N0570 G01W87 F260 N0790 G01X30 F80N0580 G04 F2.0 N0800 G04 F2.0N0590 G01W-4 F80 N0810 G01X29 F80N0600 X41 F260 N0820 G04 F20N0610 G04 F2.0 N0830 G01X100 F260N0620 G01X39 F80 N0840 U210W-19F260N0630 G04 F2.0 N0850 M06 F3.5 T10N0640 G01X37 F80 N0860 G01X300 F100N0650 G04 F2.0 N0870 Z195 F100 M02N0660 G01X35 F80立轴右端程序编制N0010 G92X300Z0 N0200 G02U6W-3N0020 G04 F2.0 I6K0F100N0030 G01U180W92F260 N0210 G04 F2.0N0040 G04 F2.0 N0220 G01X52 F80N0050 G01W-4F100 N0230 G04 F2.0N0060 X124 F260 N0240 G01W-4 F80N0070 X119 F80 N0250 G04 F2.0N0080 G04 F2.0 N0260 G01X88 F80N0090 G01X120 F80 N0270 U1.414W-0.29N0100 G04 F2.0 F80N0110 G01W-2 F80 N0280 U8W-4F80N0120 G04 F2.0 N0290 U210W-33F260N0130 G03U27W-21.267 N0300 G04 F2.0 I-20K-21.267F140 N03