轴类零件机械加工工艺规范及其设计

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课题名称轴类零件机械加工工艺规程与设计学生姓名

胡际义学号

0904190231专业

周密机械班级

二班指导教师汪超2011年5月31日

摘要轴类零件在加工中产生的切削力、切削热、振动等将直接阻碍工件的尺寸精度和形位精度,加工难度大。在详细讨论了轴类零件的加工工艺、确定加工原则和合理安排加工顺序的基础上,介绍了优化装夹的方法和可供选择的多种安装方式,同时加强先进技术的应用,从而能使轴类零件的加工生产效率高、表面质量好、环境污染小、性价比高,符合现代加工的进展趋势。关键词：机械加工，数控机床，刀具目录第一章绪论……………………4第二章工艺过程的差不多理论知识…………52.1生产过程与工艺过程………………52.2生产过程…………52.3生产系统 ……………52.4工艺过程 ……………6第三章零件图分析…………73.1零件图分写………7—83.2零件图分析…………93.3零件技术要求分析…………………93.4毛坯确定…………10 第四章制定工艺方案…………114.1方案分析……………114.2设备的选择………11—124.3刀具的选择…………124.4量具的选择…………134.5冷却液的选择………144.6切削用量的选择……154.7主轴转速的确定……154.8进给速度的确定………16第五章工艺问题的处理……175.1平面的确定……16—175.2程序起始点、返回点和切入切出点的确定………185.3编写程序………18—215.4加工情况的分析……215.5零件加工步骤………22毕业设计总结………………23致谢…………24参考文献………24绪论随着科技不断的进展和进步，随着社会也不断的在进步，制造也在不段的提高，数控技术的引进呈现出突飞猛进的趋势，特不是在计算机技术飞速进展的同时数控机床也得到了相应的提高。数控机床是现在高精度自动化设备，综合运用计算机、自动操纵、自动检测及周密机械等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品。数控技术也从另一个方面反映出了我们国家的制造业，进展数控机场是当今我们国家机械制造业技术改造的必经之路，是以后自动化工厂的基础。随着数控机床的广泛运用现代企业对零件的精度也有所提高，关于数控技术人才要求也越来越大。作为一名机电系的大学生，在这三年的学习当中学习到了相关专业的知识进行检测，为了提高自身的数控技术的本领，巩固自己所学习的只是，为以后进入社会工作打下结实基础，应此，特对数控技术进行实践学习，从而达到能制定加工工艺、自己编制程序、自己动手执行工艺过程，并加工出合格的零件。第二章工艺过程的差不多理论知识2.1生产过程与工艺过程生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。在生产过程中，凡是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺确实是制造产品的方法。采纳机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程（以下简称为工艺过程）。2.1生产过程工业产品的生产过程是指由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。这些过程包括：（1）生产技术预备过程包括产品投产前的市场调查分析，产品研制，技术鉴定等。（2）生产工艺过程包括毛坯制造，零件加工，部件和产品装配、调试、油漆和包装等。（3）辅助生产过程为使差不多生产过程能正常进行所必经的辅助过程，包括工艺装备的设计制造、能源供应、设备维修等。（4）生产服务过程包括原材料采购运输、保管、供应及产品包装、销售等。2.2生产系统（1）系统的概念任何事物差不多上由数个相互作用和相互依靠的部分组成并具有特定功能的有机整体，那个整体确实是“系统”。（2）机械加工工艺系统机械加工工艺系统由金属切削机床、刀具、夹具和工件四个要素组成，它们彼此关联、互相阻碍。该系统的整体目的是在特定的生产条件下，在保证机械加工工序质量的前提下，采纳合理的工艺过程，降低该工序的加工成本。（3）机械制造系统在工艺系统基础上以整个机械加工车间为整体的更高一级的系统。该系统的整体目的确实是使该车间能最有效地全面完成全部零件的机械加工任务。（4）生产系统以整个机械制造厂为整体，为了最有效地经营，获得最高经济效益，一方面把原材料供应、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、检验与试车、油漆、包装、运输、保管等因素作为差不多物质因素来考虑；另一方面把技术情报、经营治理、劳动力调配、资源和能源利用、环境爱护、市场动态、经营政策、社会问题和国际因素等信息作为阻碍系统效果更重要的要素来考虑。2.3工艺过程在生产过程中，那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维修等则属于辅助过程。在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。技术人员依照产品数量、设备条件和工人素养等情况，确定采纳的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织治理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。它们是工序、安装、工位、工步和走刀。其中工序是工艺过程中的差不多单元。零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，每一个工步可能包括一个或几个走刀。（1）工序一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作过程是否连续。例如，在车床上加工一批轴，既能够对每一根轴连续地进行粗加工和精加工，也能够先对整批轴进行粗加工，然后再依次对它们进行精加工。在第一种情形下，加工只包括一个工序；而在第二种情形下，由于加工过程的连续性中断，尽管加工是在同一台机床上进行的，但却成为两个工序。工序是组成工艺过程的差不多单元，也是生产打算的差不多单元。（2）安装在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。有时，工件在机床上需通过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。安装是指工件通过一次装夹后所完成的那部分工序内容。例如，在车床上加工轴，先从一端加工出部分表面，然后调头再加工另一端，这时的工序内容就包括两个安装。（3）工位采纳转位（或移位）夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要通过若干个位置依次进行加工，工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。简单来讲，工件相关于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容，称为工位。为了减少因多次装夹而带来的装夹误差和时刻损失，常采纳各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工。（4）工步在加工表面不变，加工工具不变的条件下，所连续完成的那一部分工序内容称为工步。生产中也常称为“进给”。整个工艺过程由若干个工序组成。每一个工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步通常包括一个工作行程，也可包括几个工作行程。为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个加工表面的工步，称为复合工步，也能够看作一个工步，例如，组合钻床加工多孔箱体孔。（5）走刀加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。例如轴类零件假如要切去的金属层专门厚，则需分几次切削，这时每切削一次就称为一次走刀。因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成一次进给运动称为一次走刀。零件图分析3.1零件图分写图2-1车铣混合零件图2-2车铣混合零件端面图2-3车铣混合零件槽图2-4车铣混合零件外圆3.2零件图分析图2-1零件图分析：汽车倒车等开关外壳的毛坯材料是45号钢，毛坯尺寸Φ25mm×40mm，依照零件图形、形状、尺寸分析及毛坯分析。该零件为车铣混合零件，要紧由外圆、内孔、端面、六边体、槽组成。形状比较复杂。为保证其零件的加工精度，首先定位特不关键，其次是机床、刀具、夹具等。采纳双头装夹的方式进行加工，3个孔要一次性加工完。按照基准面先行、先主后次、先粗加工后精加工。先加工孔后加工外圆的方式进行加工。图2-2零件图分析：汽车倒车开关轴键的毛皮材料是45号钢，毛坯尺寸Φ8mm×30mm，依照零件图形、形状、尺寸分析及毛坯分析。该零件由外圆、端面、槽组成。形状比较简单。为了保证零件的加工精度，首先定位特不关键，其次是机床、刀具、夹具等。采纳双头装夹的方式进行加工，按照基准面先行、先主后次、先粗加工后精加工。图2-3零件图分析：汽车倒车开关动接触件是用注塑做成的。图2-4零件图分析：汽车倒车开关底座是用注塑做成的。3.3零件技术要求分析图2-1零件技术要求分析：未注公差尺公差等级IT6级，粗糙度为Ra3.2mm，加工时必须考虑其切削用量和加工定位等。假如切削用量不当，则会达不到其加工精度。假如装夹不当加工时极容易产生振荡，假如定位不行可能会导致表面粗糙度值增加，加工精度难以保证。图2-2零件技术要求分析：未注公差尺公差等级IT12级，粗糙度一般为Ra0.8mm，未注明为Ra3.2mm，加工时必须考虑其切削用量和加工定位等。假如切削用量不当，则会达不到其加工精度。假如装夹不当加工时极容易产生振荡，假如定位不行可能会导致表面粗糙度值增加，加工精度难以保证。图2-3零件技术要求分析：未注公差尺公差等级IT7级，粗糙度为Ra1.6mm，加工时必须考虑其切削用量和加工定位等。假如切削用量不当，则会达不到其加工精度。假如装夹不当加工时极容易产生振荡，假如定位不行可能会导致表面粗糙度值增加，加工精度难以保证。图2-4零件技术要求分析：未注公差尺公差等级IT7级，粗糙度为Ra3.2mm，加工时必须考虑其切削用量和加工定位等。假如切削用量不当，则会达不到其加工精度。假如装夹不当加工时极容易产生振荡，假如定位不行可能会导致表面粗糙度值增加，加工精度难以保证。图2-1到图2-4零件结构工艺分析：（1）零件图样尺寸的正确标注。（2）保证获得要求的加工精度。（3）分析零件的变形情况。（4）保证基准统一。3.4毛坯确定图2-1采纳的是45钢，且达到要求，因此采纳Φ25mm×40mm进行加工零件，在车零件的时候读数尽量要精确，尽量用千分尺来进行测量，在车的过程中要用切削液来进行以便保证零件的表面粗糙度使得切削能够正常进行。图2-2采纳的是45钢，且达到要求，因此采纳Φ8mm×30mm进行加工零件，在车零件的时候读数尽量要精确，尽量用千分尺来进行测量，在车的过程中要用切削液来进行以便保证零件的表面粗糙度使得切削能够正常进行。图2-3采纳的是塑料，且达到要求，因此采纳Φ12mm×25mm进行加工零件，在车零件的时候读数尽量要精确，尽量用千分尺来进行测量，在车的过程中要用切削液来进行以便保证零件的表面粗糙度使得切削能够正常进行。图2-4采纳的是塑料，且达到要求，因此采纳Φ20mm×15mm进行加工零件，在车零件的时候读数尽量要精确，尽量用千分尺来进行测量，在车的过程中要用切削液来进行以便保证零件的表面粗糙度使得切削能够正常进行。第四章制定工艺方案4.1方案分析依照零件图样，制定以下加工工艺方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，且又能保证加工质量）下面分析两套加工工艺方案进行比较。图2-1方案一：下料→先加工右边→加工3个内孔→车Φ19.57的外圆→车Φ22的外圆→换头车螺纹→加工六边形方案二：下料→先加工右边→车Φ19.57的外圆→车Φ22的外圆→加工3个内孔→换头车螺纹→加工六边形图2-2方案一：下料→先加工右边→车Φ5.01的外圆→车Φ6.2的外圆→换头车Φ5.01的外圆。方案二：下料→先加工左边→车Φ5.01的外圆→车Φ6.2的外圆→换头车Φ5.01的外圆。图2-3方案一：下料→先加工右边的孔→换头→加工Φ3的外圆→加工Φ1.6d的外圆→切槽。方案二：下料→先加工Φ3的外圆→加工Φ1.6d的外圆→切槽→加工右边的孔。图2-4方案一：下料→先加工外圆（从右边开始）→调头→加工内孔。方案二：下料→先加工内孔（左边的）→调头→加工外圆。有孔的零件尽量先加工孔再加工外圆，假如有多个孔的零件，孔尽量一次性加工完所有的孔，如此才能保证原同心，假如几个孔用分左右两次加工的话，专门有可能引起原不同心。4.2设备的选择实验室设备：结合零件图分析，该零件有外圆、切槽、还有内孔，为了减少换刀速度，因此选用CK6430数控车床进行加工，CK6430数控车床配置FANUC0i-MC操纵系统，功能全、性能可靠、操作方便。机床的各进给坐标轴的运动，采纳数字式交流伺服驱动，具有转矩脉冲小，低速运转平稳和噪音低等优点。机床要紧参数见表4-1表4-1机床要紧参数表参数名称单位参数值床身上最大工件回转直径mm300最大工件长度mm200中拖板上最大工件回转直径mm100主轴通孔直径mm32主轴内锥孔莫氏5号短锥主轴转速范围（无级）r/min100～4500进给速度范围Z轴mm/min1~2000X轴mm/min1~2000快速Z轴mm/min8000X轴mm/min4000螺纹加工范围公制mm4英制牙/英寸6行程Z轴mm250X轴mm270主电机功率KW3转速r/min1480X轴的最小进给设定单位mm0.001Z轴的最小进给设定单位mm0.001图4-2CK6430机床4.3刀具的选择首先，刀具的合理选择和使用，对提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期等方面有十分重要的作用。数控加工对刀具的要求专门高，不仅要求其精度高、刚度好、耐用度高，还要求尺寸稳定、安装调整方便。首先，使用好的刀具会增加成本，但效率提高则会使机床费用和人工费用有大幅度的降低，这正是制造业发达国家所采纳的加工策略之一。其次，应依照机床的加工能力、工件材料的性质、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选择刀具及刀柄。刀具选择的总原则是：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，结合我院实际，采纳高速钢刀具加工。切削用刀具材料应具备的性能如表4-3所示：表4-3切削用刀具材料应具备的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度（常温及高温状态）耐磨损性化学稳定性良好耐氧化性耐扩散性高韧性（抗弯强度）耐崩刃性耐破损性低亲和性耐溶着、凝着（粘刀）性高耐热性耐塑性变形性磨削成形性良好刀具制造的高生产率热传导能力良好耐热冲击性耐热裂纹性锋刃性良好刃口锐利表面质量好微小切削可能4.2.1数控车床分为这几种到：1、外圆车刀2、切槽刀3、螺纹刀4、钻头5、挖孔刀表4-4刀具卡片刀具号刀具名称规格备注T01外圆车刀20X20T02切槽刀20X203MM的T03螺纹刀20X20T044mm钻头20X20T05挖孔刀20X204.4量具的选择依照该零件的实际形状，需采纳游标卡尺、千分尺、直尺等量具来测量。其量具的使用表如表5-4所示：表4-5量具表名称规格用途量程（mm）分度值（mm）游标卡尺0-1500.02要紧用于内孔大小千分尺0-2575-1000.001用于长度测量工具直尺0-1001用来测量工件的长度4.5冷却液的选择由于该零件在CK6430数控车床进行加工，须依照其切削用量、刀具的材料以及毛坯的材料等选取冷却液，因为在切削加工过程，被切削金属层的变形，切屑与刀具前刀面的摩擦和工件与刀具后刀面的摩擦等，容易产生大量的切削热。其中，大量的切削热被工件汲取，大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏，为了提高零件的加工精度，延长刀具的耐用度和使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，也能起到良好的排屑和润滑等作用。从工件材料、冷却液作用和冷却液的价格综合分析，如表4-6所表4-6冷却液冷却液名称要紧成份要紧作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、极压添加剂或油性润滑综合该零件的加工性能、选择机床、切削用量、刀具的材料以及毛坯的材料等，最后确定冷却液使用切削油，选用乳化液是最适宜的。4.6切削用量选择数控加工切削用量包括主轴转速n、背吃刀量ap和进给量f，其确定原则与一般机械加工相似，关于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。4.7主轴转速的确定要紧依照同意的切削速度Vc(m/min)选取n=（8-1）其中：Vc-切削速度D-铣刀的直径（mm）由于每把刀计算方式相同，现选取20的立铣刀为例讲明其计算过程。D=20mm依照切削原理可知，切削速度的高低要紧取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。理论上讲，的值越大越好，因为这不仅能够提高生产率，而且能够幸免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑：=800r/min=1500r/min螺纹=450r/min切槽=280r/min4.8进给速度的确定切削进给速度F时切削时单位时刻内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量（mm/z）的关系为F=Z(8-2)每齿进给量的选取要紧取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度和硬度越高，越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀.依照在学校学得的知识我确定的进给速度为：粗车外圆：F=150m/min精车外圆：F=200m/min切槽：F=30m/min第五章工艺问题的处理5.1起始平面、返回平面、进刀平面、安全平面的确定5.1.1起始平面起始平面是程序开始时刀具的初始位置所在的平面，一般我把起始平面一般为X依照毛皮直径决定Z100的位置上，一般远于安全平面，在此平面上刀具以G00速度行进。依照我所选的毛皮我把起始平面设置成X80Z100，能够达到加工安全性，可防止碰刀，也可考虑到加工效率，使非切削时刻操纵在一定的范围内，提高加工效率。5.1.2返回平面返回平面返回平面是指程序结束后，刀尖所在的Z平面应该也要回到起始平面，切记在刀具返回起始点的时候要先把刀X方向退出一段距离后再进行返回起始点，以防出现撞到现象。5.1.3进刀平面进刀平面是刀具以高速指令G00下刀至要车削到工件时变成进刀速度下刀，以幸免撞刀，此速度转折点的位置为进刀平面，其高度为进刀高度，此高度一般在加工面和安全平面之间，一般X要大于工件直径2~3mm，Z要大于工件坐标系5mm。因此结合我所选的几个零件我都把进刀平面设置成图2-1为X27Z5；图2-2为X10Z5，符合上述条件，满足加工要求。5.1.4退刀平面退刀平面是指加工结束后，刀具以切削进给速度离开工件表面一段距离（5—10mm）后转为以高速返回安全平面。一般在退X方向的时候一定要让刀尖远离工件的最大直径点。5.1.5安全平面安全平面是指加工完成一段面后，刀具沿轴方向运动一段距离后，刀尖所在的X、Z面，一般把那个点就设置成起始平面的左边点，并以G00指令快速行进。设置安全高度能防止刀具碰伤工件，也能使非切削加工时刻操纵在、一定范围内，即把该零件加工的安全高度定为10mm，满足安全条件。5.2程序起始点、返回点和切入切出点的确定5.2.1程序起始点、返回点程序起始点是指程序开始时，刀尖（刀位点）的初始停留点，采纳G54对刀时一般为对刀点。返回点是指一把刀程序执行完毕后，刀尖返回后的停留点，一般为换刀点。在同一个程序中起始点和返回点最好要相同，假如一个零件的加工需要几个，以免引起加工操作上的苦恼。为可确保加工后零件表面位置的准确性，对刀后必须人工使刀具的到位点在G54指令后面规定的X、Z坐标值上。一般我设置程序起始点为X80Z100。5.2.2切入、切出点选择的原则切入点即在进刀或切削曲面的过程中，要使刀具不受损坏。一般来讲，对粗加工而言，选择曲面内的最高角点作为曲面的切入点（初始切削点）。因为该点的切削余量较小，进刀时不易损坏刀具；关于精加工而言，选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点。因为在该点处，刀具所受的弯矩较小，不易折断刀具。5.3编写程序图2-1：右端Z5;O0001G00X80Z100G54G98G97;T0101S800;M03S500T0404;G00X27Z5;G00X80Z100;G71U2R1;G00X27Z5;G71P10Q20U0.5W0F150;G01x0;N10G01X16.57F200;G01Z-5.64F50;Z-10.05;G01Z5;X20;G00X80Z100;X22Z-1;T0505S500;Z-24.84;G00X27Z5;N20G01X27;G01X7;G00X80Z150;Z-5.64;S1500;Z5;G70P10Q20;X10;G00X80Z150;Z-5.64;M30;Z5;X13;Z-5.64Z5;X16.7;Z-5.64;左端：G54G98G97;X13.1575;M03S800T0101;X12.995;G00X80Z100;G00X80Z150;G00X27Z10;M30;G71U2R1;G71P10Q20U0.5W0F150;N10G01X0F200;Z0;X11;X14Z-1.5;Z-10.06;X20;X22Z-1;N20G01X27;G00X80Z100;S1500;G70P10Q20;G00X80Z100;T0202S280;G00X25Z-10.06;G01X11F30;X25;G00X80Z100;T0303S450;G00X15Z5;G92X13.8375Z-9F1.5X13.675X13.5125;X13.35;图2-2：右端：左端：G54G98G97;G54G98G97;M03S800T0101;M03S800T0101;G00X80Z100;G00X80Z100;G00X10Z5;G00X10Z5;G71U2R1;G71U2R1;G71P10Q20U0.5W0F150;G71P10Q20U0.5W0F150;N10G01X0F200;N10G01X0F200;Z0;Z0;G03X5.01Z-2.91;X5.01;G01Z-18.43;Z--3.48N20G01X10;X6.02G00X80Z100;Z-4.05S1500;N20G01X10;G70P10Q20;G00X80Z100;G00X80Z100;S1500;M30;G70P10Q20;G0080Z100;M30;5.4零件加工情况的分析考虑到加工中心所选用的刀具差不多上硬质合金钢，只好依照现有的条件和切削用量的一般选用原则，粗加工时切削速度在低范围内以较大的背吃刀量进给，以便减少加工时刻提高生产效率，尽可能的选择较大的进给量。精加工时，则选用较小的背吃刀量和进给量、较高的切削速度，如此便保证了加工的质量。5.4.1加工零件步骤1开机检验机床主轴是否能正常的运转，检查各辅助功能是否正常，润滑系统工作是否否正常，并按正确的开机顺序开机。2回参考点将各坐标轴回到参考点：首先将Z轴回机床参考点，其次将X、Y轴回机床参考点。3输入编制好的程序进入机床程序界面，首先置机床编辑状态为EDIT，按下PROG，进入程序编写界面，输入程序名O0001后，按下INSERT，并正确输入，编辑加工程序。4检验程序将程序传入机床后进行轨迹仿真，在锁住机床、锁住主轴、锁住空运行的状态下，按自动--循环启动，看生成的轨迹是否有误，如若有误则进行相应的修改，直到完全正确后，再释放各锁住按钮，为加工做好预备。5安装刀具及毛坯