淺談數(shù)控車床零件加工前的籌備畢業(yè)論文

1、摘要： 在分析了花鍵軸零件的基礎(chǔ)上, 闡述了數(shù)控車床加工前的籌備和加工方法,并對其關(guān)鍵 性技術(shù)進行了研究。 關(guān)鍵詞 刀具選擇，切削用量，花鍵軸，工藝路線，數(shù)控編程 目 錄 摘要：.1 目 錄.2 引 言.2 第一章 數(shù)控機床的發(fā)展.3 1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展.3 1.2 機床的發(fā)展趨勢.4 第二章 數(shù)控車的工藝與工裝削.5 2.1. 合理選擇切削用量 .5 2.2. 合理選擇刀具 .5 2.3. 合理選擇夾具 .6 2.4. 確定加工路線 .6 2.5. 加工路線與加工余量的聯(lián)系 .6 2.6. 夾具安裝要點 .6 第三章 花鍵軸零件加工工藝分析.6 3.1.選擇裝備 .9 3.2 確定零件定

2、位基準(zhǔn)和裝夾方式.9 第四章 制定加工方案.10 4.1.刀具及刀位號 .10 4.2.編寫程序 .10 4.3.小結(jié) .13 第五章 結(jié) 論.13 參考文獻.14 引 言 世界制造業(yè)轉(zhuǎn)移，中國正在逐步成為世界加工廠。美國、德國、韓國等國家已經(jīng)進入 工業(yè)化發(fā)展的高技術(shù)密集時代與微電子時代，鋼鐵、機械、化工等重工業(yè)正逐漸向發(fā)展中 國家轉(zhuǎn)移。我國目前經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)過了發(fā)展初期，正處于重化工業(yè)發(fā)展中期。 未來 10 年將是中國機械行業(yè)發(fā)展最佳時期。美國、德國的重化工業(yè)發(fā)展期延續(xù) 了 18 年以上，美國、德國、韓國四國重化工業(yè)發(fā)展期平均延續(xù)了 12 年，我們估計中國的 重化工業(yè)發(fā)展期將至少延續(xù) 10 年

3、，直到 2015 年。因此，在未來 10 年中，隨著中國重化 工業(yè)進程的推進，中國企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品技術(shù)、質(zhì)量等都將得到大幅提升，國產(chǎn)機械產(chǎn)品國 際競爭力增強，逐步替代進口，并加速出口。目前，機械行業(yè)中部分子行業(yè)如船舶、鐵路、 集裝箱及集裝箱起重機制造等已經(jīng)受益于國際間的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，并將持續(xù)受益；電站設(shè)備、 工程機械、床等將受益于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，加快出口進程。 第一章 數(shù)控機床的發(fā)展 1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 從年第一臺數(shù)控機床問世后，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)先后經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā) 展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控機的 通用 cnc 系統(tǒng)。其中前三代為第一階段，稱作為硬件連接

4、數(shù)控，簡稱系統(tǒng)；后三代為 第二階段，乘坐計算機軟件數(shù)控，簡稱系統(tǒng)。 1.2 機床的發(fā)展趨勢 數(shù)控機床總的發(fā)展趨勢是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性 等。 （1）工序集中 20 世紀(jì) 50 年代末期，在一般數(shù)控機床的基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù)控加工中 心，即自備刀具庫的自動換刀數(shù)控機床。在加工中心機床上，工件一次裝夾后，機床的機 械手可以自動更換刀具，連續(xù)的對工件進行多種工序加工。 目前，加工中心機床的刀具庫容量可達到 100 多把刀具，自動換刀裝置的換刀時間僅 需 0.52 秒。加工中心機床使工序集中在一臺機床上完成，減少了由于工序分散，工件 多次安裝引起的定位誤差，提高了加工精度，同

5、時也減少了機床的臺數(shù)與占地面積，壓縮 了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效的提高了數(shù)控機床的生產(chǎn)效率和數(shù)控 加工的經(jīng)濟效益。 （2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是機械加工的目標(biāo)，數(shù)控機床因其價格昂貴，在上述三方面的發(fā) 展也就更為突出。 （3）方便使用 數(shù)控機床制造廠把建立友好的人機界面、提高數(shù)控機床的可靠性作為提高競爭能力的 主要方面。 （4）加工編程方便 手工編程和自動編程已經(jīng)使用了幾十年，有了長足的發(fā)展，在手工編程方面，開發(fā)了 多種加工循環(huán)、參數(shù)編程和除直線、圓弧以外的各種插補功能，cad/cam 的研究發(fā)展， 從技術(shù)上來講可以替代手工編程。但是一套適用的 cad/ca

6、m 軟件加上計算機硬件，投資 較大，學(xué)習(xí)、掌握時間較長，對大多數(shù)的簡單工件很不經(jīng)濟。 近年來，發(fā)展起來的圖形交互式編程系統(tǒng)（wop，又稱面向車間編程） ，很受用戶歡 迎。這種編程方式不使用 g、m 代碼，而是借助圖形菜單，輸入整個圖形塊以及相應(yīng)參數(shù) 作為加工指令，形成加工程序，與傳統(tǒng)加工時的思維方式類似。圖形交互編程方法在制定 標(biāo)準(zhǔn)后，有可能成為各種型號的數(shù)控機床統(tǒng)一的編程方法。 第二章 數(shù)控車的工藝與工裝削 數(shù)控車床加工工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數(shù)控車床是一次裝夾，連續(xù)自 動加工完成所有車削工序，因而應(yīng)注意以下幾個方面。 2.1. 合理選擇切削用量 對于高效率的金屬切削加工來說，被

7、加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這 些決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削 條件。 切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度 的提高，刀尖溫度會上升，會產(chǎn)生機械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高 20%，刀具 壽命會減少 1/2。 進給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進給量大，切削溫度上升，后 面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量 大，但在微小切深切削時，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切

8、深等選擇使用的 切削速度。 最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到 壽命才是理想的條件。 然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切 削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時，需要根據(jù)實際情況進行研究。對于不銹鋼 和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 2.2. 合理選擇刀具 （1) 粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給 量的要求。 （2) 精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。 （3) 為減少換刀時間和方便對刀，應(yīng)盡量采用機夾刀和機夾刀片。 2.3.

9、 合理選擇夾具 （1) 盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具； （2) 零件定位基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差。 2.4. 確定加工路線 加工路線是指數(shù)控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。 (1) 應(yīng)能保證加工精度和表面粗糙要求； (2) 應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。 2.5. 加工路線與加工余量的聯(lián)系 目前，在數(shù)控車床還未達到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯上過多的余量，特別是 含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時，則需注意程 序的靈活安排。 2.6. 夾具安裝要點 目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現(xiàn)的，液壓卡盤夾緊要點如下：首先

10、 用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺 釘，即可卸下卡盤。 第三章 花鍵軸零件加工工藝分析 1. 圖例 圖 1 花鍵軸零件 （1） 技術(shù)要求 圖 1 為花鍵軸安裝滾動軸承，直徑公差等級 it7，兩外圓同軸度要 求較高；軸向右端 1.3mm28.6mm 溝槽用于安裝卡簧，必須保證軸向尺寸公差在 0.12mm。 （2）毛坯選擇 花鍵軸直徑相差不大，采用直徑為 36mm 熱軋圓棒料，在鋸床上 按 250mm 長度下料。 （3）花鍵軸加工時切削用量選擇如下表 1： 表 1 切削用量選擇 主軸轉(zhuǎn)速 s/(r/min) 進給量 f/(mm/r) 背吃刀量 ap/m

11、m 粗車外圓 3000.43.0 半精車外 圓 4600.150.4 車螺紋 300 切槽 4600.1 螺紋 m161.5 車削時大徑去直徑為 15.8mm，總背吃刀量去 0.65p=（0.651.5） mm=0.95mm,分三次循環(huán)切削，第一次被吃刀量取 0.475mm，第二次取 0.3mm，第三次取 0.2mm。 （4）走刀路線和對刀點選擇 走刀路線包括切削加工軌跡，刀具運動到切削起始點、 刀具切入、切出并返回切削起始點或?qū)Φ饵c等非切削空行程軌跡。由于半精加工和精加工 的走刀路線是沿其零件輪廓順序進行的，所以確定走刀路線主要在于規(guī)劃好粗加工及空行 程的走刀路線。合理確定對刀點,對刀點可以

12、設(shè)在被加工零件上，但注意對刀點必須是基 準(zhǔn)位或已精加工過的部位，有時在第一道工序后對刀點被加工毀壞，會導(dǎo)致第二道工序和 之后的對刀點無從查找，因此在第一道工序?qū)Φ稌r注意要在與定位基準(zhǔn)有相對固定尺寸關(guān) 系的地方設(shè)立一個相對對刀位置，這樣可以根據(jù)它們之間的相對位置關(guān)系找回原對刀點。 這個相對對刀位置通常設(shè)在機床工作臺或夾具上。 （5）花鍵軸加工工藝卡 表 2 花鍵軸加工工藝卡 工 序 號 工 序 名 稱 工 序 內(nèi) 容工 藝 設(shè) 備 工 序 程 序 花鍵外圓倒角 c2.15 半精車花鍵外徑至 30.25mm,長 69.3mm 半精車外圓 30.5mm 至尺寸 車右端 20 js7 處退刀槽 2mm

13、19mm 車花鍵外圓處卡簧槽 1.3mm28.6mm,保證尺寸 85.26mm 工件調(diào)頭，用兩頂尖裝夾 m00 螺紋處倒角 c1 半精車螺紋大徑 15.8 mm,長 20mm 左端 20h7 處倒角 c1.15 半精車 20h7 外圓至 20.25mm,長 32.9mm 半精車 25js 外圓至 20.25mm,長 48.1mm 車螺紋處退刀槽 2mm14mm 車左端 20h7 處退刀槽 2mm19mm 車 25js7 處退刀槽 2mm24mm 車螺紋 m161.5 m00 7 銑工件用頂尖裝夾 按零件圖要求滾銑花鍵 滾床、花鍵滾刀 8 銑工件用兩頂尖裝夾,加輔助支承 按零件圖要求銑鍵槽 x5

14、2k 銑床、兩頂尖、輔助 支承、鍵槽銑刀 9 磨工件兩頂尖裝夾 磨花鍵外圓 磨左端 20h7 外圓和臺階面 磨 25js7 外圓 工件調(diào)頭用兩頂尖裝夾 磨右端 20h7 外圓和臺階面 m1420 磨床、兩頂尖、gb 砂輪 3.1.選擇裝備 根據(jù)被加工零件的外型和材料等條件選定 x52k 銑床、m1420 磨床。 3.2 確定零件定位基準(zhǔn)和裝夾方式 為保證花鍵軸各圓柱面的同軸度和其他位置精度，半精車、精車和磨削時應(yīng)該選擇基 準(zhǔn)軸線為定位基準(zhǔn)，軸兩端鉆中心孔，用兩頂尖裝夾。兩端中心孔相關(guān)尺寸和位置精度以 及粗糙度是影響加工精度的重要因素，因此工件在調(diào)質(zhì)等熱處理后要安排修磨中心孔的工 序。粗車時為了

15、保證工件裝夾剛性，常采用一夾一頂?shù)难b夾方法，左端采用三爪自定心卡 盤夾緊、右端采用活動頂尖支頂。 第四章 制定加工方案 按先主后次、先粗后精的加工原則確定加工路線，采用固定循環(huán)指令進行粗加工，再 精加工，加工螺紋。 4.1.刀具及刀位號 粗車、半精車使用同一把 90合金外圓車刀，安裝在刀架的 1 號刀位上，并定為基 準(zhǔn)刀。車溝槽使用兩把車槽刀，一把主切削刃寬 2mm，另一把主切削刃寬 1.36mm，刀位 點都取在左刀尖。分別安裝在刀架的 2、3 號刀位上。車螺紋使用 60外螺紋車刀，刀尖 角取為 5930，安裝在刀架的 4 號刀位上，用試切對刀法測定各刀具的刀位偏差值， 并在程序運行前輸入數(shù)控

16、系統(tǒng)。 4.2.編寫程序 （1）工序 3 加工如下： o1030 n010 g92 x60 z5; n020 m06 t0101; n030 m03; n040 g90 g99 g00 x31; 絕對值編程，每轉(zhuǎn)進給量，從對刀點進刀 n050 g01 z-200 f0.4; 粗車外圓至 31mm，長 200mm; n060 g00 x35 z5; 退刀至循環(huán)起點 n070 g80 x25 z-15 f0.4; 20js7 外圓粗車循環(huán)，車至 25mm，長 15mm n080 g80 x21 z-15 f0.4; 20js7 外圓粗車循環(huán)，車至 21mm n090 g00 x60; 快速點定位返

17、回對刀點 n100 m00 m00； 程序運行暫停，工件調(diào)頭裝夾 n110 g80 x35； 快速點定位至循環(huán)起點 n120 g80 x30 z-100 f0.4; 25js7 外圓粗車循環(huán)，車至 30mm,長 100mm n130 g80 x26 z-100 f0.4; 25js7 外圓粗車循環(huán)，車至 26mm, n140 g80 x21 z-52 f0.4; 左端 20h7 粗車循環(huán)，車至 21mm，長 52mm n150 g80 x17 z-19 f0.4; 螺紋大徑粗車循環(huán)，車至 17mm，長 19mm n160 g00 x60； 快速點定位返回對刀點 n170 m05; n180 m

18、02; （2）工序 6 加工程序如下： o1060; n010 g92 x60 z5; n020 m06 t0100; n030 m03; n040 g90 g99 g00 x15.65 z1.15; 進刀準(zhǔn)備右端 25js7 處倒角 n050 g01 x20.25 z-1.15 f0.15; 倒角 c1.15 n060 z-15.9; 車 20js7 外圓至 20.25mm，長 15.9mm n070 x30.25 c2.15; 車花鍵右端面并倒角 c2.15 n080 z-85.26; 車花鍵外圓至 30.25mm,長 69.36mm n090 x30.5; 準(zhǔn)備車 30.5 外圓 n10

19、0 z-140； 車外圓 30.5mm n110 g00 x60 z5; 快速點定位返回對刀點 n120 m06 t0202; 選擇 2 號車槽刀，刀補號 2 n130 g00 x35 z-15.9; 快速點定位至車槽進刀點 n140 g01 x19 f0.1; 車槽 219 n150 g00 x60; 退刀至臨時換刀點 n160 t0200; 取消 2 號刀補 n170 m06 t0300; 選擇 3 號車槽刀，刀補號 3 n180 g00 x35 z-85.26; 快速點定位至切槽進刀點 n190 g01 x28.6 f0.1; 車花鍵外圓處卡簧槽 1.3mm28.6mm n200 g04

20、 x1; 車槽底 n210 g00 x35; 退刀 n220 x60 z5; 快速點定位返回對刀點 n230 t0300; 取消 3 號刀補 n240 m00; 程序運行暫停，工件調(diào)頭裝夾 n250 m06 t0100; 選擇 1 號外圓車刀 n260 g00 x11.8 z1; 進刀準(zhǔn)備左端螺紋處倒角 n270 x15.8 z-1 f0.3; 倒角 c1 n280 z-20; 車螺紋大徑至 15.8mm,長 20mm n290 x20.25 c1.15; 車左端 20h7 左端并倒角 c1.15 n300 z-52.9; 車左端 20h7 外圓至 20.25 mm n310 x20.25;

21、車臺階面 n320 z-101; 車 25js7 外圓至 20.25mm，長 48.1mm n330 x31; 車臺階面 n340 g00 x60; 快速退刀至臨時換刀點 n350 m06 t0200; 選擇 2 號車槽刀，刀補號 2 n360 g00 x32; 快速點定位至車槽進刀點 n370 g01 x24 f0.1; 車 25js7 處退刀槽 2mm24mm n380 g00 x32; 退刀 n390 z-52.9; 快速點定位至 20h7 處退刀槽進刀點 n400 g01 x19 f0.1; 車槽 2mm19mm n410 g00 x32; 退刀 n420 z-20; 快速點定位至車螺

22、紋退刀槽進刀點 n430 g01 x14; 車槽 2mm14mm n440 g00 x32; 退刀 n450 x60 z5; 快速點定位返回對刀點 n460 t0200; 取消 2 號刀補 n470 m00; 程序運行暫停，調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速 n480 m06 t0404; 選擇 4 號螺紋車刀，刀補號 4 n490 g00 x18; 快速點定位至螺紋車削循環(huán)起點 n500 g82 x14.85 z-19 f1.5; 第一次螺紋車削循環(huán)（背吃刀量 0.475mm） n510 g82 x14.25 z-19 f1.5 第二次螺紋車削循環(huán)（背吃刀量 0.3mm） n520 g82 x13.85 z-19 f1.5; 第三次螺紋車削循環(huán)（背吃刀量 0.2mm） n530 g00 x60; 快速點定位返回對刀點 n540 t0400; n550 m05; n560 m02; 4.3.小結(jié) 本設(shè)計采用花鍵軸進行編程設(shè)計,在螺紋車削編程中要注意,數(shù)控車床主軸上必須安裝 有脈沖編碼器測定主軸實際轉(zhuǎn)速,從而實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具進給一個螺紋導(dǎo)程的同