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1、渤海船舶职业学院渤海船舶职业学院 题题 目目 轴类零件的加工工艺与编程轴类零件的加工工艺与编程 姓姓 名名 11 学学 号号 12G42103 专专 业业 数控技术 渤海船舶职业学院(李艳超) 摘 要 随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈,产品更新速度越来越快,复杂形状的 零件越来越多,精度要求越来越高,多品种、小批量生产的比重明显增加,激烈的市场竞争使 产品研制生产周期越来越短,传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与 复杂形状零件的高速高质量加工要求。 本课题来源于生产,是对所学知识的应用,它包括了三年所学的全部知识,在数控专 业上具有代表性,而且提高了综合运用各方面知
2、识的能力。程序的编制到程序的调试,零 件的加工运用到了所学的 AutoCAD、 CAXA 制造工程师软件、数控机床操作、子程序、刀具 的选择、零件的工艺分析、数学处理、工艺路线等一系列的内容。这将所学到的理论知识 充分运用到了实际加工中,切实做到了理论与实践的有机结合。 关键词关键词:数控;加工;工艺;编程 渤海船舶职业学院(李艳超) 目 录 1 引 言 .1 1.1 数控技术的发展及趋势 1 1.2 数控车削加工工艺分析的主要内容 2 2 轴类零件的加工工艺设计 3 2.1 轴类加工的内容及工艺分析 3 2.1.1 轴类零件加工的内容.3 2.1.2 轴类零件加工的工艺分析.4 2.2 轴类
3、零件工艺路线的拟定 4 2.2.1 工艺路线的确定.4 2.2.2 辅助工序的安排.6 2.3 数控机床及其工艺设备的选择 6 2.3.1 数控机床的选择.6 2.3.2 检测量具的选择.7 2.4 轴类零件切削用量参数的确定 7 2.4.1 确定主轴转速.7 2.4.2 确定进给速度.8 2.4.3 确定背吃刀量.8 2.5 拟定数控加工工艺卡 8 2.5.1 数控加工工序 8 2.5.2 数控加工工序表 9 2.6 刀具的选择 9 2.6.1 刀具.9 2.6.2 确定对刀点与换刀点10 3 轴类零件夹具的选用 .12 3.1 对轴类零件夹具的基本要求 .12 3.2.1 夹具的类型 .1
4、2 3.2.2 零件的安装12 4 车削零件数控加工的编程 .13 4.1 数控坐标系的确定 .13 4.2 走刀路线的确定 .13 4.3 程序编制 .14 5 结 论 22 6 致 谢 23 7 参 考 文 献 24 渤海船舶职业学院(李艳超) 第 1 页 共 24 页 1 引 言 1.1 数控技术的发展及趋势 机床数控系统,即计算机数字控制(CNC)系统是在传统的硬件数控(NC)的 基础上发展起来的。它主要由硬件和软件两大部分组成。通过系统控制软件与 硬件的配合,完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功能控制等。 CNC 系统利用计算机来实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具补偿、插补
5、运算、 公英制变换、图形显示和固定循环等。使数控机床按照操作设计要求,加工出 需要的零件。1908 年,穿孔的金属薄片互换式数据载体问世;19 世纪末,以纸 为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明;1938 年,香农在美国麻省理工 学院进行了数据快速运算和传输,奠定了现代计算机,包括计算机数字控制系 统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952 年第一台数控机 床问世后,数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展,其六代是指电子 管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控 PC 机的通用 CNC 系 统。其中前三代为第一阶段,称作为硬件连接数控,简称 NC 系统;后三
6、代为第 二阶段,乘坐计算机软件数控,简称 CNC 系统。 数控加工技术是什么呢?简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上 完成整个零件的加工。而且和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下 优点: 加工效率高。 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制, 所以零件的互换性强,加工的速度快。 加工精度高。 同传统的加工设备相比,数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人 为误差,因此加工的效率可以得到很大的提高。 劳动强度低。 由于采用了自动控制方式,也就是说加工的全部过程是由数控系统完成, 选择适合在数控机床上加工的零件,确定工序内容。 分析被加工零件图样,明确加
7、工内容及技术要求,在此基础上确定零件 的加工方案,制定数控加工工艺路线,如工序的划分、加工顺序的安排、与传 统加工工序的衔接等。 设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的 选择、切削用量的确定等。 渤海船舶职业学院(李艳超) 第 2 页 共 24 页 调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、 刀具的补偿。 分配数控加工中的容差。 处理数控机床上部分工艺指令。 总之,数控加工工艺内容较多,有些与普通机床加工相似。 2 轴类零件的加工工艺设计 2.1 轴类加工的内容及工艺分析 2.1 球头轴零件图 渤海船舶职业学院(李艳超) 第 3 页 共 24 页
8、2.1.1 轴类零件加工的内容 数控车床与普通车床相比,具有加工精度高、加工零件的形状复杂、加工 范围广等特点。但是数控车床价格较高,加工技术较复杂。球头轴零件可分为 粗车、半精车和精车等阶段。一般分为: 车削外圆。车削外圆是最常见、最基本的车削方法使用各种不同的车刀 车削中小型零件外圆(包括车外回转槽)的方法。其中,左偏刀主要用于需要从 左向右进给,车削右边有直角轴肩的外圆以及右偏刀无法车削的外圆。 车削内圆。车削内圆(孔)是指用车削方法扩大工件的孔或加工空心工件 的内表面。这也是常用的车削加工方法之一。常见的车孔方法在车削盲孔和台 阶孔时,车刀要先纵向进给,当车到孔的根部时再横向进给,从外
9、向中心进给 车端面或台阶端面。 渤海船舶职业学院(李艳超) 第 4 页 共 24 页 车削平面。车削平面主要指的是车端平面(包括台阶端面),常见的方法 是用左偏刀车削平面,可采用较大背吃刀量,切削顺利,表面光洁,大、小平 面均可车削使用 90左偏刀从外向中心进给车削平面,适用于加工尺寸较小 的平面或一般的台阶端面用 90左偏刀从中心向外进给车削平面,适用于加 工中心带孔的端面或一般的台阶端面使用右偏刀车削平面,刀头强度较高,适 宜车削较大平面,尤其是铸锻件的大平面。 车削锥面。锥面可分为内锥面和外锥面,可以分别视为内圆、外圆的一 种特殊形式。内外锥面具有配合紧密、拆卸方便、多次拆卸后仍能保持准
10、确对 中的特点,广泛用于要求中准确和需要经常拆卸的配合件上。在普通车床上加 工锥面的方法有小滑板转位法、尾座偏移法、靠模法和宽刀法等,小滑板转位 法主要用于单件小批量生产,内外锥面的精度较低,长度较短(100mm);尾座 偏移法用于单件或成批生产轴类零件上较长的外锥面;靠模法用于成批和大量 生产较长的内外锥面;宽刀法用于成批和大量生产较短(20mm)的内外锥面。 车削螺纹。在普通车床上一般使用成形车刀来加工螺纹,加工普通螺纹、 方牙螺纹梯形螺纹和模数螺纹时使用的成形车刀。 车削台阶、槽。 选择数控加工内容时,可按下列顺序考虑: 普通机床无法加工的内容应优先选择; 普通机床难加工,质量难保证的内
11、容应重点选择 普通机床加工效率低,手工操作劳动强度大的内容。 虽然数控车床加工范围广泛,但是因受其自身特点的制约,某些零件仍不 适合在数控车床上加工。 2.1.2 轴类零件加工的工艺分析 粗加工:主要是下料,下料的要求是棒料的直径 90,长度是 150, 并且要求下料长度的误差不能超过正负 1并在棒料两端钻中心孔,中心孔: A4/8.5,并且,要求中心应均匀一致,为下一步工序做准备。 半精加工:半精车外圆,先粗车外圆然后,再半精车外圆,而其他的各 尺寸以及跳动的要求都要符合图纸的要求。 精加工:精车外圆,先半精车外圆,最后精车外圆,而其他的各尺寸以及 跳动的要求都符合图纸的要求。 2.2 轴类
12、零件工艺路线的拟定 2.2.1 工艺路线的确定 图 2.2 是加工工序及每个步骤的注释和注意事项。 渤海船舶职业学院(李艳超) 第 5 页 共 24 页 在程序编制中,编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各 几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义, 手工编程时要计算出每个节点的坐标,无论哪一点不明确或不确定,编程都无 法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略,常常出现参数 不全或不清楚,如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审 查与分析图纸时,一定要仔细核算,发现问题及时与设计人员联系。 零件的外形最好采用统一的几何类型及尺
13、寸,这样可以减少换刀次数,还 可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称,便于 利用数控机床的镜向加工功能来编程,以节省编程时间。 渤海船舶职业学院(李艳超) 第 6 页 共 24 页 2.2.2 辅助工序的安排 辅助工序一般包括去毛刺、清洗、上油、检验等。检验工序是主要的辅助 工序,是合格证产品质量的重要措施,零件的每道工序加工完成之后,和零件 全部加工完成之后都要进行检验工序。 2.3 数控机床及其工艺设备的选择 2.3.1 数控机床的选择 根据零件产量、加工要求选择生产设备(根据专业要求需要选择数控车床) 。我们选择 SIEMENS 的 SINUMERIK802S/C
14、 数控车床。 数控车床常用的功能指令有准备功能 G、辅助功能 M、刀具功能 T、主轴转 速功能 S 和进给功能 F。由于车床种类不同,系统配置也各不相同。 表 2.1 SIEMENS 的 SINUMERIK802S/C 数控车系统的常用功能指令 功能代码功能代码 路径数据暂停时间 G4 绝对/增量尺寸G90,91程序结束 M02 公制/英制尺寸G71,G70主轴运动 半径/直径尺寸G22,G23主轴速度 S 可编程零点偏置 G158 旋转方向 M03/M04 可设定零点偏置G54G57 G500,G53 主轴速度限制G25,G26 轴运动主轴定位 SPOS 快速直线运动 G0 特殊车床功能 进
15、给直线插补 G1 恒速切削 G96/G97 进给圆弧插补 G2/G3 圆弧倒角/直线倒角 CHF/RND 中间点的圆弧插补 G5 刀具及刀具偏置 定螺距螺纹加工 G33 刀具 T 接近固定点 G75 刀具偏置 D 回参考点 G74 刀具半径补偿选择G41,G42 进给率 F 转角处加工G450,G451 准确停/连续路径加工G9,G60,G6 4 取消刀具半径补偿 G40 在准确停时的段转换 G601/G602 辅助功能 M 2.3.2 检测量具的选择 游标卡尺 数显测位尺 外径千分尺 螺纹塞规 渤海船舶职业学院(李艳超) 第 7 页 共 24 页 2.4 轴类零件切削用量参数的确定 数控编程
16、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 人程序中。切削用量包括主轴转速、背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,最大限度提高生产率,降低成本。 2.4.1 确定主轴转速 主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式 为:n=1000v/3.14D 式中:v-切削速度,单位为 m/m 动,由刀具的耐用度决定;n-主轴转速, 单位为 r/min,D-工件直径或刀具直径,单位为 mm。 计算的主轴转速 n,最后要选取机床有的或较接近的转速为: 车外圆,粗车主轴转速为 1300r/min ,精车主轴转速为 1600r/min 。 表 2.2 刀具的切削参数 2.4.2 确定进给速度 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和 表面粗糙度要求以及