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轴类零件的数控加工与编程
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更新于2023-03-03
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轴类零件的表面由诸多基本表面组成,其中我们要加工的零件的表面由同轴线的圆柱面、圆锥面、圆弧面、退刀槽、螺纹及键槽组成,理论上可用数控车床或数控磨床来加工。但此零件各部分的粗糙度要求不一样。根据一般的外圆加工方法所能达到的精度:粗车(IT11-IT13 Ra12.5-50)、半精车(IT8-IT10 Ra3.2-6.3)、精车(IT7-IT8 Ra0.8-1.6)。 对于没有粗糙度要求的表面,只需要粗车就可以了;对于粗糙度要求为3.2的表面,要经过粗车、半精车;对于表面粗糙度为1.6的表面,需要经过粗车、半精车、精车。退刀槽可以用切槽刀来加工,螺纹可以用螺纹刀来加工。 但此零件上还有一个键槽,它的底面和侧面的表面粗糙度要求都是1.6。据资料1(P55)所示:精铣(IT11-IT13 Ra6.3-25)、精铣(IT8-IT10 Ra1.6-6.3)。可见,键槽的加工需要粗铣和精铣。
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目 录
一、拟加工轴类零件图.............................................................................................................1
二、数控加工工艺内容的选择................................................................................................1
三、数控加工方法的选择.........................................................................................................2
四、数控加工工艺性分析.........................................................................................................2
五、数控加工工艺路线设计.....................................................................................................4
5.1
工序的划分
.........................................................................................................................................................5
5.2
加工顺序的安排
.................................................................................................................................................5
5.3
数控加工工艺与传统加工工序的衔接
.............................................................................................................6
六、数控加工工序设计.............................................................................................................6
6.1
进给路线的确定
.................................................................................................................................................6
6.2
螺纹加工工艺处理
............................................................................................................................................11
6.3
装夹方案的确定
...............................................................................................................................................13
6.4
刀具的选择与装刀、对刀、换刀
...................................................................................................................13
七、 数控加工工艺规程文件编制........................................................................................................................15
7.1
数控加工编程任务书
.......................................................................................................................................15
7.2
数控加工机床调整单
.......................................................................................................................................18
7.4
数控加工进给路线图
.......................................................................................................................................33
7.5
数控加工刀具卡片
...........................................................................................................................................47
7.6
数控加工程序单
...............................................................................................................................................55
- 1 -
一、拟加工轴类零件图
待加工的零件是一个典型的轴类零件,表面的形状由直线和圆弧组成,具体形状
如图1所示。
图1 拟加工零件图
在数控机床上加工零件,一般有一下两种情况。一种是有零件图样,要选择适合加
工该零件的数控机床,另一种是已经有了数控机床,要选择适合该机床加工的零件,现
在实际的情况是零件图给定了,机床也给定了。无论哪种情况,考虑的因素主要有毛胚
的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、热处理要求等。概括起
来,机床的选用要满足这样的要求:保证加工零件的技术要求,能够加工出合格的产品
有利于提高生产效率;可以降低生产成本。
另外,机床的类型应与工序划分的原则相适应,机床的主要规格尺寸应与工件的外
形尺寸和加工表面有关尺寸相适应,机床的精度与工序要求的加工精度相适应。从加工
工艺的角度分析,选用的数控机床功能还必须适应被加工零件的形状、尺寸精度和生产
节拍等要求。
这次的数控加工,零件图给定了,数控车床也给定了,是西门子802C/S系统的数控
车床和数控铣床,这是根据零件和现有的条件给定的,在正规的加工中,应按照上述要
求来正确选择数控车床。
二、数控加工工艺内容的选择
虽然数控机床具有高精度、高柔性、高效率等特点,但一个零件不是所有的部分都
适合在数控机床上加工。其中,形状复杂,加工精度高,通用机床无法加工或难保证加
工质量的部分;具有复杂曲线或曲面轮廓的部分;具有难测量、难控制进给的部分;对
于此类情况,不要过多地考虑生产率与成本问题,应把数控加工作为首选方案。
有些零件或者零件上的某些部分,在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装;生
产率很低或工人劳动强度很大;需要多次更改后才能定型;需要做长时间调整;零件价
值较高,在通用机床上加工时容易受人为因素干扰而影响加工质量,从而造成较大的经
济损失。对于上述情况,在分析其可加工性的基础上,还要综合考虑生产效率和经济效
益,一般情况下可把它们作为数控加工的主要选择对象
[5]
。
还有些零件,生产批量较大;装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度;加工余
量极不稳定、而且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置;必须用特定的
工艺装备协调加工。对于上述情况,采用数控加工后,在生产效率和经济性方面一般无
明显改善,甚至有可能得不偿失,一般不应该把他们作为数控加工的对象
[6]
。
- 1 -
结合给定零件的实际情况,如图1所示,零件的形状相对比较复杂,在通用机床上加
工时比较困难,且此零件的精度要求较高,在通用机床上加工很难保证加工精度。并且
它还有圆弧面和锥面以及相切的关系,这些要求在通用机床上一般不容易保证加工的质
量。零件的最大的外径尺寸是30毫米,最小外径尺寸是20毫米,余量不是特别大。综合
分析生产效率、经济效益、加工难易程度、现有的条件等方面的因素,我们选择在数控
车床上加工此零件。
三、数控加工方法的选择
轴类零件的表面由诸多基本表面组成,其中我们要加工的零件的表面由同轴线的圆
柱面、圆锥面、圆弧面、退刀槽、螺纹及键槽组成,理论上可用数控车床或数控磨床来
加工。但此零件各部分的粗糙度要求不一样。根据一般的外圆加工方法所能达到的精度
粗车(IT11-IT13 Ra12.5-50)、半精车( IT8-IT10 Ra3.2-6.3)、精车( IT7-IT8 Ra0.8-
1.6)。
对于没有粗糙度要求的表面,只需要粗车就可以了;对于粗糙度要求为3.2的表面,
要经过粗车、半精车;对于表面粗糙度为1.6的表面,需要经过粗车、半精车、精车。退
刀槽可以用切槽刀来加工,螺纹可以用螺纹刀来加工。
但此零件上还有一个键槽,它的底面和侧面的表面粗糙度要求都是1.6。据资料1
(P55)所示:精铣(IT11-IT13 Ra6.3-25)、精铣( IT8-IT10 Ra1.6-6.3)。可见,键槽
的加工需要粗铣和精铣。
四、数控加工工艺性分析
在确定数控加工零件及其加工内容后,应对零件的数控加工工艺性进行全面、认真
仔细地分析。它的主要内容包括产品的零件图样分析、结构工艺性分析和零件的安装方
式的选择等内容。
4.1 零件图分析
对零件图的分析,首先应该熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件
搞清各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响,找出主要的和关键的技术要求,
然后对零件图样进行分析。
首先,我们分析一下尺寸标注方法。零件图上尺寸标注的方法应适应数控加工的特
点,如图2所示,在数控加工零件图上,应以同一基准标注尺寸或者直接给出坐标尺寸。
这种标注方法既便于编程,又利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一,
但是我们这次加工的零件(如图1所示)的标注方法已经给出了,不是像上述的以同一标
准标注尺寸,而是局部分散的标注方法,这样就给工序安排和数控加工带来很大不方便
由于数控加工精度和重复定位精度都很高,不会因较大的累积误差而破坏零件的使用特
性,因此,可将局部的分散标注改为同一基准标注。修改过的零件图如图4所示。
其次进行零件图的完整性与正确性分析。构成零件轮廓的几何元素(点、线、
面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等),是数控编程的重要依据。手工编程
时,要依据这些条件计算每一个节点的坐标,因此,我们要对给定的几何条件进行
仔细的分析,看是否充分,是否准确。
如图1所示,最右边的半球形与圆柱面相切,紧接着是螺纹、退刀槽、圆弧。其
中,圆弧始端与节点相切,末端与圆柱面的素线相切,紧接着又是一个圆弧,相切
的要素也很全面准确,最后是一个圆柱面和倒角,如此分析,此零件图的几何要素
- 2 -
完整且正确。
图2 标注方法
图3 标注示例
其中一个重要的环节就是零件的技术要求分析,只有符合技术要求的零件才能
合格。零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度和热
处理等。这些技术要求在保证零件使用性能的前提下,应经济合理。过高的精度和
表面粗糙度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高
[7]
。
根据给定的零件图显示,尺寸精度、形状精度、位置精度都没有给出,我们只
对零件给出的技术要求进行分析,看是否全面、合理。给出的零件图对表面粗糙度
的要求相对有点高,但是很全面。从右往左,如图4所示。
半球形的表面粗糙度要求是Ra1.6;
与半球形相切的圆柱面的粗糙度要求是Ra3.2;
R5的四分之一圆弧的粗糙度要求是Ra1.6;
与上述圆弧相切的圆柱面的表面粗糙度要求是Ra3.2;
R5的圆弧的表面粗糙度要求是Ra1.6;
圆锥面的表面粗糙度要求是Ra3.2;
由上述分析可知,此零件图的表面粗糙度要求比较全面,这样方便加工工序的制定
和安排,也便于保证零件的加工质量,并且这些粗糙度要求用数控车床加工都能实现。
此外,零件的热处理要求是HRC38-43。
最后对零件的材料进行分析。择零件材料总的原则是,在满足零件功能的前提下,
应选用廉价、切削性能好的材料。给定的零件选用的材料是45号钢,既然给定是这种材
料,那么在功能方面肯定能满足要求,另外,它的切削性能也较好。
- 3 -
图4 零件特征图
4.2 零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性分析是指所设计的零件在满足要求的前提下制造的可行性和经济
性。良好的结构工艺性可以使零件加工容易,节省工时和材料。而较差的零件结构工艺
性,会使加工困难,浪费工时和材料,有时甚至无法加工。因此,零件各加工部位的结
构工艺性应符合数控加工的特点
[8]
。
首先,从表面精度及技术要求不同分析。一般零件包括配合表面与非配合表面。配
合表面有较高精度及技术要求,其加工工艺一般安排如下:先粗车去除余量以接近工件
形状,再半精车至留有余量的工件轮廓形状,最后精加工完成工件轮廓;而非配合表面
因精度及技术要求较低,为提高生产率、延长刀具寿命,往往不安排精车或半精车工序
也就是说粗加工时只对需精加工的部位留余量,这就需在编制粗加工工艺时,改变被加
工工件精加工部位的尺寸。
根据给定零件的实际情况,退刀槽和最左边的圆柱面及倒角没有粗糙度要求,那么
他们只需要安排粗加工即可,在计算好了精加工部位的余量的时候,粗车外轮廓,为粗
糙度要求高的部位留出一定的加工余量。
其次,分析零件的悬伸结构。此零件的车削是在零件悬伸状态下进行的,在车削的
过程中难免会引起工件的变形,所以需要采取一系列的措施,尽量减小工件的变形。一
方面可以从刀具的选择来,主偏角选择尽量大些,常选为93°,以减小背吃刀力;前角也
尽量选择大些,一般选为15°~30°,刃倾角选为正值,可选为3°;刀尖圆弧半径选为小
于0.3mm。
另一方面可以从如何选择粗车循环方式来看,它有两种方式:一种是局部循环去除
余量;另一种是整体循环去除余量。整体循环方式径向进刀次数少、效率高,但会在切
削开始时就减小工件根部尺寸,削弱工件抵抗切削变形能力;局部循环方式增加了径向
进刀次数、降低了加工效率,但工件抵抗切削变形能力增强。结合给定的零件的外形,
零件的总长为60毫米,悬伸量比较小,可以不考虑工件的切削变形能力,所以为了提高
生产效率和方便数控编程,我们采用整体循环的方式。
此外,如果零件的悬伸量过大,上面的两种方法都不能控制变形的话,可以改变刀
具轨迹来补偿因切削力引起的工件变形,加工出符合图纸要求的工件。但是刀具轨迹的
修改要根据实际测得的工件变形量来设计。
五、数控加工工艺路线设计
工艺路线的拟定是制定工艺规程的重要内容之一,其主要内容包括:选择定位基准
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