薄壁螺纹偏心套的工艺设计及实现
薄壁螺纹偏心套的工艺设计及实现
1 绪论
1.1 研究的意义和目的
加工工艺设计是我们在学习数控加工工艺、机械加工实训及其他有关课程之后进行的一个重要的实践性教学环节,是第一次较全面性的工艺设计训练,其目的是培养我们熟练运用机械制造工艺学等知识,分析和解决工艺问题的能力,初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。进一步巩固、深化、扩展本课程所学到的理论知识,并强化工艺设计能力。通过加工工艺的设计,应该进一步提高识图、制图和机械设计的水平;掌握加工工艺设计的方法,学会查阅和运用有关的专业资料、手册等工具书;培养独立思考和工作的能力,为毕业后走向社会,从事相关技术工作打下良好的基础。加工工艺设计要求我们应该像真正在工厂工作一样地严格要求自己,必须以科学务实和诚信负责的态度对待自己所做的技术决定、数据和计算的结果,培养良好的工作作风。对我自己来说,我希望能通过这次毕业设计对自己未来将要从事的工作进行一次适应性的练习,从这里面来锻炼自己分析问题和解决问题的能力,为今后的发展打下一个良好的基础。
1.2 国内外的发展状况
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今社会先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用了数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术以及其产业,而且在“高精尖”的数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已经成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:机械制造技术;信息处理、加工、传输技术;自动控制技术;伺服驱动技术;传感器技术;软件技术等。数控技术的发展趋势:数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。本毕业设计论文是根据数控加工来进行综合设计的,数控机床现在已经成为国家的先进制造技术的基础设备,并且关系到国家发展的战略地位,从20世纪中期数控技术的出现以来。数控机床给机械制造带来了革命性的变化,数控加工具有自动化,高效率,适应性强,还有高精度等特点。现代数控加工正向高速化,高精度化,高柔性化,高一体化和智能化方向发展。
1.3 数控加工工艺特点
数控加工工艺是数控编程的核心,只有将数控加工工艺合理、科学地融入数控编程中,编程员才能够编制出高质量和高水平的数控程序。数控编程也是逐步完善数控工艺的过程。普通加工工艺是数控加工工艺的基础和技术的保障,由于数控加工采用计算机对加工过程进行自动化控制,使得数控加工工艺具有如下特点。
(1)数控加工工艺远比普通加工工艺复杂。
数控加工工艺要考虑到加工零件的工艺性,加工零件的定位基准和装夹方式,也要选择刀具,制定工艺路线、切削方法及工艺参数等,而这些在常规工艺中均可以简化处理。因此,数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多,影响因素也多,因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排,然后整体完善。相同的数控加工任务,可以有多个数控工艺方案,既可以选择以加工部位作为主线安排工艺,也可以选择以加工刀具作为主线来安排工艺。数控加工工艺的多样化是数控加工工艺的一个特色,是与传统加工工艺的显著区别。
(2)数控加工工艺设计要有严密的条理性。
由于数控加工的自动化程度比较高,相对而言,数控加工的自动适应能力就较差。而且数控加工的影响因素较多,比较复杂,需要对数控加工的全过程深思熟虑,数控工艺设计必须具有很好的条理性,也就是说,数控加工工艺的设计过程必须周密、严谨,没有错误。
(3)数控加工工艺的继承性较好。
凡经过调试、校验和试切削过程验证的,并在数控加工实践中证明是好的数控加工工艺,都可以作为模板,供后续加工相类似零件的调用,这样不仅节约时间,而且可以保证质量。作为模板本身在调用中也是一个不断地修改完善的过程,可以达到逐步标准化、系列化的效果。因此,数控工艺具有非常好的继承性。
(4)数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产。
由于数控加工的自动化程度高,安全和质量是至关重要的。数控加工工艺必须经过验证后才能用于指导生产。在普通机械加工中,工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指导生产,一般不需要上述的复杂过程。
2 零件的图样分析
2.1 零件的尺寸要求
如图2-1所示:
图2-1 薄壁螺纹偏心套
2.2 零件形状及主要加工表面尺寸
该零件表面有圆柱、薄壁、偏心孔、梯形螺纹及槽等表面组成。含有内孔加工,内孔中有莫氏3号锥孔及内槽组成。其中有很多个直径的尺寸有比较严格的尺寸精度要求和表面粗糙度等要求;圆柱的表面和内孔的表面的直径尺寸精度要求严格,而轴肩与轴颈的长度精度要求较为严格。
零件三维图如图2-2所示:
图2-2 薄壁螺纹偏心套三维图
2.3 零件的形位公差分析
形位公差即形状和位置公差,它是对机械零件在加工或者装配的过程中几何要素的形状与位置误差的限制,是除了尺寸公差以外的评定机械零件质量地另一项重要的技术经济指标。在机械零件的设计过程中,正确地选择形位公差项目以及合理的确定形位公差的数值,不仅仅直接影响到机器的使用性能和质量,而且还关系到零件加工的难易程度和成本高低。国家标准规定了14项并列的形位公差,项目较多,而且有些公差项目之间还存在着从属和包容等关系。因此,机械零件的形位公差设计一直是机械零件设计中的难点。该零件加工精度要求:左端对中心线的跳动为0.05mm,左端面上有2处1×15°的倒角、梯形螺纹两牙的夹角为30°,左端两内孔的偏心距为(14±0.02)mm。
2.4 零件表面粗糙度分析
表面粗糙度,是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离很小(在1mm以下),用肉眼是难以区别的,因此它属于微观几何形状误差。
零件的表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求,也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的重要依据。
零件表面粗糙度主要表现在以下几个方面:
1)表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙,配合表面间地有效接触面积就越小,压强越大,磨损的就越快。
2)表面粗糙度影响配合性质地稳定性。对于间隙配合来说,表面越粗糙,就越容易磨损,使得工作过程中间隙逐渐增大,对于过盈配合来说,由于装配时将微观凸峰挤平,从而减小了实际有效过盈,降低了联结的强度。
3)表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙零件的表面存在了较大的波谷,它们像尖角缺口以及裂纹一样,对应力集中非常敏感,从而影响了零件的疲劳强度。
4)表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面,容易使腐蚀性气体或者液体通过表面的微观凹谷渗入到金属的内层,造成表面腐蚀。
5)表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间是无法严密地贴合的,气体或液体可以通过接触面间的缝隙渗漏。
6)表面粗糙度影响零件的接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力的作用下,抵抗接触变形的能力,机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间地接触刚度。
7)影响零件的测量精度。零件的被测表面和测量工具的测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度,尤其是在精密测量的时候。
此外,表面粗糙度对零件地镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力以及辐射性能、液体和气体流动地阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度上的影响。从该零件图样可知:外槽、内槽及内孔的粗糙度为Ra1.6um,其余的粗糙度Ra3.2um。
2.5 零件的设计基准
零件都是由若干个表面组成,各表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求。模具零件表面间的相对位置包括了两个方面的要求,表面间的距离尺寸精度和相对位置精度(如同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等)。相对位置关系就是相对的,就是以一个为参照来确定另外一个,这就完全离不开基准。基准对于一般意义上来讲,就是零件上用来确定其他点、线或者面的位置所依据的点、线或者面。基准按照其作用的不同,可以分为设计基准和工艺基准两大类。
(1)设计基准
在零件图上用来确定其他点、线、面的基准,称为设计基准。
(2)工艺基准
零件在加工和装配的过程中所使用的基准,称之为工艺基准。工艺基准按照用途的不同,又分为定位基准、测量基准和装配基准。
1)定位基准。加工时使得工件在机床或者夹具中占据一个正确的位置所用的基准,称之为定位基准。
2)测量基准。零件在检验时,用来测量已加工的表面尺寸及位置的基准,称为测量基准。
3)装配基准。装配时用来确定零件在部件或者产品中的位置的基准,称为装配基准。
该零件的中心线是各外圆和内孔的设计基准,也是圆柱面的跳动误差的设计基准。螺纹左端面是轴肩右端面和圆柱右端面的设计基准,而圆柱右端面则是梯形螺纹设计基准。
3 机床的选择
选择机床时主要考虑以下因素:
(1)机床的规格应与工件的外形尺寸相适应,即大件用大机床,小件用小机床。
(2)机床的精度应与工件加工精度要求相适应。如果机床精度过低,则不能保证加工精度;机床精度过高,又会增加工件的制造成本,所以应根据工件的精度要求合理选择所需机床。
(3)机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。单件的小批量生产用通用设备或数控机床,大批大量生产应选高效专用设备来加工。
(4)应该与现有的条件相适应。要根据现有的设备及设备的负荷状况、外协条件等确定机床,避免“闭门造车”。
通过以上因素分析,最终选择使用车床来进行零件的加工。
3.1 车床的分类
车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上面还可以用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等工具进行相应的加工。
数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又分水平导轨和倾斜导轨两种类型。档次较高一点的数控卧车一般都是采用倾斜导轨。按刀架数量的分类,又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床,前者是两坐标控制,后者是4坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导轨。
数控车床与普通车床一样,都是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工,并且还能够加工一些复杂的回转面,如双曲面等。数控车床和普通车床的工件安装方式基本相同,为了提高加工效率,数控车床大多采用液压、气动和电动卡盘。
数控车床的外形与普通车床相似,即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统和普通车床有本质的区别,传统普通车床有进给箱和交换齿轮架,但是数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动,因而进给系统的结构大为简化。如图3-1所示:
图3-1 数控车床
3.2 车床的主要参数
CAK3675V数控车床的主要参数如表3-1所示:
表3-1 CAK3675V数控机床的主要技术参数
根据被加工的零件外形、长度、和材料等条件,故选用CAK3675V卧式数控车床。
4 毛胚的选择
4.1 毛胚的种类
毛胚的种类主要包括铸件、锻件、型材、焊接件等。不同的毛胚制造方法所适应的材料、零件形状结构和尺寸有很大的差异,其生产成本和生存率也不同。
(1)铸件:将熔融金属浇入铸型,凝固后所得到的金属毛胚。它适用于形状比较复杂,所用材料又具备可铸性的零件。铸件的材料可以是铸铁、铸钢或有色金属。灰铸铁件力学性能差,球墨铸铁、可锻造及铸钢件较好,灰铸铁件用于受力不大或承压为住的零件,或要求有减震、耐磨性能的零件;其他铁碳合金铸件用于承受重载或复杂载荷的零件。
(2)锻件:金属材料经过锻造变形而得到的毛胚。它适用于力学性能要求高,材料(钢材)又具有可锻性,形状比较简单的零件。其力学性能比相同成分的锻钢件好,主要用于对强度和韧性要求较高的传动零件及模具零件等,生产批量大时,可用模锻代替
自由锻。
(3)型材:各种热轧和冷啦的圆钢、板材、异型材等,适用于形状简单、尺寸较小、精度较高的毛胚。常用型材截面形状有圆形、方形、六角形和特殊断面形状等。
(4)焊接件:它是将各种金属零件用焊接的方法而得到的结合件。在单件削批生产中,用焊接件制作大件毛胚,可以缩短生产周期、节约材料、减轻重量,但其抗震性较差,变形大,需经时效处理后才能进行机械加工。其接头的力学性能达到或接近母材,主要用于制造各个金属结构,部分用于制造零件的毛胚。
(5)其他毛胚:它包括冲压、粉末冶金、冷挤、塑料压制等毛胚。
4.2 毛胚种类的确定
由于轴类零件的毛坯一般选择钢材,并且力学性能比较低,所以毛坯种类选择型材。型材是具有一定的几何形状断面的轧制材料,型材按其截面形状分类有圆钢、方钢、角钢、线材以及各种异型钢等,这些材料按一定的长度切断即可成为零件的毛坯。
毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的,并尽量与零件相接近,以达到减少机械加工的劳动量,力求达到少或无切削加工。但是,由于现有毛坯制造技术及成本的限制,以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高,所以,毛坯的某些表面需留有一定的加工余量,以便通过机械加工达到零件的技术要求。根据图纸所规定的尺寸,毛坯尺寸选φ70mm×100mm为最佳。
5 零件的工艺设计
5.1 零件加工的初期准备
5.1.1 夹具及量具的选择
为保证零件的加工精度,在数控机床上加工零件的时候,必须先使工件在机床上占据一个正确地位置,即定位,然后将其夹紧。这种定位与夹紧的过程称之为工件的装夹。用于装夹工件的工艺装备就是机床的夹具。
车床主要用于加工内外圆柱面,圆锥面,回转成形面,螺纹及端平面等。上述的各表面都是绕着车床主轴的轴心旋转而形成的,根据这一个加工特点和夹具在车床上的安装的位置,将车床夹具分成两种基本类型:一类是安装在车床主轴上的夹具,这类夹具和车床的主轴相连接并且带动工件一起随主轴旋转,除了三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖等通用夹具或者其他机床附件外,往往根据加工的需要设计出各种心轴或者其他专用夹具;另一类则是安装在滑板或床身上的夹具。
(1)三爪自定心卡盘是车床上最常用的自定心夹具。它夹持工件一般不需要找正,装夹速度较快。是一种常用的自动定心夹具,装夹方便,应用较广,但它夹紧力较小,不便于夹持外形不规则的工件,一般适用于装夹轴类、盘套类零件。
(2)四爪单动卡盘其四个爪都可单独移动,安装工件时需找正,夹紧力大,适用于外形不规则、非圆柱体、偏心、有孔距要求(孔距不能太大)及位置与尺寸精度要求高的零件。
四爪单动卡盘装夹操作须知:
1)应根据工件被装夹出的尺寸调整卡爪,使其相对两爪的距离略大于工件直径即可。
2)工件被夹持部分不宜太长,一般以10-15mm为宜。
3)为了工件表面被夹伤和找正工件时方便装夹位置应垫0.5mm以上的铜皮。
4)在装夹大型、不规则工件时,应在工件与导轨面之间垫放防护木板,以防工件掉下,损坏机床表面。
用四爪单动卡盘找正偏心工件(单件或少量)比三爪自动定心卡盘方便,而且精度高,尤其在双重偏心工件加工中更能显示出优势。
(3)花盘与其他车床附件一起使用,适用于外形不规则、偏心还有需要端面定位夹紧的工件。
(4)常用的心轴有圆柱心轴、圆锥心轴和共花键心轴。圆柱心轴主要用于套筒和盘类零件的装夹;圆锥心轴(小锥度心轴)的定心精度高,但工件的轴向位移误差会加大,大多用于以孔为定位基准的工件;花键心轴用于以花键定位的工件。
根据上述介绍,薄壁螺纹偏心套零件在加工外轮廓时可选三爪自定心卡盘进行装夹、在钻偏心中心孔时可选用四爪单动卡盘进行装夹。由于学校条件限制,所以全部用三爪卡盘加工。
数控加工主要用于单件小批量的生产,一般采用通用量具,如游标卡尺、百分表等量具。对于成批生产和大批大量的生产中,部分数控工序应采用各种量规和一些高生产率的专用检具与量仪等。量具精度必须与加工精度相适应。
由图可知:测量零件总长时需用钢直尺规格为300mm,测量外径用游标卡尺规格为0mm~150mm,测量内径深度用游标深度尺规格为0mm~150mm,为保证精度更精确还需用千分尺规格为25mm~50mm,为保证偏心距在公差的范围内还需要用磁座百分表、内径百分表规格分别为20mm~50mm、18mm~35mm,由于图中有外螺纹所以还需要用螺纹环规格为M27×1.5,各处的倒角需用到万能角度尺测量。
5.1.2 刀具的选择
选择刀具应考虑的要素:
(1)被加工工件材料的类别
(2)被加工工件材料性能
(3)切削工艺的类别
(4)被加工工件的几何形状、零件精度和加工余量等因素
(5)要求刀片能承受的切削用量
(6)生产现场的条件
(7)被加工工件的生产批量,影响到刀片的经济寿命。
因此,加工该零件所选择的刀具为:
粗车及平端面选用主偏角为93°的硬质合金刀;为防止副后刀面与工件表面发生
干涉,应选择较大的副偏角,必要时可作图检验。加工轴颈时,选用主偏角为45°的硬质合金刀;为防止副后刀面与工件表面发生干涉,选择Kr′=45°。加工内孔时选用φ22的高速钢钻头然后通过镗刀镗出需要的尺寸。精车左边外轮廓时选用主偏角为93°的硬质合金刀。精车右边外轮廓时选用主偏角为93°的硬质合金刀。车螺纹时选用主偏角为30°的硬质梯形螺纹合金刀。根据零件需要的尺寸选用宽度为3mm的硬质合金切槽刀。钻偏心中心孔时选择φ18的高速钢钻头然后通过镗刀镗出需要的尺寸。
5.1.3 零件的装夹方式与定位基准
毛坯钻中心孔时采用的装夹方法为三爪自定心卡盘夹外圆。粗车外圆至φ56mm×40mm和φ65mm×55mm时采用三爪自定心卡盘定心夹紧。精车端面和钻中心孔,采用的装夹方法为三爪自定心卡盘夹外圆。精车外圆时采用采用三爪自定心卡盘定心夹紧。在钻偏心中心孔时选用三爪卡盘套上专用偏心套保证偏心装夹外圆。
该零件的定位基准选择如下:
第一道工序粗车外圆至φ65×55mm根据互为基准原则选择右端外圆φ80mm的中心轴线为粗基准。
第二道工序粗车外圆至φ65×55mm,根据互为基准原则选择左端外圆φ65mm的中心轴线为精基准。
第三道工序精加工φ25H7和φ10H7的偏心孔,根据基准统一原则选择中心轴线为定位基准。
第四道工序精加工莫氏3 号锥孔,根据基准统一原则选择中心轴线为定位基准。
第五道工序用梯形螺纹刀加工Tr65×16(P4)-7e的梯形螺纹。根据基准重合原则与基准统一原则选择中心轴线和最左端端面为定位基准。
第六道工序钻中心孔所需要的定位基准为外表面与中心轴线。
第七道工序粗车外圆至φ56×40mm,根据互为基准原则选择左端外圆φ65mm的中心轴线为精基准。
第八道工序加工内孔至φ45×40mm,根据互为基准原则选择外圆φ65mm的中心轴线为精基准。
第九道工序用3mm的切槽刀加工35×φ54的槽。根据基准重合原则与基准统一原则选择中心轴线和最左端端面为定位基准。
第十道工序用4mm的内切槽刀加工35×φ50的内孔槽,根据基准重合原则与基准统一原则选择中心轴线和最右端端面为定位基准。
5.2 加工工艺路线的确定
(1)粗加工阶段 其任务是切除毛坯上大部分多余的金属,使的毛坯在形状和尺寸上接近零件的成品,因此,其主要目标是提高生产率。
(2)半精加工阶段 其任务是使主要表面达到一定的精度,并留有一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好充分的准备。并可以完成一些次要的表面加工。
(3)精加工阶段 其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙要求。主要目标是全面保证加工的质量。
划分加工阶段的目的在于以下四个方面:保证加工质量、合理使用设备、便于及时发现毛坯缺陷、便于安排热处理工序。
加工阶段的划分也不应该绝对化,应根据零件的质量要求、结构特点和生产纲领等灵活掌握。由图可知曲轴零件的精度和表面粗糙度要求不是很高,所以加工阶段划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。
(1)工序集中原则是指每道工序包括尽可能多的加工内容,从而使得工序的总数减少。
(2)工序分散原则就是将工件的加工分散在比较多的工序内进行,每道工序的加工内容很少。
在数控车床上加工的零件,一般按照工序集中原则划分工序。
划分方法如下:
(1)按所用刀具划分 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序,这种方法适用于工件的待加工的表面较多、机床连续工作的时间过长、加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心通常用这种方法划分。
(2)按安装次数划分 以一次安装完成的那一部分工艺为一道工序。这种方法适用于工件的加工内容不多的工件,加工完成后就能够达到待检状态。
(3)按粗、精加工划分 即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序,精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形比较大,需要粗、精加工分开的零件,如毛坯为铸件、焊接件或锻件。
(4)按加工部位划分 即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序,对于加工表面多而复杂的零件,可按其结构特点划分成多道工序。
偏心零件属于较为复杂的工件按加工部位划分最为合适。
(1)切削加工工序的安排
切削加工工序通常按以下原则安排顺序:基面先行,先粗后精,先主后次,先面后孔,先近后远加工,减少空行程时间、内外交叉。
辅助工序主要包括:检验、清洗、去毛刺、去磁、倒棱边、涂防锈油和平衡等。
(3)数控加工工序与普通工序的衔接
数控工序前后一般都穿插有其他普通工序,如衔接不好就容易产生矛盾,因此要解决好数控工序与非数控工序之间的衔接问题。
在数控机床加工过程中,由于加工对象复杂多样,特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化,加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响,在对具体零件制定加工顺序时,应该进行具体分析和区别对待,灵活处理。只有这样,才能使所制定的加工顺序合理,从而达到质量优、效率高和成本低的目的。数控车削的加工顺序一般按照前面叙述的总体原则确定。
加工进给路线顺序如下:
确定加工余量的方法有三种:查表修正法、经验估计法及分析计算法。
在确定加工余量时,总加工余量和工序加工余量要分别确定。总加工余量的大小与选择的毛坯制造精度有关。用查表法确定工序加工余量时,粗加工工序的加工余量不应查表确定,而是用总加工余量减去各工序余量求得。同时要对求得的粗加工工序余量进行分析,如果过小,要增加总加工余量;过大则应适当减少总加工余量,以免造成浪费。
精车端面,查《实用机械加工工艺手册》如表5-1加工余量为0.8mm。粗车外圆时的总加工余量为4mm,工序余量为2mm。精车外圆是的总加工余量为1mm,工序余量为0.5mm。半精加工外轮廓时工序余量为0.5 mm,精加工外轮廓时工序余量为0.2 mm。
半精加工内轮廓时工序余量为0.5mm,精加工内轮廓时工序余量为0.2 mm。加工槽时,查《实用机械加工工艺手册》表5-2工序余量为1 mm。
表5-1 精车端面加工余量
注:1.加工有台阶轴时,每台阶的加工余量应根据台阶直径d及零件全长分别选用。
2.表中偏差系指尺寸L的偏差,当原偏差大于该偏差时,尺寸偏差为原偏差数值。
表5-2 槽的加工余量及公差
5.4 切削用量的选择
切削用量(ap、f、v)的选择是否合理,对于能否充分发挥车床潜力与刀具切削的性能,实现优质、高产、低成本和安全的操作具有很重要的作用。对于切削用量的选择有一个总体的原则:首先应选择尽量大的背吃刀量,其次是选择最大的进给量,最后是选择最大的切削速度。即粗车时,首先应考虑选择一个尽可能大的背吃刀量,其次再选择一个较大的进给量,最后确定一个合适的切削速度。增大背吃刀量可以使走刀次数减少;增大进给量有利于断屑。因此,根据以上的原则选择粗车切削用量对于提高生产效率,减少刀具的消耗,降低加工的成本是非常有利的。精车时,加工精度和表面粗糙度要求比较高,加工余量不大而且比较均匀,因此选择精车的切削用量时,应着重考虑如何保证加工的质量,并在此基础上尽量地提高生产率。因此精车时应选用较小(但不能太小)的背吃刀量和进给量,并选用切削性能较高的刀具材料和合理的几何参数,以尽可能提高切削速度。
当然,切削用量的选择还需要考虑各种因素,最后才能得出一种比较合理的最终的方案。
(1)背吃刀量的选择
背吃刀量的选择根据加工余量来确定。切削加工一般分为粗加工、半精加工、精加工几道工序,各工序有不同的选择方法。粗加工时(表面粗糙度Ra50~12.5um),在允许的条件下,尽量一次性切除工序的全部余量。中等功率的车床,背吃刀量可达8~10mm。但对于加工的余量大,一次走刀会造成车床功率或刀具强度不够,或加工余量不均匀而引起振动,或者刀具受到冲击严重出现打刀等情况,则需要采用多次走刀。如分两次走刀,则第一次背吃刀量尽量取大些,一般为加工余量的2/3~3/4左右;第二次背吃刀量尽量取小些,可取加工余量的1/3~1/4左右。半精加工时(表面粗糙度Ra6.3~3.2um),背吃刀量一般为0.5~2mm。精加工时(表面粗糙度Ra1.6~0.8um),背吃刀量一般为0.1~0.4mm。
由上述与加工余量可知:
精车端面的背吃刀量可以选0.3mm,粗车外圆的背吃刀量为1.5mm,精车外圆的背吃刀量为0.6mm,加工外轮廓的背吃刀量为0.5mm,加工内轮廓的背吃刀量为0.5mm,
加工内孔槽的背吃刀量为0.5mm,加工偏心孔的背吃刀量为0.5mm,车梯形螺纹的背吃刀量为0.2mm。
(2)进给量的选择
粗加工时,选择进给量主要考虑到工艺系统所能承受的最大进给量,如车床进给机构的强度,刀具强度与刚度,工件的装夹刚度等。
精加工和半精加工时,选择最大进给量主要考虑加工的精度和表面粗糙度。另外还要考虑工件的材料、刀尖圆弧的半径和切削速度等。当刀尖圆弧半径增大、切削速度提高时,可以选择较大的进给量。
在实际的生产中,进给量常常根据经验选取。粗加工时,根据工件材料、车刀刀杆直径、工件直径和背吃刀量按表5-3数据进行选取。
表5-3硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量参考值
精加工和半精加工时,可根据表面粗糙度要求选取,同时考虑切削速度和刀尖圆弧半径因素,查表5-4:
表5-4按表面粗糙度选择进给量的参考值
根据查表5-3可知:
精车端面的进给量为0.5mm/r。粗车外圆的进给量为0.5mm/r。精车外圆的进给量为0.5mm/r。加工外轮廓的进给量为0.3mm/r。加工内轮廓的进给量为0.3mm/r。加工内孔槽的进给量为0.5mm/r。加工偏心孔的进给量为0.5mm/r。车外螺纹的进给量为0.3mm/r。
(3)切削速度确定
确定了背吃刀量、进给量和刀具的耐用度,则可以查《数控加工工艺与装备》确定切削速度和机床转速。
半精加工和精加工时,切削速度主要受到刀具耐用度和已加工表面质量的限制。在选取切削速度时,要尽可能的避开积屑瘤的速度范围。
切削速度的选取原则是:粗车时,因为背吃刀量和进给量都比较大,应选取较低的切削速度,精加工时选择较高的切削速度;加工材料强度硬度较高时,选较低的切削速度,反之取较高切削速度;刀具材料的切削性能越好,切削速度越高。
确定切削速度之后可以根据公式一:
(公式一)
计算出主轴转速。根据查表和计算可知:
精车端面的切削速度为150m/min,主轴转速为1000r/min。粗车外圆的切削速度为120m/min,主轴转速为800r/min。精车外圆的切削速度为150m/min,主轴转速为800r/min。加工外轮廓的切削速度为150m/min,主轴转速为1000r/min。加工内轮廓的切削速度为120m/min,主轴转速为1000r/min。加工内孔槽的切削速度为30m/min,主轴转速为500r/min。加工偏心孔的切削速度为30m/min,主轴转速为500r/min。车梯形螺纹的切削速度为20m/min,主轴转速为300r/min。
标记举例
外螺纹:Tr40×7LH—7e
表示公称直径40mm、螺距为7mm中等旋合长度的梯形左螺纹,其中径和小径的公差等级为IT7,公差带的位置为e。
内螺纹:Tr36×6—7H—L
表示公称直径为36mm、螺距为6mm、长旋合长度的梯形内螺纹,其中径公差等级为IT7,公差带的位置为H。
一对相互配合的内外螺纹标注方法是:把内外螺纹的公差带代号全部写出来,前边表示内螺纹公差带代号,后边表示外螺纹公差带代号,中间用斜线分开,如:Tr36×12(P6)—8H∕7e。
安装梯形螺纹车刀的方法是:首先要使车刀对准工件中心,保证车刀高低的正确,然后用对刀板(最好是万能角尺)对刀,保证车刀不会左右歪斜。另外。还要做到车刀伸出量不要太长,压紧力要适当等。
1.低速车削梯形螺纹
(1)车削较小螺距(P<4mm)的梯形螺纹,可以只用一把梯形螺纹车刀,采用直进法并用少量的左右进给车削成形。
(2)粗车螺距大于4mm(P>4mm)的梯形螺纹时可采用左右切削法或车直槽法左右切削法,为防止车刀三个切削刃同时切削,因为切削力过大而产生振动或扎刀现象,应采用左右切削法。直槽法:由于左右切削法操作不方便,粗车时可用车槽刀采用直进法在工件上车出螺旋直槽,然后用梯形螺纹车刀粗车两侧面。
(3)粗车螺距大于8mm(P>8mm)的梯形螺纹时,可采用车阶梯槽的方法。具体车削步骤是先用刀头宽度小于P/2的槽刀,用车直槽的方法车至近中径处,再用刀头宽度略小于牙槽低宽的车刀至近螺纹小径处,这样就在工件表面上车出了螺旋状的阶梯槽,然后用梯形螺纹车刀粗车两侧面。车阶梯槽方法最大优点是粗车螺纹成形时余量小,车削效率高。
(4)粗车螺距大于18mm(P>18mm)的梯形螺纹时,由于螺距大、牙槽深、切削面积大,车削比较困难,为操作方便提高车削效率可采用分层切削法。分层切削法的切削步骤是用梯形螺纹刀采用斜进法车至第一层,在保持切削深度不变的情况下,车刀向左或向右移动,逐步车好第一层。然后用同样的方法依次车削第二层、第三层,直至螺纹粗车成形。
以上四种车削方法只适应于粗车,精车时应采用带有卷屑槽的精车刀精车成形。
2.高速车削梯形螺纹
高速车削梯形螺纹时,为防止切屑拉毛牙形侧面,不能用左右切削法,只能用
直进法。
车削较大螺距(P>8mm)的梯形螺纹时,为防止切削力过大和齿部变形,最好采
用三把刀依次进行车削。其具体方法是先用梯形螺纹粗刀粗车成形,然后用车槽刀车牙底至尺寸,最后用精车刀精车牙两侧面至尺寸。
5.6 数控加工工序卡和数控加工刀具卡
按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及切削用量等填入数控加工工序卡中,见表5-5:
表5-5 双偏心孔螺纹薄壁套加工工序卡
将选定的各工步所用刀具的刀具型号、刀片型号、刀片牌号及刀尖圆弧半径等填入数控加工刀具卡中,见表5-6:
表5-6偏心轴加工刀具卡
上述两卡和零件图是编制数控加工程序的主要依据。
5.7 零件加工编程
根据实际情况整个零件加工编程如下:
N10 T0101 M03 S300 F0.1; N150 X70;
N20 G00 Z5; N160 X69;
N30 G01 X85; N170 X68;
N40 M08; N180 X67;
N50 G90 X80 Z-55; N190 X66;
N60 X79; N200 X65.5;
N70 X78; N210 X65;
N80 X77; N220 G01 Z5;
N90 X76; N230 X85;
N100 X75; N240 G00 X100 Z100;
N110 X74; N250 M09;
N120 X73; N260 M30;
N130 X72;
N140 X71;
N10 T0404 M03 S300 F0.1; N150 X70;
N20 G00 Z5; N160 X69;
N30 G01 X85; N170 X68;
N40 M08; N180 X67;
N50 G90 X80 Z-40; N190 X66;
N60 X79; N200 X65.5;
N70 X78; N210 X65;
N80 X77; N220 G01 Z5;
N90 X76; N230 X85;
N100 X75; N240 G00 X100 Z100;
N110 X74; N250 M09;
N120 X73; N260 M30;
N130 X72;
N140 X71;
N10 T0404 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X20;
N40 M08;
N50 G90 X22 Z-30;
N60 X23;
N70 X24;
N80 X24.5;
N90 X25;
N100 G01 Z5;
N110 X20;
N120 G00 X100 Z100;
N130 M09;
N140 M30;
N10 T0404 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X17;
N40 M08;
N50 G90 X18 Z-55;
N60 X19;
N70 X20;
N80 X21;
N90 G01 Z5;
N100 X17;
N110 X22.5 Z0;
N120 X21.064 Z-55;
N130 X20;
N140 Z5;
N150 X23.825 Z0;
N160 X21.064 Z-55;
N170 X20;
N180 Z5;
N190 G00 X100 Z100;
N200 M09;
N210 M30;
N10 T0202 M03 S250 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X70;
N40 M08;
N50 G92 X65 Z-55 F16;
N60 X64.5;
N70 X64;
N80 X63.8;
N90 X63.6;
N100 X63.4;
N110 X63.2;
N120 X63;
N130 X62.9;
N140 X62.85;
N150 X62.8;
N160 X62.75;
N170 X62.7;
N180 X62.65;
N190 X62.6;
N200 X62.55;
N210 X62.5;
N220 X62.45;
N230 X62.4;
N240 X62.35;
N250 X62.3;
N260 X62.25;
N270 X62.2;
N280 X62.15;
N290 X62.1;
N300 X62.05;
N310 X62;
N320 X61.95;
N330 X61.9;
N340 X61.85;
N350 X61.8;
N360 X61.75;
N370 X61.7;
N380 X61.65;
N390 X61.6;
N400 X61.55;
N410 X61.5;
N420 X61.45;
N430 X61.4;
N440 X61.35;
N450 X61.3;
N460 X61.25;
N470 X61.2;
N480 X61.15;
N490 X61.1;
N500 X61.05;
N510 X61;
N520 X60.95;
N530 X60.9;
N540 X60.85;
N550 X60.8;
N560 X60.75;
N570 X60.7;
N580 X60.65;
N590 X60.6;
N600 X60.55;
N610 X60.5;
N620 G01 Z5;
N630 X70;
N640 G00 X100 Z100;
N650 M09;
N660 M30;
四头螺纹每多一个头Z轴向正方向进5mm。
N10 T0101 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X70;
N40 M08;
N50 G90 X64 Z-40;
N60 X63;
N70 X62;
N80 X61;
N90 X60;
N100 X59;
N110 X58;
N120 X57;
N130 X56.5;
N140 X56;
N150 GOO Z100 X100;
N160 T0303;
N170 GOO Z5;
N180 G01 X60;
N190 Z-8;
N200 X60;
N210 Z5;
N220 G00 Z100 X100;
N230 T0101;
N240 G00 Z5;
N250 G01 Z-8;
N260 X54;
N270 Z-40;
N280 X60;
N290 Z5;
N300 GOO Z100 X100;
N310 M09;
N320 M30;
N10 T0404 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X20;
N40 M08;
N50 G90 X23 Z-40;
N60 X24;
N70 X25;
N80 X26;
N90 X27;
N100 X28;
N110 X29;
N120 X30;
N130 X31;
N140 X32;
N150 X33;
N160 X34;
N170 X35;
N180 X36;
N190 X37;
N200 X38;
N210 X39;
N220 X40;
N230 X41;
N240 X42;
N250 X43;
N260 X44;
N270 X44.5;
N280 X45;
N290 G01 Z5;
N300 X20;
N310 G00 X100 Z100;
N320 M09;
N330 M30;
N10 T0101 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X40;
N40 M08;
N50 G01 Z-9;
N60 X46;
N70 Z-40;
N80 X40;
N90 Z-9;
N100 X47;
N110 Z-40;
N120 X40;
N130 Z-9;
N140 X48;
N150 Z-40;
N160 X40;
N170 Z-9;
N180 X49;
N190 Z-40;
N200 X40;
N210 Z-9;
N220 X50;
N230 Z-40;
N240 X40;
N250 Z5;
N260 G00 Z100 X100;
N270 M09;
N280 M30;
5.8 零件成品展示
零件成品如图5-8,5-9所示:
图5-8 钢制件 图5-9 尼龙制件
结 论
通过此次对薄壁螺纹偏心套的工艺设计及实现,使我深深的了解到数控加工工艺的重要性。在随着社会技术的飞速发展中,随着人们的文化水平、生活水平的不断提高,还有科学技术的不断发展,机械产品在人们的生活领域中越来越重要和普遍。
通过对轴类零件的工艺分析,该薄壁螺纹偏心套的加工工艺分析,同时对偏心孔的加工,梯形螺纹的车削,薄壁的加工,最后加工出所需要的成品,从而证明了该加工工艺的合理性。
在这次工艺设计中不仅使我对此工艺有更多的了解和掌握,而且使我学会了设计一样产品应经过哪些流程和诸多设计中应该要遵循哪些原则和步骤。同时我也学会了如何查找各种书籍、手册、图表、技术资料以及如何应用这些资料等,丰富了我的知识面,也提高了我的综合能力。而且也使我发现自己在专业知识方面还有一些欠缺,而且在课外知识方面还有很多缺陷。正是如此,才会给自己的设计带来很多绊脚石。尽管这样,我还是一直努力的完成了我的毕业设计。我心里明白这是我第一次做毕业设计,难免会有一些错误和不足,希望老师多多指教,我会虚心接受教诲。我会在自己以后的学习中更加努力扩展自己的课外知识面,也希望以后又更多的机会与老师们交流。
致 谢
在毕业设计完成之际,我要特别感谢我的指导老师—姜海林老师。正是他的细心关怀和耐心指导,才使我能够在规定的时间内完成了我的毕业设计。在我做毕业设计的过程中,姜老师给了我很大的帮助。无论是在毕业设计的选题、构思和资料的收集方方面;还是在毕业设计的设计方法以及成文定稿方面;我都得到了老师的悉心细致的教诲和无私的帮助,特别是他广博的学识、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我受益终生。在此,我表示真诚的感谢和深深地敬意。
在论文的设计过程中,我也得到了许多同学的宝贵意见和帮助;同时在设计过程中,还得到许多其他老师的支持和帮助,在此,致以诚挚的谢意。感谢所有关心和支持、帮助过我的良师益友。
最后,向在百忙中抽出时间对我的论文进行评审的各位专家和在评审过程中提出宝贵意见的各位老师,表示衷心地感谢!
1 绪论
1.1 研究的意义和目的
加工工艺设计是我们在学习数控加工工艺、机械加工实训及其他有关课程之后进行的一个重要的实践性教学环节,是第一次较全面性的工艺设计训练,其目的是培养我们熟练运用机械制造工艺学等知识,分析和解决工艺问题的能力,初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。进一步巩固、深化、扩展本课程所学到的理论知识,并强化工艺设计能力。通过加工工艺的设计,应该进一步提高识图、制图和机械设计的水平;掌握加工工艺设计的方法,学会查阅和运用有关的专业资料、手册等工具书;培养独立思考和工作的能力,为毕业后走向社会,从事相关技术工作打下良好的基础。加工工艺设计要求我们应该像真正在工厂工作一样地严格要求自己,必须以科学务实和诚信负责的态度对待自己所做的技术决定、数据和计算的结果,培养良好的工作作风。对我自己来说,我希望能通过这次毕业设计对自己未来将要从事的工作进行一次适应性的练习,从这里面来锻炼自己分析问题和解决问题的能力,为今后的发展打下一个良好的基础。
1.2 国内外的发展状况
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今社会先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用了数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术以及其产业,而且在“高精尖”的数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已经成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:机械制造技术;信息处理、加工、传输技术;自动控制技术;伺服驱动技术;传感器技术;软件技术等。数控技术的发展趋势:数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。本毕业设计论文是根据数控加工来进行综合设计的,数控机床现在已经成为国家的先进制造技术的基础设备,并且关系到国家发展的战略地位,从20世纪中期数控技术的出现以来。数控机床给机械制造带来了革命性的变化,数控加工具有自动化,高效率,适应性强,还有高精度等特点。现代数控加工正向高速化,高精度化,高柔性化,高一体化和智能化方向发展。
1.3 数控加工工艺特点
数控加工工艺是数控编程的核心,只有将数控加工工艺合理、科学地融入数控编程中,编程员才能够编制出高质量和高水平的数控程序。数控编程也是逐步完善数控工艺的过程。普通加工工艺是数控加工工艺的基础和技术的保障,由于数控加工采用计算机对加工过程进行自动化控制,使得数控加工工艺具有如下特点。
(1)数控加工工艺远比普通加工工艺复杂。
数控加工工艺要考虑到加工零件的工艺性,加工零件的定位基准和装夹方式,也要选择刀具,制定工艺路线、切削方法及工艺参数等,而这些在常规工艺中均可以简化处理。因此,数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多,影响因素也多,因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排,然后整体完善。相同的数控加工任务,可以有多个数控工艺方案,既可以选择以加工部位作为主线安排工艺,也可以选择以加工刀具作为主线来安排工艺。数控加工工艺的多样化是数控加工工艺的一个特色,是与传统加工工艺的显著区别。
(2)数控加工工艺设计要有严密的条理性。
由于数控加工的自动化程度比较高,相对而言,数控加工的自动适应能力就较差。而且数控加工的影响因素较多,比较复杂,需要对数控加工的全过程深思熟虑,数控工艺设计必须具有很好的条理性,也就是说,数控加工工艺的设计过程必须周密、严谨,没有错误。
(3)数控加工工艺的继承性较好。
凡经过调试、校验和试切削过程验证的,并在数控加工实践中证明是好的数控加工工艺,都可以作为模板,供后续加工相类似零件的调用,这样不仅节约时间,而且可以保证质量。作为模板本身在调用中也是一个不断地修改完善的过程,可以达到逐步标准化、系列化的效果。因此,数控工艺具有非常好的继承性。
(4)数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产。
由于数控加工的自动化程度高,安全和质量是至关重要的。数控加工工艺必须经过验证后才能用于指导生产。在普通机械加工中,工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指导生产,一般不需要上述的复杂过程。
2 零件的图样分析
2.1 零件的尺寸要求
如图2-1所示:
图2-1 薄壁螺纹偏心套
2.2 零件形状及主要加工表面尺寸
该零件表面有圆柱、薄壁、偏心孔、梯形螺纹及槽等表面组成。含有内孔加工,内孔中有莫氏3号锥孔及内槽组成。其中有很多个直径的尺寸有比较严格的尺寸精度要求和表面粗糙度等要求;圆柱的表面和内孔的表面的直径尺寸精度要求严格,而轴肩与轴颈的长度精度要求较为严格。
零件三维图如图2-2所示:
图2-2 薄壁螺纹偏心套三维图
2.3 零件的形位公差分析
形位公差即形状和位置公差,它是对机械零件在加工或者装配的过程中几何要素的形状与位置误差的限制,是除了尺寸公差以外的评定机械零件质量地另一项重要的技术经济指标。在机械零件的设计过程中,正确地选择形位公差项目以及合理的确定形位公差的数值,不仅仅直接影响到机器的使用性能和质量,而且还关系到零件加工的难易程度和成本高低。国家标准规定了14项并列的形位公差,项目较多,而且有些公差项目之间还存在着从属和包容等关系。因此,机械零件的形位公差设计一直是机械零件设计中的难点。该零件加工精度要求:左端对中心线的跳动为0.05mm,左端面上有2处1×15°的倒角、梯形螺纹两牙的夹角为30°,左端两内孔的偏心距为(14±0.02)mm。
2.4 零件表面粗糙度分析
表面粗糙度,是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离很小(在1mm以下),用肉眼是难以区别的,因此它属于微观几何形状误差。
零件的表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求,也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的重要依据。
零件表面粗糙度主要表现在以下几个方面:
1)表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙,配合表面间地有效接触面积就越小,压强越大,磨损的就越快。
2)表面粗糙度影响配合性质地稳定性。对于间隙配合来说,表面越粗糙,就越容易磨损,使得工作过程中间隙逐渐增大,对于过盈配合来说,由于装配时将微观凸峰挤平,从而减小了实际有效过盈,降低了联结的强度。
3)表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙零件的表面存在了较大的波谷,它们像尖角缺口以及裂纹一样,对应力集中非常敏感,从而影响了零件的疲劳强度。
4)表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面,容易使腐蚀性气体或者液体通过表面的微观凹谷渗入到金属的内层,造成表面腐蚀。
5)表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间是无法严密地贴合的,气体或液体可以通过接触面间的缝隙渗漏。
6)表面粗糙度影响零件的接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力的作用下,抵抗接触变形的能力,机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间地接触刚度。
7)影响零件的测量精度。零件的被测表面和测量工具的测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度,尤其是在精密测量的时候。
此外,表面粗糙度对零件地镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力以及辐射性能、液体和气体流动地阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度上的影响。从该零件图样可知:外槽、内槽及内孔的粗糙度为Ra1.6um,其余的粗糙度Ra3.2um。
2.5 零件的设计基准
零件都是由若干个表面组成,各表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求。模具零件表面间的相对位置包括了两个方面的要求,表面间的距离尺寸精度和相对位置精度(如同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等)。相对位置关系就是相对的,就是以一个为参照来确定另外一个,这就完全离不开基准。基准对于一般意义上来讲,就是零件上用来确定其他点、线或者面的位置所依据的点、线或者面。基准按照其作用的不同,可以分为设计基准和工艺基准两大类。
(1)设计基准
在零件图上用来确定其他点、线、面的基准,称为设计基准。
(2)工艺基准
零件在加工和装配的过程中所使用的基准,称之为工艺基准。工艺基准按照用途的不同,又分为定位基准、测量基准和装配基准。
1)定位基准。加工时使得工件在机床或者夹具中占据一个正确的位置所用的基准,称之为定位基准。
2)测量基准。零件在检验时,用来测量已加工的表面尺寸及位置的基准,称为测量基准。
3)装配基准。装配时用来确定零件在部件或者产品中的位置的基准,称为装配基准。
该零件的中心线是各外圆和内孔的设计基准,也是圆柱面的跳动误差的设计基准。螺纹左端面是轴肩右端面和圆柱右端面的设计基准,而圆柱右端面则是梯形螺纹设计基准。
3 机床的选择
选择机床时主要考虑以下因素:
(1)机床的规格应与工件的外形尺寸相适应,即大件用大机床,小件用小机床。
(2)机床的精度应与工件加工精度要求相适应。如果机床精度过低,则不能保证加工精度;机床精度过高,又会增加工件的制造成本,所以应根据工件的精度要求合理选择所需机床。
(3)机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。单件的小批量生产用通用设备或数控机床,大批大量生产应选高效专用设备来加工。
(4)应该与现有的条件相适应。要根据现有的设备及设备的负荷状况、外协条件等确定机床,避免“闭门造车”。
通过以上因素分析,最终选择使用车床来进行零件的加工。
3.1 车床的分类
车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上面还可以用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等工具进行相应的加工。
数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又分水平导轨和倾斜导轨两种类型。档次较高一点的数控卧车一般都是采用倾斜导轨。按刀架数量的分类,又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床,前者是两坐标控制,后者是4坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导轨。
数控车床与普通车床一样,都是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工,并且还能够加工一些复杂的回转面,如双曲面等。数控车床和普通车床的工件安装方式基本相同,为了提高加工效率,数控车床大多采用液压、气动和电动卡盘。
数控车床的外形与普通车床相似,即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统和普通车床有本质的区别,传统普通车床有进给箱和交换齿轮架,但是数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动,因而进给系统的结构大为简化。如图3-1所示:
图3-1 数控车床
3.2 车床的主要参数
CAK3675V数控车床的主要参数如表3-1所示:
表3-1 CAK3675V数控机床的主要技术参数
床身上最大回转直径 | Max. Swing over bed |
φ 360 mm |
滑板上最大回转直径 | Max. Swing over slide |
φ 180 mm |
滑板上最大切削直径 | Max. Cutting diameter over slide |
φ 180 mm |
最大加工长度 | Max. turning Length |
四工位650 六工位580 mm |
主轴通孔直径 | Spindle bore | φ 53 mm |
主轴头型式 | Spindle nose |
A2-6 |
主电机功率(变频) | Main motor power(change frequency) |
5.5 kW |
主轴转速 | Spindle speed | 200-3000(手卡2000) r/min |
尾台套筒直径 | Diameter of tailstock quill |
φ 60 mm |
尾台套筒行程 | Travel of tailstock quill |
140 mm |
尾台套筒锥孔 | Taper of tailstock quill |
莫式4号 |
X轴最大行程 | Max. travel X axis |
220 mm |
Z轴最大行程 | Max. travel Z axis |
660 mm |
快移速度(X/Z轴) | Tool post rapid traverse (X/Z axis) |
3.8/7.8 m/min |
刀架刀位数 | No. Of tool stations |
4 |
刀具安装尺寸 | Size of tool shank |
20 X 20 mm |
X/Z轴重复定位精度 | Repeatability of X/Z axis |
0.007/0.01 |
加工精度 | Work accuracy |
IT6-IT7 |
机床外形尺寸(长×宽×高) | Overall dimensions (LXWXH) |
2160 X 1230 X 1609 mm |
机床净重/毛重 | Net/gross weight |
2030/3170 kg |
包装箱尺寸(长×宽×高) | Packing box dimensions (LXWXH) | 2500 X 1640 X 2145 mm |
4 毛胚的选择
4.1 毛胚的种类
毛胚的种类主要包括铸件、锻件、型材、焊接件等。不同的毛胚制造方法所适应的材料、零件形状结构和尺寸有很大的差异,其生产成本和生存率也不同。
(1)铸件:将熔融金属浇入铸型,凝固后所得到的金属毛胚。它适用于形状比较复杂,所用材料又具备可铸性的零件。铸件的材料可以是铸铁、铸钢或有色金属。灰铸铁件力学性能差,球墨铸铁、可锻造及铸钢件较好,灰铸铁件用于受力不大或承压为住的零件,或要求有减震、耐磨性能的零件;其他铁碳合金铸件用于承受重载或复杂载荷的零件。
(2)锻件:金属材料经过锻造变形而得到的毛胚。它适用于力学性能要求高,材料(钢材)又具有可锻性,形状比较简单的零件。其力学性能比相同成分的锻钢件好,主要用于对强度和韧性要求较高的传动零件及模具零件等,生产批量大时,可用模锻代替
自由锻。
(3)型材:各种热轧和冷啦的圆钢、板材、异型材等,适用于形状简单、尺寸较小、精度较高的毛胚。常用型材截面形状有圆形、方形、六角形和特殊断面形状等。
(4)焊接件:它是将各种金属零件用焊接的方法而得到的结合件。在单件削批生产中,用焊接件制作大件毛胚,可以缩短生产周期、节约材料、减轻重量,但其抗震性较差,变形大,需经时效处理后才能进行机械加工。其接头的力学性能达到或接近母材,主要用于制造各个金属结构,部分用于制造零件的毛胚。
(5)其他毛胚:它包括冲压、粉末冶金、冷挤、塑料压制等毛胚。
4.2 毛胚种类的确定
由于轴类零件的毛坯一般选择钢材,并且力学性能比较低,所以毛坯种类选择型材。型材是具有一定的几何形状断面的轧制材料,型材按其截面形状分类有圆钢、方钢、角钢、线材以及各种异型钢等,这些材料按一定的长度切断即可成为零件的毛坯。
根据零件的图形看出选形状类型为圆钢的最为合适。由于加工过程中会遇到许多问题,所以额外增加一个尼龙毛胚进行加工。
4.3 毛胚尺寸及形状选择毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的,并尽量与零件相接近,以达到减少机械加工的劳动量,力求达到少或无切削加工。但是,由于现有毛坯制造技术及成本的限制,以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高,所以,毛坯的某些表面需留有一定的加工余量,以便通过机械加工达到零件的技术要求。根据图纸所规定的尺寸,毛坯尺寸选φ70mm×100mm为最佳。
5 零件的工艺设计
5.1 零件加工的初期准备
5.1.1 夹具及量具的选择
为保证零件的加工精度,在数控机床上加工零件的时候,必须先使工件在机床上占据一个正确地位置,即定位,然后将其夹紧。这种定位与夹紧的过程称之为工件的装夹。用于装夹工件的工艺装备就是机床的夹具。
车床主要用于加工内外圆柱面,圆锥面,回转成形面,螺纹及端平面等。上述的各表面都是绕着车床主轴的轴心旋转而形成的,根据这一个加工特点和夹具在车床上的安装的位置,将车床夹具分成两种基本类型:一类是安装在车床主轴上的夹具,这类夹具和车床的主轴相连接并且带动工件一起随主轴旋转,除了三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖等通用夹具或者其他机床附件外,往往根据加工的需要设计出各种心轴或者其他专用夹具;另一类则是安装在滑板或床身上的夹具。
(1)三爪自定心卡盘是车床上最常用的自定心夹具。它夹持工件一般不需要找正,装夹速度较快。是一种常用的自动定心夹具,装夹方便,应用较广,但它夹紧力较小,不便于夹持外形不规则的工件,一般适用于装夹轴类、盘套类零件。
(2)四爪单动卡盘其四个爪都可单独移动,安装工件时需找正,夹紧力大,适用于外形不规则、非圆柱体、偏心、有孔距要求(孔距不能太大)及位置与尺寸精度要求高的零件。
四爪单动卡盘装夹操作须知:
1)应根据工件被装夹出的尺寸调整卡爪,使其相对两爪的距离略大于工件直径即可。
2)工件被夹持部分不宜太长,一般以10-15mm为宜。
3)为了工件表面被夹伤和找正工件时方便装夹位置应垫0.5mm以上的铜皮。
4)在装夹大型、不规则工件时,应在工件与导轨面之间垫放防护木板,以防工件掉下,损坏机床表面。
用四爪单动卡盘找正偏心工件(单件或少量)比三爪自动定心卡盘方便,而且精度高,尤其在双重偏心工件加工中更能显示出优势。
(3)花盘与其他车床附件一起使用,适用于外形不规则、偏心还有需要端面定位夹紧的工件。
(4)常用的心轴有圆柱心轴、圆锥心轴和共花键心轴。圆柱心轴主要用于套筒和盘类零件的装夹;圆锥心轴(小锥度心轴)的定心精度高,但工件的轴向位移误差会加大,大多用于以孔为定位基准的工件;花键心轴用于以花键定位的工件。
根据上述介绍,薄壁螺纹偏心套零件在加工外轮廓时可选三爪自定心卡盘进行装夹、在钻偏心中心孔时可选用四爪单动卡盘进行装夹。由于学校条件限制,所以全部用三爪卡盘加工。
数控加工主要用于单件小批量的生产,一般采用通用量具,如游标卡尺、百分表等量具。对于成批生产和大批大量的生产中,部分数控工序应采用各种量规和一些高生产率的专用检具与量仪等。量具精度必须与加工精度相适应。
由图可知:测量零件总长时需用钢直尺规格为300mm,测量外径用游标卡尺规格为0mm~150mm,测量内径深度用游标深度尺规格为0mm~150mm,为保证精度更精确还需用千分尺规格为25mm~50mm,为保证偏心距在公差的范围内还需要用磁座百分表、内径百分表规格分别为20mm~50mm、18mm~35mm,由于图中有外螺纹所以还需要用螺纹环规格为M27×1.5,各处的倒角需用到万能角度尺测量。
5.1.2 刀具的选择
选择刀具应考虑的要素:
(1)被加工工件材料的类别
(2)被加工工件材料性能
(3)切削工艺的类别
(4)被加工工件的几何形状、零件精度和加工余量等因素
(5)要求刀片能承受的切削用量
(6)生产现场的条件
(7)被加工工件的生产批量,影响到刀片的经济寿命。
因此,加工该零件所选择的刀具为:
粗车及平端面选用主偏角为93°的硬质合金刀;为防止副后刀面与工件表面发生
干涉,应选择较大的副偏角,必要时可作图检验。加工轴颈时,选用主偏角为45°的硬质合金刀;为防止副后刀面与工件表面发生干涉,选择Kr′=45°。加工内孔时选用φ22的高速钢钻头然后通过镗刀镗出需要的尺寸。精车左边外轮廓时选用主偏角为93°的硬质合金刀。精车右边外轮廓时选用主偏角为93°的硬质合金刀。车螺纹时选用主偏角为30°的硬质梯形螺纹合金刀。根据零件需要的尺寸选用宽度为3mm的硬质合金切槽刀。钻偏心中心孔时选择φ18的高速钢钻头然后通过镗刀镗出需要的尺寸。
5.1.3 零件的装夹方式与定位基准
毛坯钻中心孔时采用的装夹方法为三爪自定心卡盘夹外圆。粗车外圆至φ56mm×40mm和φ65mm×55mm时采用三爪自定心卡盘定心夹紧。精车端面和钻中心孔,采用的装夹方法为三爪自定心卡盘夹外圆。精车外圆时采用采用三爪自定心卡盘定心夹紧。在钻偏心中心孔时选用三爪卡盘套上专用偏心套保证偏心装夹外圆。
该零件的定位基准选择如下:
第一道工序粗车外圆至φ65×55mm根据互为基准原则选择右端外圆φ80mm的中心轴线为粗基准。
第二道工序粗车外圆至φ65×55mm,根据互为基准原则选择左端外圆φ65mm的中心轴线为精基准。
第三道工序精加工φ25H7和φ10H7的偏心孔,根据基准统一原则选择中心轴线为定位基准。
第四道工序精加工莫氏3 号锥孔,根据基准统一原则选择中心轴线为定位基准。
第五道工序用梯形螺纹刀加工Tr65×16(P4)-7e的梯形螺纹。根据基准重合原则与基准统一原则选择中心轴线和最左端端面为定位基准。
第六道工序钻中心孔所需要的定位基准为外表面与中心轴线。
第七道工序粗车外圆至φ56×40mm,根据互为基准原则选择左端外圆φ65mm的中心轴线为精基准。
第八道工序加工内孔至φ45×40mm,根据互为基准原则选择外圆φ65mm的中心轴线为精基准。
第九道工序用3mm的切槽刀加工35×φ54的槽。根据基准重合原则与基准统一原则选择中心轴线和最左端端面为定位基准。
第十道工序用4mm的内切槽刀加工35×φ50的内孔槽,根据基准重合原则与基准统一原则选择中心轴线和最右端端面为定位基准。
5.2 加工工艺路线的确定
5.2.1加工阶段的划分
当零件的加工质量要求比较高时,往往不可能用一道工序来满足它的要求,而要用几道工序逐步地达到所要求的加工质量。为了保证加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按照工序性质的不同,可以分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。分类如下:(1)粗加工阶段 其任务是切除毛坯上大部分多余的金属,使的毛坯在形状和尺寸上接近零件的成品,因此,其主要目标是提高生产率。
(2)半精加工阶段 其任务是使主要表面达到一定的精度,并留有一定的精加工余量,为主要表面的精加工做好充分的准备。并可以完成一些次要的表面加工。
(3)精加工阶段 其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙要求。主要目标是全面保证加工的质量。
划分加工阶段的目的在于以下四个方面:保证加工质量、合理使用设备、便于及时发现毛坯缺陷、便于安排热处理工序。
加工阶段的划分也不应该绝对化,应根据零件的质量要求、结构特点和生产纲领等灵活掌握。由图可知曲轴零件的精度和表面粗糙度要求不是很高,所以加工阶段划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。
5.2.2工序的划分
工序的划分可以采用两种不同原则,即工序集中原则和工序分散原则。(1)工序集中原则是指每道工序包括尽可能多的加工内容,从而使得工序的总数减少。
(2)工序分散原则就是将工件的加工分散在比较多的工序内进行,每道工序的加工内容很少。
在数控车床上加工的零件,一般按照工序集中原则划分工序。
划分方法如下:
(1)按所用刀具划分 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序,这种方法适用于工件的待加工的表面较多、机床连续工作的时间过长、加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心通常用这种方法划分。
(2)按安装次数划分 以一次安装完成的那一部分工艺为一道工序。这种方法适用于工件的加工内容不多的工件,加工完成后就能够达到待检状态。
(3)按粗、精加工划分 即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序,精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形比较大,需要粗、精加工分开的零件,如毛坯为铸件、焊接件或锻件。
(4)按加工部位划分 即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序,对于加工表面多而复杂的零件,可按其结构特点划分成多道工序。
偏心零件属于较为复杂的工件按加工部位划分最为合适。
5.2.3加工顺序的安排及确定
在选定加工方法、划分工序后,工艺路线拟定的主要内容就是合理地安排这些加工方法和加工工序的顺序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序(包括表面处理、清洗和检验等工序),这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量,生产效率和加工成本。因此,我们在设计工艺路线时,应该合理地安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序,并且解决好工序间的衔接问题。(1)切削加工工序的安排
切削加工工序通常按以下原则安排顺序:基面先行,先粗后精,先主后次,先面后孔,先近后远加工,减少空行程时间、内外交叉。
- 尽量使工件的装夹次数、工件台转动次数、刀具更换次数及所有空行程空行程时间减至最少,提高加工精度和生产率;
- 先内后外原则,即先进行内型内腔加工,后进行外形加工;
- 为了及时发现毛坯的内在缺陷,精度要求较高的主要表面的粗加工一般应安排在次要表面粗加工之前,大表面加工时因内应力和热变形对工件影响较大,一般也需先加工;
- 在同一次安装中进行的多个工步,应先安排对工件刚性破坏较小的工步;
- 为了提高机床的使用效率,在保证加工质量的前提下,可将粗加工和半精加工合为一道工序;
- 加工中容易损伤的表面(如螺纹等),应放在加工路线的后面。
辅助工序主要包括:检验、清洗、去毛刺、去磁、倒棱边、涂防锈油和平衡等。
(3)数控加工工序与普通工序的衔接
数控工序前后一般都穿插有其他普通工序,如衔接不好就容易产生矛盾,因此要解决好数控工序与非数控工序之间的衔接问题。
在数控机床加工过程中,由于加工对象复杂多样,特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化,加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响,在对具体零件制定加工顺序时,应该进行具体分析和区别对待,灵活处理。只有这样,才能使所制定的加工顺序合理,从而达到质量优、效率高和成本低的目的。数控车削的加工顺序一般按照前面叙述的总体原则确定。
5.2.4加工进给路线的确定
在数控加工中,刀具(严格说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线,即刀具从对刀点开始运动起,直至加工结束所经过的路径,包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量,其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。因精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的,因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的进给路线。加工进给路线顺序如下:
- 加工路线与加工余量的关系;
- 刀具的切入、切出;
- 确定最短的空行程路线;
- 确定最短的切削进给路线。
确定加工余量的方法有三种:查表修正法、经验估计法及分析计算法。
在确定加工余量时,总加工余量和工序加工余量要分别确定。总加工余量的大小与选择的毛坯制造精度有关。用查表法确定工序加工余量时,粗加工工序的加工余量不应查表确定,而是用总加工余量减去各工序余量求得。同时要对求得的粗加工工序余量进行分析,如果过小,要增加总加工余量;过大则应适当减少总加工余量,以免造成浪费。
精车端面,查《实用机械加工工艺手册》如表5-1加工余量为0.8mm。粗车外圆时的总加工余量为4mm,工序余量为2mm。精车外圆是的总加工余量为1mm,工序余量为0.5mm。半精加工外轮廓时工序余量为0.5 mm,精加工外轮廓时工序余量为0.2 mm。
半精加工内轮廓时工序余量为0.5mm,精加工内轮廓时工序余量为0.2 mm。加工槽时,查《实用机械加工工艺手册》表5-2工序余量为1 mm。
表5-1 精车端面加工余量
零件直径 d |
零件全长 L | |||||
≤18 | >18-50 | >50-120 | >120-260 | >260-500 | >500 | |
余量 A | ||||||
≤30 | 0.4 | 0.5 | 0.7 | 0.8 | 1.0 | 1.2 |
>30-50 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 1.0 | 1.2 |
>50-120 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 1.0 | 1.2 | 1.2 |
>120-260 | 0.7 | 0.8 | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.4 |
>260-500 | 0.9 | 1.0 | 1.2 | 1.2 | 1.4 | 1.5 |
>500 | 1.2 | 1.2 | 1.4 | 1.4 | 1.5 | 1.7 |
长度偏差 | -0.2 | -0.3 | -0.4 | -0.5 | -0.6 | -0.8 |
2.表中偏差系指尺寸L的偏差,当原偏差大于该偏差时,尺寸偏差为原偏差数值。
表5-2 槽的加工余量及公差
工序 | 精车(铣、刨)槽 | 精车(铣、刨)槽、磨槽 | ||||||
槽宽 | <10 | <18 | <30 | <50 | <10 | <18 | <30 | <50 |
加工 余量 |
1 | 1.5 | 2 | 3 | 0.30 | 0.35 | 0.40 | 0.45 |
公差 | 0.2 | 0.20 | 0.30 | 0.30 | 0.10 | 0.10 | 0.15 | 0.15 |
切削用量(ap、f、v)的选择是否合理,对于能否充分发挥车床潜力与刀具切削的性能,实现优质、高产、低成本和安全的操作具有很重要的作用。对于切削用量的选择有一个总体的原则:首先应选择尽量大的背吃刀量,其次是选择最大的进给量,最后是选择最大的切削速度。即粗车时,首先应考虑选择一个尽可能大的背吃刀量,其次再选择一个较大的进给量,最后确定一个合适的切削速度。增大背吃刀量可以使走刀次数减少;增大进给量有利于断屑。因此,根据以上的原则选择粗车切削用量对于提高生产效率,减少刀具的消耗,降低加工的成本是非常有利的。精车时,加工精度和表面粗糙度要求比较高,加工余量不大而且比较均匀,因此选择精车的切削用量时,应着重考虑如何保证加工的质量,并在此基础上尽量地提高生产率。因此精车时应选用较小(但不能太小)的背吃刀量和进给量,并选用切削性能较高的刀具材料和合理的几何参数,以尽可能提高切削速度。
当然,切削用量的选择还需要考虑各种因素,最后才能得出一种比较合理的最终的方案。
(1)背吃刀量的选择
背吃刀量的选择根据加工余量来确定。切削加工一般分为粗加工、半精加工、精加工几道工序,各工序有不同的选择方法。粗加工时(表面粗糙度Ra50~12.5um),在允许的条件下,尽量一次性切除工序的全部余量。中等功率的车床,背吃刀量可达8~10mm。但对于加工的余量大,一次走刀会造成车床功率或刀具强度不够,或加工余量不均匀而引起振动,或者刀具受到冲击严重出现打刀等情况,则需要采用多次走刀。如分两次走刀,则第一次背吃刀量尽量取大些,一般为加工余量的2/3~3/4左右;第二次背吃刀量尽量取小些,可取加工余量的1/3~1/4左右。半精加工时(表面粗糙度Ra6.3~3.2um),背吃刀量一般为0.5~2mm。精加工时(表面粗糙度Ra1.6~0.8um),背吃刀量一般为0.1~0.4mm。
由上述与加工余量可知:
精车端面的背吃刀量可以选0.3mm,粗车外圆的背吃刀量为1.5mm,精车外圆的背吃刀量为0.6mm,加工外轮廓的背吃刀量为0.5mm,加工内轮廓的背吃刀量为0.5mm,
加工内孔槽的背吃刀量为0.5mm,加工偏心孔的背吃刀量为0.5mm,车梯形螺纹的背吃刀量为0.2mm。
(2)进给量的选择
粗加工时,选择进给量主要考虑到工艺系统所能承受的最大进给量,如车床进给机构的强度,刀具强度与刚度,工件的装夹刚度等。
精加工和半精加工时,选择最大进给量主要考虑加工的精度和表面粗糙度。另外还要考虑工件的材料、刀尖圆弧的半径和切削速度等。当刀尖圆弧半径增大、切削速度提高时,可以选择较大的进给量。
在实际的生产中,进给量常常根据经验选取。粗加工时,根据工件材料、车刀刀杆直径、工件直径和背吃刀量按表5-3数据进行选取。
表5-3硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量参考值
工件材料 |
车刀刀杆尺寸 mm |
工件直径 mm |
背吃刀量 a/mm | ||||
≤3 | >3-5 | >5-8 | >8-12 | >12 | |||
进给量 mm/r | |||||||
碳素结 构钢、合 金结构 钢、耐热钢 |
16×25 |
20 | 0.3-0.4 | _______ | _______ | _______ | _______ |
40 | 0.4-0.5 | 0.3-0.4 | _______ | _______ | _______ | ||
60 | 0.6-0.7 | 0.4-0.6 | 0.3-0.5 | _______ | _______ | ||
100 | 0.8-1.0 | 0.5-0.7 | 0.5-0.6 | 0.4-0.5 | _______ | ||
400 | 1.2-1.4 | 0.7-1.0 | 0.6-0.8 | 0.5-0.6 | _______ | ||
|
20 | 0.3-0.4 | _______ | _______ | _______ | _______ | |
40 | 0.4-0.5 | 0.3-0.4 | _______ | _______ | _______ | ||
60 | 0.6-0.7 | 0.5-0.7 | 0.4-0.6 | _______ | _______ | ||
100 | 0.8-1.0 | 0.7-0.9 | 0.5-0.7 | 0.5-0.7 | _______ | ||
400 | 1.2-1.4 | 1.0-1.2 | 0.8-1.0 | 0.6-0.9 | 0.4-0.6 |
表5-4按表面粗糙度选择进给量的参考值
工件材料 |
表面粗糙度 um |
切削速度范围 m/min |
刀尖圆弧半径 r/mm | ||
0.5 | 1.0 | 2.0 | |||
进给量 mm/r | |||||
铸铁、青铜、铝合金 | Ra10-5 |
不限 |
0.25-0.40 | 0.40-0.50 | 0.50-0.60 |
Ra5-2.5 | 0.15-0.25 | 0.25-0.40 | 0.40-0.60 | ||
Ra2.5-1.25 | 0.10-0.15 | 0.15-0.20 | 0.20-0.35 | ||
碳钢及合 金钢 |
Ra10-5 | <50 | 0.30-0.50 | 0.45-0.60 | 0.55-0.70 |
>50 | 0.40-0.55 | 0.55-0.65 | 0.65-0.70 | ||
Ra5-2.5 | <50 | 0.18-0.25 | 0.25-0.30 | 0.30-0.40 | |
>50 | 0.25-0.30 | 0.30-0.35 | 0.35-0.50 | ||
Ra2-1.25 |
<50 | 0.10 | 0.11-0.15 | 0.15-0.22 | |
50-100 | 0.11-0.16 | 0.16-0.25 | 0.25-0.35 | ||
>100 | 0.16-0.20 | 0.20-0-25 | 0.25-0.35 |
精车端面的进给量为0.5mm/r。粗车外圆的进给量为0.5mm/r。精车外圆的进给量为0.5mm/r。加工外轮廓的进给量为0.3mm/r。加工内轮廓的进给量为0.3mm/r。加工内孔槽的进给量为0.5mm/r。加工偏心孔的进给量为0.5mm/r。车外螺纹的进给量为0.3mm/r。
(3)切削速度确定
确定了背吃刀量、进给量和刀具的耐用度,则可以查《数控加工工艺与装备》确定切削速度和机床转速。
半精加工和精加工时,切削速度主要受到刀具耐用度和已加工表面质量的限制。在选取切削速度时,要尽可能的避开积屑瘤的速度范围。
切削速度的选取原则是:粗车时,因为背吃刀量和进给量都比较大,应选取较低的切削速度,精加工时选择较高的切削速度;加工材料强度硬度较高时,选较低的切削速度,反之取较高切削速度;刀具材料的切削性能越好,切削速度越高。
确定切削速度之后可以根据公式一:
(公式一)
计算出主轴转速。根据查表和计算可知:
精车端面的切削速度为150m/min,主轴转速为1000r/min。粗车外圆的切削速度为120m/min,主轴转速为800r/min。精车外圆的切削速度为150m/min,主轴转速为800r/min。加工外轮廓的切削速度为150m/min,主轴转速为1000r/min。加工内轮廓的切削速度为120m/min,主轴转速为1000r/min。加工内孔槽的切削速度为30m/min,主轴转速为500r/min。加工偏心孔的切削速度为30m/min,主轴转速为500r/min。车梯形螺纹的切削速度为20m/min,主轴转速为300r/min。
5.5 梯形螺纹的车削
5.5.1梯形螺纹的标记
梯形螺纹的完整标记是由螺纹代号、公差带代号以及旋合长度代号组成,三者用“—”分开。外螺纹小径和中径公差等级相同,在公差带代号中只标注中径的公差带代号;旋合长度分中等旋合长度(N组)和长旋合长度(L组)两组,当旋合长度为N组时可以不标注。标记举例
外螺纹:Tr40×7LH—7e
表示公称直径40mm、螺距为7mm中等旋合长度的梯形左螺纹,其中径和小径的公差等级为IT7,公差带的位置为e。
内螺纹:Tr36×6—7H—L
表示公称直径为36mm、螺距为6mm、长旋合长度的梯形内螺纹,其中径公差等级为IT7,公差带的位置为H。
一对相互配合的内外螺纹标注方法是:把内外螺纹的公差带代号全部写出来,前边表示内螺纹公差带代号,后边表示外螺纹公差带代号,中间用斜线分开,如:Tr36×12(P6)—8H∕7e。
5.5.2梯形螺纹车刀的安装
梯形螺纹常常作为传动螺纹,一般精度的要求较高,除刃磨时保证车刀几何形状正确外,车刀安装的正确与否将直接的影响螺纹精度要求的高低。若车刀装得过高或者过低,会造成车刀纵向前角和纵向后角的变化,不仅车削不顺利,更重要的是会影响螺纹牙型角的正确性。如果螺纹车刀安装得高低正确但左右偏斜,这种情况下车出的螺纹牙型半角不对称。安装梯形螺纹车刀的方法是:首先要使车刀对准工件中心,保证车刀高低的正确,然后用对刀板(最好是万能角尺)对刀,保证车刀不会左右歪斜。另外。还要做到车刀伸出量不要太长,压紧力要适当等。
5.5.3梯形螺纹的车削方法
梯形螺纹的车削方法有低速车削和高速车削两种。对于精度要求高的梯形螺纹应采用低速车削的方法。1.低速车削梯形螺纹
(1)车削较小螺距(P<4mm)的梯形螺纹,可以只用一把梯形螺纹车刀,采用直进法并用少量的左右进给车削成形。
(2)粗车螺距大于4mm(P>4mm)的梯形螺纹时可采用左右切削法或车直槽法左右切削法,为防止车刀三个切削刃同时切削,因为切削力过大而产生振动或扎刀现象,应采用左右切削法。直槽法:由于左右切削法操作不方便,粗车时可用车槽刀采用直进法在工件上车出螺旋直槽,然后用梯形螺纹车刀粗车两侧面。
(3)粗车螺距大于8mm(P>8mm)的梯形螺纹时,可采用车阶梯槽的方法。具体车削步骤是先用刀头宽度小于P/2的槽刀,用车直槽的方法车至近中径处,再用刀头宽度略小于牙槽低宽的车刀至近螺纹小径处,这样就在工件表面上车出了螺旋状的阶梯槽,然后用梯形螺纹车刀粗车两侧面。车阶梯槽方法最大优点是粗车螺纹成形时余量小,车削效率高。
(4)粗车螺距大于18mm(P>18mm)的梯形螺纹时,由于螺距大、牙槽深、切削面积大,车削比较困难,为操作方便提高车削效率可采用分层切削法。分层切削法的切削步骤是用梯形螺纹刀采用斜进法车至第一层,在保持切削深度不变的情况下,车刀向左或向右移动,逐步车好第一层。然后用同样的方法依次车削第二层、第三层,直至螺纹粗车成形。
以上四种车削方法只适应于粗车,精车时应采用带有卷屑槽的精车刀精车成形。
2.高速车削梯形螺纹
高速车削梯形螺纹时,为防止切屑拉毛牙形侧面,不能用左右切削法,只能用
直进法。
车削较大螺距(P>8mm)的梯形螺纹时,为防止切削力过大和齿部变形,最好采
用三把刀依次进行车削。其具体方法是先用梯形螺纹粗刀粗车成形,然后用车槽刀车牙底至尺寸,最后用精车刀精车牙两侧面至尺寸。
5.6 数控加工工序卡和数控加工刀具卡
按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及切削用量等填入数控加工工序卡中,见表5-5:
表5-5 双偏心孔螺纹薄壁套加工工序卡
单位名称 | 工学院 | 产品名称或代号 | 零件名称 | 零件图号 | |||||||||||
薄壁螺纹偏心套 | |||||||||||||||
工序号 | 程序编号 | 夹具名称 | 使用设备 | 车间 | |||||||||||
三爪卡盘 | CAK3675V | 数控加工中心 | |||||||||||||
工步号 | 工步内容 | 刀具号 | 主轴转速/(r/min) | 进给速度/(mm/min) | 背吃刀量/mm | 备注 | |||||||||
1 | 粗车外圆至φ67×55mm | T01 | 300 | 400 | 0.5 | 自动 | |||||||||
2 | 精车外圆至φ65×55mm | T01 | 500 | 500 | 0.5 | 自动 | |||||||||
3 | 掉头粗车外圆至φ67×40mm | T01 | 300 | 400 | 0.5 | 自动 | |||||||||
4 | 掉头精车外圆至φ65×40mm | T01 | 500 | 500 | 0.5 | 自动 | |||||||||
5 | 掉头钻偏心中心孔 | T05 | 500 | 300 | / | 手动 | |||||||||
6 | 粗加工偏心中心孔 | T04 | 300 | 500 | 0.3 | 自动 | |||||||||
7 | 精加工偏心中心孔 | T04 | 400 | 300 | 0.3 | 自动 | |||||||||
8 | 钻莫氏3号锥孔 | T06 | 500 | 500 | / | 手动 | |||||||||
9 | 粗加工莫氏锥孔 | T04 | 300 | 500 | 0.3 | 自动 | |||||||||
10 | 精加工莫氏锥孔 | T04 | 400 | 300 | 0.3 | 自动 | |||||||||
11 | 掉头粗车外圆至φ58×40mm | T01 | 300 | 400 | 0.5 | 自动 | |||||||||
12 | 掉头精车外圆至φ56×40mm | T01 | 500 | 500 | 0.5 | 自动 | |||||||||
13 | 掉头车梯形螺纹 | T02 | 250 | 90 | 0.3 | 自动 | |||||||||
14 | 掉头车外槽 | T03 | 300 | 90 | 0.3 | 自动 | |||||||||
15 | 钻φ22×40的孔 | T05 | 500 | 300 | / | 手动 | |||||||||
16 | 粗加工内轮廓 | T04 | 300 | 500 | 0.5 | 自动 | |||||||||
17 | 精加工内轮廓 | T04 | 400 | 300 | 0.3 | 自动 | |||||||||
18 | 车内槽 | T07 | 300 | 400 | 0.3 | 自动 | |||||||||
编制 | 审核 | 批准 | 年 月 日 | 共 页 | 第 页 |
表5-6偏心轴加工刀具卡
产品名称或代号 | 零件名称 | 曲轴 | 零件图号 | ||||||||||
序号 | 刀具号 | 刀具规格名称 | 数量 | 加工表面 | 备注 | ||||||||
1 | T01 | 93°外圆车刀 | 1 | 车外圆、精车端面、精车外轮廓 | |||||||||
2 | T02 | 30°梯形螺纹刀 | 1 | 梯形螺纹 | |||||||||
3 | T03 | 宽3mm切槽刀 | 1 | 35×φ54的槽 | |||||||||
4 | T04 | 10mm镗刀 | 1 | 内轮廓、偏心孔、莫氏孔 | |||||||||
5 | T05 | Φ22中心钻 | 1 | 偏心中心孔 | |||||||||
6 | T06 | Φ20中心钻 | 1 | 莫氏3号锥孔 | |||||||||
7 | T07 | 内割槽刀 | 1 | 35×φ50的槽 | |||||||||
编制 | 审核 | 批准 | 年 月 日 | 共 页 | 第 页 |
5.7 零件加工编程
根据实际情况整个零件加工编程如下:
- 零件左端车外圆:
N10 T0101 M03 S300 F0.1; N150 X70;
N20 G00 Z5; N160 X69;
N30 G01 X85; N170 X68;
N40 M08; N180 X67;
N50 G90 X80 Z-55; N190 X66;
N60 X79; N200 X65.5;
N70 X78; N210 X65;
N80 X77; N220 G01 Z5;
N90 X76; N230 X85;
N100 X75; N240 G00 X100 Z100;
N110 X74; N250 M09;
N120 X73; N260 M30;
N130 X72;
N140 X71;
- 零件右端面车削:
N10 T0404 M03 S300 F0.1; N150 X70;
N20 G00 Z5; N160 X69;
N30 G01 X85; N170 X68;
N40 M08; N180 X67;
N50 G90 X80 Z-40; N190 X66;
N60 X79; N200 X65.5;
N70 X78; N210 X65;
N80 X77; N220 G01 Z5;
N90 X76; N230 X85;
N100 X75; N240 G00 X100 Z100;
N110 X74; N250 M09;
N120 X73; N260 M30;
N130 X72;
N140 X71;
- 零件左端钻φ22孔,然后用镗刀镗孔。
N10 T0404 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X20;
N40 M08;
N50 G90 X22 Z-30;
N60 X23;
N70 X24;
N80 X24.5;
N90 X25;
N100 G01 Z5;
N110 X20;
N120 G00 X100 Z100;
N130 M09;
N140 M30;
- 用φ9.8的钻头钻φ10的孔,然后用φ10的铰刀进行加工。
- 莫氏三号锥孔加工:
N10 T0404 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X17;
N40 M08;
N50 G90 X18 Z-55;
N60 X19;
N70 X20;
N80 X21;
N90 G01 Z5;
N100 X17;
N110 X22.5 Z0;
N120 X21.064 Z-55;
N130 X20;
N140 Z5;
N150 X23.825 Z0;
N160 X21.064 Z-55;
N170 X20;
N180 Z5;
N190 G00 X100 Z100;
N200 M09;
N210 M30;
- 车梯形螺纹:
N10 T0202 M03 S250 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X70;
N40 M08;
N50 G92 X65 Z-55 F16;
N60 X64.5;
N70 X64;
N80 X63.8;
N90 X63.6;
N100 X63.4;
N110 X63.2;
N120 X63;
N130 X62.9;
N140 X62.85;
N150 X62.8;
N160 X62.75;
N170 X62.7;
N180 X62.65;
N190 X62.6;
N200 X62.55;
N210 X62.5;
N220 X62.45;
N230 X62.4;
N240 X62.35;
N250 X62.3;
N260 X62.25;
N270 X62.2;
N280 X62.15;
N290 X62.1;
N300 X62.05;
N310 X62;
N320 X61.95;
N330 X61.9;
N340 X61.85;
N350 X61.8;
N360 X61.75;
N370 X61.7;
N380 X61.65;
N390 X61.6;
N400 X61.55;
N410 X61.5;
N420 X61.45;
N430 X61.4;
N440 X61.35;
N450 X61.3;
N460 X61.25;
N470 X61.2;
N480 X61.15;
N490 X61.1;
N500 X61.05;
N510 X61;
N520 X60.95;
N530 X60.9;
N540 X60.85;
N550 X60.8;
N560 X60.75;
N570 X60.7;
N580 X60.65;
N590 X60.6;
N600 X60.55;
N610 X60.5;
N620 G01 Z5;
N630 X70;
N640 G00 X100 Z100;
N650 M09;
N660 M30;
四头螺纹每多一个头Z轴向正方向进5mm。
- 车槽φ54×35,先车右端外圆至φ56.
N10 T0101 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X70;
N40 M08;
N50 G90 X64 Z-40;
N60 X63;
N70 X62;
N80 X61;
N90 X60;
N100 X59;
N110 X58;
N120 X57;
N130 X56.5;
N140 X56;
N150 GOO Z100 X100;
N160 T0303;
N170 GOO Z5;
N180 G01 X60;
N190 Z-8;
N200 X60;
N210 Z5;
N220 G00 Z100 X100;
N230 T0101;
N240 G00 Z5;
N250 G01 Z-8;
N260 X54;
N270 Z-40;
N280 X60;
N290 Z5;
N300 GOO Z100 X100;
N310 M09;
N320 M30;
- 钻右端中心孔,进行镗孔。
N10 T0404 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X20;
N40 M08;
N50 G90 X23 Z-40;
N60 X24;
N70 X25;
N80 X26;
N90 X27;
N100 X28;
N110 X29;
N120 X30;
N130 X31;
N140 X32;
N150 X33;
N160 X34;
N170 X35;
N180 X36;
N190 X37;
N200 X38;
N210 X39;
N220 X40;
N230 X41;
N240 X42;
N250 X43;
N260 X44;
N270 X44.5;
N280 X45;
N290 G01 Z5;
N300 X20;
N310 G00 X100 Z100;
N320 M09;
N330 M30;
- 用内割槽刀加工内槽,将外圆车刀卸下装上内割槽刀加工。
N10 T0101 M03 S300 F0.1;
N20 G00 Z5;
N30 G01 X40;
N40 M08;
N50 G01 Z-9;
N60 X46;
N70 Z-40;
N80 X40;
N90 Z-9;
N100 X47;
N110 Z-40;
N120 X40;
N130 Z-9;
N140 X48;
N150 Z-40;
N160 X40;
N170 Z-9;
N180 X49;
N190 Z-40;
N200 X40;
N210 Z-9;
N220 X50;
N230 Z-40;
N240 X40;
N250 Z5;
N260 G00 Z100 X100;
N270 M09;
N280 M30;
5.8 零件成品展示
零件成品如图5-8,5-9所示:
图5-8 钢制件 图5-9 尼龙制件
结 论
通过此次对薄壁螺纹偏心套的工艺设计及实现,使我深深的了解到数控加工工艺的重要性。在随着社会技术的飞速发展中,随着人们的文化水平、生活水平的不断提高,还有科学技术的不断发展,机械产品在人们的生活领域中越来越重要和普遍。
通过对轴类零件的工艺分析,该薄壁螺纹偏心套的加工工艺分析,同时对偏心孔的加工,梯形螺纹的车削,薄壁的加工,最后加工出所需要的成品,从而证明了该加工工艺的合理性。
在这次工艺设计中不仅使我对此工艺有更多的了解和掌握,而且使我学会了设计一样产品应经过哪些流程和诸多设计中应该要遵循哪些原则和步骤。同时我也学会了如何查找各种书籍、手册、图表、技术资料以及如何应用这些资料等,丰富了我的知识面,也提高了我的综合能力。而且也使我发现自己在专业知识方面还有一些欠缺,而且在课外知识方面还有很多缺陷。正是如此,才会给自己的设计带来很多绊脚石。尽管这样,我还是一直努力的完成了我的毕业设计。我心里明白这是我第一次做毕业设计,难免会有一些错误和不足,希望老师多多指教,我会虚心接受教诲。我会在自己以后的学习中更加努力扩展自己的课外知识面,也希望以后又更多的机会与老师们交流。
致 谢
在毕业设计完成之际,我要特别感谢我的指导老师—姜海林老师。正是他的细心关怀和耐心指导,才使我能够在规定的时间内完成了我的毕业设计。在我做毕业设计的过程中,姜老师给了我很大的帮助。无论是在毕业设计的选题、构思和资料的收集方方面;还是在毕业设计的设计方法以及成文定稿方面;我都得到了老师的悉心细致的教诲和无私的帮助,特别是他广博的学识、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我受益终生。在此,我表示真诚的感谢和深深地敬意。
在论文的设计过程中,我也得到了许多同学的宝贵意见和帮助;同时在设计过程中,还得到许多其他老师的支持和帮助,在此,致以诚挚的谢意。感谢所有关心和支持、帮助过我的良师益友。
最后,向在百忙中抽出时间对我的论文进行评审的各位专家和在评审过程中提出宝贵意见的各位老师,表示衷心地感谢!
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑,转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/jdgc/1994.html