異形螺紋軸數(shù)控工藝設計與加工【三維UG】[CAD高清圖紙和文檔]

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畢業(yè)設計(論文) 課題：異形螺紋軸工藝設計與加工 系 部 ： 專 業(yè) ： 班 級 ： 姓 名 ： 學 號 ： 導 師 ： 年 月 日 目錄 第一章 緒論 2 1.1國內外數(shù)控發(fā)展概況 2 1.2數(shù)控技術發(fā)展趨勢 2 1.2.1　性能發(fā)展方向 2 1.2.2　功能發(fā)展方向 3 1.2.3　體系結構的發(fā)展 4 1.3.智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) 5 第二章 零件數(shù)控加工工藝規(guī)程分析 6 2.1零件分析 6 2.2 零件結構工藝性分析 7 2.3材料分析 7 2.4零件的毛坯選擇 7 2.5零件的安裝 8 第三章 數(shù)控加工工藝方案的制定 8 3.1工藝過程設計 8 3.1.1定位基準的選擇 8 3.1.2制定工藝路線 9 3.2加工機床的選擇 10 3.3刀具的選擇 11 3.4量具的選擇 13 第四章 切削用量的選擇與計算 13 4.1軸外圓的切削用量 14 4.1.1確定粗車時的切削用量ap 14 4.1.2確定半精車時的切削用量 14 4.1.3確定精車時的切削余量 15 4.2鉆孔（Ф20）的切削用量 15 4.3 鏜孔的切削用量 16 4.3.1確定半精鏜時的切削用量 16 4.3.2確定精鏜時的切削用量 16 4.4 切圓弧及切槽的切削用量 17 4.4.1切圓弧時的切削用量 17 4.4.2切槽時的切削用量（以Φ40mm為例） 17 4.5 螺紋切削用量 18 第五章 零件加工及程序的編制 18 5.1加工前的準備 18 5.2對刀 19 5.3零件的加工 19 5.3.1操作步驟 20 5.3.2 工序卡片 20 5.3.3仿真加工圖樣及詳細編程 21 小 結 27 參考文獻 28 摘 要 本文主要講述軸類零件的工藝過程和設計。 軸類零件是機器中經(jīng)常遇到典型零件之一，它主要用來支撐傳動零件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面所組成。 本設計針對的是典型的帶有橢圓的復雜軸類零件，該零件結構形狀復雜，為了保證精度，必須有嚴格的尺寸要求，和加工工藝，這對加工難度較大。本文講述了該零件的加工工藝過程、工藝分析、程序編寫、切削參數(shù)選取等內容。 關鍵詞：軸類零件 橢圓 工藝 程序編寫 1 第一章 緒論 1.1國內外數(shù)控發(fā)展概況 隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡化基礎上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 ? 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行。 1.2數(shù)控技術發(fā)展趨勢 1.2.1　性能發(fā)展方向 （1）高速高精高效化　速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。 （2）柔性化　包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 （3）工藝復合性和多軸化　以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。 （4）實時智能化　早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。 1.2.2　功能發(fā)展方向 （1）用戶界面圖形化　用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。 （2）科學計算可視化　科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產(chǎn)品設計周期、提高產(chǎn)品質量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 （3）插補和補償方式多樣化　多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補（非均勻有理B樣條插補）、樣條插補（A、B、C樣條）、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取? （4）內裝高性能PLC　數(shù)控系統(tǒng)內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。 （5）多媒體技術應用　多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。 1.2.3　體系結構的發(fā)展 （1）集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 （2）模塊化　硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 （3）網(wǎng)絡化　機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。 （4）通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網(wǎng)絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡化。 1.3.智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng) 當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術、網(wǎng)絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。 第二章 零件數(shù)控加工工藝規(guī)程分析 2.1零件分析 圖2-1 CAD零件圖 圖2-2 UG三維圖 技術要求： （1）銳邊倒角C2； （2）未標注表面粗糙度為Ra3.2 ； （3）未注公差尺寸按IT14標準執(zhí)行。 軸類零件是較常見的零件之一。此軸類零件一由圓柱面、錐面、圓弧面、臺階、端面、內孔、橢圓、三角螺紋和退刀槽構成，材料為45鋼。如圖2-1所示的帶橢圓的軸類零件適合采用數(shù)控車床加工。 2.2 零件結構工藝性分析 零件的結構工藝性是指零件在滿足使用性能的前提下，其制造、維修的可行性和經(jīng)濟性。即所設計的零件結構便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面廣，因此有必要對零件進行結構工藝性分析。 該零件的視圖符合國家標準的要求，位置準確，表達清楚；幾何元素之間的關系準確；尺寸標注基本完整、清晰。 位置精度主要是指裝配傳動件的配合軸頸相對于裝配軸承的支撐軸頸的同軸度，一般精度的軸為0.01—0.03。 根據(jù)該零件圖分析，雖沒有位置精度要求的標注，但在實際加工過程中，應考慮這些問題，保證Φ40 mm外圓，Φ40 mm 內孔的同軸度誤差（按一般標準為0.03），內孔與軸的垂直度誤差（按一般標準為0.03） 2.3材料分析 該零件材料為45鋼。45表示平均含碳量為0.45%，它是一種優(yōu)質碳素結構鋼。屬于中碳鋼，強度高，塑性適中，具有綜合的機械性能，多用于軸、套、齒輪、連桿等部件。 該零件的毛坯材料為45鋼，強度、硬度、塑形等力學性能好，切削性能好，工藝性能好，便于加工，能夠滿足使用性能。 2.4零件的毛坯選擇 該零件的毛坯選擇45鋼。零件在進行加工時，余量的大小，成本等問題在設計毛坯時就要仔細考慮好。選擇毛坯時應考慮以下因素： A、零件材料的工藝特性，以及零件對材料組織和性能的要求。 由于該零件的形狀帶有橢圓且是偏心的較為復雜，毛坯結構形狀易獲得，且機械性能要求不高，可用45號鋼。 B、零件的形狀尺寸及生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本。 由于該配合件是小批量生產(chǎn)，精度要求較高，為便于精確的尺寸獲得，需做工裝或者夾具。 C、毛坯尺寸及加工余量。 該零件批量少，精度要求較高，毛坯尺寸較接近零件尺寸，所留加工余量較小。 綜上所述，該零件毛坯選擇為軸毛坯Φ62mm×117mm棒料。毛坯如圖所示（圖2-2）。 圖2-2 毛 2.5零件的安裝 該零件的加工選擇數(shù)控車床。數(shù)控車的零件安裝方法是一樣的，要合理的選擇定位基準和夾緊方案，注意以下兩點： （1）力求設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一，以便于提高編程時數(shù)值計算的簡便性和精確性。 （2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后，加工出全部待加工面。 根據(jù)零件的尺寸、精度要求和生產(chǎn)條件選擇最常用的車床通用的三爪自定心卡盤。三爪自定心卡盤可以自定心，夾持范圍大，適用于截面為圓形，三角形等軸類和盤類小型零件。 第三章 數(shù)控加工工藝方案的制定 3.1工藝過程設計 3.1.1定位基準的選擇 粗基準的選擇：加工時，使工件在機床或夾具中占據(jù)正確位置所用的基準稱為定位基準。根據(jù)相互位置原則、余量最小原則和便于裝夾原則，本零件的粗基準為Φ62mm棒料外圓。 精基準的選擇：根據(jù)基準重合原則、基準統(tǒng)一原則、互為基準原則、便于裝夾原則，確定該零件的精基準為Φ58mm。 3.1.2制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求能到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為小批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以通用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)效率。除此以外，還應考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 方案1： 工序10：下料Φ62mm×117mm的棒料 （普通機床） 工序20：a、鉆Φ20mm長28的內孔 工序30：a、車螺紋那端及外輪廓 （數(shù)控車床） b、切梯形螺紋退刀槽 c、車螺紋 d、切槽 e、車半圓弧 工序40：a、掉頭，上工裝，將上道工序的零件扭緊 b、車外圓及內孔 工序50：去毛刺 工序60：檢驗 工序70：入庫 方案2： 工序10：下料Φ62mm×117mm的棒料。 （普通機床） 工序20：a、鉆Φ20mm長28的內孔 工序30：a、車零件有內孔那端面 （數(shù)控機床） b、粗車→半精車→精車Φ52mm、Φ58mm的外圓表面及圓弧 c、粗車→半精車→精車錐度內孔面 工序:40：a、車螺紋那端及外輪廓 （數(shù)控車床） b、切螺紋退刀槽及半圓弧 c、車螺紋 d、切槽 工序50： 去毛刺 工序60：檢驗 工序70：入庫 比較后的方案2是采取工序集中原則，工序比較集中，減少用工裝來加工零件。比較后方案2在能保證加工質量的基礎上更有生產(chǎn)率和經(jīng)濟性，符合加工的工藝要求。 3.2加工機床的選擇 1、要保證加工零件的技術要求，能加工出合格的產(chǎn)品。 2、有利于提高生產(chǎn)率。 3、盡可能降低生產(chǎn)成本。 選擇教學設備華中數(shù)控世紀星HNC,具體可參照表3-1機床的型號來選擇加工對象、用途 a加工Φ250×1000(500)以下軸件，Φ500以下盤件； b加工幾何形狀復雜，尺寸繁多，精度要求高的軸類(或盤類)零件； c加工圓柱面、圓錐面、階梯面、球面及其它各種回轉曲面； d加工各種公、英制內外螺紋； e能車削外圓、切槽及倒角，也可以進行鉆、擴、鉸、滾壓及鏜削加工； f適用于中、小批量及單件生產(chǎn)，也可用于復雜零件的大批量生產(chǎn) 表3-1機床的型號信息表 名 ??????稱 單位 規(guī)格 床身上最大回轉直徑 mm Φ505 床鞍上最大回轉直徑 Φ340 最大車削直徑 軸類直徑 Φ250 盤類直徑 Φ500 最大鉆孔直徑 Φ20 最小車削直徑 Φ20 最大車削長度 1000；500 最大行程 X 260 Z 1100；600 尾架 尾架套筒最大行程 mm 80 尾架套簡直徑 mm Φ85 尾架套筒錐孔錐度 莫氏 5# 刀位數(shù) 6 外圓刀方尺寸 mm 25×25 最大鏜刀桿直徑 Φ40 刀尖最大回轉直徑 Φ400 夾具 液壓動力卡盤 Φ250 機床外形尺寸(長x寬x高) mm 3160×1480×1650 機床重量 凈??? 重 Kg 3000 3.3刀具的選擇 數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的。要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則在編程是充分考慮數(shù)控加工的特點，能夠正確選擇刀具及切削用量。數(shù)控車床對刀具提出了更高的要求，不僅要求刀具精度高，剛性好，耐熱度高，而且要求安裝、調整、刃磨方便，斷屑及排屑性好。 在全功能數(shù)控車床上，可預先安裝8~12把刀具，當被加工工件改變后，一般不需要跟換刀具就能完成工件的全部車削加工。為了滿足要求，刀具配備時應注意以下幾個問題： 1、在可能的范圍內，使被加工工件的形狀、尺寸標準化，從而刀具的種類，實現(xiàn)不換刀或少換刀，以縮短準備和調整時間。 2、使刀具規(guī)格化和通用化，以減少刀具的種類，便于刀具管理。 3、盡可能用可轉位刀片，磨損后只需更換刀片，增加了刀具的互換性。 4、在設計或選擇刀具時，應盡量采用高效率、斷屑及排屑性能好的刀具。 綜上分析該零件主要以外圓加工為主，數(shù)控加工刀具選擇硬質合金車刀，需60°外圓車刀、切槽刀、球頭切刀、60°內螺紋刀、Φ20mm鉆頭、鏜刀。普通加工刀具選擇：車刀為20×30mm、圓弧半徑為0.8mm硬質合金刀；鉆頭為20×60mm的麻花鉆。 表3-2左端刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號 軸類零件 零件名稱 典型軸 零件圖號 序號 刀具號 刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 備注 1 T0101 麻花鉆 1 鉆直徑20的孔 2 T0202 硬質合金30°外圓車刀 1 粗、精車外輪廓 3 T0303 硬質合金鏜刀 1 車內孔 表3-3右端刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號 軸類零件 零件名稱 典型軸 零件圖號 序號 刀具號 刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 備注 1 T0101 硬質合金60°外圓車刀 1 粗、精車外輪廓 2 T0202 硬質合金尖刀 1 車橢圓 3 T0303 球頭刀 1 車半圓弧 4 T0404 切槽刀 1 切槽及外圓 5 T0505 硬質合螺紋車刀 1 車螺紋 左 3.4量具的選擇 數(shù)控加工主要用于單件小批量生產(chǎn)，所以一般選用通用量具，如游標卡、百分表、千分尺等。精度必須與加工精度相適應。選擇的量具（表3-4） 表3-4 編號 量具 測量范圍 （mm） 讀數(shù)值 (mm) 示值誤差 (mm) 1 游標卡尺（GB1214—85） 0—200 0.02 ±0.02 2 外徑千分尺（JB1081-75） 0-25mm 25-50mm 50-100mm 0.01 0.015 3 內徑千分尺（JB1081-75） 18—35 0.01 0.015 4 螺紋環(huán)規(guī)（JB3934—83） M30X1.5-6g 第四章 切削用量的選擇與計算 正確的切削用量，對于保證產(chǎn)品質量、提高切削效率和經(jīng)濟效益，具有重要意義。切削用量的選擇主要依據(jù)工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求，還應考慮刀具合理的耐用度、工藝系統(tǒng)剛性及機床效率等條件。 由于切削速度Vc對刀具壽命影響最大，其次為進給量f,影響最小的是背吃刀量ap,因此，選擇切削用量的步驟是先確定背吃刀量ap,再選擇進給量f,最后再確定切削速度Vc,必要時應校驗機床功率是否允許。 所以，其基本原則是：首先應選擇一個盡可能大的背吃刀量ap，其次選擇一個較大的進給量f，最后，在刀具耐用度和機床功率允許的情況下選擇一個合理的切削速度Vc。 4.1軸外圓的切削用量 4.1.1確定粗車時的切削用量ap 1）背吃刀量的ap的選擇：工件下料為45號鋼棒料，大小為62mm×117mm,粗車至Φ60mm,表面有硬化層、氧化皮或硬雜質等，但在加工余量（指半徑方向上）不多并比較均勻，且加工工藝系統(tǒng)剛性足夠，應使背吃刀量一次性切除余量A，即：ap=A，查《簡明機械加工工藝手冊》表11-1可知A=(60-58)/2=2mm,單邊留1mm做半精車、精車余量，取粗車背吃刀量ap=1mm。 2）確定進給量f：查查《簡明機械加工工藝手冊》表11-1可知，f=0.4～0.5mm/r,根據(jù)機床說明書，初步選定f=0.45mm/r. 3)確定切削速度Vc：查查《簡明機械加工工藝手冊》表11-5可知，Vc=2.17～2.667m/s，考慮到進給量較大取Vc=2m/s。 4)確定主軸轉速n,由公式: n=1000v/πd=（1000×2）/(3.14×60)=10.62r/s 根據(jù)機床說明書，取n=12.5r/s。此時切削速度為： Vc=πdn/1000=（3.14×60×12.5）/1000=2.36m/s 此速度小于預得切削速度，故可用。 5）校驗機床效率：查《簡明機械加工工藝手冊》表11-6~11-9可求得切削力的公式及相關數(shù)據(jù)。主切削力為： Fz=9.81×60ZFZ·CFZ·aXFZp·fYZF·uZFZ·KFZ =9.18×60-0.15×270×1× 0.450.75×12.73-0.15×0.92×0.95=2407（N） 切削功率：Pm=FZ·Vc·10-3=4.7(kw) 由機床說明書查得,機床電機功率PE=7.5（kw）,取機床傳動效率Л=0.8時： Pm=1.66m/s時，查得f=0.25~0.39mm/r,根據(jù)機床說明書，取f=0.36mm/r。 3）確定切削速度VC與機床主軸轉速，查表11-5可知VC=2.17~2.667m/s,根據(jù)機床說明書，取VC=2.2m/s，按公式得主軸轉速： n=(1000V)/πd=(1000×2.2)/(3.14×48)=14.59r/s 根據(jù)機床說明書，取n=15r/s，按公式算得實際切削速度為： VC=（π·d·n）/1000=(3.14×48×14.5)/1000=2.18m/s 此切削速度小于預估切削速度，故可用。由于半精車切削力較小，故一般不需校驗。最后選定半精車切削余量為： ap=0.75mm， f=0.36mm/r， VC=2.18m/s，n=900r/min 4.1.3確定精車時的切削余量 1）確定背吃刀量ap 取ap=0.25mm。 2）確定進給速度f 查《簡明機械加工工藝手冊》表11-2，預估計切削速度VC>1.66m/s時，查得f=0.25~0.39mm/r,根據(jù)機床說明書，取f=0.30mm/r。 3）確定切削速度VC與機床主軸轉速，查表11-5可知VC=2.17~2.667m/s,根據(jù)機床說明書，取VC=2.4m/s.按公式得主軸轉速： n=(1000V)/πd=（1000×2.4）/(3.14×30)=25.48r/s。 按機床說明書，取n=25.48r/s。按公式算得切削速度為: VC=（π·d·n）/1000=（3.14×30×25.48）/1000=2.4m/s。 4.2鉆孔（Ф20）的切削用量 1、確定進給量f 由鉆頭材料課查《簡明機械加工工藝手冊》表11-10可知f=0.39~0.45mm/r,根據(jù)機床說明書，取f=0.3m/s。 2、確定切削速度VC 由鉆頭材料課查《簡明機械加工工藝手冊》表11-12可知VC=0.25m/s。 3、確定主軸轉速n，由公式: n=1000v/πd=（1000×0.25）/（3.14×20）=3.98r/s。 按機床說明書，取n=4.17r/s。按公式算得切削速度為: VC=（π·d·n）/1000=（3.14×20×4.17）/1000=0.26m/s。 4、校驗機床效率：查《簡明機械加工工藝手冊》表11-14可求得切削力的公式及相關數(shù)據(jù)。主切削力為： M=CM·d0XM·fYM·KM·10-3=333.54×201.9×0.30.8×（239/735）0.75×10-3=200(N·m) 切削功率：Pm=2π·M·n·10-3=5.2 (kw) 由機床說明書查得,機床電機功率PE=7.5（kw）,取機床傳動效率Л=0.8時： Pm= Pm·Л=7.5×0.8=6(kw)。 所以，機床功率足夠 ，最后選定的鉆孔切削用量為： f=0.3mm/r, Vc= 0.26m/s，n= 250r/min 4.3 鏜孔的切削用量 4.3.1確定半精鏜時的切削用量 1）確定背吃刀量ap 由工藝可知ap=1.5mm 。 2）確定進給速度f 查《簡明機械加工工藝手冊》表11-3可知f=0.15~0.3mm/r，根據(jù)機床說明書，取f= 0.3m/r。 3）確定切削速度Vc 取Vc=0.5m/s。 4）確定主軸轉速n，由公式： n=1000v/πd=（1000×0.5）/(3.14×20)=7.96r/s。 根據(jù)機床說明書，取n=8.33r/s。因此切削速度為: VC=（π·d·n）/1000=（3.14×20×8.33）/1000=0.52m/s。 最后選定半精鏜切削用量為： ap=1.5mm，f=0.3mm/r，VC=0.52m/s，n=500r/min 4.3.2確定精鏜時的切削用量 1）確定背吃刀量ap 由工藝可知ap=0.5mm 。 2）確定進給速度f 查《簡明機械加工工藝手冊》表11-3可知f=0.15~0.3mm/r，根據(jù)機床說明書，取f= 0.2m/r。 3）確定切削速度Vc 取Vc =0.30m/s。 4）確定主軸轉速n 由公式： n=1000v/πd=（1000×0.3）/(3.14×20)=4.15r/s。 根據(jù)機床說明書，取n=4.17r/s。 此時切削速度為： VC=（π·d·n）/1000=（3.14×20×4.17）/1000=0.30m/s。 最后選定精鏜切削用量為： ap=0.5mm，f=0.2mm/r，VC=0.30m/s，n=250r/min 4.4 切圓弧及切槽的切削用量 4.4.1切圓弧時的切削用量 1）確定進給速度f 查《簡明機械加工工藝手冊》表11-4可知f=0.19~0.25mm/r。根據(jù)機床說明書，初步f=0.2m/r。 2）確定切削速度Vc 取Vc =0.5mm/s。 3）確定主軸轉速n 由公式： n=1000v/πd=（1000×0.5）/(3.14×34)=4.68r/s。 根據(jù)機床說明書，取n=3.50r/s。 此時切削速度為： VC=（π·d·n）/1000=（3.14×34×4.68）/1000=0.5m/s。 最后選定切斷切削用量為： f=0.2mm/r，VC=0.5m/s，n=210r/min 4.4.2切槽時的切削用量（以Φ40mm為例） 1）確定進給速度f 查《簡明機械加工工藝手冊》表11-4可知f=0.19~0.25mm/r。根據(jù)機床說明書，初步f=0.1m/r。 2）確定切削速度Vc 取Vc =0.3mm/s。 3）確定主軸轉速n 由公式 n=1000v/πd=（1000×0.3）/(3.14×40)=2.39r/s。 根據(jù)機床說明書，取n=3.50r/s。 此時切削速度為： VC=（π·d·n）/1000=（3.14×40×2.39）/1000=0.3m/s。 最后選定切槽切削用量為： f=0.2mm/r，VC=0.3m/s，n=210r/min 4.5 螺紋切削用量 1）確定背吃刀量ap ap=0.9mm 2）確定切削速度VC 查《金屬機械加工工藝人員手冊》表10-161可知：VC=36~64m/min,初步選定VC=36m/min，即0.6m/s。 3）確定主軸轉速n 由公式： n=1000v/πd=（1000×0.6）/(3.14×30)=6.37r/s。 根據(jù)機床說明書，取n=7.0r/s。 此時切削速度為： VC=（π·d·n）/1000=（3.14×30×6.37）/1000=0.6m/s。 最后選定梯形螺紋切削用量為：ap =0.9mm，VC=0.6m/s，n=420r/min 第五章 零件加工及程序的編制 零件的實際加工，是檢驗此次畢業(yè)設計是否成功的有力標準，通過零件實際加工，更能理論聯(lián)系實際，找出畢業(yè)設計中的紕漏與不足，從而得以改善，讓設計更加完美、準確，另一方面也讓我們獲得更多的實踐經(jīng)驗，提升我們的專業(yè)技能。 5.1加工前的準備 在零件加工前，有必要根據(jù)零件圖紙進行零件工藝及工藝結構性性分析、工藝方案的制定以及切削用量的確定等理論分析，然后結合實際生產(chǎn)情況進行加工。在加工前，進行如下準備： 1、加工設備選擇。根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)條件，選擇數(shù)控教學華中數(shù)控世紀星系統(tǒng)CAK6150機床。 2、毛坯準備。在普車實訓中按零件毛坯尺寸下料。 3、刀具量具準備。根據(jù)方案中的選擇，在刀具室領取所需刀具量具。 4、程序編寫。 在零件實際加工中，嚴格按照學院實訓要求，穿戴好實訓服，遵守各規(guī)章制度，按要求操作設備，注意生產(chǎn)安全。 5.2對刀 加工中，一般采用試切對刀法。 首先對Z軸，當?shù)蹲叩饺缦聢D時，進入“刀具補償”→“刀偏表”→“試切直徑”，光標移動到刀具所在到位號，輸入所測d的值→按“測量”，此時X軸就對好了，如圖5-1 圖5-1 再對Z軸，當?shù)蹲叩饺缦聢D時，主軸停，用卡尺測量d，，“刀具補償”→“刀偏表”→“試切長度”，光標移動到刀具所在刀位號，輸入所測L的值，→按“測量”，此時Z軸就對好了，如圖5-2。 圖5-2 此外，槽刀、螺紋刀、鏜刀對刀時，基本按此方法進行。但一般不須重新切削，可用其刀尖對在已切表面，再在相應的刀位號輸入X、Z值，操作時要穩(wěn)重細心。 5.3零件的加工 首先為了保證程序毫無誤差，一般手動編寫程序，在數(shù)控仿真軟件里試運行程序。再輸入實際操作機床中，加工前，先空運行程序，檢驗程序，根據(jù)機床實際情況調整數(shù)值，即使程序錯誤也不會浪費毛坯件，也便于及時修改程序。 最后，確定所有程序的路線、加工工藝都無誤后，便可對零件進行加工。 5.3.1操作步驟 選擇“自動循環(huán)”方式→點擊控制面板上“PROG” →輸入程序名→“自動”→“循環(huán)啟動”→“冷卻液”→完成一系列操作后，數(shù)控機床對零件進行自動加工。 5.3.2 工序卡片 根據(jù)總體數(shù)據(jù)編制工藝卡如下： 表5-3 數(shù)控加工工藝卡1 單位名稱 產(chǎn)品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 典型軸 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車間 001 O0001 三爪自定心卡盤 CAK6150 數(shù)控車間 工步號 工步內容 刀具號 主軸轉速r/min 進給速度mm/mim 背吃刀量mm 備注 1 麻花鉆 T0101 600 2 粗、精車外輪廓 T0202 1000 200 1 3 車內孔 T0303 1000 200 1 表5-4 數(shù)控加工工藝卡2 單位名稱 產(chǎn)品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 典型軸 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車間 002 O0002 三爪自定心卡盤 CAK6150 數(shù)控車間 工步號 工步內容 刀具號 主軸轉速r/min 進給速度mm/mim 背吃刀量mm 備注 1 粗、精車外輪廓 T0101 1000 200 1 2 車橢圓 T0202 1000 200 1 3 車半球 T0303 600 80 4 車槽 T0404 600 800 5 車梯形螺紋 T0505 600 5.3.3仿真加工圖樣及詳細編程 零件第一道工序編程如下，在零件的端面設立工件坐標系 零件左端車削軌跡及效果圖 順序號 程序內容 程序說明 %1234 程序名 M03T0101S600 啟動主軸 G0X0Z10 快速定位 G01Z-35F60 鉆孔 Z10 直線插補 G0X100Z100 快速退刀 M03T0202S1000 啟動主軸，換刀 G0X60Z2 快速定位 G71U1R1P1Q2X0.5Z0F200 外圓切削循環(huán) N1G01X19F180 直線插補 Z0 直線插補 X48 直線插補 X52W-2 直線插補 Z-5 直線插補 G02X58W-3R3 圓弧插補 N2G01Z-30 直線插補 G0X100Z200 快速退刀 M03T0303S900 啟動主軸，換刀 G0X19Z3 快速定位 G01X28 直線插補 G01X27W-25.7 直線插補 X20 直線插補 Z0 直線插補 X35 直線插補 X27W-25.7 直線插補 X20 直線插補 Z0 直線插補 X40 直線插補 X27W-25.7 直線插補 G03X20Z-28R3 圓弧插補 X20 直線插補 G0Z100 快速退刀 X100 快速退刀 M30 程序結束，返回起始段 零件第二道工序編程如下 在零件的端面設立工件坐標系 零件右端車削軌跡及效果圖 順序號 程序內容 程序說明 %1234 程序名 M03T0101S1000 啟動主軸 G0X60Z5 快速定位 G71U1R0.05P1Q2X0.5Z0F200 外圓切削循環(huán) N1G01X26F180 直線插補 Z0 直線插補 X30 直線插補 Z-18 直線插補 X40 直線插補 Z-26 直線插補 N2X60 直線插補 G0X200Z100 快速退刀 M03T0202S1000 換刀 G0X61Z5 快速定位 G71U1R0.2P1Q2X0.5Z0F200 外圓切削循環(huán) N1G01Z52Z-26 直線插補 #1=16 宏程序車橢圓 WHILE[#1]GE[-16] 宏程序車橢圓 #2=7*SQRT[1-#1*#1/256] 宏程序車橢圓 G1X[2*[22+#2]]Z[#1-39] 宏程序車橢圓 #1=#1-0.5 宏程序車橢圓 ENDW 宏程序車橢圓 G01W-10 直線插補 X48W-2 直線插補 W-5 直線插補 N2X58W-16 直線插補 G0X200Z100 快速退刀 M03T0303S800 換刀 G0X200Z5 快速退刀 G01Z-60F200 直線插補 X44F100 直線插補 G0X200 快速退刀 Z100 快速退刀 M03T0404S800 換刀 G0X200Z2 快速定位 G01Z-18F200 直線插補 X24F100 直線插補 X62 直線插補 G0Z-79.5 快速退刀 G01X40F100 直線插補 X62 直線插補 Z-82 直線插補 X44 直線插補 G03X40W2R2 圓弧插補 G01X62 直線插補 Z-77 直線插補 X44 直線插補 G02X40W-2R2 圓弧插補 G01X62 直線插補 Z-87 直線插補 X48 直線插補 X44W2 直線插補 G0X200 快速退刀 Z100 快速退刀 M03T0505S600 換刀 G040Z5 快速定位 G82X29.5Z-15F1.5 螺紋切削 X29.1 螺紋切削 X28.7 螺紋切削 X28.5 螺紋切削 X28.38 螺紋切削 X28.38 螺紋切削 G0X100Z100 快速退刀 M30 程序結束，返回起始段 加工最后零件效果圖 小 結 本設計在老師的悉心指導和嚴格要求下已完成，從設計任務選擇、繪圖、方案論證確定到具體設計和資料整理，無不凝聚著老師的心血和汗水。在此指導老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 “不積硅步，無以至千里”，本設計能夠順利完成，也歸功各個專業(yè)任課老師的認真負責，使我們能很好的掌握運用專業(yè)知識，并在畢業(yè)設計中得以體現(xiàn)。同時也感謝本組同學的辛勤付出和努力，我們本著統(tǒng)一的目標，在完成畢業(yè)設計過程中，本組同學積熱情積極、充分發(fā)揮了各自的才能和長處，大家相互探討設計中的難點，廣泛聽取意見，運用專業(yè)知識選擇并統(tǒng)一了最好意見，有效的解決了我們在設計中的各個難題和困難。最后，也感謝在設計過程中給我們提供無私幫助并傳授經(jīng)驗的其他老師和同學。 畢業(yè)設計，是我在大學里更是學生時代的最后一次作業(yè)，我想這次作業(yè)，是我完成最認真、投入心血最大的一次。通過這次設計，我也發(fā)現(xiàn)自身只是的缺乏和不足，從而更好更徹底地認識、規(guī)劃、完善自己，去適應這種競爭激烈的社會現(xiàn)實，我將會在以后的工作中做得更好,更完善。 三年的校園生活，讓我感受到了老師孜孜不倦的教誨和無微不至的關懷，讓我有了更成熟的心智和豁達的心胸，學到了永不停息的終身學習理念。在此，衷心的感謝各位老師！ 29 參考文獻 [1].朱鵬超 易春陽主編《機械基礎》[M].北京：高等教育出版社，2006. 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