圆锥螺纹配合件工艺设计与加工.doc

1 目目 录录 绪论.1 1 概述.2 2 数控加工工艺分析.2 2.1 毛坯的选择 .2 2.2 加工余量的分析 .2 2.3 加工精度分析 .2 2.4 定位基准的选择 .3 3 设备的选择.3 3.1 机床的选择 .3 3.2 设备的介绍 .3 3.3 夹具的选择 .3 4 量具与冷却液的的选择.4 4.1 量具的选择 .4 4.2 冷却液的选择 .4 5 圆锥螺纹配合件一的工艺方案.5 5.1 零件图分析 .5 5.2 工艺分析 .6 5.3 确定装夹方案 .6 5.4 确定加工方案 .6 5.5 确定工步顺序、进刀路线和所用刀具 .6 5.5.1 粗车外表面.6 5.5.2 精车外表面.7 5.5.3 调头装夹，加工另一端.7 2 5.5.4 切槽.7 5.5.5 加工外螺纹.8 5.5.6 切断.9 5.6 切削用量的选择.9 5.6.1 主轴转速的确定.9 5.6.2 切削速度 Vc.9 5.6.3 进给速度的确定.9 5.6.4 背吃刀量的确定.10 5.6.5 确定切削用量.10 5.7 填写工艺文件.10 6 圆锥螺纹配合件二的工艺方案.13 6.1 零件图工艺分析 .13 6.2 确定装夹方案 .13 6.3 确定工步顺序，进刀路线和所用刀具 .13 6.3.1 钻孔.13 6.3.2 粗车内轮廓.14 6.3.3 精车内轮廓.14 6.3.4 粗车外轮廓.14 6.3.5 精车外轮廓.15 6.3.6 切断.15 6.4 确定切削用量 .15 6.5 填写工艺文件 .16 7 圆锥螺纹配合件三的工艺方案.18 7.1 工艺分析 .18 7.2 确定装夹方式 .19 7.3 确定工步顺序，进给路线和所用刀具 .19 7.3.1 钻孔.19 7.3.2 粗车内孔.19 3 7.3.3 精车内孔.19 7.3.4 切内螺纹退刀槽.19 7.3.5 车内螺纹.20 7.3.6 粗车外轮廓.20 7.3.7 精车外轮廓.21 7.3.8 切断.21 7.4 确定切削用量 .21 7.5 填写工艺文件 .22 8 程序编写.24 结 论.31 致 谢.32 参考文献.33 圆锥螺纹配合件工艺设计与加工 摘要 本次设计和加工的圆锥螺纹配合零件是一种集合各种工艺设计在内的综合型零件。 它能够有效的把我们三年所学的各类知识综合在一起运用。我从数控加工工艺分析、 设备的选择、量具与冷却液的选择、加工方案的制定、刀具的选择、进给路线的制定、 切削用量的选择、工艺卡片的制作，都经过了慎重考虑。为使零件经过数控加工得到 最佳的精度和工艺设计要求，我还查阅了辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)、 数控加工 工艺 、数控刀具等书籍。确定了该零件的合理的数控加工工艺方案，最终才完成的零 件的加工。 关键词：圆锥螺纹配合件；工艺设计；加工；切削用量 4 绪论绪论 进入 20 世纪 90 年代以来，随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断朝 着高速化、高精度复合化、智能化及信息网络化发展，从而提高所加工零件精度，提 高生产效率、节约加工成本。数控加工技术是先进制造技术的基础与核心，数控加工 技术的普及将使现代制造技术产生巨大变革，数控化更是一个国家制造现代化的一个 重要标志。 这次毕业设计我选的课题是阶梯轴双配合件的数控车削加工。它突出了数控加工 的特点及零件加工过程中的工艺性特点。自己利用设备执行零件的实体加工，加工出 合格的零件。综合用了三年所学的专业知识：机械制图 、 AUTO CAD 、 CACX 电子图板 、 数控编程 、 数控加工工艺 、 机械制造基础等，还运用了我们所学 的基础知识如：计算机、英语等，等多门学科理论进行知识的巩固 ，又能锻炼自己的 实际动手操作能力，了解刀具的材料、特点、以及如何选用刀具等一系列问题。这不 仅学到了理论知识,还将理论运用在了实际加工当中，将理论与实践有机的结合在一起。 5 1 1 概述概述 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类 等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表 面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削 中心与数控车床的主要区别是车削中心具有动力刀架和 C 轴功能，可在一次装夹中完 成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，如法兰盘内外圆、端面及圆周均布的 通孔或台阶孔的加工，同时还可以加工变节距变径螺纹、端面凸轮槽、交叉槽等，等 别适合于复杂形状回转类零件的加工。工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。 工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要的影 响。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细地制定好零件 的数控加工工艺。 2 2 数控加工工艺分析数控加工工艺分析 2.12.1 毛坯的选择毛坯的选择 轴类零件可根据使用要求、生产类型设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛胚形 式。对于外圆直径相差不大的轴一般以棒料为主。 45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的 切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。下料的零件毛胚尺寸为外 形件 110mm50mm。所配合轴的阶梯孔和螺纹孔的毛呸尺寸分别为 50mm50mm、30 mm50。 2.22.2 加工余量的分析加工余量的分析 加工余量是指加工过程中从加工表面切除金属层的厚度。加工余量的大小对零件 的加工质量和制造的经济性有较大的影响。余量过大会浪费原材料及机械加工的工时， 增加机床、刀具及能源的消耗；余量过小则不能消除上工序留下的各种误差、表面缺 陷和本工序的装夹误差，容易造成废品。因此，应根据影响余量大小的因素合理地确 定加工余量。该零件内孔的粗糙度值均为 Ra1.6，粗车后留余量 0.2mm，精车完成。 2.32.3 加工精度分析加工精度分析 通过上述分析，采取以下几点工艺措施，该零件最高精度等级为 IT（7）级，该零 6 件公差值只偏向一边，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。对内孔表 面要求表面粗糙度为 Ra1.6，其它表面粗糙度均为 Ra3.2,同轴度为 0.03。 2.42.4 定位基准的选择定位基准的选择 定位基准是工件在定位时所依据的基准。它的选择原则是：尽量选择零件上的设 计基准作为定位基准；考虑到本课题的加工零件均是棒料类，所以定位基准就是轴心 线与零件右端面的相交点。 3 3 设备的选择设备的选择 3.13.1 机床机床的选择的选择 根据我院现有的数控机床及加工的对象来分析，我院的数控机床都能完成对此零 件的加工。根据零件的结构形状和精度以及加工的难易程度等条件来选择数控设备的 型号，由于该零件由圆柱、圆弧等组成。形状也比较简单，我院的数控机床以均可以 进行加工，但是考虑到该零件的表面粗糙度和加工精度有一定的要求，综上几点考虑 结合学校数控加工室的条件，特选用 FANUC0i 系统重庆第二机床厂生产的数控机床 进行零件程序编制与加工，机床牌号为 C26136HK。 3.23.2 设备的介绍设备的介绍 我院数控机床型号为 C26136HK 是由重庆第二机床厂生产的，机床为 360750 CNC LATHE。主轴的转速范围在 502000r/min，电压为 3380V 电源频率为 50HZ， 系统为 FANUC，具有较高可操作性，功能齐全和加工精度好的优点。 3.33.3 夹具夹具的选择的选择 确定装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位与夹持， 并选择合理的夹具。夹紧机构和其它元件不得影响进给，加工部位要敞开，要求夹持 工件后夹具等一些组件不能与刀具运动发生干涉。必须保证最小的夹紧变形，工件加 工时切削力大，需要的夹紧力也大，但不能把工件夹变形。因此，必须慎重考虑夹持 时的支撑点、定位点和夹紧点。夹具结构应力求简单，对形状简单的单件小批量生产 的零件可以选用通用夹具。夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连 接。由于该零件材料是 45 钢一般不会产生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较简 单，不需要用专用夹具，所以只需要用三爪定位卡盘和一辅助装夹的垫片。由于三爪 7 卡盘具有自动定心功能，最终选择夹具 3-1 如图所示： 图 3-1 三爪卡盘 4 4 量具与冷却液的的选择量具与冷却液的的选择 4.14.1 量具的选择量具的选择 在数控车削加工工件中，为了确保工件的尺寸精度，必须选择正确的测量工具， 量具种类很多，但不同的工件采用不同的量具作为测量工具。但在数控车削外圆中多 采用千分尺和游标卡尺作为测量工件的量具。由于游标卡尺是一种通用量具使用方便 的特点。对一般精度高的零件选用千分尺。 4.24.2 冷却液的选择冷却液的选择 由于在切削加工过程在，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与 刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。由于热长冷缩的原理，工件和刀具吸收 了一部分的热量后，工件和刀具会产生变形，最终影响加工精度。如果大量的切削热 传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的现象。为了提高加零件的精度和刀具 的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以 避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。 8 表表 4-1 冷却液主要成分及作用冷却液主要成分及作用 冷却液名称冷却液名称主要成分主要成分主要作用主要作用 水溶液水、防锈添加剂冷却 乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗 切削油矿物油、动植物油、极压油 添加剂或油性 润滑 该工件材料为 45 钢，为了避免刀具与工件摩擦产生大量热影响工件精度，在加工 时主要是以冷却为主，多采用乳化液作为冷却液。 乳化液是通过乳化添加剂形成的切削油和水溶液的混合物。通常是由一定比例的 油和乳化剂制成的乳化膏。其性能介于水溶液和切削油之间，使用时根据需要将乳化 膏按重量稀释成一定浓度的水溶液。低浓度的乳化液主要起冷却作用，用于粗加工和 磨削加工；高浓度的乳化液主要起润滑作用，用于精加工。 5 5 圆锥螺纹配合件一的工艺方案圆锥螺纹配合件一的工艺方案 5.15.1 零件图分析零件图分析 此零件为 45 钢，由于结构、尺寸的实际加工需要需多次装夹，由端面、圆柱、斜 面、圆弧面、球面、螺纹、槽、内孔等表面组成，该零件图为数控回转体车削零件。如 图 5-1 示。 图 5-1 件一零件图 C1 1.6 26 36 25 +0.05 01015 1.6 C1 80? 0.04 24 0 -0.05 M24?1.5-6g 3? 2 1:5 44 30 9 数控车床加工工艺设计是在制定了工艺路线的基础上兼顾考虑程序编制的要求， 安排数控车床工序的具体内容和工步顺序。 工序内容： 加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具 所加工的内容安排在一个工序（或工步）中。 按照工件加工表面的性质和要求，先进行零件表面的粗加工，然后进行零件表面 的精加工。 按照从简单到复杂的原则，先加工简单一端，再加工复杂的一端。 5.25.2 工艺分析工艺分析 零件材料为 45 钢料,该零件由外螺纹、锥面、切槽、圆弧、内孔、内螺纹等工艺 过程组成。结构形状较为复杂，加工过程中一定要保证尺寸和形位精度。 5.35.3 确定装夹方案确定装夹方案 由于该零件需要两头装夹(为了使工序基准与定位基准重合),单段加工对零件的要 求性不高，只需采用三爪卡盘夹持。采用三爪卡盘夹紧工件 25mm 处然后进行车削加 工。在装夹过成中，调整好工件在卡盘内的基准，装夹定位应夹紧可靠。 5.45.4 确定加工方案确定加工方案 采用三爪自定心卡盘夹持右端车左端面粗、精车左端各段切槽 粗精螺纹加工。 5.55.5 确定工步顺序、进刀路线和所用刀具确定工步顺序、进刀路线和所用刀具 为减少工件加工过程中的变形对最终精度的影响，内外表面要分开进行。由于对 加工刀具形状的要求不是很高，所以选用一把刀尖角为 45 度的硬质合金尖刀和一把硬 质合金的 3mm 切断刀就可以解决零件的加工。根据工步顺序和切削加工进给路线的确 定原则，本工序的工步顺序、进给路线及所用刀具确定如下所示： 5.5.15.5.1 粗车外表面粗车外表面 选用 45 度的硬质合金外圆车刀，并用外圆粗切削循（G71）进行外表面粗车加工。 X 轴方向精加工余量 0.5mm，轴方向精加工余量留 0.2mm 走刀路线及加工部位如图 5-1 所示。由于是粗加工，可选一把刀具将整个外表面车削成型，其中倒角，切槽及加 工螺纹等工序暂时不用考虑，但必须为以后的加工留有足够的余量。 10 图 5-2 为走刀路线图 加工步骤：切端面-切外圆-退刀-回到起点 5.5.25.5.2 精车外表面精车外表面 选用 30 度菱形刀片,精车外圆柱面及圆锥面。由于是精车，各个部位的精度要求较 高，所以加工需要把主轴转速调高，进给速度相应也调低。 5.5.35.5.3 调头装夹，加工另一端调头装夹，加工另一端 选用 45 度的硬质合金外圆车刀，并用外圆粗切削循（G71）进行外表面粗车加工。 X 轴方向精加工余量 0.5mm，轴方向精加工余量留 0.2mm 走刀路线及加工部位如图 5-2 所示。 图 5-3 为走刀路线图 5.5.45.5.4 切槽切槽 用为 3mm 的切槽刀进行切槽加工。切槽时，切槽刀的效率是比较高的，而且切槽 深度仅为 3mm，所以切削时排削比较容易，但为了保证精度和刀具，一定要将主轴转 11 速调低，以保证更好的加工精度和更好的排屑，加工示意图如下图 5-3： 图 5-4 为切槽走刀路线图 5.5.55.5.5 加工外螺纹加工外螺纹 加工螺纹前，刀具的选择很重要，我们可选用专用的外螺纹车刀进行加工。用 G92 螺纹切削循环加工外螺纹，其切削过程中，从始点出发“切入切螺纹切 出返回起点”循环加工。 另外要注意：在车削螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格 的速度比关系。要考虑到刀具从停止状态达到指定的进给速度或从指定的进给速度降 至零，驱动系统必须有一个过度过程，沿轴向的加工路线长度，除保证加工螺纹长度 外，还应增加 25mm 的刀具切入距离和 12mm 的刀具切出距离，以保证加工正常进 行，有必要时最后一刀还须重复车几次，以保证加工质量。切削过程如下图 5-4： 图 5-5 为走刀路线图 12 5.5.65.5.6 切断切断 调头装夹，在满足工件长度为 80 的条件下将零件切断，选用 3mm 切槽刀。 5.65.6 切削用量的选择切削用量的选择 当进行数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。并以指令的形式输 入程序中。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： 1、保证零件加工质量和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能。 2、保证合理的刀具切削性能和耐用度。并充分发挥机床的性能最大限度地提高生 产率、降低生产成本。 5.6.15.6.1 主轴转速的确定主轴转速的确定 主轴转速 n（r/min）要根据允许的切削速度 Vc（m/min）来确定： n=1000Vc/ （D ） 式中： D 工件直径 单位:mm Vc切削速度 单位:m/min 根据毛坯件伸出的直径，并结合机床的性能的要求选取。根据计算取粗车主轴转 速速度为 n=800mm/min；精车转速 n=1500mm。 5.6.25.6.2 切削速度切削速度 VcVc 切削速度的高低主要取决于刀具、工件的材料，表面粗糙度，背吃刀量和进给量 等因素： 选择参数时根据主轴转速公式推导。 车直线和圆弧轮廓时。通过查表和计算以及零件分析确定其切削速度 Vc=90m/min，精车的切削速度 Vc=120m/min。 5.6.35.6.3 进给速度的确定进给速度的确定 进给速度(f) 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 粗糙度要求以及刀具工件的材料性能选取。进给速度受机床刚度和进给系统的性能限 制。 在轮廓加工中,在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性造成工艺系统的 变形和在轮廓拐角处造成超程的现象。 13 根据该零件加工计算的：粗车进给速度为 150mm/min；精车进给速度为 80mm/min。 5.6.45.6.4 背吃刀量的确定背吃刀量的确定 在机床工件和刀具的刚度允许条件下，应尽可能增大背吃刀量，这样可以减少走 刀次数，提高生产效率。 根据我院的机床的性能分析，车削循环时，确定其粗车时背吃刀量 2mm，精车时为 0.2mm。 5.6.55.6.5 确定切削用量确定切削用量 根据加工要求确定切削用量，具体情况如下： (1) 粗车外表面 根据毛坯件伸出的直径，并结合机床的性能的要求选取。根据计算取粗车主轴转 速速度为 n=800mm/min；进给量 F=0.2-0.5mm/r (2) 精车外表面 主轴转速 S=1500r/min，进给量 F=0.1-0.5mm/r (3) 切槽 主轴转速 S=200r/min，进给量 F=0.05mm/r (4) 外螺纹加工 主轴转速 S=600-800r/min，进给量 F=0.05-0.2mm/r (5) 倒角 主轴转速 S=800r/min,进给量 F=0.1mm/r 5.75.7 填写工艺文件填写工艺文件 （1）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 填入表 55 数控加工刀具卡片中。 （2）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表 56 数控加 工工序卡片中。 14 表表 5-6 数控加工刀具卡片数控加工刀具卡片 产品名称代号产品名称代号零件名称零件名称 圆锥螺纹 配合（件 一） 零件图号零件图号 01 程序编号程序编号O0001 工步工步 号号 刀具号刀具号刀具名称刀具名称刀具型号刀具型号刀片型号刀片型号刀片牌号刀片牌号 刀具半径刀具半径 /mm/mm 备注备注 01T01 45 度硬质 合金外圆 粗车刀 PCGCL2 525-09Q CCMT097 308 GC4350.4 02T02 30 度硬质 合金外圆 精车刀 PCGCL2 525-09Q CCMT097 308 GC4350.2 03T03 切槽刀 （宽为 3mm） PCGCL2 525-09Q CCMT097 308 GC4350.2 04T04 60 度螺纹 刀 PCGCL2 525-09Q CCMT097 308 GC4350.2 编制编制指导老师指导老师审核审核批准批准共一页共一页 黄波袁永富第一页 15 表表 5-7 数控加工工序卡片数控加工工序卡片 产品名称产品名称零件名称零件名称材料材料零件图号零件图号 （工厂）（工厂） 数控加工工数控加工工 艺卡片艺卡片 圆锥螺纹配 合 圆锥螺纹配 合（件一） 45 钢01 工序号工序号程序编号程序编号夹具编号夹具编号使用设备使用设备车间车间 1O0001 001（三爪卡 盘） C2-6136HK学院数控车削加工中心 工步号工步号 工步内工步内 容容 刀具号刀具号 刀具规刀具规 格格/mm 主轴转主轴转 速速