數控車床主軸和箱體加工編程畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 操作人員的技術水平要求較高等.3．數控車床的適用范圍及工作原理數控車床的適用范圍數控車床與臥式車床一樣，也是用來加工軸類或盤類的回轉體零件。但是由于數控車床是自動完成內外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，所以數控車床特別適合加工形式復雜的軸類或盤類零件。數控車床具有加工靈活、通用性強、能適應產品的品種和規格頻繁變化的特點，能夠滿足新產品的開發和多品種、小批量、生產自動化的要求，因此被廣泛應用于機械制造業。數控車床確實存在一般車床所不具備的許多優點，但是這些優點都是以一定條件為前提的。數控車床的應用范圍正在不斷擴大，但它并不能完全代替其他類型的機床，也還不能以最經濟的方式解決機械加工中的所有問題。數控車床通常最適合加工具有以下特點的零件。1）多品種小批量生產的零件 從通用車床、專用車床、數控車床的零件加工批量數與綜合費用的關系來看，零件加工批量增大對于選用數控車床是不利的。原因在于數控車床設備費用昂貴，以及與大批量生產采用的專用機床相比其效率還不夠高。通常，采用數控車床加工的合理生產批量在10~200件之間。目前有向中批量發展的趨勢。2）結構比較復雜的零件 從通用車床、專用車床、數控車床的被加工零件復雜程度與批量數的關系來看。通常數控車床適宜于加工結構比較復雜，在非數控車床上加工時需要有昂貴的工藝裝備的零件。3）需要頻繁改型的零件 它節省了大量的工藝裝備費用，使綜合費用下降。4）價格昂貴、不允許報廢的關鍵零件。5）需要最短生產周期的急需零件。數控車床的初始投資相對較大，由于系統的復雜性，又增加了維修費用。如果缺少完善的售后服務，往往不能及時排除設備故障，將會在一定程度上影響機床的利用率，這些都會增加綜合生產費用?？紤]到以上所述的種種原因，在決定選用數控車床加工時，需要進行反復對比和仔細的經濟分析，使數控車床發揮它的最佳經濟效益。數控車床的工作原理在傳統的金屬切削機床上，加工零件是操作者根據圖樣的要求，通過不斷改變刀具的運動軌跡、運動速度等參數，使刀具對工件進行切削加工，最終加工出合格零件。數控車床的加工，其實質是應用了“微分”原理。其工作原理與過程可簡述如下。1）數控裝置根據加工程序要求的刀具軌跡，將軌跡按車床對應的坐標軸，以最小移動量（脈沖當量）進行微分，并計算出各軸需要移動的脈沖數。2）通過數控裝置的插補軟件或插補運算器，把要求的軌跡用量小移動單位的等效折線進行擬合，并找出最接近理論軌跡的擬合折線。3）數控裝置根據擬合折線的軌跡，給相應的坐標軸連續不斷地分配進給脈沖，并通過伺服驅動使車床坐標軸按分配的脈沖運動。由上可見：只要數控車床的最小移動量（脈沖當量）足夠小，所用的擬合折線就完全可以等效代替理論曲線；只要改變坐標軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達到改變加工軌跡的目的；只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標軸（刀具）的運動速度。這樣就實現了數控車床控制刀具移動軌跡的根本目的。以上根據給定的數學函數，在理想軌跡（輪廓）的已知點之間，通過數據點的密化，確定一些中間點的方法，稱為補插。能同時參與插補的坐標軸數。顯然，當數控機床的聯動軸越多，機床加工輪廓的性能就越強。因此，聯動軸的數量是衡量數控機床性能的重要技術指標之一。第四章數控加工工藝分析數控加工柔性好，自動化程度高，特別適宜加工輪廓形狀復雜的曲線、曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的復雜箱體、棱體零件。在多品種、小批量生產情況下，適用數控機床加工能獲得較高的經濟效益。數控加工工藝問題的處理與普通加工基本相同，但又有其特點。因此，在設計零件的數控加工工藝時，既要遵循普通加工工藝的基本原理和方法，又要考慮數控加工本身的特點和零件變成要求。（1）零件專家方法的確定與夾具的選擇數控機床上被加工口零件的裝夾方法與一般的機床上的一樣，也要合理選擇定為基準和夾緊方案。在選擇精基準時，也要遵循“基準統一”和“基準重合” 等原則。除此之外，還應考慮一下幾點：1） 應盡量在一次定位夾緊中完成所有能加工的各表面的加工。為此要選擇便于各個表面都可被加工的定位方式。如對于箱體零件，宜采用一面兩銷的定位方式，也可采用以某側面為導向基準，待工件夾緊后將導向遠見拆去的定位方式。2） 對于工件一次裝夾可完成工件上各表面的加工，也可直接選用毛面作定位基準，只是這時毛坯的制造精度要求要高一些。對于加工中心，工件在工作臺上的安放位置的確定要兼顧各個工位的加工，要考慮刀具的長度及其港督對加工質量的影響。如進行當工位單面加工，應將工件靠工作臺一側放置；若是四工位面加工，則應將工件放置在工作臺的鄭重位置。這樣可減少刀桿伸出的長度，提高其剛度。3） 數控加工使用的夾具，其結構大多比較簡單，并應可能選用由通用元件拼裝的組合可調節夾具，以縮短生產準備周期。為了簡化定位、編程和對刀，保證工件能在正確的位置上按程序加工，必須協調工作、夾具與機床坐標系之間的尺寸關系。（2）加工順序的安排除了應照“先面后孔”、“先粗后精”等基本原則安排加工順序外，還應注意遵循以下原則：① 為了減少換刀次數和時間，通常應按刀具集中工序，即在一次裝夾中，用同一把刀具進行加工。對于加工中心，若換刀時間較工作臺轉位時間長，在不影響加工精度的前提下，可按刀具集中工序；但若換刀時間遠短于工作臺轉位時間，這應采用相同工位集中加工的原則，即盡可能在不轉動工作臺的情況下加工完畢所有可以加工的待加工表面，然后再轉動工作臺去加工其他表面。② 對于同軸度要求很高的孔系，應在一次定位后，通過順序連續換刀，順序連續加工完該孔系得全部孔后，再加工其他坐標位置的孔，以消除重復定位誤差的影響，提高孔系得同軸度。（3）對刀點和換刀的確定 對刀點是數控加工時刀具相對于工件運動的起點。由于程序也是從這點開始執行，所以對刀點也稱程序起點或起刀點。編程時應首先考慮對刀點的位置的選擇。加工精度要求不高時，可直接用工件上或夾具上的某些表面作對刀面；加工精度要求較高時，對刀點應盡量選在林間設計基準或工藝基準上。對刀點必須與工件的定位基準油一定的坐標之間的關系，這樣才能確定機床坐標系于工件坐標系之間的關系。對刀點的選擇應便于坐標值的計算，并使對刀方便。對刀時，應使對刀點與刀位點重合。所謂刀位點，對于平底立銑刀是指刀具軸線與刀具地面的交點；對于球頭銑刀是指球頭部分的球心；對于車刀是指刀尖；對于鉆頭是指鉆尖；對于線電極切割機床，則是指線電極軸心與零件面的交點。加工過程序要換刀時，應規定換刀點。換刀點的位置應根據換刀時不得碰傷工件、夾具以及機床的原則而設定。（1） 刀具進給路線的規則 進給路線是指數控加工過程忠刀具相對于被加工零件的運動軌跡。規劃進給路線應遵循的原則是：① 保證加工零件獲得良好的加工精度和表面質量。② 使數值計算工作簡單。③ 使進給路線簡單。（2） 刀具選擇數控加工臺時費用高，為提高效益，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅要剛性好，精度高，而且要尺寸穩定、耐用度高、調整方便。因此，凡加工情況允許選用硬質合金刀具時，就不應選用可轉位刀片以減少刀具以提高耐磨性。精密鏜孔應選用性能更好更耐磨的金剛石和立方氮化硼刀具。數控加工一般不采用鉆模，鉆孔剛度差，因此鉆孔前應選用大直徑鉆頭或中心鉆先锪以各內錐坑或鉆以中心孔，作為鉆頭切入時的定心錐面，然后再用鉆頭鉆孔。由于鏜孔是懸臂加工，為平衡徑向力，減輕鏜削振動，應采用對稱的兩刃或多刃鏜刀頭進行切削。精鏜應采用微調鏜刀。切削用量的確定 ： 數控加工的切削用量選擇原則與普通加工相同。由金屬切削原理可知，在選擇切削用量時，應首先采用最大的切削深度，再選用大的進給量，然后根據確定的刀具耐用度選擇切削速度。對于數控加工，刀具耐用度至少應大于加工完一個零件，或最少不低于半個工作班。 在輪廓加工中，因注意克服由于慣性或伺服系統的隨動誤差而造成輪廓拐角處的“超程”或“欠程”現象。為此，要選擇變化的進給量，即在接近拐角處應適當降低進給量，過拐角后逐漸升高，以保證加工精度。（3） 程誤差及其控制 程序編程中的誤差由逼近誤差、補差誤差和尺寸圓誤差三部分組成。在點位數控加工中，編程誤差只包含尺寸圓整誤差。在輪廓加工中，編程誤差主要是補插誤差，尺寸圓整誤差所占的比例較小。 一般應控制尺寸圓整誤差不超過脈沖彈量的一般。減少插補誤差的最簡單方法是密化插補點，但這會增加程序段數目，增加計算、編程工作量。通常編程誤差應小于零件公差的10%～20%。 成批生產按照批量大小與產品的特征，又可分為小批量生產、中批量生產和大批量生產三種。小批量生產跟單件生產相似，合稱單件小批量生產；大批量生產與大量生產相似，合稱大批大量生產。因此中批生產通常僅指總評生產。不同的生產類型采用不同的制造工藝、工裝設備、技術措施及經濟效果不相同。大批量生產采用高效率的工藝裝備及專用機床，加工成本低；單件小批量通常采用通用設備及工裝，生產率低，成本加工高。數控加工主要用于單件小批生產和成批生產。根據零件的生產綱領、工件結構形狀和尺寸（結構復雜、多孔、尺寸大）、零件的機械性能要求，軸類零件的毛坯可以采用鍛造。該機床的主軸選用40Cr。主軸箱的毛坯可以采用鑄件，該機床主軸箱毛坯采用HT200灰鑄鐵。在選擇主軸和箱體數控加工后，并不說零件所有的加工內容都采用數控加工，數控加工可能只是零件加工工序的一部分。我們可以根據以下的原則進行選擇數控加工內容。① 通用機床無法加工的內容應作為有限選擇的內容。② 通用機床難加工，質量也難以保證的內容應作為重點選擇的內容。③ 通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內容，可在數控機床尚存富裕能力的基礎上進行選擇。通常情況下，上述加工內容采用數控加工后，產品的質量、生產率與綜合經濟效益等措施指標都會得到明顯的提高。相比之下，下列內容不宜選擇采用數控加工。① 需要在機床上進行較長時間調整地加工內容。② 數控編程取數困難、易于和檢驗依據發生矛盾的型面型面、輪廓。③ 不能在一次安裝中完成加工的其他零星加工表面，采用數控加工又很麻煩，可采用通用機床補加工。④ 加工余量大而又不均勻的粗加工。根據以上的原則我們可以選擇箱體上的A、B兩安裝面定位，精鏜各個主軸孔。該箱體零件主要有平面以及孔系組成。在上述中我們只對那些孔系進行數控加工。那些孔系都是重要的裝配孔，所以其粗糙度要求都比較高。各孔系都有同軸度要求，孔系端面都有垂直度要求。該零件的材料為鑄鐵，切削加工性能較好。根據上述分析，我們粗、精加工應該分開進行，以保證表面粗糙度的要求。粗糙度要求低的孔宅粗加工階段就完成。根據零件圖上的465177。，我們先加工465177。 這樣可以更好的保證各端面的垂直度。從而能保證各孔的同軸度。根據分析我們以A面為定位基準。工件加工的第一道工序或最初幾道工序中，只能用毛坯上未經加工的表面作為定位基準，這種定位基準稱為粗基準。在以后的工序中，則應使用經過加工的表面作為定位基準，這種基準稱為精定位。我們首先要考慮選擇怎樣的金基準把各個主要表面加工出來，然后再考慮選擇怎樣的粗基準把作為精基準的表面加工出來。粗基準的選擇主要影響不加工表面與加工表面的相互位置精度，以及加工表面的余量分配。選擇粗基準時必須注意以下幾個問題：① 如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置精度要求，應以不加工表面作為粗基準。如果工件上由很多不需加工的表面，則應以其中與加工表面的位置精度要求較高的表面作為粗基準。② 必須首先保證工件上的某種要表面的加工余量均勻，則應選擇該表面作為粗基準。③ 選作粗基準的表面應盡量平整光潔，不應有飛邊、澆口、冒口等缺陷。④ 粗基準一般只能使用一次。根據上述的精基準選擇的原則和粗基準選擇時注意的問題，我們可以在粗加工階段選擇B面為粗基準，在精加工階段，我們可以選擇燕尾面作為精基準，這樣可以做到基準統一和基準重合，可以減少誤差，提高位置精度。精基準的選擇應重保證零件的加工精度，特別是加工表面的相互位置精度來考慮，同時也要考慮到裝夾方便，夾具結構方便。選擇精基準應遵循下列原則：①“基準重合”原則 即應盡可能選用設計基準作為精基準。這樣可以避免由于基準不重合而引起的誤差。②“基準統一”原則 即應盡可能選擇加工工件的多個表面時都能使用的一組定位基準作為精基準。這樣就便于保證各加工表面的相互位置精度，避免基準變換說產生的誤差，并能簡化夾具的設計制造。③“互為基準”原則 當兩個表面相互位置精度以及他們自身的尺寸與形狀精度都要求很高時，可以采取互為基準的原則，反復多次進行加工。④“自為基準”原則 有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均勻，再加工時就應盡量選擇加工表面本身作為精基準，而該表面與其他表面之間的位置精度則有先行工序保證。主軸的零件進行數控加工的內容就是對主軸進行最后一步要求精加工部分內容進行數控加工。箱體零件進行數控加工的內容就是以上所述的那些加工內容中的一些大的要求精度高的平面和主軸孔，下面我們就以主軸孔的加工為例進行分析。由于毛坯是鑄件，所以孔加工前不需要鉆孔。內孔表面的加工方案在很大程度上取決于內孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。對于精度較高、粗糙度Ra值較小的表面，一般不能一次加工到規定的尺寸，而要劃分加工階段逐步進行。加工順序的確定該機床主軸箱毛坯采用HT200灰鑄鐵，鑄造精度Ⅱ級，鑄造后進行退火處理。擬定機械加工工序，要依照“先粗后精”“先主后次”，“先面后孔”加工箱體零件的原則。必要的熱處理、檢驗等輔助工序安排在各加工階段之間。加工階段的劃分主軸箱的主要表面的加工分粗精兩個階段。粗、精加工分開進行，可以消除由粗加工所造成的內應力、切削力、加緊力和切削熱對加工精度的影響，有利于保證主軸箱的加工精度；同時還能根據粗、精加工的不同要求來合理地選擇設備，有利于提高生產效率。刀具的選擇是數控加工工藝中重要內容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質量。數控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、強度大、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩定、安裝調整方便。這就要求采用新型優質材料制造數控加工刀具，并合理選擇刀具結構、幾何參數。數控車刀常用的類型有尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。為減少換刀時間和方便對刀，便于實現機械加工的標準化，數控車削時，應盡量采用機夾可轉位式車刀。常見刀片材料有高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等，其中應用最多的是硬質合金和涂層硬質合金刀片。選擇刀片材質主要依據被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面質量要求、切削載荷的大小以及切削過程有無沖擊和震動等。刀片形狀、幾何尺寸的選擇，主要依據被加工工件的表面形狀、切削方法、刀具壽命和刀片的轉位次數等因數選擇。需要注意的是：編程時要考慮數控車刀主偏角和副偏角的合理選擇，特別是零件輪廓非單一的曲線組成的情況。主偏角的大小決定于工件形狀，例如車階梯軸時，則需要Kr90176。的刀具；而副偏角的選擇要考慮是否已加工表面輪廓產生干涉。刀具選擇是數控加工的工序設計的重要內容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質量。另外數控機床主軸轉速比不同機床高1～2倍，且輸出功率大，因此與傳統的加工方法相比，數控加工對刀具的要求更高，不僅要求精度高、強度大、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩定、安裝方便。參考《機械加工工藝師手冊》選用微調鏜刀。刀具材料采用高速鋼。數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定：二是能協調零件與機床坐標系的尺寸/除此之外，重點考慮以下幾點。1） 單件小批量生產時，優先選用組合夾具，可調夾具和其他通用夾具，以縮短生產準備時間和節省生產費用。2） 在成批生產時，才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。3） 零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。4） 夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工，既夾具要敞開，其定位、夾緊機構元件不能影響加工中的走刀。5） 為提高數控機床的效率，批量較大的零件加工可采用多工位、氣動或液壓夾具。數控加工主要用于單件小批量生產，一般采用通用量具，如游標卡尺、百分表等。查《機械加工工藝師手冊》表557我選擇杠桿千分表，游標卡尺工藝路線的擬定是制定工藝規程的重要內容之一，其主要內容包括：選擇各加工表面的加工方法、劃分加工階段、劃分工序以及安排工序的先后順序等。設計者應根據從生產實踐中總結出來的一些綜合性工藝原則，結合本廠的實際生產條件，提出幾種方案，通過對比分析，從中選擇最佳方案。選擇機械零件的結構形狀是多種多樣的，但它們都是由平面、外圓柱面、內圓柱面或曲面、成形面等基本表面組成的。每一種表面都有多種加工方法，具體選擇時應根據零件的加工精度、表面粗糙、材料、結構形狀、尺寸及生產類型等因素，選用相應的加工