搜索
-1-轴类配合零件数控车削工艺分析及数控加工编程摘要：本文根据零件图看其形状复杂，在此我选择数控机床进行加工。针对轴类配合零件，进行了工艺方案的分析，确定零件的加工步骤及装夹方案的确定，根据毛坯的材质合理选择刀具，在此我选择了硬质合金90度车刀30度外圆车刀切断刀60度内外螺纹刀镗孔刀等。从毛坯的材质所选刀具的硬度合理选择切削用量，确定加工方案和加工工序，填写工艺卡，数控加工程序编制一系列问题的论述。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词：工艺分析加工方案加工工序数控编程一、概述1.国内外数控发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，-2-实现了中央集中控制的群控加工。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。2．数控技术发展趋势（1）性能发展方向①高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。②柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料-3-流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。③工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。④实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。二、轴类配合件的工艺分析零件图样如下图所示：-4-图1零件图1图2零件图2-5-图3装配图1.零件图分析件1主要包括圆柱面椭圆沟槽外螺纹锥度等。零件材料为45钢，毛坯规格为φ60×55㎜。件2主要包括圆柱面圆弧沟槽锥度孔内椭圆内螺纹等。零件为45钢，毛坯规格为φ60×55㎜。2．确定加工方案零件上比较精密表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确的确定毛坯到最终成形的加工方案。（1）件1的操作步骤①加紧零件毛坯，伸出卡盘42mm，加工右端。②粗精加工零件外形轮廓至椭圆×41mm处。③车槽4×2纸尺寸要求。④车削M30×1.5外螺纹至尺寸要求。⑤回换刀点，程序结束。（2）件2的操作步骤-6-①加紧零件毛坯②钻孔φ20×60③粗精加工左端内孔至尺寸要求。④粗精加工左端外轮廓φ58mm×22mm处。⑤调头装夹，加住φ58mm外圆，“一加一顶”校正，加工左端⑥控制工件总长至尺寸要求。⑦粗精加工左端内轮廓至尺寸要求。⑧车削M30×1.5内螺纹至尺寸要求。⑶件1与件2配合①控制工件总长至尺寸要求。粗精加工件1左端与件2左端外轮廓至尺寸要求②车槽宽为5mm至尺寸要求。③回换刀点，程序结束。三、确定装夹方法1．定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位的基准有着十分中的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。合理的选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。2．定位基准选择的原则①基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使用工序基准，定位基准、编程原点三-7-者统一。②便于装夹的原则。所选的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位夹紧简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。③便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。3．确定零件的定位基准以左右端大端面为定位基准。4．装夹方式的选择为了工件不至于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧压牢。合理的选择加紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。5．数控车床常用装夹方式①在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。②在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖。该装夹方式适用于多序加工或精加工。③用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一端用卡盘夹住，另一端用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准，应用较广泛。-8-④用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准。6．确定合理的装夹方式装夹方法：先用三爪自定心卡盘夹住左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘夹住工件右端，在加工到工件精度要求。四、刀具、测量工具及切削用量1．数控车削加工刀具及其选择（1）常用车刀的种类和用途数控车削刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线型主副切削刃构成，如90度内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。（2）选择刀具①车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车一把刀完成。-9-②粗、精车外圆：（因为程序选用G71循环，所以粗、精选用同一把刀）硬质合金30°尖刀。③钻孔：选用Ф20的硬质合金钻头。④镗孔：选用90度硬质合金镗刀。⑤内槽刀：硬质合金内槽刀。⑥内螺纹刀：选用60度硬质合金镗刀。⑦槽刀：选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽4mm）。⑧螺纹刀：选用60度硬质合金外螺纹车刀。2．数控车削加工测量工具的选择一般情况下，数控加工后工件尺寸的测量方法与普通机床加工后的测量方法几乎相同：单件小批量生产中应采用通用量具，如游标卡尺、百分表等；大批大量生产中应采用各种量规和一些高生产率的专用检具与量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。在特殊情况下，如加工面积较大的工件，其腹板中间的厚度，用通用量具已无法检测，加工后和加工中的测量都存在问题，此时需采用特殊测量工具（如超声波测厚仪）来进行检测。加工较复杂工件时，为了在加工中能随时掌握质量情况，应安排几次计划停机。用人工介入方法进行中间检测。3．切削用量的确定数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。切削乃是应根据加工性质、加工要求、工件材料及刀具的尺寸和材料-10-等查阅切削手册并结合经验确定。确定切削用量时除了遵循切削用量选择的原则和方法外，还应考虑以下因素。①刀具差异不同厂家生产的刀具质量差异较大，所以切削用量须根据实际所用刀具和现场经验加以修正。一般进口刀具允许的切削乃是高于国产刀具。②机床特性切削用量受机床电动机的功率和机床的刚性限制，必须在机床说明书规定的范围内选取，避免因功率不够发生闷车，或刚性不足产生大的机床变形或振动，影响加工精度表面粗糙度。③数控机床生产率数控机床的工时费用较高，刀具损耗费用所占比重较低，应尽量用高的切削用量，通过适当降低刀具寿命来提高数控机床的生产率。选择切削用量，如表1所示。表1切削用量选择主轴转速S/(r/min)进给量F/(mm/r)吃刀量F/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆80010011.5精车外圆10001000.050.2钻孔4001000.10粗镗孔80010011.5精镗孔10001000.050.2内退刀槽400500.040车内螺纹5000.750.050.1外退刀槽400500.040车外螺纹5000.750.050.1-11-六、结论在数控车削加工中经常遇到的轴类零件，只有做好每一步工序才能加工出高精度高要求的工件来。工件的加工要对图纸进行分析从中读取信息从而确定加工方案，确定切削用量，合理选择刀具，切削量等一系列工序，以达到加工出高精度高要求的工件为目的，培养自己在数控技术方面的高水平高素质，操作技能能手。我相信，通过这次的实践，我对数控加工能更一步了解，并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。-12-参考文献：[1]邵泽强.数控原理与数控系统.北京.北京理工大学出版社.2009[2]杜家熙.数控加工工艺.北京.机械工业出版社.2009[3]周文玉.数控加工编程及操作教程.北京.中国轻工业出版社.2008[4]顾京.数控机床加工程序编制.北京.机械工业出版社.2006[5]杨伟群.数控工艺培训教程（数控车部分）.北京.清华大学出版社.2002[6]刘哲.AutoCAD2004工程绘图与训练.大连.大连理工大学出版社.2004[7]余英良.数控加工编程及操作.北京.北京高等教育出版社.2004