典型凸輪零件的加工及編程周濤.docVIP

云南廣播電視大學 云南國防工業(yè)職業(yè)技術學院機械與電子工程學院畢業(yè)論文（設計）課題:典型凸輪零件的加工及編程 教 研 室 專 業(yè) 機械制造及自動化 班 級 學生姓名 周 濤 評閱教師 目錄摘要、關鍵詞1 零件圖樣的分析1.1 零件毛坯的確定1.2 零件材料力學性能的分析1.3 機床的選擇1.4 加工中心的特點1.5 該零件加工難點分析2 零件加工工藝分析2.1 零件加工方法的選擇2.2 零件加工階段的劃分2.3 零件定位基準的選擇3 工序的設計與劃分3.1 零件加工工序的劃分與安排3.2 走到路線和工步順序的確定3.3 定位、夾緊方案、夾具的確定3.4 零件加工所用刀具的確定3.5 切削用量的確定3.5.1 切削工藝參數(shù)的確定3.5.2 切削用量三要素的計算方法3.5.3 刀具與切削用量表格的制定4 零件的加工程序及解釋5 總結，遇到的問題和解決方法結束語參考文獻摘要發(fā)動機的核心主要取決于其內(nèi)部的凸輪機構，一個凸輪零件的好壞直接影響到發(fā)動機的使用性能。本片論文議論的是發(fā)動機里面凸輪機構的典型凸輪零件在加工中心上完成零件復雜輪廓及其孔系的加工工藝過程。在第一章講了零件圖的工藝分析，主要從尺寸精度要求、形位公差及表面粗糙度方面來分析。第二章主要講了零件的加工工藝分析，主要講了加工階段的劃分、加工方法的選擇及定位基準的選擇。第三章講了該凸輪零件在加工過程中工序的設計與劃分，主要包括：走刀路線和工步順序的安排與確立、工件的定位與夾緊方法的確立、刀具及量具的確定、切削用量的確定、對到點與換刀點的確立。第四章為零件加工程序的編制。第五章為該零件加工做出總結。關鍵詞機床的選擇、工藝分析、定位與夾緊方案的確立、程序的編制、零件的加工、測量平面槽型凸輪零件的加工1零件圖樣的分析名稱材料比例平面槽型凸輪20CrMnTi1:1 圖1 如圖1所示為平面槽型凸輪零件，比例為1:1，該零件的材料為20crmnti構鋼，該零件采用了一個主視圖和俯視圖來表達，另外還設加了立體圖形，其俯視圖反映出了凸輪的外形輪廓，主視圖反映了零件的臺階高度與孔的形狀特征。其結構特征主要是由圓柱臺、圓柱凸臺、鍵槽、5個通孔所構成，該零件可從以下幾方面來分析： 尺寸精度：從凸輪槽的寬度為100.005，槽深為150.027，160.018100.075的通孔，以及臺階高度為100.022,和100.015來看該零件的尺寸精度要求較高。形位精度：從鍵槽、孔、凸臺面與基準面A的垂直度為0.015，以及16孔的圓度為0.01來看，該零件的形位精度要求較高。表面粗糙度：從16孔的表面粗糙的為Ra為1.6以及其他面的粗糙度為Ra3.2來看，該零件的表面粗糙度也要求很高。1.1零件毛坯的確定毛坯的選擇原則是,毛坯的形狀和尺寸越接近工件,則毛坯的精度就越高,所以在實際加工中機械的加工余量就越小,同時縮短了加工時間. 從零 件圖紙可以確定，加工該零件選擇毛坯尺寸為，105mm25mm的圓柱棒料。1.2工件材料的分析該零件要求其工件材料為20crmnti，20crmnti是性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面30mm的承受高速、中等或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如齒輪、凸輪、凸輪軸等。1.3機床的選擇 從零件的結構特征、尺寸精度、位置精度、表面粗糙度這些方面來考慮，加工該零件在普通機床上是很難保證其加工精度的，所以該零件應該采用在數(shù)控機床上加工，其工件圓柱的外表面、端面及16的通孔應選則車床來完成，鍵槽、凸輪臺階的右端輪廓、4-10的通孔在加工中心上完成加工。1.4加工中心的特點（1）工序的集成度高，可以在一個裝夾中完成多個工序的加工。（2）機床的傳動系統(tǒng)結構簡單，傳遞精度高，速度快。（3）機床的剛度高、抗振性好。（4）加工中心的導軌都采用了耐磨損材料和新結構，能長期的保持運動部件不振動，低速進行時不爬行及運動中的高靈敏度。（5）控制系統(tǒng)功能較全。（6）設置有刀庫和換到機構。（7）主軸系統(tǒng)結構簡單，無齒輪箱變速系，主軸功率大，調(diào)速范圍寬，并可無級調(diào)速。（8）自動化程度高，可以減輕操作者的體力勞動強度。1.5加工難點分析該零件在加工過程中從在以下兩個難點：（1） 由于該零件為復雜曲面輪廓，在普通機床上很難完成其加工，所以選擇加工中心來完成其加工并保證尺寸精度。（2） 由于該零件曲面輪廓復雜，并且尺寸精度、形位精度要求較高，所以在選擇夾具時應選用專用夾具或者高精度的夾具，以保證其裝夾定位合理并使尺寸精度合格。2零件的加工工藝分析 理想的加工程序不僅保證符合零件加工圖樣的合格零件，同時使數(shù)控機床的功能得到合理的應用和充分的發(fā)揮。數(shù)控機床是一種高效的自動化設備，它的效率高于普通機床的23倍，要充分發(fā)揮數(shù)控機床的這一特點，必須在編程之前對工件進行工藝分析，根據(jù)具體條件，選擇經(jīng)濟、合理的工藝方案。2.1零件加工方法的選擇從圖可以看出，該零件主要的加工面有圓柱輪廓及端面、不完全圓柱圓柱臺階、鍵槽、通孔組成。通過零件圖的工藝分析，該零件的加工方法如下：（1）圓柱及凸輪臺階的上下端面及其輪廓的表面粗糙度為Ra3.2，可選擇在車床上完成粗車半精車精車的加工方案。（2）孔的加工方法孔在加工之前，為便于鉆頭的引正，先用中心鉆加工中心孔，然后在鉆孔。內(nèi)孔表面的加工方案在很大程度上取決于內(nèi)孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。對于精度要求較高、粗糙度Ra要求較小的表面，一般不能一次加工到規(guī)定的尺寸，而要劃分加工階段逐步進行加工。該零件孔的加工方法如下：孔160.018，表面粗糙度為Ra1.6，該孔位于工件中心，所以在加工零件輪廓與端面的同時在車床上完成鉆孔加工，這樣可以保證其孔與基準面A的垂直度。選擇鉆擴鉸的方案進行加工。孔4-100.075，表面粗糙度要求Ra1.6，選擇鉆擴鉸的方案。鍵槽，其尺寸精度要求較高，應選擇粗銑半精銑精銑2.2零件加工階段的劃分當零件的加工質(zhì)量要求較高時，往往不可能用一道工序來滿足其要求，而要用幾道工序逐步達到所要求的加工質(zhì)量。為了保證零件的加工質(zhì)量，及合理的選用設備、人力，零件的加工過程通常按工序性質(zhì)的不同分為粗加工、半精加工、精加工和光整加工4個階段。如圖1-1所示，該零件的尺寸精度和表面粗糙度值要求較高，該零件的加工階段劃分如下：（1）輪廓及表面加工時，應該選擇粗銑、半精銑、精銑三個加工階段（2）在銑削鍵槽時應遵循：粗銑、半精銑、精銑三個加工階段來完成。（3）在加工孔時應該采用：鉆、擴、鉸的三個加工階段來加工2.3零件定位基準的選擇及選擇原則定位基準分為粗基準和精基準，在選擇粗基準時應遵循：相互位置要求原則、加工余量合理分原則、重要表面原則。不重復使用原則、便于工件安裝原則；在選擇精基準時應遵循：基準重合原則、基準統(tǒng)一原則、自為基準原則、互為基準原則、便于安裝原則。由零件圖1-1的設定可知該零件所采用的設計基準為100零件臺階的下表面，零件圖中所要求的行為公差分別為，鍵槽的槽壁、16通孔的孔壁、70零件的輪廓分別于基準面A的垂直度要求為0.015，以及16孔的圓度要求為0.01，由此可見該零件的位置精度要求很高，所以在加工該零件時應先對100零件輪廓的低端面（基準面A）進行加工，在定位時始終以該底面作為定位基準，這樣就滿足了設計基準與定位基準重合，從而消除了定位誤差所引起的行為誤差。3.工序的設計數(shù)控加工工序設計的主要任務是為每一道工序選擇機床、夾具及量具，確定定位夾緊方案、走刀路線與工步順序、工序尺寸及其公差、切削用量等,為編制加工程序作好充分準備。3.1工序的劃分與安排在數(shù)控加工中，通常按照以下原則劃分工序：基面先行原則、先粗后精選擇、先主后次原則、先面后孔原則。根據(jù)該零件圖的結構特點，該零件的加工工序劃分如下：工序1：制定毛坯10525mm圓柱棒料毛坯。工序2：車100圓柱端面（基準面A）及外圓外圓柱表面、鉆孔16通孔工步1：粗車100圓柱端面，留有2mm半精加工余量工步2：半精車100圓柱端面，留有0.50.3精加工余量。 工步3：精車100圓柱端面保證尺寸合格工步4：粗車100圓柱外圓表面，留有2mm半精加工余量工步5：半精車100圓柱外圓表面，留有0.50.3精加工余量。工步6：精車100圓柱外圓表面保證尺寸合格。工步7：粗車圓柱外圓表面直徑與長度至80x10mm的尺寸，留有10mm的加工中心凸輪臺的銑削余量。 工步8：鉆中心孔。工步9：使用8mm鉆頭進行鉆孔工步10：使用15.6mm的鉆頭進行擴孔。 工步11：使用16mm的機用鉸刀對工件進行鉸孔保證16mm孔的尺寸合格。 工步12：使用45度車刀對工件進行倒角。 工步13：掉頭二次裝夾車另一端面保證工件的長度尺寸合格。工序3：銑凸輪臺、鉆4-10通孔、銑鍵槽 工步1：粗銑工件凸輪臺輪廓。 工步2：半精銑工件凸輪臺輪廓。 工步3：精銑工件凸輪臺輪廓。 工步4：鉆中心孔（使用A2.5mm的中心鉆） 工步5：使用8mm鉆頭對4個的孔進行鉆孔（4-10）。 工步6：使用9.6mm的鉆頭對工件4個孔進行擴孔（4-10）。 工步7：使用10mm機用鉸刀對4個通孔（4-10）進行鉸銷，使其達到合格。 工步8：對4-10的孔進行倒角。 工步9：使用6mm的鍵槽銑刀對工件進行鍵槽的粗加工，對槽的寬度、深度各留2mm半精加工余量。 工步10：使用6mm的鍵槽銑刀對工件進行鍵槽的半精加工，對槽的寬度和深度各留0.3mm精加工余量工步11：使用6mm的鍵槽銑刀對工件進行鍵槽的精加工，并達到尺寸合格。工步12：掉頭裝夾對5個通孔進行倒角。工序4：去毛刺。工序5：檢驗。3.2確定走到路線和工步順序走到路線是刀具在整個加工工序中相對于工件的運動軌跡，其不但包括了工步的內(nèi)容而且還反映出了工步的順序。走刀路線是編寫零件程序的依據(jù)之一，在確定機床走到路線時，主要考慮一下的幾點：（1）尋求最短加工路線，減少空刀時間以提高加工效率、簡化編程和方便觀察（2）.為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應安排在最后一次走刀中連續(xù)加工出來（3）考慮刀具的進、退刀（切入、切出）路線刀具的切出或切入點應在沿零件輪廓的切線上，以保證工件輪廓光滑；應避免在工件輪廓面上垂直上、下刀而劃傷工件表面；盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕（4）選擇使工件在加工后變形小的路線（5）先安排對工件剛性破壞較小的工步。遵循上述零件走刀路線的原則，該零件的走刀路線及加工順序如下如下：（1）在車床上加工100圓柱在輪廓、端面、16通孔時，應先加工端面（基準面A），然后加工16的通孔，最后車削圓柱外輪廓及凸輪部分的在輪廓表面。（2）加工中心上完成4-10的通孔、鍵槽、臺階面的加工，其加工順序應先對4-10的通孔進行鉆削加工，然后加工圓柱臺階的缺陷部分進行銑削，最后對鍵槽進行銑削加工加工。在加工孔時按坐標的順序分別加工：先加工（0，-42.5），再加工（-42.5，0），然后加工（0，42.5），最后加工（42.5，0）由于加工中心在逆時針加工時絲杠與螺母之間從在一定的間隙，從而會影響工件的加工精度及表面粗糙度。所以在加工鍵槽、臺階時也遵循順時針的銑削加工方法。3.3定位、夾緊方案及夾具的確定加工前需要使工件在機床上占有正確的位置稱為定位，使工件在加工過程中始終保持在原先確定的位置上稱為夾緊，兩者之間從在相互依從的條件，缺一不可。由此可見一個合格的零件在加工過程中定位與夾緊的選擇是完成合格零件加工過程重要的關鍵之一。通過對該零件圖的輪廓分析可知，該零件的輪廓主要由曲線組成，其結構主要由凸輪臺階、鍵槽、和5個通孔組成，所以在車床上車削該圓柱凸輪的輪廓時，應選擇用三爪自定心卡盤來裝夾與定位; 在加工中心上銑削鍵槽、圓柱凸輪臺的缺陷部分，及鉆4-10的通孔時，應采用三爪卡盤來裝夾，在裝夾時應在工件底下墊兩塊墊鐵以保證其定位可靠，由于該零件的孔都為通孔，所以在加墊鐵時應使墊鐵避開通孔的加工位置，以免鉆通孔時損傷墊鐵，在使卡盤定位時應采用螺栓將三爪卡盤固定在機床的工作臺上。在加工中心所用的三爪卡盤如下圖所示： 3.4零件加工所用刀具的確定刀具的選擇是零件加工工序設計的重要內(nèi)容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量，另外，數(shù)控機床主軸轉速比普通機床高12倍，且主軸輸出功率大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比，數(shù)控加工對刀具及其材料要求較高。不僅要求刀具材料具有高硬度、足夠的強度和韌性、良好的導熱性、良好的工藝性、抗黏結性、化學穩(wěn)定性。而且要求刀具的精度高，尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。遵循上述選擇，該零件所選用刀具及其刀具的功用特點如表1所示：表1零件加工所用刀具卡零件名稱典型凸臺曲面輪廓零件序號刀具編號刀具規(guī)格/名稱所用機 床加工內(nèi)容刀 具半徑（mm） 刀 具 材 料1T01A2.5mm中心鉆立式加工中心鉆中心孔高速鋼2T028mm鉆頭鉆孔6高速鋼3T039.6mm擴孔鉆擴孔7.8高速鋼4T0410mm機用鉸刀鉸孔8高速鋼5T0520mm立銑刀銑削凸輪臺輪廓10高速鋼6T062.5mm中心鉆鉆中心孔高速鋼7T079mm鉆頭鉆孔4.5高速鋼8T089.6mm擴孔鉆擴孔4.8高速鋼9T0910mm機用鉸刀鉸孔5高速鋼10T108mm鍵槽銑刀銑鍵槽4高速鋼3.5切削用量的確定數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并已指令的形式寫入程序中，切削用量包括：切削速度、背吃刀量、和進給速度。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量，切削用量的選用原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度的提高生產(chǎn)率，降低成本。在切削用量三要素里面，對刀具壽命影響最大的是切削速度、其次是進給量、背吃刀量影響最小。所以在機床剛度允許的條件下：粗加工時主要為了祛除毛坯的多余量，應選擇大的背吃刀量、較大的進給量、合理的切削速度。在精加工時為了保證零件的加工表面質(zhì)量應選擇大的切削速度、較小的進給量及小的背吃刀量。3.5.1切削工藝參數(shù)的確定切削工藝參數(shù)是確定切削用量前必不可少的條件，如果要計算出機床的主軸轉速就必須知道其切削速度，如果要計算出進給速度，就必須要知道刀具的每齒進給量，所以在確定切削用量之前就必須查表確定出其切削工藝參數(shù)，不同刀具材料的切削工藝參數(shù)也不一樣，如下面所示為該零件所用刀具的切削參數(shù)表。刀具類型/規(guī)格刀具材料切削速度（m/min）每齒進給量(mm/z)95度車刀硬質(zhì)合金100 0.1中心鉆A2.5高速剛20 0.03鉆頭及擴孔鉆高速剛20 0.06機用鉸刀高速剛20 0.03立銑刀高速剛33 0.18mm鍵槽銑刀高速剛33 0.13.5.2切削用量的計算方法加工中心主軸轉速：n=進給速度Vf=zZn（式中為刀具直徑；VcC為切削速度，單位mm/min;Z為刀具齒數(shù)，為整數(shù)；n為主軸轉速，單位r/min; z為每齒進給量，單位mm/Z。） 數(shù)控車床主軸轉速：Vc =進給速度：vf=zzn（式中D為工件直徑；vC為切削速度，單位：mm/min，；n為主軸轉速，單位：r/min; z為每齒進給量，mm/Z。） 3.5.3刀具與切削用量表格的指定根據(jù)第2小節(jié)的切削用量計算方法可求出該零件所使用的切削用量如下表所示：零件名稱平面槽形凸輪零件刀具名稱所用機 床 刀具材料刀具直徑/角度/型號進給速度（mm/r主軸轉速（r/min背吃刀量/吃刀深度/mm 備 注95度車刀車床硬質(zhì)合金 953183車外圓、端面中心鉆高速鋼 A2.5mm7725671.5鉆中心孔鉆頭高速鋼 12mm6953018(深)鉆孔擴孔鉆高速鋼 15.6mm5340018(深)擴孔機用鉸刀高速鋼 16mm3940018(深)鉸孔立銑刀加 工 中 心高速鋼 20m1595252銑削輪廓中心鉆高速鋼 A2.57725671.5鉆中心孔鉆頭高速鋼 9mm8369012(深)鉆孔擴孔鉆高速鋼 9.6mm7966612(深)擴孔機用鉸刀高速鋼10mm5663612(深)鉸孔鍵槽銑刀高速鋼 8mm26213130.8銑鍵槽4 零件加工程序的編制及解釋 4.1節(jié)點坐標的確定為了更清楚的反映該零件的加工軌跡及編程的方便，特設計節(jié)點坐標如下圖所示：通過CAD尺寸標注的方法確定出各節(jié)點坐標如下：P1（X0,Y-35） P2（X23.32,Y-26.1） P3 (26.51,Y-20.38)P4 (X31.88,Y10.08) P5 (X30.86,Y16.55) P6 (XO,Y-31) P7 (X11.06,Y-28.97) P8 (X23.61,Y-13.75) P9 (X27.33,Y7.31)P10(X24.33,Y19.22) P11(X0,Y-21) P12(X7.5,Y-19.68) P13(13.77,Y-12.02) P14(X17.5,Y9.06) P15(X16.5,Y13.02)4.2零件程序的編制及解釋本片論文重點反映凸輪輪廓及其鍵槽的加工其加工程序如下: 凸輪外輪廓及鍵槽的加工程序主程序O0009序號程序內(nèi)容程序解釋N10G40 G49 G80；取消刀具長度、半徑補償及鉆孔循環(huán)N20G91 G30 X0 Y0 Z0；返回參考點N30T06；調(diào)用6號刀(20立銑刀)N40M06；換刀N50T11預調(diào)11號刀(8鍵槽銑刀)N60G90 G54 G43 H06 S690 M03建立6號刀刀具長度補償，給定主軸轉速及轉向N70GOO Z100快速下刀Z100的高度N80X0 Y-40;快速移動到X0 Y-40的距離N90Z10;快速下刀Z30的高度N100G01 Z0 F1200以F1200的速度下刀到Z0點N110M98P50001；調(diào)用1號子程序N120G00 Z100;1號子程序加工完后快速抬刀到Z100的高度N130G91 G30 XO Y0 ZO;返回參考點N140T11;調(diào)用11號刀(8鍵槽銑刀)N150M06;換刀N160G90 G54 G43 H11 S690 M03;建立11號刀刀具長度補償，給定主軸轉速及轉向N170X0 Y-26;快速移動到X0 Y-26N180GOO Z30快速下刀刀Z30的高度N190G01 Z0 F1200以F1200的速度下刀到Z0點N200M98P50002;調(diào)用2號子程序N210GOO Z100;2號子程序加工完后快速抬刀到Z100的高度N220X0 Y-26;快速移動到X0 Y-26的距離N230GOO Z30快速下刀到Z30的高度N240G01 Z0 F1200以F1200的速度下刀到Z0點N250M98P50003;調(diào)用3號子程序N260GOO Z150;3號子程序加工完后快速抬刀到Z150的高度N270M30；程序結束子程序O0001凸臺外輪廓序號程序內(nèi)容程序解釋N10G91 GO1 Z-1 F130;以相對方式下刀，每次下刀2mm，進給速度為130N20G90 G41 G01 X5 D1;絕對方式下建立刀具半徑補償N30G03 X0 Y-35 R5;圓弧進刀N40G02 X30.86 Y16.55 R-35;順時針圓弧插補到P5點N50G02 X31.88 Y10.08 R10;順時針圓弧插補到P4點N60G01 X26.51 Y-20.38;直線插補到P3點N70G02 X23.32 Y-26.1 R10;順時針圓弧插補到P2點N80G02 X0 Y-35 R35;順時針圓弧插補到P1點N90G03 X5 Y-40 R5;圓弧出刀N100G40 G01 X0 Y-40;取消刀補償N110M99返回主程序子程序O0002鍵槽大輪廓序號程序內(nèi)容 程序解釋N10G91 G01 Z-1 F130;以相對方式下刀，每次下刀2mm，進給速度為130N20G90 G41 G01 X5 Y-26;絕對方式下建立刀具半徑補償N30G02 X0 Y-31 R5圓弧進刀N40G02 X24.33 Y19.22 R -31順時針圓弧插補到P10點N50G02 X27.33 Y7.31 R15;順時針圓弧插補到P9點N60G01 X23.61 Y13.75;直線插補到P8點N70G02 X11.06 Y-28.97 R20;順時針圓弧插補到P7點N80G02 XO Y-31 R31;順時針圓弧插補到P6點N90G03 X-5 Y-26 R5;圓弧出刀N100G40 G01 X0 Y-26;取消刀補償N110M99;返回主程序子程序O0003 鍵槽小輪廓N10G91 G01 Z-1 F130;以相對方式下刀，每次下刀2mm，進給速度為130N20G90 G41 G01 X5 Y-26;絕對方式下建立刀具半徑補償N30G03 X0 Y-21 R5;圓弧進刀