機械系數控技術專業(yè)畢業(yè)設計論文

1、中等職業(yè)學校專業(yè)骨干教師國家級培訓數控技術應用專業(yè)結業(yè)論文 河南鄧州市職教中心 李曉靜內容提要:此次設計是基于華中數控系統(tǒng)的XH714D 加工中心的板類零件編程與加工。設計借助了現階段所學的專業(yè)知識,認真分析了該零件在數控加工中的相關工藝過程。加工內容包括了銑削凸臺平面、凸臺輪廓、型腔;鉆、鉸通孔、攻螺紋等。一 零件分析1.1 零件材料分析由零件圖可知:零件材料為45#鋼,為優(yōu)質碳素結構鋼。含碳量在0.420.50%之間,屬于高強度中碳鋼。具有良好的綜合力學性能,切削性能良好。1.2 零件結構分析該零件為一個小型的板類零件,其毛坯尺寸為124×104×44mm 。零件由帶圓

2、角的矩形凸臺、帶圓槽的凸臺、五邊形凸臺,帶圓角的型腔、通孔和兩個螺紋孔組成。其上的五邊形凸臺為內接正五邊形。1.3 零件精度分析由圖紙可知零件的各尺寸精度要求均較高。零件毛坯留有一定的余量,凸臺及凸臺輪廓、型腔、通孔、螺紋孔等的精度要求較高,其中高精度要求的加工內容為:帶圓角的矩形凸臺輪廓、帶圓槽的凸臺上表面、型腔、通孔,均為7級精度要求;螺紋孔為6級精度要求。二 加工方案平面、平面輪廓在鏜銑類數控機床上的加工方法是銑削。經粗銑的平面,尺寸精度可達IT12IT14級(指兩平面之間的尺寸,表面粗糙度Ra 值可達m 505.12。經粗、精銑的平面,尺寸精度可達IT7IT9級,表面粗糙度Ra 值可達

3、m 2.36.1?？准庸し椒ū容^多,有鉆、擴、鉸、鏜等。大直徑孔還可采用圓弧插補方式進行銑削加工。孔的加工方式與其所能達到的精度有很緊密的聯(lián)系。為提高孔的位置精度,在鉆孔工步前需要安排锪平端面和打中心孔工步。對螺紋加工,要根據孔徑大小采取不同的處理方式,一般情況下,直徑在M6M20mm之間的螺紋,通常采用攻螺紋的方法加工;M6mm以下,M20mm以上的螺紋只在加工中心上完成底孔加工,攻絲可通過其他手段進行。該凸模零件由于是中小批量生產,從經濟、時效等方面考慮銑六方在普通銑床上完成加工,余下的平面及凸臺輪廓、通孔、螺紋孔在XH714D立式加工中心上加工完成。該零件的機械加工工藝詳見表2-1: 三

4、確定數控加工內容數控加工具有加工自動化程度高、精度高、質量穩(wěn)定、生產效率高等特點。數控機床適于加工的內容有:(1工件上的曲線輪廓表面,特別是由數學表達式給出的非圓曲線和列表曲線等曲線輪廓。(2給出數學模型的空間曲面或通過測量數據建立的空間曲面。(3形狀復雜,尺寸煩多,曲線與檢測困難的地方。(4能在一次裝夾中順帶銑出來的簡單表面或形狀(5用通用銑床加工難以觀察、測量和控制進給內、外凹槽。(6采用數控銑削能成倍提高生產率,大大減輕體力勞動的一般加工內容。由該零件的加工方案可知,零件需要下料、銑、鉆孔、攻螺紋等工序的加工,零件第一次粗銑銑六方,加工內容較為簡單,普通機床就可以保證其精度。并且加工過程

5、中需要多次裝夾,為了節(jié)約成本,提高加工效率,選擇在普通銑床上加工完成。粗銑主要是去除較大余量,并為數控銑削準備精確定位基準。各凸臺、孔距的精度要求較高,圓弧等的加工在普通機床上不易控制,其精度也難以保證。而這些工序的加工又只需單工位加工即可完成,故考慮在數控銑床或數控加工中心上進行加工。分析零件的數控加工內容及過程,知加工中所需刀具在10把左右,為了減少換刀時間,提高加工效率,確定第3工序在數控加工中心上加工。四 數控工序加工工藝設計設計數控加工工藝實際就是設計各工序的加工工步,主要從精度和效率兩方面考慮。4.1 數控加工工序加工內容精度分析本工序的工序圖如圖4-1-1所示:由零件的加工方案可

6、知:本工序加工內 容中精度要求較高的有:帶圓角的矩形凸臺的長為mm 035.00100+(取100.018±0.017mm ,寬為mm 03.0080+(取80.015±0.015mm ,深為mm 03.020±。帶圓槽的凸臺寬度為70±0.02mm ,深為mm 02.010±兩型腔的長、寬均為mm 018.0015+(取15.009±0.009mm ,深mm 01.003+(取3.005±0.005mm 。通孔為mm H 712。螺紋孔為Hmm M 610-右旋螺紋孔,孔深為mm 20,孔距分別為mm 02.050

7、7;,mm 02.040±。帶圓角的矩形凸臺對工件對稱中心線對稱度要求為0.04mm ;對上道工序加工的基準面平行度要求為0.03mm 。帶圓槽的凸臺上表面對零件底面的平行度要求為mm 03.0。帶圓角的矩形凸臺輪廓表面粗糙度為m Ra 6.1,其余表面和側面的粗糙度均為m Ra 2.3。未注公差的須按GB1804-2000標準中的中等公差等級加工。4.2 數控工序加工工步設計及各工步走刀路線圖根據全部加工表面按先粗,半精,再精加工分開進行;在一次定位裝夾中,盡可能完成所有能夠加工的表面的原則,以及對所要加工零件加工內容的分析,確定如下加工順序:(1粗銑各凸臺及凸臺輪廓;其走刀路線如

8、表4-2-2至表4-2-4所示:(2精銑各凸臺及凸臺輪廓;其走刀路線如表4-2-5至表4-2-7所示:(3粗、精銑兩型腔;其走刀路線如表4-2-8、表4-2-9所示:(4鉆中心孔;其走刀路線如表4-2-10所示:(5鉆12H7通孔;其走刀路線如表4-2-11所示:(6粗擴12H7通孔; 其走刀路線如表4-2-11所示:(7粗鉸12H7通孔;其走刀路線如表4-2-11所示:(8精鉸12H7通孔;其走刀路線如表4-2-11所示:(9鉆螺紋底孔;其走刀路線如表4-2-12所示:(10攻螺紋;其走刀路線如表4-2-12所示:具體的工步內容及工步順序見表4-2-1數控加工工序卡片。 走刀路線可分為孔加工

9、進給路線和銑削加工進給路線。在安排孔的加工走刀路線時,在保證孔的加工精度和表面粗糙度要求的同時,應尋求最短路線;在安排輪廓銑削加工的進給路線時,應盡量沿著輪廓的切線方向切入切出。結合該零件的材料,為提高表面精度,粗銑時可采用逆銑,精銑時采用順銑。該零件的數控加工走刀路線如表4-2-2至表4-2-12所示: 表4-2-6 精銑帶圓槽凸臺走刀路線圖 表4-2-8 粗銑型腔走刀路線圖 表4-2-10 鉆各孔中心孔走刀路線圖 表4-2-12 攻螺紋孔走刀路線圖 4.3 數控工序工藝系統(tǒng)選擇此零件為中小批量加工。故其毛坯可以在普通機床上完成粗加工,其余內容在數控機床上加工。在普通機床上加工毛坯時,首先確

10、定一個加工基準面,以保證在加工時平行度的要求,為在數控機床上的加工準備好定位基準面。根據零件尺寸和加工精度的要求,綜合分析現有機床可知XH714D立式數控加工中心適合于此工件的加工。XH714D立式數控加工中心的主要技術參數如表4-4-1: 根據數控加工內容,所需刀具有立銑刀、鍵槽銑刀、中心鉆、麻花鉆、鉸刀、機用絲錐等,其規(guī)格依據加工尺寸選擇。粗銑時銑刀直徑應選小一些,以減少切削力矩,但也不能太小,以免影響加工效率;精銑時銑刀直徑應選大一些,以減少接刀痕跡?？紤]到兩次走刀間的重疊量及減少刀具種類,結合該零件加工實際,確定粗、精銑凸臺及其輪廓的刀具直徑都選為mm 16。其他刀具根據孔徑尺寸確定。

11、常用的刀具材料有:高速鋼、硬質合金、工具鋼、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等。而生產中常用的刀具材料主要是高速鋼和硬質合金兩類?？紤]到該工序無需高速切削,為節(jié)約成本,選擇使用高速鋼刀具。刀柄柄部根據主軸錐孔和拉緊機構選擇。XH714型加工中心主軸錐孔為ISO40,適用刀柄為BT40(日本標準JISB6339,故刀柄柄部選擇BT40型式。具體刀具見表4-4-2。表4-4-2 數控加工刀具卡片 4.4 切削用量的選擇合理選擇切削用量的原則是:粗加工時,以提高生產率為主,但也應考慮經濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應在保證加工質量的前提下,兼顧切削效率、經濟性和加工成本。從刀具耐用度出發(fā),切削用量的選

12、擇方法是:先選取背吃刀量或側吃刀量,其次確定進給速度,最后確定切削速度。背吃刀量和側吃刀量的確定主要根據機床、夾具、刀具、工件的剛度和被加工零件的精度要求來決定。由此原則,再結合該工序所要保證的表面粗糙度要求,確定粗銑時的背吃刀量或側吃刀量取35mm ;半精銑時背吃刀量或側吃刀量取1.5mm ;精銑時背吃刀量或側吃刀量取0.5mm.(1切削進給速度F 是切削時單位時間內工件與銑刀沿進給方向的相對位移,單位為m in /mm 。zn f F z =式中:F 切削進給速度,單位為m in /mm ;z f 銑刀每齒進給量,單位為z mm /;n 銑刀的轉速,單位為m in /r ;z 銑刀齒數,單

13、位為齒。 (2主軸轉速(銑削dv n c1000=式中:c v 切削速度,單位為m in /m ;d 銑刀直徑,單位為mm ;n 主軸轉速,單位為m in /r 。(3孔加工時主軸轉速dv S c1000=式中:c v 切削速度,單位為m in /m ;d 切削刃選定點處所處對應的工件或刀具的回轉直徑,單位為mm ;S 工件或刀具的轉速,單位為m in /r 。(4進給速度的計算Sf F =式中:F 進給速度,單位為mm/min f 進給量,單位為mm/rS 工件或刀具的轉速,單位為m in /r 。(5攻螺紋時主軸轉速k PS -1200式中:P 工件螺紋的螺距或導程,mm ;k 保險系數,

14、一般取80;S 主軸轉速,m in /r 。(6攻螺紋時的進給速度攻螺紋時的進給量的選擇決定于螺紋的導程,由于使用了帶有浮動功能的攻螺紋夾頭,攻螺紋時進給速度可略小于理論計算值,即PS F 式中:P 加工螺紋的導程,mm ;S 加工螺紋時主軸轉速,m in /r 。綜上所述,則:(116.的立銑刀粗加工 Vc=35m/min z f =0.15z mm / z=3S=dVc1000=697r/min zn f F z =0.15×3×697=314mm/min(216.的立銑刀精加工 Vc=35m/min z f =0.04z mm / z=3S=dVc1000=697r/

15、minzn f F z =0.04×3×697=84mm/min(36鍵槽銑刀粗加工 Vc=20m/min z f =0.12z mm / z=2S=dVc1000=1062r/min zn f F z =0.12×2×1062=254.9mm/min(46鍵槽銑刀精加工 Vc=20m/min z f =0.05z mm / z=2S=dVc1000=1062r/min zn f F z =0.12×2×1062=106.2mm/min(53的中心鉆 Vc=10mm/min f=0.08mm/rS=dVc1000=1061r/min

16、F=Sf=1061×0.08=85mm/min(611的鉆頭 Vc=25mm/min f=0.2mm/rS=dVc1000=724r/min F=Sf=724x0.2=145mm/min(711.85鉸刀 Vc=5mm/min f=0.8 mm/rS=dVc1000=135r/min F=Sf=0.8x135=108mm/min(811.95鉸刀 Vc=5mm/min f=0.8 mm/rS=dVc1000=133r/min F=Sf=0.8x133=106mm/min(912的鉆頭 Vc=20mm/min f=0.15mmS=dVc1000=530r/min F=Sf=0.15x5

17、30=79.5mm/min(108.5的鉆頭 Vc=20mm/min f=0.15mmS=dVc(11M10-6H 絲錐Vc=4mm/min P=1.5mmk PS -1200min /720805.11200r S =-=PS F m in /10807205.1mm F =通過對各種夾具和零件加工過程的分析可知,該零件形狀較簡單、尺寸較小,在普通銑床上加工后的尺寸為120×100×40(mm 。由于是小批量生產,結合加工中心常用的夾具種類,綜合考慮零件加工的生產準備時間和經濟性要求,確定此零件在數控加工中心上加工時選用隨機床附帶的機用虎鉗進行裝夾。其裝夾示意圖如圖4-4

18、-1所示: 裝夾說明:因為工序中的帶圓角矩形凸臺輪廓和上道工序加工的B 面有平行度要求,故選擇不需在本道工序加工的B 面為主要定位基準面與虎鉗固定鉗口貼合,工件頂面高于鉗口2025mm 裝夾。本裝夾方案雖為過定位裝夾方案,但能夠提高工件的剛度,使工件在加工過程中更加穩(wěn)定。在實際加工零件的質量控制中,檢測是一個非常重要的環(huán)節(jié)。其中檢測量具是必不可少的,檢測直接影響著零件的合格與否。選擇測量器具的主要依據是被測量對象的數量、材質、公差值的大小及外形、部位、尺寸大小等幾何形狀特點等,在確保測量精度的前提下,考慮具體的生產環(huán)境,測量工藝過程的可行性和經濟性,所選測量器具或測量儀器的精度應與被測工件的加工精度相適應。因為是小