数控车床.docx
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数控车床
摘要
在冶金设备中,小车车体是其重要零部件。
由于小车要同时在两个轨道上运动所以要求较高的同轴度和平行度。
本课题介绍了小车的基本结构与功用。
详细地讲述了小车车体的机械加工工艺过程,制订了加工工艺卡片;针对小车车体的特殊结构及加工工艺,综合公司的设备情况,进行数控加工和编程,满足了该工序的加工精度,大大的缩短了生产实际需求,提高了生产效率,为以后大批量生产做好准备。
小车车体的加工工序不算太复杂,主要有:
来料检查、划出加工线、粗精铣表面、粗精镗内孔、点钻表面底孔、开槽、攻表面螺纹孔、钳修、抛光、完工检查、清洗入库等十多道工序,大部分采用数控龙门铣床进行加工,本文对小车车体的数控加工部分做了完整介绍。
关键词:
小车;加工工艺;数控加工;编程
目录
第一章数控机床的加工特点1
第二章材料和毛坯的确定2
2.1材料的确定2
2.2毛坯的确定3
第三章选择机床设备4
第四章装夹方法与量具的选用5
4.1装夹方法5
4.2量具的选择6
第五章刀具的选用7
第六章工艺过程与工艺路线的确定7
6.1小车车体的工艺分析7
6.2加工方案的确定7
6.3加工工序的划分7
6.4加工定位基准的确定7
6.5加工工艺的安排7
6.6加工工序过程分析及工序过程7
结束语7
致谢7
参考文献错误!
未定义书签。
附录A小车车体加工程序单7
附录B工艺过程卡.......................................................................................................................22
附录C工序过程卡7
第一章数控机床的加工特点
数控加工是指在数控机床上进行自动加工零件的一种工艺方法。
数控机床加工零件时,将编制好的零件加工数控程序,输入到数控装置中,再由数控装置控制机床主运动的变速、启动、进给运动方向、速度和位移大小,以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的启停等动作,使刀具与工件以及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作,从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
一般来说,数控加工主要包括以下方面的内容:
(1)选择并确定零件的数控加工内容:
(2)对零件图进行数控加工内容:
(3)设计数控加工的工艺
(4)编写数控加工工序单(数控编程时,需对零件图形进行数学处理:
自动编程时,需进行零件CAD、刀具路径的产生和后置处理):
(5)按程序单制作程序介质:
(6)数控程序的校检与修改;
(7)首件试加工与现场问题处理:
(8)数控加工工艺技术文件的定型与归档:
与常规加工相比,数控加工具有如下特点:
(1)适应性强数控加工是根据零件要求编制的数控程序来控制设备执行机构的各种动作,当数控工作要求改变时,只要改变数控程序软件,而不需改变机械部分和控制部分的硬件,就能适应新的工作要求。
因此,生产准备周期短,有利于机械产品的更新换代。
(2)精度高、质量稳定数控加工本身的加工精度较高,还可以利用软件进行精度校正和补偿:
数控机床加工零件是按数控程序自动进行,可以避免人为的误差。
因此,数控加工可以获得比常规加工可以获得比常规加工更高的加工精度。
尤其提高了同批零件生产的一致性,产品质量稳定。
(3)生产率高数控设备上可以采用较大的运动用量、有效地节省了运动工时。
还有自动换速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功能,而且无需工序间的检验与测量,故使辅助时间大为缩短。
(4)能完成复杂型面的加工许多复杂曲线和曲面的加工,普通机床无法实现,而数控加工完全可以完成。
(5)减轻劳动强度、改善劳动条件因数控加工是自动完成,许多动作不需操作者进行,故劳动条件和劳动强度大为改善。
(6)有利于生产管理采用数控加工、有利于向计算机控制和管理生产方向发展,为实现制造和生产管理自动化创造了条件。
故由于该零件虽然单件小批量,但要求同轴度和平行度较高。
只有使用数控设备来保证其精度,因零件的尺寸较大,也因根据工厂现有设备来确定。
最终选用数控龙门铣。
第二章材料和毛坯的确定
2.1材料的确定
1.金属材料的分类
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属
黑色金属又称钢铁材料,包括含铁90%以上的工业纯铁,含碳2%~4%的铸铁,含碳小于2%的碳钢,以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
②有色金属
有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。
③特种金属材料
特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。
其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料,以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金,以及金属基复合材料等。
从生产经济价值考虑,只要性能达到要求就选价格经济型的,故我们选择黑色金属。
但由于黑色金属也有很多种类,所以我们就要从性能方面考虑,下面我们具体的分析材料性能。
钢材选用的原则应既能使结构安全可靠和满足使用要求,又要最大可能节约钢材和降低造价。
为保证城中结构的承载能力和防止在一定条件下可能出现的脆性破坏。
由于小车是在轨道上运行,故承受静压力载荷,因为是在冶金设备上使用,周围的温度高,小车在轨道上牵引时会有塑性变形、冲击变形。
Q235钢强度适中,有良好的承载性,较好的塑性和韧性,可焊性和加工性也好,是最常用钢。
综上所述采用Q235的钢材。
2.2毛坯的确定
选择适合的毛坯、材料消耗和加工工时都有很大的影响。
显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件,机械加工的劳动量就越少,但是毛坯的制造成本就越高,所以应根据生产纲领,综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯,以求得最好的经济效益。
1.冷冲压件
冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求,在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。
但因冲压模具昂贵而仅用于大批大量生产。
2.焊接件
焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件,它简单方便,生产周期短,但需经时效处理后才能进行机械加工。
3.型材
型材有热轧和冷拉两种。
热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯;冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。
4.锻件
锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。
其锻造方法有自由锻和模锻两种。
自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低,适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。
模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高。
但成本高,适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。
5.铸件
铸件适用于形状复杂的零件毛坯。
其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。
较常用的砂型铸造,当毛坯精度要求低、生产批量较小时,采用木模手工造型法;当毛坯精度要求高、生产批量很大时采用金属型铸造造型法。
铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。
该零件由于单件小批量,形状也比较复杂,也为了保证零件使用时的力学性能,
由于冷冲压件、型材、锻件不适合制造形状复杂的零件。
铸件虽然可以制造形状复杂的,但由于力学性能和经济价值不符合实际生产,最终选用焊接件。
所以该零件形状接近成品。
(如图所示小车车体立体图和零件图)
小车车体立体图
小车车体零件图
第三章选择机床设备
1.在满足加工工艺要求的前提下设备越简单风险越小,数控普通铣床和龙门铣床都可以加工箱体类零件,但这零件尺寸较大和精度较高等特点,综合各种原因所以选择数控龙门镗铣床,可以一次装夹完成多个工步,来保证零件的精度。
2.机床结构取决于机床规格尺寸、加工工件的重量等因素的影响。
下表列出了数控设备最常见的重要规格和性能指标。
主要技术参数:
工作台面(宽×长)2000mm×6000mm龙门宽度2600mm
工作台纵向行程即X向6000mmT型槽9条
滑枕横向行程即Y向2600mm主轴转速10—2500rpm
滑枕纵向行程即Z向1250mm
工作进给范围X向10—400mm/min,
滑枕进给范围Y、Z向10—400mm/min,
X、Y、Z三向快速移动速度8000mm/min
控制系统西门子840D
3.数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应,即小的工件应当选择小的规格的机床加工,而大的工件则选择大规格的机床加工,做到设备的合理使用。
4.机床的工作精度与刚度以及机动范围应与工序的性质和最合适的切削用量相适应。
如粗加工工序,应选择精度低的机床,精度要求高的精加工工序,应选用精度高的机床。
5.机床的功率与刚度以及机动范围应与工序的性质和最适合的切削用量相适应。
如粗加工工序去除的毛坯余量大,切削余量选的大,就要求机床有大的功率和较好的刚度。
6.装夹方便、夹具结构简单也是选择数控设备是需要考虑的一个因素。
选择采用数控落地镗铣床、还是数控龙门镗铣床,将直接影响所选择的夹具的结构。
所以选择的机床(如下图所示数控龙门铣)
数控龙门铣
第四章装夹方法与量具的选用
4.1装夹方法
将工件放在工作台上的垫块上,通过划线找正工件的高度,然后通过打表找正工件,方可压紧。
1.由于单件的生产类型,考虑夹紧的方便,压板图如下;
压板图
工作台面与夹具体的设计;
(1)定位方案;
T形槽槽宽18-00.02由数控龙门铣工作台面而定,(如下图);
数控龙门铣工作台面
(2)定位键(如图所示)
定位键
4.2量具的选择
量具的选择主要根据工序中检验要求的精度和生产批量的大小决定,在单件小批量生产中,广泛使用通用量具,如游标卡尺、百分表等。
大批量生产中,主要采用各种界限量规和一些高生产率的专用量具与测量仪等。
量具的精度必须与加工精度相适应,以提高工件的测量精度。
由于是单件小批量,所以在大量的量具中,选择通用量具,以便于检测与使用。
选择的量具如下游标卡尺图,内径百分表图所示
游标卡尺图内径百分表图
第五章刀具的选用
根据工件材料及加工的方法和内容,最终确定刀具如图所示:
(具体的切削参数详见工艺卡片)
工步
工步
内容
刀具规格
主轴转速
(r/min)
进给速度
(mm/min)
1
铣平面
Φ63端面铣刀
800
1500
2
铣键槽
Φ25平底铣刀
1200
1000
3
点孔
Φ3中心钻
1000
500
4
钻孔
Φ13.9麻花钻
600
300
5
钻孔
Φ17.5麻花钻
400
200
6
精镗孔
Φ80的精镗刀
600
200
7
钻头
Φ14麻花钻
450
300
8
钻头
Φ26麻花钻
700
80
9
钻头
Φ33麻花钻
700
80
10
钻头
Φ35麻花钻
700
80
11
钻头
Φ8.5麻花钻
300
60
12
丝攻
M10丝攻
13
丝攻
M20丝攻
第六章工艺过程与工艺路线的确定
6.1小车车体的工艺分析
该小车车体由于工艺为复杂所以采用多道工序,包括:
铣平面、钻孔、镗孔、攻丝、去毛刺、抛光等等,因为要保证精度所以对同一平面的加工采用了从粗加工-精加工的过程。
特别是精铣基准面、精镗内孔等一些在装配上比较严格的尺寸都要控制的比较好。
6.2加工方案的确定
根据表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求选择加工方案是选择加工方案的基本出发点。
选择加工方案应考虑生产批量的大小。
选择加工方案应考虑零件类型和相应的机床。
选择加工方案应考虑零件加工工艺的全过程。
选择加工方案应考虑本车间(本厂)现有设备、技术条件、工人水平,要注意新技术的发展。
该工件为焊接件,单件小批量要去除余量不是很多,但尺寸还是比较大,但要求精度高的Ф100、Ф102粗精加工可以同时在同一台机床上完成。
由于工人是老师傅,还有厂里的设备情况,故选择在数控龙门铣同一机床上加工。
(除攻丝外)
6.3加工工序的划分
小车车体是由多个表面构成的,这些表面有自己的精度要求,各表面之间也有相应的精度要求。
为了达到小车车体的设计精度要求,加工顺序安排应遵循一定的原则。
(1)先粗后精的原则
各表面的加工顺序按照粗加工精加工的顺序进行,目的是逐步提高小车车体加工表面的精度和表面质量。
(2)基准面先加工原则
加工一开始,总是把用作精加工基准的表面加工出来,因为定位基准的表面精确,装夹误差就小,所以小车车体的加工过程,总是先对定位基准面进行粗加工和半精加工,必要时还要进行精加工。
(3)先面后孔原则
通常,可按小车车体的加工部位划分工序,一般先加工简单的几何形状,后加工复杂的几何形状;先加工精度较低的部位,后加工精度较高的部位;先加工平面,后加工孔。
(4)减少换刀次数的原则
在数控加工中,应尽可能按刀具进入加工位置的顺序安排加工顺序。
该小车车体要加工的表面不是很多,先粗精铣表面。
为了工步安排的合理,外轮廓部分需要首先加工成型,然后对精度高的孔再进行加工。
6.4加工定位基准的确定
在加工中用作定位的基准,称为定位基准。
它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。
1.选择加工基准的三个基本要求:
(1)所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠。
(2)所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单。
(3)保证加工精度。
2.选择定位基准6原则:
(1)尽量选择设计基准作为定位基准;
(2)定位基准与设计基准不能统一时,应严格控制定位误差保证加工精度;
(3)工件需两次以上装夹加工时,所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工;
(4)所选基准要保证完成尽可能多的加工内容;
(5)批量加工时,零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合;
(6)需要多次装夹时,基准应该前后统一。
根据以上原则,以划线找正工件,加工粗基准面Ф102的孔口面,再以粗基准加工件10至成品,装角铣头铣540两侧做有工艺块的一面为过渡基准,再以过渡基准加工件8至成品,和其它表面半成品,再以件10为精基准,加工所有要精加工的表面,使小车至成品。
6.5加工工艺的安排
加工过程具体参见下列工艺卡片:
详见(附录表B)
6.6加工工序过程分析及工序过程
本零件加工比较复杂,工序比较多具体加工分析如下:
1.观察毛坯质量是否有缺陷。
2.划线看各加工部分余量是否足够,中心是否偏,检测工件的余量(根据加工要求焊工艺块)
3.上工件,以中心线为基准,找正,然后用压板,螺柱固定工件压紧,拧紧螺母。
4.粗铣Φ102H7孔面
本工序就是对孔口面光出,因为加工内容不复杂,刀具采用直径63mm的圆薄刀,加工时主轴转速800r/min进给率保持F1500,然后光出Φ102H7×100孔口,不需要游标卡测量,光出就行。
将孔口加工完成后就检查孔口是否光洁。
(工序卡见附录C图1)
5.粗镗Φ100H7×40孔粗铣表面
以Φ102H7孔口平面为基准面,找正粗铣540两侧及工艺块平面粗镗Φ100H7×40孔,单面留0.8mm余量。
这个步骤就是对Φ100H7×40孔加工过程,先将已经加工过的Φ102H7孔面固定在铣床垫块上,使用调整好的工装使工件固定,启动铣床,调整好进给量对Φ100H7×40孔粗镗和粗铣表面。
在操作过程中要注意尺寸,同时要给Φ100H7×40孔粗精铣留下足够的余量,并用游标卡尺进行测量。
(工序卡见附录C图2)
6.铣件10和Φ168尺寸、铣50槽
本工序就是对件10和Φ168尺寸、铣50槽加工的过程。
操作过程中要注意轻拿轻放,不要让工件表面留有压痕。
铣件10平面至成品及工艺块平面,钻4-Φ14至成品,倒角,刀检168尺寸,铣50槽至成品。
在操作过程中要注意尺寸,要不定时的用游标卡尺检查尺寸。
做的过程中要保证相对孔的误差。
(工序卡见附录C图3)
7.件8至成品钻8-M2
工件以Φ100H7×40孔口平面及工艺基准,找正,刀检另一侧Φ168尺寸铣50槽及件8平面至成品,钻8-M20底孔,倒角本工序和上面工序大致一样,就是对工件的叶冠端面进行加工的过程。
在操作过程中要注意保证总长尺寸,要不定时的用游标卡尺检查尺寸,不得超差0.1mm。
(工序卡见附录C图4)
8.粗镗Φ102H7×100孔
主要就是由程序来保证该Φ102H7×100孔的深度和直径。
位置精度还是通过夹具来保证。
粗铣450两侧面,粗镗Φ102H7×100孔,单面留0.8mm余量(工序卡见附录C图5)
9.铣35开档钻Φ35孔
本工序是对铣35开档钻Φ35孔进行铣削。
在龙门数控铣床,将主轴旋转至一定的角度便可以直接加工。
加工方便。
测量时只要用游标卡尺测量即可。
工件以件10及工艺块平面为基准,找正,铣35开档尺寸至成品钻镗件7上的Φ35孔至成品(工序卡见附录C图6)
10.精镗Φ102H7×100孔
本道工序是重要表面,为了保证表面粗糙度加工时加点切削液,同时为了保证同轴度四个轴孔要在一个工步完成,其精度由机床自身保证。
精铣450两侧至成品,精镗Φ102H7×100孔至成品,倒角,保证同轴度而且四轴线相互平行
注意:
(用Φ80加长的精镗刀,通过定向,正反镗保证同轴度)(工序卡见附录C图7)
11.精镗Φ100H7×40孔
用百分表进行Φ102H7×100测量,看Φ102H7×100是否平行于测量台的测量面。
然后再在机床上进行尺寸调整。
注意刀头是否磨损,然后再在机床上做相对应的调整,因为这是最后精加工。
按中心线对称铣540两侧面至成品,精镗Φ100H7×40孔至成品,倒角,保证同轴度而且两轴线相互平行
注意:
(用Φ80加长的精镗刀,通过定向,正反镗保证同轴度)(工序卡见附录C图8)
12.钻8-M10底孔
本道工序目的就是润滑轴承,由于孔小且伸出的较长,所以钻孔时要注意转速同时不断加切削液,便于冷却和排削。
(工序卡见附录C图9)
13.钳工攻8-M108-M20螺孔至成品。
去毛刺,上防锈油
本工序攻丝需要注意:
(1)工件上螺纹底孔的孔口要倒角,通孔螺纹两端都倒角。
(2)工件夹位置要正确,尽量使螺纹孔中心线置于水平或竖直位置,使攻丝容易判断丝锥轴线是否垂直于工件的平面。
(3)在攻丝开始时,要尽量把丝锥放正,然后对丝锥加压力并转动绞手,当切入1-2圈时,仔细检查和校正丝锥的位置。
一般切入3-4圈螺纹时,丝锥位置应正确无误。
以后,只须转动绞手,而不应再对丝锥加压力,否则螺纹牙形将被损坏。
(4)攻丝时,每扳转绞手1/2-1圈,就应倒转约1/2圈,使切屑碎断后容易排出,并可减少切削刃因粘屑而使丝锥轧住现象。
(5)攻不通的螺孔时,要经常退出丝锥,排除孔中的切屑。
14.检验
15.入库
结束语
在这次的毕业设计中,我选用了龙门铣床做为我的加工设备,这台数控机床具有高效率﹑高精度和高自动化,极具广阔的应用前景。
我的任务是完成利用它来完成需要加工的零件。
我对自己加工工艺的部分先后进行了分析零件结构——总体工序——各个工序加工面和装夹——各个工序的粗精加工——各个工序所要选择的刀具等过程,可以说是亲自体会到了一个机加工人员必经的加工过程,对即将走向工作岗位的我是一个非常好的锻炼。
当然,在整个的加工过程当中,不可避免的遇到一些困难和一时难以解决的问题,每次我自己都花费了不少时间,努力地作具体的分析和充分的考虑,最终得到了良好的解决,并感觉到无比的自豪。
当然其中也不乏我难以理解与解决的难题对我们这些初出茅庐的学生来说难度极大,幸得凌学文老师以及其他老师的指导才得以完成,在这里深表感谢!
也十分感谢学校、图书馆、老师、同学们的大力支持,在此表示衷心的感谢
致谢
经过一个月的忙碌和学习,本次毕业论文设计已经接近尾声,作为一个专科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方。
如果没有指导老师的督促指导,想要完成这个设计是难以想象的,在这里首先要感谢我的论文指导老师凌学文。
凌老师平日里工作繁多,但在我做设计的每个阶段,从选题到查阅资料,论文提纲的确定,中期论文的修改,后期论文格式调整等各个环节中都给予了我细心的指导。
除了敬佩凌老师的专业水平外,她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习得榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。
同时感谢常州宝冶冶金工程技术有限公司和师傅许伟兴给我解决了很多加工时遇到的难题。
最后还要感谢这三年来所有教过我的老师,是在他们的教诲下,我喜欢上了机械制造这门专业,掌握了坚实的专业知识基础,为我以后的扬帆远航注入动力。
附录A小车车体加工程序单
550
G0G54Z100
TRANSX=0Y=0
;TRANSX=280Y=8
;TRANSX=270Y=375.5
;TRANSX=-11Y=-350
M3S800
G1X45F1500
G2Z-2I=-45TURN=7
G2I=-45
G1X0
G0Z100
M2
551
G18
R1=(100-63)/2-0.8
G54G0Y-100
Y0Z0
M3S1000
Y-10
G01Y0X=R1F1000
G03I=-R1Y100TURN=100F2000
\I=-R1
G01Y-100
M2
552
R1=-0.5
G90G54G0Z100
X0Y0
S800M03
G0Z0
BB:
G1Z=R1F2000
G1Y230F1500
X-50F3000
Y0F1500
X-100F3000
Y230F1500
G0Z20
X0Y0
R1=R1-0.5
IFR1>=-5.5GOTOBBB
G0Z100
M2
553
R1=14
G90G54Z100
X0Y0
S700M03
CC:
G1Z=R1F2000
G1Y150F1500
Z=R1-0.5
Y0
R1=R1-1
IFR1>=0GOTOBCC
G0Z100
M2
554
G90G54Z100
TRANSX-543.5Y-350
X0Y0
S1000M3F80
MCALLCYCLE82(50,0,2,-2)
X-45Y-45
X45
Y45
X-45
MCALL
M2
555
G90G54Z100
TRANSX-543.5Y-350
X0Y0
S700M3F300
MCALLCYCLE81(50,0,-36)
X-45Y-45
X45
Y45
X-45
MCALL
M2
556
R1=(168-63)/2
G54G0Y-100
X0Y0
M3S800
Z-10
G01Z0X=R1F1000
G03I=-R1Z-100TURN=45F2000
G01Z100
M2
557
R1=0R2=(50-25)/2
G90G54G0Z100
TRANSX=140.5
X=65Y=R2
S1200M3
G0Z20
DD:
G1Z=R1F2000
G1X=270
G2Y=-R2CR=R2
G1X65
G1Y=R2
R1=R1-0.5
IFR1>=-15GOTOBDD
G0Z100
M2
5
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