机床数控技术课程设计参考资料参考.docx
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机床数控技术课程设计参考资料参考
机床数控技术课程设计参考资料
一、数控车削类(轴类零件的数控车削加工工艺)
下面以图1所示零件为例,介绍其数控车削加工工艺。
所用机床为MJ460数控车床。
图1轴类零件
1.零件图工艺分析
该零件表面有圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。
其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求;球面Sφ50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状(线轮廓)误差的作用。
尺寸标注完整,轮廓描述清楚。
零件材料为45号钢,无热处理和硬度要求。
通过上述分析,采取以下几点工艺措施。
1)对图样上给定的几个精度(IT7~IT8)要求较高的尺寸,因其公差数值较小,故编程时不必取平均值,而全部取其基本尺寸即可。
2)在轮廓曲线上,有三处为过象限圆弧,其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线,因此在加工时应进行机械间隙补偿,以保证轮廓曲线的准确性。
3)为便于装夹,毛坯件左端应预先车出夹持部分(双点划线部分),右端面也应先车出并钻好中心孔。
毛坯选φ60mm棒料。
2.确定装夹方案
确定毛坯件轴线和左端大端面(设计基准)为定位基准。
左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支承的装夹方式。
3.确定加工顺序
加工顺序按由粗到精的原则确定。
即先从右到左进行粗车(留0.20mm精车余量),然后从右到左进行精车,最后车削螺纹。
MJ460数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能,只要正确使用编程指令,机床数控系统就会自行确定其加工路线,因此,该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其加工路线。
但精车的加工路线需要人为确定,该零件是从右到左沿零件表面轮廓进给加工。
4.数值计算
为方便编程,可利用AutoCAD画出零件图形,然后取出必要的基点坐标值;利用公式对螺纹大径、小径进行计算。
(1)基点计算以图1上O点为工件坐标原点,则A、B、C三点坐标(mm)分别为:
XA=40mm(直径量)、ZA=–69mm;XB=38.76mm(直径量)、ZB=-99mm;XC=56mm(直径量)、ZC=–154.09mm。
(2)螺纹牙顶尺寸d′、牙底d1计算
d′=d -0.2165P=(30-0.2165×2)mm=29.567 mm;
d1=d′-1.299P=(29.567-1.299×2)mm=26.969mm。
5.选择刀具
1)粗车、精车均选用35°菱形涂层硬质合金外圆车刀,副偏角48°,刀尖半径0.4mm,为防与工件轮廓发生干涉,必要时应用AutoCAD作图检验。
2)车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀,取刀尖圆弧半径0.2mm。
6.选择切削用量
(1)背吃刀量粗车循环时,确定其背吃刀量ap=2mm;精车时,确定其背吃刀量ap=0.2mm。
M30螺纹共分5次车削,但每次背吃刀量不同,查表3-7确定为(直径量):
0.9、0.6、0.6、0.4、0.1(mm)。
(2)主轴转速
1)车直线和圆弧轮廓时的主轴转速:
查表取粗车时的切削速度v=90m/min,精车时的切削速度v=120m/min,根据坯件直径(精车时取平均直径),利用式n=1000v/πd计算,并结合机床说明书选取:
粗车时,主轴转速n=500r/min;精车时,主轴转速n=1200r/min。
2)车螺纹时的主轴转速:
按公式np≤1200(n为主轴转速,p为螺距)。
取主轴转速n=320r/min。
(3)进给速度粗车时,选取进给量f=0.3mm/r,精车时选取f=0.05mm/r。
车螺纹的进给量等于螺纹导程,即f=2mm/r。
7.数控加工工艺文件的制定
1)按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及其切削用量等填入表1数控加工工序卡片中。
2)将选定的各工步所用刀具的型号、刀片型号、刀片牌号及刀尖圆弧半径等填入表2数控加工刀具卡片中。
表1数控加工工序卡片
(单位)
数控加工工序卡
产品名称
产品代号
零件名称
零件图号
轴
(工序图略)
工序号
工序名称
设备名称
数控车床
夹具编号
夹具名称
设备型号
三爪卡盘
MJ460
材料名称
材料牌号
切削液
45号钢
45#
乳化液
程序编号
工时
车间
工
步
号
工步内容
刀
具
号
刀具
规格
(mm)
主轴
转速
(r·min-1)
切削
速度
(m·min-1)
进给速度
(mm·min-1)
或进给量(mm·r-1)
背吃
刀量
(mm)
备注
1
粗车轴表面,留精车余量0.2mm
T0101
35°菱形
500
90
0.3
2
2
精车轴表面至尺寸
T0202
35°菱形
1200
120
0.05
0.2
3
车螺纹M30×2
T0303
60°
320
30
2
设计
日期
校对
日期
审核
日期
共1页
第1页
标记
处数
更改文件号
签字
日期
表2数控加工刀具卡片
(单位)
数控加工刀具卡
产品名称
产品代号
零件名称
零件图号
轴
设备名称
数控车床
设备型号
MJ460
工序号
工序名称
程序编号
工步
刀具号
刀具
名称
刀杆
规格
刀尖半径
(mm)
刀尖位置
刀片
备注
牌号
型号
1
T0101
35°菱形可转位车刀
20×20
0.4
3
YB415
VBMT160404
2
T0202
35°菱形可转位车刀
20×20
0.4
3
YB415
VBMT160404
3
T0303
螺纹车刀
20×20
0.2
8
YB415
RT16.01W
设计
日期
校对
日期
审核
日期
共1页
第1页
标记
处数
更改文件号
签字
日期
编程实例1编写图1典型轴类零件的精加工程序,工件右段中心点O为工件坐标原点,2号刀为基准刀,该刀尖的起始位置为(280,130)。
精加工程序如下:
O3000;程序名
N010G50X280Z130;建立工件坐标系
N020M04S1200T0200;启动主轴,换2号刀
N030G00X26Z3M08;快速接近工件,并打开冷却液
N040G42G01Z0T0202F0.05;建立右刀补
N050X29.567Z-2;倒角
N060Z-18;车螺纹外表面φ29.567
N070X26Z-20;倒角
N080W-5;车φ26槽
N090U10W-10;车锥面
N100W-10;车φ36外圆柱面
N110G02U-6W-9R15;车R15圆弧
N120G02X40Z-69R25;车R25圆弧
N130G03X38.76Z-99R25;车Sφ50球面
N140G02X34W-9R15;车R15圆弧
N150G01W-5;车φ34圆柱面
N160X56Z-154.05;车锥面
N170Z-165;车φ56圆柱面
N180G40G00U10T0200M05M09;取消刀补并关闭冷却液
N190G28U2W2;返回参考点
N200M04S320T0300;主轴换速,换3号螺纹刀
N210G00X40Z3T0303M08;刀具定位并建立位置补偿
N220G92X28.667Z-22F2;螺纹循环第一刀
N230X28.067;螺纹循环第二刀
N240X27.467;螺纹循环第三刀
N250X27.067;螺纹循环第四刀
N260X26.969;螺纹循环第五刀
N270G00X45T0300M09;取消刀具位置补偿并关冷却液
N280G28U2W2;返回参考点
N290M30;程序结束
以上程序没有考虑粗加工,请同学们自己写出全部程序。
二、数控铣削类(平面凸轮零件的数控铣削加工工艺及编程)
平面凸轮零件是数控铣削加工中常见的零件之一,其轮廓曲线组成不外乎直线—圆弧、圆弧—圆弧、圆弧—非圆曲线及非圆曲线等几种。
所用数控机床多为两轴以上联动的数控铣床。
加工工艺过程也大同小异。
下面以图2所示的平面槽形凸轮为例分析其数控铣削加工工艺。
图2平面槽形凸轮简图
1.零件图纸工艺分析
图样分析主要分析凸轮轮廓形状、尺寸和技术要求、定位基准及毛坯等。
本例零件(图2)是一种平面槽形凸轮,其轮廓由圆弧HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF所组成,需要两轴以上联动的数控铣床加工。
零件毛坯材料为铸铁,切削加工性能较好。
该零件在数控铣削加工前,工件是一个经过加工、含有两个基准孔、直径为φ280mm、厚度为18mm的圆盘。
圆盘底面A及φ35G7和φ12H7两孔可用作定位基准,无需另作工艺孔定位。
凸轮槽组成几何元素之间关系清楚,条件充分,编程时,所需基点坐标很容易求得。
凸轮槽内外轮廓面对A面有垂直度要求,只要提高装夹精度,使A面与铣刀轴线垂直,即可保证;φ35G7对A面的垂直度要求已有前工序保证。
2.确定装夹方案
一般大型凸轮可用等高垫块垫在工作台上,然后用压板螺栓在凸轮的孔上压紧。
外轮廓平面盘形凸轮的垫块要小于凸轮的轮廓尺寸,不与铣刀发生干涉。
对小型凸轮,一般用心轴定位、压紧即可。
根据图3-53所示凸轮的结构特点,采用“一面两孔”定位,设计“一面两销”专用夹具。
用一块320mm×320mm×40mm的垫块,在垫块上分别精镗φ35mm及φ12mm两个定位销安装孔。
孔距为80±0.015mm,垫块平面度为0.05mm,加工前先固定垫块,使两定位销孔的中心连线与机床的x轴平行,垫块的平面要保证与工作台面平行,并用百分表检查。
图3为本例凸轮零件的装夹方案示意图。
采用双螺母夹紧,提高装夹刚性,防止铣削时振动。
图3凸轮装夹示意图
1—开口垫圈2—带螺纹圆柱销3—压紧螺母4—带螺纹削边销5—垫圈6—工件7—垫块
3.确定加工路线
加工路线包括平面内进给和深度进给两部分路线。
对平面内进给,对外凸轮廓从切线方向切入,对内凹轮廓从过渡圆弧切入。
在2.5轴联动的数控铣床上,对铣削平面槽形凸轮,深度进给有两种方法:
一种方法是在xz(或yz)平面内来回铣削逐渐进刀到既定深度;另一种方法是先打一个工艺孔,然后从工艺孔进刀到既定深度。
本例进刀点选在P(150,0),刀具在y=–15及y=15之间来回运动,逐渐加深铣削深度,当达到既定深度后,刀具在xy平面内运动,铣削凸轮轮廓。
为保证凸轮的工作表面有较好的表面质量,采用顺铣方式,即从P(150,0)从开始,对外凸轮廓,按顺时针方向铣削,对内凹轮廓按逆时针方向铣削,图4所示即为铣刀在水平面内的切入加工路线。
图4平面槽形凸轮的切入加工路线
a)直线切入外凸轮廓b)过渡圆弧切入内凹轮廓
4.选择刀具及切削用量
铣刀材料和几何参数主要根据零件材料切削加工性、工件表面几何形状和尺寸大小选择;切削用量是依据零件材料特点、刀具性能及加工精度要求确定。
通常为提高切削效率要尽量选用大直径的铣刀;侧吃刀量取刀具直径的1/3到1/2,背吃刀量应大于冷硬层厚度;切削速度和进给速度应通过试验选取效率和刀具寿命的综合最佳值。
精铣时切削速度应提高一些。
本例零件材料(铸铁)属于一般材料,切削加工性能较好,选用φ18mm硬质合金立铣刀,主轴转速取150~235r/min,进给速度取30~60mm/min。
槽深14mm,铣削余量分三次完成,第一次背吃刀量8mm,第二次背吃刀量5mm,剩下的1mm随同轮廓精铣一起完成。
凸轮槽两侧面各留0.5~0.7mm精铣余量。
在第二次进给完成之后,检测零件几何尺寸,依据检测结果决定进刀深度和刀具半径偏置量,分别对凸轮槽两侧面精铣一次,达到图样要求的尺寸。
5.基点坐标确定
分析此槽形凸轮轮廓线的特点有两点,其一是已知两圆求它们的公切线的两个切点坐标;其二是已知两圆及过渡圆半径,求它们的过渡圆的两个切点坐标。
为确定各切点A、B、C、D、E、F、G、H的坐标值,可用列方程的方法计算,也可用AutoCAD画出槽形凸轮轮廓线,然后从计算机上读出各切点的坐标值。
见下表3
表3平面槽形凸轮轮廓线各切点坐标值(mm)
切点
A点
B点
C点
D点
坐标
XA
YA
XB
YB
XC
YC
XD
YD
坐标值
–37.601
57.855
7.955
87.463
102.734
89.514
148.525
20.983
切点
E点
F点
G点
H点
坐标
XE
YE
XF
YF
XG
YG
XH
YH
坐标值
149.997
0.974
122.564
–56.044
54.839
–75.443
–7.539
–68.587
本例由于工艺比较简单,数控加工工序卡片及数控加工刀具卡片已省略,对复杂零件的两种卡片的制定可参考加工中心实例。
编程实例2:
已知铸铁板料180×180×20mm;¢16mm高速钢铣刀(T02、D02),¢10mm钻头(T03、D03)。
加工零件如图5所示:
零件加工程序如下(仅供参考)
AB10
N1G90G17M04S375T03D03
N2G0X0YOZ30
N3CYCLE81(10,0,3,-30)
N4G0X50Y0
N5MCALLCYCLE81(10,0,3,-30)
N6HOLES2(0,0,50,0,0,4)
N7MCALL
N8G0Z50
N9X150Y0
N10M05M00
图5
N11T05D05M04S475
N12G0G42X0Y0
N13POCKET4(10,0,3,-22,15,0,0,5,0.2,0,80,40,2,21,8,0,0,10,2)
N14G0X50Y0
N15MCALLPOCKET4(10,0,3,-22,15,0,0,5,0.2,0,80,40,2,21,8,0,0,10,2)
N16HOLES2(0,0,50,0,0,4)
N17MCALL
N18G0Z50
N19G40X150Y0
N20M05
N21M30
三、加工中心类(盖板零件加工中心的加工工艺)
盖板是机械加工中常见的零件,加工表面有平面和孔,通常需经过铣平面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔以及攻螺纹等工步才能完成。
下面以图6所示盖板为例介绍其加工工艺。
图6盖板零件简图
1.分析图样,选择加工内容
该盖板的材料为铸铁,故毛坯为铸件。
由图6可知,盖板的四个侧面为不加工表面,全部加工表面都集中在A、B面上。
最高精度为IT7级。
从工序集中和便于定位两个方面考虑,选择B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工,将A面作为主要定位基准,并在前道工序中先加工好。
2.选择加工中心
由于B面及位于B面上的全部孔,只需单工位加工即可完成,故选择立式加工中心。
加工表面不多,只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步,所需刀具不超过20把。
选用QM-40S型立式加工中心即可满足上述要求。
该机床工作台工作面尺寸为11500×5200mm,x轴行程为1000mm,y轴行程为520mm,z轴行程为505mm,定位精度和重复定位精度分别为±0.005mm(全程)和±0.002mm,刀库容量为24把,工件在一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步的加工。
3.设计工艺
(1)选择加工方法B平面用铣削方法加工,因其表面粗糙度Ra6.3μm,故采用粗铣—精铣方案;φ60H7孔为已铸出毛坯孔,为达到IT7级精度和Ra0.8μm的表面粗糙度,需经三次镗削,即采用粗镗—半精镗—精镗方案;对φ12H8孔,为防止钻偏和达到IT8级精度,按钻中心孔—钻孔—扩孔—铰孔方案进行;φ16mm孔在φ12mm基础上锪至尺寸即可;M16螺纹孔采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法,即按钻中心孔—钻底孔—倒角—攻螺纹方案加工。
(2)确定加工顺序按照先面后孔、先粗后精的原则确定。
具体加工顺序为粗、精铣B面;粗镗、半精镗、精镗φ60H7孔;钻各光孔和螺纹孔的中心孔;钻、扩、锪、铰φ12H8及φ16孔;M16螺孔钻底孔、倒角、和攻螺纹,详见表4。
(3)确定装夹方案和选择夹具该盖板零件形状简单,四个侧面较光整,加工面与不加工面之间的位置精度要求不高,故可选用通用台钳,以盖板底面A和两个侧面定位,用台钳钳口从侧面夹紧。
(4)选择刀具所需刀具有面铣刀、镗刀、中心钻、麻花钻、铰刀、立铣刀(锪φ16孔)及丝锥等,其规格根据加工尺寸选择。
B面粗铣铣刀直径应选小一些,以减小切削力矩,但也不能太小,以免影响加工效率;B面精铣铣刀直径应选大一些,以减少接刀痕迹,但要考虑到刀库允许装刀直径也不能太大。
刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。
(5)确定加工路线B面的粗、精铣削加工加工路线根据铣刀直径确定,因所选铣刀直径为φ100mm,故安排沿x方向两次进给(见图7)。
所有孔加工进给路线均按最短路线确定,因为孔的位置精度要求不高,机床的定位精度完全能保证,图8~图12所示的即为各孔加工工步的加工路线。
图7铣削B面加工路线
图8镗φ60H7孔加工路线
图9钻中心孔加工路线
图10钻、扩、铰φ12H8孔加工路线
图11锪φ16mm孔加工路线
图12钻螺纹底孔、攻螺纹加工路线
(6)选择切削用量查表确定切削速度和进给量,然后计算出机床主轴转速和机床进给速度,详见表(4)
4.数控加工工艺文件的制定
(1)按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及其切削用量等填入表4数控加工工序卡片中。
(2)将选定的各工步所用刀具的名称、规格、刀辅具型号等填入表5数控加工刀具卡片中。
表4数控加工工序卡片
(单位)
数控加工工序卡
产品名称
产品代号
零件名称
零件图号
盖板
(工序图略)
工序号
工序名称
设备名称
加工中心
夹具编号
夹具名称
设备型号
台钳
QM-40S
材料名称
材料牌号
切削液
铸铁
HT200
乳化液
程序编号
工时
车间
工
步
号
工步内容
刀
具
号
刀具
规格
(mm)
主轴
转速
(r·min-1)
切削
速度
(m·min-1)
进给速度
(mm·min-1)
或进给量(mm·r-1)
背吃
刀量
(mm)
备注
1
粗铣B平面留余量0.5mm
T01
Φ100
300
95
70
3.5
2
精铣B平面至尺寸
T13
Φ100
350
110
50
0.5
3
粗镗Φ60H7孔至Φ58mm
T02
Φ58
400
73
60
1
4
半精镗Φ60H7至Φ59.95mm
T03
Φ59.95
450
85
50
0.95
5
精镗Φ60H7孔至尺寸
T04
Φ60H7
500
95
40
0.05
6
钻4×Φ12H8、4×M16中心孔
T05
Φ3
1000
10
50
7
钻4×Φ12H8至Φ10
T06
Φ10
600
20
60
8
扩4×Φ12H8至Φ11.85
T07
Φ11.85
300
12
40
9
锪4×Φ16至尺寸
T08
Φ16
150
8
30
10
铰4×Φ12H8至尺寸
T09
Φ12H8
100
4
40
11
钻4×M16底孔至Φ14
T10
Φ14
450
20
60
12
倒4×M16底孔端角
T11
Φ18
300
17
40
13
攻4×M16螺纹孔
T12
M16
100
5
200
设计
日期
校对
日期
审核
日期
共1页
第1页
标记
处数
更改文件号
签字
日期
表5数控加工刀具卡
(单位)
数控加工刀具卡
产品名称
产品代号
零件名称
零件图号
盖板
设备名称
加工中心
设备型号
QM-40S
工序号
工序名称
程序编号
工步
刀具号
刀具
名称
刀柄
型号
刀具规格
刀片
备注
直径(mm)
长度(mm)
牌号
型号
1
T01
面铣刀
BT40-FMA25.4-60
Φ100
2
T13
面铣刀
BT40-FMA25.4-60
Φ100
3
T02
镗刀
BT40-BSB50-165
Φ58
4
T03
镗刀
BT40.40-110
Φ59.95
5
T04
镗刀
BT40.40-110
Φ60H7
6
T05
中心钻
BT40-APU13-110
Φ3
7
T06
麻花钻
BT40-APU13-110
Φ10
8
T07
扩孔钻
BT40-APU13-110
Φ11.85
9
T08
阶梯铣刀
BT40-EM16-63
Φ16
10
T09
铰刀
BT40-ER25-100
Φ12H8
11
T10
麻花钻
BT40-ER25-100
Φ14
12
T11
麻花钻
BT40-ER25-100
Φ18
13
T12
机用丝锥
BT40-ER25-100
M16
设计
日期
校对
日期
审核
日期
共1页
第1页
标记
处数
更改文件号
签字
日期
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