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配合件毕业设计.rar

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    编号:20180802233205156    类型:共享资源    大小:153.01KB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    金币
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    配合 毕业设计
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    三.零件的数控加工工艺分析(一)数控加工的基础知识1.概述零件的数控加工过程在数控机床上加工零件时,首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化。先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数、刀具参数,再按数控机床规定采用的代码和程序格式,将与加工零件有关的信息如工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数(主轴转速、切削进给量、背吃刀量)以及辅助操作(换刀、主轴的正转与反转、切削液的开与关)等编制成数控加工程序,然后将程序输入到数控装置中,经数控装置分析处理后,发出指令控制机床进行自动加工。数控车床工作过程:如图所示。数控车床工作大致分为下面几个步骤:1)根据零件图要求的加工技术内容,进行数值计算、工艺处理和程序设计。2)将数控程序按数控车床规定的程序格式编制出来,并以代码的形式完整记录在存储介质上,通过输入(手工、计算机传输等)方式,将加工程序的内容输送到数控装置。3)由数控系统接收来的数控程序(NC代码) ,NC代码是由编程人员在CAM软件上生成或手工编制的,它是一个文本数据,表现比较直观,较容易地被编程人员直接理解,但却无法为软件直接利用。4)根据X、Z等运动方向的电脉冲信号由伺服系统处理并驱动机床的运动结构(主轴电动机、进给电动机等)动作,使机床自动完成相应零件的加工。2.切削加工必须具备的两种运动1)主运动:主运动是切除工件多余金属层,形成工件新表面的必要运动。它是由机床提供的主要运动。主运动的特点是速度最高,消耗功率最多。切削加工中只有一个主运动,它可由工件完成,也可由刀具完成。如车削时工件的旋转运动、铣削和钻削时和钻头的旋转运动等都是主运动。2)进给运动:进给运动是把切削金属层间断或连续投入切削的一种运动,与主运动相配合即可不断切削金属层,获得所需的表面。进给运动的特点是速度小、消耗功率少。切削加工中进给运动可以是一个、两个或多个。它可以是连续的运动,如车削外圆时,车刀平行于工件轴线的纵向运动;也可以是间断的运动,如刨削是工件或刀具的横向运动。3.切削要素 4.金属切削过程的控制5.切削用量及切削液的选择(1)切削用量的确定切削用量用来衡量切削运动量的大小。 在一般的切削加工中,切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。 1)切削速度vc 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。单位为m/s或m/min. 若主运动为旋转运动,切削速度一般为其最大的线速度。可按下式计算: vc=πdn/1000 m/s或m/min 式中: d—工件或刀具的直径,mm; n—工件或刀具的转速,r/s或r/min。 若主运动为往复直线运动(如刨削、插削等),则常以其平均速度为切削速度,即:vc=2Lnr/1000 m/s或m/min 式中 L —往复行程长度(mm) nr —主运动每秒或每分钟的往复次数,st/s或str/min 2)进给量 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。 用单齿刀具(如车刀、刨刀等)加工时,进给量常用刀具或工件每转或每行程,刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量,称为每转进给量或每行程进给量,以f表示,单位为mm/r或mm/st (图1-3)。 用多齿刀具(如铣刀、钻头等)加工时,进给运动的瞬时速度称进给速度,以vf表示,单位为mm/s或mm/min。 刀具每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量称每齿进给量,以fz表示,单位为mm/z。 每齿进给量、进给量和进给速度之间有如下关系:vf=fn=fzzn mm/s或mm/min 式中 n — 刀具或工件转速,r/s或r/minz —刀具的齿数。 3)背吃刀量ap 在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中,垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸,称为背吃刀量(图1-3),单位mm。 车削时,可用下式计算: dp=(dw-dm)/2 mm 式中 dw — 工件待加工表面(图1-4)直径(mm );dm — 工件已加工表面直径(mm )。(2)切削液的选择首先要了解到油基和水基切削液的特性。一般来说,油基切削液的润滑性能好,而水基切削液冷却性能好,而乳化液即具有一定的润滑性和防锈性,又有一定的冷却性和清洗性,但是容易产生微生物而发生分解变质。 主要从下列几个方面考虑切削液的选择 1)根据工件材料选择 工件材料的可切削性对切削液的选择具有重要的意义。切削加工的具体情况和要求不同,切削加工的难易程度就不同。粗加工时,要求刀具的磨损慢和加工生产率高;精加工时,要求工件有高的精度和较小的表面粗糙度。 对于难加工的材料应选用活性高 、含抗磨 、极压添加剂的切削液;对于容易加工的材料则选用不含极压添加剂的切削液。 切削有色金属和轻金属时,切削力和切削温度都不高,可选用矿物油和高浓度乳化液。切削合金钢时,如果切削量较低 、表面粗糙度要求较小(如拉削以及螺纹切削),此时需要优异润滑性能的切削液,可选用 极压切削油和高浓度乳化液。切削铸铁与青铜等脆性材料时,切削中常形成崩碎切屑,容易随切削液到处流动,流入机床导轨之间造成部件损坏,可使用冷却和清洗性能好的低浓度乳化液。 2)根据工件方法选择 较高切削速度的粗加工中(例如:车削、铣削、钻削),要求切削液具有良好的冷却性能,这时应选用水基切削液以及低浓度乳化液。 在一些精密的高强度加工中(例如:拉削 、攻丝 、深孔 钻削 、齿轮加工),此时需要切削液具有优异的润滑性能,可选用极压切削油和高浓度乳化液。 a .工具钢刀具:此类刀具的耐热温度在 200 — 300 o C ,耐热性能差,高温下会失去硬度,因此要求采用冷却性能好的切削液,以低浓度乳化液为宜。 b .高速钢刀具:高速粗切削时,切削量大,产生大量的切削热,为避免工件烧伤而影响加工质量,应采用冷却性好的水基切削液;如果用高速钢刀具进行中 、 低速的精加工时,为减小刀具和工件的摩擦黏结,抑制切削瘤生成,提高加工精度,一般采取油基切削液或高浓度乳化液。 c .硬质合金刀具:此类刀具熔点和硬度较高,化学和热稳定性较好,切削和耐磨性能比高速钢刀具要好的多。在一般的加工中可使用油基切削液。如果是重切削时,切削温度很高,容易极快磨损刀具,此时应使用流量充足的冷却润滑液,以 3% — 5% 的乳化液为宜(采用喷雾冷却,效果更好)。 d .陶瓷刀具 、 金刚石刀具 、 立方氮化硼刀具:这些刀具硬度和耐磨性较高,切削时一般不使用切削液,有时也可使用水基切削液。 3)根据机床要求选择 选择切削液时,必须要考虑到机床结构是否适应。一般要按照机床说明书规定的切削液品种,如没有特殊理由不要轻易更改,以免导致机床损坏。 根据经济效益选择 选择切削液必须进行综合的经济分析,正确的评价切削液的经济效益。费用大致有:购买切削液的费用 、 切削液的管理费用 、 切削刀具的耗损费 、 生产效率的提高 、 切削液的使用周期 、 切削液的废弃处理费用等诸多方面。 在加工产品的总费用里,购买切削液的费用只占很小一部分,如果正确地选用了切削液而改善了产品质量和操作环境,提高了加工效率,延长刀具的耐用度,减少了切削液补充 、 管理的费用 ….. 从而带来显著的经济效益。如果选用不当,会产生相反的效果。所以需要进行综合的经济分析。 4)其他方面的考虑 如果选用了油基切削液,就需要强调防火安全性;如果选用了水基切削液,就应考虑切削液的排放问题,企业应具备废液处理设施和采取相应措施。另外需要遵循安全卫生法 、 消防法 、 污水排放法等法规。 (3)切削液的作用(1)润滑作用:金属切削加工液(简称切削液)在切削过程中的润滑作用,可以减小前刀面与切屑,后刀面与已加工表面间的摩擦,形成部分润滑膜,从而减小切削力、摩擦和功率消耗,降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损,改善工件材料的切削加工性能。在磨削过程中,加入磨削液后,磨削液渗入砂轮磨粒-工件及磨粒-磨屑之间形成润滑膜,使界面间的摩擦减小,防止磨粒切削刃磨损和粘附切屑,从而减小磨削力和摩擦热,提高砂轮耐用度以及工件表面质量。(2)冷却作用:切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具(或砂轮)、切屑和工件间的对流和汽化作用把切削热从刀具和工件处带走,从而有效地降低切削温度,减少工件和刀具的热变形,保持刀具硬度,提高加工精度和刀具耐用度。切削液的冷却性能和其导热系数、比热、汽化热以及粘度(或流动性)有关。水的导热系数和比热均高于油,因此水的冷却性能要优于油。(3)清洗作用:在金属切削过程中,要求切削液有良好的清洗作用。除去生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒,防止机床和工件、刀具的沾污,使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利,不致影响切削效果。对于油基切削油,粘度越低,清洗能力越强,尤其是含有煤油、柴油等轻组份的切削油,渗透性和清洗性能就越好。含有表面活性剂的水基切削液,清洗效果较好,因为它能在表面上形成吸附膜,阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂轮上,同时它能渗入到粒子和油泥粘附的界面上,把它从界面上分离,随切削液带走,保持切削液清洁。(4)防锈作用:在金属切削过程中,工件要与环境介质及切削液组分分解或氧化变质而产生的油泥等腐蚀性介质接触而腐蚀,与切削液接触的机床部件表面也会因此而腐蚀。此外,在工件加工后或工序之间流转过程中暂时存放时,也要求切削液有一定的防锈能力,防止环境介质及残存切削液中的油泥等腐蚀性物质对金属产生侵蚀。特别是在我国南方地区潮湿多雨季节,更应注意工序间防锈措施。(5)其它作用:除了以上4种作用外,所使用的切削液应具备良好的稳定性,在贮存和使用中不产生沉淀或分层、析油、析皂和老化等现象。对细菌和霉菌有一定抵抗能力,不易长霉及生物降解而导致发臭、变质。不损坏涂漆零件,对人体无危害,无刺激性气味。在使用过程中无烟、雾或少烟雾。便于回收,低污染,排放的废液处理简便,经处理后能达到国家规定的工业污水排放标准等。 6.机床夹具的选择各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备,称机床夹具,如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。(1)机床夹具的用途(2)机床夹具的组成(3)机床夹具的分类7.数控加工的工艺基础(1)工序工步的概念工序:工序是产品制造过程中的基本环节,也是构成生产的基本单位.即一个或一组工人,在一个工作地点对同一个或同时对几个工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程。工步:工序又可分成若干工步。加工表面不变、切削刀具不变、切削用量中的进给量和切削速度基本保持不变的情况下所连续完成的那部分工序内容。(2)工艺规程制定的步骤及方法a.零件的工艺性分析数控加工工艺性分析涉及面很广,在此仅从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析。零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则1.零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点在数控加工零件图上,应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程,也便于尺寸之间的相互协调,在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面,而不得不采用局部分散的标注方法,这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高,不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性,因此可将局部的分散标注法改为同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。2.构成零件轮廓的几何元素的条件应充分在手工编程时要计算基点或节点坐标。在自动编程时,要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时,要分析几何元素的给定条件是否充分。如圆弧与直线,圆弧与圆弧在图样上相切,但根据图上给出的尺寸,在计算相切条件时,变成了相交或相离状态。由于构成零件几何元素条件的不充分,使编程时无法下手。遇到这种情况时,应与零件设计者协商解决。零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。这样可以减少刀具规格和换刀次数,使编程方便,生产效益提高。2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小,因而内槽圆角半径不应过小。零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关。3)零件铣削底平面时,槽底圆角半径r不应过大。 4)应采用统一的基准定位。在数控加工中,若没有统一基准定位,会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。因此要避免上述问题的产生,保证两次装夹加工后其相对位置的准确性,应采用统一的基准定位。零件上最好有合适的孔作为定位基准孔,若没有,要设置工艺孔作为定位基准孔(如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔)。若无法制出工艺孔时,最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准,以减少两次装夹产生的误差。此外,还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证、有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。b.选择毛坯毛坯的确定在制订机械加工工艺规程时,正确选择合适的毛坯,对零件的加工质量、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.毛坯的种类(1) 铸件铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。较常用的是砂型铸造,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,采用金属型机器造型法。铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。(2) 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,但成本也高,适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。(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) 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。(5) 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.毛坯选择时应考虑的因素(1) 零件的材料及机械性能要求零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。例如铸铁零件用铸造毛坯;钢质零件当形状较简单且力学性能要求不高时常用棒料,对于重要的钢质零件,为获得良好的力学性能,应选用锻件,当形状复杂力学性能要求不高时用铸钢件;有色金属零件常用型材或铸造毛坯。(2) 零件的结构形状与外形尺寸大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻;结构复杂的毛坯多用铸造;小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯;板状钢质零件多用锻件毛坯;轴类零件的毛坯,若台阶直径相差不大,可用棒料;若各台阶尺寸相差较大,则宜选择锻件。(3) 生产纲领的大小大批大量生产中,应采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法。铸件采用金属模机器造型和精密铸造,锻件用模锻或精密锻造。在单件小批生产中用木模手工造型或自由锻来制造毛坯。 (4) 现有生产条件确定毛坯时,必须结合具体的生产条件,如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等,否则就不现实。(5) 充分利用新工艺、新材料为节约材料和能源,提高机械加工生产率,应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用,这样,可大大减少机械加工量,甚至不需要进行加工,经济效益非常显著。c.确定装夹方案d.工艺路线设计:加工方法的选择;加工阶段的划分;工序的划分;机械加工顺序的安排(遵循先粗后精、先主后次、基面先行、先面后孔、先内后外等原则) ;热处理工序的安排。参考《机械制造工艺学》第32、33页e.辅助工序的安排辅助工序的种类较多,包括检验、去毛刺、倒棱、清洗、防锈、去磁及平衡等。辅助工序也是必要的工序,若安排不当或遗漏,将会给后继工序和装配带来困难,影响产品质量,甚至使机器不能使用。例如,未去净的毛刺将影响装夹精度、测量精度、装配精度以及工人安全;润滑油中未去净的切削,将影响机器的使用质量;研磨后清洗过的会带入残存的沙粒,加剧工件在使用中的磨损;用磁力夹紧的工件没有安排去磁工序,会使带有磁性的工件进入装配线,影响装配质量。因此,要重视辅助工序的安排。辅助工序的安排不难掌握,问题是常被遗忘。检验工序更是必不可少的工序。它对保证质量、防止长生废品起到重要作用。除了工序中自检外,需要在下列场合单独安排检验工序;1)粗加工阶段结束后。2)重要工序前后。3)送往外车间加工的前后,如热处理工序前后。4)全部加工工序完成后。有些特殊的检验,如探伤等检查工件的内部质量,一般都安排在精加工阶段。密封性检验、工件的平衡和重量检验,一般都安排在工艺过程最后进行。f.工序间的衔接:如:对毛坯热处理的要求;作为定位基准的孔和面的精度是否满足要求;是否为后道工序留有加工余量,留多大等,都应衔接好。(3)加工余量的确定1)加工余量的概念:加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度。2)加工余量的影响因素:加工余量的大小对于工件的加工质量和生产率均有较大的影响。a、上工序的各种表面缺陷和误差的因素1、表面粗糙度Ra和缺陷层Da2、上工序的尺寸公差Ta3、上工序的形位误差ρab、本工序加工时的装夹误差ζb3)确定加工余量的方法:确定加工余量的方法有下列三种。1、查表法根据各工厂的生产实践和试验研究积累的数据,先制成各种表格,再汇集成手册。确定加工余量时查阅这些手册,再结合工厂的实际情况进行适当修改后确定。目前,我国各工厂广泛采用查表法。2、经验估计法本法是根据实际经验确定加工余量。一般情况下,为防止因余量过小而产生废品,经验估计的数值总是偏大。经验估计法常用于单件小批生产。3、分析计算法本法是根据上述加工余量计算公式和一定的试验资料,对影响加工余量的各项因素进行分析,并计算确定加工余量。这种方法比较合理,但必须有比较全面和可靠的试验资料。目前,只在材料十分贵重以及军工产或少数大量生产的工厂中采用。在确定加工余量时,要分别确定加工总余量和工序余量。加工总余量的大小与选择的毛坯制造精度有关。用查表法确定工序余量时,粗加工工序余量不能用查表法得到,而是由总余量减去其他各工序余量而得。(4)工序尺寸及其公差的确定参考《机械加工工工艺》第163页和《机械制造工艺学》第37页(5)数控加工专用技术文件的编写
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