斯太爾插頭加工工藝設(shè)計

目 錄 文本成果 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 引言 1 1 設(shè)計任務分析 1 2 方案的初步選定 2 3 方案的詳細設(shè)計 2 3.1 斯太爾插頭材料和 毛坯選擇 2 3.2 斯太爾插頭加工工藝分析 3 3.2.1 安排加工工藝的順序時應先外后內(nèi) 3 3.2.2 粗、精加工階段要分開 3 3.3 斯太爾插頭加工工藝過程的確定 3 3.3.1 數(shù)控車床型號的確定 3 3.3.2 切削用量的確定 4 3.3.3 夾具的選擇 4 3.3.4 刀具的選擇 5 3.4 影響刀具磨損的原因分析 6 3.4.1 刀具材料 6 3.4.2 刀具的幾何角度 6 3.4.3 刀具的涂層 7 3.4.4 刀具刃口的強化 7 3.4.5 刀具的機械加工條件 7 3.5 斯太爾插頭加工工藝流程 9 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 4 總體評價 13 致謝 13 參考文獻 14 實際成果 斯太爾插頭零件實物 15臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 1 - 斯太爾插頭加工工藝設(shè)計 鄭 龍 摘要： 本文針對斯太爾插頭零件，詳細地分析了該零件的結(jié)構(gòu)特性，制定了合理的數(shù)控加工工藝路線，其中包括毛坯的選擇，加工設(shè)備的選型，夾具和刀具的型號確定，工藝卡片的制定，最終完成了斯太爾插頭 零件的加工過程。 關(guān)鍵詞： 斯太爾 加工工藝 設(shè)計說明書 引言 從 20 世紀中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關(guān)鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求 100%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 數(shù)控技術(shù)就是指一種采用計算機對機械加工過程中的各種控制信息進行數(shù)字化運算、處理、 并驅(qū)動單元對機械執(zhí)行構(gòu)件進行自動化控制的技術(shù)。世界各工業(yè)發(fā)達國家通過發(fā)展數(shù)控技術(shù)、建立數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，促使制造業(yè)跨入一個新的發(fā)展階段，給國民經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)帶來了巨大的變化。數(shù)控機床是世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容，它不但是機電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，還是汽車、石化、電子和現(xiàn)代醫(yī)療裝備等產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的主要手段。雖然數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)值遠不如汽車、化工等產(chǎn)業(yè)，但高效的數(shù)控機床給制造業(yè)帶來了現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式以及高倍率的效益增長，這是促進國民經(jīng)濟發(fā)展的巨大源動力。特別是數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)的擴展與延伸所產(chǎn)生的輻射作用和波及效果，足以給機械制造 業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)、制造方式及管理模式等帶來深刻的變化。 近年來，我國對數(shù)控加工和數(shù)控設(shè)備的應用呈突飛猛進之勢，包括以組合機床為主的大量生產(chǎn)方式現(xiàn)在都向以數(shù)控設(shè)備為主的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，社會上對掌握數(shù)控技術(shù)的人才需求越來越大，特別是對掌握數(shù)控加工技術(shù)的人才需求量更大。 1 設(shè)計任務分析 斯太爾類工件具有以下幾個特點：一是加工內(nèi)容多，需頻繁更換機床、刀具；二是加工精度要求高，采用普通機床加工質(zhì)量難以保證，且由于工藝流程長，周轉(zhuǎn)次數(shù)臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 2 - 多，生產(chǎn)效率難以提高；三是形狀復雜，且大部分為薄壁殼體， 通常都布置有平行孔系或垂直孔系 ,還有許多精度要求較高的軸承支承孔和精度要求較低的緊固用孔 ,工件剛度差，較難裝加。采用數(shù)控車床進行加工，憑借車床自身的精度和加工效率高、剛度好和自動換刀的特點。只要制定好工藝流程，設(shè)計采用合理的專用夾具和刀具，就完全可以解決上述問題。 2 方案的初步選定 3 方案的詳細設(shè)計 3.1 斯太爾插頭材料和毛坯選擇 斯太爾插頭 的材料采用壓鑄鋁合金。材料牌號 YL113(日本牌號 ADC12)， 毛坯為高壓鑄造，其鑄造方法有鑄件精 度高和生產(chǎn)效率很高的特點。 斯太爾插頭材料的選型 機床、夾具、刀具 的選擇 斯太爾插頭結(jié)構(gòu)工藝分析 斯太爾插頭數(shù)控加工工藝編制 定位基準、進給速度、背吃刀量的確定 加工工序的安排及程序的編寫 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 3 - 3.2 斯太爾插頭加工工藝分析 3.2.1 安排加工工藝的順序時應先外后內(nèi) 由于平面面積較大定位穩(wěn)定可靠，有利與簡化夾具結(jié)構(gòu)減少安裝變形。從加工難度來看，外圓比內(nèi)孔加工容易，因此，一般應先加工外圓。 3.2.2 粗、精加工階段要分開 斯太爾插頭 均為管型鋁件，加工余量較大，而在粗加工中切除的金屬較多，因而夾緊力、切削力都較大，切削熱也較多。經(jīng)過粗加工后，工件內(nèi)應力重新分布也會引起工件變形，因此，對加工精度影響較大。為此，把粗精加工分開進行，有利于把已加工后由于各種原因引起的 工件變形充分暴露出來，然后在精加工中將其消除。 3.3 斯太爾插頭加工工藝過程的確定 3.3.1 數(shù)控車床型號的確定 斯太爾插頭的加工采用 CK系列數(shù)控車床，該 C數(shù)控車床是萬能型數(shù)控車床，它集國內(nèi)外同類型數(shù)控車床的優(yōu)點；具有占地面積小，低能耗、高精度、高效率、高柔性、自動化程度高等優(yōu)點。與國內(nèi)外同類型產(chǎn)品相比另一個特點是性價比高；選用該機床可低投入，獲得高收益。 CK系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點： （ 1） 機床采用平床身斜滑鞍設(shè)計、整體剛性好、排屑流暢、利于防護嚴密。 （ 2） 獨有設(shè)計的主軸結(jié)構(gòu)，高剛性、高精度，選用國內(nèi)外高 精密主軸軸承、可進行精密零件加工。 （ 3） 采用世界名牌的液壓及電動轉(zhuǎn)塔刀架、定位準確、轉(zhuǎn)位迅速、可靠性高。 （ 4） 機床采用進口線性導軌，實現(xiàn)無間隙傳動，運動精確，低阻尼高精度，定位和重復定位精度高，便于維修 。 （ 5） 機床采用進口滾珠絲杠及絲杠專用軸承、螺母。有很高的精度和精度保持性。 （ 6） 主軸傳動無齒輪，采用交流伺服變頻電機或變頻電機驅(qū)動，大扭矩、寬調(diào)速、高轉(zhuǎn)速、高精度、低噪音。 （ 7） 機床采用自動潤滑系統(tǒng)，具有無油報警功能，以保障機械部件正常運轉(zhuǎn)。 （ 8） 精心設(shè)計機床防護系統(tǒng)，外形美觀，操作安全，無滲漏 ，易清理。 （ 9） 機床控制系統(tǒng)配置日本 FANUC，也可根據(jù)需求配置德國 SIEMENS等控制系統(tǒng)。 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 4 - 3.3.2 切削用量的確定 切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速度、背吃刀量和進給量。合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本，通常選擇較大的背吃刀量和進給量，采用較低的切削速度。精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和成本，通常選擇較小的背吃刀量和進給量，并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，以盡可能提高切削速度。 1. 背吃刀量的確定 在工藝系統(tǒng)剛度和機床 功率允許的情況下，盡可能選擇較大的背吃量，以減少進給次數(shù)切除加工余量，最好一次切除余量，以便提高生產(chǎn)效率。零件精度要求較高時，則應考慮留出精加工余量， 斯太爾插頭 所留的精加工余量一般取 0.1-0.15mm。 2. 進給量的確定 進給量的選擇應該與背吃刀量和切削速度相適應。在保證工件加工質(zhì)量的前提下，可以選擇較高的進給速度（ 200-250mm/min）。 S148離合器 箱體在加工精度和表面粗糙度要求較高時，進給速度一般在 260-270mm/min范圍內(nèi)選取。 3. 主軸轉(zhuǎn)速的確定 主軸轉(zhuǎn)速應根據(jù)允許的切削速度和工 件（或刀具）直徑來選擇。其計算公式為： n=1000v/ D 式中： v 切削速度， 單位為 m/min，由刀具的耐用度決定； n 主軸轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； D 工件或刀具直徑，單位為 mm。 斯太爾插頭 的材料是高壓鑄件，在精加工的方式下其切削速度選用 250m m/min，粗加工的切削速度選用 50-70mm/min。 3.3.3 夾具的選擇 數(shù)控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在帶可調(diào)卡爪的卡盤（三爪、四爪）中，由卡盤傳動旋轉(zhuǎn) ；另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾架頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉(zhuǎn)。 數(shù)控車床上的夾具，一般安裝在工作臺上，其形式根據(jù)被加工工件的特點可多種多樣。如：三爪卡盤 .四爪卡盤。 數(shù)控加工對夾具主要有兩大要求： 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 5 - 1、夾具應具有足夠的精度和剛度； 2、夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時，通?？紤]以下幾點： (1) 盡量選用可調(diào)整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間。 (2) 在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 (3) 裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間 。 (4) 夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。 斯太爾插頭 采用手動方式進行裝夾，調(diào)正夾具，固定裝夾。 此外，由于機床精度自身的保證，各軸承擋之間的同軸度也得到了有效的保證，從而使 斯太爾插頭 的加工質(zhì)量得到了顯著的提高，夾具設(shè)計簡單、實用，使用方便，取得了較好的應用效果。 3.3.4 刀具的選擇 在對一些效率車刀的特點和使用效果進行具體分析后，大致可歸納出以下五條選用車刀的基本原則 1、切削效率高，能在最短的機動時間內(nèi)完成零件的加工； 2、加工質(zhì)量好，能保證或提高零件的精度和光潔度； 3、輔助時間少，具有合理的刀具耐用度，刃磨方便，換刀快； 4、斷屑性能好 斷屑良好，排屑順利； 5、經(jīng)濟效果大 刀具制造方便，成本低，充分利用刀具切削部分的材料。 根據(jù)被加工零件胚料的制材和車刀的基本原則一級該 實習單位的條件，故選擇硬質(zhì)，涂層合金刀。 加工用的刀具表： 刀具號 刀具名稱 主軸轉(zhuǎn)速 加工余量 T01 90度外圓刀 1500 0.1 T02 外槽刀 1500 - T03 鏜孔刀 1500 - T04 尖刀 1500 - T05 60度外螺紋刀 1500 - 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 6 - 3.4 影響刀具磨損的原因分析 刀具堅硬，可隨著使用時間的推遲，刀具也會有一定的磨損，影響刀具磨損的幾種原因有哪些呢？通過匯總得出了幾種原因。 3.4.1 刀具材料 刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素，對于加工效率、加工 質(zhì)量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。 刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾，也是刀具材料所應克服的一個關(guān)鍵。對于石墨刀具，普通的 tialn 涂層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的，也就是鈷含量稍高一點的；對于金剛石涂層石墨刀具，可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的，也就是鈷含量稍低一點的 。 3.4.2 刀具的幾何角度 石墨刀具選擇合適的幾何角度，有助于減小刀具的振動，反過來，石墨工件也不容易崩缺 : 1.前角，采用負前角加工石墨時，刀具刃口強度較好，耐沖擊和 摩擦的性能好，隨著負前角絕對值的減小，后刀面磨損面積變化不大，但總體呈減小趨勢，采用正前角加工時，隨著前角的增大，刀具刃口強度被削弱，反而導致后刀面磨損加劇。負前角加工時，切削阻力大，增大了切削振動，采用大正前角加工時，刀具磨損嚴重，切削振動也較大。 2.后角，如果后角的增大，則刀具刃口強度降低，后刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過大后，切削振動加強。 3.螺旋角，螺旋角較小時，同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長最長，切削阻力最大，刀具承受的切削沖擊力最大，因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是最大的。當螺旋角去 較大時，銑削合力的方向偏離工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削沖擊加劇，因而刀具磨損、銑削力和切削振動也都有所增大。因此，刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、后角及螺旋角綜合產(chǎn)生的，所以在選擇方面一定要多加注意。 通過對石墨材料的加工特性做了大量的科學測試， para 刀具優(yōu)化了相關(guān)刀具的幾何角度，從而使得刀具的整體切削性能大大提高。 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 7 - 3.4.3 刀具的涂層 金剛石涂層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點，現(xiàn)階段金剛石涂層是石墨加工刀具的最佳選擇，也最能體現(xiàn)石墨刀具優(yōu)越的使用性 能；金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具的優(yōu)點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質(zhì)合金的強度及斷裂韌性；但是在國內(nèi)金剛石涂層技術(shù)還處于起步階段，還有成本的投入都是很大的，所以金剛石涂層在近期不會有太大發(fā)展，不過我們可以在普通刀具的基礎(chǔ)上，優(yōu)化刀具的角度，選材等方面和改善普通涂層的結(jié)構(gòu)，在某種程度上是可以在石墨加工當中應用的。 金剛石涂層刀具和普通涂層刀具的幾何角度有本質(zhì)的區(qū)別，所以在設(shè)計金剛石涂層刀具時，由于石墨加工的特殊性，其幾何角度可適當放大，容削槽也變大，也不會降低其刀具鋒口的耐磨性；對于普通的 tialn 涂層，雖然比無 涂層的刀具其耐磨有顯著的提高，但比起金剛石涂層來說，在加工石墨時它的幾何角度應適當放小，以增加其耐磨性。 對金剛石涂層來說，目前世界上眾多的涂層公司均投入大量的人力和物力來研究開發(fā)相關(guān)涂層技術(shù)，但是至今為止，國外成熟而又經(jīng)濟的涂層公司僅僅限于歐洲； para作為一款優(yōu)秀的石墨加工刀具，同樣采用目前世界最先進的涂層技術(shù)對刀具進行表面處理，以確保加工壽命的同時，保證刀具的經(jīng)濟實用。 3.4.4 刀具刃口的強化 刀具刃口鈍化技術(shù)是一個還不被人們普遍重視，而又是十分重要的問題。金剛石砂輪刃磨后的硬質(zhì)合金刀具刃口， 存在程度不同的微觀缺口（即微小崩刃與鋸口）。石墨高速切削加工刀具性能和穩(wěn)定性提出了更高的要求，特別是金剛石涂層刀具在涂層前必須經(jīng)過刀口的鈍化處理，才能保證涂層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化目的就是解決上述刃磨后的刀具刃口微觀缺口的缺陷，使其鋒值減少或消除，達到圓滑平整，既鋒利堅固又耐用的目的。 3.4.5 刀具的機械加工條件 選擇適當?shù)募庸l件對于刀具的壽命有相當大的影響。 1.切削方式（順銑和逆銑），順銑時的切削振動小于逆銑的切削振動。順銑時的刀具切入厚度從最大減小到零，刀具切入工件后不會出現(xiàn)因切不下切 屑而造成的彈刀現(xiàn)象，工藝系統(tǒng)的剛性好，切削振動?。荒驺姇r，刀具的切入厚度從零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄將在工件表面劃擦一段路徑，此時刃口如果遇到石墨材料中臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 8 - 的硬質(zhì)點或殘留在工件表面的切屑顆粒，都將引起刀具的彈刀或顫振，因此逆銑的切削振動大； 2.吹氣（或吸塵）和浸漬電火花液加工，及時清理工件表面的石墨粉塵，有利于減小刀具二次磨損，延長刀具的使用壽命，減少石墨粉塵對機床絲杠和導軌的影響 。 3.選擇合適的高轉(zhuǎn)速及相應的大進給量。 綜述以上幾點，刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口的強化及機械加工條件，在刀具 的使用壽命中扮演者不同的角色，缺一不可，相輔相成的。一把好的石墨刀具，應具備流暢的石墨粉排屑槽、長的使用壽命、能夠深雕刻加工、能節(jié)約加工成本。 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 9 - 3.5 斯太爾插頭加工工藝流程 斯太爾插頭零件加工程序 A面： T0101 / 外圓 G0 X40 Z0 G1 X0 F100 X36.3 Z-9.2 G0 U2 Z2 X34 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 10 - G1 Z-5.7 F100 G0 U2 Z2 X32.7 G1 Z-5.7 F100 X36.3 Z-26.1 G0 X60 Z60 T0202 / 外槽 G0 X33 Z-3.5 G1 X30.5 F80 X37 F100 Z-11.7 X31 F80 X34.8 F100 Z-26.1 G0 X37 Z-11.7 G1 X33.3 F100 Z-26.1 G0 X37 Z-11.7 G1 X31.8 F100 Z-26.1 G0 U2 Z-19.5 G1 X23 F80 G0 X37 X60 Z60 T0303 / 尖刀 G0 X37 Z-10.7 G1 X25 F80 X37 F150 Z-22.9 X25 F80 X31 F150 W0.5 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 11 - X30 W-0.5 F80 G0 X37 G0 X60 Z60 T0404 / 鏜孔刀 G0 X9.95 Z2 G1 Z-10.6 F80 G0 U-0.5 Z2 X60 Z60 T0101 G0 X33 Z0 G1 X0 F150 X31.7 F100 X32.7 Z-0.5 F80 Z-5.7 F100 X35.3 X36.3 W-0.5 F80 W-1 F100 G0 X60 Z60 M5 T0100 M30 B面： S1000 M3 T0101 / 外圓 G0 X40 Z0 G1 X0 F100 X35 Z-10 G0 U2 Z2 X33 G1 Z-10 F100 G0 U2 Z2 X31 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 12 - G1 Z-26.5 F100 X36.3 G0 X60 Z60 T0202(鏜孔刀 ) G0 X10.5 Z2 G1 Z-23.1 F100 G0 U-0.5 Z2 X12.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X14.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X16.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X18.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z0 G1 X18.7 F100 X20.7 Z-1 F80 Z-8.6 F100 X9.5 X10.5 W0.5 G0 U-0.5 Z2 X60 Z60 T0303 / 內(nèi)槽 G0 X20.5 Z2 G1 Z-8.6 F150 X22 F60 X21 F150 W0.5 X22 W-0.5 F100 臺州科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 13 - G0 U-2 Z80 T0404 / 內(nèi)螺紋 G0 X20 Z5 G92 X21.3 Z-6.1 F1.5 P0 X21.7 X22.05 X22.15 X22.2 X22,2 G0 X80 Z80 M5 T0100 M30 4 總體評價 斯太爾插頭零件的數(shù)控加工主要是在對零件的圖紙的分析基礎(chǔ)上進而設(shè)計合理的加工工藝方案 ,其中包括毛坯、刀具、夾具、切削用量的選擇等設(shè)備及工藝參數(shù)的正確選擇，最終編制出最合理的數(shù) 控加工程序，然后對工件進行試切檢查程序數(shù)據(jù)是否正