機(jī)械制造工藝學(xué)（第3版）課件：成型面軸類零件機(jī)械加工工藝分析

機(jī)械制造工藝學(xué)成型面軸類零件機(jī)械加工工藝分析圖2-23所示為一具有成型面結(jié)構(gòu)的軸類零件，單件小批生產(chǎn)，45鋼棒料，無熱處理和硬度要求，試制定其機(jī)械加工工藝過程卡，要求采用數(shù)控車床加工。

圖2-23典型軸類零件任務(wù)中軸類零件含多段圓弧表面且有外螺紋，如采用傳統(tǒng)車床加工保證其尺寸精度尤其是形狀精度比較困難，故采用數(shù)控車床加工，合理確定切削用量，實(shí)現(xiàn)其加工目標(biāo)。數(shù)控車削加工工藝一、數(shù)控車削加工的主要對(duì)象1.輪廓形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件2.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件

3.帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件圖2-24成形內(nèi)腔零件示例二、數(shù)控車削加工工藝分析(一)數(shù)控車削加工零件的工藝性分析1.零件圖分析(1)尺寸標(biāo)注方法分析零件圖上尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控車床加工的特點(diǎn)，如圖2-25所示，應(yīng)以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。圖2-25尺寸標(biāo)注方法分析(2)輪廓幾何要素分析如圖2-26所示，根據(jù)尺寸計(jì)算，圓弧與斜線相交而并非相切。又如圖2-27所示，給定的幾何條件自相矛盾，總長(zhǎng)不等于各段長(zhǎng)度之和。圖2-27幾何元素缺陷示例二圖2-26幾何元素缺陷示例一(3)精度及技術(shù)要求分析主要內(nèi)容如下：1)分析精度及各項(xiàng)技術(shù)要求是否齊全、是否合理。2)分析本工序的數(shù)控車削加工精度能否達(dá)到圖樣要求，若達(dá)不到，需采取其他措施(如磨削)彌補(bǔ)的話，則應(yīng)給后續(xù)工序留有余量。3)找出圖樣上有位置精度要求的表面，這些表面應(yīng)在一次安裝下完成。4)對(duì)表面粗糙度要求較高的表面，應(yīng)確定用恒線速度切削。2.結(jié)構(gòu)工藝性分析在數(shù)控車床上加工零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)數(shù)控車削的特點(diǎn)，認(rèn)真審視零件結(jié)構(gòu)的合理性。2.結(jié)構(gòu)工藝性分析在數(shù)控車床上加工零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)數(shù)控車削的特點(diǎn)，認(rèn)真審視零件結(jié)構(gòu)的合理性。3.零件安裝方式的選擇在數(shù)控車床上零件的安裝方式與普通車床一樣，要合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案，主要注意以下兩點(diǎn)。1)力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一，這樣有利于提高編程時(shí)數(shù)值計(jì)算的簡(jiǎn)便性和精確性。2)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后，加工出全部待加工面。(二)數(shù)控車削加工工藝路線的擬訂1.加工方法的選擇在數(shù)控車床上，能夠完成內(nèi)外回轉(zhuǎn)體表面的車削、鉆孔、鏜孔、鉸孔和攻螺紋等加工操作，具體選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸及生產(chǎn)類型等因素，選用相應(yīng)的加工方法和加工方案。2.加工工序劃分在數(shù)控車床上加工零件，工序可以比較集中，一次裝夾應(yīng)盡可能完成全部工序。常用的工序劃分原則有以下兩種。(1)保持精度原則數(shù)控加工要求工序盡可能集中，通常粗、精加工在一次裝夾下完成，但為減少熱變形和切削力變形對(duì)形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，也可將粗、精加工分開進(jìn)行。(2)提高生產(chǎn)效率的原則為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時(shí)間，應(yīng)將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其他部位。同時(shí)應(yīng)盡量減少空行程，用同一把刀加工多個(gè)部位時(shí)，應(yīng)以最短的路線到達(dá)各加工部位。實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控加工工序的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求等情況綜合考慮。3.加工路線的確定在數(shù)控加工中，刀具(嚴(yán)格說是刀位點(diǎn))相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向稱為加工路線，即刀具從對(duì)刀點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)起，直至結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑。包括：切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線的確定原則：首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，其次考慮數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單、走刀路線盡量短、效率較高等。因精加工的加工路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的，因此確定進(jìn)給路線的工作重點(diǎn)是確定粗加工及空行程的加工路線。數(shù)控車削加工零件時(shí)常用的加工路線：例(1)車圓錐的加工路線分析(2)車圓弧的加工路線分析(3)輪廓粗車加工路線分析(4)車螺紋時(shí)的軸向進(jìn)給距離分析4.車削加工順序的安排制訂車削加工順序一般遵循下列原則。(1)先粗后精按照粗車—半精車—精車的順序進(jìn)行，逐步提高加工精度。(2)先近后遠(yuǎn)在一般情況下，離對(duì)刀點(diǎn)近的部位先加工，離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。如圖2-36所示，當(dāng)?shù)谝坏冻缘读课闯迺r(shí)，應(yīng)該按——的次序先近后遠(yuǎn)地安排車削順序。圖2-36先近后遠(yuǎn)圖2-35先粗后精(3)內(nèi)外交叉對(duì)既有內(nèi)表面(內(nèi)型腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工順序時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工，后進(jìn)行內(nèi)外表面精加工。(4)基面先行原則(三)數(shù)控車削加工工序的設(shè)計(jì)1.夾具的選擇車削加工主要用于加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、回轉(zhuǎn)成形面、螺紋及端面等。根據(jù)零件繞車床主軸軸心旋轉(zhuǎn)而形成這一加工特點(diǎn)和夾具在車床上安裝的位置，可將車床夾具分為兩種基本類型:一類是安裝在車床主軸上的夾具；另一類是安裝在滑板或床身上的夾具。2.刀具的選擇(1)常用車刀種類及用途數(shù)控車削常用車刀一般分尖形車刀、圓弧形車刀和成形車刀三類。圖2-38常用車刀的種類、形狀和用途1—切斷刀2—90°左偏刀3—90°右偏刀4—彎頭車刀5—直頭車刀6—成形車刀7—寬刃精車刀8—外螺紋車刀9—端面車刀10—內(nèi)螺紋車刀11—內(nèi)槽車刀12—通孔車刀13—不通孔車刀(3)切削用量的選擇數(shù)控編程時(shí)，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。切削用量的選擇原則：保證零件加工精度和表面粗糙度充分發(fā)揮刀具的切削性能保證合理的刀具耐用度充分發(fā)揮機(jī)床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。圖2-39機(jī)夾可典型結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)位車刀1—刀桿2—刀片3—刀墊4—夾緊元件(2)機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的選用目前，數(shù)控機(jī)床上大多使用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化刀具，對(duì)機(jī)夾可轉(zhuǎn)位外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標(biāo)準(zhǔn)及系列化型號(hào)。(四)數(shù)控車削加工中的裝刀與對(duì)刀技術(shù)1.車刀的安裝在實(shí)際切削中，車刀安裝的高低，車刀刀桿軸線是否垂直，對(duì)車刀角度有很大影響。以車削外圓(或橫車)為例：當(dāng)車刀刀尖高于工件軸線時(shí)，因其車削平面與基面的位置發(fā)生變化，使前角增大，后角減?。环粗?，則前角減小，后角增大；圖2-40車刀安裝角度示意圖a)“-”的傾斜角度(增大刀具切削力)b)“+”的傾斜角度(減小刀具切削力)車刀安裝的歪斜，對(duì)主偏角、副偏角影響較大，特別是在車螺紋時(shí)，會(huì)使牙形半角產(chǎn)生誤差。因此，正確地安裝車刀，是保證加工質(zhì)量，減小刀具磨損，提高刀具使用壽命的重要步驟。2.刀位點(diǎn)刀位點(diǎn)是指在加工程序編制中，用以表示刀具特征的點(diǎn)，也是對(duì)刀和加工的基準(zhǔn)點(diǎn)。圖2-41各類車刀的刀位點(diǎn)3.對(duì)刀在加工程序執(zhí)行前，調(diào)整每把刀的刀位點(diǎn)，使其盡量重合于某一理想基準(zhǔn)點(diǎn)，這一過程稱為對(duì)刀。理想基準(zhǔn)點(diǎn)可以設(shè)在基準(zhǔn)刀的刀尖上，也可以設(shè)定在對(duì)刀儀的定位中心(如光學(xué)對(duì)刀鏡內(nèi)的十字刻線交點(diǎn))上。對(duì)刀一般分為手動(dòng)對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀兩大類。圖2-42數(shù)控車床常用的試切對(duì)刀方法a)93°車刀X方向?qū)Φ禸)93°車刀Z方向?qū)Φ禼)兩把刀X方向?qū)Φ禿)兩把刀Z方向?qū)Φ?.換刀點(diǎn)位置的確定換刀點(diǎn)是指在編制加工中心、數(shù)控車床等多刀加工的各種數(shù)控機(jī)床所需加工程序時(shí)，相對(duì)于機(jī)床固定原點(diǎn)而設(shè)置的一個(gè)自動(dòng)換刀或換工作臺(tái)的位置。換刀的位置可設(shè)定在程序原點(diǎn)、機(jī)床固定原點(diǎn)或浮動(dòng)原點(diǎn)上，其具體的位置應(yīng)根據(jù)工序內(nèi)容而定。為了防止在換(轉(zhuǎn))刀時(shí)碰撞到被加工零件或夾具，除特殊情況外，其換刀點(diǎn)都設(shè)置在被加工零件的外面，并留有一定的安全區(qū)。

該零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及雙線螺紋等表面組成，其中多個(gè)直徑尺寸有較嚴(yán)的尺寸公差要求；球面Sφ50mm的尺寸公差還兼有控制該球面形狀(線輪廓)誤差的作用。尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。零件材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。1.零件圖工藝分析1)對(duì)圖樣上給定的幾個(gè)精度要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時(shí)不必取平均值，而全部取其公稱尺寸即可。2)在輪廓曲線上，有三處為過象限圓弧，其中兩處為既過象限又改變進(jìn)給方向的輪廓曲線，因此在加工時(shí)應(yīng)進(jìn)行機(jī)械間隙補(bǔ)償，以保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。3)為便于裝夾，坯件左端應(yīng)預(yù)先車出夾持部分(雙點(diǎn)畫線部分)，右端面也應(yīng)先粗車出并鉆好中心孔。毛坯選?60mm棒料。2.確定裝夾方案確定坯件軸線和左端大端面(設(shè)計(jì)基準(zhǔn))為定位基準(zhǔn)。左端采用自定心卡盤定心夾緊、右端采用活動(dòng)頂尖支承的裝夾方式。3.確定加工順序及進(jìn)給路線加工順序按由粗到精、由近到遠(yuǎn)(由右到左)的原則確定，即先從右到左進(jìn)行粗車(留0.25mm精車余量)，然后從右到左進(jìn)行精車，最后車削螺紋。圖2-43精車輪廓進(jìn)給路線4.刀具選擇1)選用?5mm中心鉆鉆削中心孔。2)粗車及平端面選用硬質(zhì)合金90°外圓車刀。為防止副后刀面與工件輪廓干涉(可用作圖法檢驗(yàn))，副偏角不宜太小，選κ=35°。3)為減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)，精車和車螺紋選用硬質(zhì)合金60°外螺紋車刀，刀尖圓弧半徑應(yīng)小于輪廓最小圓角半徑，取rε=0.15~0.2mm。產(chǎn)品名稱或代號(hào)×××零件名稱軸零件圖號(hào)×××序號(hào)刀具號(hào)刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面刀尖半徑/mm備注1T01?5mm中心鉆1鉆?5mm中心孔

2T02硬質(zhì)合金90°外圓車刀1車端面及粗車輪廓

右偏刀3T03硬質(zhì)合金60°外螺紋車刀1精車輪廓及螺紋0.15

編制×××審核×××批準(zhǔn)×××共頁第頁表2-4數(shù)控加工刀具卡片5.切削用量選擇1)背吃刀量的選擇。輪廓粗車循環(huán)時(shí)選ap=3mm，精車ap=0.25mm；螺紋粗車循環(huán)時(shí)選ap=0.4mm，精車ap=0.1mm。2)主軸轉(zhuǎn)速的選擇。車直線和圓弧時(shí)，粗車切削速度vc=90m/min、精車切削速度vc=120m/min，然后計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速n(粗車工件直徑D=60mm，精車工件直徑取平均值):粗車為500r/min、精車為1200r/min。車螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速n=320r/min。3)進(jìn)給速度的選擇。選擇粗車、精車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量分別為0.4mm和0.15mm，再計(jì)算粗車、精車進(jìn)給速度分別為200mm/min和180mm/min。單位名稱×××產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱零件圖號(hào)×××軸×××工序號(hào)程序編號(hào)夾具名稱使用設(shè)備車間001×××三爪卡盤和活動(dòng)頂尖TND360數(shù)控中心工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格/mm主軸轉(zhuǎn)速/(r/min)進(jìn)給速度/(mm/min)背吃刀量