数控毕业设计-变速器一轴零件数控加工工艺设计及程序编制

数控毕业设计-变速器一轴零件数控加工工艺设计及程序编制内容摘要：

夹具时 应优 先考虑通用夹具。 使用 通用夹具无法装夹 、或者不能保证被加工工件与加工 工序 的定位精度时，才采用 专用夹具。 专用夹具 的定位精度较高，成本也较高。 专用夹具的作用为： （ 1）保证产品质量 （ 2）提高加工效率 （ 3）解决车床加工中的特殊装夹问题 （ 4）扩大机床的使用范围 第 18 页 使用专用夹具可以完成非轴套、非轮盘类零件的孔、轴、槽和螺纹等的加工，可扩大机床的使用范围。 在数控车削加工中，较短 轴类零件的定位方式通常 采用 一端外圆固定，即用三爪卡盘、四爪卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面，此定位方式 对 工件的悬伸长度有一定限制，工件悬伸过长会在切削过程中产生变形，工件悬伸过长 还 会 增大加工误差甚至掉活。 对于切削长度 较 长的轴类零件可以采 用一 夹一顶 ，或采用 两顶尖定位。 在装夹方式允许的条件下， 零件的轴向 定位面尽量选择几何精度较高的表面。 (三 ) 通用夹具 在 数控 车 削 加工中 ，粗加工、半精加工的精度要求不高时，可利用 工件或毛坯的外圆 表面 定位。 （ 1） 三爪卡盘 三爪卡盘是最常用的车 床 也是数控车床的 通 用 卡具。 三爪卡盘最大的优点是可以自动定心。 它的 夹持范围大，但定心精度 不高 ，不适 合 于 零件 同轴度要求高时的 二次装夹。 三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。 液压 卡 盘装夹迅速、方便 ， 但夹持范 围 小，尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。 数控车床经常采用液压卡盘，液压卡盘特别适用于批量加工。 （ 2） 软爪 由于三爪卡盘定心精度不高，当加工同轴度要求 较 高的工件 、或者进行工件的 二次装夹时，常使用软爪。 通常三爪卡盘 的卡爪 要进行热 过 处理 ， 硬度较高，很难用常用刀具切削。 软爪是 改变上述不足而设计制造的 一种具有切削性能的夹爪。 加工软爪时要注意以下几方面的问题： 1）软爪要在与使用时相同的夹紧状态下 进行车削 ，以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差。 车削 软爪内定位表而时，要在软爪尾部夹一适当的 圆盘 ，以 消 除卡盘端面螺纹的间隙。 2）当被加工件以外圆定位时，软爪 夹持 直 径 应 比 工件外圆 直径 略小。 其目的是增加软爪与工件的接触面积。 软爪内径大于工件外径 时， 会 造成软 爪与工件形成三点接触 ,此种情况 下 夹紧牢固 度较 差， 所以应 尽量避免。 当 软爪内径过 小时，会形成 软 爪与工件 的 六点接触， 不仅 会在被加工表面留下压痕， 而且 软爪接触面 第 19 页 也会 变形。 这在实 际使用中都应该尽量避免。 软爪有机械式和液压式两种。 软爪常用于加工同轴度要求较高的工件的二次装夹。 （ 3）卡盘加顶尖 在车削质量较大的工件时，一般工件的一端用卡盘夹持，另一端用后顶尖支撑。 为了防止工件由于切削力的作用而产生的轴向位移，必须在卡盘内装一限位支撑，或者利用工件的台阶面进行限位。 此种装夹方法比较安全可靠，能够承受较大的轴向切削力，安装刚性好，轴向定位准确，所以在数控车削加工中应用较多。 （ 4）芯轴和 弹簧 芯轴 当工件用已加工过的孔作为定位基准时，可采用芯轴装夹。 这种装夹方法可以保证工件内外表面的 同轴度，适用于批量生产。 芯轴的种类很多。 常见的芯轴有圆柱芯轴、小锥度芯轴，这类芯轴的 定心精度 不 高。 弹簧 芯轴（又称涨心芯轴），既能定心，又能夹紧，是一种定心夹紧装置。 （ 5） 弹簧夹套 弹簧夹套定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位。 它 特别适用于尺寸精度较高、表面质量较好的冷拔圆棒料 的夹持。 它 夹持工件的内孔是 规定的 标准系列，并非任意直径 的工件都可以进行夹持。 （ 6） 四爪卡盘 加工精度要求不高、偏心距较小、零件长度较短的工件时，可 以 采用四爪卡盘 进行装夹 ，如图 312 所示。 四爪卡盘 的 四 个卡 爪 是各自 独立移动的，通过调整工件夹持部位在车床主轴上的位置，使工件加工表面的回转中心与车床主轴的回转中心重合。 但是， 四爪卡盘 的找正烦琐费时，一般用于单件小批生产。 四爪卡盘 的卡爪有正爪和反爪两种形式。 (四 ) 两顶尖装夹的方法 两顶尖 装夹 工件 时的 安装 为：先使 用对分夹头或鸡心夹头夹紧工件一端 的圆周 ， 再将拨杆旋入 三爪卡盘 ，并使 拨杆伸向 对 分夹头或鸡心夹头 的 端面。 车床主轴转动时，带动 三爪卡盘 转动，随之带动拨杆同时转动，由拨杆拨动对 分夹头或鸡心夹头 ，拨动工件随 三爪卡盘 的转动而转动。 两顶尖只对工件有定心和支撑作选择什么夹具要有结论 第 20 页 用，必须通过对分夹头或鸡心 夹头的拨杆带动工件旋转。 两顶尖定位的优点是定心正确可靠，安装方便。 顶尖作用是 进行工件的 定心 ，并 承受工件的重量和切削力。 使用两顶尖装夹工件时的注意事项： 1）前后顶尖的连线应该与车床主轴中心线同轴，否则会产生不应有的锥度误差。 2）尾座套筒在不与车刀干涉的前提下，应尽量伸出短些，以增加刚性和减小振动。 3）中心孔的形状应正确，表面粗糙度应较好。 4）两顶尖中心孔的配合应该松紧适当。 (五 ) 工件的找正 1. 找正装夹 数控车床进行工件的装夹时，必须将工件表面的回转中心轴线，即工件坐标系的 Z轴，找正到与数控车床的主 轴中心轴线重合。 2. 找正方法 同于普通车床找正工件的的找正方法。 用打表找正。 通过调整卡爪，使得工件坐标系的 Z 轴与数控车床的主轴回转中心轴线重合。 使用三爪自动定心卡盘装夹较长的工件时，由于工件较长，工件远离三爪自动定心卡盘夹持部分的旋转中心与车床主轴的旋转中心不重合，此时必须进行工件的安装找正。 在三爪自动定心卡盘的精度不高时，安装工件时也需要进行工件的装夹找正。 三、 数控刀具的选择 (一 ) 数控刀具的要求与特点 1) 要有高的切削效率 2) 要有高的精度和重复定位精度 加工什么部位要找正。 找正的目的。 第 21 页 3) 要有高的可靠性和耐用度 4) 实现刀具尺寸的预调和快速换刀 5) 具有完善的模块式工具系统 6) 建立完备的刀具管理系统 7) 要有在线监控及尺寸补偿系统 数控车床能兼作粗精车削，因此粗车时，要迁强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。 夹紧刀片的方式要选择得比较合理，刀片最好选择涂层硬质合金刀片。 目前，数控车床用得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。 (二 ) 数控刀具的材料 刀具的选择是根据零件、硬度、以及加工表面粗糙度要求和加 工余量的已知条件来决定刀片的几何结构（如刀尖圆角）、进给量、切削速度和刀片牌号。 焊接式车刀和可转位车刀 硬质合金焊接式车刀 硬质合金焊接式车刀是由硬质合金刀片和普通结构钢刀杆通过焊接而成。 其优点是结构简单、制造方便、刀具刚性好、使用灵活，故应用较为广泛。 图 613 所示为焊接式车刀。 1 ．刀片型号及其选择 硬质合金刀片（ carbide tip ）除正确选用材料和牌号外，还应合理选择其型 第 22 页 号。 表 61 为硬质合金焊接式刀片示例。 焊接式车刀刀片分为 A 、 B 、 C 、 D 、 E 五类。 刀片型号由一个字母和一个或二个数字组成。 字母表示刀片形状、数字代表刀片主要尺寸。 刀片尺寸中的 l 要根据背吃刀量和主偏角确定。 外圆车刀一般应使参加工作的切削刃长度不超 过刀片长度的 60 ～ 70 ％。 对于切断刀、车槽刀用的 l 应该根据槽宽或切断刀的宽度选取，切断刀可按 l = 估计（式中 d 为工件直径）。 刀片尺寸中的 t 的大小要考虑重磨次数和刀头结构尺寸的大小。 刀片尺寸中的 s 要根据切削力的大小等因素确定。 2 ．刀槽的形状和尺寸 图 6 — 14 为所用的刀槽形式。 第 23 页 开口式 制造简单，焊接面积小，适用于 C 型和 D 型刀片。 半封闭式 焊接后刀片较牢固，但刀槽加工不便，适用于 A ， B 型刀片。 封闭式 能增加焊接面积，但制造困难，适用于 E 型刀片。 切口式 用于车槽，切断刀。 可使刀片焊接牢固，但制造复杂，适用于 E 型刀片。 槽尺寸 hg , bg , Lg 应与刀片尺寸相适应。 为便于刃磨，一般要使刀片露出刀槽 ～ 1mm ，刀槽后角 α 0g 要比刀具后角 α 0 大 2 176。 ～ 4 176。 如图 6 – 15 所示 3 ．刀杆及刀头的形状和尺寸 刀杆的截面尺寸一般可按机床中心高确定。 刀杆上支承部分高度 H 1 与刀片厚度 S 应有一定的比例，如图 6 — 16 所示： H 1/s ＞ 3 时焊接后刀片表面引起的拉应力不显著，不易产生裂纹； H 1/s ＜ 3 时，刀片表面层的拉应力较大，易出现裂纹。 第 24 页 刀杆长度可按刀杆高度 H 的 6 倍估计，并选用标准尺寸系列，如 100 、 125 、 150 、 175 、„„等。 刀头形状一般有直头和弯头两种。 直头制造容易，弯头通用性好。 刀头尺寸主要有刀头有效长度 L 及刀尖偏距 m ，如图 6 — 17 所示。 可按下式计算： 直头车刀 m ＞ lcos κ r 或（ B– m ）＞ tcos κ / r。 45 176。 弯头车刀 m ＞ tcos45 0 ； 90 176。 外圆车刀 m ≈ B/4 ； L = 切断刀 m ≈ L/3, L ＞ R （工件半径）。 (三 ) 可转位车刀 可转位车刀是用机械夹固的方式将可转位刀片固定在刀槽中而组成的车刀，当刀片上一条切削刃磨钝后，松开夹紧机构，将刀片转过一个角度，调换一个新的刀刃，夹紧后即可继续进行切削。 和焊接式车刀相比，它有如下特点： 第 25 页 （ 1 ）刀片未经焊接，无热应力，可充分发挥刀具材料性能，耐用度高； （ 2 ）刀片更换迅速，方便，节省辅助时间，提高生产率； （ 3 ）刀杆多次使用，降低刀具费用； （ 4 ）能使用涂层刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼和金刚石复合刀片； （ 5 ）结构复杂，加工要求高；一次性投资费用较大； （ 6 ）不能由使用者随意刃磨，使用不灵活。 2 ．可转位刀片 图 6– 18 所示为可转位刀片标注示例。 第 26 页 它有 10 个代号表示。 任何一个型号必须用前七位代号。 不管是否有第 8 或第 9 位代号，第 10 位代号必须用短划线“ — ”与前面代号隔开，如 T N U M 16 04 08 — A 2 刀片代号中，号 位 1 表示刀片形状。 其中正三角形刀片（ T ）和正方形刀片（ S ）为最常用，而棱形刀片（ V 、 D ）适用于仿形和数控加工。 号位 2 表示刀片后角。 后角 0 176。 （ N ）使用最广。 号位 3 表示刀片精度。 刀片精度共分 11 级，其中 U 为普通级， M 为中等级，使用较多。 号位 4 表示刀片结构。 常见的有带孔和不带孔的，主要与采用的夹紧机构有关。 号位 5 、 6 、 7 表示切削刃长度、刀片厚度、刀尖圆弧半径。 号位 8 表示刃口形式。 如 F 表示锐刃等，无特殊要求可省略。 号位 9 表示切 削方向。 R 表示右切刀片， L 表示左切刀片， N 表示左右均可。 号位 10 表示断屑槽宽。 表 6 — 2 为常用可转位车刀刀片断屑槽槽型特点及适用场合。 第 27 页 四、 数控车削加工的对刀 (一 )对刀的概念 数控车削加工一个零件时，往往需要几把不同的刀具，而每把刀具在安装时是根据数控车床装刀要求安放的，当它们转至切削位置时，其刀尖所处的位置各不相同。 但是数控系统要求在加工一个零件时，无论使用哪一把刀具，其刀尖位置在切削前均应处于同一点，否则，零件加工程序 就缺少一个共同的基准点。 为使零件加工程序不受刀具安装位置而给切削带来影响，必须在加工程序执行前，调整每把刀的刀尖位置，使刀架转位后，每把刀的刀尖位置都重合在同一点，这一过程称为数控车床的对刀。 （ 1）刀位点 刀位点，是刀具的基准点，一般是刀具上的一点。 尖形车刀的刀位点为假想刀尖点，圆形车刀的刀位点为圆弧中心，钻头的刀位点为钻尖，平底立铣刀的刀位点为端面中心，球头铣刀的刀位点为球心。 数控系统控制刀具的运动轨迹，就是控制刀位点的运动轨迹。 刀具的轨迹是由一系列有序的的刀位点位置和连接这些位置点的。