机械5

本课题主要是围绕立轴工艺系统设计而进行的，它包括立轴零件的工艺分析，加工零件时所选的刀具，普通机床改装，及对立轴加工所需夹具的设计与工艺编程，在设计过程中，其中最主要的是对立轴零件加工所需机床的改造. 中小型企业为了发展生产，常常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化，自动化。数控机床系统就是结合现实的生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格，价格便宜，性能价格比适中是其最重要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床改造，适合在生产第一线大面积推广。 （一）.培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学过的知识。 （二）.培养学生树立正确的设计思想、设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。 （三）.培养学生正确使用技术资料、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件方面的工作能力。 （四）.培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，面向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。 数控机床改装的必要性 数控机床改造的优点 数控机床改造的注意点 车床的数控改造 设计方案的确定 步进电机的选择 机械部分改造设计与计算 自动转位刀架的选用 机床导轨改造 机床尾座的改造 机床丝杠的改造 数控机床改造时数控系统选用 立轴零件的数控加工编程 一、立轴的加工工艺分析 1、立轴加工工艺方案的确定 （a）毛坯外表面粗加工钻深孔外表面精加工锥孔粗加工锥孔精加工 （b）毛坯外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工锥孔精加工外表面精加工 （c）毛坯外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工外表面精加工锥孔精加工 2、方案分析 方案a：在锥孔粗加工时，由于要用已加工过的外表面作精基准面，会破坏外圆表面的精度和光洁度，所以此方案不宜采用。 方案b：在精加工外圆表面是，还要在插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差，加上锥堵本身的误差等会造成外圆表面和内锥的不同轴。故此案不宜采用。 方案c：在锥孔精加工时，虽然也要用已加工过的外圆表面作为精基准面，但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高轴度。 经比较可知，立轴的加工顺序以方案c为佳。 3、立轴毛坯的制造 对于直径较大的阶梯轴，为了节约材料和减少机械加工的劳动量，则往往采用锻件。锻件的好处在于材料的金属纤维组织致密，在热锻过程中按轴向排列，从而获得较高较高的抗拉、抗弯和抗扭的强度。在大批大量生产时采用模锻，模锻法可以锻造形状复杂的毛坯，而且材料在经模锻后，纤维组织的再分布更有利于提高零件的强度。 合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的使用强度和耐用度有重要关系。材料选用时要注意表面物理机械性能，然后合理选定热处理方法和必要的修饰加工，力求是零件达到良好的强度、刚度和所需的表面硬度。 轴是传递动力的零件，它应有良好的机械强度和刚度，而其工作表面又应有良好的耐磨性，因此轴件要选用适当的钢材；为了使轴件加工后有良好的尺寸精度稳定性，因而又要求有合适的热处理过程。 45钢，这是常用的主轴材料，在调质处理之后，再经局部高频淬火，可以是局部硬度达到HRC62~65，再经过适当的回火处理，可以降到需要的硬度。 4、零件的刀具选择 选择刀具时要求安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好。对于粗、精加工，可以采用不同的刀具。 加工该零件首先选择01号车刀粗车外圆表面（副偏角大于45°），选择02号钻孔刀钻∮20的深孔，03号螺纹刀车螺纹，04号割槽刀割槽，共四把刀进行加工。 5、零件的夹具设计 由于立轴零件结构比较复杂，精度要求较高，且轴的一端带有球体用一般夹具不容易装夹、定位，所以需要设计一套专用夹具进行装夹。 立轴的夹具设计为采用端齿式拨动顶尖，该顶尖用于车削轴类工件的外圆，而轴向长度要求不高的场合。使用时将莫氏锥柄装入机床主轴内，顶尖在弹簧的作用下，是工件定心。锥柄端面有四个均布的硬质合金尖齿，当机床尾顶尖顶紧工件时，尖齿咬入工件的端面而随主轴一起旋转，并传递切削扭矩。 使用该顶尖能省去卡箍的装卸操作，提高生产效率，而且可以在工件全长上进行车削。 6、零件的定位基准 轴件加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时应尽可能使其与装配基准重合和工序的基准统一，并考虑在一次安装中尽可能加工出较多的表面。 轴类零件加工的精度指标是各段外圆的同轴度以及锥孔和外圆的同轴度。立轴的装配基准主要是前后两个支承轴颈面，为了保证卡盘定位面以及前锥孔与支承轴颈面有较高的同轴度，应以加工好的支承轴颈为定位基准来终磨锥孔和卡盘定位，这就符合基准重合的原则。但由于立轴外圆表面的设计基准为轴的中心线，在加工轴时若能以轴心线作为定位基准就能符合基准统一的原则，就可以避免误差的产生，所以轴类零件加工都用轴两端的顶尖孔作为精基准面。顶尖孔的精度越高，加工精度就越高。用顶尖孔作为定位基准，能在一次装夹中加工出各段外圆表面及端面等，既符合基准统一的原则，又保证了各外圆表面的同轴度以及各外圆表面与端面的垂直要求。所以立轴选择以孔的轴心线为基准，采用双顶尖鸡心夹方式定位。 7、零件加工路线、切削用量的选择 零件的加工路线就是加工过程中刀具的运动轨迹。加工路线应在保证零件的加工精度和表面粗糙度的基础上尽可能使加工路线最短，以减少空程时间，提高生产率。 切削用量主要是主轴转速、切削深度和进给速度。主轴转速应根据允许切削深度和工件直径来选定。进给速度应根据加工精度和表面粗糙度选定，当加工精度要求高以及表面粗糙度值要求小时，进给量应取小些。切削深度根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允许的情况下，应尽可能使切削深度等于零件的加工余量，以减少走刀次数，提高效率。为保证加工质量，可留出加工余量。G73进行外圆粗车时，单边粗车吃刀量1.75，U=1.75，R是切削次数4次，精车余量0.5mm；G71进行内孔粗加工时，单边粗车吃刀量1mm,U=1,R退刀量的值0.5mm,精车余量0.5mm。 二、加工立轴零件的机床的数控改装 1、数控机床改装的必要性 数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批及多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，但是数控机床的应用也受到其它条件的限制。 1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小型企业常是心有余而力不足。 2）目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费。 3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需。 4）通用数控机床对具体生产有多余功能。 经济型数控机床是指价格低廉、操作使用方便，适合我国国情的装有简易数控系统的高效自动化机床。中小企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化，自动化。经济型数控机床系统就是结合现实的生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。价格便宜、性能价格比适中是其最主要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床改造，适合在生产第一线大面积推广。企业应用经济型数控系统对设备进行改造后，将提高产品加工精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的竞争能力。 我国是拥有300多万台机床的国家，而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度低，要想在近几年内用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是我国机床制造厂的能力都办不到的。因此普通机床的数控改装大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。 2、数控机床改造的优点 数控机床改造一般是指对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。其改造的优点有： 1）从提高资本效率出发，改造闲置设备，能发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。 2）适应多品种，小批量零件生产。 3）自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。 4）降低对工人技术水平的要求。 5）数控改造费用低，经济性好。 6）数控改造的周期短，可满足生产急需。 3、数控机床改造的注意点 将普通机床改造为数控机床，是一项技术性很强的工作，必须根据加工对象的要求和工厂实际情况，确定切实可行的技术制造方案，搞好机床的改造设计。 4、车床的数控改造 利用微机改造现有的普通车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。以C616普通车床为例进行数控改造。 卧式车床上的运动部件，如刀架、工作台都是沿着机床导轨面运动的。导轨就是支承和导向，即支承运动部件并保证运动部件在外力作用下，能准确的沿着一定的方向运动。导轨的导向精度、精度保持性和低速运动平稳性，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用性能。 数控机床上，常使用滑动导轨和滚动导轨。滚动导轨摩擦系数小，动静摩擦系数接近，因而运动灵活轻便，低速运行时不易产生爬行现象。精度高，但价格贵。经济型数控一般不使用滚动导轨，尤其是数控改造，若使用滚动导轨，将太大增加机床床身的改造工作量和改造成本。因此，数控改造一般仍使用滑动导轨。 滑动导轨具有结构简单，刚性好，抗振性强等优点。普通机床的导轨一般是铸铁铸铁或铸铁淬火钢导轨。这种导轨的缺点是静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度的变化而变化，低速时易产生爬行现象，影响行动平稳性和定位精度，为克服滑动导轨的上述缺点，数控改造一般是将原机床导轨进行修整后贴塑，使其成为贴塑导轨。 C616普通机床改装为数控机床，主要解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，可用经济型数控系统进行控制，并采用滚珠丝杠螺母副代替原有机床的丝杠进行传动，实现横向、纵向的进给传动。 立轴的工艺分析要考虑几个不同的方案，选择一个好的方案，进行详细工艺设计分析，设计夹具时要考虑到定位、夹紧等问题，保证工件表面粗糙度，选择合适的材料。