设计说明书 HT670传动轴万向节叉锻模型腔的模型加工工艺及数控加工程序设计.docx
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设计说明书HT670传动轴万向节叉锻模型腔的模型加工工艺及数控加工程序设计
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摘要
本文主要阐述HT-670传动轴万向节叉锻模型腔的模型、加工工艺及数控加工程序设计,内容包括HT-670传动轴万向节叉锻模型腔的分型、型腔零件图的工艺分析、工艺流程、加工刀具、切削参数、数控编程等。
其中HT-670传动轴万向节叉型腔分型时介绍了运用UG软件的分型过程及分形面的选择等问题;型腔零件图的工艺分析包括零件图的完整性及正确性、材料、技术要求、结构工艺性等方面的分析;加工工艺分析包括加工顺序的安排、刀具的选择、切削用量的选择等等。
这些都是零件加工的重要组成部分,要使零件的加工精度,效率得到提高,就必须先对零件进行分析,确定好正确的工艺流程,编制好合理的加工程序,充分发挥数控机床的高精度,高效率的特性。
关键词:
工艺分析、装夹方案、工艺流程、自动编程
1绪论
1.1数控机床的产生和发展
随着计算机技术的高速发展,传统的制造业开始了根本性变革,各工业发达国家投入巨资,对现代制造技术进行研究开发,提出了全新的制造模式。
在现代制造系统中,数控技术是关键技术,它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
目前,数控技术正在发生根本性变革,由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
在集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系统实现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理;在网络化基础上,CAD/CAM与数控系统集成为一体,机床联网,实现了中央集中控制的群控加工。
长期以来,我国的数控系统为传统的封闭式体系结构,CNC只能作为非智能的机床运动控制器。
加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定,加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。
CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节,整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。
在复杂环境以及多变条件下,加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数,无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整,更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量,因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。
由此可见,传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构,限制了CNC向多变量智能化控制发展,已不适应日益复杂的制造过程,因此,对数控技术实行变革势在必行。
1.2本课题的主要内容及任务
1)主要内容
本文主要讲述了HT-670传动轴万向节叉锻模型腔的模型、加工工艺及数控加工程序设计,内容包括HT-670传动轴万向节叉锻模型腔的分型、型腔零件图的工艺分析、工艺流程、加工刀具、切削参数、数控编程等。
2)主要任务
①查阅技术资料,分析HT-670传动轴万向节叉的零件图及技术要求。
②分析HT-670传动轴万向节叉锻模型腔的造型过程,应用UG软件设计锻模型腔的三维模型对零件进行工艺分析。
③应用UG软件将HT-670传动轴万向节叉锻模型腔三维模型生成二维工程图。
④分析锻模型腔的加工方案、工艺路线、加工参数。
⑤编制锻模型腔的加工工艺及数控加工程序。
2HT-670传动轴万向节叉锻模型腔的设计
2.1分形面的选择
……………………
2.2型腔设计步骤
……………………
3HT-670传动轴万向节叉锻模型腔的工艺规程设计
3.1型腔零件的工艺分析
如图3.1所示为上章节所设计的HT-670传动轴万向节叉型腔零件三维图,图3.2为型腔零件的工程图。
图3.1型腔三维图
图3.2型腔工程图
3.1.1零件的结构及表面粗糙度分析
由图分析得知:
(1)零件的六个平面的表面粗糙度要求较高,最高达到为Ra1.6um,型腔的上表面需要与型芯配合,此面的粗糙度为Ra1.6um;型腔外轮廓需要与固定板配合,所以在设计时表面粗糙度也设计为Ra1.6um;下表面的表面粗糙度要求不是特别高,只要Ra3.2um即可。
(2)因腔内为该产品成型的主要表面,故其型腔内的表面粗糙度均为Ra1.6um。
3.1.2零件的加工方案分析
该零件的所有加工内容均在数控铣削加工中心上完成,其六面的表面粗糙度要求较高,需要进行粗铣→精铣等加工内容完成;型腔内部加工存在复杂曲面,一般常规的加工时需要先进行开粗去除大量的毛坯余量,然后再进行半精加工、精加工、曲面修整加工等加工内容,加工完成后,还应该对部分表面不光滑的地方进行抛光等等。
3.2毛坯的选择
毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:
铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯,该零件的毛坯类型可选择锻造毛坯。
毛坯图的尺寸都是在零件图尺寸的基础上,加减总加工余量得到毛坯尺寸,毛坯各面的设计基准一般同零件图一致。
笔者认为这种设计方法并不合理,这是因为从毛坯尺寸的作用来讲并不要求它和零件图一致,对它提出的要求是:
(1)保证它在机械加工时有最均匀合理的粗加工余量:
(2)保证非加工面与加工面有最准确的位置及尺寸。
毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:
铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。
该型腔零件为板材零件,其毛坯的制造形式可选择为锻造成型,材料为40Cr,毛坯尺寸定为205×135×65mm。
3.3定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准两种,用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准,用己加工过的表面作为定位基准称为精加工。
除第一道工序用粗基准外,其余工序都应使用精基准。
选择定位基准要遵循基准重合原则,即力求没计基准、工艺基准和编程基准统一,这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量,并且能有效地减少装夹次数。
经分析,确定该零件的粗基准为毛坯底面及毛坯外轮廓;精基准以设计基准为精基准,即底面及零件外轮廓侧面。
3.4装夹方案的选择
经分析,该零件需要进行两次装夹方能完成零件的加工。
在第一次装夹时为铣削零件的底面、外轮廓,此次装夹时以毛坯底面定位,采用工艺磁台进行装夹;第二次装夹时加工零件的上表面、型腔等部位,此次装夹可以以加工好的底面及外边进行定位,用虎钳压紧即可。
3.5加工顺序的安排
工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。
因此,当拟定工艺路线时要合理、全面安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序。
加工顺序的安排原则:
先粗后精、先面后孔、基面先行。
根据该以上原则,确定该零件的加工顺序为:
铣底面→铣外轮廓→铣上表面→粗铣型腔→半精铣型腔→精铣型腔。
3.6工艺路线的拟定
根据分析,确定该零件采用工序集中的方式进行工序及工步的划分,具体的划分如下:
工序1:
制造毛坯205×135×65mm板块。
工序2:
铣削底面、外轮廓。
工步1:
粗铣底面;
工步2:
精铣底面;
工步3:
粗铣外轮廓;
工步4:
精铣外轮廓;
工序3:
铣削上表面、型腔。
工步1:
粗铣上表面;
工步2:
精铣上表面;
工步3:
粗铣型腔;
工步4:
半精铣型腔残料;
工步5:
精铣腔内凹圆弧面及斜面;
工序4:
抛光成型面。
工序5:
检验。
工序6:
去毛刺。
工序7:
装配试模。
3.7刀具的选择
合理的选择数控加工的刀具、夹具,是工艺处理工作中的重要内容,在数控加工中产品的加工质量和劳动生产率在很大程度上将受到刀具、夹具的制约,虽其大多数刀具、夹具与普通加工中所用的刀具、夹具基本相同,但对一些工艺难度较大或其轮廓、形状等方面较特殊的零件加工,所选用的刀具、夹具必须具有较高要求,或需做进一步的特殊处理,以满足数控加工的需求。
一般优先采用标准刀具,必要的时候可以采用各种提高生产率的复合刀具及其他一些专用刀具。
此外,应结合实际情况,尽可能选用各种先进刀具,如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷涂层刀具等。
刀具的类型、规格和精度等级应符合加工需求,刀具材料应与工件材料相适应。
数控加工所用的刀具在刀具性能上应高于普通加工中所用的刀具。
所以选择数控加工刀具时,还应考虑以下几个方面:
①切削性能好数控加工能采用大的背吃刀量和高进给速度,刀具必须要有能够承受高速切削和强力切削的性能。
同时,同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定,以便实现按刀具寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。
②精度高为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求,刀具必须具有较高的精度,如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度达到0.005mm等。
③可靠性高要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行,要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。
④耐用度高数控加工的刀具,不论在粗加工或精加工中,都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度,以尽量减少更换或修磨刀具及对刀次数,从而提高数控机床的加工效率及保证加工质量。
⑤断屑及排屑性能好数控加工中,断屑和排屑不像普通机床加工那样,能及时由人工处理,切屑易缠在刀具和工件上,会损坏刀具和划上工件上已加工表面,甚至会发生伤人和设备事故,影响加工质量和机床的顺利、安全,所以要求刀具应具有较好的断屑和排屑性能。
综上所述,根据零件的结构特点、加工余量、尺寸精度及表面粗糙度等技术要求,确定该零件的刀具如表3-1所示。
表3-1就是该零件加工所需要用到的所有刀具。
表3-1数控加工刀具卡片
工序号
刀具号
刀具名称
刀具规格
刀具材料
加工表面
2
T01
面铣刀
Φ50mm
YT15
铣底面
T02
立铣刀
Φ20mm
YT15
粗铣外轮廓
T03
立铣刀
Φ16mm
YT15
精铣外轮廓
3
T01
面铣刀
Φ50mm
YT15
铣上表面
T02
圆鼻刀
Φ12×R1mm
YT15
粗铣型腔
T03
圆鼻刀
Φ6×R0.5mm
YT15
半精铣型腔残料
T04
球刀
Φ6×R3mm
YT15
精铣腔内大圆弧凹槽
T05
球刀
Φ2×R1
YT15
精铣型腔内小圆角及斜面
3.8切削用量的选择
数控编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写人程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度,并充分发挥机床的性能,最大限度提高生产率,降低成本。
切削用量:
“三要素”是指刀具在切削过程中的运动参数。
“三要素”是指:
切削速度,进给量,背吃刀量。
选择切削用量时考虑的因素:
(1)切削加工生产率
在切削加工中,金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系,即其中任一参数增大一倍,都可使生产率提高一倍。
然而由于刀具寿命的制约,当任一参数增大时,其它二参数必须减小。
因此,在制订切削用量时,三要素获得最佳组合,此时的高生产率才是合理的。
(2)刀具寿命
切削用量三要素对刀具寿命影响的大小,按顺序为v、f、ap。
因此,从保证合理的刀具寿命出发,在确定切削用量时,首先应采用尽可能大的背吃刀量;然后再选用大的进给量;最后求出切削速度。
(3)加工表面粗糙度
精加工时,增大进给量将增大加工表面粗糙度值。
因此,它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。
在切削加工中,金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系,即其中任一参数增大一倍,都可使生产率提高一倍。
然而由于刀具寿命的制约,当任一参数增大时,其它二
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