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机械车床加工与工艺设计

发表时间:2014-01-12 文章来源:未知 阅读次数:

  邓腾蛟

  [摘 要] 随着机械车床的不断发展和应用领域的扩大,数控车床加工技术对国计民生的一些重要行业 (如IT、汽车等) 的发展起着越来越重要的作用。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用量,对一些工艺问题也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。

  [关键词] 机械车床;加工方案;工艺设计

  1、数控的历史和发展

  数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1980年,穿孔金属薄片互换式数据载体问世;1938年,美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输,奠定了现代计算机,包括计算机数字控制系统的基础。机械类是与车床控制密切结合发展起来的。1952年,第一台数控机床问世,成为世界机械工业史上一件划时代的事件,推动了自动化的发展。

  现在,机械类也叫计算机机械类,目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。

  2、数控车床特点

  数控车床与其他类型的车床相比有下列特点:1 通用型强,生产率高,加工精度高且稳定,操作者劳动强度低;2适合于复杂零件的加工3换批调整方便,适合于多种中小批柔性自动化生产;4便于实现信息流自动化,在数控车床基础上,可实现CIMS计算机集成制造系统。

  3、工艺方案分析

  加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多,因而在设计选择时,要结合零件的形状,尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。通过数据分析,考虑加工的效率和加工经济性,最理想的加工方式为车削,考虑该零件为大批量加工,故加工设备采用数控车床。

  3.1确定加工方案。零件上比较精密表面的加工,常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的,还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况,选择工件定位和安装方式,重点保证工件的刚度不被破坏,尽量减少变形。

  3.2确定加工的工艺路线。车床加工的方法很多,基本加工路线可归纳为四条:(l)粗车——半精车——精车。对于一般常用材料,这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线;(2)粗车——半精车——粗磨——精磨。对于黑色金属材料,精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时,其后续工序只能用磨削而采用的加工路线;(3)粗车——半精车——精车——金刚石车。对于有色金属,用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度,因为有色金属一般比较软,容易堵塞沙粒间的空隙。因此,其最终工序多用精车和金刚石车;(4)粗车——半精车——粗磨——精磨——光整加工。对于黑色金属材料的淬硬零件,精度要求高和表面粗糙度值要求很小,常用此加工路线。对于典型轴类零仵,将采用“粗车——精车”的车削方式,即分别对本零件的两个端面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤进行粗加工和精加工。4、典型轴类零件加工的工艺设计。

  4.1轴类零件加上工艺分析。(l)技术要求。轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度,轴向一般要求不高,轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8.几何形状精度主要是圆度和圆柱度,一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动;保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度,是轴类零件位置精度的普遍要求之一;(2)毛坯选择。轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外,一般采用锻件;发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多;(3)定位基准选择轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度,以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目,而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。

  当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性,可采用轴的外圆表面作定位基准,或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准,能承受较大的切削力;(4)轴类零件的预备加工。车削之前常需要根据情况安排预备加工,内容通常有:直——毛坯出厂时或在运输、保管过程中,或热处理时常会发生弯曲变形。切断——用棒料切得所需长度的坯料。切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行,也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。车端面和钻中心孔对数控车削而言,通常将他们作为预备加工工序安排;(5)热处理工序。铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火或退火处理,以消除应力,改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应安排调质处理,以提高零件的综合机械性能;对于硬度和耐磨性要求不高的零件,调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理,以提高其耐磨性。

  4.2典型轴类零件加工工艺。

  4.2.1确定加工顺序及进给路线。加工顺序按粗到精、由近到远(由右到左)的原则确定。工件右端加工:既先从右到左进行外轮廓粗车,然后从右到左进行外轮廓精车,最后切槽;上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧工件调头,工件左端加工:粗加工外轮廓、精加工外轮廓尽量减少重复定位与换刀次数,切退刀槽,最后螺纹粗加工、螺纹精加工。

  4.2.2选择刀具。(l)车端面:选用硬质合金45度车刀,粗、精车用一把刀完成;(2)粗,精车外圆:硬质合金90度放圆车刀,Kr =90度,Kr’=60度:E=30度,(因为有圆弧轮廓)以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验;(3)车槽:选用硬质合金车槽刀车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀。

  总之,在机械车床加工轴类零件时,一般采用含螺纹零件进行编程设计,在螺纹车削编程中要注意,数控车床主轴上必须安装有脉冲编码器测定主轴实际转速,从而实现主轴转一转刀具进给一个螺纹导程的同步运动,从螺纹粗车到精车,主轴的转速必须保持不变。数控加工的基本编程方法是用点定位指令编写接近或离开工件等空行程轨迹,要用插补指令编写工件轮廓的切削进给轨迹。

  【参考文献】

  [1] 黄卫.机械类与数控编程[M].北京:机械工业出版社, 2004

  [2] 蔡厚道.数控机床加工工艺[M].北京:北京理工大学出版社, 2007