套筒零件的编程与仿真加工

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第一章 概述

1.数控技术的概况

随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，人们对机械产品的质量和生产效率也提出了越来越高的要求，尤其是航天、军事、造船等领域所需要的零件精度要求越来越高，形状越来越复杂，这些零件用普通机床是难以加工的，所以发展现代数控机床是当前机械制造业技术改造、技术更新的必由之路。

数控技术是现代机械系统、机器人、FMS、CIMS、CAD/CAM等高新技术的基础，是采用计算机控制机械系统实现高度自动化的桥梁，是典型的机电一体化高新技术。

数控加工是由数控技术不断发展而产生的新的加工技术。它根据被加工零件的图样和工艺要求，编制出以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格零件的方法。数控加工过程中，如果数控机床是硬件的话，数控工艺和数控程序就相当于软件，两者缺一不可。

2.数控编程

编制数控加工程序是数控机床的一项重要工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。

在零件加工时，首先要分析零件图并制定工艺方案，然后进行数学处理，再次编写零件加工程序，最后进行程序检验。因此把从分析零件图样开始到程序检验的全过程称为零件加工程序的编制。

3.数控仿真

数控程序的加工仿真是仿真领域中的一个重要方面，也是计算机集成制造系统中的一个重要环节。传统检验数控程序正确性的方法是用木模、蜡模或塑料模试切以进行检验。而在计算机环境下，利用数控仿真方法验证数控程序的正确性，通过对零件加工过程的仿真，可以检验数控代码的正确性，还可以检查加工过程中刀具与工件、机床及夹具之间是否有干涉现象。加工过程仿真可以比较真实地反映出实际的切削加工过程。在仿真过程中发现的错误可以立刻进行更改。这种不需要通过数控机床实际试切来检验数控代码的方法具有快速直观、省时方便的特点。它节省了人力和物力，提高了生产效率，保证了加工质量，适应了现代市场对产品开发制造的要求。

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第二章 数控加工工艺方案制定

图1套筒类零件图

1.零件图分析

如图1所示，该零件由外圆柱面，内圆柱面，圆弧面，轴槽等表面组成，其中内圆柱面的结构形式为“肚小口大”，工艺性好；φ60H8的孔需装配滑动轴承故要求了IT8级精度；外圆φ100f8，φ65h7与箱体相配合，φ90h8的轴槽需放置密封圈，故要求IT7，IT8级精度。以上所描述的表面均为主要加工表面，在加工过程中必须予以保证。

根据零件的功用特点，零件选用的材料为HT200。根据零件的材料和零件的结构，零件毛坯采用铸造方法，铸件的尺寸如图2所示。

图2 零件的毛坯图 3

2.拟定工艺路线

工艺路线是零件加工所经过的路线，包括零件定位基准的选择，加工方案的选择，加工阶段的划分，加工顺序的安排，工序组合及工艺路线的确定等。

2.1 零件定位基准的选择

零件右端外轮廓与内轮廓与左端相比，结构较为复杂，为了保证右端内外轮廓的位置精度，同时考虑零件两端毛坯余量相同的特点，选用零件右端外圆柱面作为粗基准，符合重要表面原则。然后以粗精加工过的零件左端外圆和端面作为精基准，符合基准重合原则。所以零件的定位基准是：

粗基准：毛坯右端外圆。

精基准：零件粗精加工过的左端外圆和端面。

2.2 单一表面的加工

零件单一表面的加工方案与零件表面的加工精度和表面粗糙度有关，一般确定零件加工方案除了考虑加工精度和表面粗糙度外，还需考虑零件的材料，零件的加工类型，零件的结构尺寸和刚性以及本企业的生产条件等。本设计在充分考虑了上述因素后提出零件单一编码加工方案如下：

φ65h7 粗车→半精车→精车

φ80 粗车→半精车

φ75 粗车→半精车

R5 粗车→半精车

φ100f8 粗车→半精车→精车

φ90h8 粗车→半精车→精车

φ155 粗车→半精车

φ48 钻→粗镗→半精镗

φ32 钻→粗镗→半精镗

φ60H8 钻→粗镗→半精镗→精镗

2.3 划分加工阶段

加工阶段的划分与加工质量，使用设备的合理性，热处理有关，为了保证加工质量，合理使用设备，便于安排热处理及时发现毛坯缺陷，故划分加工阶段如下：

外圆： ① 粗车：φ65h7，φ80，φ75，φ100f8 ，φ90h8，φ155，R5

② 半精车：φ65h7，φ80，φ75，φ100f8 ，φ90h8，φ15，R5

③ 精 车：φ65h7，φ80，φ75，φ100f8 ，φ90h8，φ155，R5 4 内圆： ① 钻：φ30

② 粗镗：φ32，φ48，φ60H8

③ 半精镗：φ32，φ48，φ60H8

④ 精镗：φ60H8

2.4 加工顺序

根据基准先行，先粗后精，先面后孔的原则确定加工路线如下：

粗车、半精车，精基准φ155

↓

粗车、半精车，粗基准φ85

↓

钻：φ30

↓

粗车：φ65h7，φ80，φ75，φ100f8 ，φ90h8，φ155，R5

↓

半精车：φ65h7，φ80，φ75，φ100f8 ，φ90h8，φ155，R5

↓

精车：φ65h7，φ80，φ75，φ100f8 ，φ90h8，φ155，R5

↓

粗镗：φ32，φ48，φ60H8

↓

半精镗：φ32，φ48，φ60H8

↓

精镗：φ60H8

2.5 工序的组合

确定加工顺序后，还要把工步序列进行适当组合，形成以工序为单位的工艺路线。根据数控加工的特点，在加工过程中，可采用集中工序，即用在同一个机床上把零件上相应的部位都加工完。故采用工序集中原则，对工序进行组合如下：

表2.1 工序组合

工序名称 工艺内容

车端面钻中心孔 车左端面，钻中心孔，调头车另一端面，钻相应中心孔。

钻 钻φ32的孔至φ30

粗车 车外圆φ155长15mm，调头车外圆φ65h7长18mm，车外圆φ80长10mm车外圆φ75长75mm，车R5圆弧，车外圆φ100f8长15mm，车φ90h8轴槽7.5×5mm。

半精车 车外圆φ155长15mm，车外圆φ65h7长18mm，车外圆

φ80长10mm车外圆φ75长75mm，车R5 圆弧，车外圆

φ100f8长15mm，车φ90h8轴槽7.5×5mm。 5 精车 车外圆φ65h7长18mm，车外圆φ80长10mm车外圆φ75长75mm，车R5圆弧，车外圆φ100f8长15mm车φ90h8轴槽7.5×5mm，倒角。

粗镗 镗内圆φ32长60mm，镗内圆φ48长18mm，镗内圆φ60H8长78mm。

半精镗 镗内圆φ32长60mm，镗内圆φ48长18mm，镗内圆φ60H8长78mm，倒角。

精镗 镗内圆φ60H8长78mm，倒角。

钻 φ13.5长15mm

检验

2.6 工艺路线

车左端面，钻中心孔

↓

粗车、半精车φ155外圆

↓

调头车右端面，钻中心孔，钻φ30孔

↓

粗车、半精车、精车右端各台阶轴，倒角

↓

粗镗、半精镗、精镗φ32、φ48内圆柱面，倒角

↓

调头，粗镗、半精镗、精镗φ60H8，倒角

↓

检验

3.工序设计

3.1 根据机床夹具手册确定工序尺寸如下

表2.2 φ65h7工序尺寸表

工序名称 工序余量 工序基本尺寸 加工经济度 工序尺寸标注 表面粗糙度

精车 0.25 φ65 IT7 1.6

半精车 0.45 φ65+0.25=φ65.25 IT8 3.2

粗车 1.4 φ65+0.45=φ65.45 IT11 6.3

毛坯 2.1 φ65+2.1=φ67.1 IT12 —

0.0300650.048065.250.190065.450.30067.21 6 表2.3 φ60H8工序尺寸表

工序名称 工序余量 工序基本尺寸 加工经济度 工序尺寸标注 表面粗糙度

精镗 0.1 φ60 IT8 1.6

半精镗 0.5 φ60-0.1=φ59.9 IT10 3.2

粗镗 2.0 φ60-0.5=φ59.5 IT11 6.3

毛坯 2.6 φ60-2.6=φ57.4 IT12 —

其余尺寸：

用1号刀粗车外形,留0.45mm的半精车余量

用1号刀半精车外形,留0.25mm的精车余量

用2号刀精车外形

用4号刀粗镗外形,留0.5mm的半精镗余量

用4号刀半精镗外形,留0.1mm的精镗余量

用4号刀精镗外形

3.2 切削用量的选择

背吃刀量 粗车时，确定其背吃刀量为3mm；精车时为0.25mm。

主轴转速 车直线和圆弧轮廓时的主轴转速。参考表4.3并根据实践经验确定其切削速度为90m/min；粗车时确定转速为500r/min，精车时确定转速为800r/min。编程中还可以对圆弧采用不同的主轴转速。

进给速度 粗车时，按式Vf=nf可选择Vf1=200mm/min；精车时，兼顾到圆弧插补运行，故选择其Vf2=600mm/min左右；短距离空行程Vf=300mm/min。

3.3 机床的选择

根据被加工零件的外形和材料等条件，选定数控机床为FANUC-oi-mate。

3.4 刀具的选择