目 錄 文本成果 摘要 1 關鍵詞 1 引言 1 1 設計任務分析 1 2 方案的初步選定 2 3 方案的詳細設計 2 3.1 斯太爾插頭材料和 毛坯選擇 2 3.2 斯太爾插頭加工工藝分析 3 3.2.1 安排加工工藝的順序時應先外后內 3 3.2.2 粗、精加工階段要分開 3 3.3 斯太爾插頭加工工藝過程的確定 3 3.3.1 數控車床型號的確定 3 3.3.2 切削用量的確定 4 3.3.3 夾具的選擇 4 3.3.4 刀具的選擇 5 3.4 影響刀具磨損的原因分析 6 3.4.1 刀具材料 6 3.4.2 刀具的幾何角度 6 3.4.3 刀具的涂層 7 3.4.4 刀具刃口的強化 7 3.4.5 刀具的機械加工條件 7 3.5 斯太爾插頭加工工藝流程 9 臺州科技職業學院畢業設計（論文） 2 4 總體評價 13 致謝 13 參考文獻 14 實際成果 斯太爾插頭零件實物 15臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 1 - 斯太爾插頭加工工藝設計 鄭 龍 摘要： 本文針對斯太爾插頭零件，詳細地分析了該零件的結構特性，制定了合理的數控加工工藝路線，其中包括毛坯的選擇，加工設備的選型，夾具和刀具的型號確定，工藝卡片的制定，最終完成了斯太爾插頭 零件的加工過程。 關鍵詞： 斯太爾 加工工藝 設計說明書 引言 從 20 世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業帶來了革命性的變化。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求 100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。 數控技術就是指一種采用計算機對機械加工過程中的各種控制信息進行數字化運算、處理、 并驅動單元對機械執行構件進行自動化控制的技術。世界各工業發達國家通過發展數控技術、建立數控機床產業，促使制造業跨入一個新的發展階段，給國民經濟的結構帶來了巨大的變化。數控機床是世界第三次產業革命的重要內容，它不但是機電工業的重要基礎裝備，還是汽車、石化、電子和現代醫療裝備等產業現代化的主要手段。雖然數控機床產業本身的產值遠不如汽車、化工等產業，但高效的數控機床給制造業帶來了現代化的生產方式以及高倍率的效益增長，這是促進國民經濟發展的巨大源動力。特別是數控技術在制造業的擴展與延伸所產生的輻射作用和波及效果，足以給機械制造 業的產業結構、產品結 構、制造方式及管理模式等帶來深刻的變化。 近年來，我國對數控加工和數控設備的應用呈突飛猛進之勢，包括以組合機床為主的大量生產方式現在都向以數控設備為主的生產方式轉變，社會上對掌握數控技術的人才需求越來越大，特別是對掌握數控加工技術的人才需求量更大。 1 設計任務分析 斯太爾類工件具有以下幾個特點：一是加工內容多，需頻繁更換機床、刀具；二是加工精度要求高，采用普通機床加工質量難以保證，且由于工藝流程長，周轉次數臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 2 - 多，生產效率難以提高；三是形狀復雜，且大部分為薄壁殼體， 通常都布置有平行孔系或垂直孔系 ,還有許多精度要求較高的軸承支承孔和精度要求較低的緊固用孔 ,工件剛度差，較難裝加。采用數控車床進行加工，憑借車床自身的精度和加工效率高、剛度好和自動換刀的特點。只要制定好工藝流程，設計采用合理的專用夾具和刀具，就完全可以解決上述問題。 2 方案的初步選定 3 方案的詳細設計 3.1 斯太爾插頭材料和毛坯選擇 斯太爾插頭 的材料采用壓鑄鋁合金。材料牌號 YL113(日本牌號 ADC12)， 毛坯為高壓鑄造，其鑄造方法有鑄件精 度高和生產效率很高的特點。 斯太爾插頭材料的選型 機床、夾具、刀具 的選擇 斯太爾插頭結構工藝分析 斯太爾插頭數控加工工藝編制 定位基準、進給速度、背吃刀量的確定 加工工序的安排及程序的編寫 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 3 - 3.2 斯太爾插頭加工工藝分析 3.2.1 安排加工工藝的順序時應先外后內 由于平面面積較大定位穩定可靠，有利與簡化夾具結構減少安裝變形。從加工難度來看，外圓比內孔加工容易，因此，一般應先加工外圓。 3.2.2 粗、精加工階段要分開 斯太爾插頭 均為管型鋁件，加工余量較大，而在粗加工中切除的金屬較多，因而夾緊力、切削力都較大，切削熱也較多。經過粗加工后，工件內應力重新分布也會引起工件變形，因此，對加工精度影響較大。為此，把粗精加工分開進行，有利于把已加工后由于各種原因引起的 工件變形充分暴露出來，然后在精加工中將其消除。 3.3 斯太爾插頭加工工藝過程的確定 3.3.1 數控車床型號的確定 斯太爾插頭的加工采用 CK系列數控車床，該 C數控車床是萬能型數控車床，它集國內外同類型數控車床的優點；具有占地面積小，低能耗、高精度、高效率、高柔性、自動化程度高等優點。與國內外同類型產品相比另一個特點是性價比高；選用該機床可低投入，獲得高收益。 CK系列產品結構特點： （ 1） 機床采用平床身斜滑鞍設計、整體剛性好、排屑流暢、利于防護嚴密。 （ 2） 獨有設計的主軸結構，高剛性、高精度，選用國內外高 精密主軸軸承、可進行精密零件加工。 （ 3） 采用世界名牌的液壓及電動轉塔刀架、定位準確、轉位迅速、可靠性高。 （ 4） 機床采用進口線性導軌，實現無間隙傳動，運動精確，低阻尼高精度，定位和重復定位精度高，便于維修 。 （ 5） 機床采用進口滾珠絲杠及絲杠專用軸承、螺母。有很高的精度和精度保持性。 （ 6） 主軸傳動無齒輪，采用交流伺服變頻電機或變頻電機驅動，大扭矩、寬調速、高轉速、高精度、低噪音。 （ 7） 機床采用自動潤滑系統，具有無油報警功能，以保障機械部件正常運轉。 （ 8） 精心設計機床防護系統，外形美觀，操作安全，無滲漏 ，易清理。 （ 9） 機床控制系統配置日本 FANUC，也可根據需求配置德國 SIEMENS等控制系統。 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 4 - 3.3.2 切削用量的確定 切削用量包括主軸轉速度、背吃刀量和進給量。合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本，通常選擇較大的背吃刀量和進給量，采用較低的切削速度。精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和成本，通常選擇較小的背吃刀量和進給量，并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數，以盡可能提高切削速度。 1. 背吃刀量的確定 在工藝系統剛度和機床 功率允許的情況下，盡可能選擇較大的背吃量，以減少進給次數切除加工余量，最好一次切除余量，以便提高生產效率。零件精度要求較高時，則應考慮留出精加工余量， 斯太爾插頭 所留的精加工余量一般取 0.1-0.15mm。 2. 進給量的確定 進給量的選擇應該與背吃刀量和切削速度相適應。在保證工件加工質量的前提下，可以選擇較高的進給速度（ 200-250mm/min）。 S148離合器 箱體在加工精度和表面粗糙度要求較高時，進給速度一般在 260-270mm/min范圍內選取。 3. 主軸轉速的確定 主軸轉速應根據允許的切削速度和工 件（或刀具）直徑來選擇。其計算公式為： n=1000v/ D 式中： v 切削速度， 單位為 m/min，由刀具的耐用度決定； n 主軸轉速，單位為 r/min； D 工件或刀具直徑，單位為 mm。 斯太爾插頭 的材料是高壓鑄件，在精加工的方式下其切削速度選用 250m m/min，粗加工的切削速度選用 50-70mm/min。 3.3.3 夾具的選擇 數控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在帶可調卡爪的卡盤（三爪、四爪）中，由卡盤傳動旋轉 ；另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾架頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉。 數控車床上的夾具，一般安裝在工作臺上，其形式根據被加工工件的特點可多種多樣。如：三爪卡盤 .四爪卡盤。 數控加工對夾具主要有兩大要求： 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 5 - 1、夾具應具有足夠的精度和剛度； 2、夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時，通常考慮以下幾點： (1) 盡量選用可調整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產準備時間。 (2) 在成批生產時才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。 (3) 裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間 。 (4) 夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。 斯太爾插頭 采用手動方式進行裝夾，調正夾具，固定裝夾。 此外，由于機床精度自身的保證，各軸承擋之間的同軸度也得到了有效的保證，從而使 斯太爾插頭 的加工質量得到了顯著的提高，夾具設計簡單、實用，使用方便，取得了較好的應用效果。 3.3.4 刀具的選擇 在對一些效率車刀的特點和使用效果進行具體分析后，大致可歸納出以下五條選用車刀的基本原則 1、切削效率高，能在最短的機動時間內完成零件的加工； 2、加工質量好，能保證或提高零件的精度和光潔度； 3、輔助時間少，具有合理的刀具耐用度，刃磨方便，換刀快； 4、斷屑性能好 斷屑良好，排屑順利； 5、經濟效果大 刀具制造方便，成本低，充分利用刀具切削部分的材料。 根據被加工零件胚料的制材和車刀的基本原則一級該 實習單位的條件，故選擇硬質，涂層合金刀。 加工用的刀具表： 刀具號 刀具名稱 主軸轉速 加工余量 T01 90度外圓刀 1500 0.1 T02 外槽刀 1500 - T03 鏜孔刀 1500 - T04 尖刀 1500 - T05 60度外螺紋刀 1500 - 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 6 - 3.4 影響刀具磨損的原因分析 刀具堅硬，可隨著使用時間的推遲，刀具也會有一定的磨損，影響刀具磨損的幾種原因有哪些呢？通過匯總得出了幾種原因。 3.4.1 刀具材料 刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素，對于加工效率、加工 質量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。 刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾，也是刀具材料所應克服的一個關鍵。對于石墨刀具，普通的 tialn 涂層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的，也就是鈷含量稍高一點的；對于金剛石涂層石墨刀具，可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的，也就是鈷含量稍低一點的 。 3.4.2 刀具的幾何角度 石墨刀具選擇合適的幾何角度，有助于減小刀具的振動，反過來，石墨工件也不容易崩缺 : 1.前角，采用負前角加工石墨時，刀具刃口強度較好，耐沖擊和 摩擦的性能好，隨著負前角絕對值的減小，后刀面磨損面積變化不大，但總體呈減小趨勢，采用正前角加工時，隨著前角的增大，刀具刃口強度被削弱，反而導致后刀面磨損加劇。負前角加工時，切削阻力大，增大了切削振動，采用大正前角加工時，刀具磨損嚴重，切削振動也較大。 2.后角，如果后角的增大，則刀具刃口強度降低，后刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過大后，切削振動加強。 3.螺旋角，螺旋角較小時，同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長最長，切削阻力最大，刀具承受的切削沖擊力最大，因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是最大的。當螺旋角去 較大時，銑削合力的方向偏離工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削沖擊加劇，因而刀具磨損、銑削力和切削振動也都有所增大。因此，刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、后角及螺旋角綜合產生的，所以在選擇方面一定要多加注意。 通過對石墨材料的加工特性做了大量的科學測試， para 刀具優化了相關刀具的幾何角度，從而使得刀具的整體切削性能大大提高。 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 7 - 3.4.3 刀具的涂層 金剛石涂層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系數低等優點，現階段金剛石涂層是石墨加工刀具的最佳選擇，也最能體現石墨刀具優越的使用性 能；金剛石涂層的硬質合金刀具的優點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質合金的強度及斷裂韌性；但是在國內金剛石涂層技術還處于起步階段，還有成本的投入都是很大的，所以金剛石涂層在近期不會有太大發展，不過我們可以在普通刀具的基礎上，優化刀具的角度，選材等方面和改善普通涂層的結構，在某種程度上是可以在石墨加工當中應用的。 金剛石涂層刀具和普通涂層刀具的幾何角度有本質的區別，所以在設計金剛石涂層刀具時，由于石墨加工的特殊性，其幾何角度可適當放大，容削槽也變大，也不會降低其刀具鋒口的耐磨性；對于普通的 tialn 涂層，雖然比無 涂層的刀具其耐磨有顯著的提高，但比起金剛石涂層來說，在加工石墨時它的幾何角度應適當放小，以增加其耐磨性。 對金剛石涂層來說，目前世界上眾多的涂層公司均投入大量的人力和物力來研究開發相關涂層技術，但是至今為止，國外成熟而又經濟的涂層公司僅僅限于歐洲； para作為一款優秀的石墨加工刀具，同樣采用目前世界最先進的涂層技術對刀具進行表面處理，以確保加工壽命的同時，保證刀具的經濟實用。 3.4.4 刀具刃口的強化 刀具刃口鈍化技術是一個還不被人們普遍重視，而又是十分重要的問題。金剛石砂輪刃磨后的硬質合金刀具刃口， 存在程度不同的微觀缺口（即微小崩刃與鋸口）。石墨高速切削加工刀具性能和穩定性提出了更高的要求，特別是金剛石涂層刀具在涂層前必須經過刀口的鈍化處理，才能保證涂層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化目的就是解決上述刃磨后的刀具刃口微觀缺口的缺陷，使其鋒值減少或消除，達到圓滑平整，既鋒利堅固又耐用的目的。 3.4.5 刀具的機械加工條件 選擇適當的加工條件對于刀具的壽命有相當大的影響。 1.切削方式（順銑和逆銑），順銑時的切削振動小于逆銑的切削振動。順銑時的刀具切入厚度從最大減小到零，刀具切入工件后不會出現因切不下切 屑而造成的彈刀現象，工藝系統的剛性好，切削振動小；逆銑時，刀具的切入厚度從零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄將在工件表面劃擦一段路徑，此時刃口如果遇到石墨材料中臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 8 - 的硬質點或殘留在工件表面的切屑顆粒，都將引起刀具的彈刀或顫振，因此逆銑的切削振動大； 2.吹氣（或吸塵）和浸漬電火花液加工，及時清理工件表面的石墨粉塵，有利于減小刀具二次磨損，延長刀具的使用壽命，減少石墨粉塵對機床絲杠和導軌的影響 。 3.選擇合適的高轉速及相應的大進給量。 綜述以上幾點，刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口的強化及機械加工條件，在刀具 的使用壽命中扮演者不同的角色，缺一不可，相輔相成的。一把好的石墨刀具，應具備流暢的石墨粉排屑槽、長的使用壽命、能夠深雕刻加工、能節約加工成本。 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 9 - 3.5 斯太爾插頭加工工藝流程 斯太爾插頭零件加工程序 A面： T0101 / 外圓 G0 X40 Z0 G1 X0 F100 X36.3 Z-9.2 G0 U2 Z2 X34 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 10 - G1 Z-5.7 F100 G0 U2 Z2 X32.7 G1 Z-5.7 F100 X36.3 Z-26.1 G0 X60 Z60 T0202 / 外槽 G0 X33 Z-3.5 G1 X30.5 F80 X37 F100 Z-11.7 X31 F80 X34.8 F100 Z-26.1 G0 X37 Z-11.7 G1 X33.3 F100 Z-26.1 G0 X37 Z-11.7 G1 X31.8 F100 Z-26.1 G0 U2 Z-19.5 G1 X23 F80 G0 X37 X60 Z60 T0303 / 尖刀 G0 X37 Z-10.7 G1 X25 F80 X37 F150 Z-22.9 X25 F80 X31 F150 W0.5 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 11 - X30 W-0.5 F80 G0 X37 G0 X60 Z60 T0404 / 鏜孔刀 G0 X9.95 Z2 G1 Z-10.6 F80 G0 U-0.5 Z2 X60 Z60 T0101 G0 X33 Z0 G1 X0 F150 X31.7 F100 X32.7 Z-0.5 F80 Z-5.7 F100 X35.3 X36.3 W-0.5 F80 W-1 F100 G0 X60 Z60 M5 T0100 M30 B面： S1000 M3 T0101 / 外圓 G0 X40 Z0 G1 X0 F100 X35 Z-10 G0 U2 Z2 X33 G1 Z-10 F100 G0 U2 Z2 X31 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 12 - G1 Z-26.5 F100 X36.3 G0 X60 Z60 T0202(鏜孔刀 ) G0 X10.5 Z2 G1 Z-23.1 F100 G0 U-0.5 Z2 X12.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X14.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X16.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z2 X18.5 G1 Z-8.6 F100 G0 U-0.5 Z0 G1 X18.7 F100 X20.7 Z-1 F80 Z-8.6 F100 X9.5 X10.5 W0.5 G0 U-0.5 Z2 X60 Z60 T0303 / 內槽 G0 X20.5 Z2 G1 Z-8.6 F150 X22 F60 X21 F150 W0.5 X22 W-0.5 F100 臺州科技職業學院畢業設計（論文） - 13 - G0 U-2 Z80 T0404 / 內螺紋 G0 X20 Z5 G92 X21.3 Z-6.1 F1.5 P0 X21.7 X22.05 X22.15 X22.2 X22,2 G0 X80 Z80 M5 T0100 M30 4 總體評價 斯太爾插頭零件的數控加工主要是在對零件的圖紙的分析基礎上進而設計合理的加工工藝方案 ,其中包括毛坯、刀具、夾具、切削用量的選擇等設備及工藝參數的正確選擇，最終編制出最合理的數 控加工程序，然后對工件進行試切檢查程序數據是否正