数控车床典型零件的加工工艺与编程.docx
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数控车床典型零件的加工工艺与编程
毕业设计（论文）
数控车床典型零件的加工工艺与编程
CNClathepartsmachiningtechnologyandthetypicalprogramming
姓名：
班级：
数控06
（2）
学号：
指导教师：
导师单位：
论文提交日期
徐州工业职业技术学院
毕业论文（设计）任务书
一、课题名称：
典型零件设计与加工
二、毕业论文（设计）主要内容：
1、分析典型零件图纸，用CAD绘制零件图；
2、编制零件加工工艺卡片；
3、编制零件加工程序；
4、程序的仿真调试；
三、计划进度：
1、第8周：
分析典型零件图纸，收集有关资料；
2、第9周：
用CAD绘制零件图，编制零件加工工艺卡片；
3、第10周：
编制零件加工程序；
4、第11周：
编制零件加工程序并对程序进行仿真；
5、第12周：
撰写毕业设计论文，并修改完善，准备答辩。
6、第13周：
参加毕业答辩。
四、毕业论文（设计）结束应提交的材料：
1、毕业设计论文一份。
2、零件图二张。
3、加工工艺卡片。
4、加工程序清单。
指导教师教研室主任
年月日年月日
摘要…………………………………………………………………………………………………………1
Abstract………………………………………………………………………………………………….2
第一章零件分析………………………………………………………………………………3
1.1毛坯的选择…………………………………………………………………………3
1.2机床的选择…………………………………………………………………..…………3
第二章零件图加工艺分析…………………………………………………………….5
2.1零件1与零件2工艺分析…………………………………………………5
2.1.1零件毛坯设计……………………………………………………………………5
2.1.2零件的热处理技术…………………………………………………………….6
2.1.3定位基准的选择原则…………………………………………………………6
2.1.4粗、精基准的选择原则……………………………………………………...7
2.1.5零件的装夹…………………………………………….…………………………7
2.1.6加工刀具的选择………………………………………………………………..8
2.1.7加工顺序及进给路线的确定………………………………………………8
2.1.8刀具的选择及切削用量的选择…………………………………….……9
2.2零件1加工工艺设计…………………………………………………………10
2.3：
零件2加工工艺设计…………………………………………………………13
2.4:
组合加工加工工艺设计………………………………………………………16
第三章零件图加工程序编写………………………………………………………19
3.1件1加工程序………………………………………………………………………..19
3.1.1零件1右端程序…………………………………………………………………19
3.1.2零件1左端程序…………………………………………………………………20
3.2件2加工程序………………………………………………………………..………21
3.2.1零件2右端程序…………………………………………………………………21
3.2.2零件2左端程序…………….…………………………………………………22
3.3：
合体加工程序………………………………………………………………………23
第四章
程序调试………………………………………………………………………………24
结束语…………………………………………………………………………………………………….25
考文献…………………………………………………………………………………………………….26
致谢…………………………………………………………………………………………………………27
摘要
通过本次毕业设计，对典型轴类零件的设计又了很深的认识，本次设计概括了我所学的知识加深了对本专业的认识水平。
本次设计就是进行数控加工工艺设计典型轴类零件，侧重于设计该零件的数控加工工艺和编程，主要设计内容有：
完成该零件的工艺规程（包括工艺过程卡、工序卡和数控刀具卡）和主要工序的工装设计。
并绘制零件图、夹具图。
用G代码编制该零件的数控加工程序，在则学习CAD/CAM相关知识，并编制其构架。
关键词：
典型零件、数控编程、CAD/CAM
Abstract
Throughthisgraduationproject,foratypicalshaftpartsofthedesignisadeepunderstandingofthedesignoutlinedinthisIhavelearnedtoenhancethelevelofawarenessofthisprofession.ThisdesignistypicalofprocessdesignforNCmachiningshaftparts,focusingonthedesignofthecomponentsoftheCNCmachiningtechnologyandprogramming,keydesignelementsinclude:
thecompletionofthispartofthetechnicalrules（includingtheprocesscards,processcardsandCNCtoolcards）andmajorprocessesoftoolingdesign.Anddrawpartsdiagram,fixturemap.ThepreparationofthepartswiththeGcodeCNCmachiningprocedures,wereenrolledinCAD/CAM-relatedknowledge,andthepreparationofitsarchitecture.
Keywords:
Typicalparts,CNCProgramming,CAD/CAM
第一章:
零件分析
1.1毛坯的选择
本节主要对零件毛坯生产类型和如何选择毛坯的种类，跟零件图的尺寸确定毛坯的尺寸。
毛坯的种类和质量对零件加工质量、生产率、材料消耗以及加工成本都有密切关系。
毛坯的选择应以生产批量的大小、零件的复杂程度、加工表面及非加工表面的技术要求等几方面综合考虑。
正确选择毛坯的制造方式，可以使整个工艺过程更加经济合理，故应慎重对待。
在通常情况下，主要应以生产类型来决定。
毛坯为Ф70mm*132mm、Ф62mm*50mm和Ф50mm*40mm的45钢。
1.2机床的选择
根据学校本次设计的零件尺寸大小，精度要求和学校所提供的机床，我选择的是CAK6150dj。
本次设计选择数控机床时，还要应考虑以下几个方面的问题：
（1）数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。
即小的工件应当选择小规格的机床加工，而大的工件则选择大规格的机床加工，做到设备的合理使用。
（2）机床结构取决于机床规格尺寸、加工工件的重量等因素的影响。
下表列出了数控设备最常见的重要规格和性能指标。
（3）机床的工作精度与工序要求的加工精度相适应。
根据零件的加工精度要求选择机床，如精度要求低的粗加工工序，应选择精度低的机床，精度要求高的精加工工序，应选用精度高的机床。
（4）机床的功率与刚度以及机动范围应与工序的性质和最合适的切削用量相适应。
如粗加工工序去除的毛坯余量大，切削余量选得大，就要求机床有大的功率和较好的刚度。
（5）装夹方便、夹具结构简单也是选择数控设备是需要考虑的一个因素。
选择采用卧式数控机床，还是选择立式数控机床，将直接影响所选择的夹具的结构和加工坐标系，直接关系到数控编程的难易程度和数控加工的可靠性。
应当注意的是，在选择数控机床时应充分利用数控设备的功能，根据需要进行合理的开发，以扩大数控机床的功能，满足产品的需要。
然后，根据所选择的数控机床，进一步优化数控加工方案和工艺路线，根据需要适当调整工序的内容。
选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零件。
其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。
选择加工机床一般要考虑到机床的结构、载重、功率、行程和精度。
还应依据加工零件的材料状态、技术状态要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床，综合考虑以下因素的影响。
（1）机床的类别（车、铣、加工中心等）、规格（行程范围）、性能（加工材料）。
（2）数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围，刀具以及刀具系统的配置情况。
（3）数控机床的定位精度和重复定位精度。
（4）零件的定位基准和装夹方式。
（5）机床坐标系和坐标轴的联动情况。
（6）控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿等相关的功能。
第二章：
零件图加工艺分析
2.1零件1与零件2工艺分析
2.1.1零件毛坯设计
选材的一般原则首先是在满足使用性能的前提下，再考虑工艺性能和经济性。
使用性原则是指所选的材料制成零件后在正常情况下所应具备的性能要求，它是保证零件的设计能实现、安全耐用的必要条件，是选材的最主要的原则。
材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能等。
根据零件图的规定的材料及机械性能选择毛坯，我选择的材料为45钢，45钢为最常用中碳调质钢，综合力学性能良好且价格低廉，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理，根据其力学性能要求较低可选圆柱型材，根据零件的工作条件、材料、结构特点三者综合考虑，对毛坯应增加一些热处理提高强度和硬度。
零件的材料是机械加工行业的重要物质基础，众多的工程材料之所以获得广泛的应用，是因为它们具备许多优异的性能。
这些性能可分为两类;一类为使用性能，反映材料在使用中所表现出来的特征如力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等）、物理性能（导电性、导热性、热膨胀性和磁性等）和化学性能（抗氧化性、耐腐蚀性）等；另一类为工艺性能，放映材料在加工中所表现出来的特征，如铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性和热处理性等。
通过上面的图可知加工的零件为轴类零件。
通过所学知识可知轴类零件的材料一般选碳素钢、、合金钢或铸铁。
根据对零件的分析应选择45钢。
45钢为最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理，该工件为45钢。
毛坯尺寸和形状的选择要从机械加工和毛坯制造两方面考虑，毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，材料消耗就越少，机械加工的劳动量也越少，因此会提高机械加工效率，降低成本，但要充分的考虑毛坯的制造费用。
该零件毛坯是45钢对其尺寸要求是件1毛坯为60mm×122mm，件2毛坯尺寸为60mm×62mm。
根据图纸和毛坯尺寸分析好余量大小及均匀性。
通过所学知识可知轴类零件的材料一般选碳素钢、、合金钢或铸铁。
根据对零件的分析应选择45钢。
45钢为最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理，该工件为45钢。
2.1.2零件的热处理技术
零件的材料是机械加工行业的重要物质基础，众多的工程材料之所以获得广泛的应用，是因为它们具备许多优异的性能。
这些性能可分为两类;一类为使用性能，反映材料在使用中所表现出来的特征如力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等）、物理性能（导电性、导热性、热膨胀性和磁性等）和化学性能（抗氧化性、耐腐蚀性）等；另一类为工艺性能，放映材料在加工中所表现出来的特征，如铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性和热处理性等。
45钢为最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理，该工件为45钢。
零件的加工都是按一定的工艺路线进行的。
合理安排热处理的工序位置、改善切削加工性能具有重要意义。
根据热处理的目的和工序位置的不同，热处理可分为预先热处理和最终热处理两大类。
其工序位置的一般规律如下：
（一）预先热处理包括退火、正火、调制等。
其工序位置一般紧接毛坯生产之后，
1.退火、正火的工序位置。
通常退火、正火都安排在毛坯生产之后、切削加工之前，以消除毛坯的内应力，均为粗织，改善切削加工性，并为最终热处理做组织准备。
对于精密零件，为了消除切削加工中的残余应力，在切削加工工序之间还应安排去应力退火。
2.调制处理的工序一般安排在粗加工之后，精加工或半径加工之前。
目的是为了获得良好的综合力学性能，获为以后的表面淬火获异变形的精密零件的整体淬火做好准备。
调制处理一般不安排在粗加工之前，是为了避免调制处理在粗加工时大部分被切削掉，失去调制的作用，这对淬透性差的碳钢零件尤为重要。
2.1.3定位基准的选择原则
工件在夹具中的定位基准选择上遵循基准统一原则，是同一工件进行不同内容的多道工序加工中，前后工序尽可能采用同一定位基准系统，即各个加工工序间的定位基准尽量统一。
例如该零件是配合件，两件的配合间隙要求间隙小于0.06mm，加工毛坯表面时要先铣一定位基准面，然后以这个表面作为定位基准铣第二个平面然后进行轮廓的加工，尽量减少其装夹的次数，保证其表面的平行度。
是沉孔，其设计基准为板材的中心线，件1的孔加工好后，加工件2的孔如果基准不统一，两孔之间的同轴度就会不准确，前后工序尽可能采用同一基准，可以减少不同定位基准表面较高精度加工的制造工作量，从保证工件的加工精度的角度而言，不同工序采用统一的定位基准可以避免产生基准转换误差，例如该工件的装夹主要是地面和两侧面。
加工时使工件的定位基准与本工序的工艺基准尽量重合。
若不能保证定位基准与工序基准重合，会把二者之间的尺寸误差及相应的行位误差带到本工序的定位中来，造成本工序定位误差的不必要扩大。
2.1.4粗、精基准的选择原则
当工件只是毛坯的时候，进行第一道工序加工，，这种定位为粗基准定位，如工件上必须保证某个重要只能使用工件尚未加工的毛坯表面来定位表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准。
这样做能保证加工面与待加工面之间有一正确的相对位置，在以后加工该重要表面时，其余量就能保证均匀。
一般情况选择零件上不加工面上做为粗基准，这样可以保证加工面与不加工面之间有较正确的相对位置精度。
在选择粗、精基准时，是从保证零件精度要求出发的，因而分析定位基准选择的顺序是从精基准到粗基准。
精基准的选择原则：
（1）基准重合原则设计基准作为定位基准
（2）基准统一原则采用统一的定位基准
（3）自为基准原则即当某些表面精加工余量小而均与时，选择加工表面本身作为定位基准
（二）粗基准的选择
（1）加工面与非加工面之间的位置要求，应选择非加工表面为粗基准。
（2）当工件上有多个非加工面与加工面之间的要求时，则应以其中要求较高的非加工面为基准
2.1.5零件的装夹
在机床进行加工时，除了使用刀具、量具之外，还需要一些装夹工件的辅助装置。
由前面的图克制我们加工的零件时轴类零件，对于轴类零件，通常以零件的自身的外圆柱做定位基准来定位。
通常有以下几种方法：
（1）用四爪单动卡盘装卡
（2）用三爪自定心卡盘装卡（3）用两顶尖装卡（4）用一夹一顶装卡（5）用双三爪自定心卡盘装卡。
零件装夹的基本要求：
1.不破坏定位，即夹紧时，夹紧装置不改变工件定位后占据的正确位置；2.夹紧力适当，即夹紧装置既保证工件在加工时位置不变，又使工件夹紧变形小；3.工艺性好，即夹紧装置与生产类型相适应，结构简单，便于制造与维修；适用型好，即夹紧装置操作方便，安全省力，零件装夹的目的是通过定位和夹紧而使工件在加工过程中始终保持其正确的加工位置，以保证达到该加工工序所规定的加工技术要求。
2.1.6加工刀具的选择
切削刀具由传统的机械工具实现向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能有显著的提高。
在数控加工中数控车床对刀具由一定的要求，主要在以下几个方面：
1.刀具材料应具有高的可靠性2.刀具材料应具有高的耐热性3.数控刀具应具有高的精度4.数控刀具应能实现快捷变更5.数控刀具应系列化、标准化和通用化6.数控刀具应尽量采用机夹可转位刀具7.数控刀具应尽量采用多功能复合刀具及专用刀具8.数控刀具应能可靠地段屑或卷屑9.数控刀具材料应能适应难加工材料和新型材料加工的需要。
目前，数控机床上大多数使用系列化、标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀、端面车刀的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号。
对所选择地刀具，在使用前都需要对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确资料并由操作者将这些数据输入数控系统从而加工出合格的零件。
为了减少换到时间和方便对刀，便于实现机械加工的标注化，数控车削加工时，应尽量减少机夹刀和机夹刀片。
2.1.7加工顺序及进给路线的确定
加工顺序的拟定按照基面先行的原则和先粗后精的原则确定。
因此，应车平面确定基准平面，然后加工内外轮廓和孔。
进给路线是刀具在整个过程加工工序中相对工件的运动轨迹，它不但包括公步的内容，还反应出工步的顺序。
进给路线包括平面进给和深度进给，进给路线的确定是工艺分析中一项极为重要的工作，它是编写程序的依据。
进给路线的选择还应考虑刀具的进刀量和退刀量。
加工过程中不应加速或减速，这样会造成刀具运动不平稳会使表面粗糙度值增大，而应在刀具匀速中切削。
在确定进给路线时，要考虑零件的被加工表面的精度、表面质量、表面形状、零件的材料、切削余量，机床类型、刚度、精度以及刀具的刚性等。
还要考虑被加工表面与夹具的空间关系，以防碰撞。
我所加工的零件主要是对外表面、内表面、孔和螺纹的加工，当加工外表面的时候，应避免沿零件外轮廓的法向切入，应沿外轮廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入出产生刀具的划痕而影响表面质量，保证外轮廓曲线平滑过渡。
车削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切向方向切入切出，若内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓法向切入切出，此时刀具的切入切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。
当内部元素相切无交点时，为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口，刀具切入切出点应远离拐角。
2.1.8刀具的选择及切削用量的选择
数控刀具材料：
高速钢、硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、金刚石、立方氮化硼、表面涂层。
选择数控加工刀具是数控加工工艺中十分重要的内容，它直接关系到零件加工的质量和加工效率选择车刀应与工件材料和表面粗糙度的要求来选择，加工表面质量一般的零件，用普通车床的到即可，这样既能达到目的又比较经济，如果零件表面的粗糙度要求较高则需要用专用的车刀。
我所要加工的零件主要用菱形外圆车刀、内外螺纹车刀、内孔刀。
第一步对毛坯外表面加工时主要是用菱形外圆车刀，菱形车刀的主切削刃分布在棱上，副切削刃分布在车刀的端面上。
如图所示。
根据零件的材料、刀具材料及加工性质来确定面车刀的参数，菱形车刀主要是车圆柱材料的外表面，由于该零件所要加工的表面为阶梯状且质量要求较高。
在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。
选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。
影响切削条件的因素有：
机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方状况；工件数量；机床的寿命。
铣削加工切削用量包括进给速度、切削速度、背吃刀量和侧吃刀量，从刀具耐用度出发，切削用量选择原则是：
先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次在确定进给速度，最后确定切削速度。
2.2：
零件1工艺设计
图1
该零件表面由圆柱，圆锥，顺圆弧，逆圆弧，内孔，内螺纹等表面组成。
其中配合面，直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面精度等要求；件1在直径44处和A基准有同轴度要求；件1和件2是配合件，表面粗糙度要求很高。
尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料为45钢。
（1）通过上述分析，可以采取以下几点工艺措施。
①对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。
②件1右端轮廓时无法采用一夹一顶的方式进行外轮廓无夹持位置导致无法加工内轮廓。
件2加工时由于外轮廓无足够的夹持长度而无法加工，件1与件2组合后采用一夹一顶的方式进行装夹方式进行装夹与加工，工艺顶尖由直径50*40mm圆钢制作。
（2）确定装夹方案
确定坯件轴线左端A基准为定位基准。
左端采用三抓自定心卡盘定心加紧，右端采用活顶尖支撑的装夹方式。
（3）确定加工顺序及进给路线
加工工序按先加工左端后加工右端内孔，（由于加工右端内孔，则无法采用一夹一顶的方式进行外轮廓加工；而如果先加工外轮廓，则因外轮廓无夹持位置导致无法加工内轮廓。
）由粗后精的原则确定。
（4）工艺卡片
件1右端数控加工刀具卡片（表1）
零件名称
件1右端
零件图号
1
设备名称
数控铣床
设备型号
Ck1640
程序号
OO011
序号
刀具编号
刀具名称
数量
加工表面
刀具半径/mm
备注
1
T1
45度硬质合金车刀
1
车端面
0.5
2
T2
直径30mm钻头
1
钻孔
3
T3
镗刀
1
车内轮廓
4
T4
硬质合金60度内螺纹车刀
1
车内螺纹
0.15
编制
审核
批准
年月日
共页
第页
件1右端数控加工工序卡（表2）
单位名称
徐工院
产品名称或代号
零件名称
零件图号
典型零件
件1右端
1
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
O0011
三爪卡盘
Ck1640
工步号
公步内容
刀具号
刀具规格mm
主轴转速r/min
进给速度
mm/min
背吃刀量
mm
备注
1
平端面
T1
25*25
320
1
手动
2
钻孔
T2
30
200
13
手动
3
粗镗内孔
T3
20*20
400
40
0.8
自动
4
精镗内孔
T3
02*2O
600
20
0.2
自动
5
粗车M36螺纹
T4
25*25
400
20
0.4
自动
6
精车M36螺纹
T4
25*25
320
480
0.1
自动
编制
审核
批准
年月日
共页
第页
件1数控加工刀具卡片（表3）
零件名称
件1左端
零件图号
1
设备名称
数控车床
设备型号
Ck1640
程序号
O0012
序号
刀具编号
刀具名称
数量
加工表面
刀具半径/mm
备注
1
T1
硬质合金90度外圆车刀
1
车端面粗车外圆
0.5
2
T2
硬质合金93度外圆车刀
1
精车外圆那
3
T3
车槽刀
1
车槽
编制
审核
批准
年月日
共页
第页
件1左端数控加工工序卡（表4）
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