数控轴类零件加工工艺设计毕业论文.docx

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数控轴类零件加工工艺设计毕业论文

数控轴类零件加工工艺设计-毕业论文

毕业设计

（2016届）

设计题目轴类零件的设计与加工

学院名称合肥工业大学

专业（班级）13级数控（专）

姓名（学号）刘云鹤

指导教师曾亿山教授

系负责人

2016年3月21日

3.3工序划分………………………………………………………………13

3.4工步的划分…………………………………………………………………13

7.编制工艺卡21

7.1编写程序前的注意事项25

7.1.1编制误差25

7.1.2误差控制25

7.2编写程序28

7.3数控仿真系统30

轴类零件的数控加工设计

摘要

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不但发展和应用领域的扩大他对归计民生的一些重要行业（IT、汽车、医疗、轻工等）的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需要装备的数字化已是现代发展的大趋势.在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备是提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性保证.数控加工与编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整的系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。

选这个题目的目的是它能体现出我对所学知识的掌握程度和灵活规范的运用所学知识，在我认为要成为一名合格的在学生，以自己的的思路用所学的知识来完成一份成功的毕业设计是必不可少的。

此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。

主要困难的是两次装夹中的水平Z向长度难以保证、切削用量的参数设定、对刀的精度、工艺路线的制订。

关键词：

数控技术；车削加工；数控加工工艺；数控编程

绪论

一、选择本课题的目的及意义

目的：

通过这次设计可以使我们学会对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高综合分析问题和解决问题的能力，以及培养科学的研究和创造能力。

意义：

随着社会经济的快速发展，人们对生活用品的要求也越来越高，企业对生产效率也有相应的提高。

数控机床的出现实现了广大人们的这一愿望。

数控车削加工工艺是实现产品设计、保证产品的质量、保证零件的精度，节约能源、降低消耗的重要手段。

是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、技术检测和健全劳动组织的重要依据。

也是企业对高品质、高品种、高水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。

这不但满足了广大消费者的目的，即实现了产品多样化、产品高质量、更新速度快的要求，同时推动了企业的快速发展，提高了企业的生产效率。

机械工业是国民经济各部门的装备军，而数控加工在机械行业占有领头羊的地位，因此国民经济各部门的生产技术水平和所取得的经济效益，在很大程度上取决于机械行业和数控行业中所能提供的机械装备的技术性能、指令和可靠性。

因此数控加工技术水平和生产规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。

数控工艺规程的编制是直接指导产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件，它将直接影响企业产品质量、效益、竞争能力。

本文通过对典型轴类零件数控加工工艺的分析，对零件进行编程加工，给出了对于典型零件数控加工工艺分析的方法，对于提高制造质量、实际生产具有一定的意义。

二、数控机床及数控技术的应用与发展

（一）数控机床的应用与发展

随着电子信息技术的发展世界机床已经进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是其代表机床之一。

数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。

随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。

我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：

可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。

为了缩小与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下6个方面着力研究：

1）加大力度实施质量工程，提高数控机床的无故障率；

2）跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展；

3）加大成套设计开发能力上求突破；

4）发挥服务优势，扩大市场占有率；

5）多品种制造，满足不同层次的用户的需求；

6）模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。

数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。

（二）数控技术的应用与发展

数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。

它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。

随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。

同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。

正文

1.零件图的加工工艺性分析

零件车削工艺分析，零件材料处理为：

45钢，调制处理HRC26～36，下面对该零件进行数控车削工艺分析。

零件图

在编程前我们一定要对零件进行工艺分析，这是必不可少的一步，如图C3我要对该零件进行精度分析，选择加工方法、拟定加工方案、选择合理的刀具、确定切削用量。

该零件由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等表面组成，其中由较严格直径尺寸精度要求的如Φ28±0.02mm,ф

mm,轴线长度的精度如5±±μｍ，球面Sф

mm。

可控制球面形状精度、30°的锥度等要求。

经上面的分析，我可以采用一下几点工艺措施：

ф28±0.02mm、ф

mm，轴向长度5±±0.04mm，球Sф

mm，在加工时为了保证其尺寸精度应取其中间值分别取值为ф28mm、ф23.005mm长度5mm，27.5mm，球Sф29.015mm即可。

[注：

上述座标值是以半径值给出的。

形式如（X，Z）]

1.1.2在轮廓曲线上，有四处圆弧依次相连，既过象限又改变进给方向的轮廓曲线。

为了保证其轮廓曲线的准确性，我们通过计算到端部R5mm的圆弧与直线的切点坐标为（2.922，0），与RCmm的圆弧切点坐标为（7.791，-6.136），RC与SфBmm的切点坐标为（11.210，-20.791），SфBnmm与R5mm的切点为（12.271，-37.739），R5mm与фEmm的切点坐标为（11.5，-40.406）。

[注：

上述座标值是以半径值给出的。

形式如（X，Z）。

]

1.1.3为便于装夹，为了保证工件的定位准确、稳定，夹紧方面可靠，支撑面积较大，零件的左端是螺纹，中段最大的直径的圆柱ф28mm。

右端是依次相连的圆弧，显然右端都是圆弧相连不可能装夹，所以应留在最后加工，应先装夹毛坯加工出左端螺纹及圆柱ф28mm。

调头装夹ф28mm的圆柱加工右端圆弧，毛坯选ф30×120mm。

参数型号

CK6140

加工能力

床身上最大回转直径mm

420

刀架上最大回转直径mm

200

最大工件长度mm

2000

最大车削长度mm

1870

床身导轨宽度mm

400

主轴

主轴端部代号

C6

主轴孔径mm

58

63

进给

X/Z向最小进给增量mm

X/Z向快移速度mm/min

4000/8000

X向最大行程mm

300

刀架

电动刀架工位数

H4

刀杆截面mm

尾座

尾座套筒直径m

75

尾座套筒行程

150

尾座套筒锥孔

Morse5

电机

主电动机功率kw

机床质量kg1900,2000,25003500,4500

机床外形尺寸（长、宽、高）mm1806,2091,2376，2946,3516×1170×1600

表1CK6140车床的主要技术参数

据该零件的外形是轴类零件，比较适合在车床上加工，由于零件上既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度,在普通车床上是难以保证其技术要求。

所以要想保证技术要求,只有在数控车床上加工才能保证其加工的尺寸精度和表面质量。

机床我们选用HNC-CK6140数控系

1.3.1为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。

1.3.2合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。

1.3.3粗基准应避免重复使用。

1.3.4选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。

以便定位可靠。

1.4.1基准重合原则：

选择加工表面的设计基准为定位基准；

1.4.2基准统一原则：

自为基准原则，互为基准原则。

综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上用三爪卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯ф58mm的棒料的轴线和左端面作为定位基准。

2.装夹方式

数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。

装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。

由零件图可分析，我应先装夹毛坯ф30mm的棒料的一端，夹紧其40mm的长度加工螺纹。

一直加工到零件右端的фEmm，然后将棒料卸下。

装夹ф28mm的圆柱表面，加工另一端的圆弧。

这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。

装夹图如下：

加工螺纹的装夹图

加工圆弧的装夹图

加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。

在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。

因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸分析，尺寸精度比较高。

如ф28±0.02mm，ф29

mm，ф23

mm等，在普通车床是难以保证其尺寸精度、表面粗糙度，所以应该选择在数控车床上加工。

零件上精度比较高度表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。

该零件有两种加工方案：

①直接用三抓卡盘装夹、调头加工。

②用三抓卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖，经试验论证第二种方案装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。

（1）按零件的装夹定位方式划分；

（2）按粗、精加工划分工序；

（3）按所用的刀具划分工序。

由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。

在调头加工前后各有一次粗加工和精加工，显得比较繁琐，所以不可取；如果按所用的刀具划分工序，刀具有四把，虽然不多，但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。

该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有的加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。

因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中背吃刀量相同，不易划分工歩；这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易：

①车削螺纹端的工歩为:

90°外圆车刀平端面─→×45°的倒角，ф20×25mm─→端面ф28mm─→圆柱ф28mm─→30°的锥台面─→ф22

×10mm─→切槽刀切槽5×─→外螺纹车刀车削M20×1.5mm。

②车削圆弧端的工歩为：

90°外圆车刀平端面─→右端面外圆车刀圆弧R5mm─→圆弧R16mm─→球ф28

mm─→圆弧R5mm─→ф22

×5mm─→切槽刀切槽5×

4.1.1基面先行工面基准为后刀面的加工提供基准面，所以应该先平左端面作为基准面；

4.1.2先主后次所加工的表面均为重要表面所以按照从左到有的顺序；

4.1.3先粗后精削去大部分的金属余量再进行成型切削，保证零件的尺寸要求和质量要求

4.1.4先面后孔工零件左端面，再加工零件内孔

综上所述，加工顺序为：

平左端面至粗车外圆至加工内孔至精车轮廓至粗精车螺纹至粗车外圆至切槽至车削圆弧

至切槽至精车轮廓

在数控加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。

编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：

4.2.1加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；

4.2.2使数值计算简单，以减少编程工作量；

4.2.3应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。

4.2.4确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析，我确定该零件的进给路线有两步如下图所示：

零件轮廓

第一步:

车削带有的螺纹的一端，从右到左先粗车外形фDmmm、ф28mm、фEmm到槽5±0.04mm的左端面处后，精车外形路线统粗车一样，再换刀切削5×1.5mm的槽，最后再换刀切削螺纹。

如图螺纹加工路线。

螺纹加工路线

第二步:

车削带有圆弧的一端，从右到左先粗车外形R5mm、RCmm、фBmm到фEmm后2mm后精车外形路线同粗车一样。

最后切削5±0.04mm的槽。

如图螺纹加工路线。

 圆弧加工路线

刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

与传统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。

不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。

选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。

接合零件轮廓相对还是较复杂，

数控车刀

各类车刀刀刃

外圆车刀的组成

具体选刀如下：

1平端面可选用90°WC-Co的硬质合金外圆车刀，粗车、精车及在这里我选择一把硬质合金右端面外圆车刀，为防止在进行圆弧切削时刀具的副后刀面与工件轮廓表面发生干涉（可用作图法检验），副偏角应选择Kr′大一点的，取Kr′=40°右端面外圆车刀的材料选择及Kr′值这里分别下表

硬质合金

工件材料

刀具材料

楔角

后角

主偏角

刃倾角

副偏角

副后角

刀尖圆弧半径

低碳钢

（A3）

YT5

YT15

20—30°

5—10°

45—90°

0—5°

6—10°

6—8°

—1°

中碳钢

45钢正火

YT5

YT15

15—20°

5—8°

45—90°

-5—5°

6—10°

4—6°

—1°

中碳钢

45钢调制

YT15

YT30

10—15°

5—8°

45—90°

-5—5°

6—10°

4—5°

—1°

合金钢40Gr正火

YT5

YT15

14—20°

6—8°

45—90°

-5—0°

6—10°

4—5°

—1°

合金钢

40调制

YT15

YT30

10—14°

5—8°

45—90°

-5—0°

6—10°

4—5°

—1°

钢锻件

45钢40Gr

YT5

YT15

10—14°

5—7°

45—90°

-5—0°

6—10°

4—6°

1—°

不锈钢

YG6

YA6

15—30°

6—8°

45—90°

-5—0°

6—10°

6—7°

—1°

淬火钢

YT20

YA6

-5—-15°

8—12°

45—75°

-5—-15°

6—8°

6—8°

1—2

±0.04mm，一般都选刀宽4mm,刀杆25×25mm材料为高速钢W18CrV4R的切断刀，切槽时选用4mm刀宽即可。

断削槽宽度

进给量f/mm×r

背吃刀量a

/mm

断削槽宽L

低碳钢、中碳钢

合金钢、工具钢

—

—

—

1—3

2—5

3—6

—

—

—

—

—

—

3、切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度这里选用W18CrV4R高速金60°外螺纹车刀，为了保证螺纹牙深，刀尖应小于轮廓最小圆弧半径Rε，Rε=0.15～0.2mm。

刀具表如表所示：

产品名称

或代号

考试件

零件名称

轴类零件

零件图号

GDSKC

020107

序号

刀具号

刀具规

格名称

数量

加工表面

备注

1

T01

90°硬质合金外圆车刀

1

平端面、粗车轮廓

右偏刀

2

T02

右端面外圆车刀

1

精车轮廓

右偏刀

3

T03

高速钢切槽刀

1

切槽

4

T04

60°高速钢外螺纹车刀

1

车削螺纹

编制

陈谦

审核

批准

共1页

第1页

切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。

对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。

合理选择切削用量的原则是：

粗加工是，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；精加工进，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。

具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

零件轮廓粗车循环时选ap=2mm，精加工时选ap=0.2mm，螺纹粗车时选ap=0.4mm，逐刀减少粗车4次后，精车时选ap=0.1mm。

这里粗车ap值、精车ap值都是《机械制造技术》一书。

粗车直线和圆弧时n=800r/min，精车时n=1500r/min，切槽时n=600r/min，切螺纹时n=300r/min，精车时选n=300r/min。

粗车和精车的主轴转速的选取都是根据平时上课所讲的及前人的实践经验所给定的。

粗车直线、圆弧时选F=150mm/min，精车时选F=50mm/min，切槽时选F=8mm/min，粗车螺纹时选F=100mm/min，精车时选F=50mm/min。

参照《数控加工与编程》一书。

在粗车碳素钢材料时根据附表9，刀杆的尺寸为16×25mm、a

=2.5mm，及工件的直径为55mm，f=0.5mm-0.7mm/r。

综上所述，零件的数控车削工艺分析的内容，并将其填入在表8-1 所示的数控工艺卡上。

工艺卡片上其主要内容有：

工步分析、工步内容、各工步所用的主轴转速、刀具及进给速度。

数控车削加工工艺卡片

单位

名称

合肥工业大学

产品名

称及代号

零件名称

零件图号

考试件

轴类零件

GDSKC020107

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

001

三抓卡盘

华中数控CK6140

数控实训基地

工步号

工步内容

刀具号

刀具规

格/mm

主轴转速/（r·min-1）

进给速度/（mm·min-1）

背吃刀量/mm

备注

1

对刀、平端面及试切外圆

T01

25×25

500

50

手动

2

从右至左

粗车轮廓

T02

25×25

800

150

2

自动

3

从右至左

精车轮廓

T02

25×25

1000

50

0．2

自动

4

切槽

T03

25×25

800

8

  min/r

自动

5

粗车螺纹

T04

25×25

300

自动

6

精车螺纹

T04

25×25

300

 数控车削加工工序卡片

合肥工业大学

数控加工工艺卡

产品名称或代号

零件名称

材料

零件图号

45钢

GDSKC020107

工序号

程序

编号

夹具名称

夹具编号

HNC-6140

车间

001

三抓卡盘

工步号

工步内容

加工面

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

对刀平端面及试切ф30mmr外圆

毛坯表面

T01

25×25

500

手动

2

×45°mm

倒角面

25×25

800

150

2

自动

2

粗车фMD×25mm

фD的圆柱面

T02

25×25

800

150

2

自动

3

粗车ф28mm的端面

ф28的端面

T02

25×25

800

150

2

自动

4

粗车ф28×

ф28的圆柱表面

T02

25×25

800

150

2

自动

5

粗车ф30°的锥面

°30锥面

T02

25×25

800

150

2

自动

6

粗车фE×10mm

фE的外圆柱表面

T02

25×25

800

150

2

自动

7

×45°mm

倒角面

T02

25×25

1000

50

自动

8

精车фMD×25mm

фD的圆柱面

T02

25×25

1000

50

自动

9

精车ф28mm的端面

ф28的端面

T02

25×25

1000

50

自动

10

精车ф28×

ф28的圆柱表面

T02

25×25

1000

50

自动

11

精车30°的锥面

30°锥面

T02

25×25

1000

50

自动

12

精车фE×10mm

фE的外圆柱表面

T02

25×25

1000

50

自动

13

切槽5×

ф18的外圆柱表面

T03

25×25

800

8

自动

14

粗车фMD×

фMD×

T04

25×25

300

50

自动

15

精车фMD×

фMD×

T04

25×25

300

50

自动

002

1

平右端面

右端面

T01

25×25

800

50

2

手动

2

粗车R5mm的圆弧

R5的曲面

T02

25×25

800

150

2

自动

3

粗车RCmm的圆弧

RC的曲面

T02

25×25

800

150

2

自动

4

粗车SфBmm的球面

车SфB的球面

T02

25×25

800

150

2

自动

5

粗车R5mm的圆弧

R5的曲面

T02

25×25

800

150

2

自动

6

粗车фE×

фE的圆柱面

T02

25×25

800

150

2

自动

7

精车R5mm的圆弧

R5的曲面

T02

25×25

1000

50