毕业设计数控车床轴类零件加工工艺设计及编程.docx

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毕业设计数控车床轴类零件加工工艺设计及编程

轴零件图——材料：

45，毛坯尺寸：

Φ65x105

数控车床轴类零件加工工艺设计及编程

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。

运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床实际操作的一次综合练习，能让我感触当代科学的前沿，体验数控魅力，为人们的生活带来方便，进一步认识数控技术，熟练数控机床的操作，掌握数控，开发数控内在潜力。

关键词：

数控技术，毕业设计 

Numericalcontrollatheshaftpartsprocessingprocessdesignandprogramming

Abstract

Inthedigitizedmanufacturetechnology,thecomputernumericalcontroltechnologyandthenumericalcontrolprogrammingtechnologyisoneofmostimportanttechnical,thisarticlemainlymovesthetemplatewhichusesforthemoldprocessingtocarryontheCNCprocessing,usestheSimenssystemtomovethetemplatetocarryonthenumericalcontrolprogrammingprocessing.Firstiscarriesontheprocessingworkingproceduretotheworkpiecethedetermination,andcarriesonthecraftanalysis,theattireclampsthewaythechoice,thecuttingspecificationsdetermination.Againhascarriedonthechoicetothecuttingtool.Thencarriesontheprogrammingprocessingonthecraftroute..Thecurrentnumericalcontrolprocessingprioritizedirectionisdoesnothavechartproduction,singleunithighaccuracyparallelprocessing,fewpeoplenobodymeltstheprocessing,thisrequestnumericalcontrolenginebedcansatisfyhighspeed,thehighdynamicprecision,thehighrigidity,thethermostability,theredundantreliability,thenetworkaswellaswithitnecessarycontrolsystem,mostimportantlythemoldthreedimensionalprocessingspeciallypaidgreatattentiontotheenginebedthedynamicperformancedomestictohavesomecompaniestointroducethehighspeedmillingmachine,andstartedtoapply.Thedomesticmachinetoolfactorydevelopssomehighspeedmillingmachinesoneafteranother,andisdevelopinghighspeedprocessestheenginebed.Thenumericalcontroltechnologyisreferswithdigital,thewritingandthemarkcompositiondigitalcommandrealizesoramanymechanicaldevicesmovementcontroltechnology.Itcontrolsusuallyistheposition,theangle,thespeedandsoonthemechanicalquantityandflowstotherelatedswitchquantitywiththemechanicalenergy.Thenumericalcontrolproductionreliesondatacarrierandthebinarymodedataoperationappearance.In1908,theperforationsheetmetalexchangetypedatacarrierwaspublished;19century'sends,andhavetheassistancefunctiontakethepaperasthedatacarrierthecontrolsystemtoinvent;Hasestablishedthemoderncomputer,includingcomputernumericalcontrolsystemfoundation.Thenumericalcontroltechnologyisdevelopswiththeenginebedcontrolcloseunion.In1952,thefirstnumericalcontrolenginebedwaspublished,becomesintheworldmechanicalindustryhistoryanepoch-makingevent,impelledtheautomateddevelopment.Hasestablishedthemoderncomputer,includingcomputernumericalcontrolsystemfoundation.Thenumericalcontroltechnologyisdevelopswiththeenginebedcontrolcloseunion.In1952,thefirstnumericalcontrolenginebedwaspublished,becomesintheworldmechanicalindustryhistoryanepoch-makingevent,impelledtheautomateddevelopment.

KEYWORDS:

numericalcontrol,finishschool

1数控技术的现状及发展趋势

1.1我国数控技术的现状

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断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用.。

因为这些行业所需装备的数字化已是代发展的大趋势。

当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。

目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到1.9%左右，这与西方工业国家一般能达到20%的差距太大。

日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。

数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。

每年我们国产全功能数控机床30004000台，日本1年产5万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口70009000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。

因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五，就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。

当时提出数控化改造的设备可达810万台，需投入80100亿资金，但得到的经济效益将是投入的510倍以上。

因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。

“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入6.8亿元，用于对1.21.8万台机床的数控化改造。

纵观目前我国的数控市场，我国数控产品在性能、外观、可靠性方面与国外产品有一定差距，特别是国外企业有雄厚的资金，加上外国企业为占领中国市场，对我国能够生产的数控系统压价销售，而对我国未能生产的数控系统，不仅高价而且附加许多限制。

在国外数控企业采用技术封锁和低价倾销的双重策略下，中国数控产业经历了坎坷的历程，我国曾花巨资引进西门子和FANUC的技术，并希望在此基础上吸收消化，开发我国自己的数控技术。

如北京密云所引进了FANUC的数控系统，可是，FANUC卖给我们的都是即将过时的落后技术。

我国引进后，尚未来得及吸收消化和批量生产，FANUC即宣布停止生产该系统的生产，并将性能价格比更好、质量更高、体积更小的数控系统推向中国市场。

这种总是跟在别人后面走的做法，必然受人制约，永远落在后面。

中国数控出路何在？

　　由于国内数控系统生产企业的起点都很低，这样导致了企业的技术水平落后，目前国内数控系统生产企业在设计原理、元器件及应用技术上差距比较大，而国家的科研投入基本都被企业用做新产品的开发而不是关键技术的研发。

　　同时，跨国公司为了占领中国巨大的市场，采用技术封锁和低价倾销的双重竞争策略。

一方面，对中国不能生产的产品，跨国公司不仅抬高价格，还附加许多限制;另一方面，对中国能生产的数控系统，则连续采取大幅度降价措施，企图夺取中国企业仅有的中档产品的市场份额，并不惜重金从中国数控企业挖走熟悉业务的市场策划和销售人员。

　　值得一提的是，广州数控综合考虑中国国情及国内一些企业的需要，推出了适合中国市场的数控系统产品，目前的产品市场份额已经占到了国内市场的第一名。

据中研普华《2013-2017年中国数控机床行业市场形势分析及投资风险研究报告》显示，国家主要还是推广国内的中档数控系统。

在中档数控系统方面竞争比较激烈，中国的企业起步比较晚，现在虽然技术也在逐步向欧美企业靠拢，但是企业的品牌效应还没有形成，因此在市场上不具备很强的竞争力。

目前国家组织了有关方面的人员进行沟通和交流，企业也在积极努力研发，争取早日把在中档数控系统市场上国内产品只占10%的局面扭转过来。

　　数控机床行业是具有高技术含量的行业。

其特点是技术要求高、产品更新换代快、投资密度大、产品综合性强，各功能部件对整机的质量和性能至关重要。

产品市场容量小，竞争对手强大。

这对政府的支持协调和企业经营的有效灵活均提出很高要求。

基本的政策方向是要把国家政策导向、行业结构的改善和灵活高效的企业机制三者更好地结合起来。

　　由于数控技术体系复杂庞大，数控系统更是属于高科技型电子类行业兼具软硬件研发内容，要求有较大资金技术实力，决非一家一户可以支撑。

轻率投资上马，日后无力支撑，容易造成人力财力不应有的损失，所以政府的引导是必要的。

组织数控系统的产、学、研攻关如此，功能部件的攻关也应如此。

随着计算机技术日新月异的发展，基于微机的开放式数控是数控技术发展的必然趋势。

在传统数控技术方面，我国处于相对落后的状态。

开放式数控为我国数控产业的发展提供良好的契机，加强和重点扶持开放性数控技术的研究和应用，稳住经济型系统市场，努力提升技术；大力推动中档系统实现产业化，努力提升市场占有率；重点开发高档数控系统，实现技术突破和产业化；加强技术路线创新，发展成套中高档数控系统，我国的数控产业才有发展壮大可能，才有可能在未来的市场竞争中立于不败之地。

在这里我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济的发展和数控技术共同腾飞！

2零件的加工工艺过程分析

2.1零件图的架构及工艺分析

（1）结构分析

a.该零件主要由Φ40mm、Φ45mm、R8的圆弧、R10的圆弧、锥度54·的锥面、M35×2的螺纹六段组成。

b.Φ45mm和Φ60mm圆柱面上分别有一个R8、、R10的圆弧。

c．Φ45mm圆柱面有一个锥度53·的锥面。

d.零件右端是一段M35×2的螺纹。

e两端有2×45·的倒角，零件是根复杂轴。

（2）精度分析：

该零件表面由圆柱、顺圆弧、螺纹等表面组成。

其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；圆柱直径40㎜、60㎜的尺寸公差要求较高。

尺寸标注完整，轮廓描述清楚。

如图1-1

图2-1零件图

（3）零件装夹与定位基准分析：

在数控粗、精加工中，可以先一顶一家夹以外圆面和中心孔定位，粗、精加工零件左端，再用一夹一顶加工右端。

（4）加工刀具分析：

在零件的数控车削加工中，为保证零件加工轨迹的连续性，外圆加工应使用主偏角Kr=90·,Kr=57·，刀尖圆弧半径R0.2mm外圆精车车刀。

2.2工艺处理

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。

（1）考核要求：

以小批量生产条件编程。

不准用砂布及锉刀等修饰表面。

未注倒角2×45·。

未注公差尺寸按GB1804-M。

（2）工艺分析。

①对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。

②在轮廓曲线上，有2处为圆弧，加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。

③为便于装夹和减小误差，坯件右端应先加工，然后再调头加工左断，为了防止在加工左端时加紧右端碰伤右端表面，顾在加紧右端时在表面包上均匀的棉布。

（3）工艺措施：

a.零件上由精度较高的尺寸数据如圆柱ф45±0.0mm、ф40mm，S在加工时为了保证其尺寸精度应取其中间值分别取值为ф45mm、ф40mm。

b.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，零件的右端是螺纹，中段最大的直径的圆柱ф60mm。

左端是柱面及圆弧，显然右端都是螺纹不适合装夹，所以应留在最后加工，应先装夹毛坯加工出左端圆柱ф40mm、ф45mm及圆弧R8mm。

调头装夹ф45mm的圆柱加工右端螺纹及圆弧R10mm、ф40、ф60mm圆柱面，毛坯选ф65×105mm。

2.3设备选择

根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。

这次设计我选用的是华中数控系统，选择数控机床HNC-CK6140加工该零件。

2.4确定零件的定位基准和装夹方式

2.4.1粗基准选择原则

（1）保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作为粗基准。

（2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛胚外圆做粗基准。

（3）粗基准应避免重复使用。

（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。

2.4.2精基准选择原则

（1）基准重合原则：

选择加工表面的设计基准为定位基准；

（2）基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。

2.4.3夹具的选择原则

由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工圆点的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。

同时，还要考虑以下几点：

（1）当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具、可调夹具及其他通用夹具；

（2）当小批量或成批生产时才考虑专用夹具，但应力求结构简单；

（3）夹具要开敞，其定位、夹紧元件不能影响加工中的走刀；

（4）装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间，批量大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。

2.4.4定位基准

综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三抓卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯ф65mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。

2.4.5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ф65mm的棒料的一端，夹紧其40mm的长度加工ф40mm、ф45mm圆柱面及R8圆弧。

一直加工到零件右端的ф45mm，然后将棒料卸下。

装夹ф45mm的圆柱表面，加工另一端的螺纹和圆弧R10及锥面。

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：

图2-2加工零件左端的装夹

图2-3加工螺纹的装夹图

2.4.6轴类零件加工的技术要求:

尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6~IT9。

几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、螺纹等重要表面的圆度、圆柱度。

其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

该典型轴类零件长度为100mm，螺纹大径为35、长度为20，外圆锥面的锥度为54·、长度为15mm，圆弧总长为20.26mm、半径分别有10mm/8mm.

相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

该典型轴类零件外圆相互位置精度为0.02～0.04之间，圆的径向跳动为0.02，端面与轴心线保持垂直，两端端面要保持平行。

2.4.7表面粗糙度

轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。

该典型轴类零件的直径为52mm的外圆、外圆锥度及孔的内表面的粗糙度均为1.6，其它位置的粗糙度为3.2。

在加工该轴类零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工零件表面轮廓时，必须保证0.5mm的精加工余量，必要时需使用刀偏表，对刀具进给时进行误差的控制，有效地减小误差，方能确定该零件在加工精度方面的各种要求。

2.5加工方法的选择和加工方案的确定

2.5.1加工方法的选择

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。

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。

2.5.2加工方案的确定

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。

2.6.工序与工歩的划分

2.6.1按工序划分

工序划分有三种方法 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。

2.6.2工歩的划分

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：

a）车削左端圆柱面的工歩为：

90°外圆车刀平端面→右端面外圆车刀车削2×45°的倒角→圆柱面ф40mm×20mm→圆柱面ф45mm×8mm→圆弧R8mm→圆柱面ф45×5.38mm。

b）车削右端螺纹端的工歩为:

90°外圆车刀平端面→右端面外圆车刀车削2×45°的倒角→外螺纹车刀车削35×2mm→ф40mm×4mm→圆弧R10mm→圆柱面ф60mm×3.36mm→圆锥面。

2.7确定加工顺序及进给路线

2.7.1进给路线

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：

（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；

（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；

（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）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：

第一步:

车削左端面端，从右到左先粗车外形ф40mm、ф45mm左端面处、ф45mm圆柱面、R8圆弧、ф45mm圆柱面后，精车外形路线统粗车一样，。

如图2.4左端面圆柱面加工路线。

图2-4左端面圆柱面加工路线

第二步:

车削右端带有螺纹的一端，从右到左先粗车外形ф35mm、ф40mm、R8mm圆弧到54·锥面后精车外形路线同粗车一样。

最后再换刀切削螺纹。

如图2.5螺纹加工路线。

图2