盘套类零件数控车削加工工艺的设计说明.docx

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盘套类零件数控车削加工工艺的设计说明

毕业设计

课题盘套类零件数控车削加工工艺设计

学生贺××

学号×××××

系别机械工程系

专业班级机械设计制造与其自动化

指导教师余××

二0一二年五月

盘套类零件数控车削加工工艺设计

摘要

随着科技和经济的高速发展，我国的制造业与其相关行业已越来越普遍地研制和使用数控机床，因为数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高自动化的特点，能够生产出高质量、多品种与高可靠性的机械产品。

由于数控技术有提高产品的生产效率和提高产品的质量和档次并且能缩短生产周期的能力，使得数控技术对一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。

本设计根据数控机床的特点，针对具体的盘套类零件，进行了加工工艺的设计，包括工装方案的确定、刀具和切削用量的选择、加工路线的确定以与数控加工程序的编制等。

通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控机床在保证加工精度、加工效率、简化工序等方面的优势。

通过本次设计中轴套零件的数控车削加工，也为一些盘套类零件的数控车削加工提供了一个很好的借鉴。

关键词：

数控技术；盘套类零件；工艺设计

DisksetsofpartsCNCmachiningprocessdesign

Abstract

Alongwiththescienceandtechnologyandthehighspeeddevelopmentofeconomy,China'smanufacturingindustryandtherelatedindustriestomoreandmoregeneralalreadydevelopingandusingnumericalcontrolmachinetool,forncmachinetoolcomprehensiveapplicationofcomputer,automaticcontrol,servodrive,precisiontestingandthenewtypeofmechanicalstructureoftechnicalachievements,hasthehighflexibility,highprecisionandhighautomationfeatures,canproducethehighquality,manyvarietyandhighreliabilityofthemechanicalproducts.Becauseofthenumericalcontroltechnologyhasimprovetheproductionefficiencyandimprovethequalityandgradeoftheproductsandcanshortentheproductioncycleofability,makenumericalcontroltechnologyforsomeimportantindustry（IT,automobile,lightindustrial,medicalandsoon）developmentplaysamoreandmoreimportantrole.

Thisdesignaccordingtothecharacteristicsofthenumericalcontrolmachine,thespecificdishsetofparts,theprocessingtechnologydesign,includingtoolingschemedetermination,cuttingtoolandselectionofcuttingparameter,andthedeterminationofprocessingrouteandforCNCprogramming,etc.

Throughthewholeprocessoftheformulationofprocess,fullyembodiesthenumericalcontrolmachinetoolintheguaranteemachiningprecision,processingefficiency,simplifiedprocedureofadvantages.Throughthisdesigncollarcomponentsofthenumericalcontrolturningprocessing,andforsomedishsetofpartsofthenumericalcontrolturningprocessingprovidesaverygoodreference.

Keywords：

Numericalcontroltechnology;Disksetsofparts;Processdesign

插图清单

第一章概述

1.1数控加工在机械制造领域中的地位和作用

随着科学技术的高速发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化，因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。

一些需要大批生产的机械产品，例如汽车与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺设备、专用的自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。

但是应用这些专用生产设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，因而使产品的开发周期增长。

在机械产品中，单件与小批量产品占到80%左右，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作出相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证加工质量，特别是一些有曲面轮廓的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率都受到很大的限制。

由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量、特别是复杂零件的加工。

应用数控加工技术是机械制造领域的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种与高可靠性的机械产品。

目前应用数控加工技术的领域已从当初的航天工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已经取得了巨大的经济效益。

1.2数控加工的特点

数控机床工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以与工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。

所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。

数控加工与常规加工相比具有以下的特点：

1.自动化程度高

在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都由机床自动完成。

在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都由机床自动完成，这样减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。

2.加工精度高而且加工质量稳定

数控加工的尺寸精度通常在0.005-0.1mm之间，而且不受零件形状复杂程度的影响，加工中消除了操作者的认为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定。

3.对加工对象的适应性强

数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。

当加工对象改变时，除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外，只要重新编写并输入该零件的加工程序，便可自动加工出新的零件，不必对机床作任何复杂的调整，这样缩短了生产准备周期，给新产品的研制开发以与产品的改进、改型提供了捷径。

4.生产效率高

数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时间短。

目前，数控车床的主轴转速已达到5000-7000r/min，数控高速磨削的砂轮线速度达到100-200m/s，加工中心的主轴转速已达到20000-50000r/min，各轴的快速移动速度达到18-24m/min。

5.易于建立计算机通信网络

由于数控机床是使用数字信息，易于与计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统联接，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。

当然，数控加工在某些方面也有不足之处，这就是数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺和编程要求较高，加工中难以调整，维修困难。

为了提高数控机床的利用率，取得良好的经济效益，需要切实解决好加工工艺与程序编制、刀具的供应、编程与操作人员的培训等问题。

1.3数控加工的发展

1.3.1数控机床的发展历程与分类

1.数控机床的发展历程

自1952年第一台数控铣床在美国诞生以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制技术和精密测量技术的发展，数控机床得到了迅速的发展和更新换代。

数控机床的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路与小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机（1974年）等五代数控系统。

前三代系统采用专用电子线路实现的硬件式数控系统，一般称为普通数控系统，简称NC。

第四代和第五代系统是采用微处理器与大规模或超大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称CNC（第四代）和MNC（第五代）。

由于现代数控系统的控制功能大部分是由软件技术来实现，因而使硬件进一步得到了简化，系统可靠性提高，功能更加灵活和完善。

目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。

随着数控系统的不断更新换代，数控机床的品种也得以不断地发展，产量也不断地提高。

目前，世界数控机床的品种已超过1500种，几乎所有品种的机床都实现了数控化。

数控机床的年产量近15万台，产值超过200亿美元，数控机床总拥有量达到100万台以上。

我国数控机床的研制始于1958年，由清华大学研制了最早的样机。

1966年我国诞生了第一台用直线-圆弧插补的晶体管数控系统。

1970年初研制成功集成电路数控系统。

1980年以来，通过研究和引进技术，我国数控机床发展很快，现已掌握了5-6轴联动、螺距误差补偿、图形显示和高精度伺服系统等多项关键技术。

目前已有几十个单位在从事不同层次的数控机床的生产与开发，形成了具有小批量生产能力的生产基地。

数控机床的品种已超过500种，其中金属切削机床品种数控化率已达20%。

2.数控机床的分类

1）按加工工艺方法分类

（1）金属切削类数控机床

与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。

尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不一样，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。

在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。

加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。

例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以与攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。

加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。

（2）特种加工类数控机床

除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以与数控激光加工机床等。

（3）板材加工类数控机床

常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。

近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机与工业机器人等。

2）按控制运动轨迹分类

（1）点位控制数控机床

位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。

机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。

可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。

这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。

点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。

（2）直线控制数控机床

直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定围变化。

直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。

直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。

现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。

数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定围进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。

（3）轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移与速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。

它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。

常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。

数控火焰切割机、电火花加工机床以与数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。

轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。

3）按驱动装置的特点分类

（1）开环控制数控机床

这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。

数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。

移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。

此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。

（2）闭环控制数控车床

接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。

从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。

这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。

闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。

（3）半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。

通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。

由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。

半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。

目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。

（4）混合控制数控机床

将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。

混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。

1.3.2自动编程系统的发展

在上世纪50年代后期，美国首先研制成功了APT系统。

由于它具有语言直观易懂、加工精度高等优点，很快就成为广泛使用的自动编程系统。

到了上世纪60年代和70年代，又先后发展了APTⅢ和APTⅣ系统，主要用于轮廓零件的编程，也可以用于点位加工和多坐标数控机床程序的编制。

APT语言系统很庞大，需要大型通用计算机，不适用于中小用户。

为此，还发展了一些比较灵活、针对性强的可用小型计算机的自动编程系统，如用于两坐标轮廓零件编程的ADAPT系统等。

在西欧和日本，也在引进美国技术的基础上发展了各自的自动编程系统，如德国的EXAPT系统、法国的IFAPT系统、英国的2CL系统以与日本的FAPT和HAPT系统等。

我国的自动编程系统发展较晚，但进步很快，目前主要有用于航空零件加工的SKC系统以与ZCK、ZBC和用于线切割加工的SKG等系统。

1.3.3自动化生产系统的发展

随着CNC技术、信息技术、网络技术以与系统工程学的发展，为单机数控化向计算机控制的多机制造系统自动化发展创造了必要的条件，在上世纪60年代末期出现了由一台计算机直接管理和控制一群数控机床的计算机群控系统，即直接数控系统DNC，1967年出现了由多台数控机床联接成可调加工系统，这就是最初的柔性制造系统FMS。

上世纪80年代初又出现了以1-3台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸的可交换工作台与监控检测装置的柔性制造单元FMC。

近10多年来FMC、FMS发展迅速，在1989年第八届欧洲国际机床展览会上，展出的FMS超过200条。

目前，已经出现了包括生产决策、产品设计与制造和管理等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS，以实现工厂自动化。

自动化生产系统的发展，使加工技术跨入了一个新的里程，建立了一种全新是生产模式。

我国已开始在这方面进行了探索与研制，并取得了可喜的成果，已有一些FMS和CIMS成功地用于生产。

第二章数控车削加工工艺

数控车床是数控机床中应用最为广泛的一种机床。

数控车床在结构与其加工工艺上都与普通的车床类似，但由于数控车床是通过电子计算机数字化信号控制的机床，其加工是通过事先编制好的加工程序来控制，所以在工艺特点上又与普通车床有所不同。

本章将介绍数控车削相关知识。

2.1数控车床的加工特点和主要加工对象

2.1.1数控车床的加工特点

数控车床由于本身的特点，使其在生产加工的过程中有着与普通车床不同的加工特点，具体表现为以下几点：

1.适应性强，适用多品种小批量零件的加工

在一般的自动或者半自动车床上要加工一个新零件，一般需要调整机床或机床附件，以便于机床适应被加工零件的要求，而使用数控机床加工不同形状的零件时，只要重新编制或修改加工程序就可以迅速达到加工新零件的要求，大大缩短了更换机床硬件的技术准备时间，因而数控机床适用多品种、小批量零件的加工。

2.加工精度高，加工质量稳定

由于数控机床是集机、电等高科技技术为一体，加工精度普遍高于普通机床。

数控机床的加工过程是由计算机根据预先输入的程序进行控制的，这就避免了因操作人员技术水平的差异而引起产品质量的不同。

对于一些具有复杂形状的工件，普通机床几乎是不可能完成的，而数控机床只是编制较复杂的程序就可以达到目的，必要时还可以用计算机辅助编程或者计算机辅助加工。

另外数控机床的加工过程不收体力、情绪、环境变化的影响，能保证加工工件的一致性，具有稳定的质量。

3.具有较高的生产效率和较低的加工成本

机床的生产效率主要是指加工一个零件所需要的时间，其中包括机动时间和辅助时间。

数控机床的主轴转速和进给速度变化围很大，并可实现无极调速，加工时可选用最佳的切削速度和进给速度，可实现恒转速和恒切速，以使切削参数最优化，从而有效的缩短机动时间。

数控车床的自动换刀、快熟空行程、循环加工功能与装夹简单等特点，可大大缩短辅助时间。

数控机床的生产效率一般为普通机床的2至6倍。

应用数控机床，可降低加工成本，同时减少普通机床的类型和台数，有效节省设备投资，有利于公司更好的发展再生产。

4.改善劳动条件，减轻操作者的劳动强度

数控机床的加工，除了装卸零件、操作键盘、观察机床运行外，其他机床动作都是按加工程序要求自动、连续地进行切削加工，操作者不需进行繁重的重复手工操作。

所以普通机床需要人工全过程进行手工操作，包括工件装夹、切削进给等，而数控车床加工时不需要人工手动操作，使操作过程简化，生产环境比较舒畅整洁，既改善了劳动条件，又减轻了操作者的劳动强度。

2.1.2数控车床的主要加工对象

由于数控机床具有加工精度高、能直线和圆弧插补以与在加工过程中能自动变速的特点，因此，其工艺围较普通机床的多，凡是能在普通机床上装夹的零件都能在数控机床上加工，针对数控车床的特点，下面几种零件最适合数控车削加工。

1.精度要求高的零件

零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面粗糙度等精度的要求，其中的表面精度主要是指表面粗糙度。

由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，并能方便、精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工尺寸精度要求较高的零件，有些场合能达到以车代磨的效果。

另外，由于数控车床的运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现，所以它能加工直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。

由于数控车床一次能装夹能完成加工的容较多，所以它能有效的提高零件的位置精度，并且加工质量稳定。

数控车床具有恒线速度切削功能，所以它不仅能加工出表面粗糙度值小而均匀的零件，而且还适合车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。

一般数控车床的加工精度可达0.001mm，表面粗糙度Ra可达0.16um（精密数控车床可达0.02um）。

2.表面粗糙度要求高的零件

数控车床能加工出表面粗糙度很小的零件。

在材质、精车余量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给量和切削速度。

在普通车床上车锥面和端面时，由于转速恒定不变，致使车削后的表面粗糙度不一致，致使某一直径处的粗糙值最小。

使用数控车床的恒线速切削功能，就可选用最佳线速度来切削锥面和端面，使车削后的表面粗糙度值既小又一致。

数控车削还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。

粗糙度值要求大的部位选用大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。

3.表面形状复杂的零件

由于数控机床具有直线和圆弧插补功能（部分数控车床还有某些非圆弧曲线插补功能），所以可以车削由任意直线和曲线组成的形状复杂的零件，包括通过拟合计算处理后的、不能用方程式描述的列表曲线。

对于由直线和圆弧组成的轮廓，直接利用机床的直线和圆弧插补功能，对于非圆弧组成的轮廓应先用直线或圆弧去逼近，然后利用直线或圆弧插补功能进行插补切削。

4.带一些特殊类型螺纹的零件

普通车床所能车削的螺纹相当有限，它只是车削等导程的直锥面米制、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干中导程。

数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面和端面螺纹，而且能车削增导程、减导程以与要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹。

数控车床可以配备精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀片，以与可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度很高、表面粗糙度很小。

2.2数控车削加工工艺的制定

工艺分析是数控车削编程前期的一项重要准备工作。

工艺制定得合理与否，对