轴类零件的加工工艺数控与机械设计制造专业毕业设计毕业论文.docx
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轴类零件的加工工艺数控与机械设计制造专业毕业设计毕业论文
轴类零件的加工工艺数控与机械设计制造专业毕业设计毕业论文
无锡工艺职业技术学院
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_______________________职称:
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二O一一年五月十五日
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轴类零件的加工工艺
摘要
随着着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度
越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发
挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
本次设计就
是进行典型轴类零件的数控加工工艺与编程，该零件是具有椭圆、圆弧、斜
度、外螺纹、凹槽、孔等特征的轴类零件，本文侧重于该零件的工艺分析、
加工路线确定及加工程序的编制。
并绘制零件图，加工路线图。
用G代码编
制该零件的数控加工程序，并附以编程尺寸的计算方法，其中零件工艺规程
的分析是此次论文的重点和难点。
关键字:
数控加工技术;数控加工工艺与编程;加工路线
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyandeconomiccompetitionisfierce，Mechanicalproductsspeedquickly，numerical
controlmachiningastherepresentativeoftheadvancedproductiveforces，Machineandrelatedindustriesinthefieldplayanimportantrole，Machinerymanufacturingcompetition，Istheessenceofthe
numericalcontroltechnologycompetition.Thedesignisatypicalpartsoftheclassnumericalcontrolprocessingandprogramming,Thepartsoftheovalsandcircles,tiltandthethread,thetank,waitingforthepartsofthecharacteristicsofsuch.Thisarticlefocusesonthepartoftheprocessofanalysis,thelineofprocessingtheapplicationprocessingandplanning.Drawthemap,andthepartsoftheroadmap.Usethepartsofthecodenumericalcontrolprocessingprogramandencloseaprogrammaticwaytocalculatethedimensionsofthepartsoftheprocessofanalysisofthisthesisisofkeyanddifficult.
Keywords:
numericalcontrolmachining;numericalcontrolprocessingandprogramming;thelineofprocessing
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第一章前言
随着计算机技术的发展，计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。
CAD/CAM技术自动加工的实现对社会产生了巨大的经济效益。
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现代发展的大趋势。
此次毕业设计主要以灵活运用专业知识来解决实际生产中的问题为目的，通过所学知识对零件进行图纸分析、选定加工方案和使用数控设备进行零件加工，加强了对数控实际操作的能力分析
设计的过程分为绘制零件图装配图、编写工艺卡、工序卡、编写数控加工程序和撰写设计说明书四个阶段，在绘制零件图装配图中，我们熟悉课题的基本要求后查找资料，熟悉有关内容，于4月初结束这阶段的工作后转入编写工艺卡、工序卡阶段;在编写工艺卡、工序卡中，主要是提供工序卡片、刀具卡片、装夹简图的电子稿，于4月中旬完成了这个阶段性任务;编写数控加工程序，历经一个半月，主要是提供数控加工程序电子表;最后利用了一周的时间完成撰写设计说明书课题的所有设计工作于5月底全部结束。
在设计中，通过对图纸分析对加工工艺工序、加工刀具、装夹方案等进行拟定，并编写出数控加工程序，本课题是零件一与零件二配合加工，主要的难点是椭圆加工，运用G158指令和跳转指令完成。
椭圆是非圆曲线对于数控车削编程是个难点。
利用二次曲线逼近法，加工椭圆以及用户宏程序法对椭圆曲线进行数控加工编程的应用方法。
椭圆加工难点:
（1）无条件转移（GOTO）语句转移到有顺序号n的程序段。
格式为:
GOTOn，其中n表示程序段号。
例:
GOTO1，表示转移到第一程序段。
再如:
GOTO#10，表示转移到变量#10决定的程序段。
（2）条件转移（IF）语句在IF后指定一条件，当条件满足时，转移到顺序号为n的程序段，不满足则执行下一程序段。
格式为:
IF[表达式]GOTOn。
（3）椭圆是非圆曲线对于数控车削编程是个难点。
利用二次曲线逼近法，加工椭圆以及用户宏程序法对椭圆曲线进行数控加工编程的应用方法。
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第二章数控加工工艺2.1数控加工工艺分析
在数控车床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数等编制成程序，整个加工过程时自动进行的，因此程序编制前的工艺分析是一项十分重要的工作。
2.1.1数控加工内容的选择
数控加工工艺内容的选择,对于一个需要加工的零件来说，并非全部的加工工艺过程都适合在数控机床上完成,只往往其中的一部分工艺内容适合使用数控加工的方法来加工工艺零件。
这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。
在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。
1适于数控加工的内容:
在选择时，一般可按下列顺序考
1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容;
2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容;
3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。
根据数控加工的优缺点，一般认为以下零件最适宜数控加工:
（1）形状复杂、加工精度要求高、用普通机床无法加工或虽然加工很难保证产品质量的零件。
（2）能用数学模型描述的复杂曲线或曲面零件。
（3）具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的课题或盒型零件。
（4）必需在一次装夹中合并完成机、铰或螺纹加工等多道工序的零件
2、不适于数控加工的内容
1）占机调整时间长。
如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容;
2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。
这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工;
3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。
主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度
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2.1.2数控加工零件的工艺性分析
在确定了数控加工零件及其内容后，应该对零件的数控加工工艺性进行全面仔细的分析。
工艺分析时对工件进行数控加工前期工艺准备工作，数控机床加工中所有工步的道具选择、走刀轨迹、切削用量、加工余量等都有预先确定好并编入加工程序。
数控加工工艺性分析涉及内容广，在此仅从数控加工的必要性、可能性与方便性及毛坯的选择等方面加以分析。
1、零件图分析
1）熟悉产品的性能、用途、工作条件，结合总装图、部装图，了解零件在产品中的功用、工作条件，掌握零件上影响产品性能的关键技术要求，以便在制定工艺规程时采用相应措施予以重点保证。
2）审查图样的正确性、合理性，视图应当正确、完整及表达清楚，符合国家要求，尺寸及有关技术要求应标注齐全，构成零件的几何元素（点、线、面、）的条件（如相切、相交、垂直、平行等），是数控编程的重要依据。
手工编程时，要依据这些条件计算每一个节点的坐标。
因此，我们要对给定的几何条件进行仔细的分析，看是否充分，准确。
3）审查尺寸标注。
零件图上尺寸标注的方法应适应数控加工的特点，如图中所示，在数控零件图上，应以同一基准标注尺寸或者直接给出坐标尺寸。
这种标注方法既便于编程，又利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。
由于数控加工精度高，不会因为较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将标注设为同一基准标注。
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4）材料选择要恰当在满足零件功能的前提下应选用廉价的材料。
材料选择应立足国内，不要轻易选用贵重即紧缺的材料。
2零件的结构工艺性分析
所谓零件的结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。
零件的结构工艺性对其工艺过程影响很大，使用性能相同而结构不同的零件，其制造难易管理方式和成本可能会有很大差别。
零件的结构工艺性问题涉及面广，毛坯制造、机械加工、热处理、装配对零件都有结构工艺性要求2.2数控加工工艺路线的设计
工艺路线的拟定是制定工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括:
选择定位基准、选择加工方法、划分加工阶段、安排工序等。
在实际加工中，我们应该结合零件的实际情况和现有的生产条件，制定出最佳的工艺路线。
2.2.1零件表面数控车削加工方案的确定
一般根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零件表面的数控车削加工方法及加工方案。
数控车削内、外圆表面及端面的加工方案如下:
（1）加工精度为IT9~IT7级、表面粗糙度Ra为0.8~0.2um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用粗车、半精车、精车的加工方案加工。
（2）加工精度为IT7~IT5级、表面粗糙度Ra为0.63~0.2um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用粗车、半精车、精车、细车的加工方案加工。
（3）加工精度高于IT5级、表面粗糙度Ra<0.63um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用高精密数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的加工方案加工。
2.2.2加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时，应把整个数控加工过程划分为几个阶段，通常划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
如果零件的精度要求很高，还需要安排专门的光整加工阶段。
必要时，如果毛坯表面比较粗糙，余量也较大，还需要安排先进行荒加工和初始基准加工。
1（粗加工阶段
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粗加工阶段是为了去除毛料或毛坯上大部分的余量，使毛料或毛坯在形状和尺寸上基本接近零件的成品状态，这个阶段最主要的问题是如何获得较高的生产效率。
2（半精加工阶段
半精加工阶段是使零件的主要表面达到工艺规定的加工精度，并保留一定的精加工余量，为精加工做好准备。
半精加工阶段一般安排在热处理之前进行，在这个阶段，可以将不影响零件使用性能和设计精度的零件次要表面加工完毕。
3（精加工阶段
精加工阶段的目的是保证加工零件达到设计图纸所规定的尺寸精度、技术要求和表面质量要求。
零件精加工的余量都较小，主要考虑的问题是如何达到最高的加工精度和表面质量。
4（光整加工阶
段当零件的加工精度要求较高，如尺寸精度要求为IT6级以上，以及表面粗糙度要求较小（Ra<=0.2µm）时，在精加工阶段之后就必须安排光整加工，以达到最终的设计要求。
5.超精密加工阶段
超精密加工是指在一定时期，加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工技术。
该阶段的加工精度在0.1,0.01um，粗糙度小于Ra0.01um（Ra0.01,Ra0.001um）
2.2.3工序的划分
工序的划分一般分为两个原则，即工序集中和工序分散的原则
1、工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成，而每一工序的加工内容却比较多。
其特点:
1）采用高效专用设备及工艺装备，生产效率高。
2）工件装夹次数减少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。
3）工序数目少，可减少机床数量，操作工人数和生产面积，还可简化生产计划和生产组织工作。
4）因采用了结构复杂的专用设备及工艺装备，便投资大，调数和维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费时。
2、工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少，最少时每个工序仅一个简单工步。
其特点:
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1）设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，又易于平衡工序时间，易适应产品更换。
2）可采用最合理的切削用量，减少基本时间。
3）设备数量多，操作工人多，占用生产面积大。
工序的划分方法工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构和技术要求等。
大批量生产时，若使用多轴、多刀的高效加工中心，工序可按集中原则划分;若在由组合机床组成的自动线上加工，工序一般按分散原则划分。
随着现代数控技术的发展，特别是车削中心的应用，工艺路线的安排更多地趋向于工序集中。
单件小批量生产时，通常采用工序集中原则。
成批生产时，可按工序集中原则划分，也可按工序分散原则划分，应视具体情况而定。
对于结构尺寸和重量都很大的重型零件，加工中心以减少装夹次数和运输量，应采用工序集中原则。
对于刚性差、精度高的零件，应按工序分散原则划分工序。
加工工序的划分原则在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序。
划分方法如下:
1）按所用刀具划分。
以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的待加工表面较多、机床连续工作时间较长、加工程序的编制和检查难度较大等情况。
加工中心常用这种方法划分。
2）按安装次数划分。
以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序沈阳机床。
这种方法适用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。
3）按粗、精加工划分.即粗加工中完成的那部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。
这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、加工中心精加工分开的零件，如毛坯为铸件、焊接件或锻件。
4）按加工部位划分，即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点（如内形、外形、曲面和平面等）划分成多道工序。
2.2.4加工顺序的安排
在选定加工方法、划分工序后，工艺路线拟定的主要内容就是合理安排这些加工方法和加工工序的顺序。
零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序（包括表面处理、清洗和检验等），这些工序的,顷序直接影响到零件的加工质量、
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生产效率和加工成本。
因此沈阳机床，在设计工艺路线时，应合理安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题。
1、切削加工工序的安排原则:
基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔，依照上述原则，对于具体的零件，我们首先粗车出轴类零件的外轮廓，然后在半精车那些有粗糙度要求的表面，最后精车粗糙度要求较高的表面，然后再把零件换到数控铣床上面去加工出键槽。
（1）基准面先行原则用作精基准的表面应先加工。
任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面;箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。
（2）先粗后精当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。
（3）先主后次即先加工主要表面，然后加工次要表面。
（4）先面后孔对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。
（5）先内后外原则即先进行内型内腔加工工序，后进行外形加工工序。
（6）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。
（7）以相同安装方式或用同一刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数。
（8）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。
在安排加工顺序时，要注意退刀槽、倒角等工作的安排。
2、热处理工序的安排
机械零件中常用的处理工艺有热处理（退火、正火、调质、渗氮等）和时效（天然时效和人工时效）。
这两种工序在工艺过程中的安排是否恰当，是影响零件加工质量和材料使用性能的重要因素。
热处理和时效的方法、次数和工艺过程中的位置，应根据材料和处理的目的而定。
热处理主要用来改善切削性能及消除内应力。
一般可分为以下几种。
1）预备热处理
安排在机械加工之前，以改善材料的切削性能及消除内应力为主要目的。
常用的方法有退火、正火和调质。
例如，为改善切削性能高碳钢需进行了退火，以降低硬度;
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低碳钢需进行正火，以适当提高硬度;为清除内应力，铸件需进行回火，缎件需进行正火等。
2）去除内应力热处理
一般安排在粗加工之后，精加工之前，常用的方法有人工时效、退火等。
如精度要求不高的零件，一般将消除残余应力的人工时效和退火安排在毛坯进入机加工车间之前进行。
对精度要求较高的复杂铸件，在机加工过程中通常安排两次在毛坯进入机加工车间之前进行。
对精度要求较高的复杂铸件，在机加工过程中通常安排时效处理:
铸造?
粗加工?
时效?
半精加工?
时效?
精加工。
对高精度零件，如精密丝杠、精密主轴等，应安排多次消除残余应力热处理，加工一次安排一次，甚至采用冰冷处理以稳定尺寸。
3）最终热处理
以达到图样规定的零件的强度、硬度和耐磨为主要目的，常用的方法有表面淬火、渗碳、渗氮和调质、淬火等，最终热处理应安排在半精加工之后，磨削加工之前。
渗氮处理可以放在半精磨之后，精磨之前。
另外，对于床身、立柱等铸件，常在粗加工前及粗加工后进行自然时效，以消除内应力。
3.辅助工序的安排
辅助工序的种类很多，如检验、去行刺、倒棱边、去磁、清洗、动平衡、涂防锈漆和包装等。
辅助工序也是保证产品质量所必要的工序，若缺少了辅助工序或辅助工序要求不严，将给装配工作带来困难，甚至使机器不能使用。
其中检验工序是主要的辅助工序，它是监控产品质量的主要措施，除在每道工序的进行中操作者都必须自行检查外，还须在下列情况下安排单独的相信群众工序:
（1）粗加工阶段结束之后。
（2）重要工序之后。
（3）零件从一个车间转到另一个车间时。
（4）特种性能（磁力擦伤、密封性等）检验之前。
（5）零件全部加工结束之后。
其他辅助工序的安排应视具体情况而定。
2.3数控加工工序设计
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工序设计时，所用机床不同，工序设计的要求也不一样。
对普通机床加工工序，加工细节问题可不必考虑，由操作者在加工过程中处理。
对数控机床加工工序，针对数控机床加工自动化、自适应差的特点，要充分考虑到加工过程中的每一个细节，工序设计十分严密。
数控加工工序设计的主要任务是进一步将本工序的工艺装备、定位夹紧方式]加工路线的确定和工步顺序的安排、切削用量的选择等具体确定下来，为编制加工程序做好充分准备。
2.3.1机床的选择
当工件表面的加工方法确定之后，机床的种类就基本上确定了。
但是，每一类机床都有不同的型式，它们的工艺范围、技术规格、加工精度和表面粗糙度、生产率和自动化程度都各不相同。
为了正确地为每一道路工序选择机床，除了充分了解机床的技术性能外，通常要考虑以下几点。
1.工序节拍适应性
机床的类型应与工序的划分原则相适应，再根据加工对象的批量和生产节拍要求来决定。
若工序按集中原则划分的，对单件小批量生产，则应选择通用机床或数控机床，是用一台数控机床来完成加工，还是选择几台数控机床来完成加工;对大批量生产，则应选择高效自动化机床和多刀、多轴机床。
若工序按分散划分的，则应选择结构简单的专用机床。
2.形状尺寸适应性
机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应。
即小工件则选小规格的机床加工，大工件则选大规格的机床加工。
另外，所选用的数控机床必须能适应被加工零件的形状尺寸要求。
这一点应在被加工零件工艺分析的基础上进行，如加工空间曲面形状的叶片，往往要选择四轴或五轴联动数控铣床或加工中心。
这里要请注意的是防止由于冗余功能而付出昂贵的代价。
3.加工精度适应性
机床的精度与工序要求的加工精度相适应。
如精度要求低的粗加工工序，应选用精度低的机床;精度要求高的精加工工序，应选用精度高的机床。
但机床的精度不能过低，也不能过高。
机床精度过低，不能保证加工精度，机床精度过高，又会增加零
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件的制造成本，应根据加工精度要求合理选择，保证有三分之一的储备量。
注意不要一味地追求不必要的高精度。
综合考虑上述因素，在选择机床时，应充分利用现有的设备，优先考虑新技术、新工艺来提高生产效率。
2.3.2工件定位与夹紧方案的确定和夹具的选择
1（工件的定位与夹紧方案的确定
在数控机床上工件的定位基准与夹紧方案的确定，应遵循定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。
此外，在数控机床上装夹工件时应考虑以下几个因素;
（1）力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。
应防止过定位，箱体工件最好选择一面两销作为定位基准。
定位基准在数控机床上要细心找正。
为了找正方便，有的机床，例如卧式加工中心工作台侧面，应安装专用定位板。
（2）尽量减少装夹次数。
尽可能在一次定位装夹后就能加工妯全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，并充分发挥数控机床的效率。
（3）避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。
2（夹具的选择
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求;一是要保证夹具的坐标方与机床的坐标方向相对固定;二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸关系。
除此之外，还要考虑以下几点:
（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和欺其他通用夹具，以缩短准备时间，节省生产费用。
（2）在成批量不大时，应尽量采用组合夹具，并力求结构简单，夹具结构应有足够的刚度和强度。
（3）因为在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件夹紧引起的变形造成工件加工不良。
夹紧力应靠近主要支承点，力求靠近切削部位。
（4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，加工部位开阔，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给（如产生碰撞等）。
（5）装卸零件要快速、方便、可靠，以缩短准备时间，批量较大时应考虑气动或液压夹具、多工位夹具。
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2.3.3数控刀具的选择
刀具的合理选择和使用，对提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期及加快新产品开发等到方面有十分重要的作用。
国外有资料表明，刀具费用一般占制造成本2.5%,4%，但它却直接影响占制造成本20%的机床用和38%的人工费用。
如果进给速度和切削速度提高15%,20%，则可降低制造成本10%,15%。
这说明使用好刀具会增加成本，但效率提高
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