轴类零件数控加工.docx

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轴类零件数控加工

设计任务书

设计题目：

轴类零件的编程加工

设计要求：

1、了解数控的构成与使用规程。

2、绘制零件的CAD图。

下图所示：

3、一定要保证零件的车削精度，不能出现零件有损坏的情况。

4、选择合适的刀具。

5、选择合适的夹具。

6、编写零件的数控程序，并检查执行程序。

设计进度要求：

第一周：

确定毕业设计题目。

第二周：

查阅文献，收集资料。

第三周：

拟定总体方案设计。

第四、五周：

完成零件图绘制及其他设计任务。

第六周：

对设计进行完善、修改。

第七周：

完成设计，打印初稿。

指导教师（签名）：

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，是制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的发展和应用领域的扩大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技术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。

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、工艺路线的制定、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、工艺路线的制定。

关键词：

数控加工工艺分析编程

Abstract

Numericalcontroltechnologyisthemechanicalmovementandprocesscontroloftheuseofdigitalinformationtechnology,numericalcontrolequipmentisanewtechnologyofnumericalcontroltechnologyastherepresentativeofthetraditionalmanufacturingindustriesandemergingmanufacturingformtheinfiltrationofelectromechanicalintegrationproducts,theso-calledthedigitalequipment.Numericalcontroltechnologyapplicationhasbroughttherevolutionarychangeforthetraditionalmanufacturingindustry,manufacturingindustryhasbecomeasymbolofindustrialization,andwithsomeimportantindustrytoexpandthedevelopmentofNCtechnologyandapplicationfieldofthepeople'slivelihoodofthe（IT,automotive,medical,light）playsamoreandmoreimportantroleinthedevelopmentofdigital,becausetheseindustriesneedequipmentisthemajortrendofmoderndevelopment,inthenewenvironmentofChina'saccessiontotheWTOandthefurtheropeningupofourcountry,thedevelopmentofnumericalcontroltechnologyandequipmentisaguaranteetoimprovetheimportanceofChina'smanufacturingindustryinformatizationlevelandinternationalcompetitionability,CNCmachiningandprogrammingofthegraduationdesignisanimportantpartofNCmachiningtechnologyofprofessionalknowledgeandprofessionalskillsteachingsysteminCNCtechnologyprofessional,throughthegraduationdesignsothatwelearntousethebasicknowledgeofbasictheoryinsomesubjects,atthesametime,makethesystemmorecompletetotheprofessional,soastoconsolidate,expand,deepentheknowledgeofthepurpose,cultureandimprovethecomprehensiveabilitytoanalyzeandsolveproblemsandtocultivatethescientific

researchandinnovationability.

Thisgraduationdesignmainlysolvestheproblemthattheclamping,toolpresetting,processdevelopment,workingproceduresandstepsofpartitioning,toolselection,cuttingtheamountdetermined,turningprogramming,machinetooloperation.ThemaindifficultyisthetwoclampinglevelZlengthisdifficulttoguarantee,cuttingparametersareset,theaccuracyoftheknife,theprocessofmaking.

Keywords:

CNCmachiningprocessanalysisprogram

4.2确定零件的定位基准和装夹方式

前言

本次毕业设计是学院为了提高学生的数控技术及相关技能等的综合运用能力，通过毕业设计和完成毕业设计论文是学院对毕业生毕业资格的审核条件，同时也为我们以后的工作打下理论基础，本次设计是在苏宏志老师的精心指导下完成的。

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，较好的解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。

随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛的应用于数控机床、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。

数控加工工艺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造能力。

本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件。

大致包含了数控技术特点的阐述、零件的工艺的分析过程、加工中一些问题的解决方法、数控加工过程、数控编程、机床操作与零件自检过程等，另外还有设计说明书、参考文献、毕业设计小结、致谢、附录等部分。

设计者以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平和实际经验有限，时间又较为紧迫。

在设计中难免会出现一些错误、学点和疏漏。

诚请老师给予批评和指正。

1数控技术概述

数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动对工件进行加工。

从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称数控程序，它是机床数控系统的应用软件。

与数控系统应用软件对应的是数控系统内部的系统软件，系统软件是用于数控系统工作控制的

1.1数控加工简介

一、是高速加工技术发展迅速

高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。

应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。

在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。

应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。

二、是精密加工技术有所突破

通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。

加工精度平均每8年提高1倍，从1950年至2000年50年内提升100倍。

目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到1µm，进入亚微米超精加工时代。

三、是技术集成和技术复合趋势明显

技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型——车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合——金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。

技术集成和复合形成了新一类机床——复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。

四、是数字化控制技术进入了智能化的新阶段

数字化控制技术发展经历了三个阶段:

数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。

智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。

加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。

随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。

数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。

人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。

在线服务可以根据用户要求随时接通INTERNET接受远程服务。

采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。

信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。

五、是极端制造扩张新的技术领域

极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。

极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。

重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制；IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等

1.2数控加工必须遵循的一般原则

（1）结合本校数控基地的情况，合理安排合计内容。

也可以采用与校外企业合作的方式设计课题。

（2）必须保障人身安全和设备安全，在编程操作前应熟悉数控机床的操作说明书，并按照操作规程操作。

（3）兼顾加工精度和加工效率，在保证加工精度的前提下，认真进行公工艺分析，制定出合理的工艺方案，选择合理的切削用量。

（4）注意培养独立获取知识、新技术、新信息的能力，掌握科学研究的方法。

1.3数控加工工艺特点与内容

1.3.1基本特点

在普通机床上加工零件时，使用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作程序，操作者按工艺卡上规定的程序加工零件。

数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的。

1）数控加工的工序内容比普通机床的工序加工内容复杂。

2）数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。

1.3.2基本内容

数控加工工艺主要包括以下几个方面：

1）选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。

2）分析被加工的零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。

3）设计数控加工工序。

如工步的划分零件的定位与家具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。

4）调整数控加工工序的程序。

5）分配数控加工的容差。

6）处理数控机床上部分工艺指令。

1.4数控加工的步骤

必须利用设计前一到二周的时间研究设计计划和任务书，了解产品的工艺性和公差等级，在初步明确设计要求的基础上，可以步骤进行设计方案的论证。

（1）分析零件图样

根据任务书，画出零件图，并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、刀具及等技术进行分析。

（2）确定加工工艺方案

根据上述的分析，选择加工方案，确定加工顺序，加工路线、装夹方式、切削用量材料等，要求有详细的设计过程和合理的参数。

（3）数值计算

根据零件图的尺寸，确定工艺路线及设计的坐标系，计算运动轨迹，得到刀位数据

（4）编写零件加工程序

根据数控系统的功能指令及程序格式，逐步编写加工程序单，写出有关的工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。

（5）程序校验

程序编完后，对程序进行校验，一般采用机床空运转方式，来检查机床的动作和运行轨迹的正确性，以校验程序。

2刀具和切削用量的选择

2.1数控机床对刀具的要求

为了保证数控机床的加工精度，提高生产率及降低刀具的消耗，在选用刀具时对刀具提出了很高的要求，如能可靠的断屑，有高的耐用度，可快速调整和更换等。

因此数控机床对刀具的选择应满足以下要求：

1．适应高速切削要求，具有良好的切削性能

为提高生产率和加工高硬度材料的要求，数控机床向着高速度、大进给、高刚性和大功率发展。

中工作进给由0m/min—5m/min提高到0m/min—15m/min。

等规格的数控车床，其主轴最高转速一般为3000r/min—5000r/min,

2．高的可靠性

数控机床加工的基本前提之一是刀具的可靠性。

3．较高的刀具耐用度

4.高精度

5.可靠的断屑及排屑措施

6．精确迅速的调整

7．自动快速的换刀

8．刀具标准化、模块化、通用化及复合化

2.2数控加工刀具材料的选择

机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼（CBN）、陶瓷等。

由于重型切削的特点（切削深度大，余量不均，表面有硬化层），刀具在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。

由于切削温度高，尽管切削速度处于积屑瘤发生区，但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态，减小了摩擦力，抑制了积屑瘤的生成，所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击，刀具涂层后硬度可达80HRC，具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。

硬质合金涂层具有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可以大大提高刀具耐用度（涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍）等优点，但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片，故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。

只有硬质合金刀具适合于重型切削的粗加工。

硬质合金分为钨钴类（YG）、钨钴钛类（YT）和碳化钨类（YW）。

加工钢料时，由于金属塑性变形大，摩擦剧烈，切削温度高，YG类硬质合金虽然强度和韧性较好，但高温硬度和高温韧性较差，因此在重型切削中很少应用。

与之相比，YT类硬质合金刀具适于加工钢料，由于YT类合金具有较高的硬度和耐磨性，尤其是具有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好，在加工钢料时刀具磨损较小，刀具耐用度较高，因此YT类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。

因此，本次加工选用YG类硬质合金材料的刀具。

根据加工要求选用四把刀具，T01为粗加工车刀，故选用90°硬质合金机夹偏刀；T02为硬质合金机夹偏刀，其副偏角应较大，用于加工圆弧和精加工；T03为硬质合金机夹切断刀，其刀片宽度为3mm，用于切槽、切断等车削加工；T04为60°硬质合金机夹螺纹刀，用于螺纹车削加工。

同时把四把到在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。

本设计中加工的工件材料为45号钢，因此选择的刀具材料为YT类硬质合金。

2.3切削用量的选择

合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。

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。

切削深度ap。

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。

为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。

数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

切削宽度ae。

一般ae与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。

经济型数控加工中，一般ae的取值范围为：

ae=（0.6～0.9）Dc。

切削速度Vc。

提高Vc也是提高生产率的一个措施，但Vc与刀具耐用度的关系比较密切。

随着Vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故Vc的选择主要取决于刀具耐用度。

另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如车削合金刚30CrNi2MoVA时，Vc可采用8m/min左右；而用同样车削铝合金时，Vc可选200m/min以上。

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。

切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。

对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。

切削用量的选择原则是：

保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

从刀具的寿命（耐用度）出发，切削用量的选择方法是：

先选取被吃刀量，其次确定进给速度，最后确定主轴转速。

2．3．1背吃刀量确定

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。

为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.1～0.5mm。

2．3．2进给速度的确定

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。

最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。

确定进给速度的原则：

1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。

一般在100～200mm/min范围内选取。

2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。

3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。

4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

5）由于本设计的加工属于半精加工，因此，选用介于两者之间的进给速度，即50mm/min—100mm/min。

2．3.3主轴转速的确定

1）光车外圆时主轴转速。

光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。

切削速度除了计算和查表选取以外，还可以根据实践经验确定。

需要注意的是，交流变频调速的数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。

切削速度确定后，用公式n=1000v/πD计算主轴转速n（r/min）。

式中

v----切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；

n----主轴转速，单位为r/min；

D----工件直径或刀具直径，单位为mm。

计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。

硬质合金外圆车刀切削速度的参考值

工件材料

热处理状态

ap（mm）

（0.3，2]

（2,6]

（6,10]

f（mm/r）

（0.08,0.3]

（0.3,0.6]

（0.6,1]

vc（m/min）

低碳钢、易切钢

热轧

140～180

100～120

70～90

中碳钢

热轧

130～160

90～110

60～80

调质

100～130

70～90

50～70

合金结构钢

热轧

100～130

70～90

50～70

调质

80～110

50～70

40～60

工具钢

退火

90～120

60～80

50～70

灰铸铁

HBS<190

90～120

60～80

50～70

HBS=190～225

80～110

50～70

40～60

高锰钢

10～20

铜及铜合金

200～250

120～180

90～120

铝及铝合金

300～600

200～400

150～200

铸铝合金（WSI13%）

100～180

80～150

60～100

注：

切削钢及灰铸铁时刀具耐用度约为60min

2）车螺纹时主轴的转速。

在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。

大多数经济型数控车推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为：

n≤（1200/P）-k。

式中：

P----被加工螺纹螺距（mm）；

k----保险系数，一般取为80。

此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量的选择。

总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。

同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。

3夹具的选择

3.1夹具的基本概念:

1）什么是夹具: