土豆去皮机连接件加工工艺毕业设计.docx
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土豆去皮机连接件加工工艺毕业设计
摘要
数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。
本文通过凯恩帝数控系统为基础，充分利用计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）的优势，对零件形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、材料和热处理等技术要求的分析。
针对上述对零件的分析，选择加工方案确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削用量参数等，进行数控加工工艺的编制；通过确立坐标系计算零件粗、精加工各运动轨迹，得到刀位数据及轨迹图，进行数控加工的程序编写。
数控工艺与普通工艺结合的途径和措施，具体可从以下几个方面来实施：
（1）产品的设计状态与生产批量；
（2）粗精加工与加工精度的结合；（3）精密设备与一般设备的结合；（4）加工工种之间的结合；（5）技术交流和技术创新相结合。
关键词：
数控加工数控加工工艺数控编程
1．引言
高度发达的制造业和先进的制造技术已经成为当前衡量一个国家综合经济实力和科技水平的重要标志之一，成为一个国家在竞争激烈的国际市场上获胜的关键因素。
随着我国从制造业大国走向制造业强国的步伐的加快，掌握以数控技术为主的先进制造技术，提高计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的技术水平成为一个制造企业持续进步，赖以生存的重要支撑。
数控加工的发展趋势是高速和精密，另一个发展趋势是完整加工，即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。
数控加工中的程序编制也随着数控机床的更新而改变。
50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT（AutomaticallyProgrammedTool）。
其后，APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTAC（Advancedcontouring）（增加切削数据库管理系统）和APT/SS（SculpturedSurface）（增加雕塑曲面加工编程功能）等先进版。
采用APT语言编制数控程序具有程序简练，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处：
采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。
针对APT语言的缺点，1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统，称为CATIA。
随后很快出现了像EUCLID，UGII，INTERGRAPH，MasterCAM，Pro/Engineering及NPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展。
到了80年代，在CAD/CAM一体化概念的基础上，逐步形成了计算机集成制造系统（CIMS）及并行工程（CE）的概念。
目前，为了适应CIMS及CE发展的需要，数控编程系统正向集成化，网络化和智能化方向发展。
2．数控车床的特点
数控车床是目前国内数量最多，应用最广数控机床，由于采用了数控系统作为控制核心，利用伺服电机通过滚珠丝杆驱动溜板和刀架实现进给运动，其运动链与普通车床相比也更短，总体结构刚性好，抗振性好。
与普通车削相比，数控车削具有以下特点：
（1）可以加工具有复杂型面的工件
在数控车床上零件，零件的形状主要取决于加工程序，因此只要能编写程序，无论工件多么复杂都能加工。
（2）加工精度高，质量稳定
因为数控车床本身的精度比普通车床高，一般数控车床的定位精度为±0.01mm，重复定位精度为±0.005mm，在加工过程中操作人员不参与，所以消除了操作者的人为误差，工件的加工精度全部由数控机床保证；又因为数控车削加工采用工序集中，减少了工件多次装夹对加工精度的影响，所以工件的精度高，尺寸一致性好，质量稳定。
（3）生产效率高
数控车削加工可有效地减少零件的加工时间和辅助时间。
由于数控车床的主轴转速、进给速度、快速定位速度高，通过合理选择切削用量，充分发挥刀具的切削性能，可以减少零件的加工时间。
此外，数控车削加工一般采用通用或组合夹具，加工过程中能进行自动换刀，减少了辅助时间。
综合上述几方面，数控车削加工的生产效率高。
（4）改善劳动条件
在数控车床上从事加工的操作者，其主要任务是编辑程序、输入程序、装卸零件、准备刀具、观测加工状态、检验零件等，劳动强度极大降低。
此外，数控车床一般是封闭式加工，既清洁，又安全，劳动条件得到了改善。
（5）有利于生产管理现代化
数控车削加工可预先估算加工工件所需的时间，相同工件所用时间基本一致，因此，工时和工时费用可以精确估计。
这有利于编制生产进度表，有利于均衡生产和取得更高的预计产量；此外，数控车削加工所使用的刀具、夹具可进行规范化管理。
这些均有利于生产管理现代化。
基于上述原因，认真研究和改进数控车削加工工艺过程及编程分析，对提高生产效率，提升员工素质，增加企业竞争力有着十分重要的意义。
3．零件图工艺分析
零件图如图1所示：
图1：
轴零件图
本零件图为小型数控土豆去皮机横向进给部连接小轴,由图1知，零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。
该零件由圆柱、圆锥、圆弧、内螺纹、外螺纹、内孔等组成，其中外径尺寸及内孔尺寸有较高的尺寸要求和表面粗糙度要求。
内外螺纹均为细牙螺纹，有较高的公差等级要求。
尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。
通过分析，可采用以下几点工艺措施：
（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，而全部取基本尺寸即可。
（2）在轮廓曲线上，有两处圆弧，其中一处为椭圆圆弧，加工中需改变进给方向的轮廓曲线。
因此，在加工时应给机械间隙补偿以保证轮廓曲线的准确性。
（3）由图纸分析，此零件需换向加工（两次装夹），因此需分设坐标系。
为保证其表面无夹伤痕迹，便于加工，加工前应作专用夹具如图2所示：
图2夹具
4.零件加工工艺分析
4.1确定零件的定位基准和装夹方式
（1）先采用未加工零件的表面作为粗基准。
加工好零件左端的M24螺纹端面和￠46外圆作为定位基准。
（2）装夹方式：
右端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，装夹长度不得大于38mm。
左端加工后装入专用夹具（零件左端端面紧贴夹具内孔底平面，￠46外圆装入夹具内孔），用三爪自定心卡盘定心夹紧。
编制《工件安装及零点设定卡片》如表所示
表工件安装和零点设定卡片
零件图号
数控加工工件安装和零点设定卡片
工序号
NO.1
零件名称
轴
装夹次数
2
O1000-01
三爪卡盘
O1000-02
专用夹具
编制
审核
批准
第1页
序号
夹具名称
夹具图号
共1页
4.2确定加工顺序及进给路线
加工顺序的安排:
（1）加工零件的左端：
加工时应按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定，即先从右到左进行粗车（留0.2mm精车），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。
其轨迹图见附录。
2）加工零件的右端：
左端加工后装入专用夹具，先采用￠18麻花钻钻孔，深度为32mm。
然后采用与左端加工相同的加工原则进行加工。
见附录。
2）
数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定，零件从右到左沿零件的表面轮廓精车进给）。
4.3刀具选择
数控车床刀具的选刀过程，从对被加工零件图样的分析开始，到选定刀具，共需经过几个基本步骤。
选刀工作过程从分析零件图样开始，通过两条不同路径，共同到达选定刀具的目标，以完成选刀工作。
其中，第一条路线为：
零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统、选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：
工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽型、选择加工条件脸谱，这条路线主要考虑工件的情况。
综合这两条路线的结果，才能确定所选用的刀具。
（1）机床影响因素
为保证加工方案的可行性、经济性，获得最佳加工方案，在刀具选择前必须确定与机床有关的如下因素：
①机床类型：
数控车床、车削中心；
②刀具附件：
刀柄的形状和直径，左切和右切刀柄；
③主轴功率；
④工件夹持方式。
（2）选择刀杆
选用刀杆时，首先应选用尺寸尽可能大的刀杆，同时要考虑以下几个因素：
①夹持方式；
②切削层截面形状，即背吃刀量和进给量；
③刀柄的悬伸。
（3）刀片夹紧系统
①杠杆式夹紧系统
杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。
其特点为：
定位精度高,切屑流畅,操作简便,可与其它系列刀具产品通用。
②螺钉夹紧系统
特点：
适用于小孔径内孔以及长悬伸加工。
（4）选择刀片形状。
主要参数选择方法如下：
①刀尖角
刀尖角的大小决定了刀片的强度。
在工件结构形状和系统刚性允许的前提下，应选择尽可能大的刀尖角。
通常这个角度在35度到90度之间。
R型圆刀片，在重切削时具有较好的稳定性，但易产生较大的径向力。
②刀片形状的选择
刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。
正三角形刀片可用于主偏角为60度或90度的外圆车刀、端面车刀和内孔车刀。
由于此刀片刀尖角小、强度差、耐用度低、故只宜用较小的切削用量。
正方形刀片的刀尖角为90度，比正三角形刀片的60度要大，因此其强度和散热性能均有所提高。
这种刀片通用性较好，主要用于主偏角为45度、60度、75度等的外圆车刀、端面车刀和镗孔刀。
正五边形刀片的刀尖角为108度，其强度、耐用度高、散热面积大。
但切削时径向力大，只宜在加工系统刚性较好的情况下使用。
菱形刀片和圆形刀片主要用于成形表面和圆弧表面的加工，其形状及尺寸可结合加工对象参照国家标准来确定。
（5）工件影响因素
选择刀具时，必须考虑以下与工件有关的因素：
①工件形状：
稳定性；
②工件材质：
硬度、塑性、韧性、可能形成的切屑类型；
③毛坯类型：
锻件、铸件等；
④工艺系统刚性：
机床夹具、工件、刀具等；
⑤表面质量；
⑥加工精度；
⑦切削深度；
⑧进给量；
⑨刀具耐用度。
（6）选择工件材料代码
按照不同的机加工性能，加工材料分成6个工件材料组，他们分别和一个字母和一种颜色对应，以确定被加工工件的材料组符号代码，
（7）确定刀片的断屑槽型
按加工的背吃刀量和合适的进给量，根据刀具选用手册来确定刀片的断屑槽型代码
（8）选择加工条件脸谱
三类脸谱代表了不同的加工条件:
很好、好、不足。
加工条件取决于机床的稳定性、刀具夹持方式和工件加工表面。
选定工作分以下两方面：
①选定刀片材料
根据被加工工件的材料组符号标记、刀片的断屑槽型、加工条件，参考刀具手册就可选出刀片材料代号。
②选定刀具
根据工件加工表面轮廓，从刀杆订货页码中选择刀杆。
根据选择好的刀杆，从刀片订货页码中选择刀片。
选择后数控刀具卡片如表4所示：
表4数控刀具卡片
数控刀具卡片
零件图号
轴
数控刀具卡片
使用设备
刀具号
KND6126B
刀具编号
换刀方式
自动
程序编号
序号
编号
刀具名称
规格
数量
备注
刀具组成
1
T01
90度硬质合金右偏刀
25×25
1
2
T02
90度硬质合金右偏刀
25×25
1
3
T03
硬质合金切槽小刀
25×25
1
4
T04
60度硬质合金外螺纹车刀
25×25
1
5
T05
￠5中心钻
￠5
1
手动换刀
6
T06
￠18麻花钻
￠18
1
手动换刀
7
T07
硬质合金内孔粗车刀
20×20
1
8
T08
硬质合金内孔精车刀
20×20
1
9
T09
硬质合金内孔切槽小刀
20×20
1
10
T10
60度硬质合金内螺纹车刀
20×20
1
备注
编制
张武彬
审核
批注
共1页
第1页
（1）左端刀具参数选择及刀具明细表：
粗车及端面选用90度硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可采用作图法检验），副偏角不宜太小，选k＇r=35度（此参数选择是为了右端加工时同时选用一种刀具）；精车选用90度硬质合金右偏刀；切槽小刀（宽度5mm）；车螺纹选用硬质合金60度外螺纹车刀（刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取rε=0.15-0.2mm）。
刀具明细表如表5所示：
表5数控刀具明细表
零件编号
零件名称
材料
数控刀具明细表
程序编号
车间
使用设备
XXX
轴
45钢
O1000
数控中心
KND6126B
刀号
刀位号
刀具名称
刀具
刀补地址
换刀方式
加工部位
直径/mm
长度/mm
设定
补偿
设定
直径
长度
T01
T0101
YT15
30
0.1
59
-0.100
0.000
自动
端面及外轮廓
T02
T0202
YT15
30
0.02
59
+0.020
0.000
自动
外轮廓
T03
T0303
YT15
21
0.1
25
+0.010
-2.500
自动
切槽
T04
T0404
YT15
21.9
0.05
23
+0.050
-1.200
自动
外螺纹
编制
张武彬
审核
批准
年月日
共2页
第1页
（2）右端刀具参数选择及刀具明细表
外轮廓粗、精加工采用与左端相同的刀具；内孔加工先用￠5中心钻、￠18麻花钻、硬质合金内孔粗车刀、硬质合金内孔精车刀、硬质合金内孔切槽小刀（刀尖宽度3mm）、硬质合金60度内螺纹车刀（刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取rε=0.15-0.2mm）。
刀具明细表如表6所示：
表6数控刀具明细表
零件编号
零件名称
材料
数控刀具明细表
程序编号
车间
使用设备
XXX
轴
45钢
O2000
数控中心
KND6126B
刀号
刀位号
刀具名称
刀具
刀补地址
换刀方式
加工部位
直径/mm
长度/mm
设定
补偿
设定
直径
长度
T05
高速钢
手动
中心孔
T06
高速钢
手动
右端孔
T07
T0705
YT15
20
0.1
30
-3.100
-31.000
自动
右端内轮廓
T08
T0806
YT15
20
0.015
30
-2.985
-31.000
自动
右端内轮廓
T09
T0907
YT15
24
0.1
24
-0.100
-25.000
自动
内轮廓切槽
T10
T1008
YT15
24
0.05
23
-0.050
-24.000
自动
内螺纹
编制
张武彬
审核
批准
年月日
共2页
第2页
4.4切削用量选择
（1）外轮廓切削用量选择：
背吃刀量选择：
外轮廓粗车循环时选ap=3mm,精车ap=0.2mm;螺纹粗车时选ap=0.4mm，逐步减少，精车ap=0.1mm。
内轮廓粗车循环时选ap=1.5mm，精车时选ap=0.2mm,内螺纹粗车时选ap=0.3mm,逐步减少，精车ap=0.1mm。
主轴转速的选择：
车直线和圆弧时，选粗车切削速度Vc=90m/min，精车切削速度Vc=120m/min,然后用公式
（1）：
（1）
计算主轴转速n（粗车直径D=55mm,精车工件直径取平均值）：
粗车n=500r/min,精车n=1200r/min。
车螺纹时，根据公式
（2）：
（2）
选择主轴转速n=320r/min。
切槽时，主轴转速n=450r/min。
加工内轮廓时，钻中心孔转速n=1000r/min（手动加工）,钻孔转速n=400r/min，粗车内孔切削速度Vc=60m/min，精车切削速度Vc=90m/min,粗车主轴转速n=900r/min,精车n=1200r/min。
车螺纹时，主轴转速n=320r/min。
切槽时，主轴转速n=600r/min。
进给速度选择
根据加工的实际情况确定粗车、精车每转进给量。
外轮廓加工时，粗车选取每转进给量0.4mm/r，精车每转进给量0.15mm/r。
最后根据公式（3）
（3）
计算粗车、精车的进给速度分别为200mm/min和180mm/min;内轮廓加工时，粗车选取每转进给量0.15mm/r,精车每进给量0.05mm/r。
最后根据公式（4）
（4）
计算粗车、精车的进给速度分别为135mm/min和60mm/min。
通过对零件加工工艺的分析，进行数控加工工序卡片的编制，其零件数控加工工序卡片如表7a、b所示：
表7a数控加工工序卡片
产品名称或代号
零件名称
零件图号
轴类
轴
XXX
工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
NO.1
O1000
三爪卡盘
三爪卡盘:
O1000-01
KND6126B
数控中心
工步号
工步内容
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速/r.min-1
进给速度/mm.min-1
切削深度/mm
备注
1
平端面
左端端面
T01
25×25
500
手动
2
粗车轮廓
左端外轮廓
T01
25×25
500
90
3
自动
3
精车轮廓
左端外轮廓
T02
25×25
1200
120
0.2
自动
4
切槽
左端小槽
T03
25×25
450
90
1.5
自动
5
粗车螺纹
左端外螺纹
T04
25×25
320
640
0.4
自动
6
精车螺纹
左端外螺纹
T04
25×25
320
640
0.1
自动
编制
陈晨
审核
批准
共2页
第1页
表7b数控加工工序卡片
产品名称或代号
零件名称
零件图号
轴类
轴
XXX
工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
NO.2
O2000
三爪卡盘和专用夹具
三爪卡盘:
O1000-01专用夹具:
O2000-02
KND6126B
数控中心
工步号
工步内容
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速/r.min-1
进给速度/mm.min-1
切削深度/mm
备注
7
掉头装夹平端面
右端端面
T01
25×25
500
手动
8
钻￠5中心孔
右端端面
T05
￠5
1000
手动
9
钻孔
右端孔
T06
￠18
400
手动
10
粗镗内轮廓
右端内轮廓
T07
20×20
900
60
1.5
自动
11
粗车外轮廓
右端外轮廓
T01
25×25
500
90
3
自动
12
精车外轮廓
右端外轮廓
T02
25×25
1200
120
0.2
自动
13
精镗内轮廓
右端内轮廓
T08
20×20
1200
90
0.2
自动
14
切槽
内孔小槽
T09
20×20
600
100
1.5
自动
15
粗车内螺纹
右端内螺纹
T10
20×20
320
480
0.3
自动
16
精车内螺纹
右端内螺纹
T10
20×20
320
480
0.1
自动
编制
陈晨
审核
批准
共2页
第2页
5．零件加工程序的编写
数控编程是数控加工的重要步骤，根据KND100T数控车床编程系统的特点，结合先前对零件加工工艺的分析确定的加工方法和加工路线，选择数控车床刀具和装夹方法，然后按照加工工艺要求，根据CKD6126B数控车床规定的指令代码及程序格式，将刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、进给量、吃刀深度等）以及辅助功能（换刀、主轴正转/反转、切削液开/关等）编写成加工程序单，输入到数控装置中，从而指挥机床加工零件。
5.1数控编程的内容与方法
（1）建立零件坐标系
建立零件坐标系G50（X80Z100），使刀具上某一点在此坐标，此坐标一旦建立后，后面指令中绝对值指令的位置都是用此坐标系中该点位置的坐标值来表示。
（2）坐标值和尺寸
作为指令轴移动量的方法，有绝对值指令和增量值指令两种方法，在此加工程序中采用了两种指令结合使用的方式。
坐标值输入单位是公制。
数值带入小数点输入，小数点位置是毫米和秒的位置，分别表示距离和时间。
此加工程序采用直径编程功能。
（3）准备功能
准备功能由G代码及后接2位数表示，规定其所在的程序段意义，此加工程序运用的G代码有G00（定位快速移动）、G01（直线插补/切削进给）、G02（圆弧插补CW顺时针）、G03（圆弧插补CCW逆时针）、G04（暂停，准停）、G50（坐标系设定）、G70（精加工循环指令）、G71（外圆粗车循环指令）、G73（封闭切削循环）、G92（螺纹切削循环）。
为了更简化编程而使用了复合型车削固定循环功能，其代码分别为G70，G71、G73。
G71代码表示外圆粗车循环指令。
在程序中，给出零件左端的精加工形状，留出ΔU/2，ΔW精加工余量，用ΔD表示每次的切削深度。
G73代码表示封闭切削循环指令。
利用该循环，可以按同一轨迹重复切削，每次切削刀具向前移动一次。
在此加工程序中，给出零件右端的精加工形状，留出ΔU/2，ΔW精加工余量，用ΔD表示分割次数。
G70代码表示在G71、G73指令循环结束后可用此指令精车。
G92代码表示螺纹切削循环，用此指令可以进行直螺纹切削循环，此加工程序中，左端外螺纹及右端内螺纹均使用此指令加工。
在机械制造业中，具有椭圆形外形的零件是二维轮廓工件，比较常见也是比较难以加工的。
目前椭圆形零件的加工方法主要有：
在普通机床上进行近似加工；根据椭圆的形成定理，设计专用加工装置进行加工；在数控机床上进行数控加工。
由于一般数控机床的编程代码只具有直线插补和圆弧插补功能，因此对于椭圆这类非圆形曲线的数控加工大多采用小段直线或小段圆弧去逼近轮廓曲线，完成数控编程，分别用4段、8段或多段光滑连接的圆弧来逼近椭圆曲线，控制最大偏离度在公差允许范围内，然后计算出每段圆弧的起点坐标、终点坐标及圆弧半径，再编制数控加工程序进行加工。
由于必须按照允许的精度要求计算各小段直线或圆弧的起点和终点
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