毕业设计（论文）-数控轴类零件加工工艺设计.doc

南京工程学院 毕 业 实 践 报 告 毕业设计题目毕业设计题目数控轴类零件加工工艺设计 学 院 继续教育学院 专业班级 zh 控 1371 姓 名 学 号 指导教师 2015 年 10 月 10 日 摘 要：在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形 状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工 件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、 最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。 为了子数控机床上加工出合格的 零件，首先需根据零件图纸的精度和计算要求等，分析确定零件的工艺过程、工艺参数等 内容，用规定的数控编程代码和格式编制出合适的数控加工程序。编程必须注意统或具体 的数控系机床，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。但从数控加工内容的本 质上讲，各数控系统的各项指令都是应实际加工工艺要求而设定的。 关键词：车削加工 刀具 零件的工艺过程 工艺参数 程序编制 目目 录录 1 绪论 1 2 图样分析.2 2.1 零件图分析 2 2.2 确定加工方法3 2.3 确定加工方案 3 2.4 定位基准的选择.5 3.零件的工艺分析5 3.1 零件的装夹方式.5 3.2 刀具的选择 6 3.3 加工坐标系设置6 3.4 切削用量选择 8 3.5 切削用量选择卡片 8 3.6 保证加工精度的方法 8 4 数控加工程序的编制.9 4.1 数控加工的特点： 9 4.2 确定编程坐标系及编程原点 9 4.3 工件加工 .10 4.4 数控加工工艺路线 .11 4.5 加工程序 .11 4.5 精度自检 .13 结 论.13 参 考 文 献：14 致 谢.15 1 1 1 绪论绪论 在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习 数控车床操作技术。让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前 瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械加工工艺，增强 系统意识，理解手动操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各 种工作环境和岗位的多面手。数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹 具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了 车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。 以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线，常用量具识读 及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清晰 地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。对涉及与数控专业相关 的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目的在于塑造理论充实、 技能扎实的专业技能型人才。 随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和 品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大。传统的通用、专 用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求。 而数控机床作为电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，集现代精密机 械、计算机、通信、液压气动、光电等多学科技术为一体，有效地解决了复杂、 精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和多品种、小批量的 柔性生产方式的要求，适应各种机械产品迅速更新换代的需要，代表着当今机 械加工技术的趋势与潮流。其中数控车床由于具有高效率、高精度和高柔性的 特点，在机械制造业中得到日益广泛的应用，成为目前应用最广泛的数控机床 之一。 本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例， 结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的 确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程 的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低， 合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用 2 刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、 刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。 2 2 图样分析图样分析 零件结构示意图 2.12.1 零件图分析零件图分析 （1）.材料的分析： 该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。工件材料的可切削性能。 强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。所以选 择 45 钢为该轴类零件的材料。45 钢相对切削性硬质合金刀具 1.0，高速钢刀具 1.0，45 钢经济合理对加工刀具的要求也合理，45 钢用途广泛，主要是用来制 造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。根据以上数据 适合该轴的加工。 （2）毛坯的分析 3 轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。锻件：适用与零件强度较高, 形状较简单的零件。尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型 零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。轴类零件除光滑轴和直径 相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件； 如图典型轴类零件直径相差不大，采用直径为 60mm，材料 45#钢的锻件， 在锯床上按 150mm 长度下料。 （3）尺寸公差分析：该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺 纹等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为 45#钢，55mm150mm，无热处理 和硬度要求。外圆表面粗糙度要求为 1.6m，端面表面粗糙度要求为 3.2m. 直径为 52 的外圆柱的轴线对于直径为 39 外圆柱的轴线的同轴度要求为 0.025mm。 2.22.2 确定加工方法确定加工方法 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由 于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时， 要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。 图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均 值，而取其基本尺寸。 在轮廓线上，有个锥度 10 度坐标 p1、 和一处圆弧切点 p2，在编程时要 求出其坐标，p1（45.29 ，75） p2（35，56.46） 。 通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式 为车削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。 根据加工零件的外形和材料等条件，选用 cjk6032 数控机床。 2.32.3 确定加工方案确定加工方案 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步 达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还 应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。 4 毛坯先夹持右端，车外圆，加工左端加工 39mm、s42mm、 r9mm、35mm、锥度为 10 度的外圆，切槽，加工螺纹 m24x1.5mm.调头装夹加 工工件右端外圆，切槽. 该典型轴加工顺序为： 预备加工-车端面-粗车左端轮廓-精车左端轮廓-切槽-粗车螺 纹-精车螺纹。工件调头 -车端面-粗车右端轮廓-精车右端轮廓-切 槽 2.42.4 定位基准的选择定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要 的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各 表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前 提，还能简化加工工序，提高加工效率。定位基准选择的原则有： 1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作 为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。 2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹 紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。 3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀 的可能性和方便性。 所以此零件以左右端大端面为定位基准。 3.3.零件的工艺分析零件的工艺分析 3.13.1 零件的装夹方式零件的装夹方式 1）在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能 自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用 于装夹外形规则的中、小型工件。 5 2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证 每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加 工。 3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段 用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向 定位准确，应用较广泛。 4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心 轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准 确。 此零件装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度 要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘毛坯右端 52，再加工左端达到工件精 度要求。 3.23.2 刀具刀具的选择的选择 数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。 成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸 决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和 螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形 切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如 90内 外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔 车刀。另外是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧 形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此， 刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面， 特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两 点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免 发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱 或刀体散热能力差而导致车刀损坏。 1 号刀：30菱形外圆车刀；2 号刀：外切槽刀（3mm） ；3 号刀：60外 6 螺纹刀；4 号刀：内镗孔刀；5 号刀：内切槽刀；6 号刀：内螺纹刀； 3.33.3 加工坐标系设置加工坐标系设置 （1）建立工件坐标系 图 1-3 坐标系设定 （2）试切法对刀 在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位 置，即通常所说的对刀问题。在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀 法。 将工件安装好之后，先用 mdi 方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一 刀，然后保持刀具在纵向（z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右端面 o 为工件原点时，对刀输入为 z0，如图 3-4（a）用同样的方法，再将工件的表 面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动， 再量出工件车削后的直径如图 3-4（b）根据长度和直径，既可确定刀具在工件 坐标系中的位置。其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐 标系中的位置。 7 图 3-4（a） z 轴方向对刀 图 3-4（b） x 轴方向对刀 3.43.4 切削用量选择切削用量选择 各工序刀具的切削参数 序号加工面刀具号刀具类型主轴转速 n/r.min-1进给速度 vf/mm.min-1 1 车外形 t1 35菱形外圆车刀粗 800，精 1500粗 150，精 80 2 车外切槽 t2 外切槽刀 60025 3 车外螺纹 t3 60外螺纹刀 10001.5 4 镗内孔车 t4 内孔镗刀粗 800，精 1200粗 100 精 80 5 车内槽 t5 内切槽刀 60025 6 车内螺纹 t6 60内螺纹刀 10001.5 3.53.5 切削用量选择卡片切削用量选择卡片 工艺 工歩：内容 tsfu 1 装夹工件伸 出 85mm 平端 面 外圆刀 5000.30.3 2 加工工件左 端外圆 外圆刀 8000.31.0 3 加工工件左 端外槽 切槽刀 400/ 4 加工工件左 端螺纹 m25x1.5 外螺纹刀 5000.30.3 5 调头装夹伸 出 95mm 平端 面保证总长 外圆刀 6000.30.3 6 加工工件右 端外圆 外圆刀 8000.31.0 7 加工工件右 端外槽 外螺纹刀 50021.083 8 8 去毛刺检验 / 3.63.6 保证加工精度的方法保证加工精度的方法 为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的主要原因，采取相应 的误差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始 误差对零件加工精度的影响。 一、刀具半径的选定 1.刀具的半径 r 比工件转角处半径大时不能加工。 2.刀具较小时不能用较大的切削量加工（刀具刚性差） 。 二、采用合适的切削液 1.切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削 液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。 2.非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。 3.水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷却作用和清 洗作用。 4 4 数控加工程序的编制数控加工程序的编制 4.14.1 数控加工的特点：数控加工的特点： 1.采用数控机床加工零件可以提高加工精度，稳定产品的质量。 2.数控机床可以完成普通机床难以完成，或根本不能加工的复杂曲面的零 件加工。 3.采用数控机床在生产效率上，可以比普通机床提高 23 倍，尤其对某 些复杂零件的加工，生产效率可提高十倍甚至几十倍。 9 4.可以实现一机多用。 5.采用数控机床有利于向计算机控制与管理方面发展，为实现生产过程自 动化创造条件。 4.24.2 确定编程坐标系及编程原点确定编程坐标系及编程原点 数控机床采用右手笛卡儿直角坐标系，其基本坐标轴为 x、t、z 直角坐标 系，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为 a、b、c。 编程原点也称工件原点，一般用 g92 或 g54-g59（对于数控镗铣床）和 g50（对于数控车床）设置。 根据以上可以知道，编程坐标系及编程原点的选择要满足以下几个方面的 要求： 1.所选的编程原点及坐标系要使程序编制简单。 2.编程原点应选在容易找正，并在加工过程中便于检查的位置。 3.引起的加工误差小。 4.一般回转体零件的编程零点选在其加工面的回转轴线与端面交点处。 4.34.3 工件加工工件加工 选用 30外圆刀。下刀方式：采用直线下刀，可以保持较高的进刀速度和 较低的切削负荷。 走刀方式：选用直线车削方式，从右到左，一次加工，可以减少提刀，提 升车削效率。 加工时按直线车削方式，将外圆一次完成，第一刀背吃刀量 1.4mm，刀路 重叠 50，转速 1000r/min，进给速度 150mm/min；精加工时，背吃刀量 0.1mm，转速升至 1200r/min，进给不变，底面的表面质量非常好。其刀路轨迹 如图 4-1 所示，由里向外逐步扩展，与外形相似，刀路平顺、柔和，尽量减少 10 剧烈变化，以免引起机床振动。 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。 4.44.4 数控加工工艺路线数控加工工艺路线 1）粗，精加工加工工件左端外形. 2）车 3x2 一槽，2-3 两槽. 3）用 g76 螺纹复合循环加工 m24x1.5 外螺纹. 4）掉头校正,手工车端面,保证总长 145. 5）用 g73 粗加工工件右端外形,用 g73 精加工工件右端外形. 6）车 3x2 的槽 7) 去毛刺检验 4.54.5 加工程序加工程序 工件左端 o0001 主程序名 t0101mo3s800 外圆刀，主轴正转，转速 800 g00x52z3 快速点定位 g73u13r13 成型加工循环 u 方向余量 r 走刀次数 g73p10q20u0.3w0f0.3 pq 程序段号 u 背吃刀量 f 进给量 n10g00x21 快进到外径粗车循环起点 g01z0 x24.8z-2 进刀 z-33 进刀 x48 退刀 x52z-35 进刀 z-51 进刀 n20x44.99z-70 外径粗车循环终点 t0101mo3s1500f0.1 主轴正转，精加工转速 1500r/min 11 g00x52z3 快速点定位 g70p10q20 外径精车循环 g00x100 退刀 z200 退刀 m00 程序暂停 工件左端外槽 t0202m03s400f0.1 2 号刀主轴正转转速 400r/min 进给 0.1 g00x52z3 快速点定位 z-28 进刀 x23 外径槽直径 x52 退刀 z-59 进刀 x39 外径槽直径 x52 退刀 z-66 进刀 x39 外径槽直径 g00x100 退刀 z200 退刀 m00 程序暂停 外螺纹 t0303m03s500 3 号刀主轴正转转速 500r/min g00x30z3 快速点定位 g76p020260q100r0.02 外径螺纹复合循环 g76x23.376z-26p812q150f1.5 x23.376:螺纹小径 20mm，z-26:螺纹长度 p：螺纹牙高 g00x100 退刀 z200 退刀 m00 程序暂停 工件右端外圆 t0101m03s800 1 号刀主轴正转转速 800 g00x52z3 快速点定位 g73u10r10 成型加工循环 u 方向余量 r 走刀次数 g73p30q40u0.3w0f0.3 pq 程序段号 u 背吃刀量 f 进给量 n30g00x35 快进到外径粗车循环起点 g01z0 x39z-2 倒角 z-26 进刀 12 g02x34.91z-56.46r48 圆弧 g03x30z-35r9 圆弧 g01x35 退刀 n40z-75 进刀；外径粗车循环终点 t0101m03s1500f0.1 1 号刀主轴正转转速 1500 g00x52z3 快速点定位 g70p30q40 外径精车循环 g00x100 退刀 z200 退刀 m00 程序暂停 工件右端外槽 t0202m03s400f0.1 2 号刀主轴正转转速 400 g00x52z3 快速点定位 g01z-18 进刀 x37 外径槽直径 g00x100 退刀 z200 退刀 m30 程序结束 4.54.5 精度自检精度自检 将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测。看 是否达到零件的技术要求即可。 13 结结 论论 通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容， 加深了