毕业设计（论文）-圆弧及锥面配合件的数控车削加工工艺及编程（全套图纸）

*职业技术学院*专业毕业设计说明书设计题目 组合零件的数控加工工艺及程序设计 学生姓名 学 号 指导教师 专 业 年 级 第 26 页 共 26 页摘 要本文的主要写作目的是为了验证在校三年的学校以及实践过程中所学的知识，所以选择了一个典型的轴套零件来阐述数控车削的加工工艺以及编程设计，此次设计不仅能够验证自己的知识，同时也能提高自己的知识，通过此次设计，使我发现了自己原来很多不足的地方，同时在设计中不断的改进，使自己的能力上了个新台阶，使我对数控车削工艺有了更高的认识。关键词：工艺分析、装夹方案、工艺流程、程序设计全套图纸，加153893706目录摘 要2前言41、典型实例分析51.1、零件图的分析51.2、图样分析72、确定工艺路线72.1、确定毛坯72.2、划分阶段72.3、定位基准的选择83、夹具选择94、刀具的选择105、切削用量的选择115.1、主轴转速的确定115.2、进给速度的确定135.3、背吃刀量的确定136、工艺规程设计146.1、工艺路线146.2、工艺卡片147、数控加工程序清单177.1、零件一的程序单177.2、零件二的程序单21结束语24参考文献25致谢26前言随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。本文就数控车床零件加工中的程序编制问题进行探讨。数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。本文就数控车床零件加工中的程序编制问题进行探讨。（1）编程方法数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件（尤其是空间曲面组成的零件），以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计算机完成，可以有效解决复杂零件的加工问题，也是数控编程未来的发展趋势。同时，也要看到手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心经验都来源于手工编程，二者相辅相成。（2）编程步骤拿到一张零件图纸后，首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，也即确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等），加工路线（如进给路线、对刀点、换刀点等）及工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等）。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点（或切点）的坐标值，得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入CNC装置的存储器中。1、典型实例分析1.1、零件图的分析图1.1 零件总图图1.2 零件一图1.3 零件二图1.4 装配图1.2、图样分析从图1.1、1.2、1.3、1.4中可以看出，该零件属于轴套配合的组合件，其生产为单件小批量，材料为45钢，无热处理要求，题中两零件均属于台阶轴类零件，由圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹、螺纹退刀槽等特征组成；图中尺寸公差最高为0.01mm，要求较高，因此一定要保证刀具的锋利度以及选择合理的切削用量；图中有形位公差要求，公差为0.03mm，而图中两零件均需要进行二次装夹才能完成所有工序，因此在二次装夹时一定要确定好合理的装夹方案，保证其形位公差的要求。根据该零件的图样分析，图中的主要加工表面为：件一：26、28、30、40、48mm等尺寸。件二：26、40、48mm等尺寸。2、确定工艺路线2.1、确定毛坯毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的一个阶段。毛坯的形状和特征（硬度、精度、光洁度、组织等）对机械加工的难易、工序数量的多少有直接影响，因此，合理选用毛坯，在生产中占相当重要的位置，毛坯的选择原则有：（1）根据零件的材料及力学性能；（2）零件的结构形状和外形尺寸；（3）根据生产类型，大量选择生产精度高的；（4）根据现有生产条件；（5）充分考虑利用新工艺、新技术。由于该零件的材料为45钢，且零件属于回转型零件，因此选择毛坯为45钢圆棒料，根据零件的尺寸可确定该毛坯的尺寸为：50100圆棒料两根。2.2、划分阶段对于精度要求较高的零件，其粗、精加工应该分开，以保证零件的加工质量。该题中的零件主要分为粗、精车两个阶段。2.3、定位基准的选择2.3.1、 基准（1）设计基准设计基准是设计工件时采用的基准。例如轴套类和轮盘类零件的中心线。轴套类和轮盘类零件都是属于回转体类，通常将径向设计基准设置在回转体轴线上，将轴向设计基准设置在工件的某一端面或几何中心处。该题中的零件为回转型零件，因此其设计基准也是回转体轴线以及两端面中心处。（2）加工定位基准加工定位基准即在加工中工件装夹定位时的基准。数控车床加工轴套类及轮类零件的加工定位基准只能是被加工件的外圆表面、内圆表面或零件端面中心孔。（3）测量基准被加工工件各项精度测量和检测时的基准。机械加工工件的精度要求包括尺寸精度、形状精度和位置精度。尺寸误差可使长度测量量具检测；形状误差和位置误差要借助测量夹具和量具来完成。在数控车削加工中尽量使得工件的定位基准与设计基准重合。尽量使工件的加工基准和工件的定位基准与工件的设计基准重合，是保证工件加工精度的重要前提条件。2.3.2、数控车床定位基准的选择定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工件定位面的选择。在数控车削加工中，较短轴类零件的定位方式通常采用一端外圆固定，即用三爪卡盘、四爪卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面，此定位方式对工件的悬伸长度有一定限制，工件悬伸过长会在切削过程中产生变形，工件悬伸过长还会增大加工误差甚至掉活。对于切削长度较长的轴类零件可以采用一夹一顶，或采用两顶尖定位。在装夹方式允许的条件下，零件的轴向定位面尽量选择几何精度较高的表面。该题中的零件属于短轴，因此选用三爪卡盘进行装夹。合理的选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。3、夹具选择根据零件图的分析可得知，该零件的需要进行两次装夹才能完成所有工序，因此存在二次定位误差，所以在第二次装夹时，应尽可能的减少这些误差，因此该零件的夹具选择如下：第一次装夹 由于该零件为回转型零件，所以第一次装夹可直接用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆。三爪卡盘是最常用的车床也是数控车床的通用卡具。三爪卡盘最大的优点是可以自动定心。它的夹持范围大，但定心精度不高，不适合于零件同轴度要求高时的二次装夹。三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。液压卡盘装夹迅速、方便，但夹持范围小，尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。数控车床经常采用液压卡盘，液压卡盘特别适用于批量加工。第二次装夹 由于该零件的形位公差要求较高，因此在第二次装夹时需要保证此要求，而三爪自定心卡盘装夹无法保证，并有可能损伤已加工面，确定为采用软爪进行装夹。由于三爪卡盘定心精度不高，当加工同轴度要求较高的工件、或者进行工件的二次装夹时，常使用软爪。通常三爪卡盘的卡爪要进行热过处理，硬度较高，很难用常用刀具切削。软爪是改变上述不足而设计制造的一种具有切削性能的夹爪。加工软爪时要注意以下几方面的问题：1）软爪要在与使用时相同的夹紧状态下进行车削，以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差。车削软爪内定位表而时，要在软爪尾部夹一适当的圆盘，以消除卡盘端面螺纹的间隙。2）当被加工件以外圆定位时，软爪夹持直径应比工件外圆直径略小。其目的是增加软爪与工件的接触面积。软爪内径大于工件外径时，会造成软爪与工件形成三点接触,此种情况下夹紧牢固度较差，所以应尽量避免。当软爪内径过小时，会形成软爪与工件的六点接触，不仅会在被加工表面留下压痕，而且软爪接触面也会变形。这在实际使用中都应该尽量避免。软爪有机械式和液压式两种。软爪常用于加工同轴度要求较高的工件的二次装夹。4、刀具的选择刀具是切削加工中重要的工具，也是切削加工中影响生产效率、加工质量和成本的最活跃的因素。切削刀具的种类繁多，形状复杂，其特性也不相同，但又有共同的特性：刀具都是由切削部分和刀体两部分组成，前者直接用来参加切削工作，后者用来将刀具正确安装在机床上。车刀是最典型的简单刀具，其他刀具均可认为是车刀的演变和组合。选择刀具时应根据不同的工件材料进行选择车刀的材料，刀具的材料需要具备以下的性能，才能切削过程中的许多不利条件：（1）足够的硬度 刀具材料的硬度必须高于被切削工件的硬度，常温硬度要求在60HRC以上，除此之外还必须具备有较高的高温硬度（热硬度）。（2）良好的耐磨性 耐磨性表示材料抵抗磨损的能力。耐磨性与材料的硬度、强度和组织结构有关。（3）足够的强度和韧性 切削加工时，刀具要承受很大的切削力、冲击和振动，为避免崩刃和折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。（4）高耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标。刀具材料的高温硬度越高，耐热性越好，允许的切削速度也越高。（5）热导率大 刀具材料的热导率，表示它传导切削热的能力。热导率越大，刀具传导热量的能力越强，有利于降低切削温度和提高刀具的耐用度。（6）较好的工艺性能 为便于加工制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，即具有良好的加工性能、可磨削性等等。常用的刀具种类有工具钢、硬质合金、陶瓷及超硬材料。本题中所用的刀具如表4.1所示。表4.1 刀具卡片零件名称刀具号刀具名称刀具规格刀具材料零件一T0101外圆车刀90YT15T0202麻花钻20mm高速钢T0303镗刀45YT15T0404外切槽刀刀宽3mmYT15T0505外圆车刀35YT15T0606外螺纹车刀60YT15零件二T0101外圆车刀55YT15T0202麻花钻20mm高速钢T0303镗刀45YT15T0404内槽刀刀宽4mmYT15T0505内螺纹车刀60YT15 T0606外圆车刀55YT155、切削用量的选择数控编程时，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、进给速度。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量。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。5.1、主轴转速的确定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之外，还可以根据经验确定，需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。光车时，主轴的速度应根据允许切削的速度Vc来选取，计算公式如下：n = (5.1)式中：Vc切削速度，单位m/min；D工件切削部分的直径（通常选用最大直径），单位mm；n车床主轴转速，单位r/min；而车螺纹时的主轴转速如下：n-k (5.2)式中：p工件螺纹的螺距或导程，单位mm；k保险系数，一般取80；n车床主轴转速，单位r/min。根据切削原理可知，切削速度的高低取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料、和刀具的耐用度等因素。从理论上讲，Vc的值越大越好，因为不仅可以提高生产效率，而且可以避免积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度。但实际上由于机床、刀具、工件材料等因素的影响和限制，车削切削用量可参考表5.3选取。表5.3 车削切削用量表刀具材料零件材料粗加工精加工切削速度（m/min）进给量（mm/r）背吃刀量（mm）切削速度（m/min）进给量(mm/r)背吃刀量（mm）硬质合金或涂层硬质合金碳钢2200.232600.10.4低合碳钢1800.232200.10.4铸铁1200.231600.10.4不锈钢800.231200.10.4在实际车削加工中时，考虑到加工内孔时排屑难、冷却难、刀杆刚性差和观察困难的特点，在选择切削用量时，可参照对应外部加工切削用量的30%50%进行选取。综合考虑：外部轮廓加工时选取：粗车Vc=150m/min 精车Vc=200m/min内部轮廓加工时选取：粗车Vc=80m/min 精车Vc=120m/min由公式（5.1）、（5.2）、表（5.3），按照毛坯直径为50mm，螺纹导程为1mm，计算可得：外轮廓加工时： 粗车n=850r/min； 精车n=1200r/min；内轮廓加工时： 粗车n=500r/min； 精车n=750 r/min；车螺纹时：n1200 r/min；据经验，取n=400 r/min。5.2、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进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。一般粗车选用较高的进给速度，以便快速去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙度和零件的精度为原则，应选择较低的进给速度。进给速度Vf可以按公式Vf =fn计算，式中f表示每转进给量，在加工本设计中的组合零件时进给速度，依据表5.3进行选取，粗加工时取f =0.2mm/r，精加工时取f =0.1mm/r，则所得加工时的进给速度如下：外轮廓加工时： 粗车Vf = 170mm/min； 精车Vf = 120mm/min；内轮廓加工时： 粗车Vf = 100mm/min； 精车Vf = 75mm/min；车螺纹时的进给速度为螺纹的导程。5.3、背吃刀量的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚性来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件加工余量（除去精车量），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，一般为0.20.8mm，具体背吃刀量参照表5.3进行选择，如下表所列：表5.4 背吃刀量粗精外轮廓加工12mm0.10.4内轮廓加工0.81.2mm0.10.3螺纹随进刀次数依次减少。槽根据刀宽来选择切削次数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。6、工艺规程设计6.1、工艺路线（1）零件一的工艺路线：装夹零件毛坯外圆，向外伸出50mm，粗车左端外轮廓。钻孔，孔深为16.5mm。粗镗孔。精镗孔。精车外轮廓。掉头装夹，车右端轮廓。平端面，保证长度为98。粗车外轮廓，凹轮廓部分暂时不车。切槽。粗车凹轮廓部分。精车外轮廓车螺纹。检验。（2）零件二的工艺路线：装夹毛坯外圆，向外伸出60mm，粗车右端轮廓。精车右端轮廓。掉头装夹，粗车左端外轮廓。钻孔，孔深为25.5mm。粗镗孔。精镗孔。切内槽。车内螺纹。精车外轮廓。检验。6.2、工艺卡片（1）零件一的工艺卡片表6.1 零件一的机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程产品名称零件一材料45钢毛坯尺寸50100mm序号工序名称工序内容车间设备工装1下料2车削车削零件外轮廓、螺纹、槽等机加车间CK6140三爪自定心卡盘3检测表6.2 零件一的机械加工工序卡机械加工工序卡产品名称件一材料45钢毛坯尺寸50100mm工步号工步内容工艺设备主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）背吃刀量（mm）1装夹毛坯外圆，向外伸出50mm，粗车左端外轮廓CK614085017012钻孔CK6140300503粗镗内轮廓CK61405001000.84精镗内轮廓CK6140750750.25精车外轮廓CK614012001200.36掉头装夹，粗车外轮廓，凹轮廓暂不切削CK614085017017切槽CK6140350358粗车凹轮廓CK61408501200.89精车外轮廓CK614012001000.210车螺纹CK61404001（2）零件二的工艺卡片表6.4 零件二的机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程产品名称零件二材料45钢毛坯尺寸50100mm序号工序名称工序内容车间设备工装1下料2车削车削零件外轮廓、内螺纹、内螺纹退刀槽等机加车间CK6140三爪自定心卡盘3检测表6.2 零件二的机械加工工序卡机械加工工序卡产品名称件一材料45钢毛坯尺寸50100mm工步号工步内容工艺设备主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）背吃刀量（mm）1装夹毛坯外圆，向外伸出60mm，粗车右端外轮廓CK614085017012精车右端外轮廓CK614012001200.33掉头装夹，粗车左端外轮廓CK614085017014钻孔CK6140300505粗镗内轮廓CK61405001000.86精镗内轮廓CK6140750750.27切内槽CK6140350358车螺纹CK614040019精车外轮廓CK614012001000.37、数控加工程序清单7.1、零件一的程序单O0001T0101（90外圆车刀）M03 S850M08G00 X52 Z2G71 U1 R0.5G71 P100 Q200 U0.3 W0.3 F170N100 G00 X0 G01 Z0 F120 X35 G02 X45 Z-14.73 R25 G03 X48 Z-17.77 R5 G01 Z-45 G00 X52N200 Z2G00 X100 Z200T0202（麻花钻）M03 S300G00 X0 Z5G01 Z-16.5 F50Z5 F200G00 X100 Z200T0303（镗刀）M03 S500G00 X18 Z2G71 U0.8 W0.5G71 P300 Q400 U-0.2 W0.2 F100N300 G00 X30 G01 Z0 F75 X27.5 Z-14.17 G03 X23.5 Z-16 R2 G01 X0 G00 Z2N400 X18M03 S750G70 P300 Q400G00 X100 Z200T0101（外圆车刀）M03 S1200G00 X52 Z2G70 P100 Q200G00 X100 Z200M00（暂停掉头装夹）T0101M03 S850M08G00 X52 Z2G71 U1 R0.5G71 P500 Q600 U0.3 W0.3 F170N500 G00 X0 G01 Z0 F120 X20 G03 X26 Z-3 R3 G01 Z-12 X28 X30 Z-13 Z-24 X40 Z-55 X48 W-3 G00 X52N600 Z2G00 X100 Z200T0404（外槽刀）M03 S350G00 X42 Z-24G01 X26 F35X42G00 Z-45G01 X30 F35X42G00 W-2G01 X30 F35X42G00 W-2G01 X30 F35Z-45X42G00 X100 Z200T0505（35外圆车刀）M03 S850G00 X42 Z-22G73 U0.5 W0.5 R8G73 P700 Q800 U0.2 W0.2 F120N700 G00 X40 G01 Z-26 F80 G02 X32 Z-43 R30 G01 W-5 X30 G01 Z-49.5 G02 X34 Z-52.34 R3 G03 X41.3 Z-56 R6 G02 X46.9 Z-58 R3 G01 X48 W-2 G00 Z-22N800 X42M03 S1200G70 P700 Q800G00 X100 Z200T0101 M03 S1200G00 X52 Z2G70 P500 Q600G00 X100 Z200T0606M03 S400G00 X32 Z-10G76 P020060 Q200 R400G76 X28.7 Z-22 P1000 Q500 F1G00 X100 Z200M307.2、零件二的程序单O0002T0101(90外圆车刀)M03 S850M08G00 X52 Z2G71 U1 R0.5G71 P100 Q200 U0.3 W0.3 F170N100 G00 X0 G01 Z0 F120 X23.4 G03 X27.4 Z-1.82 R2 G01 X30 Z-16 X35 G02 X45.8 Z-30.72 R25 G03 X48 Z-33.84 R5 G01 Z-55 G00 X52N200 Z2M03 S1200G70 P100 Q200G00 X100 Z200M00 (暂停掉头装夹)T0606（55外圆车刀）M03 S850M08 G00 X52 Z2G73 U0.5 W0.5 R5G73 P300 Q400 U0.2 W0.2 F170N300 G00 X0 G01 Z0 F120 X40 Z-2.7 G03 X36.2 Z-12.98 R30 G01 X34 Z-16.2 G02 X35.08 Z-21.35 R6 G01 X48 Z-45 W-10 G00 X52N400 Z2G00 X100 Z200T0202（麻花钻）M03 S300G00 X0 Z5G01 Z-25.5 F50Z5 F200G00 X100 Z200T0303（内镗刀）M03 S500G00 X18 Z2G71 U0.8 R0.4G71 P500 Q600 U-0.2 W0.2 F100N500 G00 X30 G01 Z0 F75 X28.7 Z-1 Z-14 X26 Z-22 G03 X20 Z-25 R3 G01 X0 G00 Z2N600 X18M03 S750G70 P500 Q600G00 X100 Z200T0404（内槽刀）M03 S350G00 X24