数控车床葫芦类零件的加工工艺与编程论文34494

1、毕业设计题目：数控车床葫芦类零件的加工工艺与编程摘 要本次课题进行的是一个直径70mm、长120mm的葫芦类工件进行设计，这个工件上有圆弧、锥度、退刀槽螺纹孔，材料是45号钢。表面参数比较严格，零件部分表面粗糙度要达到ra1.6，台阶轴的设计，主要参数，设计要求等都比较重要。通过对课题任务的分析，用cad对所要加工的零件进行绘图，对零件加工工艺分析，选择该设计为调节盘的数控车床编程与工艺分析，进行数控编程以及数控模拟仿真，得出结论。键词：数控车削 工艺设计 工艺卡片目 录1、数控车床的概述11.1车床的特点11.1.1机床本身技术参数11.1.2数控系统11.2数控机床的组成22.零件的加工工

2、艺分析32.1零件的装夹32.2走刀路线42.3加工刀具42.3.1 数控机床刀具的特点42.3.2刀具材料42.3.3数控刀具的选择52.4切削用量选择62.5切削三要素62.6镗孔、螺纹72.6.1镗孔工艺72.6.2内螺纹加工工艺73、零件的编程83.1零件的装夹83.2走刀路线93.3刀具的选择及工艺卡片103.4加工程序113.4.1右端轮廓的加工113.4.2左端轮廓的加工123.4.3子程序13致 谢14参考文献151、数控车床的概述图1-1 数控车床1.1车床的特点数控车床与其他类型的车床相比有下列特点：1）通用性强，生产率高，加工精度高且稳定，操作者劳动强度低。2）适合于复杂

3、零件的加工。3）换批调整方便，适合于多种中小批柔性自动化生产。4）便于实现信息流自动化，在数控车床基础上，可实现cims（计算机集成制造系统）。数控机床是一种用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。主要分为立式和卧式两种。立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢；卧式装夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。数控铣床分三坐标和多坐标两种。三坐标机床（x、y、 z）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线的轮廓和开敞曲面的行切。多坐标机床是在三坐标机床的基础上，通过增加数控分度头或者回转工作台，成为4坐标或者5坐标机床（甚至多坐标机床）。多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须

4、摆角加工的零件，如法向钻孔，摆角行切等。摆角形式4坐标的主要为a或b；5坐标机床主要为ab，ac，bc，可根据零件要求选用。摆角大小由加工的零件决定， 如图1-1 数控车床。1.1.1机床本身技术参数1）作台工：零件加工工作平台，尺寸大小应根据加工零件的大小进行选用。2） t形槽：工作台上的t形槽主要用于零件的装夹，其中t形槽的槽数、槽宽、相互间距，需要根据加工工件的特点进行规定。3）主轴：主轴形式，主轴孔形式等。4）进给范围：机床x y z三个方向的可移动距离（行程），移动速度的大小；摆角（a b c）的摆动范围，摆动的速度。5）主轴的旋转：主轴的转速，主轴的功率，伺服电机的转矩等。1.1.

5、2数控系统 数控系统是数控机床的核心。现代数控系统通常是一台带有专门系统软件的专用微型计算机。它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受控制介质上的数字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作。 作为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性、可能和优越的性价比，因此应该考虑以下几个方面：1）分辨率 分辨率越高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。2）控制轴数和联动轴数应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况。3）标准（基本）功能项目功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一些自动补偿、自适应技术模块等先

6、进的检测、监控系统：红外线、温度测量、功率测量、激光检测等先进手段的采用，将在一定程度上大大提高机床的综合性能，保证机床更加可靠精确地自动工作。1.2数控机床的组成本零件将采用fanuc系统进行加工；fanuc公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点。数控机床一般由下列几个部分组成： 1）主机，他是数控机床的主要组成部分，包括机立柱、主轴、床身、进给机构等机械部件，他是用于完成各种切削加工的机械部件。2）数控装置，是数控机床的核心，包括印刷电路板、crt显示器、键盒、纸带阅读机等以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算

7、以及实现各种控制功能。 3）驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进 给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、曲面的加工。 4）辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测、液压、气动装置、排屑装置和交换工作台还包括刀具及监控检测装置等。 5）编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。6）实习车间数控机床的类型、型号，主要技术性能指标，如表1-1 数控车床的技术参数。表1-1 数控车床的技术参数主要技术参数指标规格

8、型号cka6150刀架上最大工件回转直径280最大工件长度1000mm最大加工长度930mm最大车削直径400距床身中心高250mm距地面床身中心高1130mmx向行程280mmz向行程935mm主轴转速范围变频电机，手动三档，档内无级调速45-2200rpm主轴头形式d8主轴通孔直径82主电机功率7.5kwx向刀台快移速度4m/minz向刀台快移速度8m/min刀台转位重复定位精度0.01mm刀位转换时间20（600）套筒最大行程150mm套筒直径75套筒锥孔锥度莫氏5号数控系统fanuc 0i tb/tc2.零件的加工工艺分析2.1零件的装夹按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻

9、床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他夹具等。按驱动夹具工作的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧夹具等。按专门化程度可分为以下几种类型的夹具：1) 通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小批生产。2) 专用夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大量生产。3) 组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套预先制造好的通用标准元件和部件组装而成的夹具。使用完毕后，可方便地拆散成元件或部件，待需要时重新组合成其他加工过程

10、的夹具。适用于数控加工、新产品的试制和中、小批量的生产。4) 可调夹具包括通用可调夹具和成组夹具，它们都是通过调整或更换少量元件就能加工一定范围内的工件，兼有通用夹具和专用夹具的优点。通用可调夹具适用范围较宽，加工对象并不十分明确；成组夹具是根据成组工艺要求，针对一组形状及尺寸相似、加工工艺相近的工件加工而设计的，其加工对象和范围很明确，又称为专用可调夹具。数控机床夹具常用通用可调夹具、组合夹具。 5) 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，但加紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。 6) 在两顶尖之间装夹。对于尺寸

11、较大或加工工序较多的轴类零件，为了保证每次装夹是的精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。 7) 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。 8) 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。2.2走刀路线1）选择工具：葫芦类零件加工需要调头装夹，装夹中表架及百分表校正2）选择量具：游标卡尺，外径用千分尺测量，圆弧表面用半径样板测量，内孔用内径千分尺测量，内螺纹用外螺纹试配比对，

12、表面粗糙度用表面粗糙度样板比对 。3）选择刀具：粗、精加工外园轮廓用90度外圆车刀，切槽用切槽刀，内螺纹加工用内螺纹车刀切削，内孔表面加工还要到中心钻，麻花钻，内孔车刀，内切槽刀等。4）切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼5）夹住左端，加工右端毛坯外圆，加工端面，圆，内孔，内切槽，内螺纹等，然后调头加工加工的m22工艺头拧紧右端内螺纹中，卡盘夹住工艺头加工工件左端毛坯外圆，加工左端外圆，抛物线和外圆直台等。6）本文零件的加工刀具进给路线为“沿工件轮廓走刀”，因为本零件属于典型

13、轴类零件，结合了螺纹、圆锥、槽、圆弧和孔五个工艺，如果采用“矩形”走刀或“三角形”走刀，不论是走刀路线或是工艺编程将会非常麻烦，而采用“沿工件轮廓走刀”就会避免这样的问题，使整个加工过程变得简单易操作。2.3加工刀具2.3.1 数控机床刀具的特点数控加工对刀具的要求不仅精度高、强度大、刚度好、寿命长。而且要求尺寸稳定、安装调整方便。切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能有显著的提高。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提升了车削速度。刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的高级阶段的飞跃，成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴。成

14、为现代数控加工技术的关键技术。与现代科学的发展紧密相连，是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶。2.3.2刀具材料数控车床使用的刀具材料一般为高速钢、硬质合金、涂层硬质合金和陶瓷。在数控切削加工时，数控刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和摩擦，数控刀具在高温下进行切削的同时，还承受切削力、冲击和振动，因此数控刀具材料应满足以下基本条件：1)硬度刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度应在62hrc以上，并要求保持较高的高温硬度。2)耐磨性耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。3)强度和韧性一种好的刀具材料，

15、应根据它的使用要求，兼顾硬度和耐磨性两方面的性能，有所侧重。满足高切削力、冲击和振动的条件。4)耐热性数控刀具材料应在高温下保持较高的耐磨性、强度、韧性，并有良好的防氧化、防扩散能力。5)工艺性为了便于制造，要求数控刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊、切削加工和可耐磨性、热处理特性。材料的高温特性对热轧刀具十分重要。2.3.3数控刀具的选择刀片形状的选择：正型（前角）刀片：对于内轮廓加工，机床加工，加工工艺刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型（前角）刀片：对于外轮廓加工，金属切削率高和加工条环境差时应优先选择负型刀片。 切削刀具由传统的机械工具实现了向精确科技产品的飞跃，

16、刀具的切削性能有显著的提精确。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提精确了切削加工的效率。刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的精确级阶段的飞跃，成为用户可利用的专业化的社会资源与合作伙伴。切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入“三精确一专（精确效率、精确精度、精确可靠性与专用化）”的数控刀具时代，实现了向精确科技产品的飞跃。成为现代数控加工技术的关键技术。与现代科学的发展紧密相连，是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的精确科技成果的结晶。一般外圆车削常用80凸三角形、四方形和80菱形刀片；仿形加工用55、35 菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，

17、大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。前角的作用：大负前角用于：切削硬材料；需切削刃强度大，以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件。 大正前角用于：切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时。后角的作用：小后角用于：切削硬材料；需切削刃强度高时。大后角用于：切削软材料；切削易加工硬化的材料。主偏角的作用：大主偏角用于：切深小的精加工；切削细而长的工件；机床刚性差时。小主偏角用于：工件硬度高，切削温度大时；大直径零件的粗加工；机床刚性高时。副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能。一般为515。刃倾角是前刀面倾斜的角度。重切削时，切削开始点的刀尖上要承受很大的冲

18、击力，为防止刀尖受此力而发生脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时为35。外圆车刀（t0101）、切槽刀（t0202）、尖刀（t0303）、螺纹刀（t0404）、镗刀（t0105）车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。外圆车刀用于加工外圆柱面和外圆锥面，它分为直头和弯头两种。弯头车刀通用性较好，可以车削外圆、端面和倒棱。外圆车刀又可分为粗车刀、精车刀和宽刃光刀，精车刀刀尖圆弧半径较大，可获得较小的残留面积，以减小表面粗糙度；宽刃光刀用于低速精车；当外圆车刀的主偏角为90度时，可用于车削阶梯轴、凸肩。端面及刚度较低的细长轴。外圆车刀按进给方向又分为左偏刀和右偏刀。车刀

19、在结构上可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀。整体车刀主要是整体高速钢车刀，截面为正方形或矩形，使用时可根据不同用途进行刃磨；整体车刀耗用刀具材料较多，一般只用作切槽。切断刀使用。焊接车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在普通碳钢刀体上。它的优点是结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活、制造方便，缺点是由于焊接产生的应力会降低硬质合金刀片的使用性能，有的甚至会产生裂纹。机械夹固车刀简称机夹车刀，根据使用情况不同又分为机夹重磨车刀和机夹可转位车刀。2.4切削用量选择为提高工件表面的精度和减小粗糙度，可以采用多次走刀的方法，精加工余量一般以0.5mm为宜。该零件材料切削性能较好。车削外圆，特型圆弧时

20、留1mm的精加工余量，以保证工件的表面尺寸，切槽时在最后0.5mm的精加工余量，降低表面粗糙度。孔加工工序加工余量一般0.5mm精车余量。确定主轴转速和进给速度时，确定切削速度和进给量，然后根据刀具直径分别按公式来计算，并填入工序卡片中。2.5切削三要素1）切削速度vc：切削速度表示切削刃相对于工件待加工面得运动速度。计算公式如下：vc=(dwn)/1000 vc-切削速度（m/s） dw-工件待加工面得直径（mm）n-工件转速（r/s）计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因而此处速度最精确刀具磨损最快。2）进给量f：工件每转一周事，车刀沿进给方向的运动量。进

21、给速度vf是是切削刃上选择点相对于工件进给运动的瞬间速度。公式如下：vf=fnvf-进给速度(mm/s)n-主轴转速（r/s）f-进给量（mm）3）背吃刀量ap：通过切削刃基点且垂直于工作平面的方向上测量的背吃刀量。根据此定义，其背吃刀量按下式计算：ap=(dw-dm)/2dw-工件待加工表面的直径(mm)dm-工件已加工表内的直径(mm)2.6镗孔、螺纹2.6.1镗孔工艺根据工件的加工要求，可选择三种镗削方案。 在一根镗杆上进行粗、精切镗刀来分担余量的切除，镗孔后倒角。为了不影响生产节奏，两把粗、精切镗刀必须同时工作。由于是在镗杆上钻孔及攻丝，进一步削弱了镗杆的刚性及硬度。而镗削余量的分布不

22、均匀使得需要的切削力很大，两把镗刀同时工作，机床功率不足，所以切削时不可避免地会要引起振动，无法达到工件加工精度和表面粗糙度要求。如果两台机床，需增加一台半精镗床来分担零件加工余量的精加工。该方案虽可解决问题，但工件加工成本太高。对于本零件中的孔，将采用镗刀对其进行加工，并安排粗、精镗来分担余量的切除，镗孔后再倒角。2.6.2内螺纹加工工艺在目前的数控车床中，螺纹切削一般有三种加工方法：g32直进式切削方法、g76斜进式切削方法和g92直进式切削方法，由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。我们在操作使用上要仔细分析，争取加工出精度高的零件。g76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工

23、，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用g76加工方法进行粗车，然后用g32加工方法精车。但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。g92直进式切削方法，螺纹切削循环同g32螺纹切削一样，在进给保持状态下，该循环在完成全部动作之后再停止动作。螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措

24、施，当螺纹牙顶未尖时，增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大，增大量视材料塑性而定，当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小，根据这一特点要正确对待螺纹的切入量，防止报废。本零件中螺纹的切削加工就采用g92直螺纹切削循环加工的方法，并且使用粗车与精车结合切削方式（精加工余量为0.5mm），须先倒角后车螺纹。普通螺纹的尺寸分析：数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸，普通螺纹加工所需的尺寸计算分析主要包括以下两个方面：螺纹加工前工件直径螺纹小径为：大径倍牙高；牙高=0.54p（p为螺距）螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。3、零件的编程图3-1 葫芦零件图3-2

25、葫芦零件3.1零件的装夹根据对图3-1的分析，先加工工件的右端到右边圆弧级内螺纹孔，加工完右端后，用工艺头拧紧工件右端，加工工件左端圆弧、长16的台阶和槽，这样可以保证同轴度。3.2走刀路线（a）（b）图3-3（c）走刀路线示例图3-1为两次装夹切削进给路线的安排示例。其中，图3-1 (a)表示第一次装夹切削的走刀路线；图3-1（b）车完外轮廓后车内螺纹及内槽；图3-1(c)第二次装夹的走刀路线；夹住左端，加工右端毛坯外圆，加工端面、园、内孔、内切槽、内螺纹等，然后调头加工加工好的m22工艺头拧紧右端内螺纹中，卡盘夹住工艺头加工工件左端毛坯外圆，加工左端外圆，抛物线和外圆直台等。3.3刀具的选

26、择及工艺卡片表3-1刀具的选择机电工程系机械加工工艺卡产品名称图号零件名称典型轴类零件共1页第1页毛坯种类圆钢材料牌号45号钢毛坯尺寸80mm*150mm序号工种工步工艺内容备注工具夹具刀具量具1下料80x150卡盘游标卡尺、千分尺2车床车端面、外圆、倒角粗车一端面、外圆、倒角中心钻卡盘外圆刀3精车一端面、外圆、倒角4车圆锥粗车圆锥外圆车刀5精车圆锥6车螺纹粗车螺纹螺纹刀7精车螺纹8车槽粗车车槽切槽刀9精车车槽10圆弧插补粗车圆弧尖刀11精车圆弧12镗孔镗孔（粗车）镗刀13镗孔（精车）表3-2 工艺卡片工步号 工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/mm进给速度mm/min背吃刀量mm备注1平端面t

27、022525500手动2粗车轮廓t0125255002003自动3精车轮廓t02252512001800.25自动4镗孔2525手动5车内槽t04f5500自动6粗车内螺纹t0325253209600.4自动7精车内螺纹t0325253209600.1自动8粗车轮廓t0125255002003自动9精车轮廓t02252512001800.25自动10车槽t052525500自动3.4加工程序3.4.1右端轮廓的加工o0001； 程序名g97g99g40g21； m03s800； t0101； 选择1号刀g00x80.z2.； 刀具停安全点g73u20w0r20； 粗车循环g73p3q4u0.5

28、w0.f0.2； 精车余量0.5mmn3g00x40.； g01z0.f0.1； g03x56.w-54.4r35.f0.1； 逆时针圆弧插补g01x56.f0.1； w-16.f0.1；n4g00x80.；m03s1200；主轴转动1200r/ming00g42x80.z2.；建立刀补g70p3q4； g00x100.z100.； 退刀到起刀点t0202； 换2号刀g00x80.； z-66.4； g01x48.f0.1； g04u2；g00x100.； z100.；退刀t0303； 换3号刀g00x20.； g71u-1.5r0.5； 粗车循环g71p5q6u0.5w0.f0.1； n5g

29、00x22.； g01z0.f0.1；x20.w-1.f0.1；w-32.f0.1；n6g00x10.；m03s1200；主轴转速1200r/ming70p5q6； 精加工g00z100.； 退刀x100.；t0404； 换4号刀g00x10.； 停刀z-30.； g01x24.f0.1； g04u1； g00x10.； z100.； x100.； t0505； 换5号刀g00x22.z-6.； g92x20.z-28.f2.； 粗车循环车螺纹x19.5；x19.；x18.5；x18.；x17.5；x17.；g00x10.； z100.； 退刀m05； 主轴停止m30；程序结束3.4.2左端轮廓的加工o0002； 程序名g97g99g40g21； 转进给m03s800； 主轴转速800r/mint0101； 选择1号刀g00x100.z100.； 起刀点x81.z2.； 停安全位置g71u1.5r0.5； 粗车循环g71p1q2u0.5w0.f0.2； n1g00x48.； g01z-54.6f0.1