数控车削圆锥轴套配合件的加工工艺及仿真

1、学 号： 毕业设计说明书 设计题目 数控车削圆锥轴套配合件的加工工艺及仿真 学生姓名 专业名称数控技术 指导教师 二二 0000 九九 年六年六 月月 六六 日日 学 号： 河源职业技术学院机电工程系毕业设计河源职业技术学院机电工程系毕业设计 数控车削圆锥轴套配合件的加工工艺及仿真 指 导 教 师 ： 专 业 名 称 ： 数控技术 论文提交日期： 2009-6-1 论文答辩日期： 2009-6-6 论文评阅人 ： 目 录 摘 要 .1 ABSTRACT .2 第 一 章 绪论 .3 第二章零件的结构分析 .4 2.1 工件一的分析.4 2.2 工件二的分析.5 2.3 工件一与工件二装配分析.

2、6 2.4 确定零件的公差等级.6 2.4.1 工件 1 的公差等级 .6 2.4.2 工件 2 的公差等级 .7 第三章 零件的工艺设计 .8 31 加工设备的选定.8 32 零件材料和毛坯的选用.8 33 夹具的选用.8 34 刀具的选择.8 3.4.1 工件 1 选用的刀具 .9 3.4.2 工件 2 选用的刀具 .9 3.5 加工参数的选用.9 3.5.1 主轴转速的确定 .9 3.5.2 进给速度的确定 .10 3.6.3 背吃刀量确定 .10 第四章 加工工艺方案 .11 4.1 工件 1 工艺方案.11 4.2 工件 2 工艺方案.11 第五章 零件的加工编制 .13 5.1 数

3、控车床编程基础.13 5.1.1 数控车床编程特点 .13 5.1.2 数控车床的坐标系和参考点 .13 5.2 工件 1 加工程序.14 5.3 工件 2 加工程序.15 总结 .16 参考文献 .17 结 束 语 .18 摘 要 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传 递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外 圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零 件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 本设计圆锥轴套配合件为典型的轴类零件，零件形状轨迹虽然并不复杂但是为 了保证相互配合，必须右严格的尺寸要求,

4、所以加工难度大。本着手工编程的角度， 对零件进行具体的工艺分析，并进行工艺处理，并力求做到加工精度高，工艺过程 简单的效果 关键词关键词：配合件;工艺;程序 ABSTRACT Shaft parts of the machine parts are often encountered in a typical one. It is mainly used to support transmission parts, transmission torque and load to bear. Rotating shaft parts is parts, and its length is gre

5、ater than diameter, generally cylindrical shaft concentric cylindrical, conical surface, and hole and thread the end of the corresponding component. According to the structural shape of different parts can be divided into the optical axis shaft, stepped shaft, hollow shaft and the crankshaft and so

6、on. The cone sleeve design with a typical piece of shaft parts, spare parts of complex shape of the track do not match each other in order to guarantee, must be the right size stringent requirements, so processing is very difficult. In manual programming point of view of specific parts of the proces

7、s analysis and process, and strive to achieve high machining accuracy, the effect of a simple process Key words: with the case; technology; procedures 第 一 章 绪论 数控机床是机电一体化最典型的产品,利用数字化控制机械加工过程，不仅可提 高产品的质量和生产率，同时也可降低劳动强度。数控技术发展迅猛，数控机床应 用越来越普及，学习和掌握数控加工技术已成为一种新的趋势。 数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序输入 机床的

8、数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格 零件的方法。在数控机床上加工零件时，首先要对零件进行工艺分析：零件的结构 和技术要求分析；确定零件的公差等级；对零件进行零件的工艺设计；制定零件的 工艺方案；最后编写零件的加工程序。 两年多来通过对数控专业的学习，对数控机床和编程和操作有一定程度的了解 和掌握，已经可以进行独立的编程和操作，这时就需要一次来锻炼自己，检验自己 的掌握程度。这次设计就达到了这样的目的，使自己更了解数控机床，对它的结构 系统等有了一定更进一步的掌握，使自己的理论水平和实际操作水平更上一层楼。 第二章 零件的结构分析 2.1 工件一的分析 图 2-1

9、 工件 1 零件图 该零件总长度：105mm,最大回转直径为 60mm，有多个台阶及退刀槽，4 处倒角 从左至右分别为 2*2*45，2* 1.5*45,1：10 的配合件 1 的锥孔。表面粗糙度 Ra：3 处为 1.6m，1 处为 3.2m，其余为 6.3m 工件 1 需要加工的表面有 60mm、30mm、25mm，锥度为 1：10 的锥度孔，3 处 3*1 的退刀槽 工件 1 的技术要求为： （1）未标注倒角为 C1。 （2）不准使用砂纸，磨石，锉刀，等辅具抛光加工表面。 （3）1：10 锥度孔与件 2 配合，用涂色法检验接触面大于 70%。 （4）未注尺寸公差按 GB/T 1804-f。

10、 2.2 工件二的分析 图 2-2 工件 2 零件图 该零件总长：为 160mm，最大外径 50，工件有一处 7.5X10 的槽，一处 D=50，d=44 锥度为 1：10，长度为 30 的锥形轴，工件总体粗糙度为 6.3m。 工件 1 需要加工的表面有：50，44mm、40mm、2*25mm、30mm、1：10 锥度轴。 工件 2 的技术要求为： （1）未标注倒角为 C1。 （2）1：10 锥度轴与件 1 配合，用涂色法检验接触面大于 70% （3）不准使用砂纸、磨石、锉刀等辅具抛光加工表面。 （4）未注尺寸公差按 GB/T 1804-f。 2.3 工件一与工件二装配分析 图 2-3 工件

11、1 与工件 2 装配图 件 1 与件 2 为典型的圆锥轴套配合，为间隙配合，其装配总长要求为 205mm，其 中相互配合的锥轴之间的配合间隙要求在 0.1mm 以下，为了保证零件间相互配合的 精度，所以加工难度大，必须要有严格的尺寸要求，在加工中应该先加工套，并以 此为基准来加工轴，以保证轴套零件的尺寸精度、几何精度。 2.4 确定零件的公差等级 公差的等级是指确定尺寸精确度的等级，不同的零件和零件上不同的部位的尺 寸，对精度要求不同，所以确定零件的公差等级对后期的工艺与加工处理有十分重 要的意义。 2.4.1 工件 1 的公差等级 表 2-1 基本尺寸上偏差下偏差公差等级加工方式 600-0

12、.15IT10 半精加工 55-0.2-0.3IT13 半精加工 500.10IT10 半精加工 440.10IT10 半精加工 400.150IT11 半精加工 300-0.021IT7 精加工 250-0.1IT11 半精加工 2.4.2 工件 2 的公差等级 表 2-2 基本尺寸上偏差下偏差公差等级加工方式 600.10.1IT10 半精加工 500-0.025IT7 精加工 400-0.025IT7 精加工 250-0.021IT7 精加工 第三章 零件的工艺设计 31 加工设备的选定 本设计采用数控机床加工的方法，根据实际的机床设备和零件的加工要求，选用 广州数控 GKS-980T

13、型数控车床。 32 零件材料和毛坯的选用 根据实际情况和加工零件的具体要求，选用零件的材料为 45 号钢，45 号钢为 优质碳素结构用钢 ，是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后， 可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后 表面硬度可达 4552HRC。 毛坯的选择：工件 1 的毛坯的尺寸为 65*110mm 的棒料，工件 2 的毛坯为 55*165mm 的棒料 33 夹具的选用 数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具 应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： 1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，

14、避免采用专用夹具，以缩短 生产准备时间。 2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 选择使用三爪卡盘：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.夹持范围大，根据图样可知，所加工的零件为典型轴类零件中的圆锥套筒配合件， 由于锥度孔与锥度轴之间的配合要求较高，故要求零件的同轴度也有较高要求。 3 34 4 刀具的选择刀具的选择 刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在数控加工 中刀具的选用直接关系到加工精度的高低，加工表面质量的优劣和加工效

15、率的高低， 数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点与普通机床相比， 数控加工时对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、精度高，而且要求尺寸稳 定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控机床的高效 率。在本设计中所加工的零件的零件材料为 45 号钢，图样尺寸要求较高，故选择的 刀具材料是硬质合金。根据每个工件的情况，来选取刀具。 3.4.1 工件 1 选用的刀具 表 3-1 刀号刀具类型备注 1 外圆精车刀，刀尖角为 35用于右端和左端外圆的粗，精加工 2 内圆粗车刀，刀尖半径为 R0.5 用于左端锥孔和内阶孔的粗加工 3 内圆精车刀，刀尖半径为 R0.2

16、用于左端锥孔和内阶孔的精加工 4 切槽刀，刀宽为 3MM用于加工 2 处 3X1 的退刀槽 5 中心钻钻制定位中心孔 6 40 的钻头预钻 40 深度为 40 的内孔 3.4.2 工件 2 选用的刀具 表 3-2 刀号刀具类型备注 1 外圆粗车刀，刀尖角为 55用于右端外圆和左端锥度轴和外圆粗加工 2 外圆精车刀，刀尖角为 35用于右端外圆和左端锥度轴和外圆精加工 3 切槽刀，刀宽为 10mm用于加工 10X12.5 的槽 3.5 加工参数的选用 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

17、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。 3.5.1 主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/D 公式中： 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。 3.5.2 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精度和

18、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 100200mm/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 2050mm/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 2050mm/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。 3.6.3 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

19、，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 0.20.5mm。 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。 第四章 加工工艺方案 4.1 工件 1 工艺方案 (1)确定工艺方案 采用三爪卡盘夹持 65 外圆，棒料伸出卡盘外约 65mm 先加工左端外圆轮廓。然 后掉头，棒料伸出约 65mm 加工右端外圆轮廓和内圆锥孔和内阶孔。 (2)工具的准备 200mm 卡尺,深度卡尺,2550

20、mm 尺,3550 内径百分表。万能内角度尺。 (3)工艺路线的的设计 1）用 1 号刀进行轮廓的粗车和精车，采用轮廓粗车循环指令 G71 和精车循环指 令 G70 进行编程。 2）用 2 号刀进行内锥度孔的粗加工，采用轮廓粗车循环指令 G71 进行编程。 3）用 3 号刀进行内锥度孔的精加工，采用精车循环指令 G70 进行编程。 4）用 4 号刀进行 3X1 退刀槽的加工。 （4）切削用量 粗车轮廓时车削深度为 1mm 退刀量为 0.5mm，进给量为 1mm/r,主轴转速为 800r/min;精车轮廓和内孔时进给量为 0.15mm/r,主轴转速为 1200r/mm。粗车完毕后， X 向单边精

21、车余量为 0.2mm,Z 向单边精车余量为 0.2mm；车槽时进给量为 0.15mm/r, 主轴转速为 600r/mm,车刀进入槽底部进给暂停 2S （5）工件原点 以装夹零件右端面与回转轴线交点为工件原点。 4.2 工件 2 工艺方案 （1）确定工艺方案 采用三爪卡盘夹持 55 外圆，棒料伸出卡盘外约 110mm,先加工右端外圆轮廓。 然后掉头，棒料伸出约 70mm,加工右端外圆轮廓。 （2）工具的准备 200mm 卡尺,深度卡尺,2550mm 千分尺。 （3）工艺路线的的设计 1）用 1 号刀进行轮廓的粗车，采用轮廓粗车循环指令 G71 进行编程。 2）用 2 号刀进行轮廓的精车，采用轮廓

22、粗车循环指令 G70 进行编程。 3）用 4 号刀进行 10*12.5 的槽的加工 （4）切削用量 粗车轮廓时车削深度为 1mm 刀量为 0.5mm，进给量为 1mm/r,主轴转速为 800r/min;精 车轮廓时进给量为 0.15mm/r,主轴转速为 1200r/mm。粗车完毕后，X 向单边精车余量 为 0.2mm,Z 向单边精车余量为 0.2mm；车槽时进给量为 0.15mm/r,主轴转速为 600r/mm,车刀进入槽底部进给暂停 2S （5）工件原点 以装夹零件右端面与回转轴线交点为工件原点。 第五章 零件的加工编制 5.1 数控车床编程基础 数控车床是当今应用较广泛的一种自动化程度高、

23、结构复杂且又昂贵的数控加 工设备，主要要用于轴类、套类和盘类等回转体零件的加工。通过程序的控制，能 自动完成外圆柱面、锥面、螺纹等工序的切削加工。并能进行切槽、钻孔、扩孔等 加工工作。加工零件的尺寸精度可达 IT6IT5，表面粗糙度可达 1.6m 以下。 5.1.1 数控车床编程特点 数控车床的主要编程特点如下： （1） 在以个程序段中，可以采用绝对值编程（X、Z 表示） 、增量值编程（用 U、W 表示）或者二者混合编程。 （2） 直径方向（X 方向）用绝对值编程时，X 以直径值表示；用增量值编程时， 以径向实际位移量的二倍值表示，并附方向符号（正向可以省略） 。系统默 认直径编程，也可以采用

24、半径编程，但必须更改系统设定。 （3） X 向的脉冲当量应取 Z 向的一半。 （4） 车削加工毛胚余量较大时，可以进行多次重复循环车削。 （5） 编程时也应考虑刀具的半径补偿。 5.1.2 数控车床的坐标系和参考点 数控车床的坐标系分为机床坐标系和工件坐标，二者都符合右手定则。其中机床 坐标系是机床固有的坐标系，一般不能随意更改，参考点也是机床上一个固定的点， 它是刀具退到一个固定不变的位置。对于程序的编制有十分重要的作用。 工件坐标系是编程者在程序编制过程中使用的坐标系，程序的坐标值都以此为 依据。在进行程序的编制时，必须首先确定工件工件坐标系和工件原点，工件原点 一般选择在工件的右端面与主

25、轴回转中心得交点上。 5.2 工件 1 加工程序 工件 1 右端面轮廓加工 G00 X100.Z50.T0101; M03 S800; G00 X65. Z5.; G71 U1 R0.5 G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F1.; N100 G00 X22.; G01 Z0. F0.15 S1200; X25.Z-1.5; Z-20.; X27.; X30.W-1.5; Z-55.; X56.; X60.W-2.; N200 Z-60.; G70 P100 Q200 F0.15 G00 X100.; Z50.; T0404; G00 X35. Z-20.; G01 X23.F0.

26、15; G04 X2.; G01 X40.; G00 Z-55.; G01 X28.; G04 X2.; G01 X32.; G00 X100.; Z50.; M05; M30; 工件 1 左端轮廓及内孔程序 G00 X100. Z50.T0101; M03 S800; G00 X65.Z5.; G71 U1 R0.5 G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F1.; N100 G00 X56.; G01 Z0.F0.5 S1200; X60.Z-2.; Z-60.; G00 X100.; N200 Z50.; G70 P100 Q200 F0.15 G00 X100.; Z50.;

27、T0202; G00 X50.Z5.; G73 U6 W0 R0.0012; G73 P100 Q200 U0.2 W0.2 F0.5; N100 G01 Z0; X44.Z-30.; Z-40.; N200 Z50. G00 Z50.; X100.; T0303; G70 P100 Q200; G00 Z50.; X100.; M05; M30; 5.3 工件 2 加工程序 工件 2 右端加工程序 G00 X100.Z50.T0101; M03 S800; G00 X55. Z5.; G71 U1 R0.5 G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F1.; N100 G00 X23.

28、; G01 Z0. F0.15 S1200; X25.Z-1.; Z-30.; X38.; X40.W-1.; Z-80.; X48.; X50.W-1.; N200 Z-100.; G00 X100.; Z50.; T0202; G70 P100 Q200 F0.15 G00 X100.; Z50.; T0303; G00 X60. Z-100.; X25.F0.15; G04 X2.; GOO X100.; Z50.; M05; M30; 工件 2 右端加工程序 G00 X100.Z50.T0101; M03 S800; G00 X55. Z5.; G71 U1 R0.5 G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F1.; N100 G00 X44.; G01 Z0. F0.15 S1200; X50.Z-30.; Z-40.; G02 X50.Z-50.R8.; N200 G01 Z-60.; G00 X100.; Z50.; T0202; G70 P100 Q200 F0.15 G00 X100. Z50. M0