国际象棋“王后”数控车削加工工艺分析与编程

1、武汉软件工程职业学院毕业设计说明书题 目 国际象棋“王后”数控车削加工工艺分析与编程 专 业 机械制造与自动化 班 级 机自0807 学生姓名 指导教师 二0一一年五月十日目 录摘要 4绪论 51.1课题的提出 51.2课题的主要内容51.3 课题的构思51.4 本人完成的工作量 6第1章 .计算生产纲领，确定生产类型 6第2章 第二章 审查零件的工艺性 6第3章 毛坯的选择 63.1 分析零件的结构特点和技术要求63.2毛坯的图样73.3毛坯的确定8第四章 工艺过程设计 94.1定位基准选择94.2零件表面加工方法选择94.3制定工艺路线94.4加工工序过程图 9 4.5 工艺过程卡 11第

2、五章 确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图 135.1确定机械加工余量 145.2设计毛坯图，确定公差尺寸145.2.1确定毛坯尺寸公差 145.2.2确定毛坯的热处理方式 14第六章 工序设计146.1选择加工设备与工艺装备 146.1.1选择机床 146.1.2选择夹具 146.1.3选择刀具 156.1.4选择量具 176.1.4.1选择各外圆加工面的量具176.1.4.2选择加工轴向尺寸所用量具186.2加工工序尺寸 19第7章 确定切削用量及基本时间197.1工序（2）切削用量及基本时间的确定 237.2工序（3）切削用量及基本时间的确定 24第八章.程序编制248.1 程序 25

3、8.2 走刀路线图 26第九章.参考文献26第十章.总结27摘 要：本设计的重点是后轴销零件的加工工艺设计，包括加工基准的选择，刀具的选择，机床的选择。切削用量的计算，机动时间的计算等等。此次设计的主要目的是培养学生的自学动手能力，让学生通过该设计能对机械设计的全过程有一定的了解，对设计的思路和方法有一定的了解，希望能通过本次设计能给即将离校走上工作岗位的学生有一定的帮助。关键词：轴类零件，加工工艺，刀具，数控编程。Abstract: This design is the focus of the rear axle pin parts processing technology design

4、, including processing benchmark choice, the choice, machine tool selection. Of cutting parameter calculation, motor time calculation, etc.The goal of the planning is to train the students capability. Through this planning we must know what the Mechanical Design is,what the Mechanical Designs hierar

5、chies are,which methods are in the Mechanical Design in common usage.Hope this design is helpful to the students leaving for work.Keywords: dish kind parts, manufacture process, tools, CNC programming绪 论毕业设计是大学教学的最后一个环节，旨在考查学生对理论知识的综合运用的能力，加深学生对专业知识的理解，启发学生设计创造思维，提高学生分析、解决问题的能力，增强学生在机械制造方面的实践能力，加强学生

6、对语言的逻辑组织能力。11课题的提出随着世界科学技术的巨大进步，推动了社会生产力的迅速发展。电脑的技术的不断发展。机械制造业已由二百年前的个体手工作坊式生产方式以及随后发展的大批大量生产方式，被自动化、柔性化、智能化等生产方式所替代。制造业是国民经济的基础行业，是创建社会财富的支柱产业。一个国家或地区的制造业水平反映了其经济实力、国防实力、科技水平和生活水准，制造业的先进与否是一个国家经济发展的重要标志。我国是一个制造大国，更是在发展制造业，但是目前国内的制造业相对于国外还是比较落后，有待进一步的发展。作为一名机械设计专业的学生，后轴销是汽车生产中一个常用的零件，那么它的设计也尤为重要是一个非

7、常具有挑战性的课题，就这样本课题就顺应提出了。12课题的主要内容通过对阶梯轴的设计能够考查学生对零件加工工艺设计的掌握了解程度。这个课题分为三个阶段完成：首先，完成阶梯轴的草图；其次，草拟出开题报告；最后编写阶梯轴的设计说明书。编写设计说明书的过程比较复杂，经常要查阅资料，要求我们学会利用资源，学会查阅书籍，获取资料。13课题的构思通过查阅资料。首先，确定生产类型，其次是分析零件工艺性确定毛坯材料的选择，然后进行零件的加工过程设计。确定机床类型的选择，刀具的选择，量具的选择。最后计算切削用量，计算机动时间，最终来确定所有的参数。本课程设要求所有的参数来源都要有依据，不得胡编乱造。14本人工完成

8、的工作量1、零件草图额的绘制2、毕业设计开题报告；3、用proe绘制出实体图4、编写毕业设计说明书。国际象棋“王后”工艺性分析计算生产纲领，确定生产类型 该产品年产量为100000台,其设备品效率为19%机械加工废品效率为1%现制订该零件的机械加工工艺规程 N=Qn(1+ a%+b%) =10000*1(1+19%+1%) =12000件/年 零件的年产量为120000件,现已知该产品属轻型机械根据表1,1-2生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为大批。二.审查零件的工艺性“王后”其实质是阶梯轴，对于此轴，零件视图正确，尺寸完整。但因该零件既没有与其他零件的装配又没有其自身各个位置的特殊

9、要求并且零件属小批量生产，因此对它的设计只局限于粗糙度且粗糙度的选取也仅局限于特殊的加工表面。当然，为符合加工工艺Ra35.6圆弧表面加工应先直线加工，退刀槽处的加工也不应直接切削，应在加工完R3.26圆弧表面后再直线加工3mm时再由割刀直接加工。对于其他表面，由于零件自身没有特殊要求，故加工不再是问题。三.毛坯的选择3.1分析零件的结构特点和技术要求零件二维图:零件的三维图： 根据零件的二维图与三维图分析得到零件组成表面有：两端面，外圆面，退刀槽等。 零件结构分析：该零件结构复杂，左端尺寸较大，右端尺寸较小，中间处阶梯凸凹不平，为一典型的波浪形轴类零件。 该零件为轴类零件的一种类型。结构复杂

10、，部分径向尺寸较薄，刚性较差。其主要加工要求如下： 18的端面：由于该处阶梯尺寸明显使得加工R35.6圆弧易造成打刀，故采取两道工步加工。 13的端面：加工R3.26圆弧，由于退刀槽宽度较小不易让刀会造成此处端面打刀，故此处加工不能顺带车出退刀槽。 R35.6圆弧表面：由于尺寸的限制制此处加工一刀加工会造成在18的端面处打刀，故该处的加工也应采取两道加工工序。其它表面：除上述主要表面外，工件对其精度要求不高。表面粗糙度Ra值一律为12.5。3.2毛坯的确定毛坯制造是零件生产过程的一部分。根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面的情况，合理地确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的形状和

11、尺寸等。同时还要从工艺角度出发，对毛坯的结构形状提出要求。因此，正确选择毛坯有重大的技术经济要求。毛坯的材料的选择：按照零件设计要求，选择45号钢。45号钢是优质碳素结构钢，但表面硬度较低，不耐磨，易切削。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。可用调质和表面淬火提高零件表面硬度及其耐磨性。毛坯的类型的选择：轴类零件常采用钢、铸铁、青铜或黄铜制成。孔径小的盘一般采用热轧或冷拔棒料，根据不同材料，亦可以选择实心铸铁毛坯的选择应满足材料的工艺性能要求、满足零部件的使用要求、满足经济性的要求、还要符合生产条件。按照生产

12、要求和生产类型选择型材棒料。毛坯外形尺寸的确定：分析零件图纸确定零件的最大外径尺寸为25mm，查文献9简明机械加工工艺手册（表9-5 棒料外径和端面切削加工余量），可初定毛坯的外径为29mm。由于零件的生产是批量生产，毛坯长度可以根据实际选择。毛坯图如下：四. 工艺过程设计4.1定位基准的选择 本零件是带波浪形的阶梯轴，根据加工的难易程度应选25mm左端面为设计基准（亦是装配机准和测量基准），为了避免由于基准不重合而产生的误差应选端面为定位基准即遵循“基准重合”的原则，具体而言选25mm左端面作为精基准。后轴销的加工从毛坯棒料开始，故棒料的端面为粗基准。4.2零件表面加工方法的选择 本零件的加

13、工面有外圆,端面。毛坯材料为45钢，参考文献1后知其加工方法选择如下： （1）外圆面：本零件外圆面没有装配要求 ，尺寸精度要求不高，表面粗糙度Ra12.5um粗车即可。（2）端面：本零件的端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为Ra12.5um粗车即可。（3）退刀槽：翻阅文献5表2-2查得公差等级为IT10级，表面粗糙度为Ra12.6um,用3mm的割刀加工即可。4.3制订工艺路线 象棋“王后”的加工路线：该零件只有端面和外圆，根据先加工基准面及先粗后精，基准统一，基准重合，工序集中等原则。“王后”加工可按下述工艺路线进行： 工序1：将毛坯（已确定为棒料）调质处理。 工序2：光端面，

14、粗车R4.54，R5.78，R3.7圆弧表面，直线加工到11.75，18外圆表面，加工R4.5，R2.54，R2.24圆弧表面，直线加工到17.82外圆表面，加工R5.58，R3.26圆弧表面，退刀直线加工13外圆表面，加工R3.72，R4.18圆弧。 工序3： 15.6左端用3mm割刀粗加工深2.6mm，8.34右端同样粗加工深5.66mm槽。 工序4： 粗加工R35.6圆弧表面。4.4加工工序过程图“王后“加工工序过程图序号工序名称工序简图设备1备料及热处理2粗车端面及外圆表面 CAK61403车退刀槽4车R35.6圆弧CAK61405钳工去毛刺，抛光，防锈处理。如上图终检如上图4.5工艺

15、卡片机械加工工艺卡产品名称象棋“王后”编制日期11月14日材料牌号毛坯种类毛坯件数机床型号CA614045钢棒料1件工序号工序名称工序内容主轴转速背吃刀量进给量夹具及辅助件刀具号量具加工设备1备料及热处理毛坯28*80.5mm型材，回火CA61402粗车端面及外圆表面 各圆弧表面，以及两端面11.83r/s1.50.38 mm/r三爪卡盘SEGNR2020-16Q分度值为0.01mm。测量范围为0-50mm的外径百分尺（GB1216-85）分度值为0.02mm，测量范围0200mm的游标卡尺CA61403车退刀槽18mm右端13mm右端0.33r/s1.50.469 mm/r三爪卡盘QA252

16、5R-054车圆弧R35.6圆弧表面0.33r/s0.38 mm/r三爪卡盘SEGNR2020-16Q分度值为0.01mm。测量范围为0-50mm的外径百分尺（GB1216-85CA61405钳工去毛刺，抛光，防锈处理6终检五.确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图5.1 确定机械加工余量 由步骤三已确定采用的材料是40MnBH的棒料（热轧圆钢） 零件长度77.5mm，零件基本尺寸25mm，零件基本长度与基本尺寸之比4，由文献1表2.2-34（轴类零件采用热精轧圆棒料时毛坯直径）知，毛坯直径选Ø28。 由于零件只有一道粗加工，故无需加工余量。5.2 设计毛坯图，确定公差尺寸5.2.1

17、 确定毛坯尺寸公差 根据文献1表2.2-28（热轧圆钢直径的允许偏差）知， 圆钢直径 精度组别1组2组3组28 由于无加工余量，为满足加工要求，选择精度等级1即可，允许偏差为mm。5.2.2 确定毛坯的热处理方式 使零件达到图纸所要求的硬度，可采用调质处理的毛坯，以获得良好的综合理学性能，同时改善毛坯的加工工艺性。 由（1）（2）综合确定后轴销的毛坯图如下所示六.工序设计6.1 选择加工设备与工艺装备6.1.1 选择机床 工序2、3、4，是加工外圆表面，端面以及车削槽，各工序的步数不多，数不多，成批生产，生产率达到很高的要求。可以选用数控机床加工，查文献1表4.2-7可知，常见机床CA6140

18、在机床上能加工的最大直径为400，零件为棒料时，可加工Ø48的零件，步骤五所选的毛坯为Ø42的棒料，由此可见，CA6140能满足使用，故数控机床选择CA6140。6.1.2 选择夹具 零件为回转体阶梯轴，这类零件，在数控车床上，所有工序都可以用三爪卡盘来进行装夹。6.1.3 选择刀具 合理选用刀具，是保证产品质量和提高切削效率的重要条件。根据生产类型和零件的形状，可选用标准刀具。一般在数控车床上加工的加工的工序，都选用硬质合金车刀。加工钢质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15。为提高生产率及经济性，选择可转位车刀型号（GB5343.1-85，GB534

19、3.2-3）。查文献1表3.1-2和表3.1-3后确定刀具如下： 普通粗车车刀选用的型号为SEGNR2020-16Q； 根据槽宽5mm的要求切槽刀宜选用高速钢（文献8表1.1-45）A型机夹切断刀，代号为QA2525R-05。在棒料需要切断时也可以用来切断6.1.4 选择量具选择计量器具时，应根据被测零件的精度要求，零件的形状，体积，重量，生产批量，表面状况，测量方法，经济性等进行全面衡量。本零件属成批生产，一般均采用通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。选择时，采用其中的一种方法即可。6.1.4.1 选择各外圆加工面的量具 工序中

20、各个外圆面，端面的IT均为12级，只需粗加工即可。零件最大尺寸为25查表可知公差T=0.21mm，按文献1表5.1-1，计量器具不确定允许值U1=0.016。根据文献1表5.1-2，分度值0.01的百分尺，其不确定允许值U=0.004，符合UU1数值,故选用分度值为0.01的外径百分尺。 照上述方法加工各外圆表面，可用分度值0.01mm的外径百分尺分尺进行加工，查表5.2-6（GB1216-85 ）选择测量范围为050mm。刀具几何参数图车刀图片刀片夹紧方式代号图形P S刀片形状T E 刀头部形式G刀片法后角0刀杆宽度20mm车刀长度125mm刀片边长16.5mm车刀刀尖高度20mm车刀切削方

21、向右切 切槽刀图片BHL12mm16mm100mm6.1.4.2 选择加工轴向尺寸所用的的量具 由图纸上尺寸要求来看，轴向尺寸公差都要求不是很高，加工轴向尺寸所用量具下表所示。工序尺寸及公差量具221分度值为0.02mm，测量范围0200mm的游标卡尺7.4736.2 加工工序尺寸 确定工序尺寸一般方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序的加工余量有关。当基准不重合时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。由于本零件只有粗加工，故加工余量轴向尺寸不选取，径向工序尺寸为3mm。切削用量一般包括：背吃刀量，进给量及切削速

22、度三项。确定方法是先确定，在确定。现根据文献2确定本零件各工序的切削用量。 外圆加工面所用量具表 单位：mm工序加工面及尺寸尺寸公差量具2 R4.54，R5.78，R3.7圆弧表面0.21分度值为0.01mm。测量范围为0-50mm的外径百分尺（GB1216-85）分度值为0.01mm。测量范围为0-50mm的外径百分尺（GB1216-85）11.75，1815.613.61217.8214130.18100.15Ø60.123Ø12.050.18Ø8.340.154Ø90.15七 确定切削用量及基本时间7.1 工序(2)切削用量及基本时间7.1.1切削

23、用量本工序为粗车。已知加工材料为40钢，=570MPa棒料，机床为CAK6140，工件装夹在三爪自定心卡盘中。A.确定车外圆Ø29的切削用量。 所选刀具为YT5，硬质合金可转位车刀。根据文献2第一部分表1.1，由于CAK6140的中心高度为200（查文献2表1.31），故选刀杆尺寸B×H=16mm×25mm,刀片厚度为4.5（查文献2表1.3），选择的车刀几何参数：前角=；后角=；主偏角=；副偏角´=；刃倾角=；刀尖圆弧半径=1.2mm。 （1）确定切削深度 由于单边余量仅为1.5mm，可在一次走刀内切完，故 =mm=1.5mm （2）确定进给量 根据表

24、1.4*，在粗车钢料时，刀杆尺寸为16mm×25mm,3mm,工件直径为040mm。 =0.30.5mm/r 按CAK6140机床的进给量（查文献1表1.10），选择 =0.38mm/r 确定的进给量尚需满足机床的进给要求，故需进行校核。根据表1.3*，CAK6140机床允许的进给力=3530N，根据文献2表1.21，当钢料570670MPa；2mm； f0.54mm/r； =； v=65mm/min(预计），进给力=630N。 的修正系数为=1.0；=1.0；=1.17（查文献2表1.29-2）故实际进给力为 =630×1.17 N =737.1N 由于切削时进给力小于机

25、床机构允许的进给力，故所选的f=0.38mm/r可用。 （2）选择车刀磨钝标准及耐用度 根据文献2表1.9，车刀后刀面最大磨损量为1.4mm，可转位车刀耐用度T=30mm。 （3）确定切削速度v 切削速度v可根据公式计算，也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削速度。 根据文献2表1.10，当用YT5硬质合金车刀加工=560620MPa的钢料，3mm； 0.38mm/r； 切削速度v=156m/min。 切削速度的修正系数为 =0.9； =0.65； =0.81； =1.15； =1.31；=0.92 （均见文献2表1.28）故V =156×0.9×0.65×0.

26、81×1.15×1.31×0.92m/min =102.45m/min有公式v =n:主运动的旋转速度，r/mm；d:工件的旋转直径,mm；v:切削速度，m/min.可知n =r/min = r/min =776.45r/min按CAK6140机床的机床的转速（文献1表4.2-8）选择 n =710r/min =11.83r/s则实际切削速度v =93.68m/min。（5）校验机床功率 由文献2表1.24，当 =580970MPa，HBS>277，2mm，0.47mm/r,v106m/min时， =2.9Kw。切削功率的修正系数 = =1.0； =1.08

27、； =1.21； =1.13； =0.9; =0.65； 故实际切削时的功率为 = 2.9 ×1.0×1.08×1.21×1.13×0.9×0.65 = 2.51Kw根据文献2表1.31，当n =710r/mm时，机床主轴允许功率 =7.5Kw。 < ；故所选的切削用量可在CAK6140机床进行。 最后决定的切削用量为： =1.5mm； n =710r/min =11.83r/min； =0.38mm/r； v =93.68m/min =1.561m/s.B. 确定粗车外圆Ø23.4，Ø19, Ø2

28、0和Ø18，Ø17.5等所有工序的切削用量。 所选刀具为YT5加工这些表面。采用多次走刀切除。车外圆的背吃刀量选为1.5mm；进给量 =0.38mm/r主轴转速与外圆Ø25相同。 7.1.2 基本时间（1）确定粗车R4.54圆弧的基本时间根据表6.2-1，车外圆基本时间为： =式中 =4mm； =+(23) =2mm； =； =0； =0； =0.38mm/r； n =11.83r/s； =1；则 =×1s =1.33s（2）确定粗车R5.78圆弧的基本时间=式中 =4mm； =+(23) =2mm； =； =0； =0； =0.38mm/r； n =1

29、1.83r/s； =3；则 =×3s =6.66（3）确定粗车R3.7圆弧的基本时间 =式中 =4mm； =2mm； = =0； =0.38mm/r； n =11.83r/s； =4； =×4s =5.32s（4）确定粗车R4.5圆弧的基本时间 =式中 =4mm； =2mm； = =0； =0.38mm/r； n =11.83r/s； =5；则 =×5s =6.65s由于此工序该零件均为加工外圆，故其他基本时间算法与此同。7.2 工序(3)切削用量及基本时间7.2.1 切削用量 本工序为车退刀槽及Ø13左端处的槽 车退刀槽是，采用A型切刀，工件直径为&#

30、216;28（1）背吃刀量 =mm=2mm（2）进给量 =0.10.12mm/r按CAK6140机床的进给量（文献2表1.31）选择 =0.1mm/r由于背吃刀量，切削力较小，故不需校核机床进给量强度（3）切削速度v 车退刀槽时,=630700MPa, 1.4mm， 0.97mm/r, v156m/min时，切削速度的修正系数为 =0.81； =1.15； 其余的修正系数为1，（文献2表1.28），故 v =156×0.81×1.15m/min =145.3m/min n =r/min =1653r/min按CAK6140机床的转速（文献2表4.2-8）选择n =320r/

31、min =5.33r/s则实际切削速度 v =m/s =0.469m/s机床功率也可不校验车Ø30末尾处的槽时，考虑到结构工艺性，和退刀槽尽量一致，最后决定的切削用量为： =0.25mm； n =320r/min； =0.1mm/r； v =0.469m/s7.2.2 基本时间 =； =； =s =3.752 =5.628八 编写加工程序8.1 编程：27%4014G54G00X150Z200M03S150T0101G00X30Z3G73U1W2R1P10Q20F20N10G01X25Z0G03X23.4Z-4R4.54G03X19W-8R5.78G03X20W-4R3.7G01X11.7