机械制造与设计设计说明书

1、毕业设计说明书(2009)届题目轴类零件数控车床加工工艺及编程系(部)机械制造工程系专业 数控技术班级 数控0610学生姓名XX指导教师XX2008 年10 月10日目录前言 3一、绪论 4二、毕业设计任务 10三、二维图13四、三维图14五、零件的工艺分析15六、数控加工工艺卡18七、数控加工刀具卡 .19八、刀具轨迹路径19九、手工编程 21十、设计总结.22十一、参考文献.24.言数控编程是将零件的工艺过程、工艺参数、刀具移位量与方向以及其他辅助 动作（换刀、冷却、夹紧等），按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码 及程序格式编成加工程序单（相当于普通机床加工的工艺过程卡），再将程序单中的

2、全部内容记录在控制介质上（如穿孔带、磁带等），然后输给数控装置，从而指挥数控机床加工。最终得到各种机械零件。设计课题是一个螺纹配合件，通过二维图以及三维图分析得出零件的加工参数和走刀轨迹。通过手工编程从而得到整个零件的加工过程。本 次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步 骤。并利用pro/e软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工 仿真。利用斯沃仿真软件完成数控仿真加工。利用 CAD/CA软件及G代码指 令进行手工编程。本设计任务书的第二章是设计说明，第三章是论文正文，第四 章是成绩鉴定表，第五章是体会，由于这个零件的左右两边都需要 加工,所以分左右两边加工

3、。1、诸论本次设计的课题是一个螺栓连接的组合件， 该选题能够让我们深入了解 机械零件从设计到制造出成品的全过程，对机械行业有一个更深层次的认 识。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。 这个基础是否牢固 直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的 进步。特别是在通用微机数控领域，以 PC平台为基础的国产数控系统，已 经走在了世界前列。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计 民生的一些重要行业（IT、汽车、轻

4、工、医疗等）的发展起着越来越重要的 作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界 上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。（一）、高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高 效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。（二八5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削， 不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行 高速铣削淬硬钢零件时，5轴联

5、动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。（三八 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数 控系统中的各个方面：如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提 高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、 自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化， 如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面 的内容、方便系统的诊断及维修等。对我国数控技术及其产业发展的基本估计我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段： 第一阶段从1958年到

6、1979年，即封闭式发展阶段。第二阶段是在国家的“六 五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建 立起国产化体系阶段。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期 间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩：1）、奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。2）、初步形成了数控产业基地。3）、建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的 技术水平现状

7、与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展 速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下：1、技术水平上，与国外先进水平大约落后 1015年，在高精尖技术方 面则更大。2、产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生 产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不 高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不 足。3、可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力 较弱；数控技

8、术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面：1）、认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认 识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我 国数控技术应用水平及能力分析不够。2）、体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多， 从系统的、 产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少； 没有建立完整的高质量的 配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。3）、机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、 产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。4）、技术方面。企业在技术方

9、面自主创新能力不强，核心技术的工程化 能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求 为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统 的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以 及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装 备业的跨跃式发展。制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统制造业的技术性支撑的发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁先掌 握先进制造技术，谁就能够占据市场。数控技术是先进制造技术的基础技术 和共性技术，已成为衡

10、量一个国家制造业水平的重要标志之一。本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并利用pro/e软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现 加工仿真。利用斯沃仿真软件完成仿真加工。利用 CAD/CA软件及G代码指 令进行手工编程。1.2技术途径发展具有中国特色的新一代 PC数控系统数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国 特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括 工业PC产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业 PC主机的MTBF已达30年3

11、。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不 但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色 显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还 可获得快速的技术进步，当PC机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC前端 的复合式结构；（2）通用PC加位控卡的递阶式结构。另外还有一种正在发 展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆 等为介质的网络与数控装置连接起来

12、，组成一完整的数控系统。这种系统虽 然性能很好，但由于开发和生产成本太高，近期难以被国内广大用户所接受。 我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是 将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不 但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。由于一个新型高性能 CPU可以代替数十个普通CPU（如 80286、80386 等），因此，在基于高性能CPU的PC平台上不仅可以完成数控系统的基本功 能（如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等）和开关量控制功能 （内装PLC,而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP完成的数字 化伺

13、服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量变换控制等）均可由 PC中 的CPU完成，从而实现内装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件 规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。这种具有内装PLC和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个 PC平台外，剩下的只有驱动机床运动 的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除了信息传递瓶 颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售 价将可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性、低成 本的新型数控系统将具有极强的竞争力， 有望为开创中国数控的新局面作出贡献。此

14、外，集成化PC数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是 因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作 完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控 制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。1.3成组技术成组技术的产生：众所周知，传统的中小批量生产方式存在着产量小、 生产准备工作量大、生产效率低及不利于生产的协调计划、 组织管理等缺陷。 为克服中小批量生产的上述缺陷，人们对这种生产类型进行了大量的研究。统计分析表明，任何一种机器产品中的零件组成可以分为三大类，即专用件、相似件和标准件。在一般产品中，相似件出现的概率高

15、达65%70%如果能充分利用这一特点，就可以将那些看似孤立的零件按相似性原理划分为具有 共性特征的一组，在加工中以群体为基础集中对待，可将多品种小批量生产 转化为类似于大批量的生产类型。利用零件的相似性原理，将零件分类成组， 这就是成组技术产生的基本出发点。132成组技术的概念：成组技术自本世纪50年代由前苏联学者总结并在机 械工业中推广以来，已在世界各国得到了广泛应用。所谓成组技术，就是用 科学的方法将企业生产的多种产品、部件和零件、按照特定的相似性准则（分 类系统）分类归组，并在分类的基础上完成产品生产的各个环节，从而实现 产品设计、工艺制造和生产管理的合理化和科学化。以相似产品零件的“叠

16、 加批量”取代原来的单一品种批量，采用近似于大批量生产重的高效工艺、 设备及生产组织形式来进行生产，从而提高生产率和经济效益。133成组技术的分类原理：成组技术把零件按相似性原理进行分类组合， 并在设计制造和管理中利用它们的相似性， 从而提供了能充分利用已有零件 的设计与工艺信息的检索工具；同时，成组技术通过分类和编码系统将同类 零件归并成零件组，零件组中汇集了大量的相似或相同的零件，这就为标准 化提供了良好的对象，从而可以借助于标准化设计，把组中品种众多的零件 压缩归并为数量有限的一种或几种标准零件， 并进而对某一零件组编制出标 准工艺，组内其他零件的具体工艺可以由这个标准工艺演变而成；利用

17、成组 技术还可以使企业以最有效的工作方式得到统一的数据和信息，获得最大的经济效益，并为企业建立集成信息系统打下基础。因此，成组技术是企业实 施CADCAMFM等高新技术的基础，也是老企业实施现代化技术改造的技术 基础。成组技术产生的巨大效益：成组技术给企业带来的效益是多方面的。 在中小批量生产中全面推行成组技术， 除了试用产品设计和工艺设计工作合 理化、标准化，节约设计时间和费用外，还扩大了零件的成组年产量，便于 采用先进的生产工艺技术和高效的加工设备，使生产技术水平和管理效率大 为提高。因此，成组技术的出现，为现代企业在多品种生产中实施CAD CAM等现代高新技术提供了强有力的技术支持， 尤

18、其是它将大量的信息分类成组 并使之规格化、标准化，使得信息的储存和流动大为简化，有可能用计算机 使信息得到迅速的检索、分析和处理，这对生产计划的制定等生产管理工作 是极为有利的2、毕业设计任务2.1课题名称：球头螺纹轴类零件加工工艺及编程2.2毕业设计的目的：（1）了解数控机床的基本原理和各部分的功能。（2）了解数控加工编程的内容和步骤。（3 ）掌握数控加工程序的编程结构、格式和典型零件的数控 编程方法。（4）掌握数控机床操作方法，对典型零件进行加工。（5）能够创建零件的三维模型，并对模型进行模拟加工，自 动生成数控代码。2.3设计要求231.设计质量要求（1 ）毕业设计过程中要认真学习毕业设

19、计指导书，并按照内 容要求进行毕业设计，保证毕业设计进度，按时保质完成毕 业设计。（2）毕业过程中要勤思考、勤问、勤做、勤总结，不断积累 编程技巧，提高对数控加工工艺分析和编程能力。（3）按照要求撰写毕业设计说明书。（4）绘制相关设计图样。（5 ）按照要求创建出给定零件的三维模型，并进行模拟加工。2.3.2.零件图及技术要求加工零件图如下图二维、三维图所 示，材料为45# ,毛坯尺寸：40棒料2.4 设计任务（1）零件图工艺分析。（2）确定加工顺序。（3）选择加工用刀具。（4）合理选择切削用量。（5）拟定数控加工工序卡片。（6）根据加工工序步骤编写加工程序。（7）创建零件的三维模型。（8）对零

20、件的三维模型进行模拟加工，并生成加工工序卡 片。2.5、应完成的技术资料2.5.1. 毕业设计说明书2.5.2. 技术资料（一）毕业设计开题报告（二）零件二维图（三）零件三维图（四）零件工艺分析（五）加工工艺卡（六）刀具卡（七）加工轨迹图（八）手工编程程序单（九）毕业设计说明书2.6、设计时间及进度安排设计时间为4周：第1周：分析零件图，确认加工顺序，选择加工刀具，切削 用量。第2周：绘制二维图，创建零件的三维模型第3周：拟定数控加工工序卡片，手工编写数控加工程序。，并对模型进行模拟加工，自动生成数控加工代码。 第4周：整理编写设计说明书。3、二维图丄 03.OZ A 0. 1AUJ2035b

21、l-zlwFlI-I ma1X45*其余0,05 A20 0” 丝 2= 1%gO61Q直枚就件:L棍聃业举曉1 .舷那为注，刘瓯GEI/T应4用曼求2:未标注公差尺寸,iG0A18Q4-M要玄3：表面发黒迪4调应瞬H日沏1Q5:材质为45#4、三维图5. 零件的工艺分析5.1生产批量确定由图纸要求可知该零件的生产纲领为 600件，其零件类型为小型机械轴 零件，根据设计任务与要求为成组生产，总生产纲领为 7200件，即由生产 类型和生产类型纲领可知，生产纲领在 5000件以上，所以生产类型为中大 批量生产。5.2设备的选择根据被加工零件的外形和材料等条件的分析，零件属于球头螺纹轴类零件，其主要

22、轮廓由断面、内外圆柱、退刀槽、螺纹面组成，即可用CA6140普通车床、普通铣床和经济型数控车床。5.3夹具的选择由零件的几何形状分析可知，轴类零件的粗加工可用普通车床加工完成，所以夹具选用普通车床的三爪卡盘。图纸的技术要求，设计基准为左端 面，生产类型为成组零件的批量生产，为了不使工序集中而引起生产过程等 待加工，更好的、有效的提高生产效率，综上所述，在精加工工序中可选用 M20X2的心轴与左端M20的内螺纹孔配合，在保证设计基准与工序基准重合 的基础上完成最后的精加工，为方便零件加工过程中的装夹，应将左端35铣扁。5.4确定零件的定位基准和装夹方式定为基准：确定零件的轴线精加工后的左端面为定

23、为基准装夹方式：在粗加工中可选用车床的三爪卡盘对零件进行夹紧和粗定位，在 精加工过程中，用装夹在车床三爪卡盘上的M20X2勺心轴对其装夹和定位，外圆面的铣扁可用分度盘加三爪卡盘进行装夹。5.5主要技术要求尺寸精度轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态，根据其使用 通常可分为IT6-IT9，图中标注了径向尺寸都没设公差要求，其公差可按GB/T1804-m5.5.2形位精度图纸没有严格要求零件的形位精度（圆度和圆柱度），其公差可按GB/T1184-k 要求。位置精度图中所标注的位置公差为垂直度，即为直径35、M20 M30和直径28的球头5.6毛坯的制造方法及热处理批量：中批量材料

24、：45# 毛坯：棒料材料在单件或小批量生产中，轴类零件的毛坯一般使用热轧棒料，由零件图分析 该轴类零件的径向尺寸变化不大，况且是中小批量生产，所以毛坯应当选择 棒料。热处理45#钢调质处理后可以达到 HB235和要求的HB22（ 10接近，选择在下料后 进行热处理。5.7方案的分析与比较方案1:在经济型数控车床CJK6246可完成，由于对操作人员技术要求高并 单位时间工作成本比普通机床的要高很多， 再考虑经济性和操作人员的等级 要求的情况下，所以不适合成组加工，故此方案不适合。方案2:留有精加工余量的前提下，先在普通车床上完成零件的粗加工，保 证零件尺寸余量，用大切削、大进给的粗加工，切削提高

25、了生产率，然后在 数控车床上对小余量、高精度的加工，能够保证零件的技术要求，是批量生 产拉长了生产链，流水模式的生产方式。零件在每道工序前不会有过多的停 留和等待加工的时间，缩短了总工时，有效的提高了生产率。所以选择方案 2比较合适6、加工工艺卡下料将40的圆形棒料锯成102mm锯床G97热处理调质 HB220 10粗车粗车左端面，粗车外圆到35X35,钻孔16X30普通车床CA6140在孔深20mm处车内退刀槽4X4车内螺纹M20X2mm掉头夹 30处粗车右端面102mm，粗车外圆到 31X63,并将右端球头车成 6边形车退刀槽 28X5,18X8的轴颈铳扁将左端 35铳成30X25mm铳床

26、精车用机床三爪卡盘夹 35棒料，车M20x2的长18的芯轴数控车床将加工零件的M20X2旋入芯轴将数控程序输入机床，按图纸加工精车外轮廓精车球头并倒角35硬质合金偏刀精车轴颈精车外螺纹M30X2mm60螺纹刀钳工热处理检验去毛刺发黑处理按图检验,合格入库产品名称机械加工工艺过程卡片产品型号材料牌号45#毛坯种类棒料毛坯夕卜型尺寸40x102的棒料每毛坯可 制件 数处数更改文件号签字日-期标记处数更改文件号签字日期描 图工序号工步内容工艺装备主轴转速（转 /分）切削速度（米/分）走刀量（毫米/转）描校1粗车端面三爪卡盘600801.22将零件旋入M20X2的芯轴55硬质合金右偏刀600720.7

27、输入程序按图加工底图号切槽28X5mm4m切槽刀200550.5车外圆至31X30mm600700.7装订号精车右端多边形成球头600720.7车轴颈至18X7600720.7设计（日期）审核（日期）机械加工工序卡片产品型号产品名称零件图号零件名称!=金工毛坯种类毛坯外形尺寸型材 40X102设备名称设备型号数控车床HNC-21T夹具编号车 间工序号7、刀具卡零件名螺旋组合件编制数控0610李勉昭指导老师徐有声序号刀具规格名称数量加工表面刀尖半 径/ mm备注1右偏刀1平端面、粗外圆0.321精车球头、外圆0.235m切槽刀1切退刀槽、切断0.2车M30460 螺纹刀10.3的外螺纹5钻头18

28、1钻18的孔6内螺纹车刀、16X161车内孔螺纹至M20x20.38、加工轨迹路径9、手工编程程序单%0001N01 G50 GOO XOO Z50N02 M03 S1200N03 T0101N04 GOO XO Z2N05 ZONO6 GO3 X14 Z-26 R13NO7GO2 X12 Z-28NO8 GO1 Z-32NO9 GO2 X16 Z-34N1O GO1 X28N11 X3O Z-35N12 Z-58N13 X28 Z-59N14 X27N15 Z-63N16 GO2 X29.5 Z-64N17 GO1 X33N18 GOO X1OO Z5ON19 MO3 S35ON2O TO2

29、O2N21 GOO X3O Z-32（车螺纹）N22 G92 X3O Z-61 F2N23X29.1N24X28.5N25X28N26 GOO X32N27 GOO X1OO Z5ON28 M3O10、设计总结毕业设计是这三年学习过程中最后的一次综合性作业，也是一种总结性的实践教学课程。通过毕业设计，能使学生所学的各种理论知识和技能得以综合应用，并且能进行 全面、系统、严格的技术及基本能力的训练。通过一定时间的校内学习，学生已获得了 相应的理论知识和一定的专业技能，进入工厂的生产实践又使其获得了一定的实践经验。 对他们来说，应该更能理解所学理论知识在生产实践中的应用。而在生产实践中所涉及 的一些实践问题，又能促进其带着疑问积极地探索。应该说，进行毕业设计从知识技能 的准备到心理的充分认识都具备了较好的基础。实行毕业设计的必要性和可能性（一）、毕业设计强化了高等职业技术教育的目的职业技术教育主要是为城乡经济建设培养具有一定文化基础知识、专业理论知识和操作 技能达到中等教育水平的初、中级技术人员、管理人员和其他中等专业人员。职业技术 教育必须服务于地方经济建设，担负起培养高素质劳动者的重任。（二八 毕业设计贯彻了理论联系实际的原则职业技术教育应立足于现实，着眼于未来，要积极创造条件，使职业理论教育与现代生 产实际相结合。理论与