数控毕业论文---轴类零件数控加工工艺设计

1、毕毕 业业 论论 文文 （ 设设 计计 ） 题目轴类零件数控加工工艺设计轴类零件数控加工工艺设计 学生姓名学生姓名学号学号 班班级级 专专业业数控技术专业数控技术专业 分分院院 指导教师指导教师 2012 2012 年年 12 12 月月 2 2 日日 目目录录 目录.1 摘要.2 前言.3 第一章 零件的分析 .4 1.1 分析零件图样 .4 1.2 确定毛坯 .5 1.3 工艺规程设计 .6 1.3.1 加工方法的选择 .7 1.3.2 加工路线的确定 .9 第二章 工艺设备的选择 .12 2.1 机床的选择 .12 2.2 量具与辅助用具的选择 .13 2.3 刀具的选择 .13 2.4

2、 刀具表 .14 第三章 切削用量的选择 .15 结论.26 参考文献.27 致谢语.27 1 摘摘要要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大， 数控加工技术对国 计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来 越重要的作用，因为效率、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。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编 程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选 择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路 线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能

3、加工 出合格的产品。 本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的 分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加 工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现 了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。 【关键词】 工艺分析加工方案进给路线控制尺寸 2 前前言言 在机械加工工艺教学中， 机械制造专业学生及数控技术专业学生 都要学习数控车床操作技术。 让学生了解相关工种的先进技术， 同时 培养工作岗位的前瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握 基本的机械加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自动操作之间 的联系，真正把学生培养成为

4、适应各种工作环境和岗位的多面手。 数 控车工基础工艺理论及技能有机融合， 包括夹具的使用、量具的识读 和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数 控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。以 机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线， 常用量 具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及 精加工，较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途 径。对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对 性的论述，目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。 本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零 件为例，

5、 结合数控加工的特点， 分别进行工艺方案分析， 机床的选择， 刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工 艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工 艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得 零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得 零件的加工在保证零件精度的情况下， 加工效率最高、 刀具消耗最低。 3 最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。 第一章第一章 零件的分析零件的分析 1.11.1 分析零件图样分析零件图样 零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提 下制造的可行性和经济性，即所设计的零件结

6、构应便于成形， 并且成 本低，效率高。 零件图纸的工艺分析 如图所示 零件结构分析 由图我们可知，本零件上由圆柱面、内孔、内圆锥面、圆弧面、 沟槽、 和螺纹等部分组成。 零件车削加工成形轮廓的结构形状较复杂、 需两头加工，零件的加工精度和表面质量要求都很高 4 该零件重要的径向加工部位有mm 圆柱段 （表面粗糙度 R=1.6m） 、圆柱段（表面粗糙度 R=1.6m） 、R6mm 的内孔（表面粗糙度 R 、 M20 x2-6g 圆弧与 R20mm 圆弧相切过渡区、 =1.6m） 、 长径比为 1： 2 的内锥 （小端直径为 三角形外螺纹， 其余表面粗糙度均为 R=3.2m） 。 零件符合数控加工

7、 尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45 钢，毛胚为 50mm*130mm 1.21.2 确定毛坯确定毛坯 1）.材料的分析 该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。 工件材料的可 切削性能。强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件 的材料有关。所以选择45 钢为该轴类零件的材料。45 钢的化学成分 中含 C0.42%0.50%，Si0.17%0.37%，Mn0.500.80%，P 0.035%，S0.035%，Cr0.25%，N0.25%,Cu0.25%.45 钢在进行 冷加工时硬度要求，热轧钢，压痕直径不小于3.9，布氏硬度不小于 241HB，退火钢压痕直径不小于4.

8、4，布氏硬度不小于187HB，45 钢 的机械性能： s335Mpa， b600Mpa，40，Ak47J。 45 钢相对切削性硬质合金刀具 1.0，高速钢刀具 1.0，45 钢经济合理 对加工刀具的要求也合理，45 钢用途广泛，主要是用来制造汽轮机、 5 压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。根据以上数据适 合该轴的加工。 2）.毛坯的分析 轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。 锻件：适用与零件强度较高,形状较简单的零件。尺寸大的零件 因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂 的刚质零件不宜用自由锻。 铸件：适用于形状复杂的毛坯。 钢质零件的锻造毛 坯，其力学性能

9、高于钢质棒料和铸钢件。 根据该轴零件的结构形 状和外轮廓尺寸，所以采用锻件。 本零件的毛坯宜采用锻件， 由棒料锯割， 模锻毛坯至 40X425mm, 使钢材经过锻压，获得均匀的纤维组织，提高其力学性能，同时也提 高零件与毛坯的比重，减少材料消耗 1.31.3 工艺规程设计工艺规程设计 小批量生产条件编程，不准用砂布和锉刀修饰平面，这是对平面 高精度的要求，未注公差尺寸按 GB1804-M，热处理，调质处理， HRC25-35，未注粗糙度部分光洁度按 Ra6.3，毛胚尺寸 50mmx130mm。 加工难点及处理方案 分析图纸可知， 此零件对平面度的要求高， 左端更有内轮廓加工， 6 为提高零件质

10、量，采用以下加工方案： 1. 对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间 值。 2.在轮廓曲线上，有一处既过象限又改变进给方向的轮廓曲线， 因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。 3.零图纸中含有圆柱度，为保证其形位公差，应尽量一次装夹完 成左端面的加工以保证其数值。 4.本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗 加工-精加工加工方案，并且在精加工的时候将进给量调小些， 主轴 转速提高。 5.螺纹加工时，为保证其精度，在精车时选择改程序的方法，将 螺纹的大径值减小 0.18-0.2mm， 加工螺纹时利用螺纹千分尺或螺纹环 规保证精度要求。 选择以上措施可

11、保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度 1.3.11.3.1 加工方法的选择加工方法的选择 确定装夹方案 在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。 工件的 装夹方法影响工件的加工精度和效率， 为了充分发挥数控机床的工作 特点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素： 1.尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具； 2.结构设计要满足精度要求； 7 3.易于定位和装夹； 4.易于切削的清理； 5.抵抗切削力由足够的刚度； 使用三爪自定心卡盘夹持零件的毛坯外圆， 确定零件伸出合适的 长度（应将机床的限位距离考虑进去） 。零件需要加工两端，因此需 要考虑两次装夹的位置， 考虑到左端的 38mmx3

12、5mm 的台阶可以用 来装夹，因此先加工左端，然后调头夹住 38mmx35mm 的台阶加工 右端。 定位基准 工件的定位与基准应与设计基准保持一致， 应防止过定位，对与 箱体工件最好选择“一面两销”作为定位基准，定位基准在数控机床 上要仔细找正。 由于这个工件是个实心轴，末端要镗一个 30 的锥孔，因轴的 长度不是很长，所以采用工件的右端面和48 的外圆作定位基准，使 用普通三爪卡盘夹紧工件，取工件的右端面中心为工件坐标的原点， 对刀点在（100.100）处。 由于此零件全部表面都需加工，应选用外圆及一端面为粗基准， 然后通过“互为基准的原则”进行加工。遵循“基准重合”的原则。 加工左端时选择

13、在毛坯外圆柱段的右端外圆表面， 加工右端时选择在 38mm 外圆柱段的表面，以体现定位基准是轴的中心线。 8 1.3.21.3.2 加工路线的确定加工路线的确定 先粗后精先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加 工和光整加工。 先主后次先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的 加工，后安排如键槽、紧 固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。 由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位 置精度要求，所 以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。 先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作 定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定 可靠，利于保证孔与平面的

14、位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔 加工带来方便。 基面先行用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，第一 道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然 后再以精基面定位加工其它表面。例如，轴类零件顶尖孔的加工 此零件的的加工顺序如下： 1 工序车左端面，将毛坯车为 127mm 的棒料 2.工序左端面打中心孔 选用 5mm 的中心钻（手动钻孔） 3.工序左端钻孔（钻20mm 深-32mm 的孔）手动钻孔 加工孔20mm，刀具选用硬质合金钻头，直径为 20mm，使用 切削液位乳化液。 机械加工工艺手册 1)确定进给量 f，由于孔径较大，故采用数控车床 CK6132A, 查 9

15、得 f=0.260.40mm/r，选择 f=0.35mm/r。 2）钻头磨钝标准及刀具寿命，根据表查得钻头的磨钝标准为 0.81.2mm，寿命为 T=75min。 3） 钻孔速度v，=14，zv=0.25，xv=0，yu=0.4，m=0.125 由表 3.4-7 知， 钻孔速度的修正系数， =0.75 =0.88 查 Z535 型钻床取 n=195r/min，实际切削速为 v=16r/min。 钻头走刀路线如下图： 10 4.工序粗、精车左端内孔至要求尺寸 5.工序粗、精车零件左端面各部、倒角 6.工序调头车右端面将零件车至要求尺寸进给路线如图1。 7.工序调头粗、精车右端面各部倒角、切外螺纹

16、退刀槽、三 角形螺纹 11 第二章第二章 工艺设备的选择工艺设备的选择 2.12.1 机床的选择机床的选择 数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、 圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工 作。根据零件的工艺要求， 可以选择经济型数控车床，一般采用步进 电动机形式半闭环伺服系统。此类车床机构简单，价格相对较低，这 类车床设置三爪自定心卡盘、 普通尾座或数控液压尾座， 适合车削较 长的轴类零件。根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。 数控车床 具有加工精度高，能做直线和圆弧插补，数控车床刚性良好，制造和 对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿， 能

17、够加工尺 寸精度要求较高的零件。 能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于 控制的回转体，而且能比较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹， 能够 保持加工精度，提高生产效率。所以对加工时非常有利的。 12 2.22.2 量具与辅助用具的选择量具与辅助用具的选择 常用测量工具：游标卡尺，千分尺，百分表，固定量具 量具使用得是否合理，不但影响量具本身的精度，且直接影响零 件尺寸的测量精度，甚至发生质量事故，对国家造成不必要的损失。 所以，我们必须重视量具的正确使用，对测量技术精益求精，务使获 得正确的测量结果，确保产品质量。 2.32.3 刀具的选择刀具的选择 数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺

18、中的重要内 容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。刀具 的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。 应根据机床的加工能 力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选 用刀具及刀柄。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。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提 高刀具加工的刚性。 在经济型数控机床的加工过程中， 由于刀具的刃磨、测量和更换 多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的 排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具 装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤； 粗精加工的刀具应分 开使用，即使是

19、相同尺寸规格的刀具；先铣后钻 ；先进行曲面 精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用 数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。 13 本零件的加工，(1) 选用 5mm 中心钻钻削中心孔。用20mm 的钻头加工左端的孔，(2) 粗车及平端面选用 35硬质合金左偏刀， 为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小，选Kr=35。 (3)为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金 60外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取 re=0.150.2mm 。 刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。刀具选 择合理与否不仅影响机床的加工效率、 而且还影响加工质

20、量。选择刀 具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等。 与传统的车削方法相比，数控车削对刀具的要求较高。 不仅要求 精度高、钢度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这 就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。 2.42.4 刀具表刀具表 数控加工刀具表 14 刀具名称及规 序号刀具号 格 1 2 中心钻 20mm钻头 镗孔刀 35右偏外圆 4 T0202 车刀 5 T0303 6 T0404 刀 7 T050545端面车刀 刀尖半径 R 0.1mm 0.2mm 刀尖位置 数量加工表面 T 3mm 2mm 0 1 1 1 1 廓 1切槽左刀尖 左端面手动 钻孔手动

21、 镗孔 粗精车外轮 备注 3 T0101 切槽车刀B=4mm 60外螺纹车 0.2mm1 三角形螺纹 1端面 第三章第三章 切削用量的选择切削用量的选择 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 15 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。 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。 根据本例中零件的加工要求，

22、考虑工件材料为45 钢，刀具材料为硬 质合金钢， 粗加工选择转速500r/min,精加工选择1000r/min车削外圆， 考虑细牙螺纹切削力不大，采用 400r/min 来车螺纹，而内孔由于刚 性较差，采用粗车 600 r/min，比较容易达到加工要求，切槽的切削 刀较大，采用 350 r/min 更稳妥。 2） 、进给速度（进给量）F(mm/r，mm/min)的选择 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， 以便较快去除毛坯余量， 精车以考虑

23、表面粗糙和零件精度为原则， 粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求， 这时主要根 据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆 和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工 时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。 16 进给速度 Vf 可以按公式 Vf =fn 计算，式中 f 表示每转进给量，粗 车时一般取 0.30.8mm/r；精车时常取 0.10.3mm/r；切断时常取 0.050.2mm/r。 应选择较低的进给速度，得出下表 外圆 内孔 槽 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，在刚度允许的条 件下，应尽

24、可能使背吃刀量等于工件的加工余量(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。本例中，背吃刀量的选择大致为 外圆 内孔 螺纹 槽 粗 1.5-2(mm) 1-1.5(mm) 精 0.2-0.5(mm) 0.1-0.5(mm) 粗 0.2min/r 0.2min/r 0.05 min/r 精 0.1min/r 0.1min/r 随进刀次数依次减少 根据刀宽，分两次进行 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。 17 切削用量对于

25、不同的加工方法， 需选用不同的切削用量。 合理的 选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。 切削用量的选择方法：粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和 必要的刀具耐用度。精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加 工余量不大且较均匀，应着重考虑如何保证加工精度， 且在此基础上 如何提高加工效率。因此，要求精车时应选用较小（但不能太小）的 背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数， 以 尽可能提高切削速度。 数控加工工序卡片 18 三爪自定 材料 工 G 功 步 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 螺纹 11 12 车削端面 检测、校核 零件加工程序 左端

26、 G01T05056000.15 中心钻 钻孔 粗车零件左端内轮廓 精车零件左端内轮廓 粗车零件左端外轮廓 精车零件左端外轮廓 粗车零件右端外轮廓 精车零件右端外轮廓 切 4mm2mm 退刀槽 车削 M20mm2mm 外 G92T0404400 G71 G70 G71 G70 G73 G70 G01 T0101 工步内容 能 r/min 1200 500 600 mm/r 0.2 0.1 0.2 0.1 0.2 0.1 0.05 mm 3 30 1 0.5 2 0.5 2 0.5 2 T 刀具轴转速给量吃刀量 注 45 钢零件图号夹具名称 心卡盘 主进背 备 T01011000 T020250

27、0 T02021000 T0202500 T02021000 T0303350 19 O0903 T0505 M03S600 G00X100Z100 X52Z3 Z-1 G01X0F50 Z3 X52F100 Z-2 X0F50 Z2 Z52F100 Z-3 X0F50 Z3 G00X100Z100 M05 T0101 M03S600 程序名 换五号端面车刀 主轴正转，主轴转速 600mm/r 快速定位至换刀点 快速移动至循环点 车 1mm 的端面 退回换刀点 主轴停止 换一号刀 主轴正转、转速 600r/min 20 G00X100Z100 G00X28Z2 G71U1R0.5F100 换刀

28、点 快速移至循环起点 定义 G71 粗车内径循环， 每刀切深为 1mm，退刀量 1mm G71P10Q20U-0.5W0F0粗车路线 N10 至 N20 ，X 轴留精车余量 .20.5mm,Z 轴精车余量为0，粗车进给为 0.2mm/r N10G00X32 G01Z0 X30Z-1 X25Z-11 X23 Z-26 X20 N20Z21 G00X100Z100 T0101 M03S800 G00X20Z2 G70P10Q20F0.1 G00X100Z100 车削加工轮廓起始行，到倒角延长线 车削 C1 倒角 车削25mm 内锥 车削23mm 的内圆柱 快速返回换刀点 精车 主轴正转，精车转速为

29、 1000r/min 快速定位至安全起点 精车全部加工面 退刀至换刀点 21 M05 M00 T0202 M03S500 G00X51Z2 G71U1R1 G71P10Q20U0.5W0F0. 2 主轴停止 程序暂停 换 2 号刀 主轴正转，主轴转速 500r/min 快速移至循环起点 每刀切深为 1mm，退刀量 1mm 粗车路线 N10 至 N20 ， X 轴留精车余 量 0.5mm,Z 轴精车余量为 0，粗车进给为 0.2mm/r N10G00X36 G01Z0 X38Z-1 Z-35 X48 Z-46 N20X50 G00X100Z100 M05 M00 M03S1000 运行 X 轴至

30、倒角起点处 倒角 1x45 车 38mm 的外圆柱面 车 48mm 的外圆柱面 快速退回换刀点 主轴停止 程序暂停 精车主轴正转，主轴转速1000r/min 22 G00X51Z2 G70P30Q40F0.1 G00X100Z100 M05 M30 右端 O9032 T0505 M03S600 G00X100Z100 X52Z3 Z-1 G01X0F50 Z3 X52F100 Z-2 X0F50 Z2 Z52F100 Z-3 程序名 换五号端面车刀 主轴正转，主轴转速 600mm/r 快速定位至换刀点 快速移动至循环点 车 1mm 的端面 快速移至循环起点 精车全部加工面 快速退回换刀点 主轴

31、停止 程序结束，并返回程序开头 23 X0F50 Z3 G00X100Z100 M05 M30 T0202 M03S600 G00X100Z100 G00X51Z2 G71U1R1 G71P10Q20U0.5W0F0. 2 35右偏外圆粗车刀 主轴正转，主轴转速 600r/min 快速退回换刀点 快速移动至循环起点 每刀切深为 1mm，退刀量 1mm 粗车路线 N10 至 N20 ， X 轴留精车余 量 0.5mm,Z 轴精车余量为 0，粗车进给为 0.2mm/r N10G00X15.8 G01Z0 X19.8Z-2 Z-18 G03X29.44Z-25.6R6 G02X38Z-44R20 G01Z-52 运行 X 轴至倒角起点处 倒角 车螺纹外表面19.8mm 车 R6mm 圆弧 车 R20mm 圆弧 直线插补 38mm 的外圆柱面 24 G03X38Z-72R12.5 G01X38Z-72 G01X48Z-80 N20X50 G00X100Z100 T0202 M03S1000 G00X51Z2 G70P10Q20F0.1 G00X100Z100 M05 M00 T0303 M03S350 G00Z-18 X22 G01X16F10 G00X100F100 Z100 M05 车 R12.5mm 圆弧 车 48mm 的外圆柱面 快速退回换刀点 精车 主轴正转