毕业设计（论文）数控轴类零件加工工艺设计.doc

南京工程学院毕 业 实 践 报 告毕业设计题目数控轴类零件加工工艺设计 学 院 继续教育学院 专业班级 ZH 控 1371 姓 名 学 号 指导教师 2015年 10月 10日摘 要：在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。 为了子数控机床上加工出合格的零件，首先需根据零件图纸的精度和计算要求等，分析确定零件的工艺过程、工艺参数等内容，用规定的数控编程代码和格式编制出合适的数控加工程序。编程必须注意统或具体的数控系机床，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。但从数控加工内容的本质上讲，各数控系统的各项指令都是应实际加工工艺要求而设定的。 关键词：车削加工 刀具 零件的工艺过程 工艺参数 程序编制 目 录1绪论12 图样分析22.1零件图分析22.2 确定加工方法32.3确定加工方案32.4 定位基准的选择53.零件的工艺分析53.1零件的装夹方式53.2刀具的选择63.3 加工坐标系设置63.4切削用量选择83.5切削用量选择卡片83.6保证加工精度的方法84 数控加工程序的编制94.1数控加工的特点：94.2确定编程坐标系及编程原点94.3工件加工104.4数控加工工艺路线114.5加工程序114.5精度自检13结 论13参 考 文 献：14致 谢151绪论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。随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大。传统的通用、专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求。而数控机床作为电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，集现代精密机械、计算机、通信、液压气动、光电等多学科技术为一体，有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求，适应各种机械产品迅速更新换代的需要，代表着当今机械加工技术的趋势与潮流。其中数控车床由于具有高效率、高精度和高柔性的特点，在机械制造业中得到日益广泛的应用，成为目前应用最广泛的数控机床之一。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，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。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。2 图样分析 零件结构示意图2.1零件图分析（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、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。轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；如图典型轴类零件直径相差不大，采用直径为60mm，材料45#钢的锻件，在锯床上按150mm长度下料。（3）尺寸公差分析：该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，55mm×150mm，无热处理和硬度要求。外圆表面粗糙度要求为1.6m，端面表面粗糙度要求为3.2m.直径为52的外圆柱的轴线对于直径为39外圆柱的轴线的同轴度要求为0.025mm。2.2 确定加工方法加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。 图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，而取其基本尺寸。 在轮廓线上，有个锥度10度坐标P1、 和一处圆弧切点P2，在编程时要求出其坐标，P1（45.29 ，75） P2（35，56.46）。 通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。根据加工零件的外形和材料等条件，选用CJK6032数控机床。2.3确定加工方案 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。毛坯先夹持右端，车外圆，加工左端加工39mm、S42mm、 R9mm、35mm、锥度为10度的外圆，切槽，加工螺纹M24X1.5mm.调头装夹加工工件右端外圆，切槽. 该典型轴加工顺序为： 预备加工-车端面-粗车左端轮廓-精车左端轮廓-切槽-粗车螺纹-精车螺纹。工件调头 -车端面-粗车右端轮廓-精车右端轮廓-切槽2.4 定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。定位基准选择的原则有：1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。 所以此零件以左右端大端面为定位基准。3.零件的工艺分析3.1零件的装夹方式1）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运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。3）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。4）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。此零件装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘毛坯右端52，再加工左端达到工件精度要求。3.2刀具的选择数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。另外是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。1号刀：30°菱形外圆车刀；2号刀：外切槽刀（3mm）；3号刀：60°外螺纹刀；4号刀：内镗孔刀；5号刀：内切槽刀；6号刀：内螺纹刀； 3.3 加工坐标系设置 （1）建立工件坐标系 图1-3坐标系设定（2）试切法对刀在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右端面O为工件原点时，对刀输入为Z0，如图3-4（a）用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4（b）根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。 图3-4（a） Z轴方向对刀图3-4（b） X轴方向对刀3.4切削用量选择各工序刀具的切削参数序号加工面刀具号刀具类型主轴转速n/r.min-1进给速度vf/mm.min-11车外形T135°菱形外圆车刀粗800，精1500粗150，精802车外切槽T2外切槽刀600253车外螺纹T360°外螺纹刀10001.54镗内孔车T4内孔镗刀粗800，精1200粗100精805车内槽T5内切槽刀600256车内螺纹T660°内螺纹刀10001.53.5切削用量选择卡片工艺工歩：内容TSFU1装夹工件伸出85mm平端面外圆刀5000.30.32加工工件左端外圆外圆刀8000.31.03加工工件左端外槽切槽刀400/4加工工件左端螺纹M25X1.5外螺纹刀5000.30.35调头装夹伸出95mm平端面保证总长外圆刀6000.30.36加工工件右端外圆外圆刀8000.31.07加工工件右端外槽外螺纹刀50021.0838去毛刺检验/3.6保证加工精度的方法为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的主要原因，采取相应的误差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始误差对零件加工精度的影响。一、刀具半径的选定1.刀具的半径R比工件转角处半径大时不能加工。2.刀具较小时不能用较大的切削量加工（刀具刚性差）。二、采用合适的切削液1.切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。2.非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。3.水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷却作用和清洗作用。4 数控加工程序的编制 4.1数控加工的特点：1.采用数控机床加工零件可以提高加工精度，稳定产品的质量。 2.数控机床可以完成普通机床难以完成，或根本不能加工的复杂曲面的零件加工。 3.采用数控机床在生产效率上，可以比普通机床提高23倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十倍甚至几十倍。4.可以实现一机多用。 5.采用数控机床有利于向计算机控制与管理方面发展，为实现生产过程自动化创造条件。 4.2确定编程坐标系及编程原点 数控机床采用右手笛卡儿直角坐标系，其基本坐标轴为X、T、Z直角坐标系，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。 编程原点也称工件原点，一般用G92或G54-G59（对于数控镗铣床）和G50（对于数控车床）设置。根据以上可以知道，编程坐标系及编程原点的选择要满足以下几个方面的要求： 1.所选的编程原点及坐标系要使程序编制简单。 2.编程原点应选在容易找正，并在加工过程中便于检查的位置。 3.引起的加工误差小。 4.一般回转体零件的编程零点选在其加工面的回转轴线与端面交点处。4.3工件加工选用30外圆刀。下刀方式：采用直线下刀，可以保持较高的进刀速度和较低的切削负荷。 走刀方式：选用直线车削方式，从右到左，一次加工，可以减少提刀，提升车削效率。 加工时按直线车削方式，将外圆一次完成，第一刀背吃刀量1.4mm，刀路重叠50，转速1000r/min，进给速度150mm/min；精加工时，背吃刀量0.1mm，转速升至1200r/min，进给不变，底面的表面质量非常好。其刀路轨迹如图4-1所示，由里向外逐步扩展，与外形相似，刀路平顺、柔和，尽量减少剧烈变化，以免引起机床振动。加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸分析，尺寸精度比较高。4.4数控加工工艺路线1）粗，精加工加工工件左端外形.2）车3x2一槽，2-3两槽.3）用G76螺纹复合循环加工M24x1.5外螺纹.4）掉头校正,手工车端面,保证总长145.5）用G73粗加工工件右端外形,用G73精加工工件右端外形.6）车3x2的槽7) 去毛刺检验4.5加工程序工件左端O0001主程序名T0101MO3S800外圆刀，主轴正转，转速800G00X52Z3快速点定位G73U13R13成型加工循环U方向余量R走刀次数G73P10Q20U0.3W0F0.3PQ程序段号U背吃刀量F进给量N10G00X21快进到外径粗车循环起点G01Z0X24.8Z-2进刀Z-33进刀X48退刀X52Z-35进刀Z-51进刀N20X44.99Z-70外径粗车循环终点T0101MO3S1500F0.1主轴正转，精加工转速1500r/minG00X52Z3快速点定位G70P10Q20外径精车循环G00X100退刀Z200退刀M00程序暂停工件左端外槽T0202M03S400F0.12号刀主轴正转转速400r/min进给0.1G00X52Z3快速点定位Z-28进刀X23外径槽直径X52退刀Z-59进刀X39外径槽直径X52退刀Z-66进刀X39外径槽直径G00X100退刀Z200退刀M00程序暂停外螺纹T0303M03S5003号刀主轴正转转速500r/minG00X30Z3快速点定位G76P020260Q100R0.02外径螺纹复合循环G76X23.376Z-26P812Q150F1.5X23.376:螺纹小径20mm，Z-26:螺纹长度P：螺纹牙高G00X100退刀Z200退刀M00程序暂停工件右端外圆T0101M03S8001号刀主轴正转转速800G00X52Z3快速点定位G73U10R10成型加工循环U方向余量R走刀次数G73P30Q40U0.3W0F0.3PQ程序段号U背吃刀量F进给量N30G00X35快进到外径粗车循环起点G01Z0X39Z-2倒角Z-26进刀G02X34.91Z-56.46R48圆弧G03X30Z-35R9圆弧G01X35退刀N40Z-75进刀；外径粗车循环终点T0101M03S1500F0.11号刀主轴正转转速1500G00X52Z3快速点定位G70P30Q40外径精车循环G00X100退刀Z200退刀M00程序暂停工件右端外槽T0202M03S400F0.12号刀主轴正转转速400G00X52Z3快速点定位G01Z-18进刀X37外径槽直径G00X100退刀Z200退刀M30程序结束4.5精度自检将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测。看是否达到零件的技术要求即可。结 论通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对数控机床的了解，巩固了书本的知识。结论总结如下：1）对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。而往往只是 其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。2）在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去，这 样可为编程带来不少方便。3）了解轴类零件加工的一般步骤，常用方法等，分析课题中零件的的加工工艺。4）根据设计要求及工艺分析，确定了课题中轴类零件的加工工艺，并根据不同加工步骤的特点选择合适的机床、装夹方法、刀具和加工技巧。5）利用Autu CAD按1：1正确画出要加工的轮廓线，选择适当的图形和参数，可生成用于加工的程序。 6）完成数控车床精车削过程。参 考 文 献：1数控加工工艺基础，主编：潭岭 ，重庆大学出版社；2数空机床编程，主编：杜国成，北京 机械工业出版社；3现代机械制造工艺，主编：陈锡渠，北京 清华大学出版社；4数控机床加工工艺，主编： 华茂发，北京 机械工业出版社；5公差配合与测量技术，主编： 姚云英，北京 机械工业出版社；6机械设计基础，主编： 胡家秀，北京 机械工业出版社；7金属工艺学，主编： 万德金，北京 机械工业出版社；致 谢在毕业设计即将结束之际我向所有帮助过我的老师和同学说一声，谢谢！我想没有他们的帮助，毕业设计就会做得很困难。 这次毕业设计是在顾静老师悉心指导下完成的。顾老师以其渊博的学识、严谨的治学风范、高度的责任感使我受益非浅。在做设计的过程中也遇到了不少的问题，顾老师给了我许多关怀和帮助，并且随时询问我毕业设计的进展情况、细心的指导我们，也经常打电话或者发电子邮件过来指导我的设计。 在此设计及论文撰写过程中得到了好多同学的无私帮助，在此对你们表示衷心的感谢，感谢你们的鼎力相助。 最后，在即将完成毕业设计之时，我再次感谢对我指导、关心和帮助过老师、领导及同学。谢谢了！