毕业设计论文浅谈加工中心对轴套类零件的加工.doc

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1、毕 业 论 文正 文 第16页摘 要随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。本文主要介绍了数控加工中心对轴套类零件的加工，轴套类零件常用的表达方法、数控加工中心的刀库组成、轴套类零件的加工刀具的选择、选择合理的走刀路线、加工中心上加工的轴套类零件实例、完成该零件的工艺规程和主要工序的工装设计，并绘制零件图。关 键 词：数控技术；加工中心；轴套类零件哈尔滨职业技术学院印制目 录绪论 1一、数控加工中心 1（一）数控机床的发展绪论1（二）数控加工中心的组成4

2、（三）数控加工中心的分类5（四）数控加工中心的加工特点5二、数控加工中心操作 7（一）数控加工中心的操作7（二）数控加工中心的刀库组成8（三）数控加工中心编程方法8三、轴套类零件的加工 9（一）轴套类零件常用的表达方法9（二）轴套类零件的加工刀具的选择10四、加工中心上加工的轴套类零件实例 12结论 14参考文献 15致谢 16浅谈加工中心对轴套类零件的加工绪 论随着电子、信息等高新技术的不断发展，随着市场需求个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。数控技术是制造业实现这些先进制造技术的基础，而数控技术水平高低和

3、数控设备拥有量是体现国家综合国力水平、衡量国家工业现代化的重要标志之一。而加工中心及其它的工作原理和其编程内容和步骤，再对加工零件的工艺进行分析和概写，再对其加工方案进行选定，选定加工中心确定装夹方案、加工顺序、加工刀具、刀具的切削量及拟定其工序卡，根据工序进行编程。通过工艺设计和加工，其零件能够正常加工，我们必须在加工时认真分析其加工方法，对其装夹和加工方案能够正确选择和选用使零件在加工中心中能正确顺利的进行操作和完成。一、数控加工中心（一）数控机床的发展自从1952年第一台数控铣床在美国诞生以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的发展，数控机床得到迅速的发展和更新换代。数控

4、技术的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1956年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理或计算机（1974年）等五代数控系统。前三代数控系统采用专用电子线路实现硬件式数控，一般成为普通数控系统，简称NC。第四代和五代系统是采用微处理器及大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称CNC(第四代)和MNC（第五代）。由于现代数控系统的控制功能大部分由软件技术来实现，因而使硬件得到进一步简化，系统可靠性提高，功能更加灵活和完善。目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。随着数控技术的发展，用通用微机技术开发数控系统可以得到

5、强的力的硬件和软件支持，这些软件和硬件是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具有全功能数控系统的全部功能，这是一条发展数控技术的途径。当前全功能数控系控的特点有：（1）选用高速微处理器微处理器是现代数控系统的核心部件，担负着运算、存储和控制等多重任务，其位数和运行速度直接关系到加工效率和加工精度。高速32位微处理器的采用，使得数控系统的输入译码、计算和输出等环境都在高速下进行，同时提高了多轴联动，进给速度和分辨率等指标。（2）配置高速，功能强的可编程控制器数控系统除了对位置进行信息控制外，还要对I/O状态量进行控制。数控系统中高速和强功能的可编程控制器能滿足数控机床这方面的要求。同

6、时，PLC输入/输出点数和PLC容量的增加可满足直接数字控制系统（DNC）和柔性制造单元（FMC）的控制要求。（3）CRT图形显示、人机对话功能及自诊断功能大多数现代数控系统采用CRT于手能键盘配合，实现程序的输入，编辑、修改和删除等功能，具有前台操作、后台编辑的功能及用户宏程序等；可以有二维图形轨迹显示，有的还可以实现三维彩色动态图形的显示。系统具有硬件、软件及机床故障自诊断功能，提高了可维修性。（4）具有多种监控、检测和补偿功能为了提高数控机床的效率及加工精度，有些数控机床配置了各种测量装置，如刀具磨损的检测、机床精度及热变形的检测等，于之相适应，数控系统则有刀具寿命管理、刀具参数补偿、反

7、向间隙及丝杠螺距误差补偿、热变形补偿等功能。（5）CND智能化在现代数控系统中，引进了自适应控制技术。数控系统能检测对机床本身有影响的信息，并自动连续调整有关数据，以达到系统运行的最优化。在有的CNC系统中，有建立了切削率的数据库及切削用量的专家系统等。大多数现代数控系统都有学习及示教功能。（6）通信功能一般数控系统都有通信功能，如采用RS-232C串行接口与编程机、微机等外设通信。现代数控系统还要于其他数控系统或上级计算机通信，所以除了RS-232接口外，还有RS-422的DNC等多种通信接口。数控系统要单机的进入柔性制造系统进而形成计算机知集成制造系统，就要求数控系统具有更高通信功能为此有

8、的数控系统开发了符合ISO开发系统互联七成网络模型的通信规约，为自动化技术发展创造了条件。（7）标准化、通用化和模块化现代数控系统的性能越来越完善，功能越来越多样，促使数控系统的硬件和软件结构实现标准化、通用化和模块化。现在不同的标准化模块可以组成各种不同的数控机床控制系统。能方便的移植计算机行业或自动化领域的成果，也便于现有的数控系统进一步扩展及升级。（8）开发性基于PC的开放式数控系统已成为数技术发展的重要方向，通过制定必要的技术规范，在通用PC基础上一方面使硬件的体系结构和功能模块具有兼容性；另一方面使软件、接口等技术规范化和标准化，为机床制造厂或用户提供一个良好的开发环境。（9）高可靠

9、性现代数控系统的平均无故障时间已达到30000h以上。数控系统与微机和通用机积极生产批量大小的区别，其制造过程，包括元件筛选，印制电路板、焊接和贴附、生产过程及最终产品的检测和出厂前整机的考机等措施保证了数控系统有很高的可靠性。（二）数控加工中心的组成 加工中心自问世至今已有30多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成。（1）基础部件它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的

10、部件。（2）主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。（3）数控系统加工中心的数控部分由CNC装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。（4）自动换刀系统由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。（5）辅助装置包括涡滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用

11、，因此也是加工中心中不对缺少的部分。（三）数控加工中心的分类 加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。按工作台的数量和功能分：有单工作台加工中心、双工作台加工中心，和多工作台加工中心。按加工精度分：有普通加工中心和高精度加工中心。普通加工中心，分辨率为1m

12、，最大进给速度1525mmin，定位精度lOm左右。高精度加工中心,分辨率为0.1m，最大进给速度为15100mmin，定位精度为2m左右。介于2lOm之间的，以5m较多，可称精密级。（四）数控加工中心的加工特点（1）机床的刚度高、抗振性好 为了满足加工中心高自动化、高速度、高精度、高可靠性的要求，加工中心的静刚度、动刚度和机械结构系统的阻尼比都高于普通机床(机床在静态力作用下所表现的刚度称为机床的静刚度；机床在动态力作用下所表现的刚度称为机床的动刚度)。（2）机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快加工中心传动装置主要有三种，即滚珠丝杠副；静压蜗杆-蜗母条；预加载荷双齿轮-齿条。它们由伺服

13、电机直接驱动，省去齿轮传动机构，传递精度高，速度快。一般速度可达15mmin，最高可达100mmin；（3）主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统主轴功率大，调速范围宽，并可无级调速。目前加工中心95以上的主轴传动都采用交流主轴伺服系统，速度可从1020000rmin无级变速。驱动主轴的伺服电机功率一般都很大，是普通机床的12倍，由于采用交流伺服主轴系统，主轴电动机功率虽大，但输出功率与实际消耗的功率保持同步，不存在大马拉小车那种浪费电力的情况，因此其工作效率最高，从节能角度看，加工中心又是节能型的设备。（4）加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构，能长期的保持导轨的精度，在高速重切削下，保证运

14、动部件不振动，低速进给时不爬行及运动中的高灵敏度导轨采用钢导轨、淬火硬度HRC ，与导轨配合面用聚四氟乙烯贴层。这样处理的优点：a摩擦系数小；b耐磨性好；c.减振消声；d工艺性好。所以加工中心的精度寿命比一般的机床高。（5）设置有刀库和换刀机构这是加工中心与数控铣床和数控镗床的主要区别，使加工中心的功能和自动化加工的能力更强了。加工中心的刀库容量少的有几把，多的达几百把。这些刀具通过换刀机构自动调用和更换，也可通过控制系统对刀具寿命进行管理。（6）控制系统功能较全它不但可对刀具的自动加工进行控制，还可对刀库进行控制和管理，实现刀具自动交换。有的加工中心具有多个工作台，工作台可自动交换，不但能对

15、一个工件进行自动加工，而且可对一批工件进行自动加工。这种多工作台加工中心有的称为柔性加工单元。随着加工中心控制系统的发展，其智能化的程度越来越高，如FANUCl6系统可实现人机对话、在线自动编程，通过彩色显示器与手动操作键盘的配合，还可实现程序的输入、编辑、修改、删除，具有前台操作、后台编辑的前后台功能。加工过程中可实现在线检测，检测出的偏差可自动修正，保证首件加工一次成功，从而可以防止废品的产生。二、数控加工中心操作（一）数控加工中心的操作 作为一个熟练的操作人员，必须在了解加工零件的要求、工艺路线、机床特性后，方可操纵机床完成各项加工任务。因此，整理几项操作要点供参考：为了简化定位与安，夹

16、具的每个定位面相对加工中心的加工原点，都应有精确的坐标尺寸。为保证零件安装方位与编程中所选定的工件坐标系及机床坐标系方向一致性，及定向安装。能经短时间的拆卸，改成适合新工件的夹具。由于加工中心的辅助时间已经压缩得很短，配套夹具的装卸不能占用太多时间。夹具应具有尽可能少的元件和较高的刚度。夹具要尽量敞开，夹紧元件的空间位置能低则低，安装夹具不能和工步刀具轨迹发生干涉。保证在主轴的行程范围内使工件的加工内容全部完成。对于有交互工作台的加工中心，由于工作台的移动、上托、下托和旋转等动作，夹具设计必须防止夹具和机床的空间干涉。尽量在一次装夹中完成所有的加工内容。当非要更换夹紧点时，要特别注意不能因更换

17、夹紧点而破坏定位精度，必要时在工艺文件中说明。夹具底面与工作台的接触，夹具的底面平面度必须保证在0.010.02mm以内，表面粗糙度不大于Ra3.2um。（二）数控加工中心的刀库组成在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。（三）数控加工中心编程方法在数控编

18、程之前，编程员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。根据零件形状尺寸及其技术要求，分析零件的加工工艺，选定合适的机床、刀具与夹具，确定合理的零件加工工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数，这些工作与普通机床加工零件时的编制工艺规程基本是相同的。1.确定加工方案此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能。 2.工夹具的设计和选择应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系之间的尺寸关系。3.选择合理的走刀路线合理地

19、选择走刀路线对于数控加工是很重要的。应考虑以下几个方面： （1）尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。（2）合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。（3）保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。（4）保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉。（5）有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。 4.选择合理的刀具根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具，包括刀具的结构类型、材料牌号、几何参数。5.确定合理的切削用量在工艺处理中必须正确确定切削用量。三、轴套类零件的加工（一）轴套类零件常用的表达方法（

20、1）主视图的选择一般按加工位置将轴线水平安放来画主视图。通常将轴的大头朝左，小头朝右；轴上键槽、孔可朝前或朝上，表示其形状和位置明显。形状简单且较长的零件可采用折断画法；实心轴上个别部分的内部结构形状，可用局部剖视兼顾表达；空心套可用剖视图表达；轴端中心孔不作剖视，用规定标准代号表示。（2）其他视图的选择由于轴套类零件的主要结构形状是同轴回转体，在主视图上注出相应的直径符号“”，即可表示清楚形体特征，故一般不必再选其他基本视图(结构复杂的轴例外)基本视图尚未表达完整清楚的局部结构形状(如键槽、退刀槽、孔等)，可另用断面图、局部视图和局部放大图等补充表达，这样，既清晰又便于标注尺寸。（二）轴套类

21、零件的加工刀具的选择1.选择数控机床加工刀具时应考虑的问题 （1）数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。 （2）切削性能好为适应刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时能采用大的背吃刀量和高进给量，刀具应具有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。 （3）精度高为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm。 （4）可靠性高要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利

22、进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。 （5）耐用度高数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。 （6）断屑及排屑性能好数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要求刀具具有较好的断屑和排屑性能。 2.刀具的选择方法刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。由于

23、数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面：（1）根据零件材料的切削性能选择刀具如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。 （2）根据零件的加工阶段选择刀具即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证

24、零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。 （3）根据加工区域的特点选择刀具和几何参数在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工

25、件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。而端铣刀无论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于球头铣刀，因此，在确保零件加工不过切的前提下，粗加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的

26、是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。 在加工中心上，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作。必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加工用刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。编程人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围等方面的内容，以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。四、加工中心上加工的轴套类零件实例如图4-1为升降台铣床的支承套，零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。分析其数控加工工艺。图4-1 支承套简

27、图（1）零件图工艺分析为便于定位装夹，100f9外圆、8尺寸两面、78尺寸上面均在前面工序中用普通机床完成。数控加工的主要内容是：2-15h7孔，35h7孔、6012窝，2-1117、2-m6-6h螺孔。（2）选择设备根据被加工零件的外形和材料等条件，选用的卧式加工中心，其主要参数是：工作台尺寸：400400、工作台左右行程（x轴）500、工作台前后行程（z轴）400，主轴箱上下行程（y轴）400，主轴中心线至工作台面距离100500，主轴端面至工作台中心线距离150500，主轴锥孔bt-40，刀库容量30把。（3）确定零件的定位基准和装夹方式工件以100f9外圆、80尺寸左端面定位。（4）工

28、件坐标系设定b00、g54、x0、y0设在35h7孔中心上，z0设在80尺寸左面。b900、g55、x0设在80尺寸左面。y0设在35h7孔中心上，z0设在78尺寸上面。（5）确定加工顺序及进给路线；（6）刀具选择。结 论加工中心宜于加工各种大中型箱体类零件，如汽缸盖、汽缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件；也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工；加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间，测量和机床调整等辅助

29、工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。通过三年的学习，对数控加工的认识从开始的简单工作到精确加工，在操作和编程方面有了更深的掌握。通过这次论文我学会了独立思考问题和发现问题，对轴套类零件的掌握更具体，对它的结构等有了更进一步的掌握，使自己的理论水平更上一层楼。但我也深刻的知道，我在实践方面是很不够的，这将在以后的工作中去学习。参考文献1周济，周艳红数控加工技术M北京：国防工业出版社，2003.2谬效果数控技术M武汉：湖北科学技术出版社，2003.3陈永泰机械制造技术实践M机械工业出版社，2003.致 谢经过一段时间的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有郝双双老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 最后我还要感谢机械系和我的母校哈尔滨职业技术学院三年来对我的栽培。