完整版复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工毕业设计.docx
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完整版复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工毕业设计
专科毕业论文
复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工
毕业论文（设计）任务书
学生姓名：
专业班级：
所属系部：
题目：
复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工
任务内容：
确定给定工件的加工工艺，切削用量，加工刀具及加工程序。
论文撰写要求：
1、按所学专业选题，要立意求新，实用可行。
2、论文观点鲜明正确，中心突出，论据充足可靠，层次分明，结构严谨，逻辑性强。
注意避免单纯罗列资料或数据，忽视论证分析的情况；避免写成描述性的记叙文章。
3、学生应独立完成论文写作，严禁抄袭他人之作，严禁请人代写。
4、论文交稿时，要求字迹工整，卷面清洁。
文前列出目录，文后列出参考文献清单。
5、论文应表述自己的独立见解，尽量避免照搬照抄书中语句。
6、论文一律用统一的论文稿纸撰写，并将封面、任务书填写齐全。
时间安排：
2013年12月至2014年6月
参考资料：
[1]数控车削编程与加工技术，主编：
黄华，机械工业出版社；
[2]机械制造工艺与装备，主编：
晲洪涛，化学工业出版社；
[3]公差配合与测量技术，主编：
姚云英，北京机械工业出版社；
[4]机械设计基础，主编：
姚明赵华华中科技大学出版社
指导教师签字：
教研室主任签字:
年月日
毕业论文（设计）评审表
学生姓名：
XXXXXXX
专业班级：
XXXXXXXXXXXXXXX所属系部：
XXXXXXXXX
题目：
复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工
指导教师评语：
初评成绩：
指导教师签字：
年月日
评审小组意见：
评审小组成员签字：
年月日
终评成绩：
摘 要
介绍了复杂轴类配合件的结构分析、装夹方案、切削用量、刀具的选择、程序的编制。
根据零件图的技术要求，选择合适的装夹方式，完成外形的加工。
根据材料的选择合适的刀具和切削用量，达到技术要求，并编制出合适的程序，完成配合件的加工及技术要求。
关键词：
结构分析装夹方案切削用量程序编制
Abstract：
Thepreparationofcomplexshaftwithanalysis,clampingscheme,cuttingtools,thechoiceofstructure,program.Accordingtothetechnicalrequirementsofparts,choiceofappropriatefixturing,completetheformofprocessing.Accordingtothecutterandcuttingmaterialchoosing,meetthetechnicalrequirements,andtheappropriateprocedures,completewiththeprocessingandtechnicalrequirementsofparts.
Keywords:
Structuralanalysis；Clampingscheme；Cuttingtools；Program
目 录
第1章引言1
第2章零件加工工艺分析2
2.1零件的结构工艺性分析2
2.2零件技术要求分析2
2.3零件毛坯、材料的分析和设备的选择5
2.3.1材料的分析5
2.3.2毛坯的分析5
2.4确定工件的定位与夹具方案6
2.5确定走刀顺序原则和路线7
第3章刀具与切削用量的选择9
3.1刀具的选择9
3.2切削用量的选择10
3.3工艺卡片12
第4章数控加工程序的编制14
4.1确定编程坐标系及编程原点14
4.1.1数值的计算14
第5章结论15
第6章致谢16
参考文献17
引言
数控技术就是指一种采用计算机对机械加工过程中的各种控制信息进行数字化运算、处理、并驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的技术。
世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床专业，促使制造业跨入一个新的发展阶段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。
数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽车、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。
虽然数控机床产业本身的产值远不如汽车、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。
此次设计，要求对图示零件进行数控加工工艺分析和手工编写程序指令，这就对我们关于数控技术的掌握提出了比较高的要求，并且让我们对数控方面的知识更加了解，是对我们日后的就业能力的初测试。
这份说明书是对整个设计过程的描述，包括了零件图样的分析、刀具夹具的选用、工艺路线的拟定以及手工编程的全部内容。
在零件的加工过程中工艺分析是尤其重要的，而数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，没有符合实际的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序，所以这次设计的重点就在数控加工工艺上，结合数控加工工艺要求和零件的使用要求对轴的数控加工工艺流程作了较详尽的分析。
零件加工工艺分析
零件的结构工艺性分析
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，即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。
零件技术要求分析
图1件1零件图
在数控车削加工中，零件属于轴套配合的零件加工。
零件的轮廓较为复杂，零件的尺寸精度、轨迹精度和加工精度要求较高。
零件总体结构主要包括圆柱面、沟槽、圆锥面、外螺纹、椭圆面、内锥面、内螺纹、内孔等
在数控车削加工中，零件1重要的加工部位有：
直径φ22mm圆柱段上偏差是：
0mm下偏差-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6μm）、φ58mm圆柱段上偏差：
0mm下偏差：
-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6μm），一个5*2mm的沟槽，M27*2-6g的三角形外螺纹，锥度为1:
4的圆锥（大端直径为φ36mm），长半轴为9mm。
短半轴为20mm的椭圆面，其余表面粗糙度为Ra=3.2μm
图2件2零件图
零件图2主要是内锥孔的加工和内螺纹的加工，内锥大径为φ36mm，小径为φ32mm，螺纹为M27*20-7H。
主要外径有φ58mm圆柱段上偏差：
0mm下偏差-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6μm）、φ48mm圆柱段上偏差：
0mm下偏差-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6μm）、一个10mm的槽，R8的圆弧。
图3件3零件图
零件图3主要加工表面外径有φ58mm圆柱段上偏差：
0mm下偏差-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6um）、内孔的加工φ29mm，上偏差：
+0.03mm下偏差;0mm内孔的加工φ22mm上偏差;0mm下偏差：
-0.02mm
从装配图中可以看出：
配合件的总长为70mm，公差为+0.04mm、-0.04mm，有1mm的间隙配合。
零件毛坯、材料的分析和设备的选择
1.1.1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
1.1.2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Φ60mmx72mm、Φ60mmx60mm,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
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。
确定工件的定位与夹具方案
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；
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，该图先加工左端，然后调头加工右端。
然后加工两个配合件，配合件的加工应遵循先内后孔，先粗后细的原则。
确定走刀顺序原则和路线
1）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。
2）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。
3）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位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。
4）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
此零件的的加工顺序如下：
一:
零件图
（一）先用三爪卡盘夹实左端ф60mm毛坯面，右侧伸出外端30mm，加工长半轴为9mm、短半轴为20mm的椭圆和ф58mm的外圆表面。
然后调头加工右端
5）零件图
（二）粗车ф40mm外圆面，大径36mm、小径32mm的圆锥及锥度比为1:
5的圆锥面，切直径ф24mm的槽和M27x2-6g的螺纹，ф22mm的外圆。
留0.5加工余量，然后精车至规定尺寸。
6）零件图（三）配合件的加工：
镗内孔直径为ф20mm深为60mm的孔，然后精车内圆锥面和内螺纹。
再加工外圆和10mm的槽，R8mm的圆弧。
然后切断至要求尺寸。
7）再加工另一半配合件，车内孔ф29mm、ф22mm内孔，然后精车。
再加工外表面R8mm的圆弧和ф58mm的外圆。
工序I（零件图一）车左端面，将毛坯车为58mm的外圆
工序II调头加工右端，车出ф22mm外圆、，大径36mm、小径32mm的圆锥、切直径ф24mm和M27x2-6g的外螺纹
工序Ⅲ（零件图二）（钻Φ20mm深-60mm的孔）手动钻孔
加工内圆锥面和内螺纹M27x2-7H，然后切断，加工另一部分。
④工序IV（零件图三）从左往右加工，先加工Φ29mm、Φ22mm的内孔。
再加工外表面Φ58mm和R8mm的圆弧。
刀具与切削用量的选择
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：
①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先钻后车；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥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。
综上所述：
本零件的加工，
（1）先加工零件图一，再用ф20mm的钻头加工总长60mm配合件的孔（零件图二、三），
（2）粗车及平端面选用60°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，选角度为60°。
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=0.15～0.2mm。
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。
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。
（如表1）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，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600r/min,精加工选择800r/min车削外圆，考虑细牙螺纹切削力不大，采用300r/min来车螺纹，而内孔由于刚性较差，采用粗车300r/min，比较容易达到加工要求，切槽的切削刀较大，采用300r/min更稳妥。
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。
粗车时一般取0.2～0.8mm/r；精车时常取0.1～0.3mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。
应选择较低的进给速度，得出下表背吃刀量根据机床、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，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。
切削用量对于不同的加工方法，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。
（见表一）
表1切削用量表
材料
45钢
夹具名称
三爪自定心卡盘
机床设备
FANUCOi系统CAK6136机床
操作序号
工步内容（走到路线）
G功能
T刀具
切削用量
转速
（S）
进给量
（f）
背吃刀量
（ap）
1
粗车左端外轮廓
G71
T0101
600
0.2
1.0
2
精车左端外轮廓
G70
T0202
800
0.1
1.0
3
粗车右端外轮廓
G71
T0101
600
0.2
1.0
4
精车右端外轮廓
G70
T0202
800
0.1
1.0
5
切槽
G01
T0303
300
0.05
6
车削M27mmx2mm-6g外螺纹
G92
T0404
300
7
中心钻
1000
8
钻孔
300
9
粗镗零件
（二）内轮廓
G71
T0505
600
0.1
1.0
10
精镗零件
（二）内轮廓
G70
T0606
300
11
车内螺纹
G92
T0707
300
11
粗车零件
（二）外轮廓
G71
T0101
600
0.2
1.0
12
精车零件
（二）外轮廓
G70
T0202
800
0.1
13
车圆弧零件
（二）
G02
T0505
600
0.1
14
切断
G01
T0303
300
0.05
15
粗镗零件（三）内轮廓
G01
T0505
600
0.2
1.0
16
精镗零件（三）内轮廓
G01
T0606
800
0.1
17
粗车零件（三）外轮廓
G71
T0101
600
0.1
18
精车零件（三）外轮廓
G70
T0202
800
19
车圆弧零件（三）
G02
T0505
600
20
切断
G01
T0303
300
工艺卡片
附图表：
图一、图二、图三。
图一工艺卡片
序号
刀具号
刀具名称及规格
数量
加工表面
备注
1
T0101
35°右偏外圆车刀
1
加工椭圆
2
T0202
90°右偏外圆车刀
1
粗、精加工外轮廓
3
T0303
切槽车刀
1
切槽
4
T0404
60°外螺纹车刀
1
外螺纹
图二、三工艺卡片
序号
刀具号
刀具名称及规格
数量
加工表面
备注
1
中心钻
1
手动
2
Ф20mm钻头
1
钻孔
手动
3
T0101
镗孔刀
1
镗孔
4
T0404
内螺纹刀
1
内螺纹
5
T0505
切断刀
1
切断
数控加工程序的编制
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、Y、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G54-G59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。
程序的编制
图二中零件2的加工程序如下
M03S600F0.2;
T0101;
G00X60.Z2.
G71U1.R1.;
G71P1Q2U0.8W0.4;
N1G01X0;
G01Z0;
G01X50.;
G02X58.Z-8.R8.;
N2G01Z-36.;
G70P1Q2;
G00X100.;
G00Z100.;
MO3S800F0.2;
G00X50.Z2,;
G70P1Q2;
G00X100.;
G00Z100.;
M03S300F0.2;
T0303;
G00Z-23.X60.;
G01X48.;
G00X100.;
G00Z100.;
M03S200F15;
T0505;
G00X60.Z-36.;
G01X0;
G00X100.;
G00Z100.;
MO2;
1.2数值的计算
（1）圆锥大端直径计算：
由公式C=D-d∕L
得1／5=x-44／20，即内圆锥的长度为D=36mm。
（2）螺纹尺寸计算：
M27×2.0的螺纹：
牙高=1.3×2.0=2.5，小径=大径-牙高=27-1.0825x2=24.835，根据螺距查表得刀具每次走刀路线为Φ26.1，Φ25.5，Φ24.9，Φ24.5，Φ24.4，Φ24.4
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.有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如：
控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制等。
此外，程序太长会增加出错与检索困难。
因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。
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。
这次毕业设计是在张康老师悉心指导下完成的。
XXXXX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，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。
在论文工作中，得到了机电工程系有关领导和老师的帮助与支持，在此表示衷心的感谢。
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！
参考文献
[1]数控车削编程与加工技术，主编：
黄华，机械工业出版社；
[2]机械制造工艺与装备，主编：
晲洪涛，化学工业出版社；
[3]公差配合与测量技术，主编：
姚云英，北京机械工业出版社；
[4]机械设计基础，主编：
姚明赵华华中科技大学出版社
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
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指导教师签名：
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使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印
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