典型零件的车削加工.docx
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典型零件的车削加工
毕业论文（设计）任务书
题目：
典型零件的车削加工
姓名：
学号：
系别：
机电工程系
专业：
数控技术
班级：
指导教师：
2010年4月20日
（一）课题意义及主要内容：
1、意义：
通过对于典型零件的车削加工的课题设计，学生可以将该专业的所学课程有效地结合起来，将理论与实践结合起来，将毕业设计与工作领域很好的对接起来。
因此，此课题对于学生有很好的现实意义。
2、主要内容：
根据设计要求，对典型零件进行分析，确定其加工工艺、加工方法、路线、工艺参数。
和加工这个零件用到的刀具，以方便选择刀具，预备刀具，计算相邻轮廓交点坐标，以及怎么装夹，所用的夹具，然后手工编程，程序校验，校验无误，最后进行加工，制造出精度较高的合格零件。
09年9月15日
（二）目的要求：
1、掌握毕业设计的基本格式和撰写方法。
2、掌握典型零件的加工方法。
3、能够利用CAD软件进行零件图的绘制。
09年9月20日
（三）进度计划：
2009年12月-2010年1月：
提出设计任务、设计课题和设计要求。
2010年1月-2010年3月：
学生完成论文提纲，在指导教师的指导下，完成初稿。
2010年3月-2010年4月：
指导教师审核初稿后，指导学生完成最终定稿。
09年9月30日
（四）审批意见：
系（专业）负责人签字：
09年10月10日
（五）学生开始执行任务书日期：
09年10月10日
（六）学生提交全部论文日期：
10年2月20日
（七）学生签名：
10年2月25日
（八）指导教师签名：
10年3月1日
（九）注意事项：
1、本任务书一式二份，各系留存一份，交教务处一份；任务书第
（一）、
（二）、（三）、（五）、（六）、（八）项由指导教师认真填写；第（四）项由系或专业负责人认真填写；第（七）项由学生本人填写。
2、学生应在指导教师指导下根据本任务书的要求制定具体实施计划并按时完成任务。
毕业论文（设计）指导记录册
题目：
典型零件的车削加工
姓名：
学号：
系别：
机电工程系
专业：
数控技术
班级：
指导教师：
2010年4月20日
（一）论文摘要：
科学技术的不断发展，使社会生产力得到了空前的进步，不断催生而出的、新的加工制造技术越来越多地运用于生产实践之中，并对社会进步发挥着巨大的推进作用。
数控加工就是其中最具代表性的技术之一。
制造技术和装备技术是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：
（1）机械制造技术；
（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。
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。
因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展，提高综合国力和国家地位的重要途径。
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。
本设计结合一具体零件进行了零件图分析，加工设备、刀具、工装的选择，切削速度、进给量、背吃刀量等参数的选择，制订了零件的数控加工工艺；根据所选择机床的指令系统编写了零件的加工程序。
09年12月10日
（二）参考书目：
[1]关颖.数控车床.沈阳:
辽宁科学技术出版社,2005
[2]韩鸿鸾.数控编程.北京：
中国劳动社会保障出版社，2004
[3]马东坡.数控加工技术－综合技能训练指导书.北京：
学苑出版社，2005
[4]王贵明.实用数控技术.北京:
机械工业出版社,2000
[5]李善书.数控机床及应用.北京:
机械工业出版社,2002
[6]周虹.数控加工工艺与编程.北京:
人民邮电出版社,2004
[7]李善书.数控机床及应用.北京:
机械工业出版社,2002
[8]王凤蕴,张超英.数控原理与典型数控系统.北京:
高等教育出版社,2003
[9]杨伟群.数控工艺培训教程.北京:
清华大学出版社,2002
[10]马立克,张丽华.数控编程与加工技术.大连:
大连理工大学出版社,2004
[11]梁训王宣 ,周延佑.机床技术发展的新动向.世界制造技术与装备市场，2001
[12]及秀群,杨小军.AutoCAD2007实用教程.北京;中国电力出版社,2007
09年12月15日
（三）论文提纲：
1、方案选择阶段
①根据自身条件合理选题
2、分析阶段:
①熟悉课题
②收集材料
③进行可行性分析
3、设计阶段:
①数控技术的概念与发展趋势
②零件的简单分析
③数控机床的选择
④数控系统的选择
⑤典型零件材料、图纸、数据具体分析
⑥制定加工工艺方案
⑦数控编程
4、总结阶段:
①论文的总结
②后续展望
09年12月20日
（四）提纲修改意见：
学生收到意见时间：
2010年1月6日
学生收到意见签名：
10年2月25日
（五）初稿修改意见：
学生收到意见时间：
2010年2月16日
学生收到意见签名：
10年3月1日
（六）定稿意见：
指导教师签名：
2010年3月20日
摘要
科学技术的不断发展，使社会生产力得到了空前的进步，不断催生而出的、新的加工制造技术越来越多地运用于生产实践之中，并对社会进步发挥着巨大的推进作用。
数控加工就是其中最具代表性的技术之一。
制造技术和装备技术是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：
（1）机械制造技术；
（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。
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。
因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展，提高综合国力和国家地位的重要途径。
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。
本设计结合一具体零件进行了零件图分析，加工设备、刀具、工装的选择，切削速度、进给量、背吃刀量等参数的选择，制订了零件的数控加工工艺；根据所选择机床的指令系统编写了零件的加工程序。
关键词：
数控车床、零件分析、刀具表、NC、数控编程
典型零件的车削加工
一、数控技术的介绍
1.1数控技术的基本概念
数控技术是用数字或数字信号构成的程序对设备的工作过程实现自动控制的一门技术，简称数控（NumericalControl即NC）。
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。
因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
数控技术综合运用了微电子、计算机、自动控制、精密检测、机械设计和机械制造等技术的最新成果，通过程序来实现设备运动过程和先后顺序的自动控制，位移和相对坐标的自动控制，速度、转速及各种辅助功能的自动控制。
数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。
1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。
1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。
1.2数控技术的发展趋势
数控技术是当今世界制造业中的先进技术之一，它涉及到计算机辅助设计和制造技术，计算机模拟及仿真加工技术，机床仿真及后置处理，机械加工工艺，装夹定位技术与夹具设计与制造技术，金属切削理论，以及毛坯制造技术等多方面的关键技术。
数控技术的发展具有良好的社会和经济效益，对国家整个制造业的技术进步，提高制造业的市场竞争力有着重要的意义。
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。
数控机床是50年代发展起来的新型自动化机床，较好解决了形状复杂、精密、小批量零件的加工问题，具有适应性强、加工精度和生产效率高的优点。
由于数控机床综合了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等诸方面的先进技术，使得数控机床的发展日新月异，数控机床的功能越来越强大。
数控机床的发展趋势体现在数控功能、数控伺服系统、编程方法、数控机床的检测和监控功能、自动调整和控制技术等方面的发展。
二、典型零件图的分析
典型零件的数控车削加工，主要流程包括零件图分析、确定其加工工艺、加工方法、加工路线、工艺参数和加工这个零件用到的刀具，预备刀具，计算相邻轮廓交点坐标（如圆弧切点），以及怎么装夹，所用的夹具，然后手工编程，程序校验，校验无误，最后进行加工。
如下图1所示该零件表面由球面、圆柱、逆圆弧、锥面、倒角、凹槽、螺纹等表面组成，一次装夹即可完成粗精加工，后续槽、螺纹、切断的处理。
符合数控加工的标注，尺寸标注完整，。
根据课题，选用毛坯为45#钢（它的化学成分中含碳（C）量是0.42~0.50%，Si含量为0.17~0.37%，Mn含量0.50~0.80%，Cr含量<=0.25%），Φ40mm×100mm，无热处理和硬度要求。
通过以上分析，采取下面几点工艺措施：
1、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。
2、根据零件的几何形状关系按一定数学方法（如三角、几何等）计算编程所需要的有关节点的坐标值。
3、作为短轴类零件，可以采取毛坯夹持左端，从右端加工，先粗车G71循环加工外轮廓再进行精车，切槽后加工螺纹，最后进行切断处理。
图1.典型车削零件图
三、数控机床与系统的选择
3.1数控机床的选择;
根据加工零件的外形和材料等条件，选择经济型CJK6134数控车床。
本机床是适用国内外市场需要而设计的车床。
其用途广泛，适用于各种系统，能车削各种零件的外圆、内圆、端面、锥度、切槽以及公制螺纹、黄制螺纹、模数螺纹等，还可承担钻孔，套料、镗孔、铰孔、滚花、拉油槽及其他工作，此外由于机床主轴孔较大，故在48mm以下的棒料可以直接插入主轴孔内夹持加工，该车床结构简单，操作灵便，刚性强，适宜于利用黑色金属和有色金属，其加工精度可达6级
技术参数;
床身上最大回转直径 340mm
滑板上最大回转直径 190mm
最大工件长度 750mm
主轴锥孔 M6
主轴通孔直径 52mm
主轴转速范围 40-1800r/min（12种）
主轴电机功率 3/4.5kw
外形尺寸 1950×950×1245mm
机床重量 1150kg
3.2数控系统的选择
根据所学使用华中世纪星数控系统:
华中世纪星（HNC）数控系统是在华中I型、华中2000系列数控系统的基础上，满足用户对低价格、高性能、简单、可靠的要求而开发的数控系统。
该系统适用于各种车、铣床加工中心等机床的控制，采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD／CAM自动编程系统兼容，结构牢靠，造型美观，体积小巧，具有极高的性能价格比，在国产数控系统中，市场占有率较高（表2—1）。
目前已广泛用于车、铣，磨、锻，齿轮、仿形、激光加工、纺织、医疗等设备。
华中世纪星数控系统有如下主要特点。
①最大联动轴数为4轴。
②可选配各种类型的脉冲式（HSV—16系列全数字交流伺服驱动单元），模拟式交流伺服驱动单元或步进电机驱动单元以及HSV-11系列串行接口伺服驱动单元。
③除标准机床控制面板外，配置40路开关量输入和32路开关量输出接口、手持单元接口、主轴控制与编码器接口。
还可扩展远程128路输入／128路输出端子板。
④采用7．7”（HNC—22M为10．4”）彩色液晶显示器（分辨率为640~480），全汉字操作界面、故障诊断与报警、加工轨迹图形显示和仿真，操作简便，易于掌握和使用。
⑤采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD／CAM自动编程系统兼容，具有直线插补、圆弧插补、螺旋线插补、固定循环、旋转、缩放、镜像、刀具补偿、宏程序等功能。
⑥小线段连加工功能，特别适合于CAD／CAM设计的复杂模具零件加工。
⑦加工断点保存／恢复功能，方便用户使用。
⑧反向间隙和单、双向螺距误差补偿功能。
⑨巨量程序加工能力。
不需DNC，配置硬盘可直接加工单个高达2GB的G代码程序。
⑩内置RS-232通讯接口，轻松实现机床数据通讯。
四、确定零件的定位基准和装夹方式
1、正确地选择定位基准，有利于保证精度，合理安排加工顺序。
根据工件的外形，采用工件的左端面和毛坯外圆作为定位基准。
2、装夹方法：
加工工件时，工件必须定位并夹紧在机床上，零件为实心轴类零件，使用普通三爪自定心卡盘夹紧毛坯左端，先车出右端面，并依此面的中心为原点建立工件坐标系。
三爪卡盘装夹的优点可以自动定心，装夹方便。
五、确定加工顺序及进给路线
加工顺序按粗到精、由右到左的原则确定。
工件右端加工：
既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，切退刀槽，进行螺纹加工，最后进行切断处理。
六、选择刀具和切削用量
1、车端面：
选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。
2、粗精车外圆：
（因为程序选用G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr＇=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验。
3、车槽与切断:
选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽4mm）。
4、车螺纹:
选用60度硬质合金外螺纹车刀。
同时把四把刀在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。
表1刀具卡片
产品名称或代号
零件名称
典型轴
零件图号
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
硬质合金端面45度车刀
1
粗、精车端面
2
T02
硬质合金90度放型车刀
1
粗、精车外轮廓
左偏刀
3
T03
硬质合金车槽刀
1
切槽、切断
4
T04
60度硬质合金外螺纹车刀
1
车螺纹
5.切削用量的选择：
切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。
切削用量是主轴转速（切削速度），背吃刀具和进给量三要素。
所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），要在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床、刀具的能力，使切削加工既快又省。
在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。
然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。
因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。
切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为v、f、ap。
因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。
精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。
因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。
切削用量与刀具寿命有密切关系。
在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。
一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。
粗、精加工时切削用量的选择原则如下：
①粗加工时切削用量的选择原则首先尽可能大的选取背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性等限制条件，尽可能大的选取进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
②精加工时切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的表面粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。
切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，
表2切削用量选择
主轴转速s/（r/min）
进给量f/（mm/r）
背吃刀量ap/mm
粗车外圆
500
0.1
1.5
精车外圆
500
0.05
0.2
车螺纹
100
1.5
0.2
切槽与切断
200
0.04
七、加工工艺卡的编制
按加工顺序将各工序、工步的加工内容、所用刀具、切削用量等填写数控加工工艺卡，如下表3所示。
表3数控加工工艺卡
单位名称
产品名称或代号
零件名称
零件图号
典型轴
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
%1000
三爪自定心卡盘
CJK6134
数控车间
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
1
车端面
T01
45度刀
500
0.1
手动
2
粗车外轮廓
T02
90度放型刀
500
0.1
1.5
自动
3
精车外圆轮廓
T02
90度放型刀
500
0.05
0.2
自动
4
切退刀槽
T03
切槽刀
200
0.04
自动
5
车螺纹
T04
60度外螺纹刀
100
1.5
0.2
自动
6
切断
T03
切槽刀
200
0.04
自动
编制
审核
批准
年月日
共页
第页
八、加工坐标系设置
8.1建立工件坐标系
为了便于在编程时对工件的几何要素位置进行描述，编程人员必须在零件图上选择建立一个过渡坐标系，即工件坐标系，也称为编程坐标系。
数控编程时应该首先确定工件坐标系和工件原点。
零件在设计中有设计基准，在加工过程中有工艺基准，同时应尽量将工艺基准与设计基准统一，该基准点通常称为工件原点。
设立如下图2所示：
图2坐标系设定
8.2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
九、工序尺寸和编程尺寸
每个加工工序完成后都必须达到一定的加工尺寸和加工精度。
当一个表面的加工方法确定后，先确定每道工序的工序余量，再根据零件设计尺寸和已确定的工序余量计算出中间工序基本尺寸。
工序尺寸的极限偏差值可根据工序基本尺寸和加工方法参考工艺手册来确定，或者根据各种加工方法的经济加工精度查标准公差来确定。
数控车床半精车外圆的工序余量一般可取为1—2mm；精车余量可取为0.1—0.5mm；具体值应根据轴的全长和最大直径确定。
如果图样上的尺寸基准于编程所需要的尺寸基准不一致时，有时还需要进行尺寸链解算。
数控编程时要根据零件尺寸或工序尺寸计算坐标值，而坐标值计算通常取零件尺寸或工序尺寸的最大和最小极限尺寸的平均值。
取平均值时如果遇到第三位小数值，基准孔按“四舍五入”的方法，基准轴则将第三位进上；上图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。
编程尺寸理论上应为该尺寸的误差分散中心。
一般可先采用平均尺寸，最后根据试切结果修正。
十、典型轴类零件车削的编程
数控编程方法有手工编程和自动编程两种。
对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。
手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。
它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。
由于该零件相对比较简单，所以采用手工编程。
应用华中世纪星数控系统编程
从工件右端加工
%1000程序名
T0202调用90度放型车刀
M03S500主轴以500r/min正转
G00X100Z100建立工件坐标系
G00X42Z3循环加工起点
G71U1.5R1P10Q20E0.3F100粗加工循环
N10G00X0
G01Z0F80
G03X10Z-5R5
G01X16Z0C3
Z-15
X20Z-20
X23.1Z-22
Z-40
X26
Z-45
G03X34Z-58R13.57
G01Z-73
X36精车循环结束
G00X100Z100
M05
T0303调用车槽刀切槽
M03S200主轴以200r/min正转
G01X28Z-40
G75X22R0.5Q1.0F100
G00X100Z100
M05
T0404调用外螺纹刀切削螺纹
M03S100主轴以100r/min正转
G00X26Z3
G82X23.1Z-38F2
X22.5
X21.5
X21.4
G00X100Z100
M05
T0303调用车槽刀切断
M03S200主轴以200r/min正转
G00X36Z-74
G75X-2R0.5Q1.0F100
G00X100Z100
M30程序结束
数控车削加工中经常遇到的轴类零件,本设计结合一具体零件进行了零件图分析，加工设备、刀具、工装的选择，切削速度、进给量、背吃刀量等参数的选择，制订了零件的数控加工工艺；根据所选择机床的指令系统编写了零件的加工程序
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