数控轴类零件加工工艺设计毕业设计.docx
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数控轴类零件加工工艺设计毕业设计
课题名称：
数控轴类零件加工工艺设计
前言
《毕业设计》是高等职业技术学院工科机械类学生一个非常重要的实践性环节，是对学生进行的一次重要的实践性、综合性的教学过程。
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。
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。
编者：
周艟
2013年5月
一设计内容总述....................................................................................….............3
二零件的工艺分析……………………………………………………………….4
1零件图样基本分析…………………………………………………………..4
2.1.1毛坯材料分析………………………………………………………4
2.1.2零件的结构工艺分析………………………………………………4
2.2零件图样工艺方案基本分析……………………………………………..4
2.3装夹方案分析……………………………………………………………..5
2.4加工方法与加工顺序及进给路线分析…………………………………..5
2.4.1加工方法的确定…………………………………………………….5
2.4.2加工顺序…………………………………………………………….6
2.4.3加工工序选择原则………………………………………………….6
2.5刀具的选择…………………………………………………………………6
2.6切削用量的选择……………………………………………………………7
三工艺规程设计…………………………………………………………………8
3.1毛坯的选择…………………………………………………………………8
3.2工艺路线的设计……………………………………………………………8
3.2.1确定基准……………………………………………………………..8
3.2.2制定工艺路线………………………………………………………..9
3.2.3选择加工设备……………………………………………………….10
四、技术要求与技术经济性分析……………………………………………….12
4.1.技术要求分析……………………………………………………………12
4.2.技术经济性分析………………………………………………………….12
五数控加工程序的编制以及加工……………………………………………..13
六总结…………………………………………………………………………..16
七参考文献……………………………………………………………………..17
一设计内容总述
高职机械类专业具有岗位针对性强、实践能力要求高的特点，毕业设计作为机械类专业教学过程的最后一个环节，是前面各个教学环节的继续和深化，它的实践性和综合性是其他教学环节所不能代替的。
而我们的数控技术课程毕业设计当然也是在学完了数控设计技术和大部分专业相关的课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，在设计中，我们必须将前面所学的课程进行综合应用，在此过程中不仅仅检验了我们对于知识的掌握性，同时也锻炼了我们的实践创新性。
经过此过程，我们的收获是很大的。
这次的设计课题是“轴类零件的加工工艺分析与程序设计”，其主要包括以下几大部分内容：
零件的工艺分析、工艺过程设计、夹具设计、刀具的选用、各技术参数的选用、数控加工程序的编制、后置处理、仿真模拟和走刀轨道、技术经济分析、主要参与资料以及后记。
零件的工艺分析主要是对零件的图样，零件的装夹、配件的加工顺序和走刀路线，刀具的选择，各工艺参数的确定，以及工艺卡片进行大致分析。
而工艺过程分析，则是设计书中最复杂，内容最多的一个部分，其主要包括毛坯的选择，工艺路线的设计，加工设备的选择，以及各刀具路线的具体设计等等技术设计。
在这次设计中，我们要综合运用到数控技术、机械设计与制造、工程力学、公差配合与测量、机械制图、AutoCAD、UG、MastercamX等所学过的课程知识中的相关理论，并结合平时在实习过程中的实践知识，独立的去分析和解决问题，以达到准确、全面、快速的完成设计任务的目的。
在设计中，要对设计任务进行全面的分析，然后绘制零件图纸、夹具图纸、装配图纸等，然后要对各种工艺文件进行规范，最后将各技术文件装订成册。
在设计中，为了能够解决各种问题，要懂得利用团队资源，大家协作才会容易做到全面。
而对于疑难问题，除了向指导老师请教之外，自己也可以查阅各种资料和手册来解决，以增强我们的实际动手能力，使我们在向社会一线工作岗位过渡的过程中又进了一步。
由于自己的能力有限，在设计中还有许多不足之处，希望各位老师指教。
二零件的工艺分析
2.1零件图样基本分析
2.1.1、毛坯材料分析
制定机械加工工艺规程时，正确选择毛坯，对零件的加工质量，材料消耗和加工工时有很大的影响。
毛坯的尺寸、形状越接近成品零件，材料的加工余量越少；但是毛坯的制造成本就越越高。
应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工成本来确定毛坯类型，以求最好的经济效益。
机械加工中常用的毛坯有棒料、铸件、锻件、冲压件和型材等，根据零件需要，我选择铸件45#钢。
2.1.2零件的结构工艺分析
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，Φ55mm×150mm，无热处理和硬度要求。
2.2零件图样工艺方案基本分析
技术要求
1去除毛刺尖角倒钝
2未注倒角均为45
3无热处理和硬度要求
2.3装夹方案分析
为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。
合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。
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。
2.4加工方法与加工顺序及进给路线分析
2.4.1加工方法的确定
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。
2.4.2加工顺序
加工顺序按粗到精、由近到远（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，最后切槽；工件调头，工件左端加工：
粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。
2.4.3加工工序选择原则
①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。
②先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。
③以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。
④在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。
在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。
工件调头装夹由程序中的M00或M01指令控制程序暂停，装夹后按“循环启动”继续加工。
2.5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。
尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。
二是圆弧形车刀。
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。
2.6切削用量的选择
主轴转速s/（r/min）
进给量f/（mm/r）
背吃刀量ap/mm
粗车外圆
800
0.1
1.5
精车外圆
800
0.05
0.2
粗车螺纹
70
1.5
0.4
精车螺纹
70
1.5
0.1
切槽
115
0.04
三工艺规程设计
3.1毛坯的选择
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；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。
如图典型轴类直径相差不大，采用直径为60mm，材料45#钢，在锯床上按150mm长度下料。
3.2工艺路线的设计
3.2.1确定基准
以左右端大端面为定位基准。
3.2.2制定工艺路线
预备加工---车端面---粗车右端轮廓---精车右端轮廓---切槽---工件调头---车端面---粗车左端轮廓---精车左端轮廓---切退刀槽---粗车螺纹---精车
3.2.3选择加工设备
数控车床
3.3加工方案比较与分析
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
四、技术要求与技术经济性分析
4.1.技术要求分析
制订机械加工工艺规程时，在保证零件加工质量的前提下，要提高劳动生产率和降低成本，也就是达到优质、高产、低消耗的目的。
就是要注意其经济性。
一般情况下，满足同一质量要求的加工方案可以有多种，在这些方案中，必然有一个经济性最好的方案。
所谓经济性好，就是指机械加工中能用最低的制造成本制造出合格的产品
4.2.技术经济性分析
从技术和生产成本等方面进行比较。
此次所设计的轴类零件在经过生产成本与工艺成本、可变费用与不变费用、不同方案评比后，所选择出的工艺方案是最经济的。
同时我们合理的安排时间定额，最大限度的利用可用资源，如此此零件就完全达到了预定的目标。
五数控加工程序的编制以及加工
工件右端加工
O1111；
M06X200Z100；
T0202;
M03S800;
G00X60Z5;
G71U.1.5R1P01Q02X0.2Z0.08F80;
N01G00X39Z2；
G01X39Z0F40;
G01X39Z0C2
Z-26;
G03X35Z-56.46R24;
G02X35Z-70R9;
G01Z-75;
X45.29;
X52Z-94;
N02Z-113;
G00X55Z100;
M06T0303M03S115M08；
G00X55Z2；
G00X55Z-89；
G01X39F5；
G01X55F20；
G01Z-82；
G01X39F5；
G01X55F20；
G00Z-18；
G01X35F5；
G01X50F20；
G00X55Z100M09；
M05；
M30；
工件左端加工
O2222
T0202M03S800；
800r/min
G00X55Z2；
G71U1.5R1P01Q02X0.2Z0.08F80；
N01G00X50Z2；
G01X0Z0F40；
G01X24.7Z0C2；
G01Z-33；
G01X52Z-33C2；
N02G01Z-35；
G00X100Z100；
M05；
M30；
T0303M03S115；
G00X30Z2；
G00Z-28；
G01X21F5；
G01X30F20；
G00X50Z100；
M05；
M30；
T0404M03S70；
G00X25Z2；
G76C1A60X23.056Z-26K0.974U0.1V0.1Q0.4F1.5;
螺纹车削循环,C为精车次数,螺纹刀具角度,X为最终螺纹X轴小径,Z为最终螺纹Z轴长度,,K为牙型高,U精加工余量,V最大加工量,Q第一刀最大背吃刀量,F为导程.
G01X40；
G00X100Z100；
M05；
M30；
六设计总结
在数控车削加工中经常遇到的轴类零件,本设计论文中采用含螺纹零件进行编程设计,在螺纹车削编程中要注意,数控车床主轴上必须安装有脉冲编码器测定主轴实际转速,从而实现主轴转一转刀具进给一个螺纹导程的同步运动,从螺纹粗车到精车,主轴的转速必须保持不变.该特殊轴零件结构，有螺纹、倒角、圆弧、槽等。
该编程螺纹车削采用螺纹加工循环指令G76,用该指令编程可以不用写那么多步程序，省去了很多编程时间。
数控加工的基本编程方法是用点定位指令编写接近或离开工件等空行程轨迹，要用插补指令编写工件轮廓的切削进给轨迹。
几个星期以来，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在做这次毕业设计过程中使我学到很多，我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做，才会使自己更快的成长。
我相信，通过这次的实践，我对数控的加工能进一步了解，并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。
七参考文献
1.李洪主编机械加工工艺手册北京出版社1990
2.艾兴主编切削用量简明手册机械工业出版社2006
3.李益民主编机械制造工艺设计简明手册，机械工业出版社2008
4．陈子银、徐鲲鹏主编数控加工技术，北京理工大学出版社,2006年
5.黄卫主编数控技术与数控编程，北京:
机械工业出版社,2004年
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