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郑州工业安全职业学院

毕业论文（设计）

题目：

圆弧轴数控车削加工工艺的编制

姓名：

系别：

机电工程系

专业：

机电一体化

年级：

08机电四班

指导教师：

2011年05月29日

毕业论文成绩评定表

学生

姓名

张占岭

学生所在系

机电工程系

专业

班级

机电技术四班

毕业论文

课题名称

圆弧轴数控车削加工工艺的编制

指导教师评语：

成绩：

指导教师签名：

年月日

系学术委员会意见：

签名：

年月日

目录

摘要 I

第一章机床的选用及简介 1

第一节机床的选择 1

第二节机床的组成 2

第三节机床的工作原理 3

第四节机床的工作特点 3

第二章零件的工艺分析 5

第一节零件工艺分析 5

第二节确定加工方案 6

第三节加工路线和加工顺序的确定 6

第四节切削用量的选择 7

第五节刀具的选择 10

第三章加工工序的编排 11

第一节工序与工步的划分 11

第二节加工工序的编排 12

第三节加工工序卡片 14

第四节加工程序 14

第五节零件加工中的难点与解决方案 17

第四章数控车床操作注意事项 18

参考文献 19

致谢 20

摘要

随着科技的不断发展，数控技术在企业中发挥越来越重要的作用。

数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用，对零件进行编程加工之前，工艺分析具有非常重要的作用。

本设计通过对典型的数控车床轴类零件工艺特点、数控加工工艺的分析，给出了对于一般零件数控加工工艺分析的方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。

设计说明书以典型的数控车床轴类零件为例，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等，编写加工零件的程序。

按照说明书要求将加工出零件，并对零件自检数据进行分析，说明在加工过程中应注意的事项。

对于提高制造质量、实际生产具有一定的指导意义。

关键词：

轴类零件；数控加工；加工程序

第一章机床的选用及简介

第一节机床的选择

在选择机床时，即要考虑其生产的经济性，又要考虑其适用性和合理性。

其选择的原则是：

①机床的工作区域尺寸必须与所加工零件的外形轮廓尺寸相适应。

如直径不大的导柱、导套等可选在卧式车床上加工，而外径较大长度较短的轴类零件，则应选择在立式车床上加工；小的零件的孔可用立式普通钻床加工；而大工件上的孔宜在

摇臂钻床上加工；对于孔径和孔距要求比较高的孔，可选择在坐标

镗床或立式镗床上加工，以做到合理使用设备。

②机床的功率和加工量应与零件工序的加工要求相适应。

如粗加工工序应选择功率较大的机床加工；在利用刀具做精细切削时，应选择转速较高的机床。

③选用的机床精度应与工序要求的加工精度相适应。

④选用机床应与现有设备条件相适应。

即要充分利用现有的设备，又要充分考虑生产的发展方向规模，以及添置新设备的可能性。

根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、生产条件等要求，选用经济型数控车床可达到要求。

图1.1数控机床的选择

第二节机床的组成

1.2.1数控机床的组成

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。

图1.1的实线所示为开环控制的数控机床框图。

图1.1数控机床的组成

1.2.2数控系统与数控机床的组成

图1.2数控系统与数控机床的组成

第三节机床的工作原理

1.3.1数控机床的工作原理与工作方式

图1.3数控机床的工作原理

第四节机床的工作特点

与普通机床相比，数控机床具有以下特点[1]。

①适应性强：

由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能完成复杂型面的加工，特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的形状复杂的零件，加工非常方便。

当改变加工零件时，数控机床只需更换零件加工的NC程序，不必用凸轮、靠模、样板或其它模具等专用工艺装备，且可采用成组技术的成套夹具。

因此，生产准备周期短，有利于机械产品的迅速更新换代。

所以，数控机床的适应性非常强。

②加工质量稳定：

对于同一批零件，由于使用同一机床和刀具及同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同，且数控机床是根据数控程序自动进行加工，可以避免人为的误差，这就保证了零件加工的一致性好且质量稳定。

③生产效率高：

数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工时。

还有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间大为缩短，而且无需工序间的检验与测量，所以，比普通机床的生产率高3～4倍甚至更高。

数控机床的主轴转速及进给范围都比普通机床大。

目前数控机床的最高进给速度可达到100m/min以上，最小分辨率达0.01μm。

一般来说，数控机床的生产能力约为普通机床的三倍，甚至更高。

数控机床的时间利用率高达90%，而普通机床仅为30%～50%。

④加工精度高：

数控机床有较高的加工精度，一般在0.005～0.1mm之间。

数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响，机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿，其定位精度比较高，同时还可以利用数控软件进行精度校正和补偿。

⑤工序集中，一机多用：

数控机床特别是带自动换刀的数控加工中心，在一次装夹的情况下，几乎可以完成零件的全部加工工序，一台数控机床可以代替数台普通机床。

这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测量和装夹等辅助时间，还可以节省车间的占地面积，带来较高的经济效益。

加工中心的工艺方案更与普通机床的常规工艺方案不同，常规工艺以“工序分散”为特点，而加工中心则以工序集中为原则，着眼于减少工件的装夹次数，提高重复定位精度。

⑥减轻劳动强度：

在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直至零件加工完毕。

这样就简化了工人的操作，使劳动强度大大降低。

数控机床是一种高技术的设备，尽管机床价格较高，而且要求具有较高技术水平的人员来操作和维修，但是数控机床的优点很多，它有利于自动化生产和生产管理，使用数控机床的经济效益还是很高的。

第二章零件的工艺分析

第一节零件工艺分析

图2.1零件工艺图纸

2.1.1零件图的分析

①零件长度为138mm，从右到左依次为：

长20mm、公称直径为30mm、有2mm的45°倒角的双头螺纹；长5mm、公称直径为26mm的退刀槽；长10mm的53°锥面；长10mm直径为36mm的圆柱面；依次相连半径为15mm的逆弧面、半径为25mm的顺弧面、直径为50mm的球面和半径为15mm的顺弧面；长5mm、公称直径为34mm的槽；长15mm的30°锥面；长10mm、公称直径为56mm的圆柱面。

该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。

其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面SΦ50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。

视图正确，表达直观、清楚，绘制符合国家标准，尺寸、公差、表面粗糙度以及技术要求的标注齐全、合理。

②分析零件图可知：

Φ26-Φ36锥面、Φ30圆柱端面和Φ26圆柱端面表面粗糙度Ra为3.2μm，其余表面粗糙度Ra为6.3μm。

③零毛坯材料为45#，强度、硬度、塑性等力学性能好，切削性能、热处理性能等加工工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。

毛坯下料为Φ60mm×145mm。

第二节确定加工方案

经过分析零件的尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，确定如下加工方法：

①对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，故编程时不不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。

②在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应该进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。

③为便于装夹，胚件需在左端左端，右端面也应先粗车出并钻好中心孔。

采用一夹一顶的方式，毛胚选φ60mm棒料。

④用手动中心钻钻孔，再用Φ18的麻花钻，再用镗刀粗精加工

⑤外圆表面：

粗车——精车

⑥外螺纹：

在精车的外圆表面分数次进给加工

第三节加工路线和加工顺序的确定

在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。

即刀具从对刀点开始运动起，直至结束，加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。

加工路线的确定原则主要有以下几点：

①应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，且效率高。

②应尽量缩短加工路线，既可以减少程序段，又可以减少刀具空程移动时间。

③应使数值计算简单，以减少编程工作量。

此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀完成加工。

按照上述原则，确定如下加工路线：

加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。

即先从右到左进行粗车（留0.5mm精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。

CK6140数控卧式车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）。

该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给，如图2.2所示。

图2.2精车轮廓进给路线

2.3.1加工工艺路线

①工序一加工工艺：

a.工件伸出三爪自定心卡盘外145mm，找正后夹紧。

b.手动车工件右端面。

c.打中心孔。

d.用活顶尖顶住中心孔，完成一夹一顶装夹方式。

e.用φ18mm的麻花钻，再用内镗刀粗精加工。

②工序二加工工艺：

a.调头装夹，用93°外圆刀车粗车φ56×142，外径留0.5mm精车余量（以下各粗车直径处均留0.5mm精车余量）。

b.粗车φ30×45外圆。

c.粗车φ36×25外圆。

d.用切槽刀车26×5退刀槽，再用切槽刀倒左、右两端C2角。

e.用90°外圆刀车右端圆锥。

f.用硬质合金尖刀循环车削右端圆弧轮廓。

g.用硬质合金尖刀精刀精车工件所有轮廓。

h.用螺纹车刀车M30×2双头螺纹。

第四节切削用量的选择

数控编程时，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、进给速度及背吃刀量等。

切削用量的选择原则是：

保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具寿命，充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。

①主轴转速的确定

a.车外圆时主轴转速

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。

其计算公式为n=1000v/πd

其中 v—切削速度（m/min），由刀具寿命决定；

     n—主轴转速（r/min）；

     d—工件直径或刀具直径（mm）。

b.车螺纹时主轴的转速

在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。

大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为：

n≤（1200/P）－k

式中P——被加工螺纹螺距，mm；

k——保险系