数控车床加工轴的毕业设计综合版Word格式文档下载.docx
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本论文所加工的零件——典型轴类零件则属于阶梯轴。
1.1.2轴类零件一般加工要求及方法
轴类零件加工工艺规程注意点
轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。
在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。
（1）粗基准选择：
有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准,且选择平整光滑表面，让开浇口处。
选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。
（2）精基准选择：
要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。
符合基准统一原则。
尽可能在多数工序中用同一个定位基准。
尽可能使定位基准与测量基准重合。
选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。
轴类零件加工的技术要求
尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；
另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6~IT9。
几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。
其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。
该典型轴类零件长度为145mm，螺纹大径为30mm、长度为25mm，外圆锥面的锥度为20o、长度为29mm，圆弧总长为57mm、半径分别有24mm/9mm/8mm，所镗的孔直径为28mm、长度为26mm。
相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。
该典型轴类零件外圆相互位置精度为0.02～0.04之间，圆的径向跳动为0.02，端面与轴心线保持垂直，两端端面要保持平行。
孔的表面与外表面也应保持平行。
表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。
该典型轴类零件的直径为52mm的外圆、外圆锥度及孔的内表面的粗糙度均为1.6，其它位置的粗糙度为3.2。
在加工该轴类零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工零件表面轮廓时，必须保证0.5mm的精加工余量，必要时需使用刀偏表，对刀具进给时进行误差的控制，有效地减小误差，方能确定该零件在加工精度方面的各种要求。
1.1.3轴类零件加工的工艺路线
外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。
①粗车—半精车—精车
对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。
②粗车—半精车—粗磨—精磨
③粗车—半精车—精车—金刚石车
④粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工
对于本文所加工的典型轴类零件，将采用“粗车—精车”的车削方式，即分别对本零件的两个端面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤进行粗加工和精加工。
1.2数控车床概述
1.2.1数控车床特点
数控车床与其他类型的车床相比有下列特点：
（1）通用性强，生产率高，加工精度高且稳定，操作者劳动强度低。
（2）适合于复杂零件的加工。
（3）换批调整方便，适合于多种中小批柔性自动化生产。
（4）便于实现信息流自动化，在数控车床基础上，可实现CIMS（计算机集成制造系统）。
1.2.2工作内容
根据零件图要求，工作人员进行数控编程，输入到数控车床数控系统；
将零件原料按规定要求放置在预定位置上；
等数控车床自动生产出产品后，使用测量检测仪器，对有精度误差的产品进行误差补偿；
日常的车床维护和保养及常用故障排除。
1.2.3本零件的加工所用机床型号、特点及数控系
CNC6140D：
该车床可以实现轴类、盘类的内外表面，锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔加工，也可以实现非圆曲线加工。
本零件将采用发那科系统进行加工：
主要特点
FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点。
1.3镗孔工艺：
根据工件的加工要求，可选择三种镗削方案。
①在一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的切除，镗孔后再倒角。
为了不影响生产节拍，两把粗、精切镗刀需同时工作。
②在同一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的去除：
其中任何两把刀都不得同时工作。
采用该方案虽然可降低切削力，但镗杆长度增加了两倍，造成镗杆刚性不足；
同时单件加工工时也增加了一倍，保证不了生产节拍。
③安排两台机床，即增加一台半精镗床来分担余量的精加工。
该方案虽可解决问题，但工件加工成本太高。
④对于本零件中的孔，将采用镗刀对其进行加工，并安排粗、精镗来分担余量的切除，镗孔后再倒角。
1.4螺纹加工工艺
1.4.1普通螺纹的尺寸分析
数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸，普通螺纹加工所需的尺寸计算分析主要包括以下两个方面：
（1）螺纹加工前工件直径
考虑螺纹加工牙型的膨胀量，螺纹加工前工件直径D/d－0.1P，即螺纹大径减0.1螺距，一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。
（2）螺纹加工进刀量
螺纹加进刀量可以参考螺纹底径，即螺纹刀最终进刀位置。
螺纹小径为：
大径－２倍牙高；
牙高=0.54P（P为螺距）
螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。
1.4.2普通螺纹的编程加工
在目前的数控车床中，螺纹切削一般有三种加工方法：
G32直进式切削方法、G76斜进式切削方法和G82直进式切削方法。
（1）G32直进式切削方法，由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。
在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；
但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。
（2）G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。
但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。
因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。
（3）G82直进式切削方法，螺纹切削循环同G32螺纹切削一样，在进给保持状态下，该循环在完成全部动作之后再停止动作。
本零件中螺纹的切削加工就采用G82直螺纹切削循环加工的方法，并且使用粗车与精车结合切削方式（精加工余量为0.5mm），须先倒角后车螺纹。
1.5分析加工对象（零件图样）
在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。
对于数控车削加工应考虑以下几方面：
1.5.1构成零件轮廓的几何条件
在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；
在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。
因此在分析零件图时应注意：
（1）零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成；
（2）零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；
（3）零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。
（4）零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。
1.5.2尺寸精度要求
分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。
1.5.3形状和位置精度的要求
零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。
加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。
1.5.4表面粗糙度要求
表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。
1.5.5材料与热处理要求
零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切削用量的依据。
第2章典型轴类零件的加工工艺
2.1典型轴类零件的分析
2.1.1技术要求：
外圆相互位置精度为0.02～0.04之间，圆的径向跳动为0.02，端面与轴心线保持垂直，两端端面要保持平行。
直径为52mm的外圆、外圆锥度及孔的内表面的粗糙度均为1.6，其它位置的粗糙度为3.2。
在加工该轴类零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工零件表面轮廓时，必须保证0.5mm的精加工余量，必要时需使用刀偏表，对刀具进给时进行误差的控制，有效地减小误差，方能确定该零件在加工精度方面的各种要求
2.1.2加工精度分析
（1）尽可能将工件原点选择在工艺定位基础上，这样有利于加工精度的提高。
（2）尽量将工件原点选择在零件的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，减少误差率，尽量选择在精度较高的工件表面上，以提高被加工零件的加工精度。
（3）选用精度等级高的滚珠丝杆，以减小丝杆导程误差对机床加工精度的影响。
（4）进给机构的机械传动机构成由减速齿轮、连轴节、滚珠丝杆副及支承轴组成，在这些环节当中存在间隙，影响到工作台进给精度，特别是在运动换向时，这些间隙对机床加工精度影响更大，而减小各环节间的间隙，可以减小机床加工精度的影响。
2.1.3数控加工工艺内容的选择
在选择时，一般可按下列顺序考虑：
（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择的内容；
（2）通用机床难加工，质量也难保证的内容应作为重点选择的内容；
（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。
工艺规程是指导施工的技术文件。
一般包括以下内容：
零件加工的工艺路线，各工序的具体加工内容，切削用量、工时定额以及所采用的设备和工艺装备等。
2.2工艺过程
在生产过程中，那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。
它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。
在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。
工艺过程可划分为不同层次的单元。
它们是工序、安装、工位、工步和走刀。
其中工序是工艺过程中的基本单元。
（1）工序 一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。
划分工序的依据是工作地点是否变化和工作过程是否连续。
（2）安装 在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。
在数控车床上加工本零件将采用卡盘进行装夹，在加工必要时将采用钻头进行辅助加工。
（3）工位 简单来说，工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容，称为工位。
（4）工步 在加工表面不变，加工工具不变的条件下，所连续完成的那一部分工序内容称为工步。
生产中也常称为“进给”。
（5）走刀 加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。
2.3加工工序的划分
数控加工工序的划分一般可按下列方法进行。
（1）刀具集中分序法就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。
这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。
（2）以加工部位分序法一般先加工平面、定位面，后加工孔；
先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；
先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。
（3）以粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。
本文中的零件则需采用“以加工部位分序法”，该零件由螺纹、圆锥、槽、圆弧、镗孔五部分组成，分别用不同的加工刀具，所以用这种分序法最为合适。
运用编制加工工艺过程卡与工序卡的方式来叙述本零件的加工，显得简易明了，通俗易懂，是数控加工本零件的必然要求。
2.4编制工艺过程卡
2.4.1工件的装夹方式
采用三角爪自定心卡盘两次装夹
第一次装夹，夹住Ф55车削螺纹M30、圆锥、槽。
第二次装夹，掉头夹住Ф52，车削圆弧和孔。
数控车床
机械加工
工艺卡
产品
名称
图号
零件名称
典型轴类零件
共1页
第1页
毛坯种类
圆钢
材料牌号
45号钢
毛坯尺寸
Ф55mm*150mm
序号
工种
工步
工艺内容
备注
工具
夹具
刀具
量具
1
下料
Ф55x150
卡盘
游标卡尺、千分尺
2
车
床
车端面、外圆、倒角
粗车一端面、外圆、倒角
中
心
钻
卡
盘
外圆刀
3
精车一端面、外圆、倒角
4
车圆锥
粗车圆锥
外圆车刀
5
精车圆锥
6
车三角螺纹
粗车螺纹
螺纹刀
7
精车螺纹
8
车槽
粗车车槽
切槽刀
9
精车车槽
10
车削圆弧
粗车圆弧
尖刀
11
精车圆弧
12
车孔
粗车孔
内孔车刀
13
精车孔
2.4.2切削用量的确定
（1）背吃刀量ap的确定
在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。
本零件属于典型轴类零件，其中包含了螺纹、圆锥、切槽、圆弧、镗孔等工艺内容，其背吃刀量分别为：
粗加工表面为1.5、精加工表面为0.1，加工圆锥、切槽及圆弧的背吃刀量与加工表面时一样，粗镗孔为1.25、精镗孔为0.25,螺纹则为：
粗车1.25、精车0.1。
（2）进给量f（有些数控机床用进给速度Vf）
进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。
粗车时，一般取f=0.3～0.8㎜/r，精车时常取f=0.1～0.3㎜/r，切断时f=0.05～0.2㎜/r。
本论文中加工该典型轴类零件采用的进给量为：
粗加工表面（圆锥、圆弧、切槽等）为0.14、精加工表面为0.04，粗镗孔为0.09、精镗孔为0.04，螺纹粗车为0.08、螺纹精车为0.03。
2.4.3主轴转速的确定
①光车外圆时主轴转速
加工本零件时的主轴转速为：
粗加工时500、精加工时800。
②车螺纹时主轴的转速
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
（5-1）
式中
P——被加工螺纹螺距，㎜；
k——保险系数，一般取为80。
加工该典型轴类零件时的主轴转速为：
粗车时500、精车时800。
2.5编制加工工序卡
数控加工工序卡
典型轴类
零件图号
图1
夹具名称
设备名称及型号
数控车床CNC6140D
材料名称及牌号
硬度
HRC68
工序名称
加工螺纹
工序号
工步号
工步内容
切削用量
n
f
ap
编号
粗车端面
500
0．14
1．5
T0101
游标卡尺
精车端面
800
0．04
0．1
千分尺
粗车外圆
精车外圆
倒角
0．08
1．25
T0202
0．03
图2
加工圆锥
图3
切槽
车槽（粗车）
T0303
车槽（精车）
0．01
图4
车圆弧
T0404
图5
镗孔
镗孔（粗车）
0．09
T0105
镗刀
镗孔（精车）
0．25
第3章加工路线图
3.1刀具加工进给路线的确定：
（1）合理安排--“回零”路线在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足走刀路线为最短的要求。
（2）切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。
在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼
（3）粗车工件时几种不同切削进给路线。
利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀“沿着工件轮廓”进行走刀的路线；
利用其程序循环功能安排的“三角形”走刀路线；
利用其矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线。
本文零件的加工刀具进给路线为“沿工件轮廓走刀”，因为本零件属于典型轴类零件，结合了螺纹、圆锥、槽、圆弧和孔五个工艺，如果采用“矩形”走刀或“三角形”走刀，不论是走刀路线或是工艺编程将会非常麻烦，而采用“沿工件轮廓走刀”就会避免这样的问题，使整个加工过程变得简单易操作。
3.2绘制刀具加工路线图（见附录二）
第4章数控刀具表/数控编程基础
4.1本零件加工所用刀具：
外圆车刀（T0101）、切槽刀（T0202）、尖刀（T0303）、螺纹刀（T0404）、镗刀（T0105）车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。
外圆车刀用于加工外圆柱面和外圆锥面，它分为直头和弯头两种。
弯头车刀通用性较好，可以车削外圆、端面和倒棱。
车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀。
整体车刀主要是整体高速钢车刀，截面为正方形或矩形，整体车刀耗用刀具材料较多，一般只用作切槽，切断刀使用。
刀具号
T010
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