复杂轴类零件的数车工艺分析与程序编程Word下载.docx
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三．计划进度
第一周：
调研，资料查询、收集；
用CAD画出零件图，并分析零件和原始资料,明确设计任务,并制定设计方案。
第二周：
对零件进行加工工艺分析，并及时和老师沟通，解决疑难问题。
第三周：
确定零件的机械加工工艺过程，确定加工设备、工件定位及夹具方案；
确定各工序刀具和切削用量；
进行数控加工工序设计，确定每一步工序的走刀路线；
第四周：
完善工艺制定，进行数控编程节点计算，完成数控加工工艺规程文件编制，编写数控加工工序卡和工具卡；
手动编写数控加工程序，并对程序进行注释。
第五周：
完善数控加工程序；
并采用自动编程。
同时可以用数控仿真软件进行仿真加工；
编写、整理设计说明书。
第六周：
完善设计说明书和程序，准备参加答辩，根据时间安排答辩，答辩后进行进一步的修改完善，直至符合要求。
四．毕业设计（论文）结束应提交的材料
1、加工的零件图；
2、工艺文件一套（数控加工工序卡片，刀具卡片，数控加工程序单）；
3、数控编程程序；
4、零件机加工工艺规程设计说明书（电子稿）、任务书、承诺书、毕业设计总结。
指导教师：
程琴教研室主任：
许大华
2012年09月5日2012年09月5日
论文真实性承诺及指导教师声明
学生论文真实性承诺
本人郑重声明：
所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。
毕业生签名：
日期：
指导教师关于学生论文真实性审核的声明
已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。
指导教师签名：
日期：
摘要
通过本次毕业设计让我对轴类零件的设计（包括零件图的分析、毛坯的选择、刀具的选择、切屑量等）有了系统的整理，加深了对本专业的认识水平。
本次设计就是进行数控加工工艺设计典型轴类零件，侧重于设计该零件的数控加工工艺和编程，主要设计内容有：
完成该零件的工艺规程（包括工艺过程卡、工序卡和数控刀具卡）和主要工序的工装设计。
并绘制零件图。
用G代码编制该零件的数控加工程序。
运用CAD/CAM相关软件将零件的构架完整的表达出来。
学会使用图表资料和手册，将与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够做到熟练应用。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
为今后参加工作打下一个良好的基础。
由于能力有限，设计当中可能会有不足的地方，恳请各位老师给予批评指正。
关键词：
工艺分析、数控编程、CAD/CAM
Abstract
ThroughthisGraduationDesign,Ihaveacquiredasystematicunderstandingofthedesignofcomplicatedsparepartsofaxles（includingtheanalysisofsparepartsdraft,selectionofsemifinishedproduct,selectionofknives,scrapratesetc.）andhaveraisedmyknowledgelevelofthismajor.MyGraduationDesignisdesigningtypicalsparepartsofaxlesundernumericalcontrol,andIfocusmyattentiononthedesignofNCmachiningofthesparesandprogramming.Themaincontentsareasfollows:
completionofprocessingprocedureofthisspare（includingprocesssheet,operationflowchartandNCtoolchart）andthemaindesignofprocessdeviceofthemainoperationflow.Andsparepartsaredrafted.GcodeisusedtowritetheNCmachingprogramofthespare.CAD/CAMandsomerelatedsoftwaresareappliedtoshowthecompleteframeworkofthespare.Ihavelearnedtomakeuseofchartmaterialsandmanuals.Namesandsourcesofvariousmaterialsrelatedtothedesignisproficientlyused.Personallyspeaking,Iexpecttotakeanadaptivetrainingofmyfutureworkthroughthecoursedesignthistime,andstrengthentheabilitytoanalyseandsolveproblems,onwhichlayasolidfoundationofthefuturework.Becauseofthelimitedability,theremaybedefectsinthedesignandpleasedonothesitatetopointout.
Keywords:
analysisoftechniques,NCprogramming,CAD/CAM
绪论
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
机械制造业正在越来越多的采用数控技术改善其生产加工方式。
近几年来，机械加工业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加工，普通机械逐渐被数控机械所代替。
数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制、电机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制造技术等多种先进技术的机电一体化产品，是数控机床的心脏。
具有高精度，高效率，柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工厂自动化的基础。
数控机床在各个机械制造企业已成为大、中型企业的主要技术装备。
作为装备制造业的母机，数控机床将获得高速发展。
根据中国机床工具工协会的调查，航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、搞笑数控机床；
汽车、摩托车、家电制造业需求高效、高可靠性、高自动化的数控机床和成套柔性生产线；
电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业；
IT业、生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级加工数控机床；
工程机械、农业机械等传统制造业的产业升级，特别是民营企业的蓬勃发展，需要大量数控机床进行扎装备。
通过对数控技术的兴起和对未来的推测来看，随着数控机床的广泛应用与现代化企业对零件加工精度的要求提高，社会对其相应技术人才的需求也越来越高。
这就需要我们对数控机床有更深刻的认识和了解。
本次课程的设计正是一次实践，运用学过的数控车床的基础课程、技术课程和专业课程，对所学的进行综合整理与应用。
这是一次理论与实际结合的锻炼过程。
第一章零件图分析
设计任务所给的是一回转体结构，绘制配合件的标准零件图如图1-1所示。
该配合件有二个零件组成，具体零件机构如下图的标准零件图所示。
二个零件虽都为回转体，件1两端均为加工内容，左端为椭圆的面，右端为外圆。
先加工右端外圆面、圆弧和M24螺纹，然后与工件2装配后再加工左端椭圆。
件2要加工结构较多有外圆﹑圆弧曲线﹑内孔、内外槽﹑内螺纹和的加工。
先加工左端的内孔、内槽和内螺纹，然后加工左端外轮廓，因为工件较长，故调头加工右端要一顶一夹装夹方式，加工右端外轮廓锥面﹑外圆﹑圆弧曲线。
件1零件图
件2零件图
配合件
图1-1零件图及装配图
第二章零件总体工艺分析
2.1毛坯的选择
毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等制成的机械加工对象。
它是制定加工工艺规程的基础。
毛坯的不同种类及制造方法对零件工艺过程影响很大，零件工艺过程中的工序数量、材料消耗、机械加工劳动量等在很大程度上取决于所选的毛坯，故正确选择毛坯具有重要的技术经济意义。
毛坯的选择的原则：
1）经济合理性原则
2）功能适应性原则
3）资源最佳利益原则
4）能量消耗最小原则
5）环境保护原则
6）安全宜人原则
毛坯的种类：
1）铸件适用于做形状复杂的零件毛坯
2）锻件适用于要求强度较高、形状比较简单的零件
3）型材热轧型材的尺寸较大、精度低，多用于一般零件毛坯
4）焊接类对于大件来说，焊接件简单方面，特别是单件小批生产可大大缩短生产周期
5）冷冲压件适用于形状复杂的板料零件
由于我加工的产品是轴类回转体零件。
一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。
45钢是优质碳素结构钢中应用最广泛的一类，也是工厂中常用的一种加工材料，这类钢经调质后具有良好的综合力学性能，即具有较高的刚度、硬度，且相对于其他同类达到要求的材料价格较便宜。
综上所述，我二个零件的加工均选用45钢。
其毛坯尺寸：
件1为φ30mmx75mm的棒料，件2为φ60mmx180mm的棒料1个。
2.2总体工艺分析
此次所设计配合件属于数控车削加工设计，主要包括外圆、椭圆、内孔﹑内外槽和内外螺纹等结构，其中，椭圆部分采用宏程序加工。
具体分析如下：
（1）件1轴的左端有外圆面与螺纹面，轴的右端有椭圆面与圆弧曲线结构，且精度要求、表面粗糙度要求较高。
普通车床加工很难控制，故选用数控车床进行加工。
（2）件2要加工结构较多有外圆﹑圆弧曲线﹑内孔、内外槽﹑内螺纹和的加工，且精度要求较高。
加工时选用数控车床进行加工。
（3）总体。
配合件结构虽然比较简单，但要让件1和件2在螺纹上和孔上的尺寸能够完全配合，尺寸和精度必须达到较高的水平。
由于学院数控车床不具备自动调头加工功能，而所有零件都需两次装夹才能完成加工。
综上所述，所有零件都确定选用数控车床完成所有加工。
2.3夹具的选用
机床夹具的种类繁多，可以从不同角度对机床夹具进行分类。
常用的分类方法有以下几种：
，
（1）按夹具的使用特点分类:
通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、自动化生产用夹具
（2）按夹具使用的机床分类
这是专用夹具设计所用的分类方法。
如车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、拉床等夹具。
（3）按夹紧的动力源分类
夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具和真空夹具等。
经过总体工艺分析已经确定用数控车床进行加工，所以我对数控车床的夹具分析有以下几种：
2.3.1数控车床的常用夹具：
三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖类、心轴类、卡环类装夹。
2.3.2各夹具的特点及应用：
1）三爪卡盘具有自定心作用，应用广泛，适用于夹持圆形，正三角形或正六边形等工件。
它重复定位精度高，夹持范围大，夹紧力大，调整方便。
2）四爪卡盘定心差，但是夹紧力大，需要多次调整找正。
其缺点是主要是自动对中性差。
主要应用于非圆类零件。
3）顶尖类径向定位好，主要用于细长轴类零件。
其分为活顶尖和死顶尖。
4）心轴装夹主要装夹薄壁套筒类零件。
5）卡环类装夹，主要装夹精度高的轴类零件，如套类零件且薄壁。
2.3.3工件装夹方式
1）三爪自定心卡盘装夹主要装夹外圆类零件。
2）两顶尖之间装夹主要装夹细长轴类零件。
3）卡盘和顶尖装夹即一顶一夹，主要装夹细长轴类零件
2.3.4夹具的选择
经上述对各夹具的使用特点、应用及工件装夹方式的分析，结合我所加工的配合件中的轴类零件，可以用到三爪自定心卡盘装夹和一顶一夹装夹（卡盘和顶尖装夹）。
在实际加工过程中，件1与件2都需要2次加工才能完成。
2.4刀具的选择
2.4.1刀具应具备的性能
本则不一定在金属加工中根据被加工工件的特点选择合适的刀具，能够充分发挥机床的性能，提高生产效率，降低生产成本。
将单价、效率、寿命及缩短的辅助时间等因素综合起来看，选择正确的刀具将会事半功倍。
1）高的硬度和耐磨性硬度是刀具应具备的基本特性。
刀具要从工具上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。
切削金属所用刀具的切削刃硬度一般都在60HRC以上。
耐磨性是材料抵抗磨损的能力。
一般来说，刀具材料的硬度越高，其耐磨性就越好。
2）足够的强度和韧性要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中经常出现的冲击和振动条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。
3）高的耐热性（热稳定性）耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。
刀具材料还应该具有抗氧化的能力以及良好的抗粘结合和抗扩散的能力，即刀具材料用具有良好的化学稳定性。
4）良好的热物理性能和耐热冲击性能刀具在断续切削或使用切削液时，常常受到很大的热冲击因而刀具内会产生裂纹而导致断裂刀具材料导热性能越好，切削热越容易从切削区散开，有利于降低切削温度。
耐热冲击性能好的刀具材料，切削加工时可以使用切削液。
5）良好的工艺性能为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。
6）经济性经济性是刀具材料的重要指标之一，优质刀具材料虽然单件刀具成本很高，但因其使用寿命长，分摊到每个零件成高。
因此在选用刀具材料时要综合考虑。
2.4.2各种刀具简介
1）高速钢具有较高的强度和韧性，并且具有一定硬度和耐磨性。
在600℃仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击性较弱。
磨性好且比硬质合金韧性
2）硬质合金硬质合金材料中含有大量金属碳化物，这些碳化物熔点高、化学稳定好、热稳定性好。
因此，硬质合金材料的硬度、耐磨性、耐热性都很高，能在800~1000℃保持较好的加工性能。
切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍，在耐用度相同时，切削速度可提高4~10倍。
3）陶瓷有很高的耐热性与耐磨性，常温硬度达9195HRC，1200℃高温下硬度为80HRC而且高温下抗弯强度、韧性降低极少。
有很高的化学稳定性，陶瓷与金属亲和力小，高温抗氧化性好，在耐热合金等难加工材料的加工中广泛的应用。
4）立方氮化硼热压成形后的氮化硼BN制品易于进行机械加工，且加工精度可高达0.01mm可制成形状复杂而精度要求较高的零件。
其使用寿命、加工精度、抗裂纹能力、抗磨损能力都要优于硬质合金刀具和陶瓷刀具。
5）聚晶金刚石适用于高效地加工有色金属和非金属材料，能得到高精度、高光亮的加工表面，使其在高精加工领域中得到了普及。
上述五大类刀具材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。
材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。
在数控机床中，采用最广泛的是硬质合金类。
因为这类材料目前从经济性、适应性、多样性、工艺性等各方面，综合效果都优于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。
由于我选的材料为45钢，经调质后零件表面的硬度、、强度、耐磨性等都得到有效地提高。
这就需要相对较高的硬度、耐磨性、耐热性的刀具材料。
综上对刀具性能和刀具种类的分析，选用硬质合金刀。
这类刀具从价格、性能和市场供应来看都是最合理最经济最实用的。
2.5定位基准的选择
在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位的基准有着十分中的意义。
定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。
合理的选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。
2.5.1定位基准选择的原则
1）基准重合原则。
为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使用工序基准，定位基准、编程原点三者统一。
2）便于装夹的原则。
所选的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位夹紧简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。
3）便于对刀的原则。
批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。
2.5.2确定零件的定位基准
以左右端端面为定位基准
第三章零件的加工方案
3.1加工工序的原则
加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排的合理与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本，切削加工工序通常遵循以下几个原则：
（1）先粗后精的原则
（2）基准先行的原则
（3）先面后孔的原则
（4）先主后次的原则
根据零件图样和加工工序原则，制定以下加工工艺路线和切削进给量。
件1加工工艺路线：
下料→车右端面→粗车外轮廓→精车外轮廓→车螺纹→调头装夹→车左端面（控制尺寸）→粗车外轮廓→精车外轮廓→检验；
件2加工工艺路线：
下料→车左端面→钻孔→粗镗孔→精镗孔→切内槽→车内螺纹→粗车外轮廓→精车外轮廓→切外槽→调头装夹（使用夹套）→车右端面（控制尺寸）→粗车外轮廓→精车外轮廓→检验
切削三要素包括切削速度V、进刀量F、进刀深度。
（1）切削速度V（米/分）
V的选择取决于刀具的材料、工件材料、加工条件等。
根据我选择的硬质合金刀，V可以取得较高，一般可取100米/分以上，粗加工时V取低一些，精加工时，V取高些。
（2）进刀量F
主要取决于工件加工表面粗糙度要求。
精加工时，表面要求高，走刀量取小：
0.06-0.12mm/主轴每转。
粗加工时，可取大一些。
主要取决于刀具强度，一般可取0.3以上。
（3）吃刀深度
精加工时，一般可取0.5（半径值）以下。
粗加工时，根据工件、刀具、机床情况决定。
一般小型车床（最大加工直径在400mm以下）车削正火状态下的45号钢，半径方向切刀深度一般不超过5mm。
根据零件图可以得到表3.1.1
工序顺序号
工序内容
01
工件2的左端内轮廓的加工
02
工件1的右端外轮廓加工
03
工件1的左端外轮廓加工
04
工件2的左端外轮廓的加工
05
工件2的右端外轮廓的加工
表3.1.1
3.2工件1的加工
3.2.1工件1左端外轮廓加工
1）确定装夹方案。
由于工件1左端加工工序是第三步，需要与工件2装配在一起，使用三爪卡盘夹住装配件，工件伸出50mm左右，找正后夹紧。
2）确定数控车削刀具
刀具类型、编号见刀具卡片1。
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
93°
硬质合金外圆粗车刀
车端面粗车外轮廓
2
T02
硬质合金外圆精车刀
精车外轮廓
刀具卡片1
3）确定切削用量
件1左端加工时切削用量见工序卡片表1。
数控加工工艺卡片
产品名称
零件名称
材料
零件图号
件1
45钢
工序号
程序编号
夹具编号
使用设备
车间
03
O0006
001（三爪卡盘）
CAK6150Dj
工步号
工步内容
刀具规格/mm
主轴转速（r/mm）
进给量（mm/r）
背吃刀量/mm
平端面
20×
20
475
至图纸要求
手动
02
粗加工外轮廓
0.2
自动
精加工外轮廓
1320
0.1
编制
沈阳
审核
共1页
第1页
工序卡片表1
4）程序编制
件1左端外轮廓数控加工程序单见表如下
程序名
N10G99G97G40G21
N20T0101
93°
N30M44
M03
主轴正转，转速475r/mm
N40G00X35Z5
N50G73U16W0R7
闭合粗车循环
N60G73P70Q140U0.5W0.1F0.2
N70G00Z0
N80#1=0
赋值
N90#1=#1-0.1
N100#2=1-（#1+8）*（#1+8）/64
N110#3=14*SQRT（#2）
N120G01X（2*#3）Z#1
N130IF[#1GT-12.72]GOTO90
N140G01X35
N150G00X150Z150
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