艺术塔模型配合件数控加工.docx

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艺术塔模型配合件数控加工

宜宾职业技术学院

毕业论文（设计）

艺术塔模型配合件数控加工

系部五粮液技术学院

专业名称机电一体化技术

班级机电11203班

姓名

学号

指导教师

2014年6月1日

目录

摘要..............................................................1

前言..............................................................3

第一章任务分析

1.1图样分析.......................................................4

1.2选用刀具的分析.................................................5

1.3工件的装夹与定位的分析.........................................6

第2章加工准备

2.1机床与夹具准备.................................................7

2.2毛坯与刀具准备.................................................8

2.3量具与切削液准备..............................................10

第三章工艺准备

3.1定位基准的选择................................................12

3.2切削量的选择..................................................12

3.3工件加工工艺编排..............................................13

第四章坐标计算与程序编制

4.1坐标计算......................................................17

4.2程序编制......................................................18

第5章零件加工及检测

5.1零件加工......................................................23

5.2零件检测......................................................24

参考文献.........................................................25

附录.............................................................26

总结.............................................................38

致谢.............................................................39

摘要

此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。

主要困难的是加工内螺纹的精确度、切削用量的参数设定、对刀的精度、工艺路线的制订以及程序的正确编写。

运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床实际操作的一次综合练习，能让我感触当代科学的前沿，体验数控魅力，为人们的生活带来方便，进一步认识数控技术，熟练数控机床的操作，掌握数控，开发数控内在潜力。

关键词：

数控、数控技术、车削技术、毕业设计

Abstract

Thegraduationdesignisthemainproblemoftheclamping,cuttingtool,theformulationprocessroute,processandstepsofthedivision,toolselection,cutting,machiningprogram,machinetooloperation.Themaindifficultyisthetwoclampinghorizontallengthisdifficulttoguarantee,cuttingparametersareset,theaccuracyoftheknife,theformulationprocessroute.

AcomprehensivepracticeusingprincipleofNC,NCmachiningprocess,NCprogramming,professionalsoftwareandotherprofessionalknowledgeandpracticaloperationofCNCmachinetools,canletmefeeltheexperienceofContemporaryScienceFrontiers,NCcharm,bringconvenienceforpeople'slife,furtherunderstandingofNCtechnology,skilledoperationofCNCmachinetool,CNCCNCinternalpotentialmaster,development.

Keywords:

graduationdesignofNC,NCtechnology.

前言

本次毕业设计是学院为了提高学生的数控技术及相关技能等综合运用能力，通过毕业设计和完成毕业论也是学院对毕业生生毕业资格的审核条件，同时也为我们以后的工作打下理论基础，本次设计是由指导老师管老师精心指导下完成的。

数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。

它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。

随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。

同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。

数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。

数控技术不断的发展，数控技术很快会普极中国工业基地，成为工业发展的标志，数控技术的成熟也是当代科技发展的标志，所以数控技术也是国家经济的体现，中国经济正加快向新兴工业化道路发展，制造业已成为国民经济的支柱产业。

数控技术的广泛使用，导致数控应用型人才严重短缺、作为当代的数控技术的学者我感到无比的荣幸，又感到无比的艰巨。

本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件。

大致包含了数控技术特点的阐述、零件的工艺的分析过程、加工中一些问题的解决方法、数控加工过

程、、数控编程、机床操作与零件自检过程等，另外还有设计说明书、参考文献、毕业设计小结、致谢、附录等部分。

设计者以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平与实际经验有限，时间又较为紧迫。

在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请各位评审老师给于批评和指正。

第一章

1.1图样分析

图1-1

如图1-1所示，该模型实质为一个由多处圆弧、外圆、直线、槽以及内外螺纹等特征组成的配合零件，圆弧多是其最大的特点，该零件精度要求主要体现在零件轮廓线连接上。

经过对图样的测量分析，底座的最大直径为Φ97.99mm，最小直径为Φ16mm，底座总长72mm。

塔身的最小直径为右端的Φ14.28mm，最大直径为Φ70.45mm，总长为151mm。

为保证零件的外观，获得较好的光泽度，选用材料为45钢，底座毛坯尺寸选为Φ100mm×90mm，塔身毛坯尺寸选为Φ72mm×180mm。

在Φ39、Φ48、Φ53这三处直线与圆弧的交接处是该零件外轮廓线较为重要的几点。

由图纸可以看出这几处加工出来后是几个点，在走刀的时候，若精度不够加工出来的质量较差，轮廓线粗糙，美观要求达不到。

因此，要求在加工的时候刀具的刀尖一定要完好，以免加工出来的表面不光滑。

工件的装夹和刀具的装夹要求一定要达到紧度要求，以免加工的时候出现两者之间中心线的偏移。

在引出点C、D、E、F处，采用了半径分别为0.63mm、1.59mm的小圆弧作为过渡。

为了保证设计本身的要求，以及工件的美观性，这两处圆弧加工精度要求非常高。

在与相邻部分衔接是否流畅是一个问题。

因此，在加工时对刀具的选用、主轴的转速、切削量等要进行严格的分析。

由图样可以看出，该零件是由底座和塔身两部分通过内外螺纹连接组成一个整体的。

在加工塔身部分的退刀槽时,因为其退刀槽在内孔里面，应先挖出其内孔，而内孔的尺寸要严格按照图纸要求选择，以免影响加工的进程。

在加工内螺纹的时候，选刀时应考虑到螺纹孔径尺寸的限制，一般内螺纹车刀的刀头径向长度应比孔径小3-5mm。

否则退刀时会碰伤牙顶，甚至不能车削。

刀杆的大小在保证正常排屑的前提下，要粗壮些。

1.2选用刀具的分析

数控车床加工时，能根据程序指令实现自动换刀。

为了缩短数控车床的准备时间，适应柔性加工需要，数控车削对刀具提出了更高的要求。

因此，在数控加工时对刀具的选择尤为重要。

数控车削常用的车刀在结构上可分为整体式车刀、焊接式车刀、和机械夹固式车刀三大类。

我们据具体情况选择使用。

经过对加工零件的形状和尺寸的分析可知，如图1-2所示1、2、3、4四处是刀具容易发生干涉的地方。

为避免刀具在加工过程终与零件发生干涉，在加工如图所示部分选用主偏角Kr大于80°，副偏角Kr大于95°的外圆仿形车刀。

图1-2

整体零件还有内外螺纹以及退刀槽需要加工，根据零件的形状以及尺寸分析，内孔粗、精车选用夹固式95°内孔车刀，内螺纹加工选择夹固式60°内螺纹车刀。

另外还需要准备一支中心钻、一支直柄的麻花钻、一支锥柄的麻花钻，要求材料均为高速钢。

外螺纹选用夹固式60°外螺纹车刀。

以及一柄刀片宽为3mm的切槽刀和一柄内径切槽刀。

1.3工件的装夹与定位的分析

在使用车床过程中要充分发挥数控车床的加工效能，工件的装夹必须快速，定位必须准确，数控车床对工件的装夹要求。

首先，应具有可靠的夹紧力，以防止在加工过程中工件松动。

其次，应具有较高的定位精度，并便于迅速和方便地装、折工件。

我们使用的数控车床主要是用三爪卡盘装夹工件，其定位方式主要采用心轴、顶尖、缺牙爪等方式，与普通车床的装夹定位方式基本相同，同时，液压、气动夹具也已广泛运用于生产中。

工件的装夹方式可根据加工对象的不同灵活选用，除此之外，数控车床加工还有许多相应的夹具，主要分为轴类和盘类夹具两大类：

用于轴类工件的夹具有自动夹紧拔动卡盘、拔齿顶尖、三爪拔动卡盘等。

用于盘类工件的主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。

该零件属于轴类零件，所以我们采用现有的三爪卡盘装夹工件，在装夹的时候应使其夹紧工件，以防止其在加工过程中脱落造成意外事故.同时，在进行装夹方式的试计时，也要考虑零件的形状、弹性变形、数量等方面的因素。

在定位方面我们需要考虑到装夹余量和加工余量。

由图可知，我们在把毛坯零件需要的加工量留够之后，被三爪卡盘夹紧的部分应大于20mm，以防止工件在加工过程中出现甩动，造成意外事故。

第二章

2.1机床与夹具的准备

（1）机床准备

加工该零件选用CK6132A型数控车床和Fanucoimate-TC数控系统,该设备电压为三相380V，电源频率为50HZ，机床主要参数如表2-1所示。

表2-1CK6132A型数控车床主要参数表

性能

单位

参数

工件最大回转直径

毫米

Φ400

床鞍上最大回转直径

毫米

Φ200

主轴转速级数

有级调速

主轴转速范围

转/分

33-2000/80-2000

主轴电动机额定功率

千瓦

5.5

加工螺纹导程范围

毫米

0.25-12

冷却泵功率

瓦

100

刀架电动机功率

瓦

90

在开机加工前应该注意以下事项：

1）检查车床的外表是否正常（如后面电控柜的门是否关上、车床内部是否有其他异物）。

2）打开位于车床后面电控柜上的主电源开关,应听到电控柜风扇和主轴电动机风扇开始工作的声音。

3）按操作面板上的“POWERON”按钮接通电源,几秒钟后CRT显示屏上出现画面,之后才能操作数控系统上的按钮,否则容易损坏机床。

4）顺时针方向松开“EMERGENCY”急停按钮。

5）绿灯亮后,机床液压泵已起动,机床进入准备状态.开机几秒钟后CRT显示屏工作。

6）如果在进行以上操作后,机床没有进入准备状态,检查是否有某一坐标轴超程等情况,进行处理后再按“POWERON”按钮。

（2）夹具准备

夹具在整个加工过程中扮演着极其重要的角色，它被用来固定我们加工的零件，所以夹具应具备以下要求：

1）要求有极其可靠的夹紧力，以防止在加工过程中松动甚至脱落；

2）夹具应具有能快速、方便安装工件的特点；

3）夹具应具有很好的同轴度和定位精度，使工件夹紧时不会偏移。

对于我们此次加工的轴类零件，是以轴心线作为工艺基准。

同时，根据上述对夹具能力的要求以及我们前面的分析，我选择现有的三爪卡盘作为夹紧工具（如图2-6），通过两次装夹完成粗精加工。

图2-6三爪卡盘

2.2毛坯与刀具准备

（1）毛坯准备

因为毛坯选择正确与否会对加工出来的零件在质量、外观、材料损耗以及刀具的磨损等方面有着很大的影响，所以毛坯的选择尤为重要。

毛坯的尺寸越接近成品零件，那么机械加工量就会越少，相对应材料的损耗就越少。

材料硬度在满足其自身条件之余适当选择，对刀具的磨损也会越小。

所以根据实际需要来选择毛坯的尺寸以及材料，这样就能将消耗降低到最低，获得所需要的产品。

一般零件加工中碳素钢材和合金钢使用比较多。

其中45钢应用更为广泛，该零件选用45钢作为加工毛坯材料，要求其毛坯形状为圆柱形，根据图纸可知，该零件由底座和塔身两部分通过螺纹连接组成一个整体，底座部分最大直径为Φ97.99mm,总长度为72mm，考虑到装夹余量以及加工余量，所以毛坯大小选为Φ100mm×90mm。

塔身部分最大直径为Φ70.45mm，总长度为151mm，考虑到装夹余量以及加工余量，所以毛坯大小选为Φ72mm×180mm。

（2）刀具准备

由上图1-1可以看出，该零件是由众多圆弧、直线以及内外螺纹和退刀槽构成。

由于数控机床对刀具的要求较高，所以在选择刀具时应考虑其耐磨性、可靠性、韧性、耐热冲击性和断屑排屑等性能。

如表2-2所示。

表2-2刀具性能参数

具备的性能

使用时的性能

希望具备的性能

使用时的性能

高硬度

耐磨性

化学稳定性良好

耐氧化性耐扩散性

高韧性

耐崩刀破损性

低亲和性

耐熔点、凝点、粘力性

高耐热性

耐塑性变形性

磨削成型性良好

刀具制造的高生产率

热传导能力好

耐热冲击性

锋刃性良好

刃口锋利表面质量好

加工该零件需要一把尖型外圆车刀、刀片宽为3mm的切槽刀一把、用作内孔粗、精车的内孔车刀一把、内径切槽刀一把、内孔螺纹车刀一把、外螺纹车刀一把，另外需配备一支中心钻、一支直柄的麻花钻、一支锥柄的麻花钻。

图2-3外圆车刀

加工塔身部分的外圆车刀我们选用主偏角为95°外圆车刀（如图2-3）。

外圆车刀简称偏刀，按进给方向不同分为左偏刀和右偏刀两种，一般常用右偏刀。

右偏刀，由右向左进给。

用来车削工件的外圆、端面和右台阶。

它主便角较大，车削外圆时作用于工件的径向力小，不易出现将工件顶弯的现象。

一般用于半精加工。

左偏刀，由左向右进给。

用于车削工件外圆和左台阶，也用于车削外径较大而长度短的零件（盘类零件）的端面。

塔身部分加工退刀槽我们选用直柄刀片宽度为3mm的内径切槽刀（如图2-4）。

图2-4内径切槽刀

塔身部分的内螺纹我们选用夹固式60°内螺纹车刀，如图2-5所示。

图2-5内螺纹车刀

2.3量具与切削液准备

（1）量具准备

在工件加工出来之后，都要使用量具进行测量，以检测是否符合设计图纸上的要求。

主要的有测量有长度测量、直径测量、角度测量、形位公差测量、孔径测量等。

本次毕业设计需要的量具有：

1）钢直尺：

测量工件的长度；

2）游标卡尺：

测量工件的直径、高度、外径、内径以及孔深；

3）千分尺：

测量直径、长度、厚度、等；

4）螺纹塞规：

用于检测内螺纹。

（2）切削液的准备

在加工过程中，由于工件高速旋转，刀具在与工件切削的过程中会产生大量的热甚至火星。

在这种情况下加工的零件的精度得不到保证，也容易造成事故的发生，同时对刀具的损耗也很大，尤其容易使刀尖钝化，刀片容易因高温炸裂等。

所以，切削液在加工过程中就显得很重要了。

切削液由多种超强功能助剂经化学反应科学配方而成，除了具备传统切削液（皂基乳化液）的冷却、润滑、清洗、排屑的功能外，还具备良好的防锈、防腐、易稀释、无毒、低异味、无腐蚀、无污染等特点。

切削液一般采用浇注法进行冷却。

第三章

3.1定位基准的选择

在加工时，用作确定工件在机床上或夹具中正确位置所采用的基准，称之为定位基准。

定位基准的选择对于零件的加工尤为重要，加工时加工工序的选择、加工进度是否畅通，加工出来零件的质量的好坏、精度的高低等一系列都与定位基准的选择有关。

定位粗基准：

用未加工的表面作为定位基准。

这要求每个加工表面都留有足够的加工余量。

同时，也要让加工表面和不加工表面位置满足图样的要求。

定位精基准：

用以加工表表面作为定位基准。

精基准是从零件的加工精度出发，在满足加工时零件的定位可靠和加紧可靠，还需要满足“基准重合”的原则。

底座在加工时只需要一次装夹，其装夹方案如图3-1所示：

图3-1底座装夹示意图

3.2切削量的选择

数控车削的切削量包括切削速度Uc、进给量f（或进给速度F）和背吃刀量ap。

背吃刀量ap的选择。

切削深度要根据加工余量来确定。

粗加工时，除留下精加工余量以外，要尽可能的切除全部余量。

当加工余量、工艺系统刚度较低、机床功率不足、刀具强度不够或断续切削的冲击振动较大时，可分多次走刀。

本次加工在中等功率机床上，底座部分粗加工的切削深度设定为2.2mm；精加时，切削深度设定为0.2mm。

塔身部分粗加工的切削深度设定为2mm；半精加工的切削深度设定为0.7mm；精加工的切削深度设定为0.16mm。

进给量的选择。

粗加工时由于作用在工件上的切削力较大，进给量的选取受机床—刀具—工件系统的刚度、机床进给机构的强度、机床有效功率与转矩等因素的限制。

根据本次工件的直径而言，进给量选定为0.8mm/r。

切削速度的选择。

在背吃刀量和进给量选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下，来确定切削速度的值。

在确定切削速度的值时，一般应遵循以下原则：

1）粗车时，切削深度和进给量都较大时，应选择较低的切削速度。

2）刀具材料和工件材料都会影响切削速度，材料好时可选择较高的切削速度，反之，应选用较低的切削速度。

具体的切削速度应视实际情况而定。

本次加工从工件、刀具的材料等多方面因素考虑，决定选用的切削速度为120m/mm。

以上陈诉为本次加工时，加工外圆所采用的参数，具体加工类别的详细参数见附录程序卡。

3.3工件加工工艺编排

（1）内外螺纹的加工工艺

车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。

考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加δ1（2mm-5mm）的刀具引入距离和δ2（1mm-2mm）的刀具切出距离，如图3-5所示。

这样来保证切削螺纹时，在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。

图3-5切削螺纹时引入、引出距离

1）加工内螺纹，如图3-6所示。

图3-6塔身部分内螺纹加工示意图

首先，用中心钻打内螺纹加工用的中心孔，主轴转速设定为1000r/min以上。

打完中心孔以后用Φ10麻花钻钻孔至深28，主轴转速设定为600r/min左右。

然后，用Φ16的麻花钻扩孔至深28，主轴转速设定为400r/min左右。

扩孔完成以后用内孔车刀采用G71径向分层切削零件内孔表面。

用刀宽为3mm的内径切槽刀完成内螺纹退刀槽，退刀槽采用直进切削法，一次完成加工。

再用内孔车刀完成除车螺纹外的零件内孔表面的精加工。

最后，用60°内螺纹车刀完成内螺纹的加工。

车内螺纹时，安排切入空刀量为4mm，首刀切深0.4，最小切深0.1，精修余量0.05，精修一刀。

2）加工外螺纹，如图3-7所示。

图3-7底座部分外螺纹加工示意图

此螺纹位于底座部分，在加工底座时已经将外轮廓和退刀槽加工成型。

这里就螺纹加工进行工艺编排。

将刀具定位在图中A点处，主轴转速设定为600r/min，用60°外螺纹车刀，采用直进法分五刀完成该外螺纹的粗、精加工。

螺纹前四刀的切削量分别为0.8mm、0.6mm、0.4mm、0.16mm，第五刀在最后一刀的轨迹上再走刀一次，以去除残留的铁屑。

（2）底座和塔身的加工工艺。

1）底座的加工分为粗加工和精加工其走刀路线按照图3-2箭头标示走刀。

刀具定位在A点，刀具随着箭头的方向依次走刀，进行分层切削。

粗加工时，主轴转速定位800r/min，进给量设定为0.8mm/r，背吃刀量设定为1-2mm,X向余量留0.5mm，Z向余量留0.2mm。

图3-2底座粗精车路线图

精加工时，走刀路线任然按照箭头指示的顺序走刀，刀具定位在A点。

主轴转速定位1000r/min，进给量设定为0.1mm/r，X、Z向余量为0。

图中处为退刀槽，加工此处时用刀片宽为3mm切槽刀。

刀具定位在A处，刀具向X轴进给的同时向Z轴进给到槽的正上方，再向下进给到要求尺寸，然后再按原来的轨迹退回原点。

切槽我们采用直进车削法，一次车削成型。

此时主轴转速设定为400r/min,进给量设定为0.06mm/r。

2）塔身加工也分为粗加工和精加工，加工顺序如图2-9所示。

塔身的粗加工和精加工路线按照图3-3箭头标示走刀。

刀具定位在A点，刀具随着箭头的方向依次走刀，进行分层切削。

图3-3塔身粗精车走刀路线

粗加工时，主轴转速定位800r/min，进给量设定为0.8mm/r，背吃刀量设定为1-2mm,X向余量留0.80mm，Z向余量留0.2mm。

精加工时，走刀路线任然按照箭头指示的顺序走刀，刀具定位在A点。

主轴转速定位1000r/min，进给量设定为0.4mm/r，X、Z向余量为0。

3）如图3-4所示，塔身的最左端在塔身加工之后需要切断，在这里我选用刀宽为3mm的切断刀，刀具定位在图中A点。

图3-4塔身切断走刀路线图

此时，主轴转速设定为500r/min，进给量设定为0.2mm