20数控加工工艺本科学位论文.docx
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20数控加工工艺本科学位论文
第1章绪论
随着科学技术的飞速发展，机械制造技术发生了深刻的变化，对机械产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求。
尤其是宇航、军事、造船等领域所需的零件。
精度要求高，形状复杂，批量大。
传统的普通机械加工设备已难以适应市场对产品多样化得要求。
为了满足上述要求，以数字控制技术为核心的新型数字程序控制机床应用而生。
数控车床又称数字控制（Numericalcontrol,简称Nc）机床。
它是基于数字控制，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。
它是由主机，CNC，驱动装置，编程机及其他一些附属设备所组成。
数控加工工艺是指采用数控机床加工零件时，所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。
数控加工过程是在一个由数控机床、刀具、夹具和工件构成的数控加工工艺系统中完成的。
数控机床是零件加工的工作机械，刀具直接对零件进行车削，夹具用来固定被加工零件并使之占有正确的位置，加工程序控制刀具与工件之间的相对运动轨迹。
工艺设计的好坏直接影响数控加工的尺寸精度和表面精度、加工时间的长短、材料和人工的耗费，甚至直接影响加工的安全性。
所以掌握数控加工工艺的内容和方法非常重要。
鉴于数控加工工艺的学习的重要性，所以我选择本课题作为我的毕业设计。
它的概念、定义、原理极其应用都将涵盖于我的论文当中。
此外，我的毕业设计还列举了与本课程有关的应用实例，有助于我对本课程的加深理解。
第2章数控加工工艺
2.1数控加工工艺内容的选择
轴类零件是机械产品中的典型零件，其结构特征是长径比大的回转体，其作用为支承传动零件（如齿轮带轮凸轮等）、传递扭矩和承受载荷以保证装在轴上的零件（或刀具）具有一定的回转精度。
2.2数控加工工艺的主要内容
2.2．1零件的作用
本次设计给出的是某减速箱上的传动轴，如图2—1所示。
由装配简图2—2可知该传动轴在工作中承受着转矩及来自齿轮啮合的圆周力和径向力。
2.2.2零件的加工工艺内容
该零件是由键槽、螺纹、外圆柱面、退刀槽和砂轮越程槽等表面组成的轴类零件。
零件材料为40Cr，硬度为220~240HBS。
加工表面较多，精度要求较高，加工批量比较少仅为5件。
所以比较适合在数控车床上加工。
2.2.3零件的技术要求
由图2—1及装配简图2—2可知传动轴的技术要求见表2—1。
此外，为提高该轴的综合力学性能，还安排了调质处理。
表2—1减速箱传动轴的技术要求分析
工作部位
作用
技术要求
轴颈M
轴颈N
安装轴承的支承轴颈，也是该传动轴装入箱体的装配基准
尺寸精度高，公差等级均为IT6，表面粗糙度值为Ra0.8μm
轴中间的外圆P
轴左端外圆Q
外圆P装有蜗轮，运动可以由蜗杆通过蜗轮减速后输入传动轴，再通过外圆Q上的齿轮将运动输送出去
轴肩G、H、I
在试用中承受轴向载荷，在加工中作为轴向定位基准
端面对公共轴线A—B的端面圆跳动为0.02mm，表面粗糙度值为Ra0.8μm
减速箱传动轴
2—1
图名
图号
40Cr
1：
2
材料
比例
蔡少飞
制图
校核
数量；5件
调质：
220—240HB
图2—2减速箱轴系装配简图
1—锁紧螺母2—齿轮3、6—端盖4—蜗轮5—隔套
第3章具体零件的加工
3.1零件图工艺分析
3.1.1零件加工工艺分析
由图2—1可以看出，零件要求进行调质处理，并且直径最大处与最小处相差较大。
因此在安排工艺时，应将零件的粗车和精车分开，调制处理安排在粗车之后半精车之前。
3.1.2主要表面的加工方法
从图样上可知，该传动轴大多是回转表面，主要采用车削和外圆磨削加工。
该轴的主要表面M、N、P和Q的尺寸精度要求很高，表面粗糙度值Ra较小，最终加工应采用磨削。
3.1.3加工阶段的划分
该轴的加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔）→调质处理→半精车（半精车各处外圆，台阶和研修中心孔等）→磨削（粗精磨各处外圆）
3.2选择定位基准及装夹方案
由于该轴的几个主要配合表面和台阶面，对基准轴线A—B均有径向圆跳动和端面圆跳动的技术要求，所以应在粗车之前加工B型中心孔作为径向定位基准面。
采用车床通用夹具三爪自定心卡盘装夹定位，采用活动顶尖作辅助支承（一夹一顶）。
零件在粗车时采用车床通用夹具三爪自定心卡盘装夹定位，采用活动顶尖作辅助支承（一夹一顶）。
零件在半精车、磨削和车螺纹时采用两顶尖装夹，其装夹形式如图3—1所示。
图3—1两顶尖装夹示意图
1—前顶尖2—鸡心夹头3—工件4—后顶尖
3.3选择毛坯类型
轴类工件的毛坯通常选用圆钢或锻件。
对于直径相差较小、传递转矩不大的一般台阶轴，其毛坯多采用圆钢，而对于传递较大转矩的重要轴，无论其轴径相差多少、形状简单与否，均应选择锻件做毛坯。
因此，由于该传动轴为一般用途的台阶轴，而且生产批量仅为5件，所以选用圆钢坯料，毛坯规格为Φ55×263mm，材料为40Cr。
3.4加工工艺顺序的拟定及进给路线
3.4.1加工工艺安排
拟定该轴工艺路线时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工和热处理。
（1）精度和技术要求不高的外圆表面（如Φ52mm），如退刀槽、砂轮越程槽、倒角和螺纹，应在半精车时加工。
（2）键槽在半精车后再划线、铣削。
由于宽度为120-0.200mm和80-0.036mm的键槽为封闭槽，所以在铣这两个键槽前应预先钻出直径略小于键槽铣刀直径的落刀孔。
（3）调质处理安排在粗车之后半精车之前进行，调质处理之后还需研修中心孔。
（4）在磨削之前，一般还应再研修一次中心孔，以提高定位精度。
3.4.2具体加工工艺方案
粗车各台阶
右端面和中心孔平右端面——钻中心孔
右端各部分别粗车各外圆Φ48×118mm——Φ37×66mm——
Φ26×14mm
掉头夹紧掉头夹Φ48mm外圆处
左端面和中心孔平端面，保证总长259mm——钻中心孔
粗车外圆分别粗车左端各外圆Φ54×141mm——Φ37×93mm——Φ32×36mm——Φ26×16mm
热处理调质处理220~240HBS
研修两端中心孔
半精车右端半精车右端各台阶——两顶尖装夹
半精车右端各外圆半精车右端各外圆Φ46.5±0.1mm——半精车外圆Φ35.5±0.1mm——半精车Φ24-0.2×16mm
车右端槽、倒角车右端三处槽——三处倒角C1
掉头夹紧掉头两顶尖装夹
车外圆至尺寸车外圆Φ52到尺寸——车外圆Φ44到尺寸
半精车左端各外圆分别半精车左端各外圆Φ35.5±0.1mm——Φ30.5±0.1mm——Φ24-0.1-0.2×18mm
车左端槽、倒角车左端三处槽——四处倒角C1
车左端螺纹车左端螺纹M24×1.5—6g
掉头夹紧带头两顶尖装夹
车右端螺纹车右端螺纹M24×1.5—6g
划线划键槽和止动垫圈槽加工线
钻键槽落刀孔在P表面上用Φ10钻头钻键槽落刀孔——在Q表面上用Φ6钻头钻键槽落刀孔
铣键槽铣12mm×5.25mm键槽——铣8mm×4.25mm槽——铣右端6mm
×3mm止动垫圈槽
研修研修两端中心孔
磨外圆，靠磨台阶，两顶尖装夹工件
磨外圆磨外圆Φ30±0.0065，并靠模台阶H——磨外圆Φ35±0.008，并靠模台阶I
掉头夹紧掉头两顶尖装夹
磨外圆磨外圆Φ35±0.008mm——磨外圆Φ46±0.008mm，并靠模台阶G
检验
3.4.3粗、精车时的进给路线
粗车各外圆柱面时为提高加工效率、简化程序，用G71粗车加工循环指令来完成，掉头前车工件右端具体走刀路线如图3--2所示，掉头后车工件左端具体走刀路线如图3--3所示。
图3—2掉头前粗车工件右端走刀路线示意图
图3—3掉头后粗车工件左端走刀路线示意图
半精车各外轮廓面,其路线为
（1）车Φ46.5±0.1mm→车Φ35.5±0.1mm→车削螺纹的实际外圆Φ24-0.1-0.2mm→车槽、倒角。
（2）掉头装夹→车Φ52外圆至尺寸→车Φ44外圆至尺寸→车Φ35.5±0.1mm→车
Φ30.5±0.1mm→车削螺纹的实际外圆Φ24-0.1-0.2mm→车槽、倒角→车螺纹。
螺纹大径为Φ24-0.1-0.2mm
螺纹小径=螺纹大径-1.1P≈24-1.1×P≈22.24mm
3.5选择刀具
3.5.1车床刀具的选择
（1）车端面和粗车外圆表面时选用高速钢90°外圆车刀，安装于1号刀位。
（2）半精车时选用硬质合金90°外圆车刀，安装于2号刀位。
（3）车槽时选用宽度为3mm的切断刀。
（4）车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，安装于4号刀位。
同时将四把刀安装在自动换刀刀架上，刀具安装示意图如图3--4所示。
对好刀，把它们的刀偏值输入到相应的刀具寄存器中。
表3—1所列为车床加工刀具表。
图3—4车床刀具安装示意图
表3—1车床加工刀具表
产品名称或代号
零件名称
减速箱传动轴
零件图号
图2--1
工步号
刀具号
刀具规格及名称
数量
主要加工表面
刀尖半径/mm
备注
1
T01
高速钢90°外圆车刀
1
车端面和粗车外圆表面
0.15
右偏刀
2
T02
硬质合金90°外圆车刀
1
半精车各外圆表面
0.15
右偏刀
3
T03
切断刀，刀宽为3mm
1
切槽
4
T04
硬质合金60°外螺纹车刀
1
车螺纹
尖刀
编制
审核
批准
年月日
共页
第页
3.5.2铣床刀具的选择
（1）在P表面上钻Φ10孔，用Φ10钻头，安装在1号刀位。
（2）在Q表面上钻Φ6孔，用Φ6钻头，安装在2号刀位。
（3）铣宽为12mm键槽用直径为12mm的键槽铣刀，安装在3号刀位。
（4）铣宽为8mm键槽用直径为8mm的键槽铣刀，安装在4号刀位。
（5）铣宽为6mm止动垫圈槽时用直径为6mm的键槽铣刀，安装在5号刀位。
同时将四把刀安装在自动换刀刀架上，对好刀。
把它们的刀偏值输入到相应的刀具寄存器中。
表3—2所列为铣床加工刀具表。
表3—2铣床加工刀具表
产品名称或代号
零件名称
减速箱传动轴
零件图号
图2--1
工步号
刀具号
刀具规格及名称
数量
主要加工表面
刀具直径/mm
备注
1
T01
Φ10钻头
1
在P表面上钻Φ10孔
10
2
T02
Φ6钻头
1
在Q表面上钻Φ6孔
6
3
T03
Φ12硬质合金立铣刀
1
铣P表面上宽度为12mm的键槽
12
4
T04
Φ8硬质合金立铣刀
1
铣Q表面上宽度为8mm的键槽
8
5
T05
Φ6硬质合金立铣刀
1
铣工件右端宽度为6mm的止动垫圈槽
6
编制
审核
批准
年月日
共页
第页
3.6选择切削用量
3.6.1背吃刀量（ap）的选择
背吃刀量根据加工精度、加工余量和工艺系统刚性来选择。
粗车时一般取ap=2~5mm，精车时一般取ap=0.2~1mm。
本次加工粗车时背吃刀量确定为ap=3mm，精车时背吃刀量确定为ap=0.5mm。
3.6.2主轴转速（n）的选择
硬质合金刀具车削钢件时，切削速度一般取80~220m/min。
根据公式主轴转速
n=1000Vc/πD以及实际加工经验，计算主轴转速（粗车工件直径D=55mm，精车工件直径取平均值D=35mm）,主轴转速计算过程如下：
粗车时主轴转速，当Vc=80m/min时：
n=1000Vc/πD=1000×80/π×55≈463r/min
当Vc=220m/min时：
n=1000Vc/πD=1000×220/π×55≈1274r/min
所以，粗车时主轴转速选取400~1200r/min
半精车时主轴转速，当Vc=80m/min时：
n=1000Vc/πD=1000×80/π×35≈728r/min
当Vc=220m/min时：
n=1000Vc/πD=1000×220/π×35≈2002r/min
所以，半精车时主轴转速选取700~2000r/min
车螺纹时主轴转速根据数控系统的要求选择为320r/min。
铣床上钻孔时主轴转速选择300r/min，铣键槽时选择400r/min。
磨床上主轴转速选择1000r/min。
3.6.3进给量（f）的选择
粗车时进给量一般取0.1~0.5mm/r，半精车时进给量一般可取粗车时进给速度的一半0.2mm/r，切槽时应选较低的进给量，一般取0.2mm/r。
铣床上进给量取0.2mm/r。
磨床上进给量取0.05mm/r。
3.7加工设备的选择
平端面、钻中心孔、车槽、倒角、外表面各部粗、精车均选用数控车床，铣键槽和铣止动垫圈槽采用数控铣床，磨外圆和靠模台阶采用数控磨床。
有关加工顺序、工序尺寸及工序要求、夹具、刀具、检具、切削用量、冷却润滑液等工艺问题详见传动轴工艺过程卡（表3—3）和工序卡（表3--4~表3--15）。
图3--5~图3--16为相应的各工序简图。
3.8传动轴加工工艺过程卡和工序卡
3.8.1传动轴加工工艺过程卡
表3—3传动轴加工工艺过程卡
零件名称
零件材料
毛坯规格
毛坯硬度
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
Φ55×263mm
220~240HBS
图2--1
工
序
号
工序名称
设备名称
夹具
刀具号
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
切削液
1
平右端面钻中心孔
数控车床
随机夹具
T01
1000
0.10
乳化液
2
粗车右端各外圆
数控车床
专用夹具
T01
500
0.50
乳化液
3
平左端面钻中心孔
数控车床
随机夹具
T01
1000
0.10
乳化液
4
粗车左端各外圆
数控车床
专用夹具
T01
500
0.50
乳化液
5
半精车右端各外圆，车槽并倒角
数控车床
专用夹具
T02
800
0.20
乳化液
6
车Φ52、Φ44至尺寸
数控车床
专用夹具
T02
800
0.20
乳化液
7
半精车左端各外圆，车槽并倒角
数控车床
专用夹具
T02
800
0.20
乳化液
8
车左端螺纹
数控车床
专用夹具
T04
320
乳化液
9
车右端螺纹
数控车床
专用夹具
T04
320
乳化液
10
钻键槽落刀孔
数控铣床
随机夹具
T01
T02
300
0.20
乳化液
11
铣键槽和止动垫圈槽
数控铣床
随机夹具
T03
T04
T05
400
0.20
乳化液
12
精磨各外圆并靠磨台阶
数控磨床
专用夹具
1000
0.05
乳化液
13
检验
编制
审核
批准
共页
第页
3.8.2传动轴加工工序卡及工序简图
表3—4传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
1
平右端面钻中心孔
三抓自定心卡盘
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
车平右端面保证轴向尺寸261mm
90°车刀
游标卡尺
1000
0.10
2
钻中心孔保证尺寸5~5.1
Ra3.2
中心孔钻
1000
0.10
编制
审核
批准
图3—5工序1工序简图
表3—5传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
2
粗车右端各外圆
一夹一顶装夹
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
粗车Φ48×118mm外圆
90°车刀
游标卡尺
500
0.50
2
粗车Φ37×66mm外圆
90°车刀
游标卡尺
500
0.50
3
粗车Φ26×14mm外圆
90°车刀
游标卡尺
500
0.50
编制
审核
批准
图3—6工序2工序简图
表3—6传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
3
平左端面钻中心孔
一夹一顶装夹
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
车平左端面保证轴向尺寸259mm
90°车刀
游标卡尺
1000
0.10
2
钻中心孔保证尺寸5~5.1
Ra3.2
中心孔钻
1000
0.10
编制
审核
批准
图3—7工序3工序简图
表3—7传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
4
粗车左端各外圆
一夹一顶装夹
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
粗车Φ54×141mm外圆
90°车刀
游标卡尺
500
0.50
2
粗车Φ37×93mm外圆
90°车刀
游标卡尺
500
0.50
3
粗车Φ32×36mm外圆
90°车刀
游标卡尺
500
0.50
4
粗车Φ26×16mm外圆
90°车刀
游标卡尺
500
0.50
编制
审核
批准
图3—8工序4工序简图
表3—8传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
5
半精车各外圆
车槽并倒角
两顶尖装夹
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
半精车外圆Φ46.5±0.1mm、左端距轴端120mm
90°半精车刀
千分尺
800
0.20
2
半精车Φ35.5±0.1mm、左端距轴端68mm
90°半精车刀
千分尺
800
0.20
3
半精车外圆Φ24-0.1-0.2×16mm
90°半精车刀
千分尺
800
0.20
4
车三处槽
切断刀
千分尺
800
0.20
5
倒三处角C1
90°半精车刀
800
0.20
编制
审核
批准
图3—9工序5工序简图
表3—9传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
6
半精车Φ52、Φ44至尺寸
两顶尖装夹
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
半精车外圆Φ52到尺寸
90°半精车刀
千分尺
800
0.20
2
半精车外圆Φ44到尺寸，左端距轴端99mm
90°半精车刀
千分尺
800
0.20
编制
审核
批准
图3—10工序6工序简图
表3—10传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
7
半精车左端各外圆
车槽并倒角
两顶尖装夹
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
半精车外圆Φ35.5±0.1mm、左端距轴端95mm
90°半精车刀
千分尺
800
0.20
2
半精车Φ30.5±0.1mm、左端距轴端38mm
90°半精车刀
千分尺
800
0.20
3
半精车外圆Φ24-0.1-0.2×18mm
90°半精车刀
千分尺
800
0.20
4
车三处槽
切断刀
游标卡尺
800
0.20
5
倒四处角C1
90°半精车刀
800
0.20
编制
审核
批准
表3—11传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
8
车左端螺纹
两顶尖装夹
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
车左端螺纹M24×1.5—6g
60°螺纹刀
螺纹量规
320
编制
审核
批准
图3—12工序8工序简图
表3—12传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
减速箱传动轴
40Cr
图2--1
工序号
工序名称
装夹方法
使用设备
车间
9
车右端螺纹
两顶尖装夹
GSK980TD
工
步
号
工步内容
刀具
量具及检具
主轴转速
/（r/min）
进给量
/（mm/r）
1
车右端螺纹M24×1.5—6g
60°螺纹刀
螺纹量规
320
编制
审核
批准
图3—13工序9工序简图
表3—13传动轴加工工序卡
（工厂）
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
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