杯轴数控加工实用工艺与编程.docx
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杯轴数控加工实用工艺与编程
摘要5
第一章绪论8
第二章杯轴零件的加工工艺设计9
2.1杯轴零件图9
22零件的结构工艺性分析10
2.3毛坯的确定10
2.4主要加工表面方法的确定11
2.5定位基准和夹紧方案的确定11
2.6工艺路线的拟定13
第三章杯轴零件的数控加工工序设计15
3.1加工余量的确定15
3.2切削用量的确定11
3.3刀具的选择11
3.4夹具的选择18
3.5加工设备的选用19
3.6工序与工步的划分19
第四章杯轴零件的数控加工程序24
第五章结论错误!
未定义书签。
参考文献错误!
未定义书签。
致谢错误!
未定义书签。
附表1机械加工工艺过程卡片25
附表2数控加工工序卡片26
附表3数控加工工序卡片27
附表4数控加工工序卡片29
附表5数控加工工序卡片30
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摘要
在数控编程中，工艺分析和工艺设计是至关重要的，无论是手工编程还是
自动编程，在加工前都要对所加工零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择加工
设备、刀具、夹具，确定切削用量，安排加工顺序，制定走刀路线等。
在编程过程中，还要对一些工艺问题（如对刀点，换刀点，刀具补偿等）做相应处理。
因此程序编制中的工艺分析和工艺设计是一项十分重要的工作。
本设计的零件为杯轴，它是用于减震装置上的一个连接件，从其外形特征
来看，它是一个典型的轴类零件。
本文根据该零件的图纸及技术要求，对该零
件进行了详细的数控加工工艺分析，依据分析的结果，确定了该零件的加工方
法、装夹方式、定位基准、使用刀具、加工顺序安排、工步划分，走刀路线和
切削用量等，并编制了零件的数控加工工艺卡片、数控加工工序卡片和刀具卡
片等，最后，采用手工编程编制了该零件的数控加工程序。
【关键词】：
数控加工工艺分析工艺设计
Abstract
InNCprogramming,processanalysisandprocessdesigniscrucial,
whetheritismanualorautomaticprogrammingprogramming,bothin
thepre-processingpartsoftheprocessingtechnologyofanalysis,the
developmentofprocessingprograms,selecttheprocessingequipment,cuttingtools,fixtures,cuttingtheamountdeterminedtoarrangethe
processingorder,thedevelopmentofwalkingroutes,suchasaknife.Intheprogrammingprocess,butalsoanumberoftechnologyissues（suchasonaknifepoint,ATC,thecuttercompensation,etc.）anddothedeal.
Thereforetheprogrammingprocessanalysisandprocessdesignisaveryimportantwork.
Partsofthedesignforthecupaxis,itistheshockabsorberdeviceforaconnector,thecharacteristicsofitsappearanee,itisatypicalshaftparts.
Inthispaper,accordingtothepartsofthedrawingsandtechnical
requirementsindetailthepartsoftheCNCmachiningprocessanalysis,basedontheresultsoftheanalysistoidentifythepartsoftheprocessingmethods,clampingmeans,positioningthebase,theuseoftools,
processingtheorderofarrangement,stepintoandtaketheknifeand
cuttingroutes,andthepreparationofthepartsoftheCNCcard
processing,CNCmachiningprocessesandtoolcardandothercards,
finally,theuseofthepreparationofthemanualprogrammingofCNCpartsprocessing
Andtheuseofdigitalsimulationsoftwareforprocesssimulation.
Keywords:
NCmachiningprocesssimulationanalysisofprocessdesign
第一章绪论
数控加工就是采用数控程序控制机床进行零件加工的一种加工方法，相对于
普通机床加工，数控加工具有加工效率高、劳动强度低、加工精度高、柔性好等一系列优点。
数控机床加工中，数控程序（数控加工程序）是不可缺少的一部分，数控机床之所以能加工出各种形状、不同尺寸和精度的零件，就是因为编程人员为它编制了不同的加工程序。
编写数控加工程序的过程就是将加工零件的工艺过程、工艺参数（进给速度、主轴转速和背吃刀量等）、位移数据及开关命令（换刀、切削液开/关和工件装卸等）等信息用数控系统规定的功能代码和格式按加工顺序编写成加工程序单，并记录在信息载体上，再通过信息载体将数控加工程序输入机床数控装置，从而指挥数控机床按数控程序的内容加工出合格的零件。
数控程序编写的如何，直接影响零件加工质量。
数控编程分手工编程和自动编程。
手工编程是由人工完成刀具轨迹计算及加工程序的编制工作。
当零件形状不十分复杂或加工程序不太长时，采用手工编程方便、经济。
自动编程是利用计算机通过自动编程软件完成对刀具运动轨迹的计算、加工程序的生成及刀具加工轨迹的动态显示等。
对于加工零件形状复杂，特
别是涉及三维立体形状或刀具运动轨迹计算繁琐时，常采用自动编程。
在数控编程中，工艺分析和工艺设计是至观重要的，无论是手工编程还是自
动编程，在加工前都要对所加工零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择加工设
备、刀具、夹具，确定切削用量，安排加工顺序，制定走刀路线等。
在编程过程中，还要对一些工艺问题（如对刀点，换刀点，刀具补偿等）做相应处理。
因此程序编制中的工艺分析和工艺设计是一项十分重要的工作。
本设计的零件为杯轴，它是用于减震装置上的一个连接件，从其外形特征来看，它是一个典型的轴类零件。
本文根据该零件的图纸及技术要求，对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，依据分析的结果，确定了该零件的加工方法、装夹方式、定位基准、使用刀具、加工顺序安排、工步划分，走刀路线和切削用量等，并编制了零件的数控加工工艺卡片、数控加工工序卡片和刀具卡片等，最后，采用手工编程编制了该零件的数控加工程序。
第二章杯轴零件的加工工艺设计
2.1杯轴零件图
50
技术要求:
1.未注倒角1X450，锐角倒钝0.2X450
2.未注公差尺寸按GB1804-M
3.端面允许打中心孔
4.不准用砂布及锉刀等修饰表面
图2.1杯轴零件图
图2.1所示为杯轴零件的零件图，其材料为45钢，毛坯尺寸为$50mmX114mm（直
径*长），批量生产
2.2零件的结构工艺性分析
图2.1所示零件是减振器中的传动轴，兼有导向与支撑的作用。
它属于阶梯轴类零件，由圆柱面、圆球面、孔、锥面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、导角等组成。
轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各锥面的作用是使零件装配
时配合面易于配合；球面凹槽用于安装橡胶挡环；螺纹用于安装锁紧螺母和调整螺母。
根据工作性能与条件，该图样（图2.1）规定了轴上内、外圆表面，的尺寸、位置精度和表面粗糙度值。
这些技术要求必须在加工中给予保证。
该杯轴的关键工序是©48mm外圆柱面、©36mm和©20mm内圆柱面的加工，同时内孔深度尺寸45mm保证也是加工过程中的重点。
该零件的整个加工过程包括车端面、钻孔、镗孔、倒角、外圆、圆弧过渡、锥面、切槽和螺纹。
2.3毛坯的确定
在制定工艺规程时，正确地选择毛坯有着重大的技术意义。
毛坯种类的选择，不仅影响着毛坯制造的工艺、而且对零件的机械加工工艺、设备和工具的消耗以及工时定额也都有很大的影响。
因此，正确选择毛坯，需要毛坯制造和及机械加工零方面的工艺人员紧密配合，以兼顾冷、热加工两方面的要求。
机械加工中常见的毛坯
（1）铸件：
形状复杂的毛坯，宜采用铸造方法制造。
（2）锻件：
锻件有自由锻造锻件和模锻件两种
（3）型材：
机械制造中的型材按截面形可分为圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢和其他特殊截面形状的型材。
（4）组合毛坯：
将铸件、锻件、型材或经局部机械加工的半成品组合在一起，也可作为机械加工的毛坯，组合的方法一般是焊接。
毛坯选择的的两种不同一种是毛坯的形状和尺寸尽量与零件接近，零件制造的大部分劳动量用于毛坯，机械加工多为精加工，劳动量和费用都比较少；另一种是毛坯的形状及尺寸与零件相差较大，机械加工切除较多材料，其劳动量及费用也较大。
毛坯选择应考虑的因素
1•零件材料的工艺特性及零件材料组织和性能的要求
2.零件的结构形状与外形尺
3.生产纲领的大小
4.现有生产条件
该杯轴材料为45钢，因其属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相
差不大，故选择C50mm的热轧圆钢作毛坯
2.4主要加工表面方法的确定
该轴大都是回转表面，并且精度要求不高，主要采用车削成形。
外圆表面的加工方案可为：
粗车f精车
内圆表面的加工方案可为：
钻孔f粗镗f精樘
2.5定位基准和夹紧方案的确定
根据零件的结构形状和加工精度的要求，正确选择零件加工时的定位基准是制订加工工艺规程时应先考虑的主要问题之一。
零件加工的第一道工序只能用毛坯的表面来定位，这种定位基准成为粗基
准。
在以后的工序中用已加工表面来定位，称精基准。
基准按功用不同分为设计基准和工艺基准
1.设计基准
在零件图上用来确定其他点、线、面位置的基准。
2•工艺基准
在加工和装配过程中使用的基准。
按作用不同又分为：
（1）定位基准。
在加工中使用工件在机床或夹具上占有正确的位置所采用的基准。
（2）测量基准。
零件检验时，用以测量已加工表面尺寸和位置所用的基准
（3）装配基准。
在装配时用以确定零件或部件在机械产品中位置的基准粗基准的选择原则
（1）保你证加工表面与不加工表面之间的相互位置尺寸要求，应选用不加工作为粗基准。
（2）多加工表面或不加工表面与加工表面之间相互之间位置要求不严格的零件，粗基准的选择应能保证合理地分配各加工表面的余量。
如图2.1所示的杯轴零件图，应采用热轧圆钢的毛坯©48mm的外圆作为粗基准
（3）作为粗基准的毛坯表面应尽量光滑平整，以便零件夹紧可靠。
（4）粗基准一般不能重复使用。
精基准的选择原则
选择精基准时。
主要考虑保证零件加工精度，同时考虑装夹准确、可靠和方便，而且夹具简单。
在选择精基准时应遵循以下原则：
（1）基准重合原则
（2）基准统一原则
（3）便于装夹原则
在确定夹紧方案时应注意下列三点:
1•尽可能作到设计、工艺与编程计算的基准统一;
2.尽量将工序集中，减少装夹次数，尽量可能做到在一次装夹后就能加
工出全部待加工表面;
3.避免采用占机人工调整装夹方案。
2.6工艺路线的拟定
综合数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别，在
于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。
因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其他加工工艺衔接好。
数控加工工艺路线设计中应特别注意以下几个问题：
1.工序的划分
根据数控加工的特点，数控工序的划分一般可按下列方法进行：
（1）以一次安装、加工作为一道工序。
这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。
（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。
有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制，机床连续工作时间的限制，各机床负荷率平衡等。
此外，程序太长会增加出错与检索的困难，因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。
（3）以加工部位划分工序。
对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。
（4）以粗、精加工划分工序。
对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗精加工的过程，都要将工序分开。
2•顺序的安排
顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。
顺序安排一般应按以下原则进行：
（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；
（2）先进行内腔加工，后进行外形加工；
（3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；
（4）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。
3.数控加工工序与普通工序的衔接
数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。
因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如：
要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样一来才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明
确，交接验收有依据。
综合上述分析，按照由基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔、就进不久远的原则确定该杯轴的工艺路线如下：
下料f车左端面f钻孔f粗车外圆f粗镗孔f精镗孔f精车外圆f卸下掉头装夹f车右端面f粗车外圆f精车外圆f切槽f切螺纹f检验f入库。
第三章杯轴零件的数控加工工序设计
3.1加工余量的确定
为了保证加各加工方面都有足够的加工余量，应选择工件余量最小的面为粗基准，故选用？
48mm的外圆表面作为基准，分粗、半精、精加工接得到，粗加工时为保证半精加工的精度及表面粗造度，留0.5mm的精加工余量。
考虑
到精加工，根据零件的材料和刀具的刚性留0.3mm的精加工余量，为保证零件的精度和粗造度，提高主轴转速，和切削速度
3.2切削用量的确定
切削用量包括主轴转速（切削速度）、进给量、背吃刀量
合理选择切削用量能提高生产效率，保证加工质量，降低加工成本，充分发挥刀具和数控机床的效能。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
切削用量选择的基本原则是:
（1）根据工件加工余量和加工要求，确定背吃刀量
（2）根据工艺系统允许的切削力，确定进给量。
（3）根据刀具耐用度，确定切削速度。
（4）所选定的切削用量应该是数控机床功率允许的＜
1）确定背吃刀量
粗加工时，在保留精加工余量的前提下，若机床刚性和机床功率允许，应尽可能选取较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。
一般加工的背吃刀
量为1到3mm。
通常工件留出一定的精加工余量，通过精加工来实现图样上提出的技术要
求。
一般精加工的背吃刀量为0.1到0.3mm。
2）进给量的确定
车削进给量确定的原则是：
（1）粗加工时，在工艺系统强度允许的前提下，选择大的进给量。
（2）半精加工和精加工时，进给量比粗加工不可太小，否则不仅降低加工效率，而且影响加工质量。
（3）切槽加工时，由于切槽刀刚性较差，应选择较小的进给量。
因为工件的加工量不大，所以一次走刀切除全部余量，背吃刀量为0.5。
根
据《数控加工编程与操作》一书P16页查得，硬质合金刀片进给量为进给量F=sf=0.04mm，在此因为表面粗糙度要不高，切削速度取100m/min，因此
S=1000v/nd=1000X100/n>32=800（r/min）。
3.3刀具的选择
刀具的选择是数控加工工序设计的主要内容之一，它不但影响机床的加工效
率，而且直接影响加工质量。
另外，数控机床主轴转速比普通机床高1-2倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。
随着刀具材料性能的提高与结构特性的改善，数控加工用刀具在耐用度、刚度、抗脆性、断屑和调整更换等方面的性能已有很大的改善。
例如，目前涂层刀具，立方氮化硼刀具以至陶瓷刀具与金刚石刀具等可使刀具的切削速度大幅度提高。
然而，从如何加工的角度看，加工刀具类型与工艺方案的合理选择则极为重要。
数控机床对所使用的刀具有许多性能上的要求，只有达到这些要求才能使数控机床真正发挥效率。
在选择数控机床所用刀具时应注意以下几个方面：
1.良好的切削性能。
现代数控机床正向着高速、高刚性和大功率方向发展，因
而所使用刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能。
同时，同一批刀具
在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，这是由于在数控机床上为了保证加工质量，往往实行按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。
2.较高的精度。
随着数控机床、柔性制造系统的发展，要求刀具能实现快速和
自动换刀；又由于加工的零件日益复杂和精密，这就要求刀具必须具备较高的形状精度。
对数控机床上所用的整体式刀具也提出了较高的精度要求，有些立铣刀
的径向尺寸精度高达5阿以满足精密零件的加工需要。
3.先进的刀具材料。
刀具材料是影响刀具性能的重要环节。
除了不断发展常用
的高速钢和硬质合金钢材料外，涂层硬质合金刀具已在国外普遍使用。
硬质合金刀片的涂层工艺是在韧性较大的硬质合金基体表面沉积一薄层（一般5〜7）
高硬度的耐磨材料，把硬度和韧性高度地结合在一起，从而改善硬质合金刀片的切削性能。
在如何使用数控机床刀具方面，也应掌握一条原则：
尊重科学，按切削规律办事。
对于不同的零件材质，在客观规律上就有一个切削速度（v）、背吃刀量（ap）、进给量（f、三者互相适应的最佳切削参数。
这对大零件、稀有金属零件、贵重零件更为重要，应在实践中不断摸索这个最佳切削参数。
根据加工要求需选择刀具如下：
1号刀：
机夹车刀（硬质合金可转位刀片，副偏角Kr'大于50度）;
2号刀：
机夹镗刀（硬质合金可转位刀片，主偏角Kr大于90度、刀杆直径为12）;
3号刀：
宽4mm的硬质合金焊接切槽刀；
4号刀：
60度硬质合金螺纹机夹车刀；
钻孔刀：
C15.5锥柄麻花钻。
3.4夹具的选择
由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标
系的尺寸。
除此之外，主要考虑下列几点：
1•当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具，可调式夹具及其它通用夹具；
2•当小批量或成批生产时才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单；
3•夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）；
4•装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。
该零件为典型的轴类零件，形状很规则，在外型上没有什么特殊要求，故夹具选用三爪自定心卡盘即可。
三爪卡盘装夹工件时可自动定心，不需找正。
但需要注
意的是，用三爪卡盘夹紧工件时，为保证足够的夹紧力，一般要留有20mm以
上的夹持长度。
3.5加工设备的选用
根据被加工零件的外形、材料与加工精度等条件，选用上海西格码机床有限公司生产的，配备FANUC0iMateTC数控系统的SC6150型数控车床。
3.6工序与工步的划分
该零件加工的加工工序依据装夹次数划分，可划分两道工序，即工序1为装
夹零件右端加工零件左端内外型面和工序2掉头装夹零件左端加工零件右端内
外型面。
具体工序、工步划分如下：
工序1:
为装夹零件右端加工零件左端内外型面
1.下料，用切割机切C50的45#热轧圆钢，长度为114mm。
2.装夹毛坯右端，加工左端，棒料伸出卡盘外约80mm,找正后夹紧。
3.用1号刀车平端面。
（主轴转速为800r/min,采用G99每转进给
F=0.1mm/r）
4.把C15.5锥柄麻花钻装入尾座,移动尾架接近端面后锁紧,主轴以600r/min，转动尾座手轮钻C15.5的孔，转10圈多一些（尾架螺纹导程为5mm）
使孔深大于50小于51。
然后通过车端面来控制孔深50。
（钻孔时需开切削液）
5.用1号刀采用G71进行零件左
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