数控毕业设计.docx
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数控毕业设计
广东技术师范学院天河学院
毕业设计
题目：
轴套车削工艺设计
系别：
机电工程系
专业：
机电一体化（数控方向）
姓名：
学号：
指导教师：
日期：
2012年5月5日
天河学院毕业设计任务书
2012 届 机电工程 系 数控 专业 092 班
毕业
设计
题目
数控轴套车削工艺设计
数
控
组
毕
业
设
计
任
务
数控加工组
一、说明书内容
1、毕业设计任务书
2、前言
3、目录
4、零件图样分析（尺寸是否完整、精度及粗糙度要求、材质及硬度要求）
5、零件的工艺分析（加工方式及设备确定、毛坯尺寸及材料确定、装夹定位的确定、加工路径及起刀点、换刀点的确定、刀具数量、材料、几何参数的确定、切削参数的确定）
6、切削三要素的确定（背吃刀量、进给速度/量、主轴转速）
7、零件定位与夹具
8、数值计算（零件轮廓的基点和节点坐标及刀具中心轨迹）
9、编写零件的加工程序单
10、零件图、零件的工艺文件的编制以及刀具走刀轨迹路径图
11、程序校核及首件试切（可以运用模拟软件）
12、检测验收报告
13、小结（体会、对指导教师或合作者的致谢等）
14、附录
15、参考资料
二、图纸要求
1、零件图（平面及立体图，可用CAD、PRO/E或UG软件绘制）
2、零件工序卡及刀具走刀运动轨迹图
2010年 12月 22 日
进
度
安
排
1、2012年3月1日~2012年3月15日：
收集素材，项目调研
2、2012年3月16日~2012年3月25日：
整理素材，查找参考资料
3、2012年3月26日~2012年4月15日：
完成初稿，交指导教师初审
4、2012年4月16日~2012年4月25日：
完成终稿，准备答辨
5、2012年4月26日~2012年5月1日：
毕业答辩
数控轴套车削工艺设计
前言
数控技术，是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
数控是先进制造技术的基础技术。
数控加工在现代生产中显示出很大的优越性。
数控加工就是在对工件材料进行加工前，事先在计算机上编写好程序，再将这些程序输入到使用计算机程序控制的机床指令性加工。
其中数控车床是最常用的加工方法之一，其主要适用于加工轴类、盘类等回转体零件，可通过程序控制能完成大部分不规则的内外型面加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。
摘要：
拿到图纸后首先分析零件的外形、尺寸、对表面粗造度以及其他工艺的要求，观察图纸要求是否错误或者不足，后用CAD、UG等软件画出工件的直观图。
接着对工件的外形、结构进行工艺分析，合理确定加工步骤；根据工艺分析和工件的形状特点进行刀具选择、主轴转速和进给速度的确定；根据安排的加工步骤个选择的刀具和夹具对工件进行编程；最后选择合适的数控机床进行零件加工。
关键词：
工艺设计，编写程序，数控加工。
目录
目录4
第一章绪论5
第二章数控工艺基本知识7
2.1数控加工的定义7
2.2数控加工工艺的定义7
2.3数控加工工艺的特点7
2.4毛坯的选择8
2.5工件的装夹和夹具的选择8
2.6工序与工步的划分8
2.6.1工序的划分8
2.6.2工步的划分8
2.7刀具的选择…………………………………………………………………………………..8
第三章零件的分析9
3.1零件图样分析9
3.2轴类零件定位装夹………………………………………………………………………..10
3.3轴类零件的工艺特点及基本工艺过程…………………………………………11
3.3.1工艺特点……………………………………………………………………………11
3.3.2基本工艺过程………………………………………………………………………11
3.4切削的三要素的确定及数值计算………………………………………………11
3.5选择走刀路线……………………………………………………………………12
3.6工序划分…………………………………………………………………………13
第四章工序卡和刀具卡17
第五章数控加工程序的编制18
5.1数控编程方法及特点18
5.2编写加工程序18
小结22
参考文献23
轴套平面图24
轴套立体图25
第一章绪论
·数控加工技术在国内（外）的研究现状综述
从1952年美国麻省理工学院研发第一台数控机床到现在已有60年的历史。
按照电子器件的发展可分为五个阶段：
电子管数控、晶体管数控、中小规模IC数控、小型计算机数控、微处理器数控；从体系结构的发展，可分为以硬件及连线组成的硬数控系统、计算机硬件及软件组成的CNC数控系统，后者也称为软数控系统；从伺服及控制的方式可分为步进电动机驱动的开环系统和伺服电机驱动的闭环系统。
总之，数控技术的发展向着高速化，精密化，高效能化，系列化及复合化方向发展。
人类发明了机器，延长和扩展人的手脚功能：
当出现数控系统以后，制造厂家逐渐希望数控系统能部分代替机床设计师和操作者的大脑，具有一定的智能，能把特殊的加工工艺、管理经验和操作技能放进数控系统，同时也希望系统具有图形交互、诊断功能等。
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高薪技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航空等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。
马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而是在于怎么生产，用什么劳动资料生产”。
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
当今在世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力。
此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限行政策。
总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术，机械加工现代化的重要基础与关键技术。
数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是国
防工业现代化的重要战略装备，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。
·本论文设计的内容
本人的设计课题是轴类工件的数控加工的加工工艺与编程。
本次毕业论文主要包括一下内容：
1）零件的加工工艺的分析
2）数控加工工序卡的制定
3）零件的数控加工程序编制
第二章数控工艺基本知识
2.1数控加工的定义
数控加工（numericalcontrolmachining），是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。
用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。
它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。
2.2数控加工工艺的定义
数控加工工艺是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。
数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的总结。
数控加工工艺是数控编程的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。
数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。
2.3数控加工工艺的特点
2.3.1数控加工的工艺内容十分明确而且具体。
进行数控加工时，数控机床接受数控系统的指令，完成各种运动，实现加工要求。
2.3.2数控加工的工艺要求相对准确而且严密。
数控加工不能像通用机床加工那样，可以对加工过程中出现的问题由操作者根据自己的经验自由地进行调整。
2.3.3数控加工的工序相对集中。
一般来说，在普通机床上是根据机床的种类进行单工序加工，而在数控机床上往往是在工件的一次装夹中完成钻、扩、铰、铣、镗、攻螺纹等多工序的加工。
2.4毛坯的选择
毛坯的选择包括选择毛坯的种类和确定毛坯的制造方法两个方面。
常用的毛坯种类有铸件、锻件、压制件、冲压件、型材、焊接件和板材等。
2.5工件的装夹和夹具的选择
机械加工时，为使工件的被加工表面获得规定的尺寸和位置精度要求，必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程称为定位。
在加工过程中，工件在各种力的作用下应当保持这正确位置始终不变，这叫夹紧。
因该零件在数控车床上加工，根据零件图的外形比较简单，该产品采用三爪卡盘来装夹。
2.6工序与工步的划分
2.6.1工序的划分
在数控机床加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。
首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。
2.6.2工步的划分
工步的划分主要从加工精度和效率两个方面考虑。
在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切屑用量，对形状不太复杂、要求不太高的表面进行加工。
为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。
2.7刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中重要的内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
切削刀具的种类有很多，如车刀、刨刀、铣刀和钻头等等，我们要根据加工的零件的材料、产品加工的形状还有所有的机床等各个方面来确定。
第三章零件的分析
一、零件图样分析
图1
零件如图所示。
a）结构特点：
该轴零件主要由Φ50mm轴主体部分、长为100mm,Φ24mm的螺纹部分，一处开槽，以及R24、R8、R10三处圆弧相切部分。
b）料、热处理及毛坯:
零件材料为45＃钢调质处理，切削性能较好，无热处理和硬度要求。
经审查在此零件加工材料可用型材45＃钢,Φ50mm圆钢。
c）主要技术要求：
（1）加工的精度。
长度的精度一般要求相对较低，即使各阶梯长度要求较高时，也是0.05~0.2mm，其形状精度（圆度、圆柱度）一般应限制在公差之内。
（2）表面粗糙度。
根据轴类零件要求的不同，表面粗糙度也不同，一般配合轴颈的Ra值1.6~0.8um;其余的Ra傎为6.3~3.2um。
二、轴类零件的定位装夹
图2
1.装夹的方法是有几种的：
1）以两中心孔定位装夹；
2）以孔定位装夹；
3）以外圆定位装夹，而以外圆定位装夹又分为三种，短轴（L/D<6）加工时可直接用卡盘装夹；长轴，加工时可一可头用卡盘一头用顶尖装夹（简称“一夹一顶”）；而真径较大的重型轴就要用一端用卡盘，另一端用中心架支托（简称“一夹一顶”）因为这个轴类零件比较短，所以采用三爪自定心卡盘自定心夹紧，在装夹时工件不要伸得太长在15~18mm左右就可以了，如果过长了在工件转起来时就会加大离心力，引起工件摆动现象。
2.对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点。
三、轴类零件的工艺特点及基本工艺过程
工艺特点：
（1）车削和磨削是轴类零件的主要加工方法。
车削和磨削可完成外圆梯柱面、螺纹、圆锥面、端面的加工，因此，一般精度的轴经过粗精车即可满足加工的要求，对于精度较高或表面粗糙度较小的回转表面，可通过磨削来满足加工要求。
（2）轴类零件一般都要需要进行热处理和表面淬火。
为提高轴类零件的确综合机械性能，可安排热处理调质，对于有相对运动的轴劲需安排表面淬火处理，以提高其耐磨性，但这个零件无这样的要求，所以不需热处理和淬火处理。
（3）加工轴类零件广泛使用卧式车床和通用夹具，轴类零件的主要加工表面是回转表面，因此，其它加工设备主要是车床，所用的夹具也主要是卡盘或顶尖。
特别是以中心孔定位、采用顶两头装夹，即符合基准重合的原则，又可以在粗精加工各磨削中做到基准统一，避免基准不重合误差，有利于提高加工精度。
基本工艺过程：
轴类零件因结构形状、技术要求、材料种类、生产类型及生产条件的不同，其加工工艺也有一定的差异，但其主要工序和加工顺序却具有共性，特别是单件小批生产，工艺过程更是大同小异。
轴类零件单件小批生产的基本工艺过程如下：
按先主后次，先粗后精的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工，再精加工，然后把工件调转工件，加工旋转体，加工螺纹，最后车退刀槽。
四、切削的三要素的确定及数值计算
1、背吃刀量：
粗车循环时，其背吃刀量确定为ap=3mm；精车是ap=0.25。
2、主轴转速。
车直线时各圆弧轮廓时的主轴转速可通过查表获得，取粗车的切削速度Vc=90m/mim,精车的切削速度Vc=120m/min。
根据坯件直径（精车时取平均直径）利用公试n=1000Vc/3.14d计算，（Vc是切削速度（mm/min），d为切削刃选定点所对应的工件或刀具的回转直径（mm））并结合机床的说明书先取粗车时主轴转速n=500r/min:
精车时主轴转速n=1200r/min。
车螺纹时的主轴转速利用公试n≤1200/P-k,{n为工件的转速（r/min）p为工件螺纹的螺距或导程（mm）:
k为保险系数，一般取为80。
取主轴转速n=200r/min。
3、进给速度。
先选取进给量，然后计算进给速度，粗车时选取进给量f=0.4mm/r,精车时f=0.15mm/r。
计算得粗车进给速度Vf=150mm/min,精车时进给速度取Vf=100mm/min，车螺纹时的进给量等于螺纹慢程，即f=5mm/r，短距离离空行程的进给速度取Vf=200mm/min。
五、选择走刀路线
1、选择刀具：
（1）粗精车时选用硬质合金90°外圆车刀，副偏角不能太小，以防与外轮廓以生了干涉，必要时应作图检验，本例取Kr=35°。
（2）粗精车螺纹及凹弧选项用硬质合金60°外细纹车刀，取刀尖角εr=60，取刀尖圆弧半返径rε=0.15~0.2mm。
2、定走刀路线的原则：
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加有工路线。
编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：
（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。
（2）应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间。
（3）应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。
对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能的快，而刀具相对于工件的运动路线是无关紧要的，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路线。
除此之外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深来决定，但也应考虑一些辅助尺寸，如刀具的引入距离和超程量。
3、加工顺序的安排：
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。
数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的2～3倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。
由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。
六、加工工序划分
在数控机床上加工零件，工序可以比较集中,一次装夹应尽可能完成全部工序。
与普通机床加工相比，加工工序划分有其自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种。
1．保证精度的原则
数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。
对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。
同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。
2．提高生产效率的原则
数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。
同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。
实际中，数控加工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。
下面为工件加工走到组图：
图3
车平端面
图4
粗精车外圆。
运用数控系统的循环功能进行粗车和精车，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其进给路线。
图5
粗精车退刀槽
图6
粗精车圆弧
用螺纹刀车凹弧，运用数控系统的循环功能进行粗车和精车，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其进给路线。
图7
粗精车螺纹
第四章工序卡与刀具卡
数控加工工序卡
班级
姓名
产品名称
夹具名称
使用设备
数控092
复合轴
三爪卡盘
广州数控车床
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格/mm
主轴转速（r·min-1）
进给速度（mm·min-1）
背吃刀量/mm
备注
1
车平端面
T01
25×25
350
1
手动
2
粗车外轮廓
T01
25×25
500
40
2.5
自动
3
精车外轮廓
T01
25×25
700
25
7.4
自动
4
粗开槽
T03
3
400
20
0.2
自动
5
精开槽
T03
3
350
15
0.1
自动
6
粗车圆弧
T02
60°
500
30
1
自动
7
精车圆弧
T02
60°
600
40
0.5
自动
8
粗车螺纹
T02
60°
400
15
0.2
自动
9
精车螺纹
T02
600
500
10
0.1
自动
数控加工刀具卡
序号
刀具名称
刀具规格名称
数量
加工表面
1
T01
900外圆车刀
1
车端面、粗精车外轮廓
2
T02
600外螺纹刀
1
粗精车圆弧、粗精车螺纹
3
T03
3mm开槽刀
1
粗精开槽、切断
编制
审核
2012-3-29
共1页
第1页
第五章数控加工程序的编制
5.1数控编程方法及特点
数控车床的程序一般都是采用手工遍写加工程序，然后通过数控车床的控制介质输入程序，利用脉冲信号对伺服驱动系统对机床的主轴及刀具的控制，进而完成数控加工。
在此零件的设计编程过程中需要几次用到G70、G71、G72、G73、G76的循环指令，以此保证零件的尺寸要求及重要部位的精度要求以及节省空走刀时间。
5.2编写加工程序
备注：
此零件采用单向装夹加工，使用刀具有90°外圆刀、60°外螺纹刀以及3mm开槽刀这三把刀具。
机床采用广州数控车床。
程序：
O1111
G00X100Z100
M03S600
T0101
G00X52Z2
G71U1.0R0.5
G71PN1QN2U1W0F120
N1G01X0F80
Z0
X22
X24Z-1
Z-24
X28
此段程序将车削加工出大部分的外圆轮廓，并保证精度和表面粗糙度。
Z-44
X34
G02X48Z-57.36R24
G03X49.5Z-62.88R8
G01X48Z-80
N2Z-105
GOOX100
Z100
M05
M00
M03S800
G70PN1QN2F30
G00X100
Z100
M05
M00
T0303
M03S400
用3mm开槽刀进行开槽，为后面车削螺纹做准备，保证尺寸精度。
G00X30Z-24
G01X20F30
X26
Z-23
X20
G00X100
Z100
M05
M00
T0202
M03S600
G00X50Z-62.88
G73u3w0.1R5
G73PN3QN4U05W0F100
使用60°螺纹刀、G73指令对外圆凹弧进行粗精车加工，保证尺寸精度及表面粗糙度。
N3G01X49.5F40
GO3X48Z-68.4R8
N4G02X48Z-80R10
GOOX100Z100
M05
M00
M03S800
G70PN3QN4
G00X100Z100
M05
M00
M03S600
使用60°螺纹刀、G76指令进行螺纹加工，保证尺寸精度。
G00X25Z2
G76P010060Q30R0.025
G76X22.7Z-22P650Q300
G00X100
Z100
M05
M00
T0303
使用3mm开槽刀在工件的合适位置进行切断，保证尺寸精度及表面粗糙度。
M03S400
G00X50Z-103
GO1X3F30
G00X100
Z100
M30
备注：
程序以完整编写完毕，经过反复检查、模拟仿真加工，确认可以加工出符合要求的工件。
如空运行无异常出现，可将程序中的主轴暂停、程序暂停（M05、M00）指令省去,以便节省时间、节约能耗。
小结
经过这几个月的资料准备、图纸分析、各种工艺设计，我终于完成了这个毕生难忘的毕业设计。
在这整个过程中，我深刻了解到了CAD、UG等绘图软件的技巧，懂得如何去运用其中各种各样的指令，对此我也深深着迷，希望在以后的时间能更加深入的了解这些软件的运用，并在工作或者生活中能灵活运用。
经过这几个月的毕业设计，我也熟悉了大部分的工艺流程，不仅巩固了我原来的知识，也丰富了不少我的知识范围，使我以后在工作上能更加得心应手。
在此我诚心感谢我的导师：
钟奇老师。
您曾不余余力指导我们工程图的出图技巧，还有关立体图的转换等画图技巧，在编程设计上也给了我们不少指导，再次表示衷心的谢意。
在此也祝愿所有的老师桃李满天下！
身体健康！
诸事顺利！
参考文献
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高等教育出版社，2003
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机械工业出版社，2010
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西安电子科技大学出版社，2006
[4]霍苏平，朱亚峰，陈建环编.数控加工编程与操作.北京：
人民邮电出版社，2007
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人民邮电出版社，2008
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高等教育出版社，2003
[7]刘哲，郑伯学编.中文版AutoCAD2004实用教程.大连：
大连理工大学出版社，2004
复合轴平面图
复合轴立体图
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