配合件JD12的数控加工工艺跟编程.docx
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配合件JD12的数控加工工艺跟编程
酒泉职业技术学院
毕业设计（论文）
2010级机械制造与自动化专业
题目：
配合件JD—12的数控加工工艺
分析与编程
毕业时间：
二〇一三年六月
学生姓名：
指导教师：
班级：
2012年12月20日
配合件JD-12的数控加工工艺与编程
摘要:
本文主要讲述轴类配合件的工艺过程和设计。
轴类零件是机器中经常遇到典型零件之一，轴类零件是旋转体零件，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。
本设计针对的是圆锥轴套配合件为典型的轴类零件，该零件结构形状简单，但为了保证相互配合，必须有严格的尺寸要求，加工难度较大。
本文讲述了该零件的加工工艺过程、工艺分析、程序编写、切削参数选取等内容。
关键词：
配合件;工艺;程序;
目录
前言………………………………………………………………………1
一、毕业设计任务概述
（一）毕业设计的主要内容……………………………………………2
（二）毕业设计指导思想和设计原则……………………………………3
二、零件的加工工艺分析
（一）零件图的工艺分析…………………………………………………4
（二）零件图结构工艺性分析……………………………………………5
（三）材料分析……………………………………………………………6
（四）零件的毛坯选择……………………………………………………7
（五）零件的安装…………………………………………………………7
三、数控加工工艺方案的制定
（一）工艺过程设计………………………………………………………8
（二）机床的选择…………………………………………………………10
（三）刀具的选择…………………………………………………………12
（四）量具的选择…………………………………………………………13
四、切削用量的选择
（一）轴、套外圆的切削用量……………………………………………14
（二）钻孔（Φ16）的切削用量…………………………………………15
（三）镗孔（轴Φ20）的切削用量………………………………………16（四）切断及切退刀槽的切削用量………………………………………17
（五）镗孔（套）的切削用量……………………………………………18
（六）螺纹的切削用量……………………………………………………20
五、加工程序清单
（一）工序的加工程序清单………………………………………………21
（二）工序的加工程序清单………………………………………………22
（三）工序的加工程序清单………………………………………………23
（四）工序的加工程序清单………………………………………………24
（五）工序的加工程序清单………………………………………………25
（六）工序的加工程序清单………………………………………………26
（七）工序的加工程序清单………………………………………………27
六、零件加工
（一）加工前的准备………………………………………………………28
（二）对刀…………………………………………………………………29
（三）零件的加工…………………………………………………………29
（四）零件加工结果………………………………………………………30
（五）原因分析及解决办法………………………………………………31
总结…………………………………………………………………………32
参考文献…………………………………………………………………33
前言
毕业设计是我们毕业前进行的一次综合性的总复习，也是一次理论联系实际的练习，是对我们所学专业知识的一次全面的检验，也是对所学知识的一种综合体现，把所学知识能够运用到实际零件的加工中，是在我们学完了大学基础课，技术基础课，以及大部分专业课之后进行的。
毕业设计作为大学生最后一项工作。
此次毕业设计的知识不但涉及有金属切削原理、加工工艺、数值计算、刀具的性能、测量技术、CAD制图外还涉及到毛坯、金属材料、公差配合及加工设备等多方面的知识。
就个人而言，我们应当通过这次毕业设计，得到了以下能力方面的锻炼与提升:
1．能熟练运用所学知识的基本理论以及在实训中学到的实践知识，真正的把理论投入到实际生产中。
2．提高自身的设计能力，加强对零件结构的分析和处理能力，设计出合理的加工方案，使生产效率提高，节约生产成本和降低工人劳动强度。
3．使用各种手册和专业资料的查询，能够迅速的查询到自己所需的正确数据，并能综合所学知识和生产加工经验合理选择。
通过此次毕业设计，对自己未来从事的工作奠了一定的基础，也使我体会到了老师平时对我们的谆谆教导和用心良苦。
但由于本组同学能力有限，设计还有许多不足之处，希望老师给予批评和指正！
一、毕业设计任务概述
（一）毕业设计的主要内容
毕业设计主要有以下内容：
1．绘制零件图，了解零件的结构特点和技术要求。
2．根据生产类型和生产条件，对零件进行结构分析和工艺分析。
有必要的话，对原结构设计提出修改意见。
3．确定毛坯的种类，绘制毛坯图。
4．拟定零件机械加工工艺过程，确定加工方案，选择各工序的加工设备和工艺装备（刀具、夹具、量具、加工设备等），确定各工序的加工余量和工序尺寸，计算各工序的切削用量和工时定额，并进行技术经济分析。
5．填写机械加工工艺过程卡片，机械加工工序卡片等工艺文件。
6．撰写设计说明书。
（二）毕业设计指导思想和设计原则
1．毕业设计指导思想
2．毕业设计的目的
（1）培养学生理论联系实际的设计思想，综合运用所学的理论知识，结合生产实际知识，训练分析和解决一般工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关数控加工方面的知识；
（2）通过对零件加工方案分析，合理选择加工机床，正确分析零件尺寸的能力、确定尺寸、选择材料，较全面的考虑加工工艺等要求，学习数控加工的一般方法，通用零件、简单机械设计的设计原理和过程，培养学生设计的能力；
（3）进一步训练学生计算、绘图、数控编程、数控操作，熟悉和运用设计资料以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。
3．毕业设计的任务
毕业设计通常选择一般用途的较简单机械零件为题目，设计的内容包括：
零件图样工艺分析、工艺方案的比较与优先、切屑用量、工序加工程序编制、编写设计说明书等。
4．毕业设计的要求
在加工时，保证零件加工质量；适合一般现场条件，能显著提高生产效率；降低生产成本，适应强；工艺合理，工艺资料齐全，说服力强。
5．毕业设计的效果
通过这次毕业设计，使我们综合利用三年来所学知识，解决基本问题，熟悉旧知识，应运新知识，解决实际问题，在原来的基础上，更进一步。
为走上工作岗位奠定一定的基础。
6．设计的原则
本组同学认为设计的原则是从准备资料到说明书的结束，应在尽量提高生产效率的前提下，降低成本，保证加工质量，稳定可靠，提高经济效益。
二、零件的加工工艺分析
（一）零件图的工艺分析
图1-1
图1-2
1.技术要求：
（1）锐边倒角C0.3、其余表面按Ra3.2加工；
（2）锥面接触面不小于%50；
（3）圆弧与圆弧过渡光滑；
（4）未注公差尺寸按IT12加工和检验。
2．轴套配合件是较常见的零件之一。
数控车床加工的轴类零件一般有圆柱面、锥面、圆弧面、台阶、端面、内孔、螺纹和沟槽构成，材料为45钢。
如图1-1、1-2所示的轴套配合件适合采用数控车床加工。
3．该工件属于轴套配合件。
其主要技术要求为：
圆弧与圆弧过渡光滑。
锐边倒角C0.3，也有相应的同轴度和垂直度要求。
（二）零件结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指零件在满足使用性能的前提下，其制造、维修的可行性和经济性。
即所设计的零件结构便于成形，并且成本低，效率高。
它的涉及面广，因此有必要对零件进行结构工艺性分析。
该零件的视图符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素之间的关系准确；尺寸标注基本完整、清晰。
1．尺寸精度
轴：
总长度为95±0.05mm；
Φ46外圆的上偏差为0，下偏差为-0.039，精度等级达IT7；
Φ36外圆的上偏差为0，下偏差为-0.039，精度等级达IT7；
Φ20外圆，精度等级达IT8；
Φ20内孔上偏差为+0.033，下偏差为0，精度等级达IT8.
套：
总长度为46，正负偏差为±0.05，达IT10；
Φ46外圆的上偏差为+0.025,下偏差为0，精度等级达IT7。
2．表面粗糙度要求
根据零件的表面工作部位的不同，有不同的表面粗糙度要求。
该零件表面粗糙度除了配合处的公差为1.6um，其它均为3.2um。
3．位置精度的要求
位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支撑轴颈的同轴度，一般精度的轴为0.01—0.03。
根据该零件图分析，虽没有位置精度要求的标注，但在实际加工过程中，应考虑这些问题，保证Φ20mm外圆，Φ36mm外圆的同轴度误差（按一般标准为0.03），内孔与轴的垂直度误差（按一般标准为0.03）
（三）材料分析
该零件材料为45钢。
45表示平均含碳量为0.45%，它是一种优质碳素结构钢。
属于中碳钢，强度高，塑性适中，具有综合的机械性能，多用于轴、套、齿轮、连杆等部件。
该零件的毛坯材料为45钢，强度、硬度、塑形等力学性能好，切削性能好，工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。
（四）零件的毛坯选择
该零件的毛坯选择45钢。
零件在进行加工时，余量的大小，成本等问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。
选择毛坯时应考虑以下因素：
1．零件材料的工艺特性，以及零件对材料组织和性能的要求。
由于该零件的形状不复杂，毛坯结构形状易获得，且机械性能要求不高，可用45棒料。
2．零件的形状尺寸及生产批量、生产成本。
由于该配合件是小批量生产，而套筒较短，有同轴度要求，为便于精确的尺寸获得，套筒选择加工后切断，故其毛坯较长。
3．毛坯尺寸及加工余量。
该零件批量少，精度要求较高，毛坯尺寸较接近零件尺寸，所留加工余量较小。
综上所述，该零件毛坯选择为轴毛坯Φ50mm×100mm棒料，套Φ50mm×65mm棒料。
毛坯如图所示（图1-3、4）。
图1-3
图1-4
（五）零件的安装
1．该零件的加工，既有普通车床，也有数控车床。
普车和数控车的零件安装方法是一样的，要合理的选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点：
（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，以便于提高编程时数值计算的简便性和精确性。
（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。
根据零件的尺寸、精度要求和生产条件选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。
三爪自定心卡盘可以自定心，夹持范围大，适用于截面为圆形，三角形等轴类和盘类小型零件。
三、数控加工工艺方案的制定
（一）工艺过程设计
1．定位基准的选择
轴的基准选择
粗基准的选择：
加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准称为定位基准。
根据相互位置原则、余量最小原则和便于装夹原则，本零件的粗基准为Φ48mm的外圆表面。
精基准的选择：
根据基准重合原则、基准统一原则、互为基准原则、便于装夹原则，确定该零件的精基准为Φ36mm的外圆表面。
套的基准选择
粗基准的选择：
加工时，使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准称为定位基准。
根据相互位置原则、余量最小原则和便于装夹原则，本零件的粗基准为Φ50mm的外圆表面。
精基准的选择：
根据基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、便于装夹原则，确定该零件的精基准为Φ48mm的外圆表面。
2．零件表面加工方法的选择
轴的加工表面：
带孔的端面、Φ16mm的孔、圆锥面、R6mm的圆角、Φ46mm外圆表面、Φ36mm外圆表面、Φ20mm外圆表面、带螺纹的端面、螺纹M27×1.5-6g。
带孔的端面：
公差等级为IT12（根据参考技术要求），表面粗糙度为Ra3.2um，可直接平端面。
Φ20mm的孔：
公差等级为IT8（查表3.1得），表面粗糙度为Ra1.6um，需粗车→半精车→精车。
圆锥面：
公差等级为IT12（根据技术要求），表面粗糙度为Ra1.6um，需粗车→半精车→精车。
R6mm圆角：
公差等级为IT12（根据技术要求），表面粗糙度为Ra1.6um，需粗车→半精车→精车。
Φ46mm外圆表面：
公差等级为IT7（查表3.1得），表面粗糙度为Ra3.2um，需粗车→半精车→精车。
Φ36mm外圆表面：
公差等级为IT7（查表3.1得），表面粗糙度为Ra3.2um，需粗车→半精车→精车。
Φ20mm外圆表面：
公差等级为IT8（查表3.1得），表面粗糙度为Ra3.2um，需粗车→半精车→精车。
带螺纹的端面：
公差等级为IT12（根据技术要求），表面粗糙度为Ra3.2um，需粗车，保证长度要求。
螺纹M27×1.5-6g：
普通粗牙螺纹（基孔制），需车到尺寸。
套的加工表面：
Φ46mm外圆表面、R6mm的圆角、圆锥孔、螺纹M27×1.5-6g。
Φ46mm外圆表面：
公差等级为IT7（查表3.1得），表面粗糙度为Ra1.6um，需粗车→半精车→精车。
R6mm圆角：
公差等级为IT12（根据技术要求），表面粗糙度为Ra1.6um，需粗车→半精车→精车。
圆锥面：
公差等级为IT12（根据技术要求），表面粗糙度为Ra1.6um，需粗车→半精车→精车。
螺纹M27×1.5：
普通粗牙螺纹（基孔制），需车到尺寸。
3．制定工艺路线
制订工艺路线的出发点，应当使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能到合理的保证。
在生产纲领已确定为小批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以通用夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。
除此以外，还应考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
轴加工方案：
工序10：
下料Φ50mm×100mm的棒料。
（普通机床）
工序20：
平带孔端面，粗车外圆到Φ48mm
钻Φ16mm深30mm的孔。
工序30：
粗车带螺纹端面（数控机床）
粗车→半精车→精车Φ16mm、Φ26.85mm和Φ36mm的外圆表面
切5mm退刀槽
车M27×1.5-6g螺纹
工序40：
掉头，粗车带孔端面到尺寸要求
半精车→精车圆锥、R6mm圆角和Φ46mm外圆
工序50：
半精镗→精镗Φ20mm的内孔
工序60：
去毛刺
工序70：
检验
工序80：
入库
套加工方案：
工序10：
Φ50mm×65mm的棒料。
工序20：
车外圆到Φ48mm，钻Φ10mm的孔（普通机床）
工序30：
平端面，车Φ46mm外圆（数控机床）
工序40：
半精镗→精镗R6、圆锥孔、Φ21mm内圆
车M27×1.5-6g内螺纹
工序50：
保证长度切断
工序60：
去毛刺
工序70：
检验
工序80：
入库
比较后的方案是采取工序集中原则，工序比较集中，装夹次数少。
比较后方案更好的保证加工质量、生产率和经济性。
（二）加工机床的选择
1．要保证加工零件的技术要求，能加工出合格的产品。
2．有利于提高生产率。
3．尽可能降低生产成本。
根据毛坯材料为45号钢，生产类型为小批量生产、零件轮廓不复杂。
尺寸最长为95mm，直径为Φ46mm，加工精度最高IT7，最低IT12，,现有生产条件选择CK6140（技术参数表3-1）。
4．加工Φ250×1000（500）以下轴件，Φ500以下盘件；
5．加工几何形状复杂，尺寸繁多，精度要求高的轴类（或盘类）零件；
6．加工圆柱面、圆锥面、阶梯面、球面及其它各种回转曲面；
7．加工各种公、英制内外螺纹；
8.能车削外圆、切槽及倒角，也可以进行钻、扩、铰、滚压及镗削加工；
9.适用于中、小批量及单件生产，也可用于复杂零件的大批量生产
表3-1
名 称
单位
规格
床身上最大回转直径
mm
Φ505
床鞍上最大回转直径
Φ340
最大车削直径
轴类直径
Φ250
盘类直径
Φ500
最大钻孔直径
Φ20
最小车削直径
Φ20
最大车削长度
1000；500
最大行程
X
260
Z
1100；600
主轴箱
主轴转速范围
r/min
20-2000
主轴定心轴颈锥度
mm
14°15′
锥孔锥度
公制
80
主轴通孔直径
mm
Φ65
主轴中心至床面高度
mm
290
主轴中心至地面高度
mm
1000
尾架
尾架套筒最大行程
mm
80
尾架套简直径
mm
Φ85
尾架套筒锥孔锥度
莫氏
5#
最小设定单位
X
mm
0.001
Z
0.001
最小移动量
X
0.0005
Z
0.001
最小检测单位
X
O.0005
Z
0.001
进给量及螺距范围
工进
X
mm/min
0.0005-500
Z
0.001-500
快进
X
mm/min
8
Z
12
螺纹导程
mm/r
O.O01-500
刀盘
驱动方式
电动
刀位数
6
外圆刀方尺寸
mm
25×25
最大镗刀杆直径
Φ40
刀尖最大回转直径
Φ400
夹具
液压动力卡盘
Φ250
机床外形尺寸（长x宽x高）
mm
3160×1480×1650
机床重量
净 重
Kg
3000
（三）刀具的选择
数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的。
要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则在编程是充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀具及切削用量。
数控车床对刀具提出了更高的要求，不仅要求刀具精度高，刚性好，耐热度高，而且要求安装、调整、刃磨方便，断屑及排屑性好。
1．在全功能数控车床上，可预先安装8~12把刀具，当被加工工件改变后，一般不需要跟换刀具就能完成工件的全部车削加工。
为了满足要求，刀具配备时应注意以下几个问题：
（1）在可能的范围内，使被加工工件的形状、尺寸标准化，从而刀具的种类，实现不换刀或少换刀，以缩短准备和调整时间。
（2）使刀具规格化和通用化，以减少刀具的种类，便于刀具管理。
（3）尽可能用可转位刀片，磨损后只需更换刀片，增加了刀具的互换性。
（4）在设计或选择刀具时，应尽量采用高效率、断屑及排屑性能好的刀具。
综上分析该零件主要以外圆加工为主，数控加工刀具选择硬质合金车刀，需90°外圆车刀、55°外圆车刀、切断刀、60°螺纹刀、Φ20mm钻头、镗刀。
普通加工刀具选择：
车刀为20×30mm、圆弧半径为0.8mm高速钢；钻头为20×30mm、Φ20mm的高速钢。
（四）量具的选择
数控加工主要用于单件小批量生产，所以一般选用通用量具，如游标卡、百分表、千分尺等。
精度必须与加工精度相适应。
选择的量具（表3-2）
表3-2
编号
量具
测量范围
（mm）
读数值
（mm）
测量长度
（mm）
示值误差
（mm）
1
游标卡尺（GB1214—85）
0—200
0.02
0—200
±0.02
2
外径千分尺（JB1081-75）
18—35
0.01
18—35
0.015
3
内径千分尺（JB1081-75）
18—35
0.01
18—35
0.015
4
螺纹环规（JB3934—83）
M27X1.5
四、切削用量的选择
正确的切削用量，对于保证产品质量、提高切削效率和经济效益，具有重要意义。
切削用量的选择主要依据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求，还应考虑刀具合理的耐用度、工艺系统刚性及机床效率等条件。
由于切削速度Vc对刀具寿命影响最大，其次为进给量f,影响最小的是背吃刀量ap,因此，选择切削用量的步骤是先确定背吃刀量ap,再选择进给量f,最后再确定切削速度Vc,必要时应校验机床功率是否允许。
所以，其基本原则是：
首先应选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f，最后，在刀具耐用度和机床功率允许的情况下选择一个合理的切削速度Vc。
（一）轴、套外圆的切削用量
1.确定粗车时的切削用量ap
（1）背吃刀量的ap的选择：
工件下料为45号钢棒料，大小为ø50mm×100mm,粗车至ø48mm,表面有硬化层、氧化皮或硬杂质等，但在加工余量（指半径方向上）不多并比较均匀，且加工工艺系统刚性足够，应使背吃刀量一次性切除余量A，即：
ap=A，查《简明机械加工工艺手册》表11-1可知A=（50-46）/2=2mm,留1mm做半精车、精车余量，取粗车背吃刀量ap=1mm。
（2）确定进给量f：
查查《简明机械加工工艺手册》表11-1可知，f=0.4～0.5mm/r,根据机床说明书，初步选定f=0.45mm/r.
（3）确定切削速度Vc：
查查《简明机械加工工艺手册》表11-5可知，Vc=2.17～2.667m/s，考虑到进给量较大取Vc=2m/s。
（4）确定主轴转速n,由公式:
n=1000v/πd=（1000×2）/（3.14×50）=12.73r/s
根据机床说明书，取n=12.5r/s。
此时切削速度为：
Vc=πdn/1000=（3.14×50×12.5）/1000=1.96m/s
此速度小于预得切削速度，故可用。
（5）校验机床效率：
查《简明机械加工工艺手册》表11-6~11-9可求得切削力的公式及相关数据。
主切削力为：
Fz=9.81×60ZFZ·CFZ·aXFZp·fYZF·uZFZ·KFZ=9.18×60-0.15×270×1×0.450.75×12.73-0.15×0.92×0.95=2407（N）
切削功率：
Pm=FZ·Vc·10-3=4.7（kw）
由机床说明书查得,机床电机功率PE=7.5（kw）,取机床传动效率Л=0.8时：
Pm=所以，机床功率足够，最后选定粗车的切削用量为：
ap=1mm,f=0.45mm/r,Vc=1.96m/s，n=750r/min
2.确定半精车时的切削用量
（1）确定背吃刀量ap取ap=0.75mm。
（2）确定进给量f查查《简明机械加工工艺手册》表11-2，预估计切削速度VC>1.66m/s时，查得f=0.25~0.39mm/r,根据机床说明书，取f=0.36mm/r。
（3）确定切削速度VC与机床主轴转速，查表11-5可知VC=2.17~2.667m/s,根据机床说明书，取VC=2.2m/s，按公式得主轴转速：
n=（1000V）/πd=（1000×2.2）/（3.14×48）=14.59r/s
根据机床说明书，取n=15r/s，按公式算得实际切削速度为：
VC=（π·d·n）/1000=（3.14×48×14.5）/1000=2.18m/s
此切削速度小于预估切削速度，故可用。
由于半精车切削力较小，故一般不需校验。
最后选定半精车切削余量为：
ap=0.75mm，f=0.36mm/r，VC=2.18m/s，n=900r/min
3.确定精车时的切削余量
（1）确定背吃刀量ap取ap=0.25mm。
（2）确定进给速度f查《简明机械加工工艺手册》表11-2，预估计切削速度VC>1.66m/s时，查得f=0.25~0.39mm/r,根据机床说明书，取f=0.30mm/r。
（3）确定切削速度VC与机床主轴转速，查表11-5可知VC=2.17~2.667m/s,根据机床说明书，取VC=2.4m/s.按公式得主轴转速：
n=（1000V）/
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