毛翼坤毕业设计正文.docx
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毛翼坤毕业设计正文
摘要
在日益发展的生活中，机械行业的重要性是不言而喻的，而机械更新换代的迅捷也使得其竞争日益激烈。
在其中，数控技术越来越起着决定性的作用。
随着数控技术的发展，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，还其他的一些重要行业发展起着越来越重要的作用。
数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。
数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。
通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。
车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。
本文是对典型轴套类零件加工技术的应用及工艺性分析，主要是对零件图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、数控加工工艺的填写、数控加工程序的编写。
选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。
还重点对轴套零件的加工工艺进行了分析，最后对零件自检数据进行分析，和加工的结果分析。
关键字：
数控工艺分析，加工程序，切削用量，仿真加工
目录
1数控加工与数控车床1
1.1数控加工1
1.2数控车床1
2零件的工艺分析2
2.1带螺纹的半球头轴2
2.1.1带螺纹的半球头轴的分析2
2.1.2毛坯的选择2
2.1.3定位基准的选择2
2.1.4确定装夹方案3
2.1.5确定加工顺序及进给路线3
2.1.6加工余量的确定4
2.1.7刀具表4
2.1.8工序表4
2.1.9切削用量的选择5
2.2外螺纹球头套8
2.2.1外螺纹球头套的分析8
2.2.2毛坯选择8
2.2.3确定装夹方案8
2.2.4确定加工顺序及走刀路线9
2.2.5刀具表9
2.2.6确定切削用量9
2.2.7工序卡10
3宏程序的介绍及编写12
3.1宏程序的介绍12
3.2宏程序指令及格式12
3.3半球头轴宏程序的编辑14
4轴套程序的编程与仿真加工15
4.2外螺纹球头套的程序18
5实体仿真加工20
5.1带螺纹的半球头轴的毛坯20
5实体仿真加工21
5.1带螺纹的半球头轴的毛坯21
5.2带螺纹的半球头轴的完成品21
5.3外螺纹球头套的毛坯22
5.4外螺纹球头套的完成品22
6配合轴套的工件图23
6.1带螺纹的半球头轴图示23
6.2外螺纹球头套图示24
6.3配合图示24
总结25
致谢26
参考文献27
1数控加工与数控车床
1.1数控加工
数控加工，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。
随着数控技术的发展，数控车床的工艺和工序将更加复合化和集中化。
即把各种工序（如车、铣、钻等）都集中在一台数控车床上来完成。
目前国际上出现的双主轴结构就是这种构思的体现。
采用四轴三联动配置，线性轴X/Y/Z及旋转C轴，C轴绕主轴旋转。
机床除具备一般的车削功能外，还具备在零件的端面和外圆面上进行铣加工的功能。
双主轴、3刀塔的复合加工CNC车床可以同时连续对零部件进行车削、铣削加工，只需进行一次装夹就可以完成对零部件的全加工。
1.2数控车床
数控车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。
配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件。
具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。
数控车床按车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床。
除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外，车削中心的转塔刀架上有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续（不等速回转）运动和进行连续精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动，控制轴除X、Z、C轴之外，还可具有Y轴。
可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和攻螺纹等加工，在具有插补功能的条件下，还可以实现各种曲面铣削加工。
数控车床种类较多，但主体结构都是由：
车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。
2零件的工艺分析
2.1带螺纹的半球头轴
2.1.1带螺纹的半球头轴的分析
2.1.2毛坯的选择
轴类零件的材料一般为碳素结构钢和合金结构钢两类，以中碳钢45钢应用最多，该零件材料为45钢，轴类零件的常用毛坯是型才圆棒料和锻件，直径相差不大的阶台轴常采用热轧或冷拉的圆棒料。
此零件为阶梯轴，各台阶直径相差不大，因此选择圆棒料。
由于毛坯大小主要考虑加工余量、加工面及加工情况来选择，所以毛坯大小定为φ70mm×150mm。
2.1.3定位基准的选择
定位基准是工件在定位时所依据的基准。
它的选择原则是：
尽量选择零件上的设计基准作为定位基准，一次装夹就能够完成全部关键精度部位的加工。
为了保证加工表面与其设计基准间的相对位置精度（即同轴度），工件定位时应使加工表面的设计基准相对机床占据一个正确的位置。
粗基准的选择：
在起始工序中，工件定位只能选择未经加工的毛坯表面，称为粗基准。
粗基准选择总的要求是为后续工序提供必要的定位基面。
它的选择原则有：
（1）对于具有不加工表面的工件，为保证不加工表面之间的相对位置要求，一般选不加工表面为粗基准。
（2）对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量。
为保证第一项要求，粗基准应选择毛坯上加工余量最小的表面。
为保证第二项要求，应选择那些重要表面为粗基准。
应选择工件上那些加工表面较大，形状比较复杂，加工劳动量较大的表面为粗准。
综上述，该零件的粗基准应选择为毛坯的左端面。
精基准的选择：
在最终工序和中间工序中，应采用已加工表面定位，这种定位基面称为精基准。
它的原则如下：
（1）应选择加工表面的设计基准为定位基准；
（2）定位基准的选择应便于工件的安装与加工；
（3）当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位，这是“基准统一”原则；
（4）某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工表面本身作为定位基准。
根据精基准的选择原则，该零件的精基准为右端面为精基准。
2.1.4确定装夹方案
在确定装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位夹持方式，并选择合理的夹具。
对于此轴类零件，轴心线为工艺基准，采用三爪自定心卡盘夹紧。
尽量一次装夹完成粗精加工。
但此零件右端为椭圆，所以需两次装夹完成粗精加工。
2.1.5确定加工顺序及进给路线
加工顺序按由粗到精，由近到远（由右到左）的原则确定。
即先从右到左进行粗车（留0.5mm精车余量），再从左到右进行精车，然后粗、精车削螺纹；然后在调头装夹，粗精车外轮廓。
在数控加工中，刀具相对于工件的运动轨迹和方向的加工路线就是进给路线。
因为数控车床具有粗精车循环和车螺纹循环的功能，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。
根据该零件的公差等到级（IT8～IT10）和表面粗糙度为3.2
，确定外圆柱面加工方法为：
粗车---半精车---精车。
2.1.6加工余量的确定
加工余量是指加工过程中所切去的金属厚度。
加工余量的大小对于工件的加工质量和生产率均有较大的影响。
加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加材料、工具和电力消耗。
若加工余量过小，则既不能消除上工序的各种表面缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时工件的装夹误差，造成废品。
因此，应当合理地确定加工余量。
确定加工余量的基本原则是：
在保证加工质量的前提下越小越好。
该零件表面的粗糙度值要求均为Ra3.2
，粗车后，留余量0.5mm,精车完成。
2.1.7刀具表
表2.1轴刀具表
名称
代号
参数
加工表面
60°尖刀
T0101
60°
粗精加工外圆、倒角、圆弧
切槽刀
T0202
刀宽3mm
车槽、切断
内孔尖刀
T0303
55°
粗精加工内圆、倒角、圆弧
2.1.8工序表
表2.2轴工序表
工序顺序
刀具
加工部位
切削用量
备注
对刀
F0.1S=200
手动
工序一
T01、T02
加工零件右面
自动
工步一
T01
粗加工外圆
F0.15S=600
自动
工步二
T01
精加工外圆
F0.1S=1000
自动
工步三
T03
粗加工内圆
F0.15S=600
自动
工步四
T03
精加工内圆
F0.1S=1000
自动
T01、T02、T03
对刀
F0.1S=200
手动
工序二
T01、T02
加工零件左面
自动
工步一
T01
粗加工外圆
F0.15=S600
自动
工步二
T01
精加工外圆
F0.1S=1000
自动
工步三
T02
车槽
F0.15S=600
自动
工步四
T03
加工螺纹
F0.1S=400
自动
2.1.9切削用量的选择
切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。
数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。
要达到高的生产率，应按背吃刀量、进给量、切削速度的顺序来选择切削用量，即应首先考虑尽可能大的切削背吃刀量，其次选用尽可能大的进给量，最后在保证刀具合理耐用度的条件下，选取尽可能大的切削速度。
粗、精加工时切削用量的选择。
（1）粗加工时切削用量的选择如下：
首先尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度；
（2）精加工时切削用量的选择如下：
首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量，最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。
1.背吃刀量的确定
背吃刀量的选择要根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的情况下，就尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量。
这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
因此轮廓粗车循环时选背吃刀量为3mm,精车循环时选背吃刀量为0.25mm,螺纹粗车循环时选背吃刀量为0.2mm，螺纹精车循环时选背吃刀量为0.1mm。
2.主轴转速的确定
（1）车外圆时的主轴转速
车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料及性质等条件所允许的切削速度来确定。
切削速度是切削用量中对切削加工影响最大的因素。
要综合考虑切削条件和要求，选择适当的切削速度。
当切削速度确定后，用度以下公式计算主轴转速：
（3-1）
车圆弧和直线时，选粗车切削速度
=90m/min，精车切削速度
=120m/min，然后利用公式（3-1）计算主轴转速，（粗车工件直径D=50mm，精车工件直径取平均值）。
粗车：
=573．25（r/min）≈600（r/min）
精车：
=
=1200（r/min）
（2）车螺纹时主轴转速
在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电动机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，大多数普通车床数控系统车螺纹时的主轴转速为：
注：
k为保险系数，一般取80。
=720r/min
根据机床的不同转速是可以改变的，在学院的车床上一般取400r/min。
3.进给速度的确定
进给速度是指切削单位时间内工件与进给方向相对位移，单位为mm/min。
进给速度的大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率。
主要根据零件的加工精度和表面粗糙度以及刀具、工件的材料性质参考用量手册选取。
确定进给速度的原则：
（1）当工件的质量要求能够得到保证时，可选择较高的进给速度。
一般在100～200mm/min范围内选取；
（2）在切断、加工深孔时，宜选较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取；
（3）在加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些，一般在20～50mm/min；
（4）刀具空行程时，特别是远距离回零时，可以选择机床数控系统给定的最高速度。
一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查阅切削用量手册选取。
每转进给量，进给速度的计算公式：
（3-2）
注：
精车时常取,每转进给量f，粗车时一般选取为（0.3～0.8）mm/r，精车时（0.1～0.3）mm/r，切断常取（0.05～0.2）mm/r。
选择粗车、精车每转进给量分别为0.4mm/r和0.15mm/r，再根据公式（3-2）
粗车：
=0.4×600
=240（mm/min）
精车：
=0.15×1200
=180（mm/min）
2.2外螺纹球头套
2.2.1外螺纹球头套的分析
该零件表面由内外圆柱面、外圆球面组成。
其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度、表面粗糙和形位公差要求。
零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整。
根据零件图样，该零件图的内孔的公差等级为IT7，它的表面粗糙度3.2
；零件图的外圆的公差等级为（IT7～IT8），表面粗糙度为3.2
。
其余的表面粗糙度为6.4
。
由于他尺寸因公差值较小，因此编程时取基本尺寸即可。
2.2.2毛坯选择
套类零件的毛坯选择与零件的材料、结构及尺寸等因素有关。
材料为45钢，毛坯大小主要考虑加工余量、夹持长度及加工情况来选择。
所以毛坯大小定为φ70mm×100mm。
2.2.3确定装夹方案
定位基准是工件在定位时所依据的基准。
在加工内孔时以外圆定位。
用三爪自动定心卡盘夹紧。
加工外轮廓时，为保证同轴度要求和便于装夹，以坯件左端面和轴心线为定位基准。
用三爪卡盘夹持左端。
2.2.4确定加工顺序及走刀路线
加工顺序的确定由内到外、由粗到精、由远到近的原则确定。
在一次装夹中尽可能加出多的工件表面。
结合本零件的结构特征，可先粗、精车加工内孔各表面，然后粗、精加工外轮廓表面。
由于该零件为单件生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行车削。
根据该零件的内孔的公差等级和表面粗糙度，可以确定加工内孔的方法为：
钻孔---车孔---铰孔，外圆的加工方法为粗车---半精车—精车。
2.2.5刀具表
表2.3套刀具表
名称
代号
参数
加工表面
偏刀
T0101
90°
粗精加工外圆
切槽刀
T0202
刀宽5mm
车槽
内孔刀
T0303
55°
粗精加工内圆
螺纹刀
T0404
60°
加攻螺纹
2.2.6确定切削用量
根据被加工表面质量要求，刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量。
然后根据公式（3-1）和公式（3-2）计算主轴转速和进给速度。
（1）被吃刀量的选择
粗车外圆表面时选背吃刀量3mm,精车背吃刀量0.25mm；粗车内孔时背吃刀量1mm，精车内孔时背吃刀量0.1mm；
（2）主轴转速的选择
粗车外圆时，取切削速度90mm/r；
精车外圆时，切削速度取120mm/r；
粗车：
=
=573．25（r/min）≈600（r/min）
精车：
=
=1200（r/min）
（2）进给速度的确定
根据在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。
根据公式（3-2）来计算进给速度：
粗车时f一般选取为（0.3～0.8）mm/r,精车时一般取（0.1～0.3）mm/r。
粗车：
=0.4×600
=240（mm/min）
精车：
=0.2×1200
=240（mm/min）
2.2.7工序卡
表2.4套工序卡
宜宾职业
技术学院
工序卡片
产品名称或代号
零件名称
材料
程序号
轴
45
O0001、O0002
工序号
工序名称
夹具
使用设备
车间
三爪自定心卡盘
数控机床
数控基地
工步号
工步内容
刀具号
进给速度
（mm/min）
主轴转速
（r/min）
背吃刀量
（mm）
1
车端面
T01
200
500
3
2
粗车右端外轮廓
T01
240
600
3
3
精车右端外轮廓
T02
180
1200
0.25
4
切5mm的槽
T04
50
500
0.5
5
粗加工皮带轮。
T02
50
1200
0.25
6
精车M22×1.5外螺纹
T03
100
500
0.1
7
精车M22×1.5外螺纹
T03
100
500
0.1
8
粗车M22×1.5外螺纹
T03
200
400
3
9
粗加工φ31.093和R79.5外圆弧
T02
50
1200
0.25
10
精加工φ32.093和R80外圆弧
T02
180
1200
0.25
11
粗加工倒角到、φ41.5到26
T01
240
600
3
12
精加工φ42到26
T02
180
1200
0.25
3宏程序的介绍及编写
3.1宏程序的介绍
其实说起来宏就是用公式来加工零件的，比如说椭圆,如果没有宏的话，我们要逐点算出曲线上的点，然后慢慢来用直线逼近，如果是个光洁度要求很高的工件的话，那么需要计算很多的点，可是应用了宏后，我们把椭圆公式输入到系统中然后我们给出Z坐标并且每次加10um那么宏就会自动算出X坐标并且进行切削，实际上宏在程序中主要起到的是运算作用。
.宏一般分为A类宏和B类宏。
A类宏是以G65HxxP#xxQ#xxR#xx的格式输入的，而B类宏程序则是以直接的公式和语言输入的和C语言很相似在0i系统中应用比较广。
3.2宏程序指令及格式
（1）条件转移。
编程格式：
IF[条件表达]GOTOn
说明
（1）如果条件表达式的条件得以满足，则转而执行程序中程序号为n的相应操作，程序段号n可以由变量或表达式代替；
（2）如果表达式中条件未满足，则顺序执行下一段程序；
（3）如果程序作无条件转移，则条件部分可以被省略；
（4）表达式可按如下书写：
#jEQ#k表示＝
#jNE#k表示≠
#jGT#k表示＞
#jLT#k表示＜
#jGE#k表示≥
#jLE#k表示≤
例：
下面的程序计算数值1~10的总和。
【程序语句】
O9500
#1=0存储和数变量的初值
#2=1被加数变量的初值
N1IF#GT10GOT02当被加数大于10时转移到N2
#1=#1+#2计算和数
#2=#2+1下一个被加数
GOTO1转到NI
N2M30程序结束
（2）循环语句（whileDO-END语句）
编程格式：
WHILE【条件表达式】Dom（m=1,2,3）
……
ENDm
说明
（1）表达方式满足时，程序段DOm至ENDm即重复执行；
（2）条件表达式不满足时，程序转到ENDm后执行；
（3）如果WHILE[条件表达式]部分被省略，则程序段Dom至ENDm之间的部分将一直重复执行。
3.3半球头轴宏程序的编辑
4轴套程序的编程与仿真加工
4.1带螺纹的半球头轴的仿真加工程序（FANUC系统的数控车床）
带螺纹的半球头轴
程序段号
程序内容
说明
N10
G00G40G97G99M03S800T0101F0.2
主轴正转选刀
N20
X62.0
刀具定位
N30
Z2.0
刀具定位
N40
G71U1.5R0.3
粗精加工指令
N50
G71P10Q11U0.5W0.05
粗精加工指令
N60
N10G0X0
快速定位
N70
G01Z0
快速定位
N80
X24.0C1.0
N90
Z-15.5
N100
G02X38.0Z-24.0R8.5
N110
G01X40.0F0.07
N120
#1=20
宏指令
N130
WHILE[#1GEO]DO1
N100
#2=20/10*SQRT[20*20-#1*#1
N150
G01X[#2]Z[#1]F0.07
N160
#1=#1-0.1
N170
END1
宏指令结束
N180
G01X58.0Z-45.5
N190
Z-73.0
N200
N11G00Z150.0
N210
G00G40G97G99M03S1000T0101F0.1
N220
X62.0
N230
Z2.0
……
……
N790
Z2.0
N800
Z-6.0
N810
G03X36.0Z-41.0R50.0
圆弧插补
N820
G00X59.0
N830
Z150.0
退刀
N840
M30
主轴停止
N850
G00G40G97G99M03S400T0404F0.15
换刀
N860
G00X18.0
快速定位
N870
Z5.0
N880
G71U1.5R0.5
粗精加工循环指令
N890
G71P10Q20U-0.5W0.05
N900
N10G00X52.0
N910
G01Z0
N920
G02X38.0Z-9.0R10.0
N930
G01X29.85
N940
X26.85W-1.5
N950
Z30.0
N960
X24.0
N970
Z-50.0
N980
N20G01X49.0
N990
G00Z100.0
N1000
M05
程序暂停
N1010
M00
主轴停止
N1020
G00X18.0
N1030
Z5.0
N1040
G70P10Q20
精加工循环
N1050
G00Z100.0
N1060
X100.0
退刀
N1070
M05
程序暂停
N1080
M00
主轴停止
N1090
G00G40G97G99M03S400T0101F0.1
换刀
N1100
G00X28.0
N1110
Z-30.0
N1120
G01X-34.0
N1130
G04P2000
N1100
G01X28.0
N1150
G00Z100.0
N1160
X100.0
退刀
N1170
M05
程序暂停
N1180
M00
主轴停止
N1190
M30
程序结束
N1200
G00G40G97G99M03S400
N1210
T0202
换刀
N1220
G00X27.0
N1230
Z5.0
N1240
G76P020060Q100R0.05
螺纹指令
N1250
G7
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