数控车削加工工艺设计.docx
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数控车削加工工艺设计
毕业论文
题目球头配合件的数控车削加工工艺设计
学生姓名学号
班级
专业
分院
指导教师
2012年9月14日
摘要
毕业设计是培养我们实际工作能力的最后一个重要实践性学习环节，他不但是对我们三年来学习与实践的一个很好的总结与考验，也是为以后从事专业技术工作做个强而有力的铺垫。
本次我的设计题目是球头配合件，通过对该零件的分析，需要对其进行编程、钻孔、车削等数控加工。
可以较高的满足零件的工艺要求，提高加工质量和设计效率。
从零件图入手分析其技术要求，确定了零件的定位基准以及装夹方式。
进而进一步对数控加工工序、工步顺序、刀具及刀具对刀点换刀点、加工余量、切削用量（背吃刀量、进给量、切削速度）的确定，得出完整的数控加工工艺卡片。
这样对数控车削又有了进一步的了解，拓展了自己的知识面，对程序编制也有了进一步的提高。
关键词：
数控加工、工艺卡片、程序编制
第1章绪论
1.1数控车床的简介
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。
由于这些零件的径向尺寸，无论是测量尺寸还是图纸尺寸，都是以直径值来表示的，所以数控车床采用直径编程方式，即规定用绝对值编程时，X为直径值；用相对值编程时，则以刀具径向实际位移量的二倍值为编程值。
对于不同的数控车床、不同的数控系统，其编程基本上是相同的，个别有差异的地方，要参照具体机床的用户手册或编程手册。
1.2本课题设计内容
本次毕业设计主要针对球头配合件数控车削工艺进行设计，其中包括对零件的工艺性进行分析、数控设备的选择、零件定位基准及装夹方式的确定、数控加工工序的确定、工步顺序的确定、刀具及刀具对刀点换刀点的确定、进给量的确定、切削速度的确定等内容，最后根据以上内容得出数控加工工序卡，编制出加工程序。
第2章球头配合件的数控车削工艺分析
2.1零件图的绘制
主要用AutoCAD来绘制零件图、绘制零件图之前首先要熟悉软件的应用以及一些注意事项、更要了解机械制图方面的知识。
主要有以下步骤：
1）画图前的准备：
应仔细观察零件、做到画前大致心中有数。
2）确定图幅：
根据图形的大小和比例，选取图纸幅面。
3）画图框和标题栏4）布置图行位置进行画图。
5）标注尺寸。
6）全面检查填写标题栏。
在这些考虑好之后我完成了球头配合件零件图与装配图，图形如下：
（1）零件图
（2）装配图
2.2零件图的分析
此次设计的是一个球头配合件，零件图主要采用主视图和剖视图完整的表达零件。
主要分析如下（尺寸单位为mm,为了方便省略不写）：
（1）加工分析：
件1：
主要加工表面是长为13的∅20外圆、长为17锥度为1/10的锥面、长为15的∅40外圆、球半径为24的球面，次要加工表面为长8宽为32的槽、长为20的M24*1.5的螺纹，C2的倒角及内退刀槽
件2：
主要加工表面是长为17锥度为1/10的锥面、长为5的∅26内圆柱面、长为7的∅20内圆柱面、长为29的∅40外圆。
件3：
主要加工表面是球半径为24的球面、次要加工表面为长8宽为19的槽、长为20的M24*1.5的螺纹，C2的倒角。
（2）主要尺寸精度：
件1：
直径为∅20和∅48的两处以及内螺纹M24，总长度为88，位置精度以∅20的中心为基准；
件2：
直径为∅20和∅26的两处，总长度为29，位置精度以直径为20mm的中心为基准；
件3：
直径为∅48和外螺纹M24，总长度为44，位置精度以M24的螺纹中心为基准。
（3）表面粗糙度：
表面Ra最高为1.6，看零件图可知该零件的下偏差均在0.03左右，因此大致确定为该零件公差等级为IT8-7等级，精度等级为h级，因此应分为3个加工阶段分别为粗车、半精车、精车就可达到图纸要求。
2.3毛坯的选择
根据零件图确定该零件材料为45钢（其具有较高的强度，良好的切削性，一定的韧性和塑性，调质后可得到优良的综合力学性能，是应用广泛的一种钢，适用制造较高强度的运动零件如齿轮。
），另外考虑其加工方便性，我选择直径为59.5mm长度为175mm的圆棒料进行加工。
2.4数控设备的选择
在选择数控机床时应充分利用数控设备的功能，根据需要进行合理的开发，以扩大数控机床的功能，满足产品的需要。
然后，根据所选择的数控机床，进一步优化数控加工方案和工艺路线，根据需要适当调整工序的内容。
我选择CAK6140数控机床，即可满足对工件加工精度的要求，另外在配备一些专用量具以提高工件的加工质量。
2.5零件定位基准及装夹方式的确定
2.5.1零件定位基准的确定
定位基准可分为粗基准和精基准。
若选择未加工的表面作为定位基准，这种基准被称为粗基准。
若选择已加工的表面作为定位基准，这种基准被称为精基准
1.精基准的选择
我选择精基准时，主要考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。
结合现有设备、零件的加工要求及毛坯的质量，应以设计基准作为定位基准，这样设计基准与定位基准重合满足基准重合原则；所以我选择以直径为20mm的端面为基准,满足基准统一原则。
2．粗基准的选择
选择粗基准时，我主要考虑两个问题：
一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。
所以我选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准即以该配合零件的毛坯外圆为粗基准。
2.5.2装夹方式的确定
根据零件的尺寸、精度要求和生产条件，我选择最适用的车床通用的三爪自定心卡盘。
（三爪自定心卡盘可以自动定心，夹持范围大，适用于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类中小型零件）。
数控夹具卡片：
长春职业技术学院
数控加工工件安装和原点设定卡片
任务书编号
第1页
共2页
零件名称
产品零件图号
工序号
数控设备名称
数控设备型号
数控设备编号
球头配合件
数控车
CAK6140
序号
夹具名称
规格型号或编号
数量
装夹次数
备注
1
三爪卡盘
1
2
编制
王佳男
审核
编程
审核
批准
2.6刀具的确定
根据零件的结构、材料、余量以及表面粗糙度选取粗、精加工刀具为机夹式刀具，具体刀类型为90度、35度外圆车刀，内、外螺纹刀、镗刀、直径为18mm的麻花钻，内、外切槽刀。
零件图号
数 控 刀 具 卡 片
使用设备
CAk6140
刀具名称
共1页
第1页
刀具编号
T01-T04
换刀方式
程序编号
序号
编号（型号）
名称
规格
数量
备注
1
T01
内孔刀
1
硬质合金
2
T02
外圆车刀
90度、35度
2
硬质合金
3
T03
（内）外切槽刀
1
硬质合金
4
T04
（内）外螺纹刀
60度
1
硬质合金
T02（90度）T02（35度）T04（外）T03（外）
T01T04T03（内）
编制
王佳男
审核
批准
2.7加工余量的确定
因为该配合件的三个件中直径范围均在30-50的范围内，长度范围均<200根据以上方法确定各零件加工余量为：
粗车之后为半精车留2毫米的加工余量，半精车之后为精车留0.5毫米的加工余量。
2.8切削用量的确定
数控机床加工的切削用量包括背吃刀量ap、切削速度Vc和进给量f,合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，以提高劳动生产率为主，选用较大的切削量；半精加工和精加工时，选用较小的切削量，保证工件的加工质量。
2.8.1背吃刀量的选择
由上表以及公式计算得：
1）由于毛坯直径为59.5毫米，故ap=（59.5-51.5）/2=4mm
2）半精车ap=（51.5-49.5）/2=1mm
3）精车ap=（49.5-49）/2=0.25mm
2.8.2进给量的选择
由上表和2.8.1可确定进给量为：
1）粗车f=0.5mm/r
2）半精车f=0.18mm/r
3）精车f=0.15mm/r
2.8.3切削速度的选择
由上表可确定切削速度为：
1）粗车Vc=125m/min
2）半精车Vc=165m/min
3）精车Vc=180m/min
2.8.4转速的确定
由2.8.3及公式可分别确定转速n为：
1）粗车n=1000*125/3.14*51.5=773（取800r/min）
2）半精车n=1000*165/3.14*49.5=1062（取1100r/min）
3）精车n=1000*180/3.14*49=1169（取1200r/min）
2.9数控加工工序的确定
数控加工是机械加工的一种，因此与一般的机械加工工序的安排有一些相识之处，数控加工与机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则：
1.上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。
2.以相同的安装方式或使用同一把刀具加工的程序，最好连续进行，以减少重新定位或换刀所引起的误差。
3.在同一次安装中，应先进行对工件刚性影响比较小的工序，确保工件在足够刚性条件下逐步加工完毕。
因此我的加工方案为：
1.加工件2内孔及外圆。
2.加工件3左端螺纹和槽的部分。
3.加工件1左端刨除右端球和槽的部分。
4.加工件1右端内螺纹
5.将件1右端内螺纹与件3左端外螺纹进行配合，加工球头和槽的部分。
2.10工步顺序的确定
数控车工步的安排原则:
先粗后精、先近后远、内外交叉、保证工件加工刚度的要求、同一把刀能加工内容连续加工原则。
1）粗车件2内孔留1mm的余量，半精车内孔为精车留0.4mm的余量，精车外圆至标注尺寸以达到图纸要求，完成件2.
2）加工件3左端螺纹和槽的部分至标注尺寸。
3）加工件1左端刨除右端球和槽的部分。
先粗车留1mm的余量然后半精车留0.4mm的余量，最后精车至标注尺寸。
4）加工件1右端内螺纹至标注尺寸。
5）将件1右端内螺纹与件3左端外螺纹进行配合，加工球头和槽的部分，达到图纸要求。
2.11重点工序的说明
由上述分析可知该零件的加工方法为：
粗车—半精车—精车
（1）粗车外圆：
用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工至接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量。
（2）次阶段为半精加工，为了精加工做好准备。
（3）精车各外圆：
把各表面都加工到图样规定的要求。
2.12工艺过程说明
1.备料
圆棒料￠50*175
到锯床锯下直径为50毫米、长度为175毫米的圆棒料。
2.粗车—半精车—精车件2内孔
1）夹持长棒料，留出34毫米的长度。
平右端端面，粗车件2内孔，在内表面为半精加工留1毫米的余量。
2）半精车件2内孔，为精车留0.4毫米的余量。
3）精车件2内孔，达到图纸标注尺寸要求和表面粗糙度要求
3.粗车—半精车—精车件2外圆
1）粗车件2外圆，为半精加工留1毫米的余量。
2）半精加工件2，为精加工留0.4毫米的余量。
3）精车件2外圆，达到图纸标注尺寸以及表面粗糙度。
4）用切槽刀切下件2，此时件2长度为30毫米，夹持件2右端，平左端端面，保证总长。
4.车件3螺纹
1）平端面
2）加工件3螺纹和槽部分至标注尺寸
3）切下件3长度留1毫米余量。
5.粗车—半精车—精车件1左端
1）夹持棒料右端23毫米，平端面
2）粗车件1除右端球和槽的部分，加工长度至60毫米，分别为半精加工留1毫米的余量。
3）半精加工件1左端为精加工留0.4毫米的余量。
4）精加工件1左端，达到图纸要求
6.配合与加工
1）夹持件1直径为40毫米的外圆，夹持长度为15毫米，平右端外圆，保证总长。
2）钻孔，加工内螺纹至标注尺寸。
3）将件3的左端外螺纹与件1内螺纹相配合。
4）粗加工球直径为48毫米的球与外部槽，为半精加工留1毫米的余量。
5）半精加工球直径为48毫米的球与外部槽，为精加工留0.4毫米的余量。
6）精加工球头与槽至标注尺寸。
7）检验配合。
第3章数控加工工艺过程卡片的制定
长春职业技术学院
数控加工工艺过程卡片
产品型号
零（部）件图号
共1页
产品名称
球头配合件
零（部）件名称
第1页
材料牌号
45钢
毛坯种类
圆棒料
毛坯外形尺寸
59.5*175
每毛坯件数
3
每台件数
3
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
1
下料
棒料锯割
锯床
长度尺
4
2
2
粗车内孔
1）、夹持圆棒料有效长度，平右端端面。
2）、钻长为30的￠18孔。
3）、粗车内孔，为半精加工留2的余量
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、深度千分尺、内孔刀、钻头
20
18
3
半精车
半精车件2内孔，为精加工留0.5的余量
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、深度千分尺、内孔刀
8
6
4
精车
精车件2内孔至图纸标注尺寸
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、深度千分尺、内孔刀
4
2
5
粗车外圆
粗车件2外圆并相应倒角，留2的余量
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外径千分尺、外圆粗车刀
5
3
6
半精车
半精车件2外圆，留0.5的余量
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外径千分尺、外圆精车刀
3
1
7
精车
精车件2外圆至图纸标注尺寸
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外径千分尺、外圆精车刀
3
1
8
切断
用切断刀切下件2，总长为30
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外切槽刀
3
1
9
平端面
夹持件2右端，平左端端面至图纸标注尺寸，此时完成件2
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外圆精车刀
2
1
10
粗车—半精车-精车外圆
1）平棒料右端端面，粗车件3左端外圆及槽，总长为20，留2的余量。
2）半精车外圆及槽，留0.5的余量3）精车外圆至标注尺寸
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外径千分尺、外圆粗、精车刀
15
13
11
车螺纹及切断
1）车M24*1.5的外螺纹，长为12
2）用切槽刀切下件3,，总长为45
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外径千分尺、外螺纹刀、环规、止规
10
8
12
粗车—半精车—精车件1外圆
1）夹持棒料有效长度，平棒料右端端面。
2）粗车件1左端外圆，为半精加工留2的余量。
3）半精加工件1左端，为精加工留0.5的余量。
3）精车件1至图纸标注尺寸
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外径千分尺、外圆粗、精车刀
18
16
13
钻孔
夹持件1￠44长为15的外圆，平右端端面保证总长88，钻长为30，￠18的孔
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、￠18钻头
5
3
14
粗车—半精车-精车件1内孔
1）粗车件1内孔，为半精车留2的余量。
2）半精车件1内孔，为精车留0.5的余量。
3）精车件1内孔，达到图纸要求
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、内径千分尺、内孔刀
10
8
15
加工内部槽
加工件1内孔内部槽只标注尺寸
数控车间
车工
CAK6140
深度千分尺、内切槽刀
5
3
16
车内螺纹
车件1右端内孔螺纹达到图纸要求
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、内螺纹刀
7
5
17
配合加工
1）将件3左端外螺纹与件1内螺纹配合。
2）粗车件1右端球与槽，为半精车留2的余量。
半精车球与槽，留0.5的余量。
3）精车至标注尺寸。
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺、外径千分尺、外圆精车刀
20
18
18
去毛刺
去除三个零件毛刺
钳工
工作台
锉
19
配合与检验
将零件按装配图配合,检查是否满足图纸要求
数控车间
车工
CAK6140
游标卡尺
5
3
编制（日期）
审核（日期）
会签（日期）
批准（日期）
标记
处记
更改文件号
签字
日期
标记
处记
更改文件号
签字
日期
第4章编制数控加工程序
加工程序
说明
件2内孔
O1
%1
T0101
M03S600
G00X18Z3
G71U1R1P1Q2X-0.4Z0.1F100
G00Z100
M05
M00
T0101
M03S600
G00X26Z3
N1G00X28G41
G01Z0F100
G01X26Z-17
Z-22
X20
Z-29
N2X18
G00Z100
X100G40
M05
M00
T0202
M03S800
G00X60Z3
G71U2R1P1Q2X0.5Z0.1F120
G00X100Z100
M05
M00
T0202
M03S1200
G00X60Z3
N1G00X36G42
G01Z1F100
G01X40Z-1
Z-28
X38Z-29
Z-35
N2X60
G00X100Z100G40
M30
件3左端外圆
O2
%2
T0202
M03S800
G00X60Z3
G71U2R1P1Q2X0.5Z0.1F120
G00X100Z100
M05
M00
T0202
M03S1200
G00X60Z3
N1G00X18G42
G01Z1F150
X23.85Z-1
Z-12
X19
Z-20
N2X60
G00X100Z100G40
M05
M00
T0404
M03S600
G00X26Z3
G76C2A60X22.05Z-14U0.1V0.1K0.0175Q0.4F1.5
G00X100Z100
M30
件1左端外圆
O3
%3
T0202
M03S800
G00X60Z3
G71U2R1P1Q2X0.5Z0.1F120
G00X100Z100
M05
M00
T0202
M03S1200
G00X52Z3
N1G00X16G42
G01Z1F100
G01X20Z-1
Z-13
X26
X28Z-30
X40C1
Z-45
X49C2
Z-61
N2X60
G00X100Z100G40
M30
件1右端内孔及螺纹
O4
%4
T0101
M03S600
G00X18Z3
G71U1R1P1Q2X-0.4Z0.1F100
G00Z100
X100
T0101
M03S800
G00X18Z3
N1G00X27.5G41
G01Z0.5F100
X22.5Z-2
Z-30
N2X18
G00Z100
X100G40
M05
M00
T0303
M03S600
G00X18Z3
Z-23
G01X26F40
G04P3
X18F200
Z-25
X26F40
G04P3
X18F200
G00Z100
X100
M05
M00
T0404
M03S600
G00X20Z3
G76C2A60U-0.1V0.1Q0.4K0.0175X24Z-22F1.5
G00X100Z100
M05
M00
T0202
M03S800
G71U1R1P1Q2X0.4Z0.1F120
G00X100Z100
M30
O5
%5
T0202
M03S800
G00X60Z3
N1G00X0G42
G01Z0F100
G03X32Z-44R24
G01Z-28
X49Z-30
N2X60
G00X100Z100G40
M30
内孔：
刀具：
内孔刀
粗加工主轴转速=600
切削速度=52.752
精加工主轴转速=800
切削速度=70.336
外圆：
刀具：
外圆车刀
粗加工主轴转速=800
切削速度=125
精加工主轴转速=1200
切削速度=180
外圆：
刀具：
外圆车刀
粗加工主轴转速=800
切削速度=125
精加工主轴转速=1200
切削速度=180
外圆：
刀具：
外圆车刀
粗加工主轴转速=800
切削速度=125
精加工主轴转速=1200
切削速度=180
内孔：
刀具：
内孔刀
粗加工主轴转速=600
切削速度=52.752
精加工主轴转速=800
切削速度=70.336
总结
通过球头配合件的数控车削工艺分析，让我更一步了解了较为复杂的加工工艺过程的分析、工艺文件的编制、以及各种编程的技巧和操作时的注意事项，是我对大学所学的知识有了一次全面的综合运用，也学到了许多上课时没涉及到的知识，并且利用了机械手册来进行零件分析，相信这对自己以后也会有很大的帮助。
此次设计既是对自己的一次锻炼，也是一次挑战。
在设计过程中，需要自己绘制零件图，然后对零件图进行分析，一方面能获得对图纸分析的一些基本知识，另一方面，也是对数控加工过程进行的一次综合训练和能力的提高。
这样不仅增长了自己的见识，也开拓了自己的视野。
通过毕业设计我发现无论工件结构是简单还是复杂只要分析的思路清晰，然后耐心的运用自己所学的知识，并且能够认真的运用机械手册就会有一套很详细的方案来进行零件的分析。
无论以后从事什么样的工作，都应该有严谨认真的工作精神，并且一有机会就一定要学习，知识是无穷尽的，一个人有了丰富的知识储备量，对自己就一定会有很大的帮助。
再者只要相信自己就一定会把任何事做好。
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