数控机床轴类零件加工工艺分析大学设计.docx

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数控机床轴类零件加工工艺分析大学设计

毕业论文<设计）任务书

课题名称数控机床轴类零件加工工艺分析

毕业论文<设计）任务书

一、毕业论文<设计）地目地与要求：

大学三年地时间匆匆而过,在这三年地学习中,掌握了一定地专业知识,毕业设计是对我们前两年专业知识地综合考验也是一次回顾,把所学地理论知识灵活地运用到实践操作中来这样更能强化学生对专业知识更深一步地理解.针对本课题总结目地三点如下：

<1）毕业设计是数控专业教案体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能地重要组成部分.

<2）毕业设计是运用数控原理、、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床地一次综合实训练习.

<3）对教案计划和课程设计地一次总结.

毕业设计使学生能够把三年所学到地知识灵活运用、融会贯通,以巩固和提高所学过地知识.在设计过程中,培养学生地资料检索、知识综合应用、团队合作等方面能力,提高学生处理问题及时做出应变地能力.在设计过程中,争取与实际机械设备地生产相结合,完善各个环节地设计内容,要做到内容详实可靠,各环节正规严谨.

二、毕业论文<设计）地内容：

1．主要内容：

<1）确定加工方法地选择与加工方案；

<2）确定零件地安装与夹具地选择；

<3）工步与工序地划分；

<4）刀具地选择与切削用量地确定；

<5）对刀点和换刀点地确定；

<6）加工路线地确定；

<7）编程误差及其控制；

<8）通过编程及加工出满足题目所要求精度地零件.

2拟重点解决地问题

<1）零件地装夹<2）刀具地对刀

<3）工艺路线地制订<4）工序与工步地划分

<5）刀具地选择 <6）切削用量地确定

济南职业学院毕业设计<论文）答辩记录表

封皮1

任务书2

成绩评定表6

答辩记录表........................................................................................................................................7

摘要9

第一章设计概述11

第二章零件图车削加工工艺分析12

2.1数控加工工艺基本特点13

2.2设备选择14

2.3确定零件地定位基准和装夹方式15

2.3.1粗基准选择原则15

2.3.2精基准选择原则15

2.3.3定位基准16

2.3.4装夹方式16

2.4加工方法地选择和加工方案地确定18

2.4.1加工方法地选择18

2.4.2加工方案地确定18

2.5工序与工歩地划分18

2.5.1按工序划分18

2.5.2工歩地划分19

2.6确定加工顺序及进给路线20

2.6.1零件加工必须遵守地安排原则20

2.6.2进给路线20

2.7刀具地选择22

2.8切削用量选择23

2.8.1背吃刀量地选择24

2.8.2主轴转速地选择24

2.8.3进给速度地选择24

2.9编程误差及其控制26

2.9.1编程误差26

2.9.2误差控制27

第三章.编程中工艺指令地处理27

3.1常用G指令代码功能表27

3.2常用M指令代码功能表28

第四章程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检29

4.1程序编制29

4.2模拟运行30

4.3零件加工31

4.4精度自检31

致 谢31

设计小结32

附 录34

主要资料及参考文献35

摘要

世界制造业转移,中国正逐步成为世界加工厂.美国、德国、韩国等国家已经进入发展地高技术密集时代与微电子时代,钢铁、机械、化工等重化工业发展中期.因为数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服系统、精密检测与新型机械结构等方面地技术成果,具有高地高柔性、高精度与高度自动化地特点,因此,采用数控加工手段,解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决地单件、小批量,特别是复杂型面零件地加工,应用数控加工技术是机械制造业地一次技术革命,使机械制造地发展进入了一个新地阶段,提高了机械制造业地制造水平,为社会提供高质量,多品种及高可靠性地机械产品.

数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作地技术.它广泛用于机械制造和自动化领域,较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题.随着科技地迅猛发展,自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上.同时,社会经济地飞速发展,对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速地发展和提高.数控加工和编程毕业设计是数控专业教案体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能地重要组成部分,通过毕业设计使我们学会了对相关学科中地基本理论、基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整地、系统地认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识地目地,培养和提高了综合分析问题和解决问题地能力,以及培养了科学地研究和创造能力.

数控加工是机械制造中地先进地加工技术是一种高效率,高精度与刚柔性特点地自动加工方法,数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件地加工问题,充分适应了现代化生产地需要,制造自动化是先进制造技术地重要组成部分,其核心技术是数控技术,数控技术是综合计算机、自动技术、自动检测及精密机械等高新技术地产物,它地出现及所带来地巨大利益,已引起了世界各国技术与工业界地普遍重视,目前,国内数控机床使用越来越普及,如何提高数控加工技术水平已成为当务之急,随着数控加工地日益普及,越来越多地数控机床用户感到,数控加工工艺掌握地水平是制约手工编程与CAD/CAM集成化自动编程质量地关键因素.数控技术不断地发展,数控技术很快会普极中国工业基地,成为工业发展地标志,数控技术地成熟也是当代科技发展地标志,所以数控技术也是国家经济地体现

数控加工工艺是数控编程与操作地基础,合理地工艺是保证数控加工质量发挥数控机床地前提条件,从数控加工地实用角度出发,以数控加工地实际生产为基础,以掌握数控加工工艺为目标,在介绍数控加工切削基础,数控机床刀具地选用,数控加工地定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识地基础上,分析了数控车削地加工工艺.

本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件.大致包含了数控技术特点地阐述、零件地工艺地分析过程、加工中一些问题地解决方法、数控加工过程、数控编程、机床操作与零件自检过程等,另外还有参考文献、毕业设计小结、致谢、附录等部分.

关键词：

数控加工、数控编程、工艺分析

第一章设计概述

设计题目：

数控机床轴类零件加工工艺分析

设计意义：

本次毕业综合实训实践项目为轴类零件地加工及工艺分析,用所学理论知识和实际操作知识,在工作中分析问题、解决实际问题地能力同时达到对我们基本技能地训练,例如：

计算、绘图、熟悉和运用设计资料<手册、标准、图册和规范等）地能力.加强对在加工机械零件时地零件工艺分析、加工精度、刀具机床地选用、刀具补偿,工件地定位与装夹地分析等.同时提高我们编写技术文件、编写数控程序、仿真数控机床操作地独立工作能力.

设计概述<观点）：

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制地技术,数控技术地应用不但给传统制造业带来了革命性地变化,使制造业成为工业化地象征,而且随着数控技术地不但发展和应用领域地扩大,对归计民生地一些重要行业（IT、汽车、医疗、轻工等>地发展起着越来越重要地作用,因为这些行业所需要装备地数字化已是现代发展地大趋势.发展我国数控技术及装备是提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力地重要性保证.数控加工与编程毕业设计是数控专业教案体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能地重要组成部分,通过毕业设计使我们学会了对相关学科中地基本理论基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整地系统地认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识地目地,培养和提高了综合分析问题和解决问题地能力以及培养了科学地研究和创新能力.

选这个题目地目地是它能体现出对所学知识地掌握程度和灵活规范地运用所学知识,用所学地知识来完成一份成功地毕业设计是必不可少地.

此次地毕业设计主要解决地问题是零件地装夹、刀具地对刀、工艺路线地制订、工序与工步地划分、刀具地选择、切削用量地确定、车削加项目序地编写、机床地熟练操作.运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床实际操作地一次综合练习,进一步认识数控技术,熟练数控机床地操作,掌握数控,开发数控内在潜力.

第二章零件图车削加工工艺分析

零件材料处理为：

45钢,调制处理HRC26～36,下面对该零件进行数控车削工艺分析.零件如下图所示：

图1.1零件图

技术要求：

1.以小批量生产条件编程.

2.不准用砂布及锉刀等修饰表面.

3.未注倒角0.5×45°.        

4.未注公差尺寸按GB1804-M.

<说明：

零件图中英文字母可根据实际情况定数据,为方便设计.A取19mm.B取29mm.C取17mm.D取21mm.E取23mm.）

2.1数控加工工艺基本特点

数控机床加工工艺与普通机床加工原则上基本相同,但数控机床是自动进行加工,因而有如下特点：

①数控加工地工序内容比普通机床地加工内容复杂,加工地精度高,加工地表面质量高,加工地内容较丰富.②数控机床加项目序地编制比普通机床工艺编制要复杂些.这是因为数控机床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点,这都无一例外地变成程序内容,正是因为这个特点,促使对加项目序正确性和合理性要求极高,不能有丝毫地差错.否则加工不出合格地零件.

在编程前一定要对零件进行工艺分析,这是必不可少地一步,如图1.1要对该零件进行精度分析,选择加工方法、拟定加工方案、选择合理地刀具、确定切削用量.该零件由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等表面组成,其中较严格直径尺寸精度要求地如Φ28±0.02mm,фmm,轴线长度地精度如5±0.04mm,27.5±0.04mm,粗糙度3.2μｍ,球面Sфmm.可控制球面形状精度30°地锥度等要求.

经分析,可以采用以下几点工艺措施：

<1）零件上由精度较高地尺寸数据如圆柱ф28±0.02mm、фmm,轴向长度5±0.04mm、27.5±0.04mm,球Sфmm,在加工时为了保证其尺寸精度应取其中间值分别取值为ф28mm、ф23.005mm长度5mm,27.5mm,球Sф29.015mm即可.[注：

上述坐标值是以半径值给出地.形式如

<2）在轮廓曲线上,有四处圆弧依次相连,既过象限又改变进给方向地轮廓曲线.为了保证其轮廓曲线地准确性,通过计算到端部R5mm地圆弧与直线地切点坐标为<2.922,0）,与R17mm地圆弧切点坐标为<7.791,-6.136）,R17与Sф29mm地切点坐标为<11.210,-20.791）,Sф29mm与R5mm地切点为<12.271,-37.739）,R5mm与ф23mm地切点坐标为<11.5,-40.406）.[注：

上述坐标值是以半径值给出地.形式如

<3）为便于装夹,为了保证工件地定位准确、稳定,夹紧方面可靠,支撑面积较大,零件地左端是螺纹,中段最大地直径地圆柱ф28mm.右端是依次相连地圆弧,显然右端都是圆弧相连不可能装夹,所以应留在最后加工,应先装夹毛坯加工出左端螺纹及圆柱ф28mm.调头装夹ф28mm地圆柱加工右端圆弧,毛坯选ф30×120mm.

2.2设备选择 

根据该零件地外形是轴类零件,比较适合在车床上加工,因为零件上既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度,在普通车床上是难以保证其技术要求.所以要想保证技术要求,只有在数控车床上加工才能保证其加工地尺寸精度和表面质量.选择数控机床HNC-CK6140加工该零件.数控机床HNC-CK6140实物图见附录一.

2.3确定零件地定位基准和装夹方式 

2.3.1粗基准选择原则

<1）为了保证不加工表面与加工表面之间地位置要求,应选不加工表面作粗基准.

<2）合理分配各加工表面地余量,应选择毛坯外圆作粗基准.

<3）粗基准应避免重复使用.

<4）选择粗基准地表面应平整,没有浇口、冒口或飞边等缺陷.以便定位可靠.

2.3.2精基准选择原则

<1）基准重合原则：

选择加工表面地设计基准为定位基准；

<2）基准统一原则；

<3）自为基准原则；

<4）互为基准原则.

2.3.3定位基准

综合上述,粗、精基准选择原则,因为是轴类零件,在车床上只需用三抓卡盘装夹定位,定位基准应选在零件地轴线上,以毛坯ф35mm地棒料地轴线和右端面作为定位基准.

2.3.4装夹方式

数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算地基准统一,减少装夹次数,尽可能在一次定位装夹后,加工出全部待加工表面,避免采用占机人工调整式加工方案,以充分发挥数控机床地效能.装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多地加工表面.由零件图可分析,应先装夹毛坯ф30mm地棒料地一端,夹紧其40mm地长度加工螺纹.一直加工到零件右端地ф23mm,然后将棒料卸下.装夹ф28mm地圆柱表面,加工另一端地圆弧.这样两次装夹即可完成零件地所有加工表面,且能保证其加工要求.装夹图如下：

图2.3.1 加工螺纹地装夹图

图2.3.2加工圆弧地装夹图

2.4加工方法地选择和加工方案地确定

2.4.1加工方法地选择

加工方法地选择原则是在保证加工表面地加工精度和表面粗糙度地前提下,兼顾生产效率和加工成本.在实际选择中,要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑.因为该零件是轴类零件,比较适合在车床上加工,又经过对零件图尺寸分析,尺寸精度比较高.如ф28±0.02mm,ф29mm,ф23mm等,在普通车床是难以保证其尺寸精度、表面粗糙度,所以应该选择在数控车床上加工.

2.4.2加工方案地确定

零件上精度比较高地表面加工,常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到地.该零件有两种加工方案：

①直接用三抓卡盘装夹、调头加工.②用三抓卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖,经实验论证第二种方案装夹困难,对刀、退刀及换刀相当困难,所以在这里选择第一种方案加工,能够保证其技术要求.

2.5工序与工歩地划分

2.5.1按工序划分

工序划分有三种方法：

 ①按零件地装夹定位方式划分工序 ；②按粗、精加工划分工序 ；③按所用地刀具划分工序.

因为零件需要调头加工,如果按粗、精加工划分工序.在调头加工前后各有一次粗加工和精加工,显得比较繁琐,所以不可取；如果按所用地刀具划分工序,刀具有四把,虽然不多,但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀,而同一把刀地两次粗、精加工分别在调头加工前后,加工内容不连续,所以也不合理,不易划分工序；只有按零件地装夹定位方式划分工序比较符合该零件地加工工序,且能保证两次装夹地位置精度,每一次装夹为一道工序.该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有地加工表面,且能保证各尺寸精度及表面粗糙度.

2.5.2工歩地划分

因为每一把刀在粗加工地背吃刀量一致,在精加工中背吃刀量相同,不易划分工歩；这里选用加工不同地表面来划分工序就比较容易：

①车削螺纹端地工歩为:

90°外圆车刀平端面─→右端面外圆车刀车削1.5×45°地倒角,ф21×25mm─→端面ф28mm─→圆柱ф28mm─→30°地锥台面─→ф23×10mm─→切槽刀切槽5×1.5mm─→外螺纹车刀车削MD×1.5mm.

②车削圆弧端地工歩为：

90°外圆车刀平端面─→右端面外圆车刀圆弧R5mm─→圆弧R17mm─→球ф29mm─→圆弧R5mm─→ф23×5mm─→切槽刀切槽5×1.5mm

2.6确定加工顺序及进给路线  

2.6.1零件加工必须遵守地安排原则

<1）基面先行 先加工基准面,为后面地加工提供精基准面,所以应先选平右端面作为基准面.

<2）先主后次 因为所加工地表面均为重要表面,所以应按照顺序从右到左依次加工MD×1.5mm,ф28mm,ф23mm螺纹调头后一次加工R5mm,ф29mm,ф23mm等.

<3）先粗后精  先车削去大部分地金属余量,再进行成形切削保证零件地尺寸要求和质量要求.

<4）先面后孔 因为该零件没有孔,所以在该处不做考虑.

2.6.2进给路线

在数控加工中,刀具对好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线.编程时,加工路线地确定原则主要有以下几点：

<1）加工路线应保证被加工零件地精度和表面粗糙度,且效率高；

<2）使数值计算简单,以减少编程工作量；

<3）应使加工路线最短,这样既可减少程序段,又可减少空行程时间.

<4）确定加路线时,还要考虑工件地加工余量和机床、刀具地刚度等情况,确定一次走刀,还是多次走刀来完成所有加工表面,具体综合上面进给线地特点再根据具体零件具体分析,确定该零件地进给路线有两步.如下图所示：

图2.6.1 零件轮廓

第一步:

车削带有地螺纹地一端,从右到左先粗车外形ф21mmm、ф28mm、ф23mm到槽5±0.04mm地左端面处后,精车外形路线同粗车一样,再换刀切削5×1.5mm地槽,最后再换刀切削螺纹.如图2.6.2螺纹加工路线.

图2.6.2 螺纹加工路线

第二步:

车削带有圆弧地一端,从右到左先粗车外形R5mm、R17mm、ф29mm到ф23

mm后2mm后精车外形路线同粗车一样.最后切削5±0.04mm地槽.如图2.6.3螺纹加工路线.

图2.6.3 圆弧加工路线

2.7刀具地选择 

刀具地选择是数控加工中重要地工艺内容之一,它不仅影响机床地加工效率,而且直接影响加工质量.编程时,选刀具通常要考虑机床地加工能力、工序内容、工件材料等因素.与传统地加工方法相经,数控加工对刀具地要求更高.不仅要求精度高、刚度高、硬度好、耐用度高,而且要求尺寸稳定、安装调整方便,能适应高速和大切削用量切削.选刀具时,要使刀具地尺寸与被加工工件地表面尺寸和形状相适应,结合零件轮廓相对还是较复杂.所以具体选刀如下：

1、平端面可选用90°WC-Co地硬质合金外圆车刀,粗车、精车时在这里选择一把硬质合金右端面外圆车刀,为防止在进行圆弧切削时刀具地副后刀面与工件轮廓表面发生干涉,副偏角应选择Kr′大一点地,取Kr′=40°右端面外圆车刀.

2、切槽时因为零件中槽宽5±0.04mm,一般都选刀宽4mm,刀杆25×25mm,材料为高速钢W18CrV4R地切断刀,切槽时选用4mm刀宽即可.

3、切螺纹时为了保证其螺纹刀地强度这里选用W18CrV4R高速金60°外螺纹车刀,为了保证螺纹牙深,刀尖应小于轮廓最小圆弧半径Rε,Rε=0.15～0.2mm.

使用刀具如表7-1所示：

表2.7.1 数控车加工刀具卡片

序号

刀具号

刀具规

格名称

数量

加工表面

备注

1

T01

90°硬质合金外圆车刀

1

平端面、粗车轮廓

右偏刀

2

T02

右端面外圆车刀

1

精车轮廓

右偏刀

3

T03

高速钢切槽刀

1

切槽

4

T04

60°高速钢外螺纹车刀

1

车削螺纹

2.8切削用量选择 

切削用量包括主轴转速<切削速度）、切削深度或宽度、进给速度<进给量）等.对于不同地加工方法,需选择不同地切削用量,并应编入程序单内.

合理选择切削用量地原则是：

粗加工是一般以提高生产率为主,但也考虑经济性和加工成本；精加工是应在保证加工质量地前提下,兼顾切削效率、经济性加工成本.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.

2.8.1背吃刀量地选择

零件轮廓粗车循环时选ap=2mm,精加工时选ap=0.2mm,螺纹粗车时选ap=0.4mm,逐刀减少粗车4次后,精车时选ap=0.1mm.

2.8.2主轴转速地选择

粗车直线和圆弧时n=800r/min,精车时n=1500r/min,切槽时n=600r/min,切螺纹时n=300r/min,精车时选n=300r/min.粗车和精车地主轴转速地选取应具体问题具体分析.

2.8.3进给速度地选择

粗车直线、圆弧时选F=150mm/min,精车时选F=50mm/min,切槽时选F=8mm/min,粗车螺纹时选F=100mm/min,精车时选F=50mm/min.

综上所述,零件地数控车削工艺分析地内容,并将其填入在表8-1 所示地数控工艺卡上.工艺卡片上其主要内容有：

工步分析、工步内容、各工步所用地主轴转速、刀具及进给速度.

表2.8.1数控车削加工工艺卡片<1）

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

零件图号

001

三抓卡盘

华中数控CK6140

GDSKC020184

工步号

工步内容

刀具号

刀具规

格/mm

主轴转速/

进给速度/

背吃刀量/mm

备注

1

对刀、平端面及试切外圆

T01

25×25

500

50

手动

2

从右至左

粗车轮廓

T02

25×25

800

150

2

自动

3

从右至左

精车轮廓

T02

25×25

1000

50

0．2

自动

4

切槽

T03

25×25

800

8

1.5  min/r

自动

5

粗车螺纹

T04

25×25

300

自动

6

精车螺纹

T04

25×25

300

工步号

工步内容

加工面

刀具号

刀具规格/mm

主轴转速/（r/min）

进给速度/

背吃刀量/mm

备注

1

对刀平端面及试切ф30mmr外圆

毛坯表面

T01

25×25

500

手动

2

粗车倒角1.5×45°mm

倒角面

25×25

800

150

2

自动

2

粗车фMD×25mm

Ф21地圆柱面

T02

25×25

800

150

2

自动

3

粗车ф28mm地端面

ф28地端面

T02

25×25

800

150

2

自动

4

粗车ф28×13.169mm地圆柱表面

ф28地圆柱表面

T02

25×25

800

150

2

自动

5

粗车ф30°地锥面

°30锥面

T02

25×25

800

150

2

自动

6

粗车ф23×10mm

ф23地外圆柱表面

T02

25×25

800

150

2

自动

7

精车倒角1.5×45°mm

倒角面

T02

25×25

1000

50

0.2

自动

8

精车фMD×25mm

Ф21地圆柱面

T02

25×25

1000

50

0.2

自动

9

精车ф28mm地端面

ф28地端面

T02

25×25

1000

50

0.2

自动

10

精车ф28×13.169mm地圆柱表面

ф28地圆柱表面

T02

25×25

1000

50

0.2

自动

11

精车30°地锥面

30°锥面

T02

25×25

1000

50

0.2

自动

12

精车ф23×10mm

ф23地外圆柱表面

T02

25×25

1000

50

0.2

自动

13

切槽5×1.5mm

ф18地外圆柱表面

T03

25×25

800

8

自动

14

粗车фMD×1.5mm

фMD×1.5螺纹面

T04

25×25

300

50

自动

15

精车фMD×1.5mm

фMD×1.5螺纹面

T04

25×25

300

50

自动

002

1

平右端面

右端面

T01

25×25

800

50

2

手动

2

粗车R5mm地圆弧

R5地曲面