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毕业设计机电一体化

池州职业技术学院

毕业论文

题目：

单端加工外成形面零件

院部：

机电系专业：

机电一体化技术

指导教师：

王立中

班级：

10机电四班姓名：

沙昌昌

2013年06月

摘要

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不但发展和应用领域的扩大他对归计民生的一些重要行业（IT、汽车、医疗、轻工等）的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需要装备的数字化已是现代发展的大趋势.在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下,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的重要性保证.数控加工与编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的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的系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。

此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。

主要困难的是两次装夹中的水平Z向长度难以保证、切削用量的参数设定、对刀的精度、工艺路线的制订。

关键词：

机电一体化数控技术螺纹毕业设计

目录

第1章前言4

第2章工艺方案分析5

2.1零件图5

2.2零件图分析5

第3章工件的装夹5

3.1定位基准的选择5

3.2　定位基准选择的原则6

3.3　确定零件的定位基准6

3.4　装夹方式的选择6

3.5　数控车床常用的装夹方式7

3.6确定合理的装夹方式7

第4章刀具及切削用量8

4.1选择数控刀具的原则8

4.2选择数控车削用刀具8

4.3设置刀点和换刀点9

4.4确定切削用量10

4.5选择刀具和切削用量11

4.6加工坐标设置11

4.7相关计算12

第5章结束语15

第6章致谢词15

第一章前言

在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。

让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。

数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。

以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线，常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。

对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。

本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。

在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。

最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。

第2章工艺方案分析

2.1零件图

2.2工艺分析

1、用三爪自定心卡盘夹持左端，棒料伸出卡爪85mm。

2、应用G71复合循环切削指令编程。

3、确定加工路线从右到左开始加工，单件手动平右端面并进行对刀。

粗车Φ28外圆→Φ22外圆（包括R3圆弧）→Φ16螺纹外圆（包括R3圆弧）→粗车Φ28外圆→Φ22外圆（包括R3圆弧）→Φ16螺纹外圆（包括R3圆弧）→切槽4×1.5→车螺纹。

第3章工件的装夹

3.1定位基准的选择

在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。

定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。

合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。

3.2　定位基准选择的原则

1）基准重合原则。

为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。

2）便于装夹的原则。

所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。

3）便于对刀的原则。

批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。

3.3　确定零件的定位基准

以左右端大端面为定位基准。

3.4　装夹方式的选择

为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。

合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。

3.5　数控车床常用的装夹方式

1）在三爪自定心卡盘上装夹。

三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。

该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。

2）在两顶尖之间装夹。

对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。

该装夹方式适用于多序加工或精加工。

3）用卡盘和顶尖装夹。

当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。

这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。

4）用心轴装夹。

当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。

这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。

3.6确定合理的装夹方式

装夹方法：

先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求Φ30；再工件调头，用三爪自定心卡盘毛坯右端Φ30，再加工左端达到工件精度要求。

第4章刀具及切削用量

4.1选择数控刀具的原则

刀具寿命与切削用量有密切关系。

在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。

一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。

选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。

复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。

对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。

对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。

车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。

大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。

与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。

数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。

4.2选择数控车削用刀具

数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。

成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。

数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。

在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。

尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。

这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。

尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。

二是圆弧形车刀。

圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。

该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。

圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。

选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

4.3设置刀点和换刀点

刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?

所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。

此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。

在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。

对刀点设置原则是:

便于数值处理和简化程序编制。

易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。

对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。

实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。

所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。

平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点。

球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。

用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。

而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。

加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。

所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。

4.4确定切削用量

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。

切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。

对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。

切削用量的选择原则是:

保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

4.5选择刀具和切削用量

表1——1

工步

工步内容

刀具号

刀具规格

主轴转速

（r/min）

进给速度

（mm/r）

背吃刀量

（mm）

1

端面刀

T04

机夹45度正偏刀

800

手控

手控

2

粗、精车外圆

T01

机夹90度正偏刀

800/1800

0.5/0.2

0.6/0.3

3

切槽刀

T02

刀宽为4mm

700

0.05

4

4

螺纹刀

T03

机夹刀尖60度

800

0.7/0.5/

0.3/0.12

4.6加工坐标系设置

（1）建立工件坐标系

（2）试切法对刀

在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。

在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。

将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。

当取工件右端面O为工件原点时，对刀输入为Z0，如图3-4（a）用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4（b）根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。

其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。

图3-4（a）Z轴方向对刀

4.7、相关计算

（1）车削螺纹外圆外径为d=公称直径-0.13p=16-0.13×1.5=15.8mm

（2）螺纹底径应车削到的尺寸为d=公称直径-1.08p=16-1.08×1.5=14.38mm

（3）加工程序

O0081程序名

N10G28U0W0T0100;返回参考点，取消刀具补偿

N20G50S2000;设定主轴最高转速限制为

2000r/min以内

N30M03S400;主轴启动正转400r/min

N40T0101M08;调用1号外圆刀，建立坐标

系、切削液开

N50G00X40.0Z2.0;快速进刀到轮廓循环点

N60G71U1.2R0.8；设定复合循环粗车量、退刀

量

N70G71P80Q150U0.8W0.1设定复合循环的粗加工、

F0.5S800余量、进给量、转速

N80G00G42X10.0;加右刀补、进入精车起点

N90G01X15.8Z-1.5F0.2S1800;精加工倒角1.5×45度精车

进给率、转速

N100Z-40.0;精加工Φ15.8外圆

N110X16.0;到Φ16外圆

N120G02X22.0W-0.3R3.0;精加工R3.0圆弧

N130G01Z-57.0;精加工Φ22外圆

N140G03X28.0W-0.3R3.0;精加工R3.0圆弧

N150Z-78.0;精加工Φ28外圆

N160G70P80Q150;精加工程序段

N170G28U0W0T0100;粗、精车结束、返回参考点、

取消1号刀补

N180T0202;换2号槽刀建立2号刀补

N190S700;主轴正转700r/min

N200G00X20.0;X轴到切槽外圆位置

N210Z-40.0;Z轴到切槽起点

N220G01X17.0F0.05;切槽至Φ17

N230G04P2000;暂停2000ms

N240G00X200.0;X轴返回换刀

N250Z100.0Z轴返回换刀

N260T0303S800;换3号螺纹刀建立3号刀补，

主轴转速800r/min

N270G00X20.0Z2.0;到螺纹起点

N280G92X15.1Z-37.0F1.5;切螺纹第一刀切深0.7mm

N290X14.7;第二刀切深0.5mm

N300X14.5第三刀切深0.3mm

N310X14.38;第四刀切深0.12mm

N310G00X200.0Z100.0;返回换刀点

N320M02主程序结束

第5章结束语

在数控车削加工中经常遇到的轴类零件,本设计论文中采用含螺纹零件进行编程设计,在螺纹车削编程中要注意,数控车床主轴上必须安装有脉冲编码器测定主轴实际转速,从而实现主轴转一转刀具进给一个螺纹导程的同步运动,从螺纹粗车到精车,主轴的转速必须保持不变.该特殊轴零件结构，有螺纹、倒角、圆弧、槽等。

该编程应用G71复合循环切削、螺纹车削采用螺纹加工循环指令G92,用该指令编程可以不用写那么多步程序，省去了很多编程时间。

数控加工的基本编程方法是用点定位指令编写接近或离开工件等空行程轨迹，要用插补指令编写工件轮廓的切削进给轨迹。

几个星期以来，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在做这次毕业设计过程中使我学到很多，我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做，才会使自己更快的成长。

我相信，通过这次的实践，我对数控的加工能进一步了解，并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。

第6章致谢词

为期近两个月的论文写作即将画上一个圆满的句号，在论文写作的过程中，从论文的选题到确定思路，从资料的搜集、提纲的拟定到内容的写作与修改，继而诸多观点的梳理，都得益于我的导师——王老师的悉心指导和匠心点拨。

论文的点评中总是闪烁着智慧的火花，与他的每次交谈我都能从中获益。

他渊博的学识，敏锐的学术洞察力，严谨的治学态度，一丝不苟的负责精神，以及对学生孜孜不倦的教诲都给予了我极其深刻的印象，让我受益匪浅。

在此，谨向王老师表示我最衷心地感谢和最诚挚的敬意。

同时，也向所有帮助过我的老师表示感谢，感谢你们对我的谆谆教诲、耐心指导和无私的帮助。

感谢我的同学和朋友们，感谢你们在我论文写作过程中给予我的鼓励、关心和无私的帮助。