数控机床轴类零件加工工艺分析学士学位论文.docx

1、数控机床轴类零件加工工艺分析学士学位论文苏州经贸学院毕业设 计任务书论 文 机电 系 数控技术 专业XXXXXXXXX班毕业设计题目数控机床轴类零件加工工艺分析论文专题题目 数控机床轴类零件加工工艺分析 发题日期：2013年11月15日设计、论文自2013年12月20日完成期限：至2013年月日答辩日期：2014年月日学 生 姓 名： 指 导 教 师： 系 主 任： 轴类零件数控车削工艺分析摘 要随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。效率、质量是先进制造技术的主题，高速、高精加工技术可极大地提高效率，

2、提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词 工艺分析 加工方案 进给路线 控制尺寸目录摘 要 2第一章 概述 41.1 数控技术的历史与发展 41.2数控技术的作用 51.3数控机床车削与轴

3、类零件加工 6第二章 轴类零件的数控车削工艺分析 72.1 数控加工工艺特点 72.2数控车削加工工艺的基本特点与内容 82.3数控车削加工工艺的主要内容 9第三章 实例分析 183.1 零件图（一） 183.1.1零件图分析 183.1.2确定加工方法 193.1.3 确定加工方案 193.1.4 切削用量的选择。 203.2 零件图（二） 213.2.1 零件图分析 213.2.2 确定加工方法 223.2.3 确定加工方案 223.2.4 切削用量的选择 23第四章 总结 24第五章 致谢 25第一章 概述1.1 数控技术的历史与发展数控技术是根据设计与工艺要求，用计算机对产品加工过程进

4、行数字化信息处理与控制，达到生产自动化、提高综合效益的一门技术。数控技术的起源可以追溯到20世纪50年代初，迄今已经历了半个世纪六个阶段的发展历史。1952年美国麻省理工学院为了解决复杂零件的自动化加工问题，研制出了世界上第一台给予电子管和继电器的机床数控装置，并成功用于三轴立式铣床的控制，它标志着世界上第一代数控系统电子管数控系统的诞生，因此拉开了数控技术发展的序幕。20世纪50年代末，一半导体器件晶体管为核心，通过固定布线方式所构成的第二代数控系统晶体管数控系统研制成功，取代了昂贵的、易损坏且难以推广的电子管控制装置。1965年出现了第三代数控系统集成电路数控系统，不但使数控系统的可靠性得

5、以有效提高，而且大幅度降低了生产成本。以上的三代数控系统都属于“硬连接”数控，系统的功能主要是由硬件实现，灵活性差，可靠性难以进一步提高。1970年诞生了第四代数控系统小型计算机数控系统，宣布了硬连接数控时代的结束，使得数控系统的许多功能可以通过软件来实现，由此开创了计算技术控新纪元。但是这种数控系统的成本很高所以发展缓慢，在实际应用中较少。直到1974年，以微处理器为核心的第五代数控系统微型计算机数控系统的出现，计算机数控才得到快速发展和广泛应用。因为这种微处理器可以使计算机部件高度集成，不但可靠性高、功能强，速度快，而且价格便宜，较好地满足了数控系统等工业控制系统的特殊要求。到了20世纪8

6、0年代，微处理器完成了从16位到32位的过度，通用化的个人计算机得到迅速发展，开始在全世界范围内普及应用，由此催生了第六代数控系统PC数控系统的诞生。PC数控系统避免了专用计算机数控系统的一些不足，使计算机数控技术的发展走上了更加坚实、宽广、快速的道路。1.2数控技术的作用由于世界制造业转移，中国正逐步成为世界加工厂。而美国、德国、英国等国家已经进入发展的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。随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加；同时随着航空、汽车、军事、海洋和轻工业等消费品生产的高速增长，复杂形

7、状的零件越来越多，精度要求也越来越高；此外，激励的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状的高效高质量加工要求。因此，将机械技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和成组技术有机结合在一起的，以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术，有效解决复杂、精密、小批量多变化零件的加工问题。数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。应用数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密件的自动化加工，易于在工厂或车

8、间实行计算机管理，还使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程连成一体，使零件的计算机辅助设计、计算机辅助工艺规划和计算机辅助制造的一体化成为现实。使机械加工的柔性自动化水平不断提高，是现代先进制造技术的基础和核心。1.3数控机床车削与轴类零件加工数控车削是数控加工中最为常用的加工方法之一。高精度、能作直线和圆弧插补等是数控车床最显著的特点。所以与普通车床相比，数控车床的工艺范围比较宽。针对这些特点，数控车床适于加工几种零件：精度要求高的回转体零件、表

9、面形状复杂或难于控制尺寸的回转体零件、带有特殊螺纹的回转体零件。轴类零件在机械行业中扮演着极其重要的角色。任何的中大型机器都不可避免的要用到轴类零件，因此轴类零件的加工在数控加工中一直是一个主题。第二章 轴类零件的数控车削工艺分析在对轴类前进行数控加工前，轴类零件的工艺分析是必不可少的准备工作。无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的工件进行工艺分析，拟定工艺路线、设计加工工序。因此合理的工艺设计方案是编制加工程序的依据，工艺设计做不好是数控加工出错的主要原因之一，还会造成工作反复，工作量成倍增加的后果。编程人员必须首先搞好弓箭的加工工艺设计，再考虑编程。2.1 数控加工工艺特点 数

10、控加工工艺问题与普通加工工艺基本相同，在设计零件的数控加工工艺时，首先要遵循普通加工工艺的基本原则与方法，同时还需考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。数控加工的基本特点如下：（1）内容明确具体。数控加工工艺与普通加工工艺相比，在工艺文件的内容和格式上都有较大区别，如在加工部位、加工顺序、刀具配置与使用顺序、刀具轨迹和切削参数等方面都要比普通机床加工工艺内容更详细。数控加工工艺必须详细到吗每一次的走刀路线和每个操作细节，即普通加工工艺通常留给操作者完成的工艺与操作内容（如工步的安排、刀具几何形状及安装位置等），都必须由编程人员在编程时给予预先确定，也就是说，在普通机床加工时本来由操作人员在加工

11、中灵活掌握并通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时必须由编程人员事先具体设计和明确安排。 （2）工艺工作要求准确严密。数控机床虽然自动化程度高，但自适应差，它不能像普通加工时那样可以根据加工过程中出现的问题自由的进行人为的调整。例如，在数控机床上加工内螺纹时，它并不知道孔中是否挤满了切削，何时需要退一次刀，待清除切削后再进行加工。所以，在数控的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节，尤其是对图形进行数字处理、计算和编程时一定要力求准确。（3）采用多坐标联动自动控制加工复杂表面。对于一般简单表面的加工方法，数控加工与普通无太大的区别。但是对于一些复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数

12、控加工与普通加工有着与根本不同的加工方法。数控加工采用多坐标联动自动控制加工方法，其中加工质量与生产效率是普通加工无法比拟的。（4）采用先进的工艺装备。为了满足数控中高质量、高效率和高柔性，数控加工中采用先进的数控刀具和组合夹具等工艺装备。（5）采用工序集中。由于现代数控机床具有刚度大、精度高、刀库容量大、切削参数范围广及多坐标、多工位等特点。因此，在工件的一次装夹中可以完成多个表面的多种加工，甚至可以在工作台上装夹几个相同和相似的工件同时进行加工，从而缩短加工工艺路线和生产周期，减少加工设备、工装和工件的运输工作量。2.2数控车削加工工艺的基本特点与内容在普通机床上，工艺规程实际只是一个工艺

13、过程卡，车床的切削用量、走刀路线、工序的工步等往往由工作人自行选定。而在数控车床上，加工的全过程都是按照号指令自动进行的。因此，数控车床加工程序不仅包括一个零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、走到路线、刀具尺寸和车床的运动过程。所以，编程人员必须被要求对数控车床的性能、特点、运动方式、刀具协调、切削规范以及工件的装夹方法都要熟悉。一个工件的工艺方案的好坏是一个零件加工质量和车床效率发挥的关键性因数。2.3数控车削加工工艺的主要内容1) 选择适于数控车床加工的零件，确定工序内容。对于一个零件来说，并不是它的任何工序都可以在车床上加工出来的，有一些工序要在其他的机床上才能完成。这样我们就要注意零

14、件的工序，不要把这个零件的所有工序都确定在数控车床上，而是要认准机床确定加工工序。2) 对零件图进行分析，明确加工内容及技术要求。在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。对于数控车削加工应考虑以下几方面：1构成零件轮廓的几何条件在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意：（1）零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成；（2）零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；（3）零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。（4）零件图上尺寸标注方法应适应数控车

15、床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。2尺寸精度要求分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。3形状和位置精度的要求零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。4表面粗糙度要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要

16、要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。5材料与热处理要求零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切削用量的依据。3) 确定零件的加工方案，策划加工工艺路线。零件的加工工艺路线是数控车床加工的重要内容，其中包括加工方法的选择、加工阶段的划分、工序的划分和加工顺序的安排等。我们应根据具体情况，设计出多种方案，然后进行对比分析，选择出经济、合理的车削工艺方案。（一） 加工方法的选择在数控车床上，可以完成内外回转体表面的车削、钻孔、镗孔、铰孔和攻螺纹等加工操作。回转体是由平面、曲面螺纹及内外圆柱面等组成。任何一种表面都可以有多种不同的加工方法，在实际加工前应根据

17、零件的精度要求（如尺寸精度、位置精度及表面粗糙度等）、车间的实际工艺条件来选择加工方案。一） 工序的划分用数控车床加工零件，一般工序是比较集中的，一次装夹应尽可能完成全部工序。二） 加工顺序的安排零件的车削加工顺序的安排应遵循的原则(一) 先粗后精。车削加工时应按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高零件的加工精度。先粗车将工件表面的大部分加工余量去除，这样既可以提高金属切除率，又可以满足精车均匀性要求。假若粗车所留余量的均匀性不能满足精加工要求时，还要安排半精车，以便使精加工的余量小且均匀。精车时，刀具沿零件的轮廓应一次走刀完成，以便保证零件的加工精度。(二) 先近后远。这里先近后远的意思是按

18、加工部位相对于换刀点的距离大小而言的。通常粗加工时，先加工离换刀点近的部位，后加工离换刀点远的部位，以便缩短刀具移动距离，减少空行程缩短加工时间。并且对于车削而言，先近后远还可以更好的保持毛培件或半成品的刚性，改善切削条件。(三) 内外交叉。对既有内表面（内型、内腔），又有外表面的零件，安排加工顺序时，应粗车内外表面，然后精加工内外表面。在加工内外表面时，同常先精加工内腔，然后加工外表面。(四)进给路线的确定（1）最短空行程路线。如下图所示为采用矩形循环式进行 的一般示例。其对刀点A的设定是考虑到精车加工过程中需要方便换刀，所以在哪离胚件较远的位置处，同时将起刀点与对刀点重合，按3刀粗车的进给

19、路线安排： 第一刀为A-B-C-D-A; 第二刀为A-E-F-G-A; 第三刀为A-H-I-J-A;如图b所示则是将起刀点与对刀点分离，并设于图标点B位置，仍按相同的切削量进行3刀粗车，其进给路线安排如下： 起刀点与对刀点分离的的空行程为A-B； 显然，上图所示的进给路线短。该方法也可用于其他循环的切削加工。有的时候为了换刀的方便与安全，会将换刀点设置在离毛培较远的位置，那么，当换第二把刀时，进行精车时的空行程肯定会比较长；如果将第二把刀的换刀点设置在上图b中的B点上，则可缩短空行程即减少零件的加工时间，提高效率。（2）最短的切削进给路线。如果能使切削路线变短，那么则可以有效提高生产效率，降低

20、刀具损耗，减少经济损失。如下图所示为粗车图时的几种不同的切削进给路线的安排示意图。其中(a)图表示数控系统具有封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓进行走道的路线；（b）图为“三角形”走刀路线；图（c）为“矩形”走刀路线。 对以上三种切削进给路线，经过分析和判断后，可知矩形 循环进给路线的走刀总和最短，即在同等条件下，其切削所需时间（不 含空行程）最短，刀具损耗小。另外，矩形循环加工路线的程序格式较简单，所以在制定进给路线是，最好采用“矩形”走刀路线。4）对零件的切削用量进行选择计算1切削用量的选择原则数控编程时，编程职员必须确定每道工序的切削用量，包括主轴转速、背吃刀量、进给速度等，并以数控

21、系统规定的格式输进到程序中。切削用量对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。公道的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。这在实际中也很难把握，要有丰富的实践经验才能够确定合适的切削用量。在数控编程时只能凭借编程者的经验和刀具的切削用量推荐值初步确定，而终极的切削用量将根据零件数控程序的调试结果和实际加工情况来确定。切削用量的选择原则是：粗加工时以进步生产率为主，同时兼顾经济性和加工本钱的考虑；半精加工和精加工时，应同时兼顾切削效率和加工本钱的条件下，保证零件的加工质量。值得留意的是，切削用量（主轴转速、切削深度及进给量）是一个有机的整体，只有三者相互适应，达到最公道的匹配值

22、，才能获得最佳的切削用量。确定切削用量时应根据加工性质、加工要求，工件材料及刀具的尺寸和材料性能等方面的具体要求，通过查阅切削手册并结合经验加以确定，确定切削用量时除了遵循一般的原则和方法外，还应考虑以下因素的影响：（1）刀具差异的影响不同的刀具厂家生产的刀具质量差异很大，所以切削用量需根据实际用刀具和现场经验加以修正。（2）机床特性的影响切削性能受数控机床的功率和机床的刚性限制，必须在机床说明书规定的范围内选择。避免因机床功率不够发生闷车现象，或刚性不足产生大的机床振动现象，影响零件的加工质量、精度和表面粗糙度。（3）数控机床生产率的影响数控机床的工时用度较高，相对而言，刀具的损耗本钱所占的

23、比重较低，应尽量采用高的切削用量，通过适当降低刀具寿命来进步数控机床的生产率。2切削用量的选择（1）确定背吃刀量ap（mm）背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度答应的情况下，为保证以最少的进给次数往除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以进步生产效率。在数控加工中，为保证零件必要的加工精度和表面粗糙度，建议留少量的余量（0.20.5mm），在最后的精加工中沿轮廓走一刀。粗加工时，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工艺系统刚性答应的条件下，应以最少的次数完成粗加工。留给精加工的余量应大于零件的变形量和确保零

24、件表面完整性。（2）确定主轴转速n（r/min）主轴转速n主要根据刀具答应的切削速度VC（m/min）确定：其中：VC切削速度。d零件或刀具的直径（mm）。切削速度VC与刀具耐用度关系比较密切，随着VC的加大，刀具耐用度将急剧下降，故VC的选择主要取决于刀具耐用度。主轴转速n确定后，必须按照数控机床控制系统所规定的格式写进数控程序中。在实际操纵中，操纵者可以根据实际加工情况，通过适当调整数控机床控制面板上的主轴转速倍率开关，来控制主轴转速的大小，以确定最佳的主轴转速。（3）进给量或进给速度F（mm/r，mm/min）的选择进给速度F是切削时单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm

25、/r或mm/min。进给量或进给速度在数控机床上使用进给功能字F表示的，F是数控机床切削用量中的一个重要参数，主要依据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料来确定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要求越低时，选择的进给量数值就越小。实际中，应综合考虑机床、刀具、夹具和被加工零件精度、材料的机械性能、曲率变化、结构刚性、工艺系统的刚性及断屑情况，选择合适的进给速度。进给率数是一个特殊的进给量表示方法，即进给率的时间倒数FRN（FeedRateNumber的缩写），对于直线插补的进给率数为：式中F进给量（m/min）。L程序段的加工长度，是刀具沿工件所走的有效间隔（mm）。程

26、序段中编进了进给率数FRN，实际上就规定了执行该程序段的时间T，它们之间的关系是：程序编制时选定进给量F后，刀具中心的运动速度就一定了。在直线切削时，切削点（刀具与加工表面的切点）的运动速度就是程序编制时给定的进给量。但是在做圆弧切削时，切削点实际进给量并不即是程序编制时选定的刀具中心的进给量。采用FRN编程，在做直线切削时，由于刀具中心运动的间隔与程序中直线加工的长度经常是不同的，故实际的进给量与程序编制预定的FRN所对应的值也不同。在做圆弧切削时，刀具的进给角速度是固定的，所以切削点的进给量与编程预定的FRN所对应的值是一致的。由此可知，当一种数控装置既可以用F编制程序，也可以用FRN编制

27、程序时，做直线切削适宜采用进给量F编制程序，做圆弧切削时宜采用FRN编制程序。在轮廓加工中选择进给量F时，应留意在轮廓拐角处的“超程”题目，特别是在拐角较大而且进给量也较大时，应用在接近拐角处适当降低速度，而在拐角过后再逐渐提速的方法来保证加工精度。数控编程时，编程职员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写进程序中。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。为了获得最高的生产率和单位时间的最高切除率，在保证零件加工质量和刀具耐用度条件下，应公道地确定切削参数。第三章 实例分析3.1 零件图（一）3.1.1零件图分析零件由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆

28、圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求。尺寸标注完整，选用毛坯为45钢，无其他技术要求。3.1.2确定加工方法加工方法的选择原则是要保证零件尺寸的精度要求，在这种情况下有许多的方法，所以在实际选择时，要根据零件的尺寸、形状、形位公差，实际工作条件等情况全方位考虑。图上几个精度较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时有取平均值，而取其基本尺寸。通过以上数据分析，选用车床加工。3.1.3 确定加工方案 1）选择毛柸为直径60的棒料。为了便于加工与装夹，毛柸件应预先粗车夹持，右端面也应粗车并钻好中心孔，方便加工。2）确定装夹方案。把毛坯件的中心轴线和左端面作为定位基准

29、。左端用三爪卡盘夹紧，右端采用活动顶尖支撑的装夹方式。3）确定加工顺序及进给路线。加工顺序按由粗到精、由近到远的原则确定。即先从右往左进行粗加工，留精车余量0.25mm，再从右往左进行精车，最后车螺纹。4）选择刀具。钻中心孔用直径为5的刀具，粗车及车削端面则选用90的硬着合金右偏刀，副偏角则不能太小，以免副后刀与工件轮廓干涉，所以一般取35。5）为了减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹时应选用硬质合金60外螺纹车刀，刀尖圆半径要小于轮廓最小圆角半径，可取半径为0.17mm。见下表3.1.4 切削用量的选择。 1）背吃刀量的选择。轮廓粗车循环时选3mm，精车时选0.25mm；粗车螺纹时选0.4m

30、m并逐刀减少，精车选0.1mm。 2）主轴旋转速度的选择。当车直线和圆弧时，更具手册选取粗车切削速度为90m/min,精车时的切削速度为120m/min，然后利用公式可算出主轴转速即粗车500r/min、精车1200r/min。车螺纹时，主轴转速为320r/min。 3）进给速度选择。粗车时每转进给量为0.4mm/r，精车时每转进给量为0.15mm/r；粗车进给速度为200mm，精车进给速度为180mm/min.根据上述数据，制数控加工工艺卡片3.2 零件图（二）3.2.1 零件图分析此零件表面是由圆柱、顺圆弧、圆锥等表面组成，；尺寸标注完整，轮廓清楚，零件材料为45钢，没有热处理与硬度要求。

31、3.2.2 确定加工方法 加工方法的选择原则是要保证零件尺寸的精度要求，在这种情况下有许多的方法，所以在实际选择时，要根据零件的尺寸、形状、形位公差，实际工作条件等情况全方位考虑。 对于图上几个精度不高的尺寸，取其基本尺寸即可，通过以上所得数据，此零件使用车床加工。3.2.3 确定加工方案1）选择毛柸为直径85mm的棒料。为了便于加工与装夹，毛柸件左端应预先车出夹持夹出部分，右端面也应粗车并钻好中心孔，方便加工。2）确定装夹方案。把毛坯件的中心轴线和左端面作为定位基准。左端用三爪卡盘夹紧，右端采用回转顶尖支撑的装夹方式。3）确定加工顺序及进给路线。加工顺序按由粗到精、由近到远的原则确定。即先从右往左进行粗加工，留精车余量0.25mm，再从右往左进行精车，最后车螺纹。4）选择刀具。钻中心孔用直径为5的刀具，粗车及车削端面则选用90的硬着合金右偏刀，副偏角则不能太小，以免副后刀与工件轮廓干涉，所以一般取35。5）为了减少刀具数量和换刀次