数控轴类零件车削毕业设计正文完结版.docx

1、数控轴类零件车削毕业设计正文完结版轴套类零件车削及加工工艺宋星星【摘要】 数控加工是机械行业一门新的专业，数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。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。随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控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，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。本篇设计是对轴、套类零件的工艺设计，其中包括加工方法的选择，加工顺序的安排，毛坯的选择，刀具的类型及选用，切削用量的选择，数控加工中数值计算等。在零件的加工过程中要

2、注意切削用量的选择正确，加工顺序的安排等，有关工步工序的计算相对较复杂。本设计从数控加工前应做的准备开始到数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制等内容以及数控加工时应注意的问题做了一一的说明。【关键词】：数控机床 工艺设计 程序编制 1概述1.1 国内外数控发展概况1.1.1数控机床的产生社会需求是推动生产力发展最有力的因素。二十世纪四十年代，由于航空航天技术的飞速发展，对飞行器的加工提出了更高的要求，这些零件大多形状非常复杂，材料多为难加工的合金。用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率。为了解决零件复杂形状表面的加工问题，19

3、52年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六个时代：1）数控（NC）阶段（1952年1970年）早期的计算机运算速度低，不能适应机床实时控制的要求，人们只好用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，这就是硬件连接数控，简称数控（NC）。随着电子元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代电子管数控机床，1959年的第二代晶体管数控机床，1965年的第三代集成电路数控机。2）计算机数控（CNC）阶段（1970年现在）1970年，通用小型计算机已出

4、现并投入成批生产，人们将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入计算机数控阶段。这个阶段也经历了三代，即1970年的第四代小型计算机数控机床，1974年的第五代微型计算机数控系统，1990年的第六代基于PC的数控机床。随着微电子技术和计算机技术的不断发展，数控技术也随之不断更新，发展非常迅速，几乎每5年更新换代一次，其在制造领域的加工优势逐渐体现出来。1.1.2 数控机床的发展趋势数控机床的出现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发展和应用领域的扩大，它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，因为这些行业所需

5、装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前世界上数控机床的发展呈现如下趋势：(1）高速度、高精度化速度和精度是数控机床的两个重要技术指标，它直接关系到加工效率和产品质量。对于数控机床，高速度化首先是要求计算机数控系统在读入加工指令数据后，能高速度处理并计算出伺服电机的位移量，并要求伺服电机高速度地做出反应。此外，要实现生产系统的高速度化，还必须谋求主轴转速、进给率、刀具交换、托盘交换等各种关键部件也要实现高速度化。提高数控机床的加工精度，一般是通过减少数控系统的误差和采用补偿技术来达到。在减少数控系统误差方面，一般采取三种方法：提高数控系统的分辨率、以微小程序段实现连续进给；提高位置检测精度；位置

6、伺服系统采用前馈控制与非线性控制。在采用补偿技术方面，除采用间隙补偿、丝杠螺距补偿和刀具补偿等技术外，还采用了热变形补偿技术。(2）多功能化一机多能的数控机床，可以最大限度地提高设备的利用率。为了提高效率，新型数控机床在控制系统和机床结构上也有所改革。例如，采取多系统混合控制方式，用不同的切削方式（车、钻、铣、攻螺纹等）同时加工零件的不同部位等。目前，国产数控系统控制轴数多达16轴，同时联动的轴数已达到9轴。(3）智能化数控机床应用高技术的重要目标是智能化。智能化技术主要体现在以下几个方面： 引进自适应控制技术自适应控制技术是要求在随机的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性

7、，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。附加人机会话自动编程功能建立切削用量专家系统和示教系统，从而达到提高编程效率和降低对编程人员技术水平的要求。具有设备故障自诊断功能数控系统出了故障，控制系统能够进行自诊断，并自动采取排除故障的措施，以适应长时间无人操作环境的要求。（4）小型化蓬勃发展的机电一体化设备，对数控系统提出了小型化的要求，体积小型化便于将机、电装置揉合为一体。日本新开发的FS16和FS18都采用了三维安装方法，使电子元器件得以高密度地安装，大大地缩小了系统的占有空间。（5）高可靠性数控系统比较贵重，用户期望发挥投资效益，因此要求设备具有高可靠性。特别

8、是对在长时间无人操作环境下运行的数控系统，可靠性成为人们最为关注的问题。由于采取了各种有效的可靠性措施，现代数控机床的平均无故障时间（MTBF）可达到1000036000h。2工艺方案分析2.1零件图图一图二2.2零件图分析该零件表面由圆柱、逆圆弧、椭圆、槽、内孔、等表面组成的配合工件（如下图），尺寸标注完整，选用毛坯为45号钢，55mm168mm，无热处理和硬度要求。在数控车削加工中，零件属于非圆曲面和外圆配合的零件加工。零件的轮廓较复杂，为了保证互相配合，必须有严格的尺寸要求，所以加工难度大，而且零件的轨迹精度和精工精度要求高。零件总体结构主要包括圆柱面、圆弧面、沟槽、内外配合圆柱面、内外

9、配合椭圆面等。在数控车削加工中，零件1重要的径向加工部位有两处mm，圆柱段（表面粗糙度为Ra=1.6m）、左端mm圆柱段（面上连续两个mm沟槽，两处底槽直径为mm）、R10mm与R20mm的圆弧面相切部分、内椭圆曲面（表面粗糙度Ra=1.6m）、内孔（表面粗糙度为Ra=1.6m），其余表面粗糙度均为Ra=3.2m。零件2重要的径向加工部位有mm圆柱段（表面粗糙度为Ra=3.2m）、mm圆柱段（表面粗糙度为Ra=1.6m）、mm圆柱段（表面粗糙度为Ra=1.6m）、mm圆柱段（表面粗糙度Ra=1.6m），其余表面粗糙度均为Ra=3.2m。零件重要的轴向加工部位为R10mm的凹圆弧面、内椭圆曲面和

10、mm内孔部分，零件的其他轴向加工部位也应根据尺寸精度进行加工。 零件材料为#45钢，毛坯规格为55168mm，无热处理硬度要求。2.3加工方案（1）装夹方案 使用三爪自定心卡盘加持零件的毛坯外圆，零件1的外轮廓在一次装夹中完成，应确定零件伸出适合的长度（应将零件切断的长度及机床的限位距离考虑进去），卡盘的限位安全距离5mm；零件2的加工需调头，加工时左右两端互为基准。 （2）定位基准 零件轴向的定位基准选择在毛坯的外圆表面，以体现定位基准是轴的中心线。 （3）位置点 1）换刀点。零件原点设在零件的右端面，为防止换刀时刀具与零件或尾座相碰，换刀点可以设置在（X100，Z100）的位置。 2）起刀

11、点。零件材料的毛坯尺寸为55168mm，为了减少循环加工的次数，循环的起刀点可以设置在（X55，Z2）的位置。2.4确定加工工艺路线（1）先加工零件1 1）加紧零件毛坯，伸出卡盘90mm，加工零件。 2）钻孔20mm，深度约为55mm。 3）粗、精加工左端内轮廓至要求尺寸。 4）粗车零件的左端外轮廓。 5）精车零件的左端外轮廓，利用外径千分尺保证尺寸精度要求。 6）切工艺槽2mm至尺寸要求。 7）检测、校核。（2）再加工零件2 1）加紧零件毛坯，伸出卡盘38mm，加工零件左端。 2）粗车零件左端外轮廓至53mm31mm处。 3）精车零件左端外轮廓，利用外径千分尺保证尺寸精度要求。 4）调头装夹

12、，使用铜皮加紧53的外圆，校正，加工右端。 5）粗车零件右端外轮廓。 6）精车零件右端外轮廓，与零件1配做，保证配合精度要求。 7）检测、校核。2.5制定加工工艺卡片（1）刀具卡（见表1）（2）工序卡（见表2）2.6数值处理 1）设定编程原点，以右端面与主轴的交点为编程原点建立工件坐标系。 2）计算各基点位置坐标值，零件尺寸如图所示。R10mm与R20mm圆弧交点坐标的计算： 画辅助线如图所示。图中两个三角形为相似三角形，运用相似三角形对应边成比例求未知边。有AD/AB=AE/AC与20mm圆弧的交点坐标（X37，Z-44.93）。椭圆计算公式：长度变量公式为：x/a+z/b=1式中a椭圆的长

13、半轴； b椭圆的短半轴。3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，正确的选择工件的定位的基准有着十分中的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。合理的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，尽量使用工序基准，定位基准、编程原点三者统一。2）便于装夹的原则。所选的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位夹紧简单、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

14、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至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，需将工件压紧压牢。合理的选择加紧方式十分重要，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

15、尖。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端用卡盘夹住，另一端用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准，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，轴向定位基准。3.6确定合理的装夹方式装夹方法：先用三爪自定心卡盘夹住右端，加工左端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘夹住工件右端，在加工到工件精度要求。4刀具和切削用量的选择4.1数控机床对刀具的要求为了保证数控机床的加工精度，提高生产率及降低刀具的消耗，在选用

16、刀具时对刀具提出了很高的要求，如能可靠的断屑，有高的耐用度，可快速调整和更换等。4.2 数控刀具材料的选择机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。由于重型切削的特点(切削深度大，余量不均，表面有硬化层)，刀具在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。由于切削温度高，尽管切削速度处于积屑瘤发生区，但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态，减小了摩擦力，抑制了积屑瘤的生成，所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击，刀具涂层后硬度可达80HRC，具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力

17、及切削温度，可以大大提高刀具耐用度(涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍)等优点，但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片，故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。只有硬质合金刀具适合于重型切削的粗加工。硬质合金分为钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和碳化钨类(YW)。加工钢料时，由于金属塑性变形大，摩擦剧烈，切削温度高，YG类硬质合金虽然强度和韧性较好，但高温硬度和高温韧性较差，因此在重型切削中很少应用。与之相比，YT类硬质合金刀具适于加工钢料，由于YT类合金具有较高的硬度和耐磨性，尤其是具有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好，在加工钢料时刀具磨损较小，刀具耐

18、用度较高，因此YT类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。因此，本次加工选用YG类硬质合金材料的刀具。根据加工要求选用四把刀具，T0101为粗加工刀，故选用900刀（30刀），T0202 为切槽刀，刀宽为4mm ，T0303为镗孔刀，T0404为切断刀,刀宽为3mm (刀具补偿设置在左刀尖处)。同时把四把到在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。本设计中加工的工件材料为45号钢，因此选择的刀具材料为YT 类硬质合金。4.3切削用量的选择合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提

19、下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。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。切削深度ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。切削宽度ae。一般ae与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控加工中，一般ae的取值范围为：ae=（0.60.9）Dc。 切削速度Vc。提高Vc也是提高生产率的一个措施，但Vc与刀具耐用度的关系比较密切。随着Vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故Vc的选择主要取 决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工

20、材料也有很大关系，例如车削合金刚30CrNi2MoVA时，Vc可采用8m/min左右；而用同样车削铝合金时，Vc可选200m/min以上。数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。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。 431主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。432进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件

21、的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。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，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。2）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。3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些。4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。5）由于本设计的加工属于半精加工，因此，选用介于两者之间的进给速度。433背吃刀量确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应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

22、次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.20.5mm。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。5零件的程序（见表三）【参考文献】1黄华：数控车削编程与加工技术，机械工业出版社，第288页2曾国民，黄勇刚.数控编程与加工技术.北京：中国电力出版社，2009.第225页3宴初宏，实用数控加工程序编制技术.上海：上海科学技术出版社，2008.11，第64页4袁锋，数控车培训教程.第二版.北京：机械工业出版社，2008.3，第84页5 孙汉卿数控机床维修技术北京

23、.机械工业出版社，2001 ，第116页6 严爱珍机床数控原理与系统北京.机械工业出版社，2000 ，第33页7 李宏胜机床数控技术及应用北京.高等教育出版社，2003 ，第329页表1毕业设计课题零件图号序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径数量加工表面备注1中心钻1左端面手动220mm的钻头1钻孔手动3T010190外圆车刀0.2mm1粗、精车外轮廓4T0202切槽刀B=4mm1切槽左刀尖5T0303镗孔刀0.1mm1镗孔6T040430尖刀0.2mm1粗、精车外轮廓表2材料#45钢零件图号系统程序名机床设备夹具名称三爪自定心卡盘操作序号工步内容（走刀路线）G功能T道具切削用量转速S（r/min

24、）进给量（mm/r）退刀量（mm/r）中心钻12003O1002粗车1右端外圆G71T010160011O1002精车1右端外圆G70T01011000O1003粗、精车1左端外圆G01、G02、G03T04046004O1003切槽G01T02025000.05O1004粗车镗孔G71T030360011O1004精车镗孔G70T0303800O1005粗车2左端外圆G71T010160011O1005精车2左端外圆G70T01011000O1006粗车2右端外圆G71T01016004O1006精车2右端外圆G70T01011000检测、校核表三零件1外圆O1002;N10 M03 S60

25、0;N20 T0101;N30 G00 X55 Z2;N40 G71 U1 R1;N50 G71 P60 Q90 U0.5 F0.2;N60 G00 X47;N70 G01 Z0;N80 G03 X53 Z-3 R3;N90 G01 Z-51;N100 G00 X100;N110 Z100;N120 M05;N130 M00;精车外圆N140 M03 S1000;N150 T0101;N160 G00 X55 Z2;N170 G70 P10 Q20 F0.2;N180 G00 X100;N190 Z100;N200 M30;掉头装夹，车削外圆O1003;N10 M03 S600;N20 T04

26、04;N30 G00 X55 Z2;N40 G00 X47;N50 G01 Z0;N60 G03 X53 Z-3 R3;N70 G01 Z-29;N80 G03 X37 Z-44.93 R20;N90 G02 X49 Z-63 R10;N100 G01 X53;N110 G00 X100;N120 Z100;N120 M05;N130 M00;切槽N140 M03 S500;N150 T0202;N160 G00 X55 Z-8;N170 G01 X45;N180 G04 X3;N190 G00 X55;N200 Z-20;N210 G01 X45;N220 G04 X3;N230 G00 X

27、100;N240 Z100;N250 M30;镗孔O1004;N10 M03 S600;N20 T0303;N30 G00 X42 Z5;N40 G71 U1 R1;N50 G71 P60 Q160 U-0.5 F0.1;N60 G00 X20;N70 #1=0;N80 #2=21/40*SQRT40*40-#1*#1;N90 #3=2*#2;N100 #4=#1-0;N110 G01 X#2 Z#4 F0.1;N120 #1=#1+0.1;N130 IF #1 LE 29.81 GOTO 80;N140 G01 Z-30;N150 X24;N160 Z-52;N170 G00 Z100;N1

28、80 X100;N190 M05;N200 M00;内孔精车N210 M03 S800;N220 T0303;N230 G00 X42 Z5;N240 G70 P10 Q20 F0.1;N250 G00 Z100;N260 X100;N270 M30;零件2车削外圆左端O1005;N10 M03 S600;N20 T0101;N30 G00 X55 Z2;N40 G71 U1 R1;N50 G71 P60 Q90 U0.5 F0.2;N60 G00 X47;N70 G01 Z0;N80 G03 X53 Z-3 R3;N90 G01 Z-40;N100 G00 X100;N110 Z100;N1

29、20 M05;N130 M00;精车外圆左端N140 M03 S1000;N150 T0101;N160 G00 X55 Z2;N170 G70 P10 Q2O F0.2;N180 G00 X100;N190 Z100;N200 M30;车削外圆右端O1006;N10 M03 S600;N20 T0101;N30 G00 X55 Z2;N40 G71 U1 R1;N50 G71 P60 Q210 U0.5 F0.2;N60 G00 X21;N70 G01 Z0;N80 X24 Z-1.5;N90 Z-20;N100 X26;N110 Z-21.59;N120 #1=22.74;N130 #2=21/40*SQRT 40*40-#1*#1;N140 #3=2*#2;N150 #4=#1-22.74;N160 G01 X#2 Z#4 F0.1;N170 #1=#1-0.1;N180 IF #1 GE 0 GOTO 130;N190 G01 Z-50;N200 X45;N210 G03 X53 Z-53;N220 G00 X100;N230 Z100;N240 M05;N250 M00;精车外圆右端N260 M03 S1000;N270 T0101;N280 G00 X55 Z2;N29