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1、毕业设计球头轴零件的加工工艺与编程 数控技术专业毕业设计说明书设计题目 球头轴零件的加工工艺与编程 摘 要世界制造业转移，这中国正在逐步成为世界加工厂。美国，德国，韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁，机械，化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。未来 10 年将是中国机械行业发展最佳时期。现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是我们说的“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域，更是模具加工的发展趋势和重要和必要

2、的技术手段。本设计内容介绍了数控加工的特点，加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。关键词：数控；加工；工艺；编程 1引 言 . 11.1 数控技术的发展 . 11.2 数控车削加工工艺分析的主要内容 . 22 球头轴零件的加工工艺设计 . 32.1 加工的内容及工艺分析. 32.1.1 球头轴加工的内容 . 32.1.2 球头轴加工的工艺分析 . 42.2 球头轴零件工艺路线的拟定. 42.2.1 工艺路线的确定 . 42.2.2 辅助工序的安排 . 52.3 数控机床及其工艺设备的选择. 52.3.1 数控机床的选择 . 52.3.2 检测量

3、具的选择 . 52.4 球头轴零件切削用量参数的确定. 62.4.1 确定主轴转速 . 62.4.2 确定进给速度 . 62.4.3 确定背吃刀量 . 62.5 拟定数控加工工艺卡. 72.6 刀具的选择. 72.6.1 刀具 . 72.6.2 确定对刀点与换刀点 . 83 球头轴零件夹具的选用 . 93.1 对球头轴零件夹具的基本要求. 93.2 工件装夹方法的选择. 94 球头轴零件数控加工的编程 . 104.1 数控坐标系的确定. 114.2 走刀路线的确定. 114.3 程序编制. 125 结论 . 166 参考文献 . 17 1 引 言1.1 数控技术的发展数控（英文名字：Numer

4、ical Control 简称:NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computerized Numerical Control )，简称 CNC，国外一般都称为 CNC，很少再用NC 这个概念了。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908 年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19 世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938 年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快

5、速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952 年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Computerized Numerical Control），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服

6、驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。数控加工技术是什么呢？简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。而且和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有什么样的优点。传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的。现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是我们说的“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域，更是模具加工的发展趋势和重要和必要的技术手段。1.2 数控车削加工工艺分析的主要内容选择适合在数控机床上加工

7、的零件，确定工序内容。分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加 工工序的衔接等。设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。分配数控加工中的容差。处理数控机床上部分工艺指令。总之，数控加工工艺内容较多，有些与普通机床加工相似。2 球头轴零件的加工工艺设计2.1 球头轴加工的内容及工艺分析球头轴车削加工如图 2.1 所示2.1 球头轴零件图 2.1.1 球头轴加工的内容数控车床与普通车床

8、相比，具有加工精度高、加工零件的形状复杂、加工范围广等特点。但是数控车床价格较高，加工技术较复杂。球头轴零件可分为粗车、半精车和精车等阶段。一般分为：车削外圆。车削外圆是最常见、最基本的车削方法使用各种不同的车刀车削中小型零件外圆(包括车外回转槽)的方法。其中，左偏刀主要用于需要从左向右进给，车削右边有直角轴肩的外圆以及右偏刀无法车削的外圆。车削内圆。车削内圆(孔)是指用车削方法扩大工件的孔或加工空心工件的内表面。这也是常用的车削加工方法之一。常见的车孔方法在车削盲孔和台阶孔时，车刀要先纵向进给，当车到孔的根部时再横向进给，从外向中心进给车端面或台阶端面。车削平面。车削平面主要指的是车端平面(

9、包括台阶端面)，常见的方法是用左偏刀车削平面，可采用较大背吃刀量，切削顺利，表面光洁，大、小平面均可车削使用 90左偏刀从外向中心进给车削平面，适用于加工尺寸较小的平面或一般的台阶端面用 90左偏刀从中心向外进给车削平面，适用于加工中心带孔的端面或一般的台阶端面使用右偏刀车削平面，刀头强度较高，适宜车削较大平面，尤其是铸锻件的大平面。车削锥面。锥面可分为内锥面和外锥面，可以分别视为内圆、外圆的一种特殊形式。内外锥面具有配合紧密、拆卸方便、多次拆卸后仍能保持准确对中的特点，广泛用于要求中准确和需要经常拆卸的配合件上。在普通车床上加工锥面的方法有小滑板转位法、尾座偏移法、靠模法和宽刀法等，小滑板转

10、位法主要用于单件小批量生产，内外锥面的精度较低，长度较短(100mm)；尾座偏移法用于单件或成批生产轴类零件上较长的外锥面；靠模法用于成批和大量生产较长的内外锥面；宽刀法用于成批和大量生产较短(20mm)的内外锥面。车削螺纹。在普通车床上一般使用成形车刀来加工螺纹，加工普通螺纹、方牙螺纹梯形螺纹和模数螺纹时使用的成形车刀。车削台阶、槽。选择数控加工内容时，可按下列顺序考虑：普通机床无法加工的内容应优先选择；普通机床难加工，质量难保证的内容应重点选择普通机床加工效率低，手工操作劳动强度大的内容。虽然数控车床加工范围广泛，但是因受其自身特点的制约，某些零件仍不适合在数控车床上加工。 2.1.2 球

11、头轴加工的工艺分析粗加工：主要是下料，下料的要求是棒料的直径 55 ，长度是 150 ，并且要求下料长度的误差不能超过正负 1 并在棒料两端钻中心孔，中心孔：A4/8.5，并且，要求中心应均匀一致，为下一步工序做准备。半精加工：半精车外圆，先粗车外圆然后，再半精车外圆，而其他的各尺寸以及跳动的要求都要符合图纸的要求。精加工：精车外圆，先半精车外圆,最后精车外圆，而其他的各尺寸以及跳动的要求都符合图纸的要求。2.2 球头轴零件工艺路线的拟定2.2.1 工艺路线的确定加工方法的选择加工阶段的划分：a.有利于保证加工质量；b.有利于及早发现毛坯的缺陷；c.有利于设备的合理使用。工序的划分：a.按所用

12、刀具划分工序的原则；b.按粗、精加工分开，先粗后精的原则；加工顺序的安排，切削加工工序的安排:基面先行原则；先粗后精原则；先主后次原则；装夹方案的确定（组合夹具的应用）进给路线的确定；走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。确定走刀路线的一般原则是：a、保证零件的加工精度和表面粗糙度；b、方便数值计算，减少编程工作量；c、缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间；d、尽量减少程序段数。另外，在选择走刀路线时还要充分注意以下几种情况：避免引入反向间隙误差。数控机床在反向运动时会出现反向间隙，如果在 走刀路线中

13、将反向间隙带入，就会影响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精车时的余量，以减小切削力。2.2.2 辅助工序的安排辅助工序一般包括去毛刺、清洗、上油、检验等。检验工序是主要的辅助工序，是合格证产品质量的重要措施，零件的每道工序加工完成之后，和零件全部加工完成之后都要进行检验工序。2.3 数控机床及其工艺设备的选择2.3.1 数控机床的选择根据零件产量、加工要求选择生产设备（根据专业要求需要选择数控车床）。我们选择 CJK0640 数控车床。2.3.2 检测量具的选择游标卡尺数显测位尺外径千分尺螺纹塞规2.4 球头轴零件切

14、削用量参数的确定数控编程时，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。2.4.1 确定主轴转速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。其计算公式为：n=1000v/3.14D式中：v-切削速度，单位为 m/m 动，由刀具的耐用度决定；n-主轴转速，单位为 r/min，D-工件直径或刀具直径，单位为 mm。计算的主轴转速 n，

15、最后要选取机床有的或较接近的转速为：车外圆，粗车主轴转速为 1300r/min ,精车主轴转速为 1600r/min 。 2.4.2 确定进给速度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：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。一般在 200800mm/min 范围内选取；车外圆，进给速度为 400 /r，精车时，进给速度为 200 /r。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。2.4.3 确定背

16、吃刀量背吃刀量根据机床、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 0.2-0.5mm，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。切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成

17、本的切削用量。2.5 拟定数控加工工艺卡数控加工工艺如表 2.1 所示：表 2.1 数控加工工艺卡片零件名称球头轴使用设备工步内容主轴转速 进给速度工步备注刀量（尺寸单位 ）平端面/r.min1000/.min200/0.511 20011001000300车30 的圆，M302-6g 的螺纹4502.6 刀具的选择2.6.1 刀具刀具的选择的原则：刀具的使用的寿命和装夹是否很方便。在加工轴时一般都是批量生产的，那就要求加工的时候必须有效率，装夹要很方便的，根据上面的分析，我采用机夹式刀片，机夹式刀片的材料是超硬质合金钢。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短,可以充分发挥其切削性能，提高生产效率

18、，刀具寿命可选得低些，一般取 15-30min .数控机床所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、硬质合金）并使用可转位刀片。根据以上的分析，在加工轴所采用的刀具是机夹式，超硬质合金钢的刀片,选择数控车削刀具。数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床刀架上，因此已逐渐标准化和系统化。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的 30%-40%，金属切除量占总数的 80%-90%。而加工轴所用的刀片超硬质合金钢 , 超硬质

19、合金钢是以碳化钨 (WC), 碳化钛(TiC)等,高熔点,高硬度的碳化物的粉末一起粘连的作用的金属钴粉末混合 ,加压成型,再烧结而制成一种粉末冶金制品。硬质合金具有高硬度 (69-81HRC),高热硬性(可达 900-1000 度),高耐磨性和较高抗压强度.用它制造刀具,起切削速度,耐磨性与寿命都比高速钢高, 超硬质合金钢制的刀片,装夹在刀体上使用.使用方便,大大的提高加工的效率。此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。根据以上的分析,采用超硬质合金钢制的刀片。根据加工要求,主要

20、选用的刀具。刀具如下表： 表2.2数控加工刀具卡456T04T05T06111刀口宽3.2mm内孔刀螺纹刀车内孔车螺纹2.6.2 确定对刀点与换刀点对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。“对刀点”是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。在程序编制时，不管实际上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，都把工件看作静止，而刀具在运动。对刀点往往也是零件的加工原点。选择对刀点的原则是：方便数学处理和简化程序编制；在机床上容易找正，便于确定零件的加工原点的位置；加工过程中便于检查；引起的加工误差小。对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须

21、与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。对刀时应使对刀点与刀位点重合。所谓刀位点，是指确定刀具位置的基准点。 3 球头轴零件夹具的选用3.1 对球头轴零件夹具的基本要求根据数控机床的加工特点，协调夹具坐标系、机床坐标系与工件坐标系的三者关系，此外还要考虑以下几点：小批量加工零件，尽量采用组合夹具，可调式夹具以及其它通用夹具。成批生产考虑采用专用夹具，力求装卸方便。夹具的定位及夹紧机构元件不能影响刀具的走刀运动。装卸零件要方便可靠，成批生产可采用气动夹具、液压夹具和多工位夹具。3.2 工件装

22、夹方法的选择数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点：力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。综合以上分析可选用：三爪自定心卡盘。 4 车削零件数控加工的编程4.1 数控坐标系的确定建立坐标系是为了确定刀具或工件在机床中的位置，确定机床运动部件的位置及其运动范围。统一规定数控机床坐标系各轴的名称及其正负方向，可以简化程序编制，并使所编的程序具有互换性。数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡儿坐标系，工件原点位置是由操作者自己设定的，它在工件装夹完毕后，通

23、过分中与对刀确定。它反映的是工件与机床原点之间的距离位置关系。工件坐标系一旦固定，一般不再改变。坐标系设定如图 4.1 所示：图 4.1 坐标系设定图4.2 走刀路线的确定车端面。钻孔。将棒料运进另一个车间，工序是给棒料进行钻中心孔和车端面。这也是非常重要的一步工序。因为，钻中心孔的好坏将会直接影响下一道工序的进 行。要求也是很高的，重要的一步去毛刺，由于上一道工序是锯料，在锯掉的地方会有毛刺，在把毛刺去掉后，要对每一个棒了进行测量，以防止上一道工序出现的废料。再进行认真的测量，将要加工的工件放在专门的钻床上，对工件进行钻孔，是两头同时进行，并且要求钻孔在棒料的中心位置。中心孔：A4/8.8，

24、并且，要求中心孔应均匀一致。在进行好钻孔后，将料放到普通的车床进行车两端面，对于车的要求是很高的，要求棒料的长度是150 ，正负 0.5 ，要求每一个工件都要进行检验。粗车外圆。精车外圆。上一道工序，将工件运进到另一个车间，主要数控车床车间，这道工序是最重要的一步。是进行精车外圆，先精车外圆，然后，是进行精车外圆，在数控车床上进行加工。用到的工装夹具是三爪液压卡盘，还需要顶针，顶针的作用就是使加工的棒料，保持同轴度，使加工的零件的精度可以达到更高，也使加工时更加的安全。所用到的测量工具是游标卡尺，外径千分尺。同理，再加工时加工的要求和加工的要求是一样的，而其他的各尺寸以及跳动的要求都要符合图纸

25、的要求。割槽。端面进行定位割槽并去毛刺；还要求对每批次量生产槽的轴向位置需结合内外球笼装配后之轴向窜动间隙以及总成压缩总长来定。同上一样，是在CNC 车床上进行割槽，所用到的工装夹具是三爪卡盘，顶针，用到的测量的检具是游标卡尺。车螺纹。4.3 程序编制数控车床主要是加工回转体零件，典型的加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。我所做的工序是精车外圆，加工的程序如下：加工路线的确定：按先主后次，先精后粗的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工、精加工，两头分别加工，先加工右端，再加工左端。确定轴心线与球头中心的交点为编程原点件的加工程序如下：主程序O0001;T0101;M03 S800;G00 X55.5 Z2.0;G01 Z0.0 F200;X0.0; X55.50;Z-0.5;X55.50;G00 X55.50 Z30;T0202;G00 X0.0 Z2.0;G01 Z0.0 F200;Z-26.00;Z2.0;G00 X55.50 Z30.0;T0303;M03 S1000;G00 X55.50 Z1.0;G73 U1.0 R0.1;G73 P01 Q02 U0.5 W0.25 F300;N01 G00 X30.0 Z0.5;G01 Z0.0;G03 X40.0 Z-49.50 R50;G02 X32.0 Z-57.0 R8