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1、轴类零件的加工工艺分析与编程学位论文毕业设计（论文）轴类零件的加工工艺分析与编程学生姓名 系（部） 专 业 指导教师 年 月 日摘要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。因此，掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。本文是基于机械配件在数控车床上的数控编程及工艺的

2、设计。数控加工工艺的分析、工艺路线的设计、程序的编制、刀具的选择及刀具参数的确定是以数控车床为平台，根据加工工艺的具体分析确定了整体思路并且完成工艺的制定，综合运用三年来学过的知识对一个零件的加工进行了设计。本文内容包括以下几个部分：加工工艺的设计、定位基准选择、刀具参数选择、程序的编制。 关键词： 数控技术 程序编制 刀具参数 加工工艺AbstractNumerical control technology and CNC machinery manufacturing industry in todays the important status in the national found

3、ation shows its strategic role in modern industry, and has become a traditional mechanical manufacturing industry upgrading transformation and automation, flexibility and integrated production of important means and logo. Numerical control technology and the wide application of nc machine tools, mac

4、hinery manufacturing industry structure, product categories and class and production brought the revolutionary change. Modern CAD/CAM, FMS, CIMS, agile manufacturing and intelligent manufacturing technology, are built in the numerical control technology. Therefore, grasp modern CNC technology knowle

5、dge is essential to modern mechanical majors.This article is based on the mechanical parts in CNC lathe of CNC programming and process design. Nc machining process of the analysis and design of process route, programming, and cutting parameters of CNC lathe as the platform, based on analysis of the

6、specific processing according to determine the overall thinking and complete process, the comprehensive use of three years learning to a parts processing designs.This includes the following aspects: the process of design, the locating datum, cutting parameter selection and programming.Key words: NC

7、technology Programming Cutting parameters Processing technology目录前言.5第一章 绪论.6第一节 数控机床的产生和发展.6第二节 数控机床的发展趋势.6第三节 数控机床的组成及工作原理.6第二章 数控加工工艺分析.8第一节 数控加工的特点.8第二节 数控加工工艺内容的选择.8第三节 数控加工工艺性分析.9第三章 零件图的工艺分析.12第一节 工艺规程的制定.12第二节 内圆磨具主轴和工艺草图.12第三节 主轴加工工艺过程.13 第四节 确定加工路线和顺序.16第五节 定位基准及夹具的选择.18第六节 刀具的选择和切削参数.20第四

8、章 数控程序的编制.22第一节 数控加工程序的选择.22第二节 数控程序编制的概念及格式.22第三节 数控程序编制的方法.24结语.26参考文献.27致谢.28 前言从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。它是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。根据轴线形状的

9、不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的

10、毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。我们可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： 1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； 4、便于加工制造和保证精度。第一章 绪论 第一节 数控机床的产生和发展数控是数字控制( Numerical control )的简称，是近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动控制技术。其含义使用以数值和符号构成的数字信息自动控制机床的运转，数控机床也称NC机

11、床。随着科学技术的发展，数控系统进过了以下几代的发展：第一代：1952年，电子管控制的第一台三坐标联动的铣床；第二代：1959年，出现了晶体管控制的“加工中心”；第三代：1965年，出现了小规模集成电路。使数控系统的可靠性得到了进一步的提高；以上三代数控系统都是采用专用控制硬件逻辑数控系统,称为普通数控系统，即NC系统。第四代：1967年以计算机作为控制单元的数控制系统FMS(Flexible Manufacturing System) ，柔性制造系统；第五代：1970年，美国英特尔开发使用了微处理器CNC。第二节 数控机床的发展趋势一、数控系统发展趋势1、采用开放式结构：进线、联网、专用要求

12、。2、向智能化发展。3、具有自动编程、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿，人机界面极为友好，有故障专家诊断系统。二、数控机床发展趋势1、高速、 高效、高精度、高可靠性。2、模块化、专门化、个性化；智能化、柔性化和集成化。第三节 数控机床的组成及工作原理数控机床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成，如图1-1 图1-1 数控机床的基本结构二、数控机床的工作原理数控机床是采用了数控技术的机床，它是用数字信号控制机床运动及其加工过程。具体地说，将刀具移动轨迹等加工信息用数字化的代码记录

13、在程序介质上，然后输入数控系统，经过译码、运算，发出指令，自动控制机床上的刀具与工件之间的相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件，这种机床即为数控机床。第二章 数控加工工艺分析第一节 数控加工的特点数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是

14、由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：（1）提高生产效率；（2）不需熟练的机床操作人员；（3）提高加工精度并且保持加工质量；（4）可以减少工装卡具；（5）可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；（6）容易进行加工过程管理；（7）可以减少检查工作量；（8）可以降低废、次品率；（9）便于设计变更，加工设定柔性；（10）容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；（11）操作容易，极大减轻体力劳动强度。 第二节 数控加工工艺内容的选择对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺

15、内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。一、适于数控加工的内容 在选择时，一般可按下列顺序考虑： （1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； （3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。二、不适于数控加工的内容一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。

16、相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工： （1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容； （2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工； （3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。第三节 数控加工工艺性分析被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合

17、编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。1、尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。2、几何要素的条件应完整、准确在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定

18、要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。3、定位基准可靠在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图2-1a所示的零件，为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如图2-1b所示。在完成定位加工后再除去。 a)改进前的结构b)改进后的结构图2-1 工艺凸台的应用 4、统一几何类型及尺寸零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。5、数控加工工艺路线的设计图2-2 工艺流程数控

19、加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。常见工艺流程如图2-2所示。 数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题：1、工序的划分根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： （1）以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。 （2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序

20、太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。 （3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。 （4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。2、顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一

21、般应按以下原则进行： （1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑； （2）先进行内腔加工，后进行外形加工； （3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；3、数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样才能使各工序达

22、到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。第三章 零件图的工艺分析第一节 工艺规程的制定 轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。1.零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。2.渗碳件加工工艺路线一般为：下料锻造正火粗加工半精加工渗碳去碳加工（对不需提高硬度部分）淬火车螺纹、钻孔或铣槽粗磨低温时效半精磨低温时效精磨。3.粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需

23、加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。且选择平整光滑表面，让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。4.精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。 第二节 内圆磨具主轴和工艺草图内圆磨具主轴： 图3-1针对上述要求，现举例说明如下。一渗碳主轴（如上图），每批40件，材料20Cr，除内外螺纹外S0.9C59。渗碳件工艺比较复杂，必须对粗加工工艺绘制工艺草图（如图）。 图3-2 第三节 主轴的加工工艺过程工序工种工步工序内容

24、及要求机床设备（略）夹具刀具量具1车按工艺草图车全部至尺寸工艺要求：（1）一端钻中心孔2。（2）1：5锥度及莫氏3内锥涂色检验，接触面60%。（3）各需磨削的外圆对中心孔径向跳动不得大于0.1CA6140莫氏3号铰刀莫氏3号塞规1：5环规检查2淬热处理S0.9C593车去碳。一端夹牢，一端搭中心架车端面，保证36右端面台阶到轴端长度为40修钻中心孔5B型调头车端面，取总长340至尺寸，继续钻深至85，60倒角检查4车一夹一顶CA6140车M301.56g左螺纹大径及30JS5处至30车25至25、长43车35至35车砂轮越程槽5车调头，一夹一顶车M301.56g螺纹大径及30JS5处至30车4

25、0至40车砂轮越程槽6铣铣19二平面至尺寸7热热处理HRC598研研磨二端中心孔9外磨二顶尖，（另一端用锥堵）M1430A粗磨40外圆，留0.10.15余量粗磨30js外圆至30t（二处）台阶磨出即可粗磨1:5锥度，留磨余量10内磨用V型夹具（30js5二外圆处定位）M1432A磨莫氏3内锥（重配莫氏3锥堵）精磨余量0.20.2511热低温时效处理（烘），消除内应力12车一端夹住，一端搭中心架钻10.5孔，用导向套定位，螺纹不攻Z2027调头，钻孔5攻M66H内螺纹锪孔口60中心孔调头套钻套钻孔10.525（螺纹不改）锪60中心孔，表面精糙度0.860锪钻检查13钳锥孔内塞入攻丝套攻M126H内螺纹至尺寸14研研中心孔Ra0.815外磨工件装夹于二顶尖间精磨40及3525外圆至尺寸磨M301.5M301.5左螺纹大径至30半精磨30js5二处至30精磨1:5锥度至尺寸,用涂色法检查按触面大于85%1:5环规16磨工件装夹二顶尖间，磨螺纹磨M301.56g左螺纹至尺寸M331.5左环规磨M301.56g螺纹至尺寸M331.5环规17研精研中心孔Ra0.418外磨精磨、工件装夹于二顶尖间