毕业论文典型轴类零件加工加工分析.doc

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1、X X 级 数控专业毕业设计（论文）题目： 课题10 典型轴类零件加工加工分析学 号： 11111 姓 名： 专 业： 班 级： 指 导 教 师： 完成时间：X X X X年 XX月X X 日摘 要随着机械工业的不断发展，机械产品的机构越来越合理，其性能、精度和效率也越来越高，生产类型也由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。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断发展和应用领域的扩大，他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

2、些行业所需装备的数字化已成发展趋势。数控机床是现代加工车间最重要的装备。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。因而，此次以典型零件加工为例，来具体阐述数控技术的应用和基本的操作以及注意事项。深入的了解数控技术的意义。关键字：典型零件 加工 意义目 录1、典型轴类零件的加工51.1零件图工艺分析51.2毛坯的选择81.3热处理的分析81.4数控机床的选择81.5确定零件的定位基准和装夹方式81.6刀具选择91.7确定加工顺序及进给路线111.8切削用量选择122、切削步骤132.1确定工件坐标系132.2编写零件程序142.3设置刀补并检验143、结束语154、致谢155、参考文献

3、15 编者：沉默是金 2006年6月1典型轴类零件的加工数控技术是指用数字、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。现代数控技术也叫计算机数控技术，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控制功能。数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术 、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于1体，是现代先进制造技术的基础和核心。 此次研究的课题是典型轴类零件的加工，此类零件是旋转体零件，其长度大于直径，加工表面通常有内外圆柱面、圆锥面，以及螺纹、花键、键槽、横向沟、沟槽等。轴类

4、零件根据轴上表面类型和结构特征的不同，轴可分为光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等多种形式。 对于轴类零件的技术要求，通常有以下几个方面：1. 1、直径精度和几何形状精度 2. 2、相互位置精度 3. 3、表面粗糙度轴类零件的材料和热处理工艺，一般轴类零件的材料通常采用45钢，通过正火、调质、淬火等不同的热处理工艺，获得一定的强度、韧性和耐磨性。中等精度而转速较高的轴类零件可选用40Cr等合金结构钢，经调质和表面淬火处理，可获得较好的综合力学性能。精度较高的轴可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等，通过调质和表面淬火获得更好的耐磨性和耐疲劳性。高转速、重载等条件

5、下工作的轴可选用20CrMnTi、20Cr、38CrMoAl等，经过淬火或渗碳处理获得高的表面硬度、耐磨性和心部强度。轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。光轴和直径相差不大的阶梯轴毛坯一般以棒料为主。外圆直径相差较大的轴或重要的轴（如主轴）宜选用锻件毛坯，既节省材料、减少切削加工的劳动量，又改善其力学性能。结构复杂的大型轴类零件（如曲轴）可采用铸件毛坯。在轴类零件中，车床主轴是最具代表性的零件，其工艺路线长，精度要求高，加工难度大。因而我们在进行加工的时候，一定要考虑到这一系列的要求和工艺，因而使得成品有很好的质量保证。（附图）1、 典型轴类零件1.1零件图工艺分析1.首先了解分析零件图要考

6、虑的问题。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

7、。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。通过自己的CAD制图，确定了很好的精确基础。因而可以顺利的进行工艺分析。该零件表面由

8、圆柱、顺圆弧、逆圆弧、螺纹及内孔等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理及硬度要求。 （1）公差是实际参数值的允许变动量。参数，既包括机械加工中的几何参数，也包括物理、化学、电学等学科的参数。几何参数的公差有尺寸公差、形状公差、位置公差等。尺寸公差。指允许尺寸的变动量，等于最大极限尺寸与最小极限尺寸代数差的绝对值。形状公差。指单一实际要素的形状所允许的变动全量，包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度6个项目。位置公差。指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量，它限制零件的两个或两个以上的点、线、面之间

9、的相互位置关系，包括平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动8个项目。公差表示了零件的制造精度要求，反映了其加工难易程度。对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。而表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度对零件使用情况有很大影响。一般说来，表面粗糙度数值小，会提高配合质量，减少磨损，延长零件使用寿命，但零件的加工费用会增加。因此，要正确、合理地选用表面粗糙

10、度数值。 在设计零件时，表面粗糙度数值的选择，是根据零件在机器中的作用决定的。总的原则是：在保证满足技术要求的前提下，选用较大的表面粗糙度数值。具体选择时，可以参考下述原则：（1）工作表面比非工作表面的粗糙度数值小。（2）摩擦表面比不摩擦表面的粗糙度数值小。摩擦表面的摩擦速度愈高，所受的单位压力愈大，则应愈高；滚动磨擦表面比滑动磨擦表面要求粗糙度数值小。（3）对间隙配合，配合间隙愈小，粗糙度数值应愈小；对过盈配合，为保证连接强度的牢固可靠，载荷愈大，要求粗糙度数值愈小。一般情况间隙配合比过盈酝合粗糙度数值要小。（4）配合表面的粗糙度应与其尺寸精度要求相当。配合性质相同时，零件尺寸愈小，则应粗糙

11、度数值愈小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸要粗糙度数值小，轴比孔粗糙度数值小（特别是IT8IT5的精度）。（5）受周期性载荷的表面及可能会发生应力集中的内圆角、凹稽处粗糙度数值应较小。根据图纸的要求，零件的粗糙度可以保证。 （2）在轮廓曲线上，有两处为圆弧，其中一处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行刀具的半径补偿，加工过程中，刀具的磨损、实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致以及更换刀具等原因，都会直接影响最终加工尺寸，造成误差。为了最大限度的减少因刀具尺寸变化等原因造成的加工误差，数控系统通常都具备有刀具误差补偿功能，以保证轮廓曲线的准确性。（3）为便于装夹，坯件左端端面

12、应先粗车出并钻好中心孔，右侧也应预先车出夹持部分，毛坯选择40棒料。1.2毛坯的选择毛坯的确定，不仅影响毛坯制造的经济性，而且影响机械加工的经济性。所以在确定毛坯时，既要考虑热加工方面的因素，也要兼顾冷加工的要求，以便从确定毛坯之一环节中，降低零件的制造成本。毛坯的形状和尺寸的确定：毛坯的形状和尺寸，尽可能接近零件形状和尺寸，以利于节约材料和减少机械加工工作量。毛坯的形状和尺寸，取解决毛坯各表面的加工余量、毛坯种类、零件形状和热处理等多方面工艺因素的影响。考虑一下问题。1、工艺搭子的设置 有些零件，由于结构的原因，加工时不易装夹稳定，为了装夹方便迅速，可在毛坯上制出凸台。2、整体毛坯的采用 在

13、机械加工中，有时会遇到如模床主轴部件中的三瓦轴承、发动机的连杆和机床的开合螺母的零件。为了保证这类零件的加工质量和加工时方便，常作为整体零件，加工到一定阶段后在切开。1.3热处理的分析 此工件用的材料是45号钢，45号钢属于调质钢，经过热处理后具有良好的综合力学能力。45钢，通过正火、调质、淬火等不同的热处理工艺，获得一定强度、任性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。1.4数控车床的选择根据被加工零件的外

14、形和材料等条件，选用CAK6150数控车床。1.5确定零件的定位基准和装夹方式 （1）定位基准 确定坯料轴线和端面（设计基准）为定位基准，外圆面为定位基准面。（2）装夹方法 采用三爪自定心卡盘定心夹紧。夹紧力的确定我们有如下的方法：1夹紧力方向的确定：（1）夹紧力方向应垂直主要定位基准面；（2）夹紧力方向应尽量与切削力方向相反，工件重力方向相同，这样可以减少所需夹紧力；（3）夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向一致。2、夹紧力作用点的确定：（1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支撑范围内；（2）夹紧力的作用点应落在工件刚性最好的部位，以减少工件的夹紧变形；（3）夹紧力的作用点应尽量靠近被加工表

15、面，以减少造成的翻转力矩。1.6刀具选择 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则： 尽量减少刀具数量； 一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位； 粗精加工的刀具应分开使用，即使是

16、相同尺寸规格的刀具； 先铣后钻； 先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工； 在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。因而，根据本零件分析，可选择如下刀具进行加工：选用20锥柄麻花钻钻20的底孔。粗精车及平端面选用90硬质合金可转位刀片的机夹车刀为1号刀。切槽用宽4mm的硬质合金切槽刀为2号刀。车螺纹选用硬质合金60外螺纹车刀为3号刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径。镗孔用硬质合金焊接镗刀为4号刀。将前面分析的各项内容综合成下图所示的数控加工刀具卡片。数控刀具明细表产品名称或代号典型轴类零件加工零件名称轴零件图号10序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01

17、900硬质合金机夹车刀1粗精车外圆平端面2T024mm宽的硬质合金切槽刀1切槽3T0360外螺纹刀1车削螺纹4T04焊接镗刀1镗孔编制审核批准年 月 日共 页第 页数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处,但不同的是该卡中应反映使用的辅具,刃具切削参数,切削液等,它是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性工艺文件。工序卡应按照已确定的工步顺序填写，典型数控加工工序卡。工厂名数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号典型轴类零件加工轴10工序号程序编号夹具名称使用设备车间三爪卡盘和自制心轴CAK6150工步号待添加的隐藏文字内容2工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/r.min背吃

18、刀量备注1车内孔T0416*1664030自动2荒车去皮T0120*20640303粗车外圆T0120*20640304精车外圆T0120*20640305退刀槽T024*4640306车削螺纹T0316*1664030编制审核批审年 月 日共1页第1页数控加工工序卡 1.7确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）、内外交叉、基面先行的原则确定。即先钻中心孔，镗孔，从右到左进行粗车（留0.25精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。因精加工的进给路线基本上

19、都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的进给路线。下面将具体分析： （1）加工路线与加工余量的关系 在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，非凡是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则要注重程序的灵活安排。安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。 （2）刀具的切入、切出 在数控机床上进行加工时，要安排好刀具的切入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向切入、切出。 尤其是车螺纹时，必须设置升速段和降速段，这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。 （3）确定最短的空行程路线 确定最短的走刀路线，除了

20、依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时辅以一些简单计算。巧用对刀点；巧设换刀点；合理安排“回零”路线；进给速度应与主轴转速和背吃刀量相适应。（4）确定最短的切削进给路线，切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。根据本零件图，我设计了如下的工艺路线：1）先加工左端。棒料伸出卡盘外约65mm，找正后夹紧。2）把20mm的锥柄麻花钻装入尾座，移动尾架使麻花钻切削刃接近端面后锁紧，主轴以1200 r/min转动，手动转动尾座手轮，钻20的底孔，转动6圈多一些。在钻孔时需要打开冷却液。3）用1号刀，采用G71进行零件左端部分的轮廓循环粗加工。4）用1号刀，采用G70进行零件左端部分的轮

21、廓精加工。5）用4号刀镗20的内孔并倒角。6）卸下工件，用铜皮包住已加工过的32的外圆，调头使零件上32到38台阶端面与卡盘端面紧密接触后夹紧，准备加工零件的右端。7）手动车端面控制零件总长。如果坯料总长在加工前已经控制在105.5106mm之间，且两端面较平整，则不必进行此操作。8）用1号刀，采用G71进行零件右端部分的轮廓循环粗加工。9）用1号刀，采用G70进行零件右端部分的轮廓精加工。10）用2号刀，进行切槽加工。11）用3号刀，用G92进行螺纹循环加工。1.8切削用量选择 背吃刀量的选择 轮廓粗车循环时选ap=3 ，精车ap=0.25；螺纹粗车时选ap= 0.4 ，逐刀减少，精车ap=

22、0.1。主轴转速的选择 车直线和圆弧时，选粗车切削速度vc=90m/min、精车切削速度vc=120m/min，然后利用公式vc=dn/1000计算主轴转速n（粗车直径D=60 ，精车工件直径取平均值）：粗车500r/min、精车1200 r/min。车螺纹时，计算主轴转速n =320 r/min.进给速度的选择 选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.4/r，精车每转进给量为0.15/r，最后根据公式vf = nf计算粗车、精车进给速度分别为200 /min和180 /min。2、切削步骤2.1确定工件坐标系数控车床有三个坐标系即机械坐标系、编程坐标系和工件坐标

23、系。机械坐标系的原点是生产厂家在制造机床时的固定坐标系原点，也称机械零点。它是在机床装配、调试时已经确定下来的，是机床加工的基准点。在使用中机械坐标系是由参考点来确定的，机床系统启动后，进行返回参考点操作，机械坐标系就建立了。坐标系一经建立，只要不切断电源，坐标系就不会变化。编程坐标系是编程序时使用的坐标系，一般把我们把Z轴与工件轴线重合，X轴放在工件端面上。工件坐标系是机床进行加工时使用的坐标系，它应该与编程坐标系一致。能否让编程坐标系与工坐标系一致，使操作的关键。确定坐标系的三种方法：一、 通过对刀将刀偏值写入参数从而获得工件坐标系。二、 用G50设定坐标系，对刀后将刀移动到G50设定的位

24、置才能加工。三、 是MDI参数，运用G54G59可以设定六个坐标系，这种坐标系是相对于参考点不变的，与刀具无关。2.2编写零件程序数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，分为手工编程和自动编程。手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。手工编程适合于编写进行点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工程序，以及程序坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现的场合。这种方法比较简单，容易掌握，适应性较强。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。它充分发挥了计算机快速运算和存储的功能。其特点是采用简单、习惯的语言对加工对象的几何形状、

25、加工工艺、切削参数及辅助信息等内容按规则进行描述，再由计算机自动地进行数值计算、刀具中心运动轨迹计算、后置处理，产生出零件加工程序单，并且对加工过程进行模拟。对于形状复杂，具有非圆曲线轮廓、三维曲面等零件编写加工程序，采用自动编程方法效率高，可靠性好。在编程过程中，程序编制人可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改。由于我们现在所具有的环境，实现的是手动编程，收到了很好的效果。对于数控加工有了更好的认识。2.3设置刀补并检验数控机床在加工过程中，它所控制的是刀具中心的轨迹，为了方便起见，用户总是按零件轮廓编制加工程序，因而为了加工所需的零件轮廓，在进行内轮廓加工时，刀具中心必须向零件的内侧偏移

26、一个刀具半径值；在进行外轮廓加工时，刀具中心必须向零件的外侧偏移一个刀具半径值。根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。在零件加工过程中，采用刀具半径补偿功能，可大大简化编程的工作量。具体体现在以下三个方面：1、实现根据编程轨迹对刀具中心轨迹的控制。可避免在加工中由于刀具半径的变化(如由于刀具损坏而换刀等原因)而重新编程的麻烦。2、刀具半径误差补偿，由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径的变化，也不必重新编程，只须修改相应的偏置参数即可。3、减少粗、精加工程序编制的工作量。对于工件的检验，我们可以遵循如下的原则：1） 单件小批生

27、产中，尺寸精度一般用外径千分尺检验；2） 大批大量生产时，常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可用比较仪检验。3） 表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验。4） 圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定，也可用千分表借助V形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检验。5） 圆柱度误差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方法来确定。66） 主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测量。3、参考文献：1 华茂发.数控机床加工工艺 北京：机械工业出版社 2000年出版数控加工

28、培训教程袁锋主编北京：机械工业出版社 2004年10月出版（2007年12月重印）CAXA制造工程师彭志强 刘爽 杜文杰主编北京：化学工业出版社 2006年8月出版金属材料与热处理王英杰 金升主编北京：机械工业出版社 2006年1月出版公差配合与技术测量刘越主编北京：化学工业出版社 2007年出版1王英杰，今升.金属材料及热处理.北京.机械工业出版社.20062李海萍.机械设计基础.北京.机械工业出版社.20053华茂发.数控机床加工工艺.北京.机械工业出版社.20064张超英，谢富春.数控编程技术.北京.化学工业出版社.20035刘越.公差配合与技术测量.北京.化学工业出版社.2004附件程

29、序O0001; 程序号T0101; 1号外圆车刀G99G97M03S800;G00X42.Z2.; 平端面G01Z0.F0.2;X-1.;G00X42.Z2.;G71U1.5R2.; 粗车轮廓G71P01Q02U0.5W0.F0.1;N01G00X26.;G01Z0.F0.2;X30.Z-2.;Z-28.;G03X34.Z-45.R73.25;G02X38.Z-53.R17.;Z-65.;N02X42.;G00G42X100.; 刀具右补偿Z100.;G70P01Q02; 精车轮廓G00G40X100.; 刀具补偿取消Z100.;T0202; 2号切槽刀G00X32.;Z-28.;G01X26

30、.F0.15;X32.;Z-25.;X26.;X32.;Z-23.;G01X26.Z-25.F0.15;Z-28.;X32.;G00X100.Z100.;T0303; 3号螺纹刀G00X32.Z4.;G92X29.1Z-24.F2.; 车螺距为2的螺纹X28.5;X27.9;X27.5;X27.4;G00X100.Z100.;M05; 程序停止M30; 程序结束O0002; 程序号T0101; 1号外圆车刀G99G97M03S800;G00X42.Z2.;G01Z0.F0.2; 平端面X-1.;G00X42.Z2.;G71U1.5R2.; 粗车轮廓G71P01Q02U0.5W0.F0.1;N01G00X28.;G01Z0.F0.1;X32.Z-18.;Z-45.;N02X42.;G00X100.Z100.;G70P01Q02; 精车轮廓G00X100.Z100.;T0404; 镗孔刀G00X24.;Z2.;G01Z0.F0.2;X22.Z-1.;Z-18.;X18.;G00Z2.;X100.;Z100.;M05; 程序停止M30; 程序结束;