毕业设计（论文）复合轴数控车加工工艺设计与编程.doc

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1、 XX学校XX COLLEGE 毕 业 设 计 (论 文) 复合轴数控车加工工艺设计与编程 Composite-axis CNC turning machine design and programming系 名： 机械工程系 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2010 年 5 月目 录前言1第一章 绪论 21.1本文的研究背景及意义 21.2数控编程技术的历史 3第二章 数控编程中的加工工艺分析及设计42.1数控加工工艺 42.1.1分析零件图 42.1.2数控加工工艺概念与工艺过程 72.1.3数控车床加工工艺主要内容 82.2加工方法选择及加工方案确定10

2、2.2.1数控机床的合理选用 102.2.2加工方法的选择 102.2.3加工方案设计的原则 112.3数控加工工艺路线的设计 112.3.1数控车削加工零件的工序顺序112.3.2按零件装夹定位方式划分工序122.3.3数控车削工序的格工步顺序122.3.4数控加工工序与普通加工工序的衔接 142.4走刀路线的设计 142.5确定零件夹紧的方法和夹具的选择 172.5.1工件定位和夹紧方案的确定17 2.5.2夹具的选择 182.6刀具的选择 182.7切屑用量的确定 192.7.1吃刀量的选择 192.7.2每齿进给量的选择 202.7.3主轴转速的确定 20第三章 数控加工工序分析 21

3、3.1分析零件图213.2数控加工顺序223.3加工用量的选择与确定 22第四章 加工程序编写及主要操作步骤 244.1 GSK980TD简介 244.2程序编写的基本步骤和内容 244.3编写加工程序单 27结论 32致谢 33参考文献 34摘 要能通过运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到实践知识，正确的解决一个零件在加工过程中的定位.夹紧以及工艺路线安排.工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。学会使用图表资料以及手册，掌握与本本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练运用。因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来从事

4、的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。由于能力有限，设计当中可能会有不足之处，恳请各位老师给予批评指正。关键词：夹具 走刀路线 加工用量Abstract：Can through the utilization machine manufacture technology curriculum in elementary theory as well as in the productive practice middle school to the practice knowledge, a correct solution comp

5、onents in processing process localization. Clamp as well as craft route arrangement. Questions and so on craft size determination, guarantee components processing quality The academic society uses the graph data as well as the handbook, grasps designs the related each kind of material with the noteb

6、ook the name, the source, can achieve the skilled utilization. Therefore, it holds the important status in ours university life. To my own opinion, I hoped that can the work which will be engaged to own future carry on an adaptability training through this curriculum project, will exercise itself to

7、 analyze the question, will solve the question ability, will start the work for the present to build a good foundation. Because ability is limited, middle the design will possibly have the deficiency, will request earnestly fellow teachers to give the criticism to point out mistakes.Key Words:Fixtur

8、e Moving Path Processing amount前言这次毕业设计，我的设计题目是：数控复合轴加工工艺规程设计。本次毕业设计是为了让我们更清楚地理解怎样确定零件的加工方案，为我们即将走上工作岗位的毕业生打基础，最后，让我们在数控车床上加工出该零件达到图纸要求。数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。 随着我国综合国力的进一步加强和加入世贸组织。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。数控技术是制造实现自动化，集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率

9、不可少的物资手段。 此业设计让我们毕业生更好的熟悉数控车床，确定加工工艺，学会分析零件为走上工作岗位打下基础。第一章 绪论1.1本文的研究背景及意义 数字控制简称数控，是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，它所控制的一般是位置、角度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。 数控加工具有自动化程度高、加工复杂形状零件的能力、生产准备周期短、加工精度高、质量稳定、生产效率高等优点。数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要是想根据零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控加工程

10、序，然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。数控加工原理及加工过程：零件图阅读零件图工艺分析制定工艺数控编程程序传输数控机床数控编程的内容包括：分析零件图，确定工艺过程；数学处理；编写程序单；制作程序戒指并输入程序信息；程序校验。1.2数控编程技术的历史由于计算机技术的发展，数控机床已经研制了3、4、5、6坐标轴的数控机床，现在世界许多工业化发达国家已经广泛应用数控机床，其产量和应用程度已经为衡量一个国家工业化程度和技术水平的重要标志

11、之一。我国从1958年开始研制数控机床，到20世纪60年代末和70年代初，建议的数控线切割机床已在生产中广泛使用。80年代初，我国引进了国外先进的数控技术，是我国数控机床在质量和性能上都有了很大提高。从90年代起，我国已向高档数控机床方向发展。随着微电子技术、计算机技术、自动控制技术、传感器、检测技术和精密机加工技术的告诉发展，数控机床在技术上的更新换代周期越来越短；另外，随着社会对机械产品的种类、形状、结构及加工质量的多样化的需求增强，人们希望生产一种适应性更强、范围可以随时调整、柔性更大的新系统柔性制造系统。第二章 数控编程中的加工工艺分析及设计2.1数控加工工艺2.1.1分析零件图1.

12、零件的完整性和正确性的分析本次我们要分析的轴类零件是一根复合轴，复合轴为典型的轴类零件，生产规模为小批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证曲面轴零件的尺寸精度。可以看出这根轴是由M30的螺纹；25长为5mm的槽，及1：10的锥度组合而成的外圆结构，在轴的右端还有深30的25的内孔。从整体的机构来看轴的轮廓是完整的，而且从尺寸的标准到表面粗糙度的标准都比较完整，而且整体看起来这根轴没有什么结构上的缺陷，精度的要求和粗糙度的要求也比较合理，符合轴和孔之间的配合。总体看起来轴之间的结构是正确的，每一段螺纹后都加工了退刀槽，圆弧的大小也合适，没有超过车刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不过大也不

13、过小。如果是内孔的直径过大那么左端的锥度的外圆柱段的壁厚就显得比较小，这时我们在数控车上加工起来就比较的困难，还要考虑更多的问题来保证轴的精度，因而我们的夹紧也就成了一个大的问题，但是在这里没有出现，也就说明作为典型的轴类零件的加工在数控车上加工的正确性，而且这根轴的表面粗糙度的要求也不高，通过精车基本上都能达到，也体现出了数控技术的精度高的特点。2.零件材料的分析工程材料，特别是钢铁，是现代工业、农业、国防及科学技术等部门使用最广泛的材料。工程材料之所以能获得如此广泛的应用，不仅由于它的来源广泛，而且还由于它具有优良的性能。钢铁材料，又称黑色金属材料，它是可以用于制造机械构件和工具的铁基合金

14、。可分为刚和铸铁两大类，其主要区别在于含碳量的不同。钢的含碳量低于2.11%，铸铁的含碳量则在2.11%以上。钢的韧性、塑性较好，强度较高。常以热锻、轧制等方法成形。强度要求较高、形状较复杂的零件可用铸钢。由于钢的强度、硬度、塑性、等综合力学性能较好，因此一般用于制作承受拉、压、弯曲、剪切、扭转等载荷的构件，如钢筋、齿轮轴。3.零件精度的分析零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工

15、过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这些都

16、会影响到零件的加工精度。图表1-1是各种加工方法得到的加工精度图表1-1 如图1-1就是我们本次要加工的轴：在这次的数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有：40圆柱段，25圆柱孔，50 圆柱，35圆柱沟槽。零件其他径向加工部位相对容易加工。零件的轴向加工部位：零件左端40圆柱段的轴向长度为25,.零件右端25圆柱孔的轴向长度为30mm，由上述尺寸可以确定零件的轴向尺寸应该以零件左端面为基准，这样才能保证零件的加工精度要求，零件其轴向加工部位要求较低。图1-1 4、表面粗糙度的分析表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几

17、何形状，也不同于表面波度。主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。表面粗糙度越小，表面就越光滑；表面粗糙度越大，表面就越粗糙。表面粗糙度大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响。主要表现在对零件的耐磨性、配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观质量等方面的影响。我国执行的表面粗糙度国家标准有三个：GB/T35052000 表面粗糙度 术语 表面及参数GB/T10311995 表面粗糙度 参数及其数值GB/T1311993 机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法附图（机械制造基础81页）在

18、这里我参考的是国标GB/T1311993，由图1-3-2可以知道这根复合轴表面粗糙度的要求不是很高，M30的螺纹的表面粗糙值为Ra2.5；36+0.1 -0.1的槽表面、500 -0.025长度为5mm的左端面、以及52+0.04 -0.01、25+0.1 0的内孔表面的表面粗糙度值为Ra3.2；这些的粗糙度的要求都不是很高，可以通过精加工和半精加工得到，R10 ,R20长度为15mm的圆弧段表面、及左端的圆锥的表面粗糙度Ra1.6。Ra.16的精度可以通过精车之后再通过磨削可以得到。其他未注的粗糙度为Ra6.3也是通过半精车可以达到。2.1.2数控加工工艺概念与工艺过程1.数控加工工艺概念是

19、采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。2.数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。2.1.3数控车床加工工艺的主要内容图表1-2XX学校工 艺 过 程 卡产品型号零（部）件图号共 2 页产品名称复合轴零（部）件名称第 2 页材料牌号45毛坯种类棒料毛坯外形尺寸60*150每毛坯件数1每台件数备注工序号工序名称工 序 内 容车间设 备工 艺 装 备工 时名称、型号编号

20、夹具辅具刀、量具准终单件 1钻车钻B=2.5的中心孔车左端端面普车三抓卡 盘外圆车刀游标卡尺2车粗车左端外圆GSK980TD三抓卡 盘尾锥顶尖外圆车刀游标卡尺3钻车掉头，手动钻20的底孔精车B型中心孔GSK980TD三抓卡 盘外圆车刀游标卡尺4车车右端面粗车左端外形及145倒角粗车右端内孔GSK980TD三抓卡 盘外圆车刀游标卡尺5热处理调质6车精车右端内孔及145倒角GSK980TD三抓卡 盘外圆车刀游标卡尺7车精车右端外形及145倒角车B=5mm的槽GSK980TD三抓卡 盘外圆车刀游标卡尺8车调头精车加工零件左端外形车退刀槽车M30的螺纹GSK980TD三抓卡 盘尾锥尖顶外圆车刀游标卡尺

21、9检测检测零件的外形尺寸游标卡尺10将零件清洗入库编 制审 核会 签标记处数更改文件号签 字日 期标 记处数更改文件号签 字日 期在生产实际中，大部分的零件的数控加工，往往仍然需要以混合工艺的形式来进行工艺编制。本次加工零件的工艺内容如下：1.零件左、右端打B型中心孔B2.5.目的是为数控车削加工工序提供可靠的装夹工艺基准 。2. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹一顶进行装夹定位，数控粗车加工零件右端外形以及倒角145，加工后的零件各部尺寸留下精加工的余量。3. 零件调头后用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹不顶进行装夹定位，先用8、24的钻头手动加工25的孔，然后数控粗车加工零件左端内、

22、外形以及倒角145，加工后的零件各部分尺寸留下精加工的余量。4. 精车、零件右端B型中心孔，为精车加工提供可靠的定位基准。5. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，数控精车加工零件内形以及倒角145与内孔空刀槽，加工后的零件各部尺寸达到图纸技术的要求。6. 用双顶尖一鸡心夹装夹零件，数控精车加工零件左端外形以及倒角145与空刀槽，加工后的零件各部尺寸。7. 零件调头后用一夹一顶的方式夹紧定位好零件，数控精车加工零件右端外形，并进行B=5mm的切槽加工，加工后零件各部尺寸达到图纸的要求。2.2加工方法选择及加工方案确定2.2.1数控机床的合理选用本次加工的零件较为简单，因为在学校期间实习过，所以选择广数

23、GSK980TD数控车床。操作简单易掌握！2.2.2加工方法的选择一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围，但如果要求它保证的加工精度过高，需要采取的一些特殊的工艺措施，将使加工成本随之增大。同样理由，作为一种加工方法，有加工经济表面粗糙度的概念。每一种加工方法都有一个加工精度的范围，例如在普通车床上加工外圆，所能获得尺寸的加工经济精度为：IT8IT9级，加工经济表面粗糙度为：Ra1.252.5m。普通外圆磨床磨削外圆，尺寸的加工经济精度为：IT5IT6 级，加工经济表面粗糙度Ra0.160.32m.各种的加工方法到达的加工经济精度和加工经济表面粗糙度都可以查阅各种金属切削加工工艺手册

24、。机械零件都是一些简单的几何表面如外圆、孔、平面等组合而成的，因此的零件的工艺路线的就是这些表面加工路线的恰当的组合。可以通过对我们这次加工的轴的分析和上表的参考，来选择我们我们零件的加工路线。由前面对轴精度和表面粗糙度的分析，知道这根轴的精度和表面粗糙度的要求都不是很高，最高的表面粗糙度值也是Ra1.6，如果是我们所使用的数控车精度比较高的话，精车也就可以达到了。 外圆加工方法：粗车半精车精车。它能达到的公差等级为IT7IT8，表面粗糙度也能达到Ra0.81.6m。完全复合零件的加工要求。内孔的加工方法：钻粗车半精车，它能达到的公差等级是IT10IT8,粗糙度 Ra1.6 6.3m，而我们此

25、次加工的零件的内孔的表面粗糙度的值Ra 3.2，内圆的公差最小的也有0.05mm，所以这样的的加工方法也能到达我们的要求。端面的加工方法：粗车。端面一边是用来做基准的，因此在端面没有作具体的要求的时候我们一般只是采用粗车的方法来加工。在这里我们只采用粗车的原因主要是，我们通过粗车端面作为我们打B型中心孔的基准，然后再以B型的中心孔作为精基准来加工其他的表面。2.2.3加工方案设计的原则本次零件加工的原则是，以达到图纸规定的要求为基础，一步步来确保零件尺寸和图纸规定的相符。2.3数控加工工艺路线的设计2.3.1数控车削加工零件的工序顺序在轴的数控加工中，分为粗车加工和精车加工二次切削进行，起工序

26、如下：a) 粗车加工：使用外圆车刀车削加工零件右端各部外圆与所在端面。工件各部位均留精车余量。b) 粗车加工：零件调头重新安装装夹定位后，先用8、25的钻头手动加工24的孔，再使用外圆车刀、内孔精镗刀。车削加工端各部内型型面与所在端面达到要求零件左端各部内、外圆型面与所在的端面，零件各部均留精车余量。c) 精车加工：使用内孔镗刀精车加工零件右。d) 精车加工：使用外圆精车车刀、切槽车刀，精车加工左端各部外圆型面与所在端面达到要求。e) 零件调头重新安装装夹定位后，使用外圆精车车刀、切槽刀、螺纹刀车削加工零件右端各部外圆型面与所在端面达到精车的要求。2.3.2按零件装夹定位方式划分工序三抓卡盘夹

27、住左端，先粗加工右端外圆，然后精加工右端外圆及螺纹三抓卡盘夹住右端，先粗加工左端外形面，然后换精加工，达到图纸要求。换镗刀，镗孔右端内形。2.3.3数控车削工序的各工步顺序图表1-3数控加工工序卡1机械加工工序卡产品型号零件图号1共1页产品名称零件名称复合轴第1页车间工序号工序名称材料牌号1车、钻毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数45号钢6015011设备名称设备型号 GSK980TD 设备编号同时加工数数控车床GSK980TD1工步号工步内容工艺设备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数1车右端面T160012012左、右两端钻B形

28、中心孔2.5钻头600120设计日期审核日期会签日期标记处数更改文件号签字日期10.3.27图表1-42机械加工工序卡产品型号零件图号2共1页产品名称零件名称复合轴第1页车间工序号工序名称材料牌号2车 45毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数45号钢6015011设备名称设备型号设备编号同时加工数数控车床GSK980TD1工步号工步内容工艺设备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/mm进给次数1粗车右端外圆，留精车余量0.5mmT160012023 2粗车左端外形，留精车余量0.5mm 3精车左右两段外形达到图纸要求800 800.51设计日期审核

29、日期会签日期汤伟建2010.3.27标记处数更改文件号签字日期2010-3-272.3.4数控加工工序与普通加工工序的衔接装夹工件，调好主轴转速，主轴正转。换钻打B型孔；打右端内孔，先用8，的钻头钻孔，然后换24的钻头扩大内孔直径。装夹刀具，机床回零，对刀，调好程序进行数控车削加工，加工各外形及螺纹，切槽等。2.4走刀路线的设计左端外形及螺纹走刀路线如下：1号为外圆车道路线 2号为切槽刀路线 3号为螺纹刀路 图1-2右端外形走刀路线如下：1号为外圆车道路线 2号为切槽刀路线 图1-3右端镗孔走刀路线如下： 图1-42.5确定零件的夹紧方法和夹具的选择2.5.1工件的定位与夹紧方案的确定夹具是机

30、械制造厂使用的一种工艺装备,分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。机床夹具在机械加工中的作用对工件进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，首先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用于小批生产。批量较大时，大都用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有下列优点：（1） 能稳定地

31、保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。（2） 能提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高生产率。（3） 能扩大机床的使用范围 （4） 能降低成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显地降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成

32、本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。2.5.2夹具的选择在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受施工会检测和装置。在这次的加工中我采用的是通用夹具。利用FANUC数控车床的三爪自动定心卡盘作为夹具，这种方法使工件定位所迅速方便，定位精度高。且在加工中还才用了鸡心夹作为左端外圆精加工时的辅助夹具。保证左端外圆的价加工精度。2.6刀具的选择由图1-1可知，在该零件的数控车削加工中我选用的是机夹刀，且零件外圆加工应该使用主偏角Kr=93、刀尖圆弧半径R2外圆精车车刀，零件内孔加工应该使用内孔精车车刀。零件内、外圆空刀槽加工使用内孔、外圆切槽车刀，螺纹加工使用螺纹车刀，就可以满足加工要求。具体加工用的刀具如下：T0：中心钻B2.5，钻头8、24；T1：主偏角Kr=93，刀尖圆弧半径R20刀尖圆弧、半径R20外圆精车车刀； T2：主偏角为90的镗刀T3：B=5mm的内孔车槽车刀；T4：刀刃宽B=5mm切槽车刀；T5：刀刃宽B=2mm切槽车刀；T6：螺纹车刀图表1-5是刀具卡以及刀具结构明细表 图表1-5