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1、毕 业 设 计 题目 轴类零件的数控加工工艺设计 学生姓名 学号 班 级 090206 专 业 机电一体化技术 分 院 工程技术分院 指导教师 2011年 11 月 1 日目 录第一章 引言1第二章 工艺方案分析22.1零件图:22.2零件图纸描述22.3确定加工方法22.4确定加工方案3第三章 确定刀具及切削用量43.1刀具的选择43.2切削用量选择5第四章 确定加工顺序和加工路线64.1加工顺序的确定64.2加工路线的确定7第五章 机械加工工艺文件85.1数控加工工序卡85.2数控加工刀具卡片95.3数控程序10参考文献15结束语16致谢语17轴类零件的数控加工工艺设计摘 要：科学技术的发
2、展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。关键词： 数控车床数控编程加工工艺 切削参数 加工路线第一章 引言装备工业的技术
3、水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（例如：信息技术及产业，生物技术及产业，航空航天技术，国防工业等等）等使能技术的的最基本装备。数控技术是当今制造技术和装备最核心的技术，当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外，世界上个工业发达国家还将数控技术机数控装备列为国家的战略物资。不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及产业而且在“高精尖”的数控技术和装备方面对其他国家实行封闭和限制。总之大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展提高综合国力和国家地位的重要途
4、径之一。进入21世纪高职高专教育的改革和发展呈现出前所未有的发展势头，学生规模已占我国教育的半壁江山，成为我国高等教育的一支重要的生力军。办学理念上。“依旧也为导向”成为高等教育改革与发展的主旋律。本文以典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最
5、高、刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。第二章 工艺方案分析2.1零件图:用数控车床完成图示零件的加工，此零件为配合件，配合锥面用涂色法检查，要求锥体接触面积不小于50%，零件材料为45钢。2.2零件图纸描述该零件为螺纹配合件，表面由圆柱、圆锥、逆圆弧、等表面组成。其中大多数的尺寸有严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求，螺纹M27度等级要求。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。2.3确定加工方法 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺
6、寸大小和形位公差要求等全面考虑。该零件的圆柱、圆锥、圆弧表面可以通过车削或磨削加工实现，端面加工可以通过车削、铣削或磨削等加工实现，螺纹表面可以通过车螺纹、套螺纹或滚压螺纹等加工方法实现。圆柱、圆锥、圆弧表面，其尺寸精度要求较高的几个尺寸的精度为IT7级，精车工艺可以达到的精度等级为IT6-IT7，外圆磨削工艺可以达到的精度等级为IT5-IT6。；该零件没有具体的形状位置精度的要求。通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为中小批量加工，而且零件有圆弧表面，故加工设备采用数控车床。2.4确定加工方案零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和
7、精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。加工该零件的毛坯为50x150mm的棒料，而且零件的尺寸精度和表面粗糙度要求都很高，用外圆端面车刀粗车工序去除过多余量，然后精车零件表面，保证零件的尺寸精度和表面粗糙度要求。零件各轴颈精加工后用车槽刀车削螺纹空刀槽，最后用螺纹车刀车削M27螺纹。因为零件右端的螺纹不适于装夹，所以螺纹部分必须最后加工，故需要先加工零件左侧部分至成品尺寸，然后第二次装夹加工零件右端剩余部分表面。 第三章 确定刀具及切削用量在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加工效
8、率的高低。选用合适的刀具并使用合理的切削参数，将可以使数控加工以低成本、高效率地达到最佳的加工质量。 3.1刀具的选择数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。合理选用既能提高加工效率又能提高产品质量。3.1.1刀具选择应考虑的主要因素1. 被加工工件的材料、性能：金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。2. 工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。3. 刀具能承受的切削用量。4. 辅助因数：操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。3.1.2刀具材料的选择常用刀具材料为高速钢、硬质合金。非金属材料刀具使用较少。 1. 高速钢刀具。高速钢刀具易磨损，价格便
9、宜，常用于加工硬度较低的工件。2. 硬质合金刀具。硬质合金刀具耐高温，硬度高，主要用于加工硬度较高的工件，硬质合金刀具需较高转速加工，否则容易崩刀。硬质合金刀具加工效率和质量比高速钢刀具好。3.1.3刀具结构形式选择车刀可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。1. 焊接式车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。2. 机夹车刀是采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀3. 可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀4. 成形车刀
10、是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件廓形设计的，可用在各类车床上加工内外回转体的成形表面。与其他类型的车刀相比，可转为车刀有夹紧可靠、定位精确、操作方便、结构简单、排屑流畅等优点。3.1.4确定加工刀具根据零件的材料、形状，加工需要用到粗车用端面外圆车刀、精车用端面外圆车刀、槽刀和螺纹车刀，考虑到零件的批量、精度要求和表面粗糙度要求，选用可转位机夹车刀。其中第1序加工工件外圆必须用负偏角大于45的车刀才能实现一刀车削出所有轮廓。 第1序 粗、精车端面选用PCLNR2525M09标准车刀，刀片选用CNMG120412标准硬质合金刀片。粗车外圆端面选用SVJCL2525M16标准车刀，
11、刀片选用VCMT160412 标准硬质合金刀片。精车端面外圆选用SVJCL2525M16标准车刀，刀片选用VCMT160408 标准硬质合金刀片。第2序 粗车端面选用PCLNR2525M09标准车刀，刀片选用CNMG120412标准硬质合金刀片。精车端面选用PCLNR2525M09标准车刀，刀片选用CNMG120408标准硬质合金刀片。车槽刀选用RF123J132525BM刀体，刀片选用N123J20500CM 硬质合金刀片。螺纹车刀选用LW2016R-04 标准刀体，刀片选用L04标准硬质合金刀片。3.2切削用量选择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、
12、加工效率、生产成本等都有着非常重要的影响。合理的选择切削用量是充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的情况下，获得高的生产率和低的加工成本。3.2.1切削用量的选择原则合理选用切削用量，对提高生产率，保证加工质量和适当的刀具使用寿命都具有重要的意义。因此，应根据粗、精车加工的不同要求来合理选择切削用量。1. 粗加工时的选择 粗加工时要尽可能达到较高的生产率，同时又要保证刀具的使用寿命。在保证刀具使用寿命不变的前提下，使vc、f、ap的乘积尽可能大些。因此，优先选用大的背吃刀量ap，其次取较大的进给量f，最后根据刀具的寿命确定合适的切削速度Vc。2. 精加工时的选择 精加工
13、时首先应确保获得要求的加工精度和表面粗糙度，同时也要考虑必要的刀具使用寿命和生产率，并控制不产生积屑瘤，保证工件获得必要的表面粗糙度。使用硬质合金车刀时，一般多采用较高的切削速度vc。精加工时应采用较小的背吃刀量ap和进给量f。3.2.2确定切削用量已知工件的材料为45钢，刀具材料为硬质合金。根据切削用量的选择原则确定切削用量如下。第1序: a. 确定背吃刀量ap。单边加工余量为1.5mm，粗车取ap12mm，精车取ap0.5mm。边b. 确定进给量f。根据工件材料、刀杆截面尺寸、工件直径及背吃刀量粗车进给量查机械加工工艺师手册表27-2得f0.4mm/r，为了确保表面粗糙度精车进给量取f0.
14、1mm/r。c. 确定切削速度vc。查机械加工工艺师手册表27-22得粗车切削速度vc122m/min，精车切削速度vc146m/min。粗车时机床主轴转速为n1214/min精车为了保证工件表面粗糙度，采用恒线速切削。第2序: a. 粗车工步 单边最大余量为9，粗车背吃刀量选为ap2mm，精车粗车取ap0.4mm，进给量查机械加工工艺师手册表27-2得f0.4mm/r。切削速度vc。查机械加工工艺师手册表27-22粗车切削速度vc109m/min。计算机床主轴转速为12141946 r/min。其中最高转速计算为：n1946（r/min）取机床转速为1200r/min，则切削速度vc90.4
15、109m/minb. 精车工步 精车背吃刀量选为ap0.4mm，精车进给量取f0.1mm/r，精车切削速度vc146m/min。精车用恒线速切削。c. 切槽工步 进给量查机械加工工艺师手册表27-8取f0.08mm/r结合刀具推荐值切削速度为vc100m/min，计算机床主轴转速为1446-1592r/min。其中最高转速计算为：n2123r/min d. 车螺纹工步 径向进给选为0.10mm/刀、切削速度vc110m/min，机床主轴转速为：n1946（r/min）第四章 确定加工顺序和加工路线4.1加工顺序的确定先粗后精的原则，先远后近的原则。在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特
16、别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的加工顺序合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。精车要保证加工精度，按产品图样尺寸切出零件的轮廓形状。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性
17、，改善其切削条件。分析零件图，按照上述原则，该零件的加工需要先从右到左进行粗车，尽量使精车余量均匀，然后从右到左进行精车，零件的最终轮廓应一刀连续加工而成，精车后用槽刀切螺纹空刀槽，最后车削螺纹。加工路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。加工路线的确4.2加工路线的确定定首先必须保证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、效率高等因素。在保证加工质量的前提下，使加工序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。1. 最短
18、的空行程路线。要使得空行程的路线最短，需要合理设置起刀点，合理设置换刀点，合理安排“回零”路线。2. 最短的切削进给路线。缩短切削进给路线，可以有效地提高生产效率，降低刀具的损耗。安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求。3. 大余量毛坯的阶梯切削进给路线。根据数控机床的加工特点，可以采用依次轴向和径向进给，顺着工件的轮廓切削进给的路线。4. 精加工切削进给路线。在安排一刀或多刀进行的精加工进给路线时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，并且加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入、切出或换刀及停顿，保证表面的光滑连续
19、，避免产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。第五章 机械加工工艺文件5.1数控加工工序卡数控加工工序(工步)卡零 件 图 号零 件 名 称材 料使 用 设 备45#钢CKD6140D工步号工 步 内 容刀具号刀具名称刀具规格主轴转速进给速度刀具半径补偿号刀具长度补偿号备注1283542 48外径T01外圆粗车93500r/min0.2mm/r01012283542 48外径T02外圆精车551000r/min0.1mm/r020233542外径T01外圆粗车93500r/min0.2mm/r010143542外径T02外圆精车551000r/min0.1mm/r02025R26S520.03
20、T02外圆精车55500r/min0.2mm/r02026R26S520.03T02外圆精车551000r/min0.1mm/r0202752槽T03切槽刀刃宽5mm300r/min0.15mm/r03038M24T04三角外螺纹刀60500r/min0404952T01外圆粗车93500r/min0.2mm/r01011052T02外圆精车551000r/min0.1mm/r02021121钻头500r/min1228+0.03 0T05镗刀55500r/min0.2mm/r05051328+0.03 0T05镗刀551000r/min0.1mm/r05051435+0.03 0T05镗刀5
21、5500r/min0.2mm/r05051535+0.03 0T05镗刀551000r/min0.1mm/r050516M24T06三角内螺纹刀60500r/min06065.2数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称零件图号序号刀具号刀具名称刀具型号刀 片刀尖半径mm备注型 号 牌号1T01机夹车刀PCLNR2525M09CNMG120412YT151.22T04机夹车刀PCLNL2525M09CNMG1204080.83T03机夹槽刀RF123J132525BN123J20500CM4T04螺纹车刀LW2016R-04L04编制薛可心审核批准2011年11月1 日共1页第1页5.3数控程序O
22、0001 (大件左端程序)N10 G21 G40 G97 G99 M03 S500 T0101;N20 G00 X60.0 Z10.0 M08;N30 G71 U2.0 R1.0;N40 G71 P50 Q180 U0.3 W0.2 F0.2;N50 G00 G42 X26.0 ;N60 G01 Z0.0;N70 G01 X27.99 Z-1.0;N80 G01 W-8.0;N90 X31.0;N100 X35.0 W-20.0;N110 X40.0;N120 X41.99 W-1.0;N130 W-20.0;N140 X46.0;N150 X47.985 W-1.0;N160 Z-58.0;
23、N170 X52.0;N180 Z-155.0;N190 G00 X70.0 Z50.0;N200 G21 G40 G97 G99 M03 S1000 T0202;N210 G00 X60.0 Z10.0;N220 G70 P50 Q180 F0.1;N230 G00 X70.0 Z50.0;N240 G21 G40 G97 G99 M03 S300 T0303;N250 G00 X60.0 Z-155.0;N260 G01 X4.0 F0.15;N270 G01 X60.0;N280 G00 Z50.0 M05;N290 M09;N300 M30;O0002 (大件右端程序)N10 G21
24、G40 G97 G99 M03 S500 T0101;N20 G00 X60.0 Z10.0 M08;N30 G71 U2.0 R1.0;N40 G71 P50 Q150 U0.3 W0.2 F0.2;N50 G42 G00 X20.0;N60 G01 Z0.0;N70 X23.7 Z-2.0;N80 Z-20.0;N90 X33.0;N100 X34.99 W-1.0;N110 W-12.0;N120 X40.0;N130 X41.99 W-1.0;N140 W-20.0;N150 X52.0;N160 G00 X60.0 Z50.0;N170 G21 G40 G97 G99 M03 S10
25、00 T0202;N180 G00 X60.0 Z10.0;N190 G70 P50 Q150 F0.1;N200 G00 X60.0 Z50.0;N210 G21 G40 G97 G99 M03 S500 T0202;N220 G00 X60.0 Z-52.0;N230 G73 U6.0 W2.0 R3;N240 G73 P250 Q280 U0.3 W0 F0.2;N250 G01 G42 X48.0;N260 G03 X48.0 Z-72.0 R26.0;N270 G02 X48.0 Z-92.0 R26.0;N280 G01 X60.0;N290 G00 Z50.0;N300 G21
26、G40 G97 G99 M03 S1000 T0202;N310 G00 X60.0 Z-52.0;N320 G70 P250 Q280 F0.1;N330 G00 X60.0 Z50.0;N340 G21 G40 G97 G99 M03 S300 T0303;N350 G00 X30.0 Z-20.0;N360 G01 X20.0 F0.15;N370 G04 X3.0;N380 G01 X30.0 F0.15;N390 G00 X60.0 Z50.0;N400 G21 G40 G97 G99 M03 S500 T0404;N410 G00 X30.0 Z5.0;N420 G92 X22.8
27、 Z-16.0 F3.0;N430 X22.1;N440 X21.5;N450 X21.1;N460 X20.7;N470 X20.3;N480 X20.1;N490 G00 X60.0 Z50.0 M05;N500 M09;N510 M30;小工件先打中心孔、 钻2180的孔。O0003N10 G21 G40 G97 G99 M03 S500 T0101;N20 G00 X60.0 Z10.0 M08;N30 G71 U2.0 R1.0;N40 G71 P50 Q80 U0.2 W0.2 F0.2;N50 G00 X48.0;N60 G01 Z0.0;N70 X51.85 Z-2.0;N80
28、 Z-65.0;N90 G00 X60.0 Z50.0 ;N100 G21 G40 G97 G99 M03 S1000 T0202;N110 G00 X60.0 Z10.0;N120 G70 P50 Q80 F0.1;N130 G00 X60.0 Z50.0 ;N140 G21 G40 G97 G99 M03 S500 T0505;N150 G00 X10.0 Z10.0;N160 G71 U2.0 R1.0;N170 G71 P180 Q240 U-0.3 W0.2 F0.2;N180 G41 G00 X35.0;N190 G01 Z0.0;N200 X31.0 Z-20.0;N210 X2
29、8.0;N220 W-10.0;N230 G01 X24.0;N240 X20.0 W-2.0;N250 G00 X60.0 Z50.0;N260 G21 G40 G97 G99 M03 S1000 T0505;N270 G00 X10.0 Z10.0;N280 G70 P180 Q240 F0.1;N290 G00 X60. Z50.0 ;N300 G21 G40 G97 G99 M03 S300 T0303；N310 G00 X60.0 Z-65.0;N320 G01 X4.0 F0.15;N330 G01 X60.0;N340 Z50.0 M05;N350 M09;N360 M30;O0
30、004 （小件调头镗孔、内螺纹程序）N10 G21 G40 G97 G99 M03 S500 T0505;N20 G00 X10.0 Z10.0 M08;N30 G71 U2.0 R1.0 ;N40 G71 P50 Q100 U-0.3 W0.2 F0.2;N50 G41 G00 X37.0;N60 G01 Z0.0;N70 X35.015 Z-1.0;N80 Z-10.0;N90 X24.0;N100 X21.0 W-2.0;N110 G00 X60.0 Z50.0;N120 G21 G40 G97 G99 M03 S1000 T0505;N130 G00 X10.0 Z10.0;N140
31、G70 P50 Q100 F0.1;N150 G00 X50.0 Z50.0;N160 G21 G40 G97 G99 M03 S500 T0404;N170 G00 X10.0 Z-8.0;N180 G92 X21.96 Z-31.0 F3.0;N190 X22.66;N200 X23.26;N210 X23.66;N220 X24.06;N230 X24.46;N240 X24.66;N250 G00 Z50.0;N260 X50.0 M05;N270 M09;N280 M30;参考文献1. 蔡兰.王霄.加工工艺学 .京化学工业出版社.20052. 薛彦成. 公差配合与测量技术. 北京:机
32、械工业出版社.19993. 王晓东.孙延娟. 数控加工工艺与刀具. 北京:高等教育出版社.20054. 黄金龙.数控车床编程与实训.北京科技出版社.20075. 杨叔子.机械加工工艺师手册. 北京:机械工业出版社.20016. 陈家芳.实用车工计算手册. 上海科学技术出版社.2006结束语通过本次典型零件的工艺过程的设计，充分体现了数控加工高精度、高速度、高柔性的优点。数控车床通过CNC系统控制和司服电机精确的传动，很大的提高的加工精度。通过程序控制，数控车床可以很轻易完成复杂表面的加工，在批量生产中，数控加工能很好的保证零件质量的稳定性。工艺过程的设计首先要保证的是零件的尺寸精度和表面粗糙度
33、要求，在本工艺过程的设计中，采用一些工艺措施以保证零件较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。定位装夹方面，采用普通的夹爪，能够保证刚性和定位精度的要求和定位精度。刀具选择方面，采用机夹可转为车刀，在批量生产中能很好的保证零件的尺寸精度要求。选用负偏角大于45的车刀，保证精车能一刀车削整个轮廓，从而保证表面的光滑连续，避免了产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。切削参数的选择方面，精车工序采用恒线速切削，从而稳定的保证了表面质量，满足零件较高的表面粗糙度的要求。加工顺序和加工路线方面。采用粗车、半精车、精车的加工顺序，精车一刀车出整个外形轮廓的加工路线，以保证精度要求。调整测量方面，采用游标卡尺进行测量，螺纹测量使用螺纹中径千分尺，外圆和轴向尺寸使用精度为0.001mm的千分尺。致谢语本论文是在导师的指导下完成的。在撰写论文的过程中，导师、同学以及实习单位的各位同事都给予了很大的帮助，谨在此向导师和各位给予帮助的朋友表示最崇高的敬意和衷心感谢!
