轴类零件的加工工艺与编程毕业设计.doc

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1、哈尔滨应用职业技术学院毕业设计（论文）说明书设计题目：轴类零件的加工工艺与编程系 部机械工程系专 业数控技术年 级10数控一班姓 名吕晓东指导教师马春红2012年 5 月 1 日摘 要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、航天等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加

2、工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词 工艺分析 加工方案 进给路线 控制尺寸 NC程序AbstractAlong with numerical control technology unceasing development and application domain expansion, nc machinin

3、g technology of national economy and the peoples livelihood some important industry (IT, automobile, light industry, medical treatment, the development of playing a more and more important role, because the efficiency, quality is the subject of advanced manufacturing technology. High speed, high pre

4、cision machining technology can greatly improve the efficiency, improve the quality and grade of the products, shorten production cycle and improve the market competition ability. And for nc machining, whether manual programming or automatic programming, ChengQian at all to the parts processing proc

5、ess analysis and processing scheme worked, choose proper tool, sure, for some cutting dosages process problems (such as the cutting point, processing of route etc) also need to do some processing. And in the process control precision of the master method, can processing of qualified products. Accord

6、ing to the characteristics of the numerical control machine, in specific parts of the technology, the analysis of the scheme, the scheme determination of tooling, knives and selection of cutting parameter, sure processing order and processing route, for CNC programming. Through the whole process of

7、the formulation of process, fully embodies the numerical control equipment in the guarantee machining precision machining efficiency, simplify the process, the advantages of the. Key words process analysis processing scheme to route into control sizeNC program目录摘 要Abstract前 言第1章 工艺方案分析1.1 零件图1.2 零件图

8、分析1.3 确定加工方法1.4 确定加工方案第2章 工件的装夹2.1 定位基准的选择2.2定位基准选择的原则2.3装夹方式的选择2.4 确定合理的装夹方式第3章 刀具及切削参数3.1 切削用量的选择3.2 选择数控刀具的原则3.3 设置刀点和换刀点第4章 典型轴类零件的加工4.1 轴类零件加工工艺分析4.2加工坐标系设置4.3 典型轴类零件加工工艺4.4 手工编程4.5 加工完成（图）总结致 谢参考文献 前 言在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械

9、加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。以机械加工中车工工艺学与数控车床技能训练密切结合为主线，常用量具识读及工件测量、刀具及安装、工件定位与安装、金属切削过程及精加工，较清晰地展示了数控车工必须掌握的知识和技能的训练途径。对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算，都进行了有针对性的论述，目的在于塑造理论充实、技能扎实的专业技能型人才。本文以与切削用

10、量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，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1章 工艺方案分析 1.1 零件图1.2 零件图分析 该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，

11、55mm105mm，无热处理和硬度要求。1.3 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、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。 在轮廓线上，有个锥度1:5、，由cad图可知其坐标。 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，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。1.4 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

12、的加工方案。毛坯先夹持左端，车右端轮廓86mm处，右端加工20mm，锥度为1:5的锥体，S30mm圆弧外圆，3x1.5切退刀槽加工螺纹M25mm1.5mm.调头装夹已加工30mm外圆，左端加工30mm。第2章 工件的装夹 2.1 定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。 2.2定位基准选择的原则1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准

13、、定位基准、编程原点三者统一。2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。 2.3装夹方式的选择为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。 2.4 确定合理的装夹方式装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘毛坯右端30，再加工左端达

14、到工件精度要求。第3章 刀具及切削参数 3.1 切削用量的选择 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。 1.切削速度的选择：切削速度越大，加工效率越高，刀具的耐用度越低； 当切削塑性材料时，如果采用中速切削最容易产生积屑瘤，增加工件的粗糙度。应该避免在这个区间内选择切削速度。当刀具材料为硬质合金时，切削速度可以比高速钢刀具更高

15、，因为硬质合金刀具的红硬性更好。在同样刀具情况下，工件材料的易切系数大时，可以采用较高的速度切削，如铝合金的易切系数大，当其切削速度选择300m/min时，45号正火钢的易切系数比铝合金小，其切削速度则选择100m/min。决定切削速度的因素很多，概括起来有：1)刀具材料。刀具材料是影响切削速度的最主要因素。刀具材料不同，允许的最高切削速度也不同。高碳钢刀具的切削速度约为5m/min，高速钢刀具的切削速度约为20m/min，硬质合金刀具的切削速度约为80m/min，涂层硬质合金刀具的切削速度约为200m/min，陶瓷刀具的切削速度可高达1000m/min。2)工件材料。工件材料硬度高低会影响刀

16、具切削速度，同一刀具加工硬材料时切削速度应降低，而加工较软材料时，切削速度可以提高。 2.切削深度的选取：要根据机床、工件和刀具的刚度来决定，主要受机床刚度的制约。在机床刚度允许的情况下，切削深度应尽可能大，如果不受加工精度的限制，可以使切削深度等于零件的加工余量。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，应根据加工余量确定，留少量精加工余量，一般粗加工时，一次进给应尽可能切除全部余量。背吃刀量不均匀时，粗加工要分几次进给，并且应当把第一，二次进给时的切削深度尽量取得大一些；在中等功率的机床上，切削深度取为810mm。半精加工时，切削深度选取为0.52mm。精加工时，切削深度选

17、取0.20.5mm。总之，切削深度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。 3.进给量主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料和性质选取。粗加工时，一般选用尽可能大的进给量；精加工时，当表面粗糙度要求较高时，宜选用较小的进给量；在切断、车削深孔或用高速钢刀具车削时，也宜选择较低的进给量。进给速度F是切削时单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r或mm/min。进给速度与进给量的关系是v=nf 4.主轴转速的计算式为：S1000V/D 式中单位：V切削速度，m/min D刀具直径mm Sr/min 确定切削用量的一般步骤为：首先确定背

18、吃刀量，再根据工件和刀具材料确定切削速度，然后计算出主轴转速，最后确定每分钟进给速度F。 特别要注意的是，程序中的转速S发生改变时，其进给速度也要随着改变。进给速度不是一个孤立的参数 3.2 选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，

19、一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料

20、(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。 3.3 设置刀点和换刀点 刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操

21、作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点。球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。 第4章 典型轴类零件的加工4.1 轴类零件加工工艺分析（1） 技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位

22、精度，轴向一般要求不高。轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。（2）毛坯选择 轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。如图典型轴类直径相差不大，采用直径为55mm，材料45#钢，在锯床上按105mm长度下料。（3）定位基准选择 轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互

23、位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。 数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确性，或为了端面余量均匀，工件轴向需要定位。采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限未支承，以工件端面或台阶儿面作为轴向定位基准。（4） 热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火火退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应

24、安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。（5）走刀路线和对刀点选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工

25、序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。4.2加工坐标系设置（1）建立工件坐标系（2）试切法对刀在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右端面O为工件原点时，对刀输入为Z0，如图用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸不变，

26、从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。Z轴方向对刀 X轴方向对刀4.3 典型轴类零件加工工艺（1）确定加工顺序及进给路线加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。（2）选择刀具1）车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。2) 粗、精车外圆：（因为程序选用

27、 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.3)车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm）4)车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀.（3）选择切削用量 表3-5切削用量选择主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆8000.11.5精车外圆8000.050.2粗车螺纹701.50.4精车螺纹701.50.1切槽1150.04工序卡工序名称内容加工简图设备01外圆粗车1.三爪卡盘夹持零件，车端面见平，钻中心孔，用尾架顶尖顶住直径

28、、长度均留余量2mm，2.调头，三爪卡盘夹持零件另一端，车端面保证总长，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，直径、长度均留信余量2mm车床02外圆精车1.双顶尖装夹。半精车零件右端的阶梯台；2. 调头，双顶尖装夹，半精车余下的零件左端,其余台阶直径上留余量0.5mm,车床03外圆切槽对零件上的两个退刀槽进行加工车床04螺纹对零件上的键槽进行粗铣，并按图纸规定尺寸多铣0.25mm，作为精铣的余量车床数控工艺卡单元名称产品型号零件号零件名称件 数第 1 页1件共 1 页序号工序名称车间设备名称设备型号工具编号工具名称单件工时备注01外圆粗车1车床Cjk6032T0102外圆精车1车床Cjk6032T0203

29、外圆切槽1车床Cjk6032T0304螺纹加工1车床Cjk6032T04编制吕晓东1审核合格批注编制日期5-6刀具卡片产品名称零件名称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金90度放型车刀1粗、精车外轮廓左偏刀2T02硬质合金车槽刀1切槽3T0360度硬质合金外螺纹车刀1粗、精车螺纹4T04硬质合金端面45度车刀1粗、精车端面4.4 手工编程 工件右端加工 O0001N10 G54 G00 X100 Z100 T0101 快速定位 x100 z100N20 M03 S800N30 G00 X42 Z2N40 G71 U2 R2N50 G71 P60 Q160 U0.

30、1 W0.2 F100 粗循环车削N60 G01 X17N70 Z0N80 X20 Z-1.5N90 Z-25N100 X25 Z-45N110 X27N120 X30 Z-46.5N130 Z-60N140 X48N150 G03 X48 Z-85 R30N160 G01 X60N170 G70 P60 Q160 精加工N180 G00 X150N190 Z150 N200 T0100 取消1号刀补N210 T0202 换第二把刀N220 G00 X35 Z-16 切退刀槽N230 G01 X17 N260 T0303 换第三把螺纹车刀N270 G00 x150 z150 X25 Z3N28

31、0 G92 X20 Z-14 F1.5 螺纹加工N290 X19.1N300 X18.6N310 X18.2N320 X18.1N330 G00 X150 Z150N340 T0300N350 M05N360 M30 工件左端加工 O0002N10 G54 G00 X100 Z100 T0101N20 M03 S800N30 G00 X60 Z5N40 G71 U0.1 R0.2N50 G71 P10 Q20 U0.1 W0.2 F100N60 N10 G01 X28N70 Z0N80 X30 Z-1N90 Z-15.2N100 N20 X60N120 G70 P10 Q20N130 G00

32、X150 Z150N140 T0100N150 M05N160 M30 4.5 加工完成（图）总 结 在数控车削加工中经常遇到的轴类零件,本设计论文中采用含螺纹零件进行编程设计,在螺纹车削编程中要注意,数控车床主轴上必须安装有脉冲编码器测定主轴实际转速,从而实现主轴转一转刀具进给一个螺纹导程的同步运动,从螺纹粗车到精车,主轴的转速必须保持不变. 该特殊轴零件结构，有螺纹、倒角、圆弧、槽等。该编程螺纹车削采用螺纹加工循环指令G92,用该指令编程可以不用写那么多步程序，省去了很多编程时间。数控加工的基本编程方法是用点定位指令编写接近或离开工件等空行程轨迹，要用插补指令编写工件轮廓的切削进给轨迹。几

33、个星期以来，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在做这次毕业设计过程中使我学到很多，我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做，才会使自己更快的成长。我相信，通过这次的实践，我对数控的加工能进一步了解，并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。致 谢 短暂的三年大学生活很快就要结束了，我曾多么憧憬美好的学生时代，如今当自己临近毕业时，我又留恋已经流逝的三年学生生涯。 本文是在指导老师马春红悉心指导和亲切关怀下，并且在实训期间得到老师的有关帮助，经过不断的学习和修改完成的。 老师您严谨的学风，渊博的学识，谦逊的为人，丰富的实践经

34、验，高瞻远瞩、敏锐的科学眼光，将是我永远学习的楷模；老师乐观、正直、朴实的生活态度，令我深深敬佩。老师您的谆谆教诲，将使我终生受益。在此，谨致以衷心的感谢和崇高的敬意。 再次真诚地感谢所有在我两年读书期间帮助过我的老师、同学和朋友，祝大家一生平安参考文献1 嵇宁 数控加工编程与操作 高等教育出版社；20082 赵长明 数控加工工艺及设备 北京：高等教育出版社；20033 夏凤芳 数控机床 北京：高等教育出版社；20054 詹华西 数控加工与编程 西安：西安电子科技大学出版社；20045 袁哲俊 金属切削刀具 上海：上海科学技术出版社；19936 蔡兰，王霄 数控加工工艺学 化学工业出版社；20057 王爱玲 数控机床加工工艺 北京：机械工业出版社；20068 蒋建强 数控编程技术200例 科学出版社 北京希望电子出版社；20059 刘靖华 数控加工技术 高等教育出版社 ；200310陈志雄 数控机床与数控编程技术 电子工业出版社；2003