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1、 南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 学号 21153P33 系部 机电学院 专业 数控技术 题目 电机心轴配合件的工艺分析与造型 指导教师 评阅教师 完成时间： 2014年 5 月 25 日毕业设计(论文)中文摘要题目：电机心轴配合件的工艺分析与造型摘要：随着着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。本次设计就是进行典型轴类零件的数控加工工艺与编程，该零件是具有椭圆、圆弧、斜度、外螺纹、凹槽、孔等特征的轴类零件，本文侧重于该零件的工艺分析、加工路线确定及
2、加工程序的编制。并绘制零件图，加工路线图。用G代码编制该零件的数控加工程序，并附以编程尺寸的计算方法，其中零件工艺规程的分析是此次论文的重点和难点。关键词：数控加工技术; 数控加工工艺与编程; 加工路线毕业设计(论文)外文摘要Title：The processing technology of shaft parts The profileAbstract: With the rapid development of science and technology and increasingly fierce economic competition, mechanical products
3、update speed is faster and faster, the nc machining technology, as the representative of advanced productive forces, in the field of machinery and related industries play an important role, machinery manufacturing, its essence is the competition of numerical control technology. This design is a typi
4、cal shaft parts and programming of nc machining process, the parts are with elliptical and circular arc, slope, external thread, grooves, holes, such as characteristics of axial parts, this paper focuses on the parts of process analysis, the determination of processing route and the preparation of m
5、achining process. And draw the part drawing, processing roadmap. The components of the nc machining program with G code, and provide the calculation method of programming size, including parts process procedures.Keywords: Nc machining technology; Nc machining process and programming; The processing
6、route.目 录1 引言12 电机心轴数控加工工艺22.1电机心轴数控加工工艺分析22.2电机心轴数控加工工艺路线的设计32.3电机心轴数控加工工序设计42.3.1机床的选择42.3.2工件定位与夹紧方案的确定和夹具的选择52.3.3数控刀具的选择52.3.4走刀路线的确定和工步顺序62.3.5切削用量的确定72.3.6测量方法的确定73 电机心轴配合件的工艺文件编制73.1电机心轴零件的工艺分析83.2选定加工内容及数控机床93.3确定加工工序、工步及装夹方案94 电机心轴数控程序分析及编制174.1电机心轴程序分析174.2电机心轴工序1、2程序代码184.3电机心轴工序3程序代码194
7、.4电机心轴工序4程序代码225 电机心轴造型24结 论25致 谢26参考文献26 1 引言 随着计算机技术的发展，计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。CAD/CAM技术自动加工的实现对社会产生了巨大的经济效益。通过所学知识对零件进行图纸分析、选定加工方案和使用数控设备进行零件加工，加强了对数控实际操作的能力分析。此次毕业设计主要以灵活运用专业知识来解决实际生产中的问题为目的。设计的过程分为绘制零件图装配图、编写工艺卡、工序卡、编写数控加工程序和撰写设计说明书四个阶段，在绘制零件图装配图中，我们熟悉课题的基本要求后在十一月底初步制
8、定毕业设计计；十一月底至十二月中旬收集相关资料，了解轴的工艺；十二月中旬至一月底绘制零件图装配图；于二月初结束这阶段的工作后转入编写工艺卡、工序卡阶段；在编写工艺卡、工序卡中，主要是提供工序卡片、刀具卡片、装夹简图的电子稿，于三月底完成了这个阶段性任务；编写数控加工程序，历经一个月，主要是提供数控加工程序电子表；最后利用了一周的时间完成撰写设计说明书课题的所有设计工作于5月底全部结束。在设计中，通过对图纸分析对加工工艺工序、加工刀具、装夹方案等进行拟定，并编写出数控加工程序，本课题是零件一与零件二配合加工，如下图2-1零件图所示，椭圆是非圆曲线对于数控车削编程是个难点。利用二次曲线逼近法，加工
9、椭圆以及用户宏程序法对椭圆曲线进行数控加工编程的应用方法。 图2-1零件图主要的难点是椭圆加工，运用G158指令和跳转指令完成。椭圆加工难点：(1)条件转移(IF)语句在IF后指定一条件，当条件满足时，转移到顺序号为n 的程序段，不满足则执行下一程序段。格式为：IF 表达式 GOTO n。(2)无条件转移(GOTO)语句转移到有顺序号n 的程序段。格式为：GOTOn，其中n 表示程序段号。例：GOTO1，表示转移到第一程序段。再如：GOTO#10，表示转移到变量#10决定的程序段。（3）椭圆是非圆曲线对于数控车削编程是个难点。利用二次曲线逼近法，加工椭圆以及用户宏程序法对椭圆曲线进行数控加工编
10、程的应用方法。2 电机心轴数控加工工艺2.1电机心轴数控加工工艺分析在数控车床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数等编制成程序，整个加工过程时自动进行的，因此程序编制前的工艺分析是一项十分重要的工作。 在确定了数控加工零件及其内容后，应该对零件的数控加工工艺性进行全面仔细的分析。工艺分析时对工件进行数控加工前期工艺准备工作，数控机床加工中所有工步的道具选择、走刀轨迹、切削用量、加工余量等都有预先确定好并编入加工程序。1.零件图分析1)审查图样的正确性、合理性，视图应当正确、完整及表达清楚，符合国家要求，尺寸及有关技术要求应标注齐全，构成零件的几何元素（点、线、面、）的条件（如相切、
11、相交、垂直、平行等），是数控编程的重要依据。 2）熟悉产品的性能、用途、工作条件，结合总装图、部装图，了解零件在产品中的功用、工作条件，掌握零件上影响产品性能的关键技术要求，以便在制定工艺规程时采用相应措施予以重点保证。3）审查尺寸标注。零件图上尺寸标注的方法应适应数控加工的特点，如图中所示，在数控零件图上，应以同一基准标注尺寸或者直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。2.零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性对其工艺过程影响很大,零件的结构工艺性问题涉及面广，毛坯制造、机械加工、热处理、装配对零件都有结构工艺性要求。2.2电机心轴数控加工
12、工艺路线的设计一般根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零件表面的数控车削加工方法及加工方案。工艺路线的拟定是制定工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括：选择定位基准、选择加工方法、划分加工阶段、安排工序等。 数控车削内、外圆表面及端面的加工方案如下：（1）加工精度为IT9IT7级、表面粗糙度Ra为0.80.2um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用粗车、半精车、精车的加工方案加工。1粗加工阶段粗加工阶段是为了去除毛料或毛坯上大部分的余量，使毛料或毛坯在形状和尺寸上基本接近零件的成品状态。2半精加工阶段半精加工阶段是使零件的主要表面达到工艺规定的加工精度，并保留一定的
13、精加工余量，为精加工做好准备。在这个阶段，可以将不影响零件使用性能和设计精度的零件次要表面加工完毕。3精加工阶段 精加工阶段的目的是保证加工零件达到设计图纸所规定的尺寸精度、技术要求和表面质量要求。零件精加工的余量都较小，主要考虑的问题是如何达到最高的加工精度和表面质量。工序的划分一般分为两个原则，即工序集中和工序分散的原则。1、工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成，而每一工序的加工内容却比较多。2、工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少，最少时每个工序仅一个简单工步。 在选定加工方法、划分工序后，工艺路线拟定的主要内容就是合理安排这些加工方法和加工工序的
14、顺序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序(包括表面处理、清洗和检验等)。2.3电机心轴数控加工工序设计数控加工工序设计的主要任务是进一步将本工序的工艺装备、定位夹紧方式、加工路线的确定和工步顺序的安排、切削用量的选择等具体确定下来，为编制加工程序做好充分准备。2.3.1机床的选择当工件表面的加工方法确定之后，考虑机床的几个因素。1.工序节拍适应性机床的类型应与工序的划分原则相适应，工序按集中原则划分的，对单件小批量生产，则应选择通用机床或数控机床，是用一台数控机床来完成加工，还是选择几台数控机床来完成加工。2.形状尺寸适应性机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的
15、有关尺寸相适应。所选用的数控机床必须能适应被加工零件的形状尺寸要求。3.加工精度适应性机床的精度与工序要求的加工精度相适应。根据加工精度要求合理选择，保证有三分之一的储备量。注意不要一味地追求不必要的高精度。综上所述，选择数控机床CK6140A。2.3.2工件定位与夹紧方案的确定和夹具的选择1工件的定位与夹紧方案的确定在数控机床上工件的定位基准与夹紧方案的确定，应遵循定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。此外，在数控机床上装夹工件时应考虑以下几个因素：（1）尽量减少装夹次数。尽可能在一次定位装夹后就能加工轴全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度。（2）力求设计
16、基准、工艺基准与编程计算的基准统一。应防止过定位，定位基准在数控机床上要细心找正。2夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求；一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下两点：(1) 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，加工部位开阔，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给（如产生碰撞等）。 (2) 因为在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件夹紧引起的变形造成工件加工不良。夹紧力应靠近主要支承点，力求靠近切削部位。综上所述，应该选择三爪自定心卡盘。2.3.3数控刀具的选择刀具的合理选择
17、和使用，对提高数控加工效率、降低生产成本等到方面有十分重要的作用。刀具选择的总原则是：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。根据机床的加工能力、工件材料的性质、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选择刀具及刀柄。一般优先采用标准刀具，必要时也采用各种高生产率的复合刀具及其他一些专用刀具。刀具的类型、规格和精度等应符合加工要求，刀具材料应和工件材料相适应。在刀具性能上，数控机床加工所用刀具应高于普通机床加工所用刀具。所以选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几个方面。1.切削性能好为适应刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时，能采
18、用大的背吃刀量和高速进给，刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能。2.精度高为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度。3.可靠性高要保证数控加工中不会发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很具有很好的可靠性及较强的适应性。4.耐用度高数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率及保证加工质量。综上所述，选择90外圆车刀、4mm外割槽刀、60外螺纹刀、镗孔刀、外圆车刀（Kr=55）。2.3.4走刀路线的确定和工步顺序数控加
19、工中，刀具刀点相对于工件运动的轨迹称为进给路线，刀称走刀路线。它不但包括工步的内容，而且也反映出工步的顺序。在数控加工中，进给路线中由数控系统控制的，因此，工序设计时必须拟定好刀具的进给路线，并绘制进给路线图，以便写在数控加工程序中。工步顺序对零件的加工质量、加工效率和数控加工中的进给路线有直接影响，应根据零件的结构特点及工序的加工要求等合理安排。工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线埋，主要遵循以下几点原则：(1)加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。(2)尽是简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作。(3)应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率。(4)
20、当某段进给路线重复使用时，为了简化编程，缩短程序长度，应使用子程序。2.3.5切削用量的确定切削是应根据加工性质、加工要求、工件材料及刀具的尺寸和材料等查阅切削手册确定。数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。2.3.6测量方法的确定一般情况下，量具的精度必须与加工精度相适应。数控加工后工件尺寸的测量方法与普通机床加工后的测量方法几乎相同：如游标卡尺、千分尺、百分表等。3 电机心轴配合件的工艺文件编制电机心轴配合件装配图如图3-1所示，零件一和二加工完装配图。 图3-1 装配图3.1电机心轴零件的工艺分析此轴类二件配
21、零件组合较为复杂，从外形上看件一的右端有部分椭圆形，左边部分有R18，R10的圆弧，且从图中可发现R10的圆弧较难加工，内孔有锥面孔。零件材料是45号钢，无热处理和硬度要求。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。外轮廓应分粗、精车和车槽来完成，内轮廓应分钻孔、粗镗、精镗来完成。加工重点保证外圆尺寸、和内孔尺寸、锥面。 零件2主要由圆柱面、锥面构成。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求。长度尺寸及其它尺寸比较容易保证。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件二相对于件一就比较容易加工，是阶梯形的，锥面与件一的锥面配合面积大于75%。外轮廓应先分粗、精车，同时保证尺寸精度。加工重点保证外圆尺寸、。流程图如下图3-
22、2所示。图3-2 加工流程图3.2选定加工内容及数控机床加工内容：本课题是配合件加工，零件1主要由圆柱面、圆弧面、槽、内锥孔等构成。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求；零件2主要由圆柱面、锥面构成。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求。加工零件一时要重点保证外圆尺寸、和内孔尺寸、锥面尺寸准确。加工零件二时要重点保证外圆尺寸、。本次加工通用机床无法加工的内容，通用机床难加工，质量也难以保证的内容作为优先选择内容，本轴类二件配零件运用LCYC93、LCYC95、LCYC97这三种循环即可进行编程，但要特别注意的是椭圆编程，它运用了无条件转移GOTO语句和条件转移IF语句，要充分理解它的意义。
23、数控机床：CK6140A。3.3确定加工工序、工步及装夹方案本课题按安装次数来划分工序，共分4道工序。一、先加工零件2右端：如图3-3（a）所示(一)工艺路线1车端面。夹直径65mm毛坯，伸出长度约65mm，校正、夹紧，用外圆车刀加工端面。2粗车外圆。粗加工外轮廓mm、锥面、mm，留精加工余量0.2mm。3精车外圆。粗加工外轮廓mm、锥面、mm，至尺寸要求。4切断留余量0.5mm。(二)装夹方案及加工部位，见表3.3-1图3-3(a) 零件二右端二、加工零件2左端：如图3-3(b)所示(一)工艺路线1工件换边安装，夹外圆，夹持长15mm2车端面。车端面保证总长mm，并倒角C1.5(二)装夹方案
24、及加工部位，见表3.3-2图3-3（b)零件二左端三、加工零件1左端：(一)工艺路线1.车端。夹mm的毛坯，伸出长度85mm2. 打中心孔3. 钻孔4粗镗孔。粗镗孔内轮廓的内孔、锥孔，留精加工余量0.2mm5精镗孔。精镗孔内轮廓的内孔、锥孔至尺寸要求6. 粗车外圆。粗车外轮廓和，留精加工余量0.2mm7精车外圆。精车外轮廓和至尺寸要求8粗加工圆弧。粗加工圆弧R18,R10，留精加工余量0.2mm9精加工圆弧。精加工圆弧R18,R10至尺寸要求10加工槽。割两个槽43mm至尺寸要求（二）装夹方案及加工部位，见表3.3-3四、加工零件1右端：(一)工艺路线 ，见表3.3-41工件换边安装，夹外圆，
25、夹住长度70mm2车右端面保证总长，光外圆对刀3粗车外圆。粗车外轮廓R3圆角，留精加工余量0.2mm4精车外圆。精车外轮廓至R3圆角至尺寸要求5粗加工椭圆。粗加工椭圆留精加工余量0.57mm6精加工椭圆至尺寸要求7切槽。割螺纹退刀槽8粗精车螺纹（二）装夹方案及加工部位下面有四张电机心轴数控加工工序卡片，零件二右端装夹及加工见表3-1、零件二左端装夹及加工见表3-2、零件一左端装夹及加工见表3-3、零件一右端装夹及加工见表3-4。表3-1 电机心轴数控加工工序卡片一（单位）数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号零件2右端零件245#钢1工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间1Sk
26、01三爪自定心卡盘CK6140A工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速r/min进给量mm/r背吃刀量mm量具备注夹直径65mm毛坯，伸出长度约65mm1车零件右端面光外圆并对刀T0190外圆车刀5000.3见光2粗加工外轮廓mm、锥面、mm，留余量0.2mm精加工余量T0190外圆车刀5000.323精加工外轮廓mm、锥面、mm至尺寸要求T0190外圆车刀8000.150.14切断留余量0.5mmT024mm外割槽刀3000.08编 制审 核批 准共 页第 页表3-2电机心轴数控加工工序卡片二（单位）数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号零件2左端零件245#1工序号程序编号
27、夹具名称夹具编号使用设备车间2三爪自定心卡盘CK6140A工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速r/min进给量mm/r背吃刀量mm量具备注夹外圆，夹持长15mm1车端面保证总长，并倒角C1.5T0190外圆车刀5000.3编 制审 核批 准共 页第 页表3-3电机心轴数控加工工序卡片三（单位）数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号零件1左端零件145#x142mm工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间3Sk02三爪自定心卡盘CK6140A工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速r/min进给量mm/r背吃刀量mm量具备注夹mm的毛坯，伸出长度85mm1车端面光外圆，对刀
28、T0190外圆车刀5000.3见光2打中心孔A3中心钻8003钻孔20麻花钻250104粗镗孔内轮廓的内孔、锥孔，留精加工余量0.2mm T04镗孔刀5000.21.55精镗孔内轮廓的内孔、锥孔至尺寸要求T04镗孔刀8000.10.16粗车外轮廓和，留精加工余量0.2mmT0190外圆车刀5000.327精车外轮廓和至尺寸要求T0190外圆车刀8000.150.18粗加工圆弧R18,R10，留精加工余量0.2mmT05外圆车刀（Kr=55）5000.21.59精加工圆弧R18,R10至尺寸要求T05外圆车刀（Kr=55）8000.10.110割两个槽43mm至尺寸要求T024mm外割槽刀300
29、0.08编 制审 核批 准共 页第 页表3-4 电机心轴数控加工工序卡片四 （单位）数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号零件1右端零件145#1工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间4SK03三爪自定心卡盘CK6140A工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速r/min进给量mm/r背吃刀量mm量具备注夹外圆，夹住长度70mm1车右端面保证总长，光外圆对刀T0190外圆车刀5000.3见光2粗车外轮廓R3圆角，留精加工余量0.2mmT0190外圆车刀5000.323精车外轮廓至R3圆角至尺寸要求T0190外圆车刀8000.150.14粗加工椭圆留精加工余量0.57mmT01
30、90外圆车刀5000.325精加工椭圆至尺寸要求T0190外圆车刀8000.150.2856割螺纹退刀槽T024mm外割槽刀3000.087粗精车螺纹T0360外螺纹刀4501.5编 制审 核批 准共 页第 页4 电机心轴数控程序分析及编制4.1电机心轴程序分析本题为配合加工，由毛坯循环LCYC95，切槽循环LCYC93, 螺纹切削循环LCYC97三种循环编程，而其中的椭圆循环为难点需要多加注意。LCYC95 毛坯循环，见表4.1-1R105加工方式 112表4.1-1毛坯循环R105加工方式数值纵向/横向外部/内部粗/精/综合1纵向外部粗2横向外部粗3纵向内部粗4横向内部粗5纵向外部精6横向
31、外部精7纵向内部精8横向内部精9纵向外部综合10横向外部综合11纵向内部综合12横向内部综合LCYC93 切槽循环，见表4.1-2R105的加工方式 18表4.1-2切槽循环R105加工方式数值纵向/横向外部/内部起始点位置1纵向外部左边2横向外部左边3纵向内部左边4横向内部左边5纵向外部右边6横向外部右边7纵向内部右边8横向内部右边LCYC97 螺纹切削循环R100 螺纹起点直径R101 纵向轴螺纹R102 螺纹终点直径R103 纵向轴螺R105 加工类型1、2R105=1 外螺纹R105=2 内螺纹4.2电机心轴工序1、2程序代码零件2(加工外轮廓) SK01.MPF T01G90G95
32、M03 S500 G00X70 Z5 _CNAME=“L01” R105=1 R106=0.1 R108=2 R109=0 R110=1.5 R111=0.30 R112=0.15 LCYC95 M03 S800 R105=5 LCYC95 G00 X70 Z100 T02M03S300G00X70Z5 Z-61.5G01X48F0.08X52Z-59.5Z-61.5X2G00X80Z100M05M02L01.SPFG01X23 Z0X25 Z-1Z-15X30.3X36 Z-43.5Z-45X49X52 Z-46.5Z-62G00X65M024.3电机心轴工序3程序代码Sk02.MPF 加工
33、零件1左端内轮廓T04G90G95M03 S500 G00X20Z5_CNAME=“L02”R105=3 R106=0.1 R108=1.5 R109=0 R110=1.5 111=0.2R112=0.1 LCYC95G00X20Z5M03 S800R105=7 LCYC95G00X20Z100T01 M03 S500(加工零件1左端外轮廓)G00X70 Z5_CNAME=“L03”R105=1 R106=0.2R108=2 R19=0R110=1.5 R111=0.3R112=0.15LCYC95G00X70Z5M03 S800R105=5LCYC95G00X70Z100T05 M03 S5
34、00 (加工R18、R10圆弧)G00 X80 Z5 Z-20 (将起始点放在槽中间，割槽后可消除接刀痕迹)G01 X72.2 F0.2(0.2mm为精加工余量) L04 P11G00 X60 Z-20 S800G01 X52.2 F0.1L04G00 X70 Z100T02 M03 S300 (割2-43mm槽)G00 X60 Z5 Z-9(割刀用左刀位点)G01 X44 F0.08G00 X55 Z-22 G01 X44 F0.08G00 X70 Z100M05M02L02.SPFG01 X36 Z0X30Z-30X25Z-45X20M02L03.SPFG01 X44 Z0G03 X52 Z-3 CR=3G01 Z-70X56G03 X62 Z-73 CR=3G01 Z-80G00 X65M02L04.SPFG91G01 X-2 Z-10.38G03 X-12.79 Z-14.54 CR=18G02 X11.79 Z-18.08
