浅谈数控车床零件加工前的筹备毕业论文.doc

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1、摘要：在分析了花键轴零件的基础上, 阐述了数控车床加工前的筹备和加工方法,并对其关键性技术进行了研究。关键词 刀具选择，切削用量，花键轴，工艺路线，数控编程目 录摘要：1目 录2引 言2第一章 数控机床的发展31.1数控系统的发展31.2机床的发展趋势4第二章 数控车的工艺与工装削52.1. 合理选择切削用量52.2. 合理选择刀具52.3. 合理选择夹具62.4. 确定加工路线62.5. 加工路线与加工余量的联系62.6. 夹具安装要点6第三章 花键轴零件加工工艺分析63.1.选择装备93.2确定零件定位基准和装夹方式9第四章 制定加工方案104.1.刀具及刀位号104.2.编写程序104.

2、3.小结13第五章 结 论13参考文献14引 言世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。 未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替

3、代进口，并加速出口。目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程。第一章 数控机床的发展1.1数控系统的发展从年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称系统。1.2机床的发展趋势数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 （1）工序集中 2

4、0世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。目前，加工中心机床的刀具库容量可达到100多把刀具，自动换刀装置的换刀时间仅需0.52秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。（2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在

5、上述三方面的发展也就更为突出。（3）方便使用数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。（4）加工编程方便 手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能，CAD/CAM的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件，投资较大，学习、掌握时间较长，对大多数的简单工件很不经济。近年来，发展起来的图形交互式编程系统（WOP，又称面向车间编程），很受用户欢迎。这种编程方式不使用G、M代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加

6、工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。第二章 数控车的工艺与工装削数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。2.1. 合理选择切削用量对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高

7、20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材

8、料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。2.2. 合理选择刀具（1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。（2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。（3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。2.3. 合理选择夹具（1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；（2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。2.4. 确定加工路线加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。(1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；(2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。2.5. 加工路线与加工余量的联系

9、目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、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，则需注意程序的灵活安排。2.6. 夹具安装要点目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。第三章 花键轴零件加工工艺分析1. 图例图1花键轴零件（1） 技术要求 图1为花键轴安装滚动轴承，直径公差等级IT7，两外圆同轴度要求较高；轴向右端1.3mm28.6mm沟槽用于安装卡簧，必须保证轴向尺寸公差在0.12mm。 （2）毛坯选择

10、花键轴直径相差不大，采用直径为36mm热轧圆棒料，在锯床上按250mm长度下料。 （3）花键轴加工时切削用量选择如下表1：表1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 3000.43.0半精车外圆4600.150.4车螺纹300切槽4600.1螺纹M161.5车削时大径去直径为15.8mm，总背吃刀量去0.65P=（0.651.5）mm=0.95mm,分三次循环切削，第一次被吃刀量取0.475mm，第二次取0.3mm，第三次取0.2mm。（4）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

11、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。这个相对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。（5）花键轴加工工艺卡表2花键轴加工工艺卡工序号工 序名 称工 序 内 容工 艺 设 备工 序程 序花键外圆倒角C2.15半

12、精车花键外径至30.25mm,长69.3mm半精车外圆30.5mm至尺寸车右端20 js7处退刀槽2mm19mm.车花键外圆处卡簧槽1.3mm28.6mm,保证尺寸85.26mm工件调头，用两顶尖装夹M00螺纹处倒角C1半精车螺纹大径15.8 mm,长20mm左端20h7处倒角C1.15半精车20h7外圆至20.25mm,长32.9mm半精车25js外圆至20.25mm,长48.1mm车螺纹处退刀槽2mm14mm车左端20h7处退刀槽2mm19mm车25js7处退刀槽2mm24mm车螺纹M161.5M007铣工件用顶尖装夹滚床、花键滚刀按零件图要求滚铣花键8铣工件用两顶尖装夹,加辅助支承X52

13、K铣床、两顶尖、辅助支承、键槽铣刀按零件图要求铣键槽9磨工件两顶尖装夹M1420磨床、两顶尖、GB砂轮磨花键外圆磨左端20h7外圆和台阶面磨25js7外圆工件调头用两顶尖装夹磨右端20h7外圆和台阶面3.1.选择装备根据被加工零件的外型和材料等条件选定X52K铣床、M1420磨床。3.2确定零件定位基准和装夹方式为保证花键轴各圆柱面的同轴度和其他位置精度，半精车、精车和磨削时应该选择基准轴线为定位基准，轴两端钻中心孔，用两顶尖装夹。两端中心孔相关尺寸和位置精度以及粗糙度是影响加工精度的重要因素，因此工件在调质等热处理后要安排修磨中心孔的工序。粗车时为了保证工件装夹刚性，常采用一夹一顶的装夹方法

14、，左端采用三爪自定心卡盘夹紧、右端采用活动顶尖支顶。第四章 制定加工方案按先主后次、先粗后精的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令进行粗加工，再精加工，加工螺纹。4.1.刀具及刀位号粗车、半精车使用同一把90合金外圆车刀，安装在刀架的1号刀位上，并定为基准刀。车沟槽使用两把车槽刀，一把主切削刃宽2mm，另一把主切削刃宽1.36mm，刀位点都取在左刀尖。分别安装在刀架的2、3号刀位上。车螺纹使用60外螺纹车刀，刀尖角取为5930，安装在刀架的4号刀位上，用试切对刀法测定各刀具的刀位偏差值，并在程序运行前输入数控系统。4.2.编写程序（1）工序3加工如下：O1030N010 G92 X60 Z5

15、;N020 M06 T0101;N030 M03;N040 G90 G99 G00 X31; 绝对值编程，每转进给量，从对刀点进刀N050 G01 Z-200 F0.4; 粗车外圆至31mm，长200mm;N060 G00 X35 Z5; 退刀至循环起点N070 G80 X25 Z-15 F0.4; 20js7外圆粗车循环，车至25mm，长15mmN080 G80 X21 Z-15 F0.4; 20js7外圆粗车循环，车至21mmN090 G00 X60; 快速点定位返回对刀点N100 M00 M00； 程序运行暂停，工件调头装夹N110 G80 X35； 快速点定位至循环起点N120 G80

16、 X30 Z-100 F0.4; 25js7外圆粗车循环，车至30mm,长100mmN130 G80 X26 Z-100 F0.4; 25js7外圆粗车循环，车至26mm,N140 G80 X21 Z-52 F0.4; 左端20h7粗车循环，车至21mm，长52mmN150 G80 X17 Z-19 F0.4; 螺纹大径粗车循环，车至17mm，长19mmN160 G00 X60； 快速点定位返回对刀点N170 M05; N180 M02;（2）工序6加工程序如下：O1060;N010 G92 X60 Z5;N020 M06 T0100;N030 M03;N040 G90 G99 G00 X15

17、.65 Z1.15; 进刀准备右端25js7处倒角N050 G01 X20.25 Z-1.15 F0.15; 倒角C1.15N060 Z-15.9; 车20js7外圆至20.25mm，长15.9mmN070 X30.25 C2.15; 车花键右端面并倒角C2.15N080 Z-85.26; 车花键外圆至30.25mm,长69.36mmN090 X30.5; 准备车30.5外圆N100 Z-140； 车外圆30.5mmN110 G00 X60 Z5; 快速点定位返回对刀点N120 M06 T0202; 选择2号车槽刀，刀补号2N130 G00 X35 Z-15.9; 快速点定位至车槽进刀点N14

18、0 G01 X19 F0.1; 车槽219N150 G00 X60; 退刀至临时换刀点N160 T0200; 取消2号刀补N170 M06 T0300; 选择3号车槽刀，刀补号3N180 G00 X35 Z-85.26; 快速点定位至切槽进刀点N190 G01 X28.6 F0.1; 车花键外圆处卡簧槽1.3mm28.6mmN200 G04 X1; 车槽底N210 G00 X35; 退刀N220 X60 Z5; 快速点定位返回对刀点N230 T0300; 取消3号刀补N240 M00; 程序运行暂停，工件调头装夹N250 M06 T0100; 选择1号外圆车刀N260 G00 X11.8 Z1

19、; 进刀准备左端螺纹处倒角N270 X15.8 Z-1 F0.3; 倒角C1N280 Z-20; 车螺纹大径至15.8mm,长20mmN290 X20.25 C1.15; 车左端20h7左端并倒角C1.15N300 Z-52.9; 车左端20h7外圆至20.25 mmN310 X20.25; 车台阶面N320 Z-101; 车25js7外圆至20.25mm，长48.1mmN330 X31; 车台阶面N340 G00 X60; 快速退刀至临时换刀点N350 M06 T0200; 选择2号车槽刀，刀补号2N360 G00 X32; 快速点定位至车槽进刀点N370 G01 X24 F0.1; 车25

20、js7处退刀槽2mm24mmN380 G00 X32; 退刀N390 Z-52.9; 快速点定位至20h7处退刀槽进刀点N400 G01 X19 F0.1; 车槽2mm19mmN410 G00 X32; 退刀N420 Z-20; 快速点定位至车螺纹退刀槽进刀点 N430 G01 X14; 车槽2mm14mmN440 G00 X32; 退刀N450 X60 Z5; 快速点定位返回对刀点N460 T0200; 取消2号刀补N470 M00; 程序运行暂停，调整主轴转速N480 M06 T0404; 选择4号螺纹车刀，刀补号4N490 G00 X18; 快速点定位至螺纹车削循环起点N500 G82

21、X14.85 Z-19 F1.5; 第一次螺纹车削循环（背吃刀量0.475mm）N510 G82 X14.25 Z-19 F1.5 第二次螺纹车削循环（背吃刀量0.3mm）N520 G82 X13.85 Z-19 F1.5; 第三次螺纹车削循环（背吃刀量0.2mm）N530 G00 X60; 快速点定位返回对刀点N540 T0400; N550 M05;N560 M02;4.3.小结本设计采用花键轴进行编程设计,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. 该花键轴零件结

22、构比较简单，有螺纹、倒角、键槽、退刀槽，由于该零件主要是用于配合,所以也要考虑到配合间隙、公差、形位公差等。该花键轴加工顺序为： 预备加工-车端面、钻中心孔-粗车-调质-研磨中心孔-半精车-车沟槽-车螺纹-滚花键-洗键槽-热处理-磨外圆和台阶面。该编程螺纹车削采用单一固定循环指令G82,用该指令编程用一个程序段就可实现螺纹车削“切入车螺纹退刀返回”四个顺序动作的自动循环。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。第五章 结 论经过了认真的学习和实践，我终于完成了这篇论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一

23、步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰， 这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力。本设计查阅大量相关资料, 对数控编程加工的应用进行分析,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工作，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。参考文献1.苏朱勇，数控机床操作与编程.华中师范大学出版社， 2007。2.陈志雄，数控编程，湖北科学技术出版社，2008。3.高虹静，机械制造基础，华中师范大学出版社， 2007。4.刘守勇，机械制造工艺与机床夹具，机械工业出版社，2007。