毕业设计心轴零件的数控车床加工工艺分析及仿真软件的应用.doc

目录 摘要.（2）引言. .（3）一、数控车床加工工艺（4）1.1、数控车床加工的工艺特点.（4） 1.2、数控车床加工工艺内容.（4）二、图纸的分析及工艺处理.（4）2.1、工艺分析.（4）2.2、工艺的处理.（5）三、数值的计算.（8）四、程序的编制.（8）五、数控仿真加工操作.（11）5.1、数控仿真系统的开启及回原点（11）5.2、数控仿真工件装夹及刀具的选择安装.（11）5.3、数控仿真刀具的对刀.（12）5.4、数控仿真程序的导入、试运行、首件试切及自动加工.（12）六、仿真示意图及UG实体图（13）七、实操的刀具安装及对刀操作.（15）总结.（17）参考文献.（18）致谢.（19）摘要在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。 车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。数控车削加工是现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域如航天、汽车、模具、精密机械、家用电器等各个行业有着日益广泛的应用，已成为这些行业不可或缺的加工手段。为了子数控机床上加工出合格的零件，首先需根据零件图纸的精度和计算要求等，分析确定零件的工艺过程、工艺参数等内容，用规定的数控编程代码和格式编制出合适的数控加工程序。编程必须注意具体的数控系统或机床，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。但从数控加工内容的本质上讲，各数控系统的各项指令都是应实际加工工艺要求而设定的。 关键词： 车削加工 刀具 零件的工艺过程 工艺参数 程序编制引言随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式，从而产生数控技术。数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。随着中国加入世界贸易组织,全球制造业出现向中国转移的倾向,国内对数控加工的需求也呈现出持续增长的趋势,大批大量的生产加工逐渐普及，如汽交通工具与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。但是应用这些专用设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，因而使产品的开发周期增长。在机械产品中，但见于小批量产品占到70%80%,这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证产品质量。特别是一些曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用于手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密见车与新型机械机构等方面的技术成果，具有高柔型、高精度与高度自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量、特别是复杂性面零件的加工。应用数控加工技术使机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。目前应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。心轴零件的数控车床加工工艺分析及仿真软件的应用 一、数控车床加工工艺 1、数控车床加工的工艺特点 数控车床加工与普通车床加工在许多方面遵循的原则基本上是一致的。但数控车床加工自动化程度高，控制功能强，设备费用高，因此也就相应形成了数控车床加工工艺的自身特点。 2、数控车床加工工艺内容 （1）选择并确定适合在数控车床上加工的零件并确定工序内容。 （2）分析被加工零件图纸的数控加工工艺，明确加工内容与技术要求。 （3）确定零件加工反感，制定数控加工工艺路线，如划分工序、安排加工顺序等。 （4）设计数控加工工序，制定定位夹紧方案，划分工步，规划走刀路线，选择刀辅具，确定切削用量，计算工序尺寸及工差等。 （5）数控加工专用技术文件的编写。 二、图纸的分析及工艺处理 1、工艺分析轴类零件是机械加工中不可缺少的一类零件，在机械装配中起着举足轻重的作用。工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件加工精度都有重要影响。该零件右端由SR9的球头面、R2mm的圆弧面、公称直径30mm螺距为1.5mm的外螺纹、两端分别有两个C2mm的倒角。中间有一个5mm的槽及一个3mm的圆弧面左端由两段直径为32mm的外圆柱面和一段直径为38mm的外圆柱面及一个C2倒角组成。左端内孔有两个C2mm的倒角、两段直径分别为24mm、20mm的内圆柱面、公称直径20mm螺距为1.5mm的内螺纹组成。如下图1-1零件图所示。图1-1 零件图 零件对表粗糙度有较高的要求，表面粗糙度值为1.6µm。工件总长为103mm，最大回转直径为38mm的轴类零件，上偏差为0mm,下偏差为-0.039mm。轴的右端有球头面、圆弧面、外螺纹。轴的左端有内孔，孔里有公称直径为20mm的内螺纹，右端有球头面和螺纹不易装夹，因此可用93°外圆车刀先加工左端外轮廓，然后加工内孔，用直径为18mm的钻头钻孔，用镗刀镗孔，用内螺纹刀加工内螺纹。然后倒转工件加工右端外轮廓，再用60°外螺纹刀加工外螺纹。 在车削过程中先粗加工外轮廓，最后精加工时需要切削两次，以去除毛刺，提高表面质量。2、工艺的处理 （1）毛坯选择 长度为103mm，最大回转直径为38mm，因此可选择40X105mm，材料为45钢。 （2）数控加工前的零件预加工 零件毛坯在热处理前先进行粗车加工，为数控车削加工工序提供可靠的工艺基准：用车床三爪卡盘装夹零件，零件的内孔、外圆以及所在端面均留0.8mm或1.6mm余量；数控编程任务书如下表1。 表1 数控编程任务书 数控编程任务书产品零件图号07000-01任务书编号零件名称心轴CK-2010-01使用数控设备数控车床共1 页第1页主要工艺说明及技术要求 1数控车削加工零件的尺寸精度和表面质量均需达到图纸要求。2技术要求：（1）未注尺寸公差按IT12级；（2）去除毛刺飞边；收到编程时间年月 日经手人编制审核编程审核批准（3）数控车削加工安装方式 零件采用机床本身标准的三爪卡盘，找正并夹紧，需进行两次装夹。第一次装夹夹住的部分为右端毛坯的外表面，加工左端外轮廓和内孔，第二次装夹夹住左端外圆柱面为防止划伤表面，在加工右端时，用铁皮或砂纸包住左端直径为32mm外圆柱面找正再进行加工。夹紧时一定要注意夹紧力的大小要适当，在夹紧时要防止工件左端变形。（4）数控车削加工工序 数控车削分两次装夹完成切削加工：先使用93°外圆车刀先粗车再精车零件的左端处各部分尺寸，先加工外轮廓再加工内孔。换端面加工另一端，同样是先粗加工后精加工。数控加工工艺卡见表2。表2 数控加工工序卡 机械厂数控加工工序卡产品名称或代号零件名称零件图号轴的加工轴套07000-01工艺序 号程序编号夹具名称夹具编号使用设备加工车间P1234三爪卡盘P1000数控车床实训基地工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm1粗车左端外轮廓T010193°外圆车刀6000.22精车左端外轮廓T010193°外圆车刀10000.13钻3的中心孔定位T02023mm的钻头5000.154钻18的孔至30mm处T030316mm的钻头5000.155粗车左端内孔轮廓T040493°内孔车刀6000.26精车左端内孔轮廓T040493°内孔车刀10000.157车内螺纹T050560°螺纹车刀35015（螺距）8粗车右端外轮廓T010193°外圆车刀6000.28精车右端外轮廓T010193°外圆车刀10000.159车右端外螺纹T060660°螺纹车刀3501.5（螺距）编制审核批准第 1页共1 页（5）数控车削加工刀具选择1号刀：93°外圆车刀（MCLNR2020K12刀杆）；2号刀：93°内孔镗刀（S16R-SCFCR09刀杆）；3号刀：60°内螺纹刀（SER2020K16T刀杆）4号刀：60°外螺纹刀（SER2020K16T刀杆）。（6）切削用量的选择 切削用量主要考虑加工的尺寸精度和加工表面质量的要求并兼顾提高刀具耐用度、机床寿命等因素。确定主轴转速，粗车外轮廓600r/mm，精车外轮廓1000r/mm，粗车内孔轮廓600r/mm，精车内孔轮廓1000r/mm，车外螺纹250r/mm，车内螺纹250r/mm，钻孔500r/mm。粗车进给速度为f=0.2mm/r，精车进给速度f=0.15mm/r或f=0.1mm/r。三、数值的计算 1、外螺纹的计算 外螺纹大径：D=D-0.13P=30-0.13x1.5=29.805mm。 外螺纹小径：D=D-1.3P=30-1.3x1.5=28.05mm。2、内螺纹的计算内螺纹大径：D=D-0.13P=20-0.13x1.5=19.805mm。 内螺纹小径：D=D-1.3P=20-1.3x1.5=18.05mm。四、 程序的编制 采用手动编程，再编程的过程中要注意提高工作的效率为主，并且要保证工件的尺寸精度和表面质量。参考程序如下：O1234;T0101;（加工左端外轮廓）S600M04;G00X42.0Z0;G01X-1.0F0.1;G00X42.0Z2.0;G71U3.0R0.5;G71P10Q20U2.0W0F0.2;N10G00G42X28.0S1000;Z0F0.1;X32.0W-2.0;Z-32.0;X36.0;X38.0W-1.0;Z-36.0;X36.0W-1.0;Z-38.0;N20G00G40X41.0;G70P10Q20;G00X100.0;Z100.0;M05;T0202;（加工左端内孔）T0303;T0404;S600M04;G00X0Z2.0;G71U3.0R0.5;G71P30Q40U-2.0W0F0.2;N30G00G41Z0;G01X20F0.15;X16.0W-2.0;Z-30.0;Z0;N40G40G00X0;G70P30Q40;G00Z100.0;X100.0;M05;T0303;（加工左端内孔螺纹）S350M04;G01X18.05Z2.0F0.1;G92X18.05Z-20.0F1.5;X18.85;X19.25;X19.65;X19.805;G00Z20.0;X20.0;M05;T0101;（加工右端外轮廓）S600M04;G00X42.0Z2.0;G71U3.0R0.5;G71P50Q60U0.5W0F0.2;N50G00G42X0S1000;G01Z0F0.3;G03X18.0Z-9.0R9.0;G02X22.0Z-13.0R5.0G01X26.0Z-23.0;X30.0W-2.0;W-21.0;X26.0W-2.0;W-8.0;X32.0;W-10.0;N60G00G40X41.0;G70P50Q60;G00X100.0;Z100.0;M05;T0404;S250M04;G00X32.0;Z-20.0;G01X30.0Z-23.0F0.2;G92X29.805Z-50.0F1.5;X29.0;X28.55;X28.25;X28.05;X28.05;G00X100.0;Z100.0;M05;M30;五、数控仿真加工操作 1、数控仿真系统的开启及回原点 进如数控仿真系统界面按操控面板上得“急停”按钮按“系统启动”按“回原点”按钮按“Z”按钮按 “+”按“X”按 “+”X,Z对应的指示灯亮.即完成上述操作. 2、数控仿真工件装夹及刀具的选择安装:（1）点击工具栏上“定义毛坯”设置直径为40mmX105mm的45钢圆柱毛坯点击“放置零件”出现“选择零件”对话框点选择毛坯点“安装零件”出现“移动零件”对话框点击黄色“方向箭头”使毛坯外伸90mm。（2）外圆车刀T01的选择安装：点击工具栏上“选择刀具”出现“刀具选择”对话框选“1号刀位”选择“VBMT160402刃长为16mm刀尖半径为0.2mm的35度菱形刀片”选择刀柄为93度外圆右向横柄点击“确定”完成操作。T02内孔车刀的选择和T01的选择流程基本是一样的，只是刀位号是“2号刀位”。（3）内螺纹刀的选择安装：选择刀位号3选择60度角的菱形刀片选择“内孔刀柄”点击“确定”完成操作。（4）外螺纹刀的选择安装：选择刀位号4选择60度角的菱形刀片选择“外圆刀柄”点击“确定”完成操作。3、数控仿真刀具的对刀 （1）按“MDI”键PROGRAM键入T0101按“EOB”键按“INSERT”键按“循环启动”键，调出T01外圆车刀。 （2）将模式调到“手动模式”按“主轴正转”按钮车刀沿“Z轴负向以合适的背吃刀量切入”保持X轴不变按“主轴停止”“测量”得X( )为直径值按“编辑”键按“OFFSETSETING”键点击软键“形状”在番号01区域输入“X（ ）”点击软键“测量”完成X轴的对刀按“主轴正转”保持Z轴不变X轴正向提刀按“主轴停止”点击工具栏“测量”得Z（ ）将“Z（ ）+2=Z-k” 在番号01区域输入Z-k点击软键“测量”完成Z轴的对刀。（3）内孔车刀的对刀方式和外圆车刀是一样的，在这里不再赘述。（4）螺纹刀的X轴的对刀方式与外圆车刀一样。在这里仅说一下Z轴的对刀：调到“手动方式”模式按“主轴正转”按钮调X,Z轴使螺 纹刀靠近圆柱有端面调出手轮调X,Z轴使刀尖刚好接触右端面的外圆按“OFFSETSETING”键点击软键“形状” 在番号04区域输入Z2.0点击软键“测量”完成Z轴的对刀。4、数控仿真程序的导入、试运行、首件试切及自动加工（1）按“编辑”模式键PROGRAM点击软键“操作”点击软键向右的黑色箭头点击工具栏“DNC传送”选择保存的程序在操控面板上输入O1000点击软键“READ”点击软键“EXEC”程序被导入NC系统呈现在CRT/MDI操控面板上。（2）按“自动运行”模式按“试运行”按“CUSTOM”键按“循环启动”键。如果不出现报警，则说明程序运行正常。可以用来加工零件。 （3）按“自动运行”模式按单段按“循环启动”键不停地按直道完成加工测量修正。 （4）按“自动运行”模式按“试运行按“CUSTOM”键按“循环启动”键自动加工。六、仿真示意图及UG实体图1、内螺纹的加工图2、外螺纹的加工图3、总体尺寸4、 实体图七、 实操的刀具安装及对刀操作 1、数控车刀在数控机床刀架上的安装条件及要求：（1）车刀刀尖和工件中心等高刀杆轴线和工件轴线垂直。如图1-2所示：切槽刀的安装时，其刀刃和工件中心等高，其刀身轴线和工件轴线垂直。图1-2 刀具与工件的位置关系合上机床电源开关，按下操控面板上的“系统启动”键，带系统界面稳定后，机床回零点。用三爪卡盘按要求稍微加紧工件，待工件找正后，加紧工件。 （2）车刀安装在刀架上，伸出部分不宜太长，伸出量一般为刀杆的11.5倍。伸出过长会使刀杆刚性变差，切削时易产生震动，影响工件的表面质量。 （3）车刀垫铁要平整，数量要少，垫铁应与刀架对齐。车刀至少要用两个螺钉压紧在车刀架上，并逐个轮流拧紧。 （4）车刀刀尖应与工件轴线等高，否则会因为基面和切削平面的位置发生变化，而改变车刀工作时的前角和后角的数值，当车刀刀尖高于工件轴线时，使后角减小，增大了车刀的后刀面与工件的摩擦；当车刀刀尖低于工件轴线时，使前角减小，切削力增加，切削不顺利。车端面时，车刀刀尖高于或低于工件中心，车削后工件端面中心处留有凸头。使用硬质合金车刀时，如不注意这一点，车削中心会使刀尖崩碎。 （5）车刀刀杆中心线应与进给方向垂直，否则会使主偏角和副偏角的数值发生变化，如螺纹车刀安装歪斜，会使螺纹牙型半角产生误差。2、外圆车刀的对刀操作 （1）对外圆车刀：在操控面板上按“手摇”键，摇动手轮，使外圆车刀靠近工件，先端平右端面。在操控面板上按“OFFSETTING”键，再按软键“补偿”“形状”在番号01所在的区域通过操控面板输入Z0，按软键“测量”完成Z轴的对刀。以一定的背吃刀量沿Z轴方向切入工件一部分，退出刀具合适的位置，用游标卡尺测量被切出的外圆表面为50.26mm，在上面的番号01区域输入X50.26,按软键“测量”完成X轴的对刀。 （2）对内螺纹刀：将控制模式调到手摇，摇动手轮，使螺纹刀刀尖靠近工件右端面，微调螺纹刀使刀尖与右端面平齐。在上面番号05区域内输入Z2.0，按软键“测量”，完成Z方向的对刀。X轴的对刀方式和外圆车刀的对刀完全一样。 （3）对外螺纹刀：将控制模式调到手摇，摇动手轮，使螺纹刀刀尖靠近工件右端面，微调螺纹刀使刀尖与右端面平齐。在上面番号06区域内输入Z2.0，按软键“测量”，完成Z方向的对刀。X轴的对刀方式和外圆车刀的对刀完全一样。总 结 毕业设计是大学学习的一个重要组成部分，每一名大学生在毕业之前都必须完成一份毕业设计，它是对我们学习成果的综合性总结和检阅。在老师耐心的指导下，经过半个多月的努力，我顺利的完成了一份毕业设计。 在做毕业设计的过程中我翻阅了大量相关知识，我更加完善了自己的专业知识，把以往没有学会的知识重新学会，把学过的知识再次温习了一遍，进一步的巩固了自己的专业知识。两年多来通过对数控专业的学习，不仅学会了相关的专业知识，也使我更加认识到数控这个新兴的行业在现代工业中的重要地位，大量的高精度零件、配件离不开数控，高精度的模具设计更是离不开数控加工中心，随着经济的发展，社会的进步更加高科技的五轴、六轴联动加工中心已经出现，它能加工出更多以往无法加工出的模具。 本次毕业设计，在向指导老师请教及他的精心指导过程中，我深刻体会到老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论知识水平。在此期间，我学到的不仅是我们的专业知识，还从中学习了许多待人处事的道理、方法，通过对老师们社会阅历的了解，对我们这些刚刚大学毕业的学生今后的生活和工作有了很大的帮助。在设计的过程中我们遇到的小困难也是层出不穷，在对这些困难的解决中，同学们共同分析、探讨，无形中，不仅使我们之间的关系更加融洽，更培养了我们的团队合作精神。通过此次毕业设计，我受益非浅。这对于我以后的工作和生活都有很大的帮助。 何海荣 2012-4-22 参考文献(1)杨老记 . 机械制图. 北京:机械工业出版社, 1986(2)余英良 . 数控加工编程及操作. 北京:高等教育出版社, 1989(3)华茂发 . 数控机床加工工艺. 北京:机械工业出版社,1991(4)伍友德 , 李先跃 .车刀刃磨技术第二版. 北京:化学工业出版社, 1992(5)陆剑中（上海理工大学）, 周志明（南京工程学院）. 金属切原理与刀具. 北京:机械工业出版社,1994(6)沈建峰 , 朱勤惠 . 数控加工生产实例. 北京:化学工业出版社, 1996(7)陈于萍 , 高小康 . 互换性与测量技术第二版. 北京:高等教育出版社, 1998(8)孙小捞 . 数控技术实训. 北京:机械工业出版社, 2001致 谢本文是我在刘锋利老师的精心指导和大力支持下完成的，尤其是在宏程序的编程过程中，老师抽出课余时间给我们补课，给我们讲解关于宏程序的知识，不仅让我们学会了更多知识，也帮助我们顺利完成了毕业设计。老师精益求精的工作作风和宽容的教学态度都深深地感染和激励着我，为我以后的生活和工作留下了美好的风范。在此谨向刘老师致以诚挚的谢意。我也要感谢我的母校桂林市航天工业高等专科学校，在这里它给我们创造了良好的学习氛围和优越的学习条件，让我们在这种环境下健康地成长，让我们能够学到更多的理论知识和课外知识。将直接影响我将来走向工作岗位的工作态度，在此感谢桂林航天工业高等专科学校两年来给与我的帮助，为我们提供了一个学习的平台，这一切都将使我终生难忘。 同时也要感谢我的父母，是他们给了我走进校园的机会，让我学到更多的知识，在这两年多的大学生活里，他们给了我最大的支持和鼓励，让我顺利的完成了学业，在这里我要对他们表示最真诚的感谢和祝愿。最后要感谢的是这两年多大学生活里陪伴我一起走过的老师、朋友和同学，是你们的关心和帮助一直鼓舞着我，陪伴着我渡过了这美好的大学时光。在毕业设计的编写过程当中，我认真地听取他们的意见，使毕业设计说明书表述更加清晰，内容更加完善。 零件图