轴类零件的数控加工毕业设计.doc

编号:台州职业技术学院毕业设计课题名称: 轴类零件的数控加工 姓 名 学 院 机电工程学院 专业班级 机电1122班 学 号 0312112017 指导教师 2012/2013 学年度第二学期摘 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、医疗等）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。关键词 工艺分析加工方案进给路线控制尺寸、车削加工 目 录 第1章 前 言1第2章 工艺方案分析22.1 零件图22.2 零件图分析22.3 确定加工方法22.4 确定加工方案2第3章 工件的装夹43.1 定位基准的选择43.2定位基准选择的原则43.3确定零件的定位基准43.4装夹方式的选择43.5数控车床常用的装夹方式43.6 确定合理的装夹方式4第4章 刀具及切削用量54.1 选择数控刀具的原则54.2 选择数控车削用刀具54.3 设置刀点和换刀点64.4 确定切削用量6第5章 典型轴类零件的加工75.1 典型轴类零件加工工艺95.2 加工坐标系设置115.3手工编程12第6章 总结15参考文献17绪论一、选择本课题的目的及意义目的：通过这次设计可以使我们学会对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高综合分析问题和解决问题的能力，以及培养科学的研究和创造能力。意义：随着社会经济的快速发展，企业对生产效率也有相应的提高。数控机床的出现实现了广大人们的这一愿望。数控车削加工工艺是实现产品设计、保证产品的质量、保证零件的精度，节约能源、降低消耗的重要手段。是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、技术检测和健全劳动组织的重要依据。数控工艺规程的编制是直接指导产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件，它将直接影响企业产品质量、效益、竞争能力。本文通过对典型轴类零件数控加工工艺的分析，对零件进行编程加工，给出了对于典型零件数控加工工艺分析的方法，对于提高制造质量、实际生产具有一定的意义。第二章 工艺方案分析2.1 零件图 ( 图1-2 典型轴类零件图)2.2 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，55mm×150mm，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、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。 图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，而取其基本尺寸。 在轮廓线上，有个锥度10度坐标P1、 和一处圆弧切点P2，在编程时要求出其坐标，P1（45.29 ，75） P2（35，56.46）。 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。根据加工零件的外形和材料等条件，选用CJK6032数控机床。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。毛坯先夹持左端，车右端轮廓113mm处，右端加工39mm、S42mm、 R9mm、35mm、锥度为10度的外圆，52mm.调头装夹已加工52mm外圆，左端加工25mm×33mm、切退刀槽、加工螺纹M25mm×1.5mm. 该典型轴加工顺序为： 预备加工-车端面-粗车右端轮廓-精车右端轮廓-切槽-工件调头 -车端面-粗车左端轮廓-精车左端轮廓-切退刀槽-粗车螺纹-精车螺纹。第3章 工件的装夹3.1 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。3.2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、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。 3.3确定零件的定位基准以左右端大端面为定位基准。 3.4装夹方式的选择为了工件不至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。3.5数控车床常用的装夹方式(1）在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。（2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。(3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。（4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。3.6 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52，再加工左端达到工件精度要求。第4章 刀具及切削用量4.1 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，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。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，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，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。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。4.2 选择数控车削用刀具数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。二是圆弧形车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。4.3 设置刀点和换刀点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。 4.4 确定切削用量 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。第5章 典型轴类零件的加工5.1 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 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5-1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 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数控加工刀具卡片 （表5-2 刀具卡片）产品名称或代号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硬质合金端面45度车刀待添加的隐藏文字内容31粗、精车端面2T02硬质合金90度放型车刀1粗、精车外轮廓左偏刀3T03硬质合金车槽刀1切槽4T0460度硬质合金外螺纹车刀1粗、精车螺纹用以上数据编制工艺卡如下：(表5-3 数控加工工艺卡) 单位名称产品名称或代号零件名称零件图号典型轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间001 O1111三爪自定心卡盘Cjk6032数控车间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mm备注1车端面T0145度刀5000.1手动2粗车外轮廓T0290度防型刀8000.11.5自动3精车外圆轮廓T0290度防型刀8000.050.2自动4切槽T03切槽刀1150.04自动工序号程序编号夹具名称使用设备车间00202222三爪自定心卡盘Cjk6032数控车间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mm备注1车端面T0145度刀5000.1手动2粗车外轮廓T0290度防型刀8000.11.5自动3精车外圆轮廓T0290度防型刀8000.050.2自动4切退刀槽T03切槽刀1150.04自动5粗车螺纹T0460度外螺纹刀701.50.4自动6精车螺纹T0460度外螺纹刀701.50.1自动编制审核批准年 月 日共 页 第页5.2 加工坐标系设置 （1）建立工件坐标系 图5.2-1坐标系设定（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3-4（a）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，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4（b）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。 图5.2-2（a） Z轴方向对刀图5.2-2（b） X轴方向对刀 （3）选择切削用量 表5-1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 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为了螺纹容易配合，螺纹M25×1.5在车削大径时，加工到直径24.7mm，总背吃刀量去0.65P=（0.65×1.5）mm=0.975mm. 5.3 手工编程工件右端加工O1111； M06 X200 Z100； 建立工件坐标系T0202; 调用2号刀M03 S800; 主轴以800r/min正转G00 X60 Z5; 到循环加工起点 G71 U.1.5 R1 P01 Q02 X0.2 Z0.08 F80; 粗加工循环N01 G00 X39 Z2； 到精加工起点G01 X39 Z0 F40; 精加工轮廓开始G01 X39 Z0 C2 倒角C2Z-26; 加工39G03 X35 Z-56.46 R24; 加工S48圆弧G02 X35 Z-70 R9; 加工R9圆弧G01 Z-75; 加工35X45.29; 加工35外径左端面至斜 线部分X52 Z-94; 加工斜线部分N02 Z-113; 精车循环结束G00 X55 Z100; 到换刀点M06 T0303 M03 S115 M08； 换3号切槽刀,打开切削液G00 X55 Z2； 刀具起切的安全点G00 X55 Z-89； 切槽切入点G01 X39 F5； 切槽G01 X55 F20； 切槽退刀G01 Z-82； 切槽切入点G01 X39 F5； 切槽G01 X55 F20； 切槽退刀G00 Z-18； 切槽切入点G01 X35 F5； 切槽切入点G01 X50 F20； 切槽退刀G00 X55 Z100 M09； 回换刀点,关闭切削液M05； 主轴停止 M30； 程序结束工件左端加工O2222T0202 M03 S800； 换2号外圆刀 主轴800r/minG00 X55 Z2； 刀具起切的安全点G71 U1.5 R1 P01 Q02 X0.2 Z0.08 F80； 外径粗精车循环N01 G00 X50 Z2； 精车循环开始G01 X0 Z0 F40； 开始加工G01 X24.7 Z0 C2； 倒角G01 Z-33； 车25G01 X52 Z-33 C2； 倒角N02 G01 Z-35； 精车循环结束G00 X100 Z100； 换刀点M05； 主轴停止M30； 程序结束T0303 M03 S115 ； 换3号切槽刀G00 X30 Z2； 刀具起切的安全点G00 Z-28； 切槽切入点G01 X21 F5 ； 切槽G01 X30 F20； 退刀G00 X50 Z100； 回换刀点M05； 主轴停止M30 ； 程序结束T0404 M03 S70； 换4号螺纹刀G00 X25 Z2 ； 刀具起始安全点G76 C1 A60 X23.056 Z-26 K0.974 U0.1 V0.1 Q0.4 F1.5; 螺纹车削循环,C为精车次数,螺纹刀具角度,X为最终螺纹X轴小径,Z为最终螺纹Z轴长度,K为牙型高,U精加工余量,V最大加工量,Q第一刀最大背吃刀量,F为导程.G01 X40； 退刀G00 X100 Z100； 回换刀点M05； 主轴停止M30； 程序结束第6章 结论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G76,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。 参考文献1陈昊 轴类零件的数控加工工艺设计研究J 2008.11 2裘旭东、吴晓芳 非单调轴类零件的数控加工工艺分析J 2005.53李金哲 轴类零件数控车削加工工艺探究J数字技术与应用 2012年07期4王妮娜 轴类零件的数控加工工艺分析J科技信息 2013.025冯硕春 长轴类零件的数控加工设计研究J科技风2009年第16期6陈子银、徐鲲鹏.数控加工技术M.北京理工大学出版社,2006年7余英良.数控加工编程及操作M.北京:高等教育出版社,2004年第一版8眭润舟.数控编程与加工技术M.北京:机械工业出版社,2006年第一版9詹华西.数控加工技术实训教程M.西安:电子科技大学出版社,2006年10李家杰.数控机床编程操作与操作实用教程M.南京:东南大学出版社，2005年11华茂发.数控机床加工工艺M.北京:机械工业出版社，2000年12黄康美.数控加工实训教程M.北京:电子工业出版社，2004年