数控车床复杂零件加工的毕业设计

1数控车床复杂零件的加工摘要：本设计主要为数控车床加工具有一定代表性的轴类复杂零件，其加工工艺包括：螺纹、圆锥、阶梯轴、圆弧配合、盲孔等加工。具体还包括毛坯的选择、零件结构工艺的分析、及加工定位基准，加工工艺路线的确定。工序卡片的制定，加工余量、工序尺寸、公差以及工艺尺寸链的计算，数控对刀的方法，最后编写工件的数控车削程序。 关键词:复杂零件 工艺分析 工艺尺寸 工序卡 数控编程数控车床简介：数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。2数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点：1.对加工对象的适应性强 ，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；2.加工精度高，具有稳定的加工质量；3.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；4.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；5.机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35 倍） ；6.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；7.有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；8.对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；9.可靠性高。组成3数控机床的构造数控机床一般由输入介质、人机交互设备、计算机数控装置、进给伺服驱动系统、主轴伺服驱动系统、辅助控制装置、反馈装置和适应控制装置等部分组成。 4在数控加工中，数控铣削加工最为复杂，需解决的问题也最多。除数控铣削加工之外的数控线切割、数控电火花成型、数控车削、数控磨削等的数控编程 .一、零件结构工艺分析、毛坯及加工定位基准的确定（一）零件图分析1.零件图如下：零件图2零件图的读取 该零件图是通过对平面图进行分析和综合的过程，为了研究零件图的设计合理性、分析加工工艺性、提高和改进产品质量打下基础（1）此零件为阶梯轴，材料为 45#钢，采用 1：1 比例。共有 5 个轴段，需要加工外圆、螺纹。（2）本阶梯轴结构形状较复杂，故采用一个主视图和局部剖视将结构完全表4达。（3）从图纸上可以看出，径向尺寸基准为中心线，尺寸以中心线标注，轴向尺寸基准为右端面，M20 的轴段定位基准都是右端面，基准比较统一。尺寸标注比较齐全，没有遗漏。46mm 的轴段尺寸精度和表面粗糙度要求较高，可知此轴段为配合轴段。M20mm 的螺纹导程为 1.5mm，螺纹总长有长度要求为 28mm。（4）直径为 46mm 轴段，直径公差为 0.04mm，公差等级为 IT8 级，表面粗糙度为 1.6 ，槽为 5x5x5；螺纹和槽宽轴段总长长度要求 20mm，工件没有形状m公差，没有相互位置公差要求。（5）该轴带有圆弧及螺纹，在加工内螺纹时一定要加退刀槽。（6）该轴相对复杂,工序较多，精度不好把握。（二）工件的结构工艺性分析1轴类零件加工的工艺分析 (1)轴类零件加工的工艺路线1)基本加工路线 外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。 粗车半精车精车 对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。 粗车半精车粗磨精磨 对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。 粗车半精车精车金刚石车 对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。 粗车半精粗磨精磨光整加工 对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。 2)典型加工工艺路线 轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。 对普通精度的轴类零件加工，其典型的工艺路线如下： 5毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽（花键槽、沟槽）热处理磨削终检。 (2)轴类零件的预加工 轴类零件的预加工是指加工的准备工序，即车削外圆之前的工艺。 校直:坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工余量的均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校值机上进行校值， (3) 轴类零件加工的定位基准和装夹 1）以工件的中心孔定位 在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。 2）以外圆和中心孔作为定位基准（一夹一顶） 用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和一中心孔作为定位基准来加工。这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。3）以两外圆表面作为定位基准 在加工空心轴的内孔时， （例如：机床上莫氏锥度的内孔加工） ，不能采用中心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。 4）以带有中心孔的锥堵作为定位基准 在加工轴的外圆表面时，往往还采用代中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准，见图所示。 锥堵或锥套心轴应具有较高的精度，锥堵和锥套心轴上的中心孔即是其本身制造的定位基准，又是空心轴外圆精加工的基准。因此必须保证锥堵或锥套心轴上锥面与中心孔有较高的同轴度。在装夹中应尽量减少锥堵的安装次数，安装误差。实际生产中，锥堵安装后，中途加工一般不得拆下和更换，直至加工完毕。 2轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，6传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于 5 的称为短轴，大于 20 的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(1)尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7） 。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9） 。(2)几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。 (3)相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为 0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为 0.0010.005mm。(4)表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为 Ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为 Ra0.630.16m。3工件的工艺分析此工件需要切削螺纹，因此必须要增加退刀槽，退刀槽宽度不小于 1.2 倍螺距，深度超过丝底尺寸, 其作用：1、便于车削螺纹退刀,不伤及工件其他尺寸；2、使螺纹上满扣。此工件槽宽为 5mm 大于螺纹导程 20x1.5mm；退刀槽的深度 4mm 大于螺纹牙高；由于材料长度余量很小，用三爪夹持 55 外圆加工；为了防止工件变形应先加工外圆再加工螺纹，加工中应先用外圆车刀加工零件端面和46 的外圆及 R25、R15 的圆弧部分，螺纹刀加工螺纹。7（三）确定毛坯1.轴类零件的材料 2轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等） ，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达 4552HRC。等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢 GCr15 和弹簧钢 65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达 5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用 38CrMoAIA 氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。2零件毛配的确定（1）钢的牌号和分类工件的材料为 45 钢，为中碳钢含碳量为 0.45%，具有较好的强度、韧性和硬度。经过调质处理可以获得较高的强度和韧性等综合力学性能，经过淬火后再回火，表面硬度可达 4552HRC。（2）毛坯的确定确定毛坯包括选择毛坯类型及制造方法、确定毛坯精度。机加工的工序数量、材料消耗和劳动量，很大程度上与毛坯有关。毛坯的形状越接近成品零件，即毛坯的精度越高，则零件的机械加工劳动量越少，材料消耗越少，机械加工的生产率可提高。但是毛坯的制造费用提高了。因此确定毛坯要从机械加工和毛坯制造两个方面来考虑，以求得最佳效果。毛坯类型有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。需考虑因素：零件的力学性能 当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。例如，材料是铸铁，就选用铸造毛坯，材料是钢材，且力学性能要求较高时，可选锻件；当力学性能要求较低时，可选型材和铸钢。8零件的形状和尺寸 形状复杂的毛坯常采用铸造的方法。薄壁零件不可用砂型铸造，尺寸大的铸件宜用砂型铸造，中小零件可用较先进的铸造方法，常见的一般用途的钢质阶梯轴零件，如各台阶直径相差不大，可用棒料；如台阶的直径相差较大，宜用锻件。尺寸大的零件，因受设备的限制一般用自有锻，中小型零件可选用模锻。形状复杂的钢质工件不宜用自有锻。生产类型 大量生产应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机加工费用的降低来补偿。如铸造应选用金属模机造型或精密铸造，锻件应采用模锻、冷轧、和冷拉型材；单件小批生产则应采用木模。具体生产条件 确定毛坯必须结合具体的生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性。充分考虑新工艺、新技术、新材料的可能性 为节省材料和能源，随着毛坯制造项专业化生产的发展，目前新工艺、新技术、新材料发展很快，经济效果显著。3此工件加工次数较多，各轴段直径相差较大，力学性能要求不高，材料为45 钢，因此毛坯选择棒料，零件最大直径为 52，尺寸精度较低，零件长度为140mm，加上夹持部分，毛坯选择 55mmX200mm 的棒料。（四）基准的定义与选择1基准的定义基准就是依据,是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。在设计、加工、检验、装配机器零件和部件时，必须选择一些点、线、面，根据它们来确定其它点、线、面的尺寸和位置，那些作为依据的点、线、面就叫做基准。基准根据起其功用不同，分为两大类：（1）设计基准 设计基准是在设计图样上所采用的基准。 设计基准又可细分为： 尺寸设计基准与位置精度设计基准。（2）工艺基准 工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。按其在工艺过程中用途的不同，工艺基准又可分为四类：工序基准 指的是在工序图上用来确定本工序所加工后的尺寸、形状、位置9的基准。相应地，用来确定被加工表面位置的尺寸称为工序尺寸。定位基准 在加工中用作定位的基准。定位基准按使用情况可分为两种：定位粗基准：用未加工的表面作定位基准。定位精基准：用已加工表面作为定位基准。定位精基准按使用情况又可分为两种：基本精基准：加工时是定位基准，装配时又是装配基准。如，齿轮的内孔。辅助精基准：当零件上没有合适的表面作定位基准时，为便于安装和易于获得所需的加工精度，在工件上特意做出专门供定位用的表面。仅在加工中起作用，在装配中不起作用。例如：轴类零件加工中的中心孔就是辅助精基准。有关定位基准的选择问题将在下章介绍。测（度）量基准即测量时所采用的基准。装配基准：即装配时用来确定零、部件在产品中的相对位置所采用的基准。2工件基准的分析此工件的径向尺寸设计基准为中心线，轴向尺寸设计基准为右端面。采用三爪自定位卡盘装夹，定位基面为外圆，可认为定位基准为中心线，满足基准重合原则。二、拟定加工工艺路线、制定工序卡片（一）加工方法的选择机械零件的结构形状是多种多样的，但他们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲面等基本表面所组成。每一种表面都有多种加工方法，具体选择时应根据；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等，选用相应的加工方法和加工方案 6。1.外圆表面加工方法的选择 外圆表面加工方法主要是车削和磨削。当表面粗糙度较小时，还要经光整加工。2.外圆加工工序