转动轴的工艺分析与编程毕业设计

目录第1章零件车削工艺分析111零件图的工艺分析112设备选择213确定零件的定位基准和装夹方式2131粗基准选择原则2132精基准选择原则3133定位基准4134装夹方式414加工方法的选择和加工方案的确定4141加工方法的选择4142加工方案的确定515确定加工顺序及进给路线5151零件加工必须遵守的安排原则5152进给路线516刀具的选择717切削用量选择8171背吃刀量的选择9172主轴转速的选择9173进给速度的选择918工序与工歩的划分9181按工序划分9182工歩的划分1019编程误差及其控制11191编程误差11192误差控制11第2章指令的处理及程序编制1221常用G指令代码功能表1222常用M指令代码功能表1223程序编制13小结18致谢19参考文献20绪论本次毕业设计是学院为了提高学生的数控技术及相关技能等综合运用能力，通过毕业设计和完成毕业论文也是学院对毕业生生毕业资格的审核条件，同时也为我们以后的工作打下理论基础，本次设计是由指导老师辜老师精心指导下完成的。数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了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，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。数控技术不断的发展，很快会普极中国工业基地，成为工业发展的标志，数控技术的成熟也是当代科技发展的标志，所以数控技术也是国家经济的体现，中国经济正加快向新兴工业化道路发展，制造业已成为国民经济的支柱产业。先进数控技术的广泛使用，导致数控应用型人才严重短缺、作为当代的数控技术的学者我感到无比的荣幸，又感到无比的艰巨。本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件。大致包含了数控技术特点的阐述、零件的工艺的分析过程、加工中一些问题的解决方法、数控加工过程、数控编程、机床操作与零件自检过程等，另外还有参考文献、毕业设计小结、致谢、附录等部分。设计者以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平与实际经验有限，时间又较为紧迫。在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请各位评审老师给于批评和指正。第1章零件车削工艺分析11零件图的工艺分析所加工零件材料为45钢，调质处理HRC2636，零件图如下图11零件图该零件表面由圆柱、圆锥、圆弧、槽、双曲线等表面组成。其中直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求，尺寸标注完整，轮廓描述清楚。详图见附图1。零件材料为45钢，毛坯尺寸选为90X100MM。（1）零件结构分析该零件大部分属于回转体零件，外轮廓由圆柱、圆弧、圆锥、切槽、双曲线构成；内轮廓由圆柱、圆锥和圆弧构成。（2）尺寸精度分析该零件尺寸精度要求较高，如圆柱800037MM，轴向长度1360035MM，同轴度0025MM等。（3）技术要求分析经以上分析零件上有精度较高的尺寸数据，在加工时为了保证其尺寸精度应取其中间值,需保证其粗糙度RA16。12设备选择根据该零件的外形是轴类零件，比较适合在车床上加工，由于零件上既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度,在普通车床上是难以保证其技术要求。所以要想保证技术要求,只有在数控车床上加工才能保证其加工的尺寸精度和表面质量。由于本校现使用的是华中数控系统，所以利用现有资源。我选择在本校的数控机床CAK6140VA加工该零件。数控机床CAK6140VA实物图如下图12。图12数控车床13确定零件的定位基准和装夹方式131粗基准选择原则（1）为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。（2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。（3）粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次，因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。（4）选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。（5）选择重要表面为粗基准，为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面。（6）选择不加工表面为粗基准，为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。如果工件上有多个不加工面，则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准，以便保证精度要求，使外形对称等。（7）选择加工余量最小的表面为粗基准，在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。（8）选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准，以便工件定位可靠、夹紧方便。132精基准选择原则（1）“基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设】计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差。（2）“基准统一”原则当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。采用“基准统一”原则可减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可避免因基准转换所造成的误差。（3）“自为基准”原则当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准，这就是“自为基准”原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。（4）“互为基准”原则为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时，先以内孔定位加工齿形面，齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄，所以要求磨削余量小而均匀。此时可用齿面为定位基准磨内孔，再以内孔为定位基准磨齿面，从而保证齿面的磨削余量均匀，且与齿面的相互位置精度又较易得到保证。（5）精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。133定位基准根据粗、精基准选择原则，由于该零件是轴类零件，在车床上只需用三爪卡盘装夹，以毛坯的右端面定位。134装夹方式数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。由零件图可分析，我应先装夹毛坯60MM的钢件的左端。一直加工到零件左端的80MM，长度726MM处，再进行孔内加工。然后将钢件卸下，装夹56MM的两个凸台表面，加工另一端的孔，圆弧。这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求，装夹方式如下图图13装夹左端图14装夹右端14加工方法的选择和加工方案的确定141加工方法的选择加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸分析，尺寸精度比较高。如800037MM，1360035MM、28884004MM等，在普通车床是难以保证其尺寸精度、表面粗糙度，所以应该选择在数控车床上加工。142加工方案的确定零件上精度比较高度表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。该零件有两种加工方案直接用三爪卡盘装夹、调头加工。用三爪卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖，经试验论证第二种方案装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。15确定加工顺序及进给路线151零件加工必须遵守的安排原则（1）基面先行先加工基准面为后面的加工提供经基准面，所以我应先车平右端面作为基准面。（2）先主后次由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右到左，36MM，42052MM，46236MM，R3圆弧50MM，56MM，80MM，双曲线，R5圆弧，再切槽，R2圆弧，钻孔镗孔。再掉头依次车削加工60MM，R6圆弧，80MM，再切槽，镗孔，切内槽。（3）先粗后精先车削去大部分的金属余量，进行热处理，再进行成形切削保证零件的尺寸。（4）先面后孔由于该零件有孔，得按2步骤进行加工。152进给路线在数控加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析，我确定该零件的加工顺序有两步如下图所示图15零件轮廓第一步按照顺序从右到左，依次加工36MM，42052MM，46236MM，50MM，56MM，80MM，曲线，R5圆弧，再切槽，R2圆弧,R3圆弧，钻孔镗孔。图16加工右端的轮廓及内孔第二步调头车削加工60MM，R6圆弧，80MM，再切槽，镗孔。图17加工左端的轮廓及内孔16刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。接合零件轮廓相对还是较复杂，所以具体选刀如下（1）车端面先选用93的再用35硬质合金外圆车刀，粗车、精车及在这里我选择一把硬质合金右端面外圆车刀，为防止在进行圆弧切削时刀具的副后刀面与工件轮廓表面发生干涉（可用作图法检验），副偏角应选择KR大一点的，取KR40右端面外圆车刀的材料选择及KR值。（2）调头加工后，由于有孔先用12的麻花钻孔，再用镗孔刀加工内孔尺寸，用一把刀切屑，转速那么高的情况下，精车余量过大了，容易烧刀造成尺寸不准。建议粗精刀分开，粗车转速500，精车1000，余量只留01MM或者更少，另外还要检查你的夹具是否正常有无夹持松动现象。（3）切槽时由于零件中槽宽4MM，一般都选刀宽4MM,刀杆2020MM材料为高速钢W18CRV4R的切断刀，切槽时选用4MM刀宽即可。刀具表如表18所示表18数控车加工刀具卡片产品名称或代号加工部件零件名称转动轴零件图号CBO301序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T0193硬质合金外圆车刀1平端面、粗车轮廓无2T024MM切槽刀1加工槽高速钢3T0335外圆车刀1加工槽内圆弧硬质合金4T04镗孔刀1加工内孔硬质合金调头加工1T0193硬质合金外圆车刀1平端面、粗车轮廓无2T024MM切槽刀1加工槽高速钢3T03镗孔刀1加工内孔硬质合金4T044MM内切槽刀1加工内槽高速钢编制周先宇审核辜艳丹批准共1页第1页17切削用量选择切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是粗加工是，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；精加工进，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。171背吃刀量的选择零件轮廓粗车时选AP15MM，精加工时选AP02MM，镗孔粗加工AP1MM，镗孔精加工AP03MM，逐刀减少粗车4次后，精车时选AP01MM。172主轴转速的选择粗车直线和圆弧时N800R/MIN，精车时N1200R/MIN，镗孔粗加工N800R/MINN，镗孔精加工N1200R/MINN，切槽时N300R/MIN。粗车和精车的主轴转速的选取都是根据平时上课所讲的及前人的实践经验所给定的。173进给速度的选择粗车直线、圆弧时选F150MM/MIN，精车时选F100MM/MIN，镗孔粗加工F150MM/MIN，镗孔精加工F100MM/MIN，切槽时选F30MM/MIN。18工序与工歩的划分181按工序划分工序的划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。一般工序划分有以下几种方式（1）按零件装夹定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。（2）粗、精加工划分工序根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。（3）按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。在调头加工前后各有一次粗加工和精加工，显得比较繁琐，所以不可取；如果按所用的刀具划分工序，刀具有四把，虽然不多，但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有的加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。182工歩的划分因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中背吃刀量相同，不易划分工歩；这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易车削右端的工歩为93外圆车刀车端面20斜面42052MM46236MM20斜面50MM56MM80双曲线R5圆弧换刀切槽切槽51MM30外圆车刀车削R3圆弧R2圆弧12MM钻头钻通孔内圆车刀20368MM斜面1906MM。调头车削加工孔端的工歩为93外圆车刀平端面60MM外圆R6圆弧67MM外圆80MM外圆切槽刀切槽65MM内镗孔刀加工内孔50MMR6圆弧43MM32MM内切槽刀切槽45MM。上述工序粗加工后对零件进行热处理，热处理工序安排，为了提高材料的力学性能，改善经书的加工性能以及消除残余应力，我们对改零件进行调质处理，目的是活动均匀的的洛氏体组织，为以后的表面淬火和渗碳处理时减少变形做好组织准备，调质零件的综合力学性能较好，其心部组织变化不大。之后进行最终热处理，表面淬火，使其获得更高的硬度，脆性增强，应力增加。综上所述，零件的数控车削工艺分析的内容，并将其填入在附表19所示的数控工艺卡上。工艺卡片上其主要内容有工步分析、工步内容、各工步所用的主轴转速、刀具及进给速度。19编程误差及其控制191编程误差编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未知交点坐标值。我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。192误差控制为了尽可能的减少笔算误差，我们采取在AUTOCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工具”“查询”“点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0001级，这样能有效地将误差控制在（0102）倍的零件公差值内。第2章指令的处理及程序编制21常用G指令代码功能表表21数控车床G功能指令（HNC22T）代码组意义代码组意义代码组意义G00快速点定位G28回参考点G52局部坐标系设定G01直线插补G290参考点返回G530机床坐标系编程G02顺圆插补G40刀径补偿取消G03逆圆插补G41刀径左补偿G54G59工件坐标系16选择G3301螺纹切削G4209刀径右补偿G9211工件坐标系设定G0400暂停延时G43刀长正补偿G6500宏指令调用G0716虚轴设定G44G11单段允许G4910G1207单段禁止G50G17XY加工平面G5104G18ZX加工平面G24G1902YZ加工平面G2503G2008英制单位G6805注表内00组为非模态代码；只在本程序内有效。其他组为模态指令，一次制定后持续有效，直到被其他组其他代码所取代。标有的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。22常用M指令代码功能表表22代码作用时间组别意义代码作用时间组别意义代码作用时间组别意义M0000程序暂停M0600自动换刀M19主轴准停M0100条件暂停M07开切削液M3000程序结束并返回M02程序结束M08开切削液M6000更换工件M03A主轴正转M09B关切M9800子程序调用削液M04主轴反转M10夹紧M9900子程序返回M05主轴停转M11C松开注表内00组为非模态代码；其余为模态代码，同驵可相互取代。作用时间为“”号者,表示该指令功能在程序段指令运动完成后开始作用。23程序编制粗、精车削工件右端程序段号程序内容0010001程序名N01T0101刀具选择N02M03S800主轴正转N03G00X100Z5快速定位N04G71U15R1P5Q24X05Z0F100粗车轮廓N05G01X0F100S1200定义起刀点N06Z0精车端面N07X36N08Z591N09X42052Z23073N10X46236N11X50Z34457N14X56N15Z51947N16X80精车外圆36MM，42052MM，46236MM，50MM，56MM，80MMN1620N17WHILE2LE12075N1818057SQRT122/145805N1911116114N202228057N21G90G0121122F100N2222008N23ENDW宏程序精车双曲线短半轴为8057MM，长半轴为12075MMN24G02X69814Z72587R5精车圆弧N25G01X90退刀N26G00X100快速退刀N27Z200快速退刀N28M05主轴停止N29T0202选择刀具N30M03S300主轴正转N31G00X65Z48447快速定位N32G01X51F30N33X60N34Z44447N35X51N36X60N37Z42447N38X51切宽度为10MM的槽N39G01X65退刀N40G00X100快速退刀N41Z200快速退刀N42M05主轴停止N43T0303选择刀具N44M03S1000主轴正转N45G00X60Z5快速定位N46G01Z25F100定义起刀点N47X4705直线进给N48G02X4881Z3112R3车圆弧N49G01X60F100退刀N50Z415直线进给N51X51直线进给N52G02Z4537R2车圆弧N53G01X65退刀N54G00X100快速退刀N55Z200快速退刀N56M30主轴停止程序结束粗、精车削右端内孔N010002程序名N02T0101刀具选择N03M03S800主轴正转N04G00X10Z5快速定位N05G71U15R1P06Q12X05Z0F150粗车内轮廓N06G01X36F100S1200定义起刀点N07Z0车端面N08X1906Y25车内斜面N09X12车内孔N10Z4559车内孔N11X9退刀N12Z5退刀N13G00X100快速退刀N14Z200快速退刀N15M30主轴停止程序结束粗、精车削工件左端N010003程序名N02T0101刀具选择N03M03S800主轴正转N04G00X100Z200快速定位N05G71U15R1P06Q22X05Z0F150粗车外轮廓N06G01X0F100S1200定义起到点N07Z942N08X60N09Z9015N10G03X67Z85696R6N11G01Z81596N12X80N13Z73596精车外圆60MMR6圆弧，以及外圆65MM，80MMN14G00X100快速退刀N15Z200快速退刀N16M05主轴停止N17T0202刀具选择N18M03S300主轴正转N19G00X70Z81596快速定位N20G01X65F30切41MM的槽N21Z81696切槽N22X70退刀N23G00X100快速退刀N24Z200快速退刀N25M05主轴停止粗、精车削左端内孔N010004程序名N02T0101刀具选择N03M03S800主轴正转N04G00X90Z105快速定位N05G71U15R1P6Q13X03Z0F100粗车内轮廓N06G01X30F50S1000定义起刀点N07Z942精车端面N08X50精车内孔N09Z9015直线进给N10G03X43Z84696R6精车内圆弧N11G01Z81596直线进给N12X32直线进给N13Z456直线进给N14X10退刀N15Z100退刀N16G00X100快速退刀N17Z200快速退刀N18M05主轴停止N19T0202刀具选择N20M03S300主轴正转N21G00X70Z105快速定位N22G01X38F30定位起刀点N23Z81596定位起刀点N24X45切槽N25Z81696切槽N26X22退刀N27Z100退刀N28G00X100快速退刀N29Z200快速退刀N30M05主轴停止注程序编制中有关数值单位一律采用毫米MM制。小结在开始做毕业设计前，我认真阅读了毕业设计指导书，对零件图进行仔细的分析，从而在设计前有一个清晰的思路，也为我的设计打下了基础，使我的开题报告能顺利的完成。开题报告完成后，接着开始进行正文的撰写，设计也就正式开始了。首先我们对零件进行了工艺分析，如毛坯尺寸大小的确定和材料的确定，选择合适的加工方案法，拟定加工方案，选择合适的夹具、刀具与切削用量的确定等。在工艺分析上，让我们巩固了在大一、大二时学的机械制造、机械制图、机械设计、公差与配合、金属工艺CAD绘图等专业课程，是我更好把各专业课相结合起来去完成毕业设计。随着毕业设计做完，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学专业的书籍。经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。在两年的大学生活里，我觉得大多数人对本专业的认识还是不够,在大二期末学院曾为我们组织了三个星期的实习，为了更深入的理解并掌握大学的专业知识，加强专业技能。我选择的毕业设计课程是轴类零件加工。通过次此的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去复习已学过的知识，在进行初步系统回顾之后，大脑形成一个初步的印象。各专业课之间相关联的知识也能很好的理解。在这次毕业设计中，给我最大