轴类零件的数控车床加工设计

衢州职业技术学院 毕业设计（论文）课题名称：轴类零件的数控车床加工的设计院别： 机电工程学院 专业班级： 13 数控（2）班 学生姓名： 指导教师： 二 O 一六年五月衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计(论文）I摘 要本文对轴类零件的数控车削加工进行了较为详细的说明。通过对其进行数控加工工艺分析，即其零件图的工艺分析、定位基准及装夹方式的选择、加工顺序及进给路线的确定、加工刀具的选择和切削用量（背吃刀量、进给量和主轴转速）的确定，采用 CKA6150 数控车床，使用 FANUC 0i-Mate-TC 系统并编写了数控加工程序和进行数控加工。结果发现其与普通机床相比，有以下优势： 1.精度高，可实现优质稳定生产。 2.效率高，大大减少了加工过程中的停车次数和停车时间。 3.高柔性，工艺适应性强，只要修改程序或作局部调整，便可实现工艺转换。 4.实现高度自动化，不需专用夹具及专用量具。 这表明了运用数控车床加工轴承套零件，提高了产品质量，降低了生产成本，在很大程度上弥补了普通机床的不足之处关键词：数控加工工序，编程，刀具,工艺分析衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计(论文）II目 录第一章 引言 .21.1 数控加工概述 .21.1.1 数控加工原理和特点 .21.1.2 数控加工工艺概念和工艺过程 .31.1.3 数控车削加工的主要对象及加工过程 .31.2 课题研究内容及意义 .4第二章 轴类零件的加工工艺分析 .62.1 轴类图的工艺分析 .62.1.1 零件图的工艺分析 .62.1.2 轴类零件图的工艺分析 .62.2 轴类零件定位基准和装夹方式的选择 .72.2.1 定位基准的选择 .72.2.2 装夹方式的选择 .82.2.3 确定轴类零件的定位基准和装夹方式 .82.3 轴类零件加工顺序和进给路线的确定 .92.3.1 加工顺序安排的原则 .92.3.2 进给路线的确定 .92.3.3 确定轴类零件的加工顺序及进给路线 .102.4 轴类零件加工刀具的选择 .102.4.1 数控车刀的类型及选用 .102.4.2 轴类零件数控加工的刀具选择 .112.5 轴类零件加工切削用量的选择 .112.5.1 切削用量的选用原则 .112.5.2 轴类零件加工的切削用量选择 .11衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计(论文）III第三章 轴类零件的数控加工 .133.1 轴类零件零件图的数学处理 .133.2 编制零件加工程序 .143.3 轴类零件加工的对刀 .143.4 程序输入、校验及首件试切 .153.5 数控加工工艺文件的编制 .16第四章 总结 .17参考文献 .32致谢 .331第一章 引 言1.1 数控加工概述1.1.1 数控加工原理和特点1.数控加工原理 1)程序编制及程序载体 数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程（APT）或 CAD/CAM 设计。 编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。 输入装置装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。 根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用 RS232C 或采用网络通信方式传送到数控系统中。 零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工（数控系统内存较小时），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从内部存储器中逐段逐段调出进行加工。 2）数控装置 数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。 零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。 3）驱动装置和位置检测装置 驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计( 论文）2严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。 位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。 五、辅助控制装置 辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。 由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。 六、机床本体 数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床。数控加工的原理如图 1 所示。图 1-12.数控加工的特点1)不需要熟练的机床操作人员； 2)提高加工精度并且保持加工质量 3)可以减少工装卡具： 4)容易进行加工过程管理； 5)可以减少检查工作量；6)可以降低废、次品率； 7)便于设计加工变更，加工设定柔性强 8）容易实现操作过程的自动化，一人可以操作多台机床； 9）操作容易，极大减轻体力劳动强度。衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计( 论文）31.1.2 数控加工工艺概念和工艺过程1.数控加工工艺数数控加工工艺是指用数控机床加工方法改变毛坯形状，尺寸，相对位置和性质，使其成为零件或半成品的过程2.数控加工工艺过程数控加工工艺过程由 工序 安装 工位 工步 走刀 5 项组成 1）选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容2）分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等等。3）调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。4）分配数控加工中的容差。5）处理数控机床上部分工艺指令。3.数控加工工艺与数控编程的关系数控加工工艺是数控编程的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就没有真正可行的数控加工程序。而数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。 1.1.3 数控车削加工的主要对象及加工过程1.加工对象1)轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的回转体零件 因车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能，还有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插补功能，故能车削由任意直线和平面曲线轮廓组成的形状复杂的回转体零件。 2)精度要求高的零件 零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面等精度要求，其中的表面精度主要指表面粗糙度。例如：尺寸精度高（达 0.001 mm 或更小）的零件，圆柱度要求高的圆柱体零件，素线直线度、圆度和倾斜度均要求高的圆锥体零件等。 3)带特殊螺纹的回转体零件 这些零件是指特大螺距（或导程）、变（增减）螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺纹面之间作平滑过渡的螺纹零件，以及高精度的模数螺纹零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺纹零件等。 数控车床车削螺纹时，主轴转向不必像普通车床那样交替变换，它可以一刀又一刀不停顿地循环，直到完成，因此它车螺纹的效率很高。由于数控车床一般采用硬质合金成型刀片，可以使用较高的转速，因而车削出来的螺纹精度高，表面粗糙度小。 4) 淬硬工件的加工 在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件，这些零件热衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计( 论文）4处理后的变形量较大，磨削加工有困难，因此，可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后的零件进行车削加工，以车代磨，提高加工效率。 2.加工过程1) 分析零件图纸 要分析零件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适宜在数控机床上加工，或适宜在哪类数控机床上加工。有时还要确定在某台数控机床上加工该零件的哪些工序或哪几个表面。 2) 确定工艺过程 确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)和加工路线(如对刀点、走刀路线)，并确定加工用量等工艺参数(如切削进给速度、主轴转速、切削宽度和深度等)。 3) 数值计算 根据零件图纸和确定的加工路线，算出数控机床所需输入数据，如零件轮廓相邻几何元素的交点和切点，用直线或圆弧逼近零件轮廓时相邻几何元素的交点和切点等的计算。 4) 编写零件程序单 根据加工路线计算出的数据和已确定的加工用量，结合数控系统的程序段格式编写零件加工程序单。此外，还应填写有关的工艺文件，如数控加工工序卡片、数控刀具卡片、工件安装和零点设定卡片等。 5) 程序输入 即将编制好的程序输入到数控车床中。 6) 程序校验与首件试切 在数控车床上对程序进行验证，检查程序是否能在系统中通过，并在机床上进行试切加工，完成工艺方面的1.2 课题研究内容及意义本课题研究的主要内容是介绍了轴类零件的数控车削加工方法。通过对其进行数控加工工艺分析，及其零件图的工艺分析、定位基准及装夹方式的选择、加工顺序及进给路线的确定、加工刀具的选择和切削用量的确定，然后对其数控加工做了介绍，如加工刀具的选择、加工切削用量的选择等。近年来，数控加工发展迅速，已成为提高产品质量和劳动生产率必不可少的手段。它的发展和广泛使用，给机械制造业带来了深刻的变化，成为当今制造业的发展方向。 通过轴承套的工艺分析及数控车削加工，发现与普通机床相比，其有显著的特点： 1)精度高，可实现优质稳定生产。 2).效率高，大大减少了加工过程中的停车次数和停车时间。 3).高柔性，工艺适应性强，只要修改程序或作局部调整，便可实现工艺转换。 4).自动化程度高，不需专用夹具及专用量具。衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计( 论文）5第二章 轴类零件的加工工艺分析如图 2 所示为轴类零件，该零件材料为 45 钢，无热处理和硬度要求，试对该零件进行数控车削加工工艺分析（单件小批量生产）图 2-12.1 轴类零件图的工艺分析2.1.1 零件图的工艺分析1. 分析几何元素的给定条件是否充分由于设计等多方面的原因，在图样上可能出现构成加工轮廓的条件不充分、尺寸模糊不清及尺寸封闭缺陷，增加了编程工作的难度，有的甚至无法编程。 2. 精度及技术要求 精度及技术要求分析的主要内容是要求是否齐全、是否合理；本工序的数控车削精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其它措施（如磨削）弥补的话，则应给后续工序留有余量；有位置精度要求的表面应在一次安装下完成；表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速度切削。只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确而合理的选择。 2.1.2 轴类零件图的工艺分析1. 轴类零件图的工艺分析该零件主要由内外圆柱面、内圆锥面、圆弧面及外螺纹等表面组成，零件图尺寸标注衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计( 论文）6完整，轮廓描述清楚。其中 50、52 外圆有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求，并且对32 孔的径向圆跳动公差为 0.01mm；左端面则对 32 孔轴线的垂直度公差为0.01mm；78 外圆有较高的表面粗糙度要求，外圆柱面表面粗糙度为 Ra1.6m。零件材料为 45 钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。 2. 工艺措施1)对图样上带公差的尺寸，编程时全部取其平均值。 2)左右端面均为多个尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先将左右端面车出来。 3)外圆对内孔的径向圆跳动要求在 0.01mm 内，掉头装夹时，除了要包一层铜皮外， 夹紧时用力要适中，不可过大。如果不能保证，则采用软卡爪装夹。 4)内孔与左端面应在一次装夹中加工