杆端球零件数控工艺及编程设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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西安航空职业技术学院 毕 业 设 计（论 文） 论文题目：杆 端 球零件数控工艺及编程设计 所属系部： 航空制造工程系 指导老师： 职称： 学生姓名： 班级、学号 : 专 业： 数控技术 西安航空职业技术学院制 年 月 日 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 I 摘 要 本文主要讲述 杆端球 零件的加工工艺，通过开篇对其零件图纸进行工艺分析，然后设计出毛坯，制定出机械加工工艺路线，分析工序尺寸与确定公差，选择加工设备，再到夹具、刀具、量 具的设计，最终编制出零件的数控加工程序，运用程序在数控机床上进行数控加工，最后完成该零件的所有工序，得到合格的零件。 关键词： 杆端球 ；工艺路线 ； 夹具设计 ； 数控编程； 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 od of on by of to of of C of on NC of of 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 目 录 摘 要 . I 目 录 . 1 绪论 . 2 1 零件数控加工工艺规程分析 . 3 件的工艺性分析 . 3 坯的选择 . 4 工设备的选择 . 4 件的定位与装夹 . 4 位基准的选择 . 5 夹方式的选择 . 5 工刀具的选择 . 5 削用量的选择 . 5 件加工工艺规程的拟定 . 6 . 7 3 零件加工程序的编制 . 7 件坐标系的设定 . 7 工程序清单 . 8 4 仿真加工 . 10 序的导入 . 11 置工件 . 11 置刀具 . 12 刀及刀补输入 . 12 真加工 . 13 论文总结 . 15 参考文献 . 17 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 绪论 杆端球类零件属于杆端球面接头中的部件 。 杆端球面接头的结构是：球面部使用高精度的轴承用钢球，在通过压铸铸造将钢球包 住使夹持器成型后，用特殊焊接与柄颈部连接在一起。通过这种独创的制造方法，钢球的镜面被复制加持器的球面部，互相全面接触。因此实现了最小间隙的平滑运动。 杆端球面接头也称关节轴承。关节轴承是球面 滑动轴承 ，基本型是由具有球形滑动球面接触表面的内、外圈组成。关节轴承主要是由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈组成，能承受较大的负荷。根据其不同的类型和结构，可以承受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同时存在的联合负 荷。由于在内圈的外球面上镶有复合材料，故该轴承在工作中可产生自润滑。一般用于速度较低的摆动运动，也可在一定角度范围内作倾斜运动，当支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工作。自润滑关节辅承应用于水利、专业机械等行业。因为关节轴承的球形滑动接触面积大，倾斜角大，同时还因为大多数关节轴承采取了特殊的工艺处理方法，如表面磷化、镀锌、镀铬或外滑动面衬里、镶垫、喷涂等。因此有较大的载荷能力和抗冲击能力，并具有抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好或自润滑无润滑污物污染的特点，即使安装错位也能正常工作。因此，关节轴承广泛用于速 度较低的摆动运动、倾斜运动和旋转运动。 球面滑动轴承和杆端 关节轴承 有多种设计，并有不同的滑动接触面组合。每种设计和组合具有独特的性能，使之特别适合某些应用场合。 本文 主要研究杆端球零件的加工工艺 ，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，通过系统分析，确定最佳的工艺方案，合理的选用定位夹紧方式，使 得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低，使得零件的加工成本最低，最终形成的完备的工艺文件，并在实际生产中有效具体实施。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 1 零件数控加工工艺规程分析 图 1杆端球 的三维图 图 1杆端球 的二维图 件的工艺性分析 该零件 的 结构主要有圆柱 面 ， 球面 ， 螺纹 组成，零件的加工工艺性较 简单 ，粗糙度要求较高 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 零件的尺寸精度要求高，多数尺寸精度为 位精度要求较高。加工现场提供的机床精度，控制系统功能，刀具的品种数量、夹盘、辅具都能满 足零件加工的需要。 零件在加工中需要 两次 次装夹找正，特别是在第二次找正时，内，以保证零件的同轴度 。 所使用的数控车床的定位精度为 复定位精度为 反向间隙为 间，因此当刀具的补偿值设定后，一般情况下对加工精度影响不大，能满足加工的需要。 因为所使用的刀具刀尖圆弧半径的制造精度为 加工外形轮廓精度影响很小。由于对刀具径向和轴向的补偿值采用了试切法对刀，所以设置的刀具补偿是比较精确的。 坯的选择 材料为 50 125柱，材料为 45 钢 。这种钢通常在 调质 状态下使用，也可在正火 后使用，用于制造在磨损及摩擦条件下或在很大冲击负荷下工作的重要机件，如轴、小轴、平衡杠杆、摇杆、连杆、螺栓、螺帽、齿轮和各种滚子等。此外，这种钢还可用作高频表面淬火 用钢，用于制作要求高的表面 硬度 及 耐磨性 的零件。 工设备的选择 1 车床系统 身上最大回转直径 200轴转速范围 : 15轴孔直径 : 48 2 铣床系统 作台尺寸（ 460 950 X 轴行程（ 800 Y 轴行程（ 500 Z 轴行程（ 550 3 普通铣床 件的定位与装夹 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位的基准有着十分中的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。合理的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。 第一次装夹时，定位基准选择毛坯的外圆进行装夹，故基准为轴线；第二次装夹时 选择装夹已加工后的外圆，定位基准为零件的轴心线。 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，需将工件压紧压牢。合理的选择加紧方式十分重要，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。 该零件需要进行两次装夹，其第一次装夹采取三爪卡盘直接装夹的方式夹毛坯外圆，第二次装夹时为保证已加工面不被夹伤，需要垫上铜皮或者采用软爪进行装夹。 工刀具的选择 表 夹套的 数控加工刀具卡片 产品名称或代号 零件名称 杆端 球 零件图号 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 备注 1 0外圆车刀 1 车外圆柱面及端面 2 0螺纹车刀 1 车螺纹 3 5外圆车刀 1 车球面 削用量的选择 切削用量的选择，对切削功率，刀具磨损，加工质量和加工成品均有影响。切削用量的选择的一个总的原则：首先应选择尽量大的背吃刀量，其次选择最大的进给量，最后是选择最大的切削速度。在粗加工时，首先选用尽可能大的背吃刀量，其次要根据机床的动力和刚性等条件， 选取尽可能大的进给量，最后根据刀具的耐用度确定最佳的切削速度。在精加工时首先根据粗加工后的余量，确定背吃刀量，再根据已加工表面的粗糙度要求选取较小的进给量，最后再保证刀具的耐用度的前提下尽可能选择西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 较高的切削速度。另外要据实际情况考虑周全，最后做出比较合理的最终方案。 表 削用量选用表 加工部位 主轴转速r/给速度mm/吃刀量车端面 及外圆 500 120 车端面 及外圆 800 80 1 车螺纹 500 2mm/r 车球面 600 100 1 精 车球面 1000 80 控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。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。 件加工工艺规程的拟定 （ 1）装夹工件六方形那端，以零件带螺纹右端中心作为坐标建立工件坐标系。确定加工路线为： 工序 1：制造毛坯 50 125 工序 2： 车外圆 20，及螺纹。 工步 1：粗车左端面； 工步 2：精车左端面； 工步 3：粗车左端外圆 20； 工步 4：精车左端外圆 20； 工步 5：车螺纹； 工序 3：车球面。 工步 1：粗车右端面； 工步 2：精车右端面； 工步 3：粗车球头； 工步 4：精车球头； 工序 4：去毛刺。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 工序 5：检验。 综合上述，制定工序卡片如下表 表 数控加工工艺卡片 1 单位名称 西安航空职业技 术学院 产品名称或代号 零件名称 零件图 号 杆端球 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 2 爪定心卡盘 控车床 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格 主轴转速（ r/进给速度（ mm/背吃刀量 /备注 1 粗车左端面 0外圆车刀 500 120 2 精车左端面 0外圆车刀 800 80 3 粗车左端外圆 20 0外圆车刀 500 120 4 精车左端外圆 20 0外圆车刀 800 80 5 车螺纹 0螺纹车刀 500 2mm/r 表 数控加工工艺卡片 2 单位名称 西安航空职业 技术学院 产品名称或代号 零件名称 零件图号 杆端球 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 3 软爪 控铣床 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格 主轴转速（ r/进给速度（ mm/背吃刀量 /备注 1 粗车右端面 0外圆车刀 500 120 2 精车右端面 0外圆车 刀 800 80 3 粗车球头 5外圆车刀 600 100 1 4 精车球头 5外圆车刀 1000 80 3 零件加工程序的编制 件坐标系的设定 在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对与工件运动的起点，即程序起始点或起刀点。此起始点一般西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 通过对刀来确定，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是：便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误 差小。对刀点可设置在加工零件上，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准上。实际操作机床时，可以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”是指刀具定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。用手动对到操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”时指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具 的外部，以换刀时不碰工件及其他部件为准。 数控车床和铣床上的工件坐标系建立后对刀方法有两种：试切法对刀和机外对刀仪对刀。一般学校没有机外对刀仪这种设备，所以采用试切法对刀。而根据实际需要，试切法对刀又可以采用三种形式，此零件均在工件端面设立原点，建立工件坐标系，以 统为例来阐述这种形式的对刀及工件坐标系的建立方法。 工程序清单 （ 1）工序 2 的加工程序 程序段号 程序 解释说明 0101; 换 1 号刀， 90外圆车刀 03 主轴正转，转速 500r/030 切削液开 00 快速运动至粗车端面起点 01 120; 粗车端面 2; 00 0; 快速运动至精车端面起点 01 80 精车端面 2; 00 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 9 03 71 调用 合车削循环 71 180 120; 设定切削参数 00 快速运动至切削起点 01 80; 倒角 52; 70 180 800; 精车外圆 00 100; 快速运动至换刀点 0202; 换 2 号刀，螺纹车刀 03 00 2; 快速运动至循环起点 76 200 调用 纹车削循环 76 2000 2; 设定加工参数 00 100; 快速运动至换刀点 05; 主轴停止 09; 切削液关 30; 程序结束 （ 2）工序 3 的加工程序 程序段号 程序 解释说明 0101; 换 1 号刀， 90外圆车刀 03 主轴正转，转速 500r/030 切削液 开 00 快速运动至粗车端面起点 01 120; 粗车端面 2; 00 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 0; 快速运动至精车端面起点 01 80 精车端面 2; 00 100; 快速运动至换刀点 0202; 换 2 号刀， 35外圆车刀 03 00 2; 快速运动至循环起点 73 0 调用 闭式复合车削循环 73 220 0 设定参数 00 快速运动至切削起点 01 20; 靠近工件 03 20 车圆弧前半部分 03 20; 车圆弧后半部分 01 车外圆 52 70 220 1000; 精车球 头 00 100; 快速运动至换刀点 05; 主轴停止 09; 切削液关 30; 程序结束 4 仿真加工 如图 示为斯沃仿真软件中 控车床仿真操作面板，下面运用该机床对零件进行仿真加工，在打开机床后，首先对机床进行急停解除和回零操作。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 图 控车床仿真操作面板 序的导入 首先新建一个文本文档，将上一章中的程序清单复制并粘贴至文本文档内，然后保存成扩展名为 件 ，如图 示。然后打开仿真软件，对机床进行回零，然后按下编辑按钮（如图 再单击程序，在操作面板中输入 下“插入”键，然后在菜单栏中单击“文件”下的“打开”，选择刚刚保存好的文件 图 示。 图 图 辑按钮 图 板 置工件 根据该零件的毛坯，选择 50 125坯。单击菜单栏中“工件 操作”下的“设西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 置毛坯”，如图 示，在界面中设置为棒料，工件长度为 125，直径为 50，材料选择 40 碳素结构钢（软件中无 45 钢，故以 40 钢代替），勾选“更换工件”及“尾架”，单击确定。 图 件设置 图 具设置 置刀具 根据表 具卡片中的刀具，在仿真机床中设置好卡片中的刀具，首先打开菜单栏中“机床操作”下的“刀具管理”，将看到如图 示界面。 刀及刀补输入 设置好刀具和毛坯后，接下 来的工作就是对刀了，对刀是在数控加工中必不可少的环节，它的准确性直接影响到零件的加工质量，下面来介绍下对刀操作。 首先在刀具管理中，将 1 号刀（ 90外圆车刀）转到加工位置（一般机床默认 1号刀在加工位），然后单击菜单栏中“工件操作”下的“快速定位”，得到如图 示对话框，选择默认对刀点。 图 具定位 图 补设置界面 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 将刀具移到轴中心后，然后在操作面板中单击“刀补”按钮，将出现如图 示界面，选择 入）方式，根据现在位置（相对位置）下的坐标值，将其输入至 1 号刀补中，如：先输入“ 再按“ 测量”键；然后再输入“ 按下“测量”键，这样第 1 把刀的刀补就设置好了。 同理将其他刀也进行设置，最终得到的刀补值如图 示。 图 置好后的刀补界面 真加工 在设置好刀具补偿后，可以开始仿真加工了，首先关闭机床窗门，然后将功能键中的“循环启动”打开，再按下“循环启动”按钮，开始切削，示。 图 序 2 仿真效果图 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 14 图 序 3 的仿真效 果图 经过仿真加工可以看出，该零件的程序准确无误，可以在机床上进行首件加工了，由于仿真的机床跟实际的存在一定的区别，因此在实际加工中，需要采用单段运行的方式进行。 结论与体会 我通过不断努力终于完成了 杆端球 零件的设计，我在做设计的过程中不断运用和温故大学三年所学的知识，像公差，机械制图，机械设计等等，在此我最大的收获就是能够将所学的知识学以致用，能够将书本的知识与现实需要结合起来。当然，我还存在一些不足，我相信在以后的学习生活中，我会克服这些不足与困难，争取做到最好。 我相信我所做的设计，将 会有很大的市场前景，将会得到更多人的认可与肯定 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 15 论文 总 结 此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。 经过这几周的设计 ,成功地完成了数控车零件的工艺设计和编程。通过本壳体躲设计，我对数控加工地整个过程有了较全面的理解。经过设计中选择刀具，我对数控机床工具系统的特点和数控刀具材料和使用范围有了较深的了解，基本掌握了数控机床刀具的选用方法；经过设计加工工艺方案 ，进一步了解了工件定位的基本原理、定位方式和定位元件及数控机床用夹具的种类与特点，对教材中有关定位基准的选择原则和数控加工夹具的选择方法有了更深的理解；经过编制零件的加工程序，基本熟悉数控编程的主要内容及步骤、编程的种类、程序的结构与格式，对数控编程前数学处理的内容、基点坐标、辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。 此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。 但 是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等 。这次实践是对自己大学 五年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己 成为一个对社会有所贡献的人，为中国 数控制造业 添上自己的微薄之力。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 16 致 谢 本文是在 我在 指导 老师 的精心指导和大力支持下完成的， 这篇设计的每个细节和每个数据，都离不开老师的细心指导，而老师 严谨的治学精神，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 。并在此同时您还在 思想 上 、 学习 上 给予了 我无微不至的关怀，在此谨向 指导 老师致以诚挚的谢意 。 我 也 要感谢我的母校 ， 是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活更加充实、更加 丰富 ， 为我的人生 谱写了一段
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