椭球轴的数控加工毕业设计.doc

毕业设计（论文） 数控车床零件加工 课题名称:椭球轴的数控加工系 别: 机械工程系 专 业: 机电一体化 年 级: 2008级 姓 名: 学 号: 指导教师: 何玉山 2010年12月 毕业设计（论文）任务书学生姓名： 班级学号： 题 目：椭球轴的数控加工加工图所示的零件，毛坯尺寸为10540mm，材料为45钢。技术要求：未注倒角0.545o。 1、本论文的目的及意义通过本设计能综合运用所学的知识独立完成数控车床应用的认知和自行编制程序进行加工，提高实际工作能力的提高。 综合运用数控基础课程及其它先修课程了解数控的发展和应用，加深对数控应用的认识。 学习和掌握数控车床的基础操作指令，能独立编制较复杂零件的程序，提高实际操作的水平。 通过示例的编程和加工，有效的将理论和实际相结合，巩固和扩展了理论知识。2、论文各部分内容及时间分配：（共3周）序号工作内容时间（天）第一部分熟悉课题，调查了解，搜集资料，定设计题目1第二部分计算机绘制产品的零部件图2第三部分工艺设计及草算有关工艺参数3第四部分编写或生成nc代码程序并调试5第五部分数控加工3第六部分整理资料，编写毕业设计（论文）说明书5第七部分整理打印资料做好笔记，形式审查，准备答辩0.5起止日期： 2010年12月20 日至 2011年 1 月 10 日 目 录摘要21数控加工概念与要点数控机床的特点1.1数控机床的特点 21.2数控机床的分类 31.3进给速度的确定 31.4背吃刀量的确定 42刀具的选择方法及考虑因素2.1刀具的选择方法42.2刀具选择应考虑的主要因素43 零件加工工艺卡3.1椭球轴加工工艺卡 64零件分析4.1零件图 74.2零件结构分析 74.3数值计算 74.4加工工具确定 84.5工具装夹安装方式 95零件加工程序5.1椭球轴左端程序 95.2椭球轴右端程序 136总结 147致谢 148参考文献 14 椭球轴的数控加工摘 要通过设计，一方面能获得综合运用过去所学的知识进行工艺分析的基本能力，另一方面，也是对数控加工过程进行的一次综合训练。1、能熟练地运用已学过的基本理论知识，以及在生产实习中学到相应的实践知识，掌握从零件图开始到正确地编制加工程序的整个步骤、方法。2、提高编程能力。学生通过设计训练，能够根据被加工零件的技术要求，选择合理的工艺，编制出既经济又合理，又能保证加工质量的数控程序。3、学会使用各类设计手册及图表资料。查找与本设计有关的各类资料的名称及出处，并能做到正确熟练运用。通过对零件图的工艺分析，加工顺序及进给路线的选择等来确定零件的加工工艺，从而对零件进行加工。关 键 词：基本理论知识，工艺分析，加工程序 一、 数控加工概念与要点数控机床的特点：1.1 数控机床的特点 与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：（1）加工精度高，质量稳定。数控系统每输出一个脉冲，机床移动部件的位移量称为脉冲当量，数控机床的脉冲当量一般为0.001mm，高精度的数控机床可达0.0001mm，其运动分辨率远高于普通机床。另外，数控机床具有位置检测装置，可将移动部件实际位移量或丝杠、伺服电动机的转角反馈到数控系统，并进行补偿。因此，可获得比机床本身精度还高的加工精度。数控机床加工零件的质量由机床保证，无人为操作误差的影响，所以同一批零件的尺寸一致性好，质量稳定。（2）能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。例如，采用二轴联动或二轴以上联动的数控机床，可加工母线为曲线的旋转体曲面零件、凸轮零件和各种复杂空间曲面类零件。（3）生产效率高。数控机床的主轴转速和进给量范围比普通机床的范围大，良好的结构刚性允许数控机床采用大的切削用量，从而有效地节省了机动时间。对某些复杂零件的加工，如果采用带有自动换刀装置的数控加工中心，可实现在一次装夹下进行多工序的连续加工，减少了半成品的周转时间，生产率的提高更为明显。（4）对产品改型设计的适应性强。当被加工零件改型设计后，在数控机床上只需变换零件的加工程序，调整刀具参数等，就能实现对改型设计后零件的加工，生产准备周期大大缩短。因此，数控机床可以很快地从加工一种零件转换为加工另一种改型设计后的零件，这就为单件、小批量新试制产品的加工，为产品结构的频繁更新提供了极大的方便。（5）有利于制造技术向综合自动化方向发展。数控机床是机械加工自动化的基本设备，以数控机床为基础建立起来的fmc、fms、cims等综合自动化系统使机械制造的集成化、智能化和自动化得以实现。这是由于数控机床控制系统采用数字信息与标准化代码输入、并具有通信接口，容易实现数控机床之间的数据通信，最适宜计算机之间的联接，组成工业控制网络，实现自动化生产过程的计算、管理和控制。（6）监控功能强，具有故障诊断的能力。cnc系统不仅控制机床的运动，而且可对机床进行全面监控。例如，可对一些引起故障的因素提前报警，进行故障诊断等，极大地提高了检修的效率。（7）减轻工人劳动强度、改善劳动条件。1.2数控机床的分类 数控机床的种类繁多，根据数控机床的功能和组成的不同，可以从多种角度对数控机床进行分类。1.按运动轨迹分类（1）点位控制系统它的特点是刀具相对工件的移动过程中，不进行切削加工，对定位过程中的运动轨迹没有严格要求，只要求从一坐标点到另一坐标点的精确定位。如数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机和数控测量机等都采用此类系统。（2）直线控制系统这类控制系统的特点是除了控制起点与终点之间的准确位置外，而且要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线，并能控制位移的速度，因为这类数控机床的刀具在移动过程中要进行切削加工。直线控制系统的刀具切削路径只沿着平行于某一坐标轴方向运动，或者沿着与坐标轴成一定角度的斜线方向进行直线切削加工。所示。采用这类控制系统的机床有数控车床、数控铣床等。同时具有点位控制功能和直线控制功能的点位直线控制系统，主要应用在数控镗铣床、加工中心机床上。（3）轮廓控制系统也称连续控制系统。其特点是能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制。加工时不仅要控制起点和终点位置，而且要控制两点之间每一点的位置和速度，使机床加工出符合图纸要求的复杂形状（任意形状的曲线或曲面）的零件。它要求数控机床的辅助功能比较齐全。cnc装置一般都具有直线插补和圆弧插补功能。如数控车床、数控铣床、数控磨床、数控加工中心、数控电加工机床、数控绘图机等都采用此类控制系统。这类数控机床绝大多数具有两坐标或两坐标以上的联动功能，不仅有刀具半径补偿、刀具长度补偿功能，而且还具有机床轴向运动误差补偿，丝杠、齿轮的间隙补偿等一系列功能。1.3进给速度的确定1.粗加工的时候一般尽量可能的最大进给速度，进给速度的取值主要考虑刀具的强度，对于车刀而言，刀柄越大，其刀具强度就越大，允许取的进给速度也越大;在一定的进给速度，切削深度，切削宽度的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具;另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出机床额定功率。通常如果切削深度必须取大值的时候，切削宽度就必须取很小的值。曲面轮廓的精加工的进给速度、切削深度、切削宽度一般比较小，切削力很小，因此取很高的切削速度也不会超出机床的额定功率。粗加工的时候，过高切削度主要引起温度和切削功率过大，精加工的时候过高的切削速度主要爱温度的限制。通常，车刀材料、工件材料、刀具耐用度一定，允许的浓度就一定，因此极限切削线速度也一定，如果降低耐用度，允许的速度就可以提高。2.进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则，应选择较低的进给速度。进给速度f可以按公式f=fn计算，式中f表示每转进给量。在加工此零件时进给速度。如下表1.1 进给率表加工面粗车（mm/min）精车(mm/min)车外圆 12075车内孔11075切槽30车螺纹 801.4背吃刀量的确定（1）对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。（2）背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.20.5mm。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。二、刀具的选择方法及考虑因素2.1 刀具的选择方法刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。数控刀具的确定原则：（1）选用刚性和耐用度高的刀具，以缩短对刀和换刀的停机时间。（2）刀具尺寸稳定，安装调整简便。（3）选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。2.2 刀具选择应考虑的主要因素选择刀具应考虑以下几方面的因素：（1）一次连续加工表面尽可能多。（2）在切削过程中刀具不能与工件轮廓发生干涉。（3）有利于提高加工效率和加工表面质量。（4）有合理的刀具强度和耐用度。刀具材料的选择刀具切削时，要承受很大的压力。同时，由于刀具、切屑、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削部分会承受很高的温度。因此，选择刀具材料应考虑因素：（1）高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）高耐热性（4）良好的工艺性 表2.1刀具材料的选择刀具材料硬度抗弯强度/gpa冲击韧性/(kj/)热导率/(w/(mk)耐热性/ 碳素工具钢60-65 hrc/81.2-83.9 hra2.45-2.7467.2200-250高速钢63-70 hrc/83-86.6 hra1.96-5.8898-5881.67-25600-700合金工具钢63-66 hra2.441.8300-400硬质合金yg689.5 hra1.453079.6900yt1490.5 hra1.2733.5900陶瓷am al91 hra0.45-0.55519.2120093-94 hra0.55-0.6591-93 hra0.75-0.85438.21300金刚石天然金刚石10000 hv0.21-0.49146.5700-800聚晶金刚石6500-8000 hv2.8100-108.7700-800立方氮化 硼烧结体6000-8000 hv1.041.81000-1200立方氮化硼复合刀片5000 hv1.51000 3 零件加工工艺卡 表3.1 椭球轴加工工艺卡单位名称机电4班产品名称或代号零件名称零件图号零件轴椭球轴图1工序号程序编号夹具名称使用设备车间001%0227 %0228三爪卡盘数控车床fanuc oit工步号工步内容刀具号主轴转速进给速度备注1采用g01进行零件的左端面切削t0101800150自动2采用g74进行零件左端钻孔t0707600100自动3采用g71进行零件左端外轮廓粗加工t0101800150自动4采用g70进行零件左端外轮廓精加工t0101120080自动5采用g71进行零件内孔轮廓粗加工t0404800120自动6采用g70进行零件内孔轮廓精加工t04041200100自动7采用g01进行零件左端内槽的粗，精加工t050550030自动8采用g92进行零件的内螺纹加工t0606800自动9采用g01进行零件的右端面切削t0101800150自动10采用g73进行零件右端外轮廓粗加工t0101800150自动11采用g70进行零件右端外轮廓精加工t01011200150自动12采用g01进行零件右端外槽及倒角加工t020250030自动13采用g76进行零件右端双头外螺纹的粗，精加工t0303600自动 4零件分析4.1零件图 图 1 椭球轴零件图4.2零件结构分析该零件结构包括有有圆柱、椭圆球头、内孔、外螺纹及内螺纹。在数空车削加工中，零件车削加工成形的结构形状并不复杂，但零件的尺寸精度尤其是零件的几何精度要求很高，其多个直径尺寸有较严的尺寸公差和表面粗糙度值等要求。4.3数值计算生活中，我们对几何信息的认知有多种方法常用的有，数形结合法（解析法）。但有时面对复杂的图形，解析法会带来繁重的数学计算。auto cad作为一套专业的绘图软件，它强大的信息处理功能为图形中繁杂点的计算带来了可能。我们在操作界面中绘制图形后就可以打开状态栏中的捕捉、对象捕捉按钮，在绘图区捕捉相关的点。同时，在状态栏中就可以看到这些点的坐标。相关计算：螺纹总切削深度：h=0.6495p=0.6495x2mm=1.299mm内螺纹小径： d=d-2h=24mm-2x1.299=21.402mm 4.4加工工具确定（1）案例加工选择在fanuc数控系统的车床上进行。（2）配备三爪自动定心卡盘等相关装夹工具（3）配备零件毛坯1件，毛坯材料为45优质碳素结构钢（高碳）； 毛坯尺寸40mm105mm（4）刀具选择：刀具材料 高速钢. 表4.1 刀具表刀具名称 刀号 刀具用途 备注 刀具图形 90外圆车刀t0101车端面90车刀 割刀t0202车外槽刀片宽度4mm 60螺纹刀 t0303车外螺纹60螺纹刀 镗刀t0404加工内孔 及倒角 刀杆宽度10mm内割刀 t0505车内槽 刀片宽度3mm内螺纹刀 t0606车内螺纹60螺纹刀 钻头t0707钻孔204.5工具装夹安装方式该零件一端为圆柱另一端为椭圆球头，采用两顶尖装夹也不好装夹，所以分两次掉头装夹加工该零件。零件左端外圆柱尺寸有精度要求，为了保证加工精度，装夹左端时用垫片垫起装夹。加工时采用三爪自动定心卡盘装夹零件，工件加工安装和工件坐标原点设定见表4.2数控加工工件安装和原点设定表零件名称椭球轴加工数控加工工件安装和原点设定表装夹次数2次5零件加工程序5.1椭球轴左端程序o0227n5g54g98g21 用g54指定工件坐标系，用g98指定分进给，用g21指定米制单位n10m3s800 主轴正转，转速为800r/minn15t0101 选择1号外圆刀，导入刀具刀补n20g0x42z0 绝对编程，快速到达端面的径向外n25g1x0f50 车削端面n30g0x41z2 快速到达轮廓循环起刀点n35g71u1.5r2 外径粗车循环，给定加工参数。n45n70为循环部分轮廓n40g71p45q70u1w0.1f150 从循环起刀点以150mm/min进给移动到n45g1x34 轮廓起始点n50z0n55g3x36z-1r1 车削圆角n60g1z-40 车削36mm的圆柱n65x38 车削台阶n70z-55 车削38mm的圆柱，在加工零件右端部分时不再加工此圆柱n75g0x100 沿径向快速退刀n80z200 沿轴向快速退刀m5 主轴停止m0 程序停止n100t0101 从新调用1号刀m03s1200 主轴重启转速为1200r/minn105g0x42z2 从n45n70对轮廓进行精加工n110g70p45q70f80n115g0x100 退刀n120z200m5m0t0707 调用7号钻头进行内孔加工m03s600 启动主轴转速为600r/ming0x0z2 g74r1g74z-45q2000f100g0z200x100m5m0n140t0404 调用4号镗刀m03s600 动主轴转速为600r/min n145g0x20z2 快速移动到孔外侧n150g71u1r1 内轮廓粗车循环，给定加工参数n155g71p160q195u-1w0.1f120 n160n195为循环部分轮廓n160g1x32 从循环起刀点以120mm/min进给移动到轮廓起刀点n165z0n170x30z-1 车削c1倒角n175z-5 车削30mm圆柱孔n180g2x24z-8r3 车削r3的圆弧n185g1x21.7 车削台阶n190z-32 车削内螺纹圆柱孔n195x19 车削台阶n200z200 沿轴向快速退出m5m0n220t0404 从新调用4号刀m3s1200n225g0x20z2 快速移动到孔外侧n230g70p160q195f100 从n160n195对内轮廓进行精加工n235g0z200m5m0n255t0505 换5号内槽刀m3s500n260g0x20z5 快速定位到孔外一点n265g1z-27 进给至内槽轴向起切点n270g1x25.5f30 沿x向以f30的速度切削内槽至25.5mmn275x21 沿x向推刀至21mmn280z-30 沿z进给至-30的位置n285x25.5 沿x向以f30的速度切削内槽至25.5mmn290x21 沿x向推刀至21mmn295z-32 沿z向进给至-32的位置n230x26 沿x向以f30的速度切削内槽至26mmn235z-27 沿槽底以f30的速度切削槽底至z-27n240x20 沿x向推刀至20mmn245g0z200m5m0n265t0606 换6号螺纹刀m3s800g0x21z5 快速定位至螺纹切削起切点g92x21.9z-26f2 切削螺纹第一次x22.5 模态指令，切削螺纹第二次x23.1 切削螺纹第三次x23.5 切削螺纹第四次x23.6 切削螺纹第五次（精车）g0z200 退刀x100n295m5m30 程序结束5.2椭球轴右端程序o0228n5g54g98g21 用g54指定工件坐标系，用g98指定分进给，用g21指定米制单位n10m3s800 n15t0101 换1号外圆刀，导入刀具刀补n20g0x42z0 绝对编程，快速到达端面的径向外n25g1x-1f50 车削端面n30g0x50z2n35g71u1.5r2 外径粗车循环，给定加工参数。n45n105为循环部分轮廓n40g71p45q105u1w0.1f150 n45g1x0 从循环起刀点以150mm/min进给移动到n50z0 轮廓起始点n50g3x16z-8r8 加工r8圆弧n51g1x20 加工台阶n60z-12.144 加工20mm外圆n65#1=12.856n70while#1ge0do1 加工椭圆n75g1x3*sqrt400-#1*#1/2z#1-25f150 n80#1=#1-0.1n85end1 n90g1x32 n95x35.8z-27 加工螺纹倒角 n100z-53 加工螺纹光轴外圆n105x40 退刀至40mmn110g0x100n115z200m5m0n120t0101 重新调用1号刀n125m3s1200 n130g0x50z2 从n45n105对轮廓进行精加工n135g70p45q105f80n140g01x100n145z200m5m0n150t0202 换2号槽刀m3s500n155g0x40z-49 快速到达切槽起始点n160g75r0.1 指定径向退刀量0.1mmn165g75x30z-53p5000q3500r0f30 指定槽底槽宽及加工参数n170g0x40 切槽完毕后，沿径向快速退出n175z-47 沿z向进给至螺纹左侧角的起点n180g1x36f30 以30mm/min进给到螺纹左侧倒角的起点倒角n185x32z-49 倒角n190g0x100n195z200m5m0n200t0303 换3号螺纹刀m3s600g0x37z-25 快速到达螺纹加工起始位置 n205g76p20160q80r0.05 螺纹循环加工参数设置螺纹精加工2 n210g76x33.4z-46r0p1299q450