数控技术毕业设计（论文）-典型轴类零件加工.doc

辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文课题2: 典型轴类零件加工 07 级 数控技术 专业毕业设计（论文）题目：课题2典型轴类零件加工学 号： 07 姓 名： * 专 业： 数控技术 班 级： 07数控一班 指导教师： * 完成时间： 2010 年 05月 29日- - 22 - -摘 要：数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。数控加工前的准备工作有很多，如分析零件图，分析工件材料及热处理工艺，工件结构分析，定义毛坯，选择基准和装夹方式，选择机床设备、刀具和量具，加工余量、切削用量选择，制定工艺卡片刀具卡片和编写程序等；加工后要对工件检查，分析加工过程等。关键词：数控编程 机械设计 数控机床 刀具 abstract：cnc machining, cnc machine tools means processing parts on a process approach, cnc machining and conventional machining process procedures in general, as consistent, but significant changes have taken place. control components using digital information and tool displacement machining methods. it is the solution components varied species, quantities of small, complex shapes and high accuracy problems and achieve highly efficient and effective way to automate processing. nc has a lot of preparatory work before, such as the analysis component diagram of the workpiece material and heat treatment process, the workpiece structural analysis, the definition of blank, reference and fixture selection, choosing a machine tool, cutting tools and gauges, allowances, cutting option the development process card cutter card and write procedures; processed to check on the workpiece, analysis process, etc. key words：cnc programming cnc machine tool design1 绪 论- 1 -1.1 本文的研究背景及意义- 1 -1.2 课题研究方法- 1 -2制定工艺规程- 2 -2.1 零件图- 2 -2.2 零件图工艺分析- 3 -2.2.1 分析零件公差、精度等技术要求- 3 -2.2.2 工件材料及热处理- 4 -2.2.3 结构工艺分析- 5 -2.2.4 定义毛坯- 5 -2.2.5 定位基准的选择- 5 -2.3 选择夹具和装甲方式- 6 -2.3.1夹具的选择- 6 -2.3.2 装夹方式的确定- 6 -2.4 定义加工设备- 7 -2.5 加工路线的确定- 7 -2.5.1 划分阶段- 7 -2.5.2 切削加工工序的安排原则- 7 -2.5.3 数控车削加工零件的工序顺序- 7 -2.5.4 进给路线确定原则- 7 -2.6 刀具、量具的选择- 8 -2.6.1 刀具的选择- 8 -2.6.2 量具的选择- 8 -2.7 确定加工余量与切削用量- 9 -2.7.1 确定加工余量- 9 -2.7.2 确定切削用量- 9 -2.8 工艺卡片- 9 -3 切削操作过程- 10 -3.1 确定工件坐标系- 10 -3.2 计算各点坐标- 10 -3.3 编程- 10 -3.4 装夹零件- 11 -3.5 对刀及设置刀补- 11 -3.6加工过程：- 11 -3.6.1 车削右侧- 11 -3.6.2 掉头切削- 13 -4 工件检查- 14 -4.1 质量分析- 14 -4.2 分析超差原因- 14 -结语- 15 -致谢- 16 -参考文献- 17 -附录- 18 -附录1:轴累零件加工程序- 18 -1 绪 论1.1 本文的研究背景及意义1948年美国帕森斯受美国军方的委托首先出了用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板的新概念，于1952年成功研制出世界第一台由专用电子计算机控制的三坐标立式数控铣床。研究过程采用了自动控制 伺服驱动 精密测量和新型机械结构等方面的技术成果。采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。 但数控加工投资大，使用费用高，生产准备工作复杂，维修困难。机制行业数控技术的应用使得数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难，培养相当数量的具有高等文化水平的数控专业人才，成为迫切要求。1.2 课题研究方法数字控制简称数控，是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，它所控制的一般是位置、角度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。 数控加工具有自动化程度高、加工复杂形状零件的能力、生产准备周期短、加工精度高、质量稳定、生产效率高等优点。 数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要根据零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。 数控加工原理及加工过程： 零件图阅读零件图工艺分析制定工艺数控编程程序传输数控机床 数控编程的内容包括：分析零件图，确定工艺过程；数学处理；编写程序单；制作程序戒指并输入程序信息；程序校验。2制定工艺规程工艺规程制订得是否合理，直接影响工件的质量、劳动生产率和经济效益。一个零件可以用几种不同的加工方法制造，但在一定的条件下，只有某一种方法是较合理的。因此，在制订工艺规程时，必须从实际出发，根据设备条件、生产类型等具体情况，尽量采用先进加工方法，制订出合理的工艺规程。2.1 零件图2.2 零件图工艺分析零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求。2.2.1 分析零件公差、精度等技术要求形位公差分析：加工后的零件不仅有尺寸误差，构成零件几何特征的点、线、面的实际形状或相互位置与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异，这种形状上的差异就是形状误差，而相互位置的差异就是位置误差，统称为形位误差。需要加工的轴类零件形位公差有同轴度要求。同轴度是定位公差，是用来控制理论上应同轴的被测轴线与基准轴线的不同轴程度，是被测轴线相对基准轴线位置的变化量。影响同轴度的因素有被测轴线弯曲、被测轴线倾斜和被测轴线偏移。数控加工生产中，为了保证同轴度通通常保持棒料伸出长度在棒料直径的2倍以内，这样可以将同轴度控制在0.01以下。由于零件长度为160mm，最大直径52mm，毛坯件棒料直径选择55mm左右，加工时先加工右侧，掉头装夹时装夹52外圆处，车削40外圆和左侧断面，这样伸出长度很短，可以保证同轴度要求。精度分析：零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这些都会影响到零件的加工精度。轴类零件上40和30的外圆有具体精度要求分别为400.01和300.01，其余精度也要保证在0.1的误差范围内（角度误差保证在0.1内）！表面粗糙度分析：表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几何形状，也不同于表面波度。主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。 表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。表面粗糙度越小，表面就越光滑；表面粗糙度越大，表面就越粗糙。 表面粗糙度大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响。主要表现在对零件的耐磨性、配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观质量等方面的影响。以下是常见的一些粗糙度数值：粗糙度0.8以下：抛光粗糙度0.8：用磨床加工的面粗糙度1.63.2：车床、铣床加工面粗糙度3.212.5：一般性的常规加工零件上40、30和52的粗糙度要求为1.6，其余要求为3.2。使用车床精加工可以保证，但加工时要用较慢的进给速度和较小的进给量！2.2.2 工件材料及热处理35号钢特性及适用范围：35号优质碳素结构钢有良好的塑性和适当的强度，工艺性能较好，焊接性能尚可，大多在正火状态和调质状态下使用。35号钢广泛用于制造各种锻件和热压件、冷拉和顶锻钢材，无缝钢管、机械制造中的零件，如曲轴、转轴、轴销、杠杆、连杆、横梁、套筒、轮圈、垫圈以及螺钉、螺母等。化学成份：碳 c ：0.320.40硅 si：0.170.37锰 mn：0.500.80硫 s ：0.035磷 p ：0.035铬 cr：0.25镍 ni：0.25铜 cu：0.25力学性能：抗拉强度 b (mpa)：530(54)屈服强度 s (mpa)：315(32)伸长率 5 ()：20断面收缩率 ()：45冲击功 akv (j)：55冲击韧性值 kv (j/cm2)：69(7)硬度 ：未热处理197hb试样尺寸：试样尺寸为25mm热处理规范及金相组织：热处理规范：正火,870;淬火,850;回火,600。金相组织：铁素体+珠光体。2.2.3 结构工艺分析总体看起来轴之间的结构是正确的，螺纹后加工了退刀槽，圆弧的大小也合适，没有超过车刀的要求，而且这根轴的表面粗糙度的要求也不高，通过精车基本上都能达到，说明作为典型的轴类零件的加工在数控车上加工的正确性，也体现出了数控技术的精度高的特点。2.2.4 定义毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。该轴材料为35号钢，因其属于一般传动轴，故选35号钢可满足其要求。本课题研究的轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择长200mm直径55mm的35号钢棒料毛坯件！2.2.5 定位基准的选择在加工时，用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所采用的基准，称为定位基准。定位基准分为粗基准和精基准两种。粗基准选择原则：（1） 为保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选择不加工表面作为粗基准。（2） 为保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面作为粗基准。（3） 为保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量小的面为粗基准。（4） 粗基准比较粗糙且精度低，一般在同一尺寸方向上不应重复使用。（5） 作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其它表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。精基准选择原则有基准重合原则；基准统一原则；自为基准原则；互为基准原则；便于装夹原则。精基准选择要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。2.3 选择夹具和装甲方式2.3.1夹具的选择选择夹具时还应注意以下几点：(1) 单件小批量生产时，应优先选用组合夹具、通用夹具或可调夹具，以节省费用和缩短生产准备时间。(2) 成批生产时，可考虑采用专用夹具。(3) 装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间，有条件且生产批量较大时，可采用液动、气动或多工位夹具，以提高加工效率。2.3.2 装夹方式的确定工件在开始加工前，首先必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程称为定位。为了使定位好的工件不致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，还需将工件压紧夹牢，这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹。为了使工序基准与定位基准相重合，减小工序的定位误差，我选择了通用夹具中的三爪自定心卡盘来完成零件的加工。2.4 定义加工设备本次加工的零件较为简单，因为在学校期间实习过，所以选择cak6150数控车床。操作简单易掌握！2.5 加工路线的确定2.5.1 划分阶段对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。该零件轴加工划分为两个阶段：粗车，精车。2.5.2 切削加工工序的安排原则（1）基面先行原则 用作精基准的表面，应优先加工。（2）先粗后精原则 各个表面的加工顺序按照粗加工半精加工精加工 光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。（3）先主后次原则 对于箱体类、支架类、机体类的零件，一般先加工平面，后加工孔。2.5.3 数控车削加工零件的工序顺序在轴的数控加工中，分为粗车加工和精车加工二次切削进行，起工序如下：粗车加工：使用外圆车刀车削加工零件右端各部外圆与所在端面。工件各部位均留精车余量。精车加工：使用外圆精车车刀、切槽车刀和螺纹刀，精车加工右端各部外圆面、端面与螺纹达到要求；零件调头重新安装装夹定位后，使用外圆精车车刀、切槽刀车削加工零件左端各部外圆型面与所在端面达到精车的要求。2.5.4 进给路线确定原则进给路线是指刀具相对于工件运动的轨迹。在数控加工中，进给路线是由数控系统控制的，因此，工序设计时，必须拟定好刀具的进给路线，并绘制进给路线图，以便编写在数控加工程序中。进给路线的确定主要有一下几点原则：(1) 使工件表面获得所要求的加工精度和表面质量。(2) 尽量使进给路线最短，以减少空进给时间，以提高加工效率。(3) 使数值计算容易，以减少数控编程中的计算工作量。2.6 刀具、量具的选择2.6.1 刀具的选择数控车床选择刀具是要选择切削性能好、精度高、可靠性高、耐用度高、断屑及排屑性能好的车刀。刀具选择如下：刀号刀具规格名称数量加工表面备注t01硬质合金90外圆粗车刀1切削粗轮廓右偏刀t02硬质合金90外圆精车刀1切削端面和精轮廓右偏刀t03刀宽4mm切槽刀1切槽t04硬质合金60外螺纹车刀1加工螺纹2.6.2 量具的选择选择量具要结合测量零件的精度要求，选择合适的量具可以减少误差，提高加工精度。量具选择如下：名称测量范围游标卡尺0200mm外径千分尺2550mm；5075mm环规、止规m362.7 确定加工余量与切削用量2.7.1 确定加工余量在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度称之为加工余量。加工余量确定的方法有分析计算法、经验估算法、查表修正法。粗加工之后要留好精加工余量，结合切削用量达到加工精度。车外螺纹时要外圆要小于实际尺寸0.2mm，防止螺纹牙顶太锐引起身体伤害，并且车削螺纹时会挤压变形，影响精度。精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。2.7.2 确定切削用量背吃刀量、主轴转速或切削速度、进给速度或进给量是数控车床加工中的切削用量的三要素。(1) 背吃刀量的确定：轮廓粗车循环时选ap=3 ，精车ap=0.2；螺纹粗车时选ap= 0.4 ，逐刀减少，精车ap=0.1。(2) 切削速度和进给量的确定:粗车切削时主轴转速定为460r/min，进给量为0.3mm/r。精车切削时主轴转速定为900r/min，进给量为0.1 mm/r。车削螺纹时主轴转速定为640r/min。加工退刀槽时主轴转速定为460r/min，进给量为0.1mm/r。2.8 工艺卡片工号工艺内容刀具号刀具规格mm主轴转速l.min-1进给速度mm.r-1背吃刀量mm备注1平端面t0225x2510000.11自动2粗车轮廓t0125x258000.33自动3精车轮廓t0225x2510000.10.2自动4切槽t03宽4mm8000.10.2自动5车螺纹t0425x25800自动3 切削操作过程3.1 确定工件坐标系选择工件最右端端面中心为工件编程坐标系原点，这样方便计算坐标，方便加工。3.2 计算各点坐标根据图形轮廓计算编程是各主要坐标点的坐标，坐标有：（10,0）、（30,-10）、（30，-30）、（33，-30）、（35.8，-31.4）、（39.8，-60）、（52，-90）。3.3 编程编写程序时要注意各种指令的使用格式；本次编程主要指令为g71 外圆粗车循环 ： 该指令适用于毛坯料的粗车外径和粗车内径。如图上图所示2为粗车外径的加工路径，图中c是粗加工循环的起点，a是毛坯外径与端面的交点，b是加工终点。该指令的执行过程如图所示。其指令格式为：g71 u(d)r(e)g71p_q_u(u)w(w)f_s_t_n(p)n(q)指令中个参数的意义如下：d：车削深度。e：退刀量。p:精车程序第一段程序号。q：精车削程序最后一段程序号。u：x方向精车预留量的距离和方向。w：z方向精车预留量的距离和方向。f、s、t：粗车过程中从程序段号p到q之间包括的任何f、s、t功能都被和略，只有g71指令中的f、s、t功能有效。工件加工程序见附录！3.4 装夹零件将棒料夹紧，伸出长度约为170mm；掉头后装夹52外圆，并伸出长度约为40mm，装夹时保证工件不晃动掉落即可，否则影响表面质量。3.5 对刀及设置刀补切削右端对刀时，4把刀刀号和补偿号分别为t0101、t0202、t0303、t0404;掉头后为t0105、t0206。这样可省去再次加工重新对刀的麻烦。精车留0.5mmx向磨耗；掉头后精车留0.3mmz向余量。3.6加工过程：3.6.1 车削右侧切削轮廓形状：切削槽：切削螺纹：切断：3.6.2 掉头切削掉头切削左端40外圆，且保证工件长度。4 工件检查4.1 质量分析尺寸精度一般用外径千分尺检验，测量精度为0.001mm；表面粗糙度的检验用粗糙度样板进行对比；同轴度比较难测，我们是能测量跳动的方法代替；螺纹要用通规止规来检验。4.2 分析超差原因数控加工生产具有精度高的特点，但也会存在超差问题，超差原因有很多，如：机床传动间隙影响机床精度，卡盘夹工件不紧或摆动，测量读书误差等，这些因素在精度高的机床上认真操作可以减少或避免超差，但由于工件材料为35号刚，刚度较低，切削过程中容易发生变形，加上刀具挤压，在工件完成后尺寸会有小的变化而引起超差。结语为了加工出精度优秀的工件我又复习了一遍三年大学所学的专业课程，经过同学和老师的帮助完成了此论文。写论文的过程中我深刻发现工艺分析是数控加工的前期准备工作，且直接影响到编程的质量的优劣。要想加工时合格的轴类工件，就要对工件的要求细心地分析，了解工件材料，合理安排加工工序等，此外加工时要灵活掌握机床特性，结合实际情况，开阔思路，逐步分析，直到零件完成。数控技术的发展是与现代化计算机技术、电子技术发展同步的，同时也根据发展的需要而发展的。现在数控技术已经熟练，发展将更深更广更快。未来的数控系统将会使机械加工更为方便，更为快捷。致谢时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，在这个美好的季节里，我在电脑上敲出最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。三年寒窗，所获得的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言来量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。参考文献1 王其昌 夏华生.机械制图.高等教育出版社.2004.072 邹新宇.数控编程.清华大学出版社.2006.063 金捷.机