毕业设计（论文）-数控车床轴套类零件加工工艺.doc

南京工程学院毕 业 实 践 报 告毕业设计题目 数控车床轴套类零件加工工艺 学 院 继续教育学院 专业班级 zh 控 1371 姓 名 学 号 指导教师 2015年 10月 10日摘 要：数控车床是现代加工车间里面重要的加工设备，现代的cad/cam都是建立在数控技术之上的。现代数控加工技术知识是现代机械专业学生必需掌握的。在数控加工过程中，要考虑到零件加工工艺路线的安排、加工机床型号的选择、切削刀具的选择、零件加工的定位装夹及数控程序的编制等一系列因素的影响。所涉及到的知识面非常广阔，基本将我们在大学三年里所学知识综合运用起来了所以通过这次毕业设计不仅是一次对我们大学三年来的知识的运用，也是对我们的考验。本次设计内容为车削件零件数控加工工艺及编程加工。具体介绍了数控车床加工的特点、加工工艺分析以及数控编程加工过程，以及夹具的确定等等。 关键词：数控车床 数控编程；数控加工工艺目 录绪论11 零件介绍22 加工工艺方案分析32.1定位基准的选择32.2 加工走刀路线的拟定32.3确定加工方案63 加工程序的编制84 加工准备114.1毛坯的确定114.2夹具的确定114.3刀具的选择124.4选择切削用量134.4.1背吃刀量的确定134.4.2主轴转速的确定144.4.3进给速度的确定155 数控加工工艺卡片的拟定166 零件的加工176.1工件安装176.2刀具装夹176.3回机床原点186.4 对刀186.5 建立工作坐标系196.6程序校验206.7 自动运行216.8程序校验217 加工质量检测227.1加工质量检测227.2 改善方法22参考文献：23致 谢23绪论本次车削件零件数控加工工艺及编程加工毕业设计是学院为了提高我们的数控技术及相关技能等综合运用能力。我们是否能通过这次的毕业设计论文也是学院对毕业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与实践的基础。 数控车床技术是通过数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。现在的车床广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、中小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。数控加工和编程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。本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床加工车削件零件的数控技术特点、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等。261 零件介绍车削件（如图1.1）是整个车削件的主体。从整体看，左端主要有内孔及外圆槽组成，右端则是有特行曲线、外螺纹组成，这次的零件工艺难点在于要保证车削件的尺寸精度、圆跳动、同轴度等精度要求，所以在加工工艺安排时最好是要一次成型，避免反复调头装夹带来的精度误差，整个件呈长轴形，因为长度比较长，所以加工时要控制好精度，避免加工时轴晃动，导致精度不合格。整个零件除了下料之外，基本上是在数控车床上完成零件的加工。图1.12 加工工艺方案分析2.1定位基准的选择为保证各配合表面的位置精度，用三爪自定心卡盘找正工件轴心，用轴心线和工件的右端面作为粗、精加工的定位基准。这样，既符合基准统一和基准重合原则，也有利于生产率的提高。定位基准简图见（图2.1）。图2.1 定位基准简图2.2 加工走刀路线的拟定根据工作性能与条件，该车削件（如图1.1）零件虽然看似简单，但是右端是连续的圆弧曲线组成，左端都为阶梯轴或者螺纹组成，又由于零件长度太长。由于零件长度很长，在加工上增加了难度，这次的零件工艺难点在于要保证车削件的圆跳动、同轴度的精度要求，所以在零件的装夹上必须慎重考虑。初步考虑用长点的棒料加工，加工右端时没有地方装夹。所以需要用专用夹具来完成右端的曲线轮廓，所有的工序包括车外形轮廓、车外螺纹加工都可在数控车床上完成加工。由于考虑到加工的时候同轴度保证很重要所以加工的时候尽量避免在圆弧中间抬刀。该零件必须保证外螺纹m27x1.5尺寸，以及零件的表面精度、粗糙度。本次设计根据要求用caxa数控车软件来做轨迹进行加工过程模拟，以检查加工轨迹的正确性。caxa数控车软件有内外轮廓及端面的粗、精车削，切槽、钻孔、车螺纹加工轨迹自动干涉排除功能，避免人为因素的判断失误。仿真功能提供加工前程序的最后检验。现在就通过该软件对车削件零件进行走到路线的拟定，具体如下：加工顺序的安排：（1）加工零件左端：加工时应按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定，最后精加工。在加工外圆槽。其轨迹图如附图2-2、图2-3所示：图2-2 o0001零件左端外轮廓车轨迹图图2-3 o0001零件左端外圆槽轨迹图（2）加工零件左端内孔：用a3中心钻钻中心孔再用20麻花钻钻孔，最后用内孔车刀加工。其轨迹图如图2-4、2-5所示：图2-4 零件左端钻孔加工轨迹图图2-5 o0001零件左端内孔加工轨迹图（3）加工零件一杯体右端：左端加工后调头装夹，加工时应按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定，即先从右到左进行粗车（留0.2mm精车），最后精加工。最后加工退刀槽及外螺纹。其轨迹图如图2-6、图2-7、图2-8所示：图2-6 o0002零件右端外型加工轨迹图图2-7 o0002零件右端外圆切槽加工轨迹图 图2-8 o0002零件一杯体以右端车螺纹循环轨迹图2.3确定加工方案综合数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别，在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。数控加工工艺路线设计中应特别注意以下几个问题：1工序的划分根据数控加工的特点，数控工序的划分一般可按下列方法进行：（1）以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制，机床连续工作时间的限制，各机床负荷率平衡等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难，因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗精加工的过程，都要将工序分开。2顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；（2）先进行内腔加工，后进行外形加工；（3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；（4）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。3数控加工工序与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如：要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样一来才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。综合上述分析，轴类件的主要加工表面是外圆表面，还有常见的特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。由基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔、就近不久远的原则确定车削件（如图1.1）的工艺路线如下：加工方案的制定与选择根据零件图样到工序原则，制定以下加工顺序方案，选取最佳一种，下面分析两套加工顺序方案进行比较。车削件: 加工方案一下料粗精车右端外轮廓切槽车外螺纹调头装夹，打表保证同轴度粗精车左端外轮廓切槽钻孔粗精镗左端内轮廓检验。车削件: 加工方案二下料粗精车左端外轮廓切槽钻孔粗精镗左端内轮廓调头装夹，打表保证同轴度粗精车右端外轮廓切槽车外螺纹检验。分析：以上两种加工方案，方案一由于不好加工，为能够保证加工时的同轴度、尺寸精度，根据图样，方案二更为合理，也更能满足要求，故选择方案二进行加工。3 加工程序的编制通过对零件图的分析，车削件主要涉直线、圆弧及螺纹。因此，在程序编写时，我考虑主要使用法兰克数控系统的这些指令：g21、g40、g97、g71、g70、g00、g01、g02、g03、m00、m03、m05、m30。我一共编制了2个程序单来完成零件的加工，详细程序内容如下。加工车削件左端程序号加工程序注释o0001%123n10t0101g95换一号外圆车刀n20m03s600主轴正转，转速600r/min，冷却液开n30g00x52z3快速定位到加工循环起点n40g71u2r1p1q2x0.5z0.1f0.2外圆粗车复合循环加工，背吃刀量2mm，退刀量1mm,x余量0.5z余量0.1进给量0.2mm/rn50n1g01x44x向进刀n60z0z向进刀n70x46z-1切c1倒角n80z-33z向进刀n90n2x52x向退刀n100g00x100z100退至安全点n110t0202换二号切槽刀n120m03s500主轴正转，转速500r/min，冷却液开n130g00x48z3快速定位到加工循环起点n140g01z-10f0.1z向进刀z-10n150x38x向进刀n160x48x向退刀n170z-12z向进刀z-12n180x38x向进刀n190x48x向退刀n200z-20z向进刀z-20n210x38x向进刀n220x48x向退刀n230z-22z向进刀z-22n240x38x向进刀n250x48x向退刀n260g00x100z100退刀安全距离n270t0404换四号内孔镗刀n280m03s680主轴正转，转速680r/min，冷却液开n290g00x20z3快速定位到加工循环起点n300g71u2r1p1q2x-0.5z0.1f0.2内圆粗车复合循环加工，背吃刀量2mm，退刀量1mm,x余量0.5z余量0.1进给量0.2mm/rn310n1g01x25x向进刀n320z0z向进刀n330x22z-10切c1倒角n340z-25z向进刀n350n2x20x向退刀n360g00z100z向退至安全点n370m30程序结束加工车削件左端程序号加工程序注释o0002%123n10t0101g95换一号外圆车刀n20m03s600主轴正转，转速600r/min，冷却液开n30g00x52z3快速定位到加工循环起点n40g71u2r1p1q2x0.5z0.1f0.2外圆粗车复合循环加工，背吃刀量2mm，退刀量1mm,x余量0.5z余量0.1进给量0.2mm/rn50n1g01x20x向进刀n60z0z向进刀n70x22z-1切c1倒角n80z-23z向进刀n90x24x向进刀n100x27z-24.5加工锥度n110z-4.5z向进刀n120x30x向进刀n130x33.28z-61.398加工锥度n140g02x41.24z-65r4切r4圆角n150n2g01x52x向退刀n160g00x100z100退至安全点n170t0202换二号切槽刀n180m03s450主轴正转，转速450r/min，冷却液开n190x32z2快速定位到加工循环起点n200g01z-43f0.1z向进刀n210x24x向进刀n220x32x向退刀n230z-45z向进刀n240x24x向进刀n250x32x向退刀n260g00x100z100退刀安全距离n270t0303换三号螺纹刀n280m03s400主轴正转，转速400r/min，冷却液开n290g00x28z-21快速定位到加工循环起点n300g82x27z-43f1.5螺纹切削循环指令螺距1.5n310x26.5x进刀至x26.5n320x26x进刀至x26n330x25.5x进刀至x25.5n340x25.5x进刀至x25.5n350g00x100z100退至安全点n360m30程序结束4 加工准备4.1毛坯的确定轴类零件可根据使用要求、生产类型设备条件及结构，零件材料的工艺特性及零件材料组织和性能的要求，零件的结构形状与外形尺，生产纲领的大小，现有生产条件等，来选用棒料及其他形式的毛坯。但对于外圆直径相差不大的轴一般以棒料为主。本次设计毛坯选用45#钢，45钢广泛用于机械制造是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。 综合更适合车削件的设计。在考虑车削件（如图1.1）的加工工艺后最后确定下料毛坯尺寸为50100mm。4.2夹具的确定由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑下列几点：1.小批量或成批生产时才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单；2.夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）；3.装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。综合车削件（如图1.1）及2.2的工艺路线拟定。车削件为典型的轴类零件,形状很规则，但是在加工过程中由于工件过长，导致加工过程中可能导致横向切削力过大导致工件原心偏离，故夹具选用三爪自定心卡盘如图（4.2.1），三爪卡盘装夹工件时可自动定心，不需找正。但需要注意的是，用三爪卡盘夹紧工件时，为保证足够的夹紧力，一般要留有20mm以上的夹持长度。综合车削件（如图1.1）同样采用三爪卡盘（如图4.2.1）。如图4.2.1 三爪卡盘4.3刀具的选择数控加工的刀具选择是数控加工工序设计的主要内容之一，不但影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。随着刀具材料性能的提高与结构特性的改善，数控加工用刀具在耐用度、刚度、抗脆性、断屑和调整更换等方面的性能已有很大的改善。从如何加工的角度看，加工刀具类型与工艺方案的合理选择则极为重要。下面对目前的几种刀具进行初步分析：1.陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度亦较高。陶瓷刀具因其材质的化学稳定性好、硬度高，在耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应用。2.立方氮化硼刀具主要适用于高速加工。3.高速钢刀具在仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击性较弱。4.硬质合金刀具有较高的红硬性，能在保持较好的加工性能。复合碳化物系硬质合金在铣削金属的切削中显示出极好的性能。于是，硬质合金得到了很大的普及。5.聚晶金刚石刀具适用于高效地加工有色金属和非金属材料，能得到高精度、高光亮的加工表面，使其在高精加工领域中得到了普及。上述五大类刀具材料，材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。因材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。6.硬质合金类刀具是数控机床中采用最广泛的。这类材料目前从经济性、适应性、多样性、工艺性等各方面，综合效果都比高速刚好。由于车削件的材料为铝合金的材料，零件比较复杂，所以我选用高速钢刀具如（表4-3）来加工此零件。表4-3所用刀具规格序号刀具号刀具名称型号备注1t0193外圆右偏车刀mvjnr2020k16高速钢2t023mm切断刀zq1616r刀片宽3mm3t0360外螺纹刀ser2020k16高速钢4t0420钻头高速钢5t05内孔镗刀mvjnr2020k16高速钢4.4选择切削用量4.4.1背吃刀量的确定背吃刀量的确定是根据余量确定的。在机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件的精度较高时，应留出半精车和精车的余量，半精车余量一般为0.5mm左右，半精车之后留精车余量，一般比普通车削时所留余量少，通常取0.20.5mm。因为本零件精度要求不是非常高，所以只需要粗加工和精加工。可参考表4.4.1来选取背吃刀量。表4.4.1 数控切削用量推荐表加工内容背吃刀量ap/（mm）切削速度vc(mmin)进给量f/(mmr)粗加工23801200.20.4精加工0.10.51201500.10.2综合考虑粗车时背吃刀量选取2mm，留出精车余量为0.5mm，精车时背吃刀量为0.5mm。4.4.2主轴转速的确定主轴转速应根据零件上加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削学速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。主要根据允许的切削速度vc(m/min)选取由公式n=来进行计算。式中vc为切削速度；d为工件或刀具的直径（mm）现选取工件的中间尺寸为46的直径为例说明其计算过程。d=46mm可参考表4.5.1选取，从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑：粗车时vc=80m/min精车时vc=100m/min代入式中：粗车时n=100080/（3.1446）=550.38r/min精车时n=1000100/（3.1446）=692.33r/min计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取。粗车时n=550r/min精车时n=700r/min4.4.3进给速度的确定加工零件时选择进给速度，应根据零件的要求合理的选择进给速度。在能保证零件的要求前提下，可以在粗加工零件时选择较高的进给速度，在零件精加工时应选择较低的进给速度，同时对零件切断或加工孔时也应选择较低的进给速度，以免影响零件的加工精度。则在加工零件时一定要考虑其切削用量的选择，同时也要根据所选择的刀具，工件材料选择进给量。粗车时进给速度应选择大些，提高生产效率，精车时进给速度应选择小些，保证零件的质量。由于本次加工的单位为g95每转进给，所以选取粗加工的进给率为f0.2mm/r；精加工为f0.1mm/r.5 数控加工工艺卡片的拟定机械加工工艺卡是以工序为单位来简单明确的说明工件的加工工艺路线，主要用来表示工件的加工流向，共安排生产计划、组织生产调度用；而机械加工工序卡是在工艺卡的基础上，按照每道工序所编制的一种工艺文件，主要是用于指导工人完成某一工序所使用的卡片。本次设计的工艺卡见附录a。6 零件的加工6.1工件安装本次轴类零件采用三爪可调卡盘定心夹紧。在数控机床上加工零件时，为保证工件的加工精度和加工质量，必须使工件位于机床上的正确位置，也就是通常所说的“定位”，然后将它也就是通常所说的“夹紧”。工件在机床是哪个的定位于夹紧的过程称为工件的装夹过程。图6-16.2刀具装夹本次使用的机床中心高为20mm，装夹具体见图6-2。图6-26.3回机床原点机床在生产设计时指定了一个固定的点，作为机床相对运动的坐标原点，这一点就叫机床原点。一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。为了建立机床坐标，消除机床间隙、累计误差、取消刀补及坐标偏置，在开机时，除了检验机床主轴是否能正常的运转，检查各辅助功能是否正常外， 还要将各坐标轴回到机床零点。方法如下：1、x 轴回原点。按下机床回坐标原点按钮，按下“”键，当 x 轴回到原点时，“x 原点灯”会亮起。如图 6.3.1所示。如图 6.3.1z轴回到原点时，按下“”键，当 z 轴回到原点时，“z原点灯”会亮起。如图 6.3.2 所示。如图 6.3.26.4 对刀在加工过程中，对刀的准确性将直接影响到工件的精度。对刀点是数控机床上刀具相对工件运动的起点。我们编写的数控程序就是从该点开始执行，因此，该点又是程序的起点。对刀点可以选择在工件上，也可以选择在工件外面，但是必须零件定位基准有一定的联系。在对刀时，将机床进给速率尽可能降低到最低，并换为手轮操作。首先，选择 x 轴，用手轮慢慢控制刀具沿 x 轴进行试切。然后，沿原路退刀，在刀具补偿中设置相关参数就完成了 x 轴方向对刀。接着，选择 z 轴，用手轮控制刀具沿 z 轴进行试切，并沿原路退刀，在刀具补偿中设置相关参数就完成了 z 轴方向对刀。图6.46.5 建立工作坐标系在整个工件的加工过程中，数控机床的运动都是相对运动。当我们对好刀以后，机床就将对刀那一点定义为相对坐标的原点。在加工过程中，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定机床上的成形、运动和辅助运动，必须要建立一个坐标系来确定机床上运动的方向和距离，这个坐标系就称为机床坐标系。在编写数控程序前，就要建立整个工件的坐标系，一般情况下，将坐标系原点定在工件右端圆心上，如下图 6.5.1、图6.5.2所示。图 6.5.1图6.5.26.6程序校验一个完整的数控程序由程序号、程序主体和程序结束指令三部分组成，部分数控程序还有子程序。当程序输入到数控系统中后，不能立即进行自动运行操作，我们必须首先检查程序是否正确。首先，我们将程序输入到数控机床中，按下数控机床上的“编辑”按钮，使数控机床处于编辑状态，然后按下“prog”按钮，切换到输入程序的界面用键盘输入程序。接着，我们先将机床锁住，按下“机械锁定”按钮，然后点“auto”按钮，再点“循环启动”，最后点“循环启动”就可以模拟运行切削，通过查看机床屏幕上走刀轨迹是否正确来判断程序是否正确，如有问题，应及时进行调整。6.7 自动运行当程序检查无误后，合上车床防护罩，按下“auto”以及“循环启动” ，调节转速和进给量，让其自动加工，同时注意冷却液的供给和其他辅助功能的正常运行，直到工件加工完成。6.8程序校验通过仿真来校验程序编程的使用性，具体校验结果详见附录c7 加工质量检测7.1加工质量检测在整个加工过程中，遇到了许许多多的问题，有机床上的问题，有加工方面的问题，这些问题在老师和同学的帮助下都一一解决了，以下就是加工质量问题的分析： 首先，因为受条件限制，只能选择 ck-6140 普通型数控车床，其加工精度本身就不够。其次，夹具和刀具也会影响零件的加工精度。在加工过程中，如果夹具没有装夹平衡，在加工过程中就会出现径向或者端面跳动的情况，从而导致产生误差。刀具在加工过程中发热以及刀片装夹不稳定都会导致刀片磨损，从而导致加工出来的工件产生误差或者粗糙度偏大。再者，对刀的精确也是影响加工精度的因素