毕业设计（论文）-轴类零件的数控加工.doc

济源职业技术学院济源职业技术学院毕毕业业设设计计题目轴类零件的加工系别机电系专业数控技术班级数控1001班姓名学号指导教师日期2012年9月济源职业技术学院毕业设计I设计任务书设计题目：设计题目：轴类零件的数控加工设计要求：设计要求：1.所加工轴的零件济源职业技术学院毕业设计II2.轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆弧、圆锥面、退刀槽，内孔和螺纹及相应的端面所组成。对轴类零件设计要求具体如下：1.对于零件的外轮廓，要严格的依照图纸上的加工精度（即表面粗糙度等级）进行加工。2.在加工普通螺纹时，为了防止割伤工人的手及提高牙根的强度，外螺纹牙顶在H8处削平，槽底在三角形下部H6处削平或倒圆，不能误认为三角形螺纹齿顶是绝对尖的。3.在该设计零件加工过程中还应保证形状和位置公差中的同轴度、全跳动标准。4.加工工件时，要选择好切削的三要素，以至加工出合格的零件。设计进度：设计进度：第一周:确定毕业设计题目第二周:搜集有关轴加工的相关资料并做好前期准备第三周:用制图软件绘制轴的图纸，如autoCAD等软件第四周：用CAXA软件绘制实体轴，手工编制轴的程序第五周:设计轴的加工路线及工艺卡片第六周:选择毛坯及设计夹具第七周:依据数控程序进行加工零件第八周:零件的检验与分析第九周：对加工程序以及加工过程的总结并做毕业设计指导教师（签名）：济源职业技术学院毕业设计III摘要本设计所选的题目是有关轴类零件的设计与加工，通过对轴零件的工艺分析，制定加工路线，绘制数控加工工艺卡片，最后编制加工程序并解释，最终用数控机床加工出零件，数控加工与编程毕业设计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，它是运用数控原理，机械制造基础知识，数控工艺分析，数控编程，制图软件（Caxa、Autocad等制图软件）和数控机床实际操作等专业知识对零件进行设计，是对所学专业知识的一次全面训练。轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，以实现回转运动并传递转距和动力，如齿轮，车轮，电动机，转子，铣刀等各种作回转运动的零件，都必须安装在轴上，才能实现它们的功用。此次设计主要是围绕设计零件图的加工工艺及操作加工零件来展开的，我们在现有的条件下保证质量，加工精度以及生产的经济成本来完成，对我们来说具有一定的挑战性。其主要内容有：轴类零件的工艺分析，确定加工路线，绘制数控加工工序卡片，程序的编制与解释，程序的检验、试切、加工，加工后的检验工作以及总结。关键词：加工工艺分析，加工工序卡片，加工精度，切削用量。济源职业技术学院毕业设计V目录摘要.III1零件图分析.11.1零件加工工艺分析.11.2确定装夹方案.11.3选择工、量、刃具.11.3.1选择工具.21.3.2选择量具.21.3.3选择刀具.21.4切削用量的选择.31.4.1背吃刀量的确定.31.4.2主轴转速的确定.31.5加工路线的坐标计算.41.5.1基点坐标.52编制数控加工工艺卡片.63程序的编制与解释.83.1尺寸精度要求.83.2工艺处理.83.3表面粗糙度要求.83.4形状和位置精度的要求.103.5螺纹加工的尺寸计算.113.5.1数控车床车削螺纹的控制原理.113.5.2螺纹的切削方法.113.5.3三角形螺纹的基本尺寸计算.113.6程序的编制与解释.124程序的检验、试切、加工.184.1程序的检验步骤.184.2回机械零点试切对刀.18济源职业技术学院毕业设计VI4.3自动运行加工.18结论.20致谢.21参考文献.22济源职业技术学院毕业设计11零件图分析1.1零件加工工艺分析零件加工工艺分析在数控车床如图上图所示的带螺纹的轴类零件，该零件由圆柱面，外圆锥面，内孔，圆弧面及螺纹构成。分析该工件的形状，形状较复杂，不是很规范的阶梯轴，因此在编写数控加工程序时采用粗车复合循环加工指令。通过以上述分析，可以采取以下几点工艺措施：1.对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，所以编程当中需要计算出平均值。2.在轮廓曲线上，左右端面均为多个尺寸的设计基准，在相应工序加工前应该先车出来左右端面。3.为便于装夹，坯件的左端应该车出来支撑部分左端面也要车出来并钻好中心孔。毛坯选为50X150的棒料。1.2确定装夹方案确定装夹方案确定坯件轴线和右端大端面（设计基准）为定位基准。右端面先用三爪自定心夹紧，加工左端之后，用铜皮包裹46外轮廓加工右端面即可。数控加工用夹具最基本的要求是能保证夹具坐标方向与机床坐标方向的相对固定，从而协调零件与坐标系的关系，便于在机床坐标系中找正建立工件坐标系。此外，与普通夹具相比，还应提出高精度、高效率、高自动化等要求，以便与数控机床相适应。一般按以下原则考虑：1.高精度、高刚性要求。2.定位要求。3.空间要求。4.快速重组重调要求。1.3选择工、量、刃具选择工、量、刃具济源职业技术学院毕业设计21.3.1选择工具选择工具工件装夹在三爪自定心卡盘中，用划线盘校正，调头装夹后用百分表校正。表1.1工具清单序号刀具名称单位数量1三爪自定心卡盘个12卡盘扳手副13刀架扳手副14垫刀片块若干1.3.2选择量具选择量具外径用千分尺测量，长度用游标卡尺测量，圆弧表面用半径样板检测，内径用内径千分尺测量，螺纹表面用螺纹环规检测，表面粗糙度样板比对。量具规格参数表1.3.2表1.2量具清单序号量具名称规格精度单位数量1千分尺01500.02把12游标卡尺0250.01个13半径样板R1R6.5R7R14.5个14内径千分尺025252500.01个15螺纹环规M20X3副16表面粗糙度样板套11.3.3选择刀具选择刀具数控车床刀具的组成部分为刀片（刀具）、刀体、接柄（或柄体）、刀盘所组成。选择数控刀距通常应考虑的因素:1.被加工的零件的材料及性能2.切削工艺的类别3.被加工零件的几何形状、零件精度、加工余量等因素济源职业技术学院毕业设计34.要求刀具能承受的背吃刀量、进给速度、切削速度等切削参数车削时刀具的选择：1.选用20mm的麻花钻孔，为保证图纸规定的要求，用镗刀粗精孔。2.粗车精车时选用硬质合金可转为刀片按零件图标准切削外圆，精加工阶段为保证加工的精度，精车时要一切切出图样要求的零件轮廓，保证各主要表面达到图纸规定的要求，主要是保证加工质量。3.车削螺纹时选用硬质合金60外螺纹车刀，其刀尖圆弧的半径应小于轮廓的最小圆角半径取0.1-0.2mm。对上面刀具材料、选择内容的分析总结如下表：表1.3刀具卡片序号刀具号刀具名称数量加工表面刀尖半径刀尖方位1T01硬质合金可转为刀片1粗精车外轮廓0.232T02硬质合金焊接切槽刀1切槽刀头宽43T03硬质合金60螺纹刀1车螺纹0.2420麻花钻1钻孔安装在尾座内5T04镗刀1粗精内孔0.221.4切削用量的选择切削用量的选择数控车床的切削用量包括：背吃刀量、主轴转速或切削速度（用于恒线速切削）、进给速度或进给量。切削用量的选择原则与通用机床加工相似，具体数值应根据数控机床使用说明书和金属切削原理中规定的方法和原则，结合实际加工经验确定。1.4.1背吃刀量的确定背吃刀量的确定背吃刀量根据加工余量确定。在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可济源职业技术学院毕业设计4能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。一般当毛坯直径余量小于6mm时，根据加工精度考虑是否留出半精车和精车余量，剩下的余量可一次切除。当零件精度要求较高时，应留出半精车、精车余量，半精车余量一般为0.5mm，所留精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.10.5mm左右。1.4.2主轴转速的确定主轴转速的确定1.光车主轴时转速光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并根据零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定。需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。可用下式计算主轴转速：（公式1）d1000VcS式中：Vc-切削速度，单位mmind-切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，单位mms-工件或刀具的转速，单位rmin车螺纹时主轴转速大多数普通型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：（公式2）kPS1200式中：P-工件螺纹的螺距或导程，单位mmk-保险系数，一般取为80s-主轴转速，单位rmin2.进给速度的确定进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动距离（单位为mmmin）。有些数控车床规定可以选用进给量（单位mmr）表示进给速度。1.确定进给速度的原则a.当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产率，可选择较高（2000mmmin以下）的进给速度b.切断、车削深孔或精车时，宜选用较低的进给速度c.刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度济源职业技术学院毕业设计5d.进给速度应与主轴转速和背吃刀量相适应2.进给速度的计算进给速度包括纵向和横向进给速度，其值按下式计算：（公式3）式中：F-进给速度，单位mmminf-进给量，单位mmrs-工件或刀具的转速，单位rmin1.5加工路线的坐标计算加工路线的坐标计算1.5.1基点坐标基点坐标图1.1零件图简图1.左端的基点坐标如下:表1.4基点坐标（XZ）基点坐标（XZ）a(280)e(240)b(3220)f(2218)c(3245)g(2018)d(4652)h(030)2.右端的基点坐标如下:表1.5fSF济源职业技术学院毕业设计6基点坐标（XZ）基点坐标（XZ）x(200)o(4249)w(2029)m(4253)v(1433)l(4665)u(3033)k(3675)p(3043)n(4680)1.6加工路线图数控机床上安装的四把刀具：分别为T01(用来粗精加工外圆、端面、锥面等)；T03(用来切槽，一定选择好切刀的尺寸)；T03（用来车削外螺纹）；T04(镗内孔）；20mm麻花钻（钻孔）安装在尾座内。1.装夹毛坯，粗车50柱体左端面，并且选择直径为20mm的麻花钻手动来钻20mm孔至图样尺寸要求。如图下2.首先确定刀具的起始位置，也就是换刀处，要求在此位置上换刀以保证换刀时不会碰到待加工的毛坯，选用T0404镗刀，来镗22mm的孔至尺寸要求。如图下济源职业技术学院毕业设计73.再在第一步时所确定刀具的换刀位置，利用数控机床的自动换刀装置换T0101号刀，来车削外圆32mm锥面及半径为R7mm的圆弧。如图下4.再将刀具退回到起始位置，调头装夹，用铜皮包裹46外轮廓加工右端外轮廓。如图下济源职业技术学院毕业设计85将刀架快速移动到换刀位置，并按数控机床的自动换刀按钮，换T0202号切槽刀，将T0202号刀具快速移动到坐标位置X332Z-33处切14X4槽。如图下6.将刀架快速移动到换刀位置，并按数控机床的自动换刀按钮，换T0303螺纹车刀，车螺纹。如下图济源职业技术学院毕业设计92编制数控加工工艺卡片确定工件坐标系，对刀点和换刀点加工路线，如下：1.夹住右端毛坯外圆1)车端面2)钻孔（手动）3)粗精车外轮廓4)镗孔2.调头夹住46的外圆，校正1)车端面（手动）控制总长2)粗精车外轮廓3)切槽4)车外螺纹具体工序内容如下：表2.1左端轮廓数控加工工序卡零件图号零件名称工序程序编夹具名称使用设备数控系统济源职业技术学院毕业设计10号号001O0001三爪自定心卡盘CA6150FANUC0iMate工步号工步内容刀具号转速n(rmin)进给量f(r)背吃刀量1车端面T018000.21.52钻孔12003粗精车外轮廓T0180012000.050.54镗孔T048001200编制审核批准共1页第1页表2.2右端轮廓数控加工工序卡零件图号零件名称工序号程序编号夹具名称使用设备数控系统001O0002三爪自定心卡盘CA6150FANUC0iMate工步号工步内容刀具号转速n(rmin)进给量f(r)背吃刀量1车端面T01100012000.21.52粗精车外轮廓T01100012000.20.051.50.53切槽T024000.086济源职业技术学院毕业设计114车螺纹T034003编制审核批准共1页第1页济源职业技术学院毕业设计123程序的编制与解释3.1尺寸精度要求尺寸精度要求分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据，该零件其公差数值较大，所以编程当中并需要计算出平均值。3.2工艺处理工艺处理热处理工序的安排:在主轴加工的整个工艺过程中，应安排足够的热处理工序，以保证主轴力学性能及加工精度要求，并改善工件加工性能。一般在主轴毛坯上，首先安排正火处理，以消除锻造应力，细化晶粒，改善机加工的切削性能。在粗加工后安排调质处理，在粗加工阶段，经过粗车钻孔等工序。株洲的大部分加工余量被切除。粗加工过程中切削力和发热都很大，在力和热的作用下，主轴产生很大的内应力。通过调质处理，可以消除内应力，代替时效处理同时可以得所要求的韧性。半精加工后，除重要表面以外，其它的表面均达到设计的尺寸，重要表面又剩经加工余量，这时对于支撑轴颈，配合轴颈，锥孔等安排淬火处理，使之到设计的硬度要求，保证这些表面的耐磨性，而后续的加工工序消除淬火的情形。3.3表面粗糙度要求表面粗糙度要求表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。济源职业技术学院毕业设计13表3.1零件表面粗糙度的符号及意义表面粗糙度的符号及意义符号意义表面粗糙度参数和各项规定注写的位置。基本符号，单独使用这符号是没有意义的。1、2-粗糙度高度参数的允许值(m)；b加工方法、镀涂或他表面处理；c取样长度(mm)；d加工纹理方向符号；e加工余量(mm)；f粗糙度间距参数值(mm)或轮廊支承长度率。表3.2表面粗糙度高度参数的标注Ra值代号意义用任何方法获得的表面，Ra的最大允许值为3.2m。济源职业技术学院毕业设计14用去除材料获得的表面，Ra的最大允许值为3.2m。用不去除材料获得的表面，Ra的最大允许值为3.2m。用去除材料方法获得的表面，Ra的最大允许值为3.2m，最小的允许值为1.6m。3.4形状和位置精度的要求形状和位置精度的要求零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。就如在本设计当中零件的同轴度和全跳动。同轴度：符号“”同轴度是表示零件上被测轴线相对于基准轴线，保持在同一直线上的状况。也就是通常所说的共轴程度。同轴度公差是：被测实际轴线相对于基准轴线所允许的变动量。也就是图样上给出的，用以限制被测实际轴线偏离由基准轴线所确定的理想位置所允许的变动范围。全跳动：符号“”全跳动是指零件绕基准轴线作连续旋转时，沿整个被测表面上的跳动量。全跳动公差是：被测实际要素绕基准轴线连续的旋转，同时指示器沿其理想轮廓相对移动时，所允许的最大跳动量。跳动公差具有综合控制被测要素的位置、方向和形状的作用。因此，采用跳动公差时，若综合控制被测要素能够满足功能要求，一般不再标注相应的位置公差和形状公差，若不能够满足功能要求，则可进一步给出相应的位置公差和形状公差，济源职业技术学院毕业设计15但其数值应小于跳动公差值。3.5螺纹加工的尺寸计算螺纹加工的尺寸计算普通外螺纹的画法：在加工普通螺纹时，为了防止割伤工人的手及提高牙根的强度，外螺纹牙顶在H8处削平，槽底在三角形下部H6处削平或倒圆，不能误认为三角形螺纹齿顶是绝对尖的。3.5.1数控车床车削螺纹的控制原理数控车床车削螺纹的控制原理在数控车床上，螺纹是根据螺旋线的形成原理加工而成的，即车床主轴每转一转时，纵向床鞍（刀具）移动一个导程。3.5.2螺纹的切削方法螺纹的切削方法螺纹的切削方法有直进法和斜进法两种。平常我们用的G32、G92指令采用的是直进式切削方法车削三角形螺纹。3.5.3三角形螺纹的基本尺寸计算三角形螺纹的基本尺寸计算螺纹的大径：d=D（螺纹大径的基本尺寸与公称直径相同）中径d2:d2=D2=d-0.6495P=20-0.6495x3=18.0515(mm)牙型高度h1：H1=0.6495P=0.6495x3=1.9485(mm)螺纹小径d1：D1=d-2x0.6495P=20-2x1.9485=16.103(mm)螺纹分7刀进行切削：第一刀：18.8第二刀：18.1mm第三刀：17.5mm第四刀：17.1mm.第五刀：16.7mm第六刀:16.3mm第七刀:16.1mm普通螺纹进给次数和被吃刀量的参考表：表3.3普通螺纹进给次数和被吃刀量的参考表米制螺纹a=0.6495P螺距P1.01.52.02.53.03.54.0被吃刀量a0.6490.9741.2991.6240.9492.2732.5981次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.6进给次数与4次0.160.40.40.40.60.6济源职业技术学院毕业设计165次0.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.3被吃刀量9次0.23.6程序的编制与解释程序的编制与解释程序之一：零件左端部分加工，必须在钻孔后才能进行自动加工。程序解释O0001N10G99；每转进给量N15T0101；换外圆切刀T01M03S800；G00X50Z2M08；G71U1.5R0.5；G71P40Q120U0.5W0F0.2；N40G00X28；G01Z0F0.05；X32Z-20；Z-45；G03X45.9925；Z-52R7；N120Z-60；G00X100M09；Z150；M05；M00；济源职业技术学院毕业设计17T0101；换刀精加工外轮廓M03S1200；G70P40Q120；G00X100；Z150；M05；M00；M03S800；T0404；换镗刀T04镗孔G00X21.5Z2M08；G01Z-18F0.1；X20；G00Z2；Z150M09；M05；M00；M03S1200；T0404；镗刀精镗孔G00X22Z2M08；G01Z-18F0.05；X20；G00Z2M09；Z150；M05；M00；M03S800；G00X24Z2M08；G01Z20F0.05；X22Z-1；济源职业技术学院毕业设计18Z2；G00X100M09；Z150；M05；M30；程序之二：零件右端部分加工。O0002；N10G99；每转进给量N15T0101M03S1000；换外圆切刀T01G00X50Z5M08；G71U1.5R0.5；G71P35Q150U0.5W0F0.2；N35G00X20；G01Z0F0.05；X14；X20Z-3；Z-33；X30；Z-43；G03X42Z-49R6；Z-78；X45.9925；N150Z-81；G00X100M09；Z150；M05；M00；T0101；精加工外轮廓济源职业技术学院毕业设计19M03S1200；M08；G70P50Q150；G00X100M09；Z150；T0101；换刀M03S800；G00X42Z-43M08；G01Z-53F0.1；X40Z-65；Z-75；G02X46Z-78R3；G01Z-81；G00X42Z-43；G01Z-53；X38Z-65；Z-75；G02X46Z-79R4；G01Z-81；G00X42Z-43；G01Z-53；X36Z-65；Z-75；G02X46Z-80R5；G01Z-81；G00X42Z-43；S1200；主轴转速1200rmin精车锥面G01Z-53；X36Z-65；济源职业技术学院毕业设计20Z-75；G02X46Z-80R5；G01Z-81；G00X100M09；Z150；M05；M00；T0202；换切槽刀M03S400；G00X32Z-33M08；G01X14F008；G04X4；G01X32F0.2；G00X100M09；Z150；M05；M00；T0303；换螺纹刀M03S400；G00X25Z2；G92X18.8Z-30F3；X18.1；X17.5；X17.1；X16.7；X16.3；X16.1；G00X100M09；Z150；济源职业技术学院毕业设计21M05；M30；济源职业技术学院毕业设计224程序的检验、试切、加工4.1程序的检验步骤程序的检验步骤开机打开操作面板按“编辑”按钮（进入程序操作方式）按“程序”键（进入程序界面）并按翻页键以及数字键将程序输入程序输入完毕在按翻页键来检验程序的正误将不对的程序进行删除并改正。4.2回机械零点试切对刀回机械零点试切对刀用此对刀方法并不存在基准刀与非基准刀问题，在刀具磨损或调整任意一把刀时，只要对刀进行重新对刀即可。对刀前回一次机械零点步骤如下：1.按机械零点键进入机械回零操作方式，使两轴回机械零点。2.选择一把刀，使刀具的偏置号为01例如T0101。3.使刀具沿左端车端面。4.在Z轴不动的情况下，沿X轴退出刀具。5.按“刀补”进入偏置界面，按“上下键”移动光标选择偏置号。6.按“Z”“Z=0”输入”Z的偏置值设置成功。7.刀具沿左端车外圆。8.X轴不动的情下沿Z退出刀具.并测量切后的圆柱直径。9“刀补”进入偏置界面，按“上下键”移动光标选择偏置号。10“X”“测量外圆直径数字”“输入”X轴的偏置值设置成功。11.移动刀具到安全的位置。12.其余刀用同样的方法对刀。4.3自动运行加工自动运行加工1.选择自动操作方式。2.按“程序”键进入程序目录显示页面。3.按“上下左右键”将光标移动到待选择的程序名。4.按“换行”键。济源职业技术学院毕业设计235.按“自动循环”键进行加工零件。济源职业技术学院毕业设计24结论短暂而又宝贵的毕业设计使我对整个大学3年所学过的知识进行了完整的总结。从夹具方案的论证到最终的设计，涉及到夹具设计要求，车床的选用，人体操作的合理性等等。在轴的加工工艺设计过程中，综合运用了在校三年来所学习的专业基础知识及专业知识，将以前所学习的各个碎片一片片的叠加综合起来为这次所做的设计所用，使得我们温故而知新，牢固了所学知识。例如材料的加工方法的确定及各个所需图样的绘制等一些工作，分别用到本专业所学习的数控机床编程与操作、机械制图等课程的知识。由于我们的设计机会较少所以此次设计在一定程度上增添了设计经验。由于时间上并不是太充裕，所以还是会有一些我们没有想到的，希望大家多提宝贵意见，以便使我们的设计更加完善，更加合理。由于我们水平及经验还有缺陷，其中存在着不足之处，望广大老师多提些批评建议，使我们努力完善设计的每一步。济源职业技术学院毕业设计25致谢三年的求学生涯即将拉下了帷幕，我们将要面对一个更复杂的世界社会。心里实在舍不得离开济职学院这片充满了关爱的五