毕业设计（论文）-小轴零件数控车削加工工艺分析.doc

毕业设计（论文、作业）毕业设计（论文、作业）题目： 小轴零件数控车削加工工艺分析 分校（站、点）： 年级、专业： 教育层次： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 21目 录内 容 摘 要I一、零件图工艺分析1二、设备的选定2三、 零件加工工艺分析4（一） 确定零件的定位基准和装夹方式4（二） 确定加工顺序及进给路线5（三）刀具选择101、数控刀具的选择步骤10（1）选择刀杆10（2）刀片夹紧系统10(3) 选择刀片形状。10(4) 工件影响因素11(5) 选择工件材料代码11(6) 确定刀片的断屑槽型11(7)选择加工条件脸谱11(8) 选定刀具112、零件加工刀具选择参数及刀具明细表12（1）左端刀具参数选择及刀具明细表12（2）右端刀具参数选择及刀具明细表13（四） 切削用量选择131、外轮廓切削用量选择：132、进给速度选择14四、零件加工程序的编写15（一）零件加工程序编写15（二）装刀与对刀19（三） 程序校对与首件试切20五、总结20参考文献：20致 谢21内 容 摘 要数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。本文通过以CKD6126B型数控机床为基础，充分利用计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）的优势，对零件形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、材料和热处理等技术要求的分析。针对上述对零件的分析，选择加工方案确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削用量参数等，进行数控加工工艺的编制；通过确立坐标系计算零件粗、精加工各运动轨迹，得到刀位数据及轨迹图，进行数控加工的程序编写。关键词：数控加工 数控加工工艺 程序编写小轴零件数控车削加工工艺分析传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的。现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是我们说的“数控加工”。随着我国从制造业大国走向制造业强国的步伐的加快，掌握以数控技术为主的先进制造技术，提高计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的技术水平成为一个制造企业持续进步，赖以生存的重要支撑。一、零件图工艺分析零件图如图1所示：图1：轴零件图本零件图为小型数控土豆去毛机横向进给部连接小轴,由图1知，零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。该零件由圆柱、圆锥、圆弧、内螺纹、外螺纹、内孔等组成，其中外径尺寸及内孔尺寸有较高的尺寸要求和表面粗糙度要求。内外螺纹均为细牙螺纹，有较高的公差等级要求。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。通过分析，可采用以下几点工艺措施：（1）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取基本尺寸即可。（2）在轮廓曲线上，有两处圆弧，其中一处为椭圆圆弧，加工中需改变进给方向的轮廓曲线。因此，在加工时应给机械间隙补偿以保证轮廓曲线的准确性。（3）由图纸分析，此零件需换向加工（两次装夹），因此需分设坐标系。为保证其表面无夹伤痕迹，便于加工，加工前应作专用夹具如图2所示：图2 夹具二、设备的选定选取普利森集团出品的CKD6126B型数控机床作为加工设备，此机床是普利森集团于2005年开发的数控车床，其外形图如图3所示： 图3 CKD6126B数控车床外形图 图4 KND100T外形图CKD6126B型数控车床通过数控系统自动控制，可对加工范围内的各种内孔、外圆、圆锥面、圆弧面及螺纹进行加工。机床床身采用树脂砂造型，导轨经过超音频淬火和精密磨削。主运动通过松下变频器及变频电机实现无级变速。数控系统选用KND100T系统，其外形图如图4所示：进给采用交流伺服驱动。机床配备有手摇脉冲发生器。机床防护采用全封闭防护。机床润滑采用间歇式自动润滑。机床配备冷却系统合照明系统。机床配备尾座。其主要技术参数如表1所示：表1 CKD6126主要技术参数一般规格床身上最大工件回转直径300mm滑板上最大工件回转直径120mm最大工件长度350mm床头箱主轴通孔直径 50mm主轴前端锥孔锥度莫氏锥度6号主轴转速范围300-4000r/min走刀系统纵向最小移动距离0.001mm横向最小移动距离0.001mm纵向最大移动速度6m/min横向最大移动速度4m/min刀架系统刀具的截面尺寸1616mm下滑板的最大横向行程240mm下滑板的最大纵向行程270mm刀具形式排刀架(双燕尾)或电动刀架刀夹数量6床尾床尾主轴直径 40mm床尾主轴孔锥度莫氏锥度3号床尾主轴最大行程60mm其它主电机功率3.0kW机床重量1500kg外形尺寸(长宽高)1638 10781650mm 该零件加工所需机床调整单如表2所示： 表2 数控机床调整单零件号XXX零件名称轴工序号NO.1制表F-位码调整旋钮F10.05F20.15F30.4F4-F5-F6-F7-F8-F9-F10-刀具补偿拨盘1-6-2-7-3-8-4-9-5-10-对称切削开关位置X-Y-Z-B-垂直校验开关位置断工件冷却油冷三、 零件加工工艺分析（一） 确定零件的定位基准和装夹方式（1）先采用未加工零件的表面作为粗基准。加工好零件左端的M24螺纹端面和46外圆作为定位基准。（2）装夹方式：右端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，装夹长度不得大于38mm。左端加工后装入专用夹具（零件左端端面紧贴夹具内孔底平面，46外圆装入夹具内孔），用三爪自定心卡盘定心夹紧。编制工件安装及零点设定卡片如表3所示：表3 工件安装和零点设定卡片零件图号数控加工工件安装和零点设定卡片工序号NO.1零件名称轴装夹次数2 O1000-01三爪卡盘O1000-02专用夹具编制审核批准第 1 页序号夹具名称夹具图号共 1 页 （二） 确定加工顺序及进给路线加工顺序的安排:（1）加工零件的左端：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），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。其轨迹图如附图5a、5b、5c、5d所示：图5a O1000外轮廓粗车轨迹图图5b O1000外轮廓精车轨迹图图5c O1000切槽轨迹图 图5d O1000外螺纹轨迹图（2）加工零件的右端：左端加工后装入专用夹具，先采用18麻花钻钻孔，深度为32mm。然后采用与左端加工相同的加工原则进行加工。其轨迹图如图6a 、6b、6c、6d、6e、6f所示：图6a O2000内轮廓粗加工轨迹图图6b O2000外轮廓粗加工轨迹图 图6c O2000外轮廓粗加工轨迹图图6d O2000内轮廓精加工轨迹图图6e O2000内轮廓切槽轨迹图图6f O2000内螺纹加工轨迹图CKD6126B数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定，零件从右到左沿零件的表面轮廓精车进给）。（三）刀具选择1、数控刀具的选择步骤数控车床刀具的选刀过程，从对被加工零件图样的分析开始，到选定刀具，共需经过几个基本步骤。（1）选择刀杆选用刀杆时，首先应选用尺寸尽可能大的刀杆，同时要考虑以下几个因素：夹持方式；切削层截面形状，即背吃刀量和进给量；刀柄的悬伸。（2）刀片夹紧系统杠杆式夹紧系统杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。其特点为：定位精度高,切屑流畅,操作简便, 可与其它系列刀具产品通用。螺钉夹紧系统特点：适用于小孔径内孔以及长悬伸加工。(3) 选择刀片形状。主要参数选择方法如下：刀尖角刀尖角的大小决定了刀片的强度，通常这个角度在35度到90度之间。R型圆刀片，在重切削时具有较好的稳定性，但易产生较大的径向力。刀片形状的选择正三角形刀片可用于主偏角为60度或90度的外圆车刀、端面车刀和内孔车刀。由于此刀片刀尖角小、强度差、耐用度低、故只宜用较小的切削用量。正方形刀片的刀尖角为90度，比正三角形刀片的60度要大，因此其强度和散热性能均有所提高。这种刀片通用性较好，主要用于主偏角为45度、60度、75度等的外圆车刀、端面车刀和镗孔刀。正五边形刀片的刀尖角为108度，其强度、耐用度高、散热面积大。但切削时径向力大，只宜在加工系统刚性较好的情况下使用。菱形刀片和圆形刀片主要用于成形表面和圆弧表面的加工，其形状及尺寸可结合加工对象参照国家标准来确定。(4) 工件影响因素选择刀具时，必须考虑以下与工件有关的因素：工件形状：稳定性；工件材质：硬度、塑性、韧性、可能形成的切屑类型；毛坯类型：锻件、铸件等；工艺系统刚性：机床夹具、工件、刀具等；表面质量； 加工精度；切削深度；进给量；刀具耐用度。(5) 选择工件材料代码按照不同的机加工性能，加工材料分成6个工件材料组，他们分别和一个字母和一种颜色对应，以确定被加工工件的材料组符号代码，(6) 确定刀片的断屑槽型按加工的背吃刀量和合适的进给量，根据刀具选用手册来确定刀片的断屑槽型代码(7)选择加工条件脸谱三类脸谱代表了不同的加工条件:很好、好、不足。加工条件取决于机床的稳定性、刀具夹持方式和工件加工表面。 (8) 选定刀具 选定工作分以下两方面：选定刀片材料根据被加工工件的材料组符号标记、刀片的断屑槽型、加工条件，参考刀具手册就可选出刀片材料代号。选定刀具根据工件加工表面轮廓，从刀杆订货页码中选择刀杆。根据选择好的刀杆，从刀片订货页码中选择刀片。选择后数控刀具卡片如表4所示：表4 数控刀具卡片 数控刀具卡片零件图号轴数控刀具卡片使用设备刀具号KND6126B刀具编号换刀方式自动程序编号序号编号刀具名称规格数量备注刀具组成1T0190度硬质合金右偏刀252512T0290度硬质合金右偏刀252513T03硬质合金切槽小刀2525 14T0460度硬质合金外螺纹车刀252515T055中心钻5 1手动换刀6T0618麻花钻181手动换刀7T07硬质合金内孔粗车刀2020 18T08硬质合金内孔精车刀202019T09硬质合金内孔切槽小刀2020110T1060度硬质合金内螺纹车刀20201备注编制审核批注共 1 页第 1 页 2、零件加工刀具选择参数及刀具明细表（1）左端刀具参数选择及刀具明细表粗车及端面选用90度硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可采用作图法检验），副偏角不宜太小，选kr=35度（此参数选择是为了右端加工时同时选用一种刀具）；精车选用90度硬质合金右偏刀；切槽小刀（宽度5mm）；车螺纹选用硬质合金60度外螺纹车刀（刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取r=0.15-0.2mm）。刀具明细表如表5所示：表5 数控刀具明细表零件编号零件名称材料数控刀具明细表程序编号车间使用设备XXX轴45钢O1000数控中心KND6126B刀号刀位号刀具名称刀具刀补地址换刀方式加工部位直径/mm长度/mm设定补偿设定直径长度T01T0101YT15300.159-0.1000.000自动端面及外轮廓T02T0202YT15300.0259+0.0200.000自动外轮廓T03T0303YT15210.125+0.010-2.500自动切槽T04T0404YT1521.90.0523+0.050-1.200自动外螺纹编制审核批准 年 月 日共 2 页第 1 页（2）右端刀具参数选择及刀具明细表外轮廓粗、精加工采用与左端相同的刀具；内孔加工先用5中心钻、18麻花钻、硬质合金内孔粗车刀、硬质合金内孔精车刀、硬质合金内孔切槽小刀（刀尖宽度3mm）、硬质合金60度内螺纹车刀（刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取r=0.15-0.2mm）。刀具明细表如表6所示：表6 数控刀具明细表零件编号零件名称材料数控刀具明细表程序编号车间使用设备XXX轴45钢O2000数控中心KND6126B刀号刀位号刀具名称刀具刀补地址换刀方式加工部位直径/mm长度/mm设定补偿设定直径长度T05高速钢手动中心孔T06高速钢手动右端孔T07T0705YT15200.130-3.100-31.000自动右端内轮廓T08T0806YT15200.01530-2.985-31.000自动右端内轮廓T09T0907YT15240.124-0.100-25.000自动内轮廓切槽T10T1008YT15240.0523-0.050-24.000自动内螺纹编制审核批准年 月 日共 2 页第 2 页 （四） 切削用量选择1、外轮廓切削用量选择：l背吃刀量选择：外轮廓粗车循环时选ap=3mm, 精车ap=0.2mm;螺纹粗车时选ap=0.4mm，逐步减少，精车ap=0.1mm。内轮廓粗车循环时选ap=1.5mm，精车时选ap=0.2mm,内螺纹粗车时选ap=0.3mm, 逐步减少，精车ap=0.1mm。l主轴转速的选择：车直线和圆弧时，选粗车切削速度Vc=90m/min，精车切削速度Vc=120m/min,然后用公式（1）： （1）计算主轴转速n（粗车直径D=55mm,精车工件直径取平均值）：粗车n=500r/min,精车n=1200r/min。车螺纹时，根据公式（2）： （2）选择主轴转速n=320r/min。切槽时，主轴转速n=450r/min。加工内轮廓时，钻中心孔转速n=1000r/min(手动加工),钻孔转速n=400r/min，粗车内孔切削速度Vc=60m/min，精车切削速度Vc=90m/min, 粗车主轴转速n=900r/min,精车n=1200r/min。车螺纹时，主轴转速n=320r/min。切槽时，主轴转速n=600r/min。2、进给速度选择根据加工的实际情况确定粗车、精车每转进给量。外轮廓加工时，粗车选取每转进给量0.4mm/r，精车每转进给量0.15mm/r。最后根据公式（3） （3）计算粗车、精车的进给速度分别为200mm/min和180mm/min;内轮廓加工时，粗车选取每转进给量0.15mm/r,精车每进给量0.05mm/r。最后根据公式（4） （4）计算粗车、精车的进给速度分别为135mm/min和60mm/min。通过对零件加工工艺的分析，进行数控加工工序卡片的编制，其零件数控加工工序卡片如表7a、b所示： 表7a 数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号轴类轴XXX工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间NO.1O1000三爪卡盘三爪卡盘:O1000-01KND6126B数控中心工步号工步内容加工面刀具号刀具规格主轴转速/r.min-1进给速度/mm. min-1切削深度/mm备注1平端面左端端面T012525500手动2粗车轮廓左端外轮廓T012525500903自动3精车轮廓左端外轮廓T02252512001200.2自动4切槽左端小槽T032525450901.5自动5粗车螺纹左端外螺纹T0425253206400.4自动6精车螺纹左端外螺纹T0425253206400.1自动编制审核批准共 2 页第 1 页 表7b 数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号轴类轴XXX工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间NO.2O2000三爪卡盘和专用夹具三爪卡盘: O1000-01专用夹具: O2000-02KND6126B数控中心工步号工步内容加工面刀具号刀具规格主轴转速/r.min-1进给速度/mm. min-1切削深度/mm备注7掉头装夹平端面右端端面T012525500手动8钻5中心孔右端端面T055 1000手动9钻孔右端孔T0618400手动10粗镗内轮廓右端内轮廓T072020900601.5自动11粗车外轮廓右端外轮廓T012525500903自动12精车外轮廓右端外轮廓T02252512001200.2自动13精镗内轮廓右端内轮廓T0820201200900.2自动14切槽内孔小槽T0920206001001.5自动15粗车内螺纹右端内螺纹T1020203204800.3自动16精车内螺纹右端内螺纹T1020203204800.1自动编制审核批准共 2 页第 2 页四、零件加工程序的编写数控编程是数控加工的重要步骤，根据KND100T数控车床编程系统的特点，结合先前对零件加工工艺的分析确定的加工方法和加工路线，选择数控车床刀具和装夹方法，然后按照加工工艺要求，根据CKD6126B数控车床规定的指令代码及程序格式，将刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、进给量、吃刀深度等）以及辅助功能（换刀、主轴正转/反转、切削液开/关等）编写成加工程序单，输入到数控装置中，从而指挥机床加工零件。（一）零件加工程序编写此零件加工程序表如表8所示： 表8 加工程序清单程序名:O1000程序段号程序内容程序段解释N10G50 X80 Z100 T0101建立零件坐标系N20M03 S500正转，主轴转速500r/minN30M08冷却液开启N40G0 X60 Z61刀具到循环起点位置N50G71 U1.5 R1切削深度1.5(半径)回退1mmN60G71 P70 Q160 U0.2 W0.2 F90外圆粗车循环指令,精车余量X0.2,Z0.2N70G0 X16循环起运行到倒角延长线N80G1 X24 W-4精加工245度。N90W-25精加工M24螺纹外圆N100X30精加工端面N110W-10精加工30外圆N120G02 U10 W-5 R5精加工R5圆弧N130G1 X42精加工端面N140X46 W-2精加工245度N150W-17精加工46外圆N160X60退刀N170G0 X80 Z100返回零件坐标系N180T0202换刀N190G0 X60 Z61快速至外轮廓精加工起点N200G70 P70 Q160 S1200 F120 T0202 换刀,精加工循环N210G0 X80 Z100 返回零件坐标系N220T0303 M3 S450 换刀N230G0 X34 Z34快速到切槽位置N240G1 X21 F60切槽N250G4 X0.2延时N260X31 F200退刀N270G0 X80 Z100 返回起点N280T0404 S320换刀N290G0 X25 Z61 快速到螺纹循环起点N300G92 X23.65 Z37 F2 螺纹切削循环N310X23.35N320X23.15N330X22.90N340X22.65N350X22.45N360X22.25N370X22.05N380X21.85N390X80 Z100返回起点N400M09冷却液关N410M05主轴停止N420M30程序结束程序名:O2000程序段号程序内容程序段解释N10G50 X80 Z100 T0705建立零件坐标系N20M3 S900正转,主轴转速900r/minN30G0 X19.9 Z43 M08快速到加工内轮廓起点.冷却液开启N40G1 Z11 F60初镗内轮廓20孔N50G0 X18 退刀N60Z43退刀N70G90 X21.5 Z17 F60内轮廓车削循环N80X22.5N90G90 X24 Z33 F60内轮廓车削循环N100X25.5N110X27N120X28.5N130X29.9N140G0 X80 Z100回工作起点N150T0101 换刀N160G0 X55 Z43快速至外轮廓加工起点N170G73 U5 W5 R7回退5mm,粗车循环7次N180G73 P190 Q200 U0.2 W0.2 F90复合固定循环指令,精车余量X0.2,Z0.2N190G03 W-32.385 I50 K16.193精加工椭圆外轮廓(采用虚拟轴编程方法)N200G1 X46 Z3精加工圆锥面N210G0 X80 Z100返回零件坐标系N220T0202换刀N230G0 X55 Z43快速至外轮廓精加工起点N240G70 P190 Q200 S1200 F90 T0202换刀，精加工循环N250G0 X80 Z100快速回至起点N260T0806换刀N270G0 X33 Z42快速至内轮廓精加工起点N280G1 X30 W-1.5 F90倒孔口0.545度N290Z33 精加工30孔N300X26.6精加工30底平面N310X22.6 W-2倒螺纹孔口245度角N320Z17精加工内螺纹底径N330X20精加工内螺纹底平面N340Z11精加工20孔N350X18精加工20孔底平面N360G0 Z43退刀N370X80 Z100快速回至起点N380T0907 S600换刀,主轴转速600r/minN390X19 Z43至切槽X轴起点N400Z17至切槽Z轴起点N410G1 X25.6 F60切槽N420G4 X0.2延时N430G0 X18 退刀N440Z43退刀N450X80 Z100快速回至起点N460T1008 S320换刀,主轴转速320r/minN470G0 X22.6 Z43快速至内螺纹X轴加工起点N480Z35快速至内螺纹Z轴加工起点N490G92 X22.9 Z18 F1.5内螺纹切削循环N500X23.2N510X23.45N520X23.70N530X23.9N540X24N550X24.1N560G0 Z43退刀N570G0 X80 Z100 M09快速回起点,切削液关N580M05主轴停N590M30程序结束 （二）装刀与对刀CKD6126B数控车床采用可旋转的回转刀架，由于采用标准刀具，从而避免了车刀安装的高低误差，车刀刀杆轴线与工件保持垂直，从而保证加工质量，减小刀具磨损，提高刀具使用寿命。在对刀时，选择刀具偏置的直接测量值输入方法。根据标准刀具设定的坐标系后，移动实际刀具至零件表面，输入零件表面的实际测量值，系统自动计算出其差值作为该把刀具的偏置量。其他的刀具根据此刀具在坐标系中的偏差计算出其他刀具的偏置量。其具体方法为: 使用G54/G55/G56/G57/G58/G59指令对刀，使用CKD6126B数控车床提供的存储型零点偏置模式建立坐标系，它是将对刀特定点的当前机床坐标输入到数控系统零点偏置的存储单元中，从而得到刀具当前刀位点的工件编程坐标。对刀步骤如下： （1）使数控机床返回机床参考点。 （2）使刀具原有的偏置量清零。 （3）用“手轮”方式车削工件右端面。 （4）沿+X方向退刀，并停下主轴（不要在+Z方向上移动刀架）。 （