轴类零件数控加工工艺及编程设计毕业设计

四四川川职职业业技技术术学学院院 毕毕 业业 设设 计计 题目：轴类零件数控加工工艺 及编程设计 系别：机械工程系 专业：数控技术 班级：09级3 班 姓名：漆俊华 学号：091042023012 指导教师：郑 浩 完成时间： 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 37 页 四川职业技术学院 毕业设计（论文）任务书 题目轴类零件数控加工工艺及编程设计轴类零件数控加工工艺及编程设计 所属系部机械工程系所属专业数控技术 所属班级09 级 3 班指导教师郑浩 学生姓名漆俊华学号091042023012 毕业设计内容与要求 内容： 1、绘制被加工零件图； 2、零件的数控加工工艺分析； 3、零件加工工艺过程卡设计； 4、零件加工工序卡设计； 5、零件加工刀具卡设计； 6、零件加工的数控程序设计； 7、编写设计说明书。 要求： 1、毕业设计期间、学生要严格遵守学院或实习单位的各项规章制度。 2、学生应该在规定时间内独立完成设计（论文）任务。抄袭他人成果者，一经 查实，该毕业设计（任务）按不及格处理。 3、学生通过毕业设计（论文） ，要着力培养自己独立思考、认真负责、刻苦钻 研、勇于创新的科学精神。 4、学生要按要求完成毕业设计（论文）的文字材料，按规范装订。 5、设计过程中借用的资料手册图表等，要注意保护，并及时归还。要注意遵守 国家知识产权保护法。 系部审 核意见 签名： 年月日 注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交所属系部毕业设计（论文）领导小组 审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 2 页 共 37 页 四川职业技术学院毕业设计（论文）中期检查表四川职业技术学院毕业设计（论文）中期检查表 系：机械工程专业：数控技术填表日期：2011 年 12 月1 日 毕业设计（论文）题目：轴类零件数控加工工艺及编程设计轴类零件数控加工工艺及编程设计 学生姓名漆俊华学号091042023012班级09 级 3 班 导师姓名教研室 起止时间年月日至年月日地点 校内 校外 文献、资料检索阅读：篇；是否具备独立查阅文献资料的能力。 开题完成情况：好（）较好（）一般（）差（）未完成（） 学 习 态 度:好（）较好（）一般（）差（） 出勤情况：出勤记载是否详实；请假次数：，缺席次数：。 毕业设计（论文）的进度（与任务书进度相对照） ：正常（）过快（）偏慢（） 中期检查综合评价： 存在问题和改进措施： 中期检查结论：好（）较好（）一般（）差（） 注：1本表由教师填写，交系保存备查； 2本表仅供参考，各系根据检查需要，可对检查内容进行必要的调整。 教研室主任： 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 37 页 四川职业技术学院 学生毕业设计（论文）答辩情况记载表 题目 所属系部所属专业 所属班级指导教师 学生姓名学号 答 辩 小 组 成 员 姓名专业技术职务或职称所属单位或部门本人签字 答辩时间记录人 答 辩 小 组 提 出 的 主 要 问 题 及 学 生 回 答 问 题 情 况 答辩小组组长签名： 年月日 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 37 页 四川职业技术学院 毕业设计（论文）综合评定表 题目 所属班级 指导 教师 姓名 学生姓名职称 学号部门 指 导 教 师 评 语 指导教师： 年月日 答 辩 小 组 评 语 总评成绩： 答辩小组负责人： 年月日 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 37 页 前前言言 经过两年多的专业知识学习我掌握了一定的基本知识，毕业设计是对我前两年专业知识 的综合也是一次回顾， 把所学的理论知识灵活的运用到实践操作中来这样更能强化我对专业知 识更深一步的理解。 （1） 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。 （2）是运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床实际操作 的一次综合实训练习。 （3）对教学计划和课程设计的一次总结。 编者 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 37 页 目目录录 1. 零件图零件图.08 2. 零件工艺分析零件工艺分析.09 2.1 零件图分析.09 2.2 零件结构尺寸分析.09 2.3 加工难点及处理方案.09 3. 零件毛坏的确定零件毛坏的确定.11 4. 确定零件定位基准和装夹方案确定零件定位基准和装夹方案.13 4.1 基准选择原则.13 4.4 装夹方案.13 5. 拟定加工工艺方案拟定加工工艺方案.15 5.1 加工方法的确定.15 5.2 加工方案的确定.,15 6. 工序与工步的划分工序与工步的划分.16 6.1 工序的划分.16 6.2 工步的划分.16 7. 确定加工顺序及进给路线确定加工顺序及进给路线.17 7.1 零件加工必须遵守的安排原则.17 7.2 进给路线的确定.17 8. 机床选择机床选择.18 9. 刀具与量具的选择刀具与量具的选择.19 9.1 刀具的选择.19 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 37 页 9.2 量具的选择.19 9.3 切削液的选择.19 10. 切削用量选择切削用量选择.22 10.1 切削用量的选择原则.22 10.2 背吃刀量.22 10.3 进给速度.23 10.4 进给量.23 10.5 主轴转速.24 10.6 螺纹加工余量.24 11. 加工程序单加工程序单.26 11.1 编程误差及其控制.26 11.2 编程中工艺指令的处理.26 11.3 程序的编制及模拟运行.26 设计小结设计小结.27 附录附录.28 参考文献参考文献.37 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 37 页 1. 零件图零件图 图 1.1 零件图 考核要求：考核要求： 1. 以小批量生产条件编程。 2. 不准用砂布及锉刀等修饰表面。 3. 未注倒角 0.545。 4. 未注公差尺寸按 GB1804-M 5.编程考虑零件应力 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 37 页 2. 零件工艺分析零件工艺分析 2.1 零件图分析 在制定零件的机械加工规程前，要对零件进行深入细致的工艺分析。零件的工艺分析是从 加工制造的角度对零件进行分析， 主要包括零件的图样分析和零件的结构工艺性分析两方面内 容。 21.1 分析零件图样 1） 通过图样了解零件形状、结构并检查图样完整性。 2）分析图样上规定的尺寸及其公差、表面粗糙度、形状位置公差等技术要求，并审查其 合理性。 3）分析零件材料及热处理。 4） 找出主要加工表面和某些特殊的工艺要求，分析其可行性，以确保其最终能顺利实现 加工。 通过以上分析得出，该零件的加工是可行。 2.2 零件结构工艺分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性， 即所设计的零件结构应便于成形， 并且成本低， 效率高。 零件的结构工艺性的好与差是相对的， 与生产的工艺过程、生产批量、工艺装备条件和技术水平等因素相关。 该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥及螺纹等表面组成，图上尺寸标注完整，轮廓 描述清楚。零件材料为 45 钢，无热处理及硬度要求。 通过上述分析，采取以下几点工艺措施。 （1）在轮廓曲线上，有 1 处圆弧相连，既过象限又改变进给方向的轮廓曲线。为了保证 其轮廓曲线的准确性，我们通过计算到 R55mm 的圆弧与45 交点坐标为（22.5，-50） ，R55mm 的圆弧与40 交点坐标（20，-116.5） ，R44mm 的圆弧与40 交点坐标（20，-125） ，R44mm 与 R20mm 的切点为（18，954，-176.0616） ，R20mm 的圆弧与30 交点坐标（15，-188） 。注： 上述座标值是以半径值给出的。形式如（X，Z） 。 （2）为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分，右端面也要先粗车出并钻好中心孔。 毛坏选 60 x260mm. 2.3 加工难点及处理方案 分析图纸可知，此零件为细长轴类零件，为提高零件质量，采用以下加工方案： 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 10 页 共 37 页 （1） 零件在用三爪卡盘夹持以后，钻中心孔，便于在加工时加顶尖定位。 （2）在对 R55 的圆弧加工时，适当的控制切削速度。 （在程序里编制） （3）本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工-精加工加工方 案，并且在精加工的时候将进给量调小些，主轴转速提高。 （4）因为螺纹难加工且易被破坏表面，所以放在最后。螺纹加工时，为保证其精度，在 精车时应适当提高转速，加工螺纹时利用螺纹千分尺或螺纹环规进行检验。 选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 37 页 3. 零件毛坯的确定零件毛坯的确定 毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少、材 料消耗越小，因而机械加工的生产效率提高，成本降低，但是毛坯的制造费用提高了。所以， 毛坯的选择应根据零件的生产纲领，综合考虑毛坯制造费用和零件加工费用确定，以求得最佳 方案。 3.1 毛坯种类 1）铸件 形状复杂或尺寸较大的毛坯宜采用铸造方法， 铸件的材料一般为铸铁 （常用的有灰口铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁） 、铸钢、铜及铝合金，其中灰口铸铁和铸钢最常用。目前大多数铸件采 用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、 压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等特种铸造。 2）锻件 锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常 用于受力复杂的重要钢质零件。加工余量小、精度高、性能好的毛坯宜采用锻造方法，锻件的 材料一般为碳钢及合金钢。常用的锻造方法有自由锻和模锻。其中自由锻件的加工余量大，精 度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的加工余量小，尺寸精度 和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。 3）型材 型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。 就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械 零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。 4）焊接件 焊接件通过电焊、气焊、氩弧焊等焊接方式制造毛坯。焊接件主要用于单件小批生产和大 型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但焊接会造成零 件的变形和切削加工困难，抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。 5）其他毛坯 其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。 根据上面分析我选择的是热轧型材。 3.2 轴类零件材料分析 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范(如 调质、正火、淬火等)，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45 钢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， 淬火后表面硬度可达 4552HRC。40Cr 等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的 轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢 GCr15 和弹簧钢 65Mn， 经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达 5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨 性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴(例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴)可选用 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 12 页 共 37 页 38CrMoAIA 氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较 软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。 在轴的设计中， 首先要选择合适的材料。 轴的材料常采用碳素钢和合金钢。 碳素钢有 35、 45、50 等优质中碳钢。它们具有较高综合机械性能，因此应 用 较 多 ，特别是 45 号钢应用 最为广泛。为了改善碳素钢的机械性能，应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴，可 采用 Q237，Q275 等普通碳素钢。合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵，多用于有特殊要 求的轴。例如采用滑动轴承的高速轴，常用 20Cr、20CrMnTi 等低碳合金钢，经渗碳淬火后可 提高轴颈耐磨性；汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温机 械性能，常采用 27Cr2Mo1V、 38CrMoA1A 等合金结构钢。值得注意的是：钢材的种类和热处理 对其弹性模量的影响甚小。 该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。工件材料的可切削性能。强度、硬度、 塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。所以选择 45 钢为该轴类零件的材料。 45 钢的化学成分中含 C0.42%0.50%，Si0.17%0.37%，Mn0.500.80%，P 0.035%，S 0.035%，Cr0.25%，N0.25%,Cu0.25%.45 钢在进行冷加工时硬度要求，热轧钢，压痕直 径不小于 3.9，布氏硬度不小于 241HB，退火钢压痕直径不小于 4.4，布氏硬度不小于 187HB， 45 钢的机械性能：s335Mpa，b600Mpa，40，Ak47J。45 钢相对切削性硬质合 金刀具 1.0，高速钢刀具 1.0，45 钢经济合理对加工刀具的要求也合理，45 钢用途广泛，主要 是用来制造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。根据以上数据适合该 轴的加工。 根据对零件的分析该工件应选用 45 钢。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 37 页 4. 确定零件定位基准和装夹方案确定零件定位基准和装夹方案 在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基 准选择的好坏， 不仅影响零件加工的位置精度， 而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。 本节先建立一些有关基准和定位的概念，然后再着重讨论定位基准选择的原则。 4.1 基准选择原则 4.1.1 粗基准选择原则 （1）为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。 （2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。 （3）粗基准应避免重复使用。 （4）选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。 4.1.2 精基准选择原则 （1）基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准； （2）基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。 4.1.3 定位基准 综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三爪卡盘装夹和右端 的顶尖来定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯60mm 的棒料的轴线和右端面的中心 孔作为定位基准。 4.2 装夹方案 为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面，在机械加工前，必须使工件在 机床上相对于刀具占据正确的位置。通常把这个过程称为工件的“定位” 。工件定位后，由于 在加工中受到切削力、重力等的作用，还应采用一定的机构将工件“夹紧” ，使其确定的位置 保持不变。工件从“定位”到“夹紧”的整个过程，统称为“安装” 。 数控机床与普通机床一样需要选择定位基准和夹紧方案。力求设计、工艺与编程计算的 基准统一，减少装夹次数。使零件尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采 用占机人工调整式加工方案。以充分发挥数控机床的效能。装夹应尽可能一次装夹加工出全部 或最多的加工表面。 1. 轴类零件安装方式 轴类零件的安装方式主要有以下四种： 1）用外圆表面定位装夹 对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传 递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如液 性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。 2）一夹一顶定位装夹 对于工件长度伸出较长，重量较重，端部刚性较差的工件，可采用一夹一顶装夹进行 加工。利用三爪或四爪卡盘夹住工件一端，另一端用后顶尖顶住，形成一夹一顶装夹结构。 3）两顶尖定位装夹 用于加工较长或必需经多道工序加工才能完成的轴类工件。用两顶尖装夹工件，是以 轴类零件的中心线作为定位基准， 可多次重复使用， 装夹方便， 不需要校正。 且定价精度很高， 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 14 页 共 37 页 但必须先在工件的两端加工出合适的中心孔。主要用于精度要求高的轴类工件精车阶段。两顶 尖装夹轴类零件时顶尖分为前顶尖和后顶尖。使用两顶尖装夹一般都会用到定心夹头。 4）用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时 常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴。 由零件图可分析,应先装夹毛坯的一端，钻好中心孔。然后选择一夹一顶的方式，轴心 线为工艺基准，确定坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。左端采用三爪卡盘定心 夹紧、右端采用活动顶尖支撑的装夹方式，一次装夹完成粗精加工（注意：切断是应该调小切 削速度和减小被吃刀量）。装夹图如下： 图 1.3.1该零件的装夹图 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 15 页 共 37 页 5. 拟定加工工艺方案拟定加工工艺方案 在仔细分析研究了零件图纸和初步考虑零件的定位基准后， 便可以进一步拟定零件的机械 加工工艺路线。它主要包括确定各个表面的加工方法，确定如何划分加工阶段，确定工序集中 和分散程度，确定各个表面的加工顺序和装夹方式，以及详细拟定工序的具体内容等。 5.1 加工方法的选择 加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下， 兼顾生产效率 和加工成本。在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面 考虑。 因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，经过对零件图尺寸分析，零件的加工内 容较麻烦。 在普通车床是难以保证其尺寸精度、 表面粗糙度， 所以应该选择在数控车床上加工。 5.2 加工方案的确定 表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。 对于该零件，由于零件精度要求不高，需要对该零件使用粗加工和精加工进行加工就可保 证其使用性能。适合夹持零件的左端，右端面加一个活动顶尖定位。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 16 页 共 37 页 6.工序与工歩的划分工序与工歩的划分 6.1 按工序划分 工序划分有三种方法按零件的装夹定位方式划分按粗、 精加工划分工序按所 用的刀具划分工序。 对于该零件，只需要一次装夹即可完成零件的加工，故按零件的装夹定位方式划分是不可 取的；如果按所用的刀具划分工序刀具有五把，虽然不多，但是在加工中至少要重复使用三把 刀，而同一把刀的两次粗、精加工加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零 件的粗、精加工划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证加工的尺寸精度，粗精加工各 一道工序。 该零件只需两道工序即可完成所有的加工表面， 且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。 6.2 工歩的划分 因为加工的表面内容较多， 粗精加工的背吃刀量在加工 R55 圆弧时需要与其他加工段不一 致，被吃刀量对工件的影响较大，但是选择不同的被吃刀量，不易划分工步；综合考虑，这里 选用加工不同的表面来划分工序比较容易。需要在加工时控制加工不同表面的速度。 综上零件的工步划分为： （1） 粗加工工序 圆柱45125mm圆柱2425mm及C1的倒角锥面圆弧R55mm圆柱 408.5mm槽 42mm圆弧 R44mm圆弧 R20mm圆柱5015mm 及 3 45的倒角。 （2） 精加工工序 圆柱2425mm锥面圆弧 R55mm圆柱408.5mm圆弧 R44mm 圆弧 R20mm圆柱5015mm 及 345的倒角外螺纹 M241.5mm。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 17 页 共 37 页 7 确定加工顺序及进给路线确定加工顺序及进给路线 7.1 零件加工必须遵守的安排原则 （1）基面先行（本零件适合选择基准孔） 先加工基准孔为后面的加工提供精基准， 所以我应先在右端面钻一个中心孔作为基准 孔。 （2）先主后次 由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右到左依次加工45125mm，24 25mm，R55 等。 （3）先粗后精 先车削去大部分的金属余量，再进行成形切削保证零件的尺寸要求和质量要求。 （4）先面后孔 7.2 进给路线 在数控加工中，刀具对刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确 定原则主要有以下几点： （1）保证被加工零件的精度和表面粗糙度，效率最高； （2）使数值计算简单，以减少编程工作量； 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 18 页 共 37 页 8. 机床选择机床选择 数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序 的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车 床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要 求，能够加工出合格的零件。其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。选择加工机床一 般要考虑到机床的结构、载重、功率、行程和精度，还应依据加工零件的材料状态、技术状态 要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床。 选择数控机床时，还应考虑以下几个方面： 1. 数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。即小的工件应当选择小规格的 机床加工，而大的工件则选择大规格的机床加工，做到设备的合理使用。 2. 机床结构取决于机床规格尺寸、加工工件的重量等因素的影响。 3. 机床的工作精度与工序要求的加工精度相适应。根据零件的加工精度要求选择机床， 如精度要求低的粗加工工序，应选择精度低的机床，精度要求高的精加工工序，应选择精度高 的机床。 4. 机床的功率与刚度以及机动范围应与工序的性质和合适的切削用量相适应。如粗加工 工序去除的毛坯余量大，切削余量选得大，就要求机床有大的功率和较好的刚度。 5. 装夹方便、夹具结构简单也是选择数控设备需要考虑的一个因素。选择采用卧式数控 机床还是立式数控机床，将直接影响所选择的夹具结构和加工坐标系，直接关系到数控编程的 难易程度和数控加工的可靠性。 应当注意的是， 在选择数控机床时应充分利用数控设备的功能， 根据需要进行合理的开发， 以扩大数控机床的功能，满足产品的需要。然后，根据所选择的数控机床进一步优化数控加工 方案和工艺路线，根据需要适当调整工序的内容。利用现有资源。我选择在本校的数控机床 DL-CKA6140 加工该零件。数控机床 DL-CKA6140 实物图如下。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 19 页 共 37 页 9.9. 刀具及量具的选择刀具及量具的选择 9.1 刀具选择 刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影 响加工质量。编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传 统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用 度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀 具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。接合零件轮廓相对还是较复杂，所以具体选 刀如下： （1）平端面可选用 93WC-Co 的硬质合金外圆车刀，粗车、精车及在这里我选择一把硬 质合金右端面外圆车刀，为防止在进行圆弧切削时刀具的副后刀面与工件轮廓表面发生干涉 （可用作图法检验），副偏角应选择 Kr大一点的，取 Kr=40右端面外圆车刀的材料选择 及 Kr值这里分别参照金属切削与刀具实用技术一书表 1-1，表 1-17。 （2）切槽时由于零件中槽宽 4mm 等，一般都选刀宽 4mm,刀杆 2525mm 材料为高速钢 W18CrV4R 的切断刀，切槽时选用 4mm 刀宽即可。切槽刀的选择及型号这里分别参照金属切 削与刀具实用技术一书表 1-3，表 2-2。 （3）切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度这里选用 W18CrV4R 高速钢 60外螺纹车刀，为 了保证螺纹牙深，刀尖应小于轮廓最小圆弧半径 R，R=0.150.2mm。刀具选材料参照金 属切削与刀具实用技术一书表 1-3 即可。 刀具选择还要遵循以下原则： 1. 应尽可能选择通用的标准刀具，不用或少用特殊的非标准刀具。 2. 尽量使用不重磨刀片，少用焊接式刀片。 3. 大力推广标准的模块化刀架。 4. 不断推进可调式刀具的开发和应用。 所以对于本零件的加工，选择 93硬质合金外圆车刀，90硬质合金外圆车刀（Kr=40），高速钢切槽刀，60 高速钢外螺纹车刀以及5 中心钻头。 9.2 量具选择 量具的选择直接关系到获得工件的合格性，所以在加工零件中量具是不可缺少的。本设计 中选择的量具有游标卡尺、外径千分尺、内径千分尺、螺纹千分尺、螺纹环规、粗糙度仪。 9.3 切削液的选择 合理选用冷却润滑液， 可以有效地减小切削过程中的摩擦， 改善散热条件， 而降低切削力， 切削温度和刀具磨损，提高刀具耐用度，切削效率和已加工表面质量及降低产品的加工成本。 随着科学技术和机械加工工业的不断发展， 特别足大量的难切削材料的应用和对产品零件加工 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 20 页 共 37 页 质量要求越来越高，这就给切削加工带来了难题。为了使这些难题获得解决，除合理选择别的 切削条件外，合理选择切削液也尤为重要。 1. 切削液的作用 1）冷却作用 它可以降低切削温度， 提高刀具耐用度和减小工件热变形， 保证加工质量。 一般的情况下， 可降低切削温度 50150。 2）润滑作用 可以减小切屑与前刀面，工件与刀具后刀面的摩擦，以降低切削力，切削热和限制积屑瘤 和鳞刺的产生。一般的切削油在 200左右就失去润滑能力。如加入极压添加剂，就可以在高 温(6001000)、高压(14701960MPa)条件下起润滑作用。这种润滑叫做极压润滑。 3）清洗作用 可以将粘附在工件，刀具和机床上的切屑粉末，在一定压力的切削液作用下冲洗干净。 4）防锈作用 防止机床、工件、刀具受周围介质(水分、空气、手汗)的腐蚀。 2. 切削液的分类 1）水溶液 其主要成分是水。由于水的导热系数是油的导热系数三倍，所以它的冷却性能好。在其中 加入一定量的防锈和汕性添加剂，还能起到一定的防锈和润滑作用。 2）乳化液 乳化液是将乳化油用 95%98%的水稀释而成，呈乳白色或半透明状的液体，具有良好的 冷却作用。但润滑、防锈的性能差。常加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成 极压乳化液和防锈乳化液。 3）切削油 切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面形成 坚固的润滑膜，润滑效果较差。实际使用中，常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂， 以提高其润滑和防锈作用。 3. 选择原则 1）根据工件材料选择 铸铁、青铜在切削时，一般不用切削液；精加工时，用煤油；切削铝时，用煤油；切削有 色金属时，不宜用含硫的切削液；切削镁合金时，用矿物油；切削一般钢时，采用乳化液；切 削难切削材料时，应采用极压切削液。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 21 页 共 37 页 2）根据工艺要求和切削特点选择 粗加工时，应选冷却效果好的切削液；精加工时，应选润滑效果好的切削液；加工孔时， 应选用浓度大的乳化液或极压切削液； 深孔加工时， 应选用含有极压添加剂浓度较低的切削液； 磨削时，应选用清洗作用好的切削液。 所以根据以上情况在此加工过程中所使用的切削液有：乳化液。乳化液浓度低主要起冷却 作用，用于粗加工和磨削加工，高浓度的乳化液主要润滑作用，用于精加工。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 22 页 共 37 页 10.10. 切削用量的选择切削用量的选择 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。并以指令的形式写入程序中。切削 用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。选择切削用 量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切 削效率最高，加工成本最低。切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数，包括切 削速度、进给量和被吃刀量。切削用量是指机床在切削加工时的状态参数。不同类型的机床对 切削用量参数的表述也略有不同，但其基本的含义都是一致的，如下图所示。 车削加工中切削用量示意图 10.1 切削用量选择原则 1. 粗加工时切削用量的选择原则 粗车时， 应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选择切削用量时应首先选取 尽可能大的背吃刀量，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量，最后根 据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度。增大背吃刀量可使走刀次数减少，增大进给量有利 于断屑。 由于这个零件在加工 R55 圆弧时零件轴仅为20，故应该选择适合加工的进给量。在其他 段可以选择比较大的进给量。 2. 精加工时切削用量的选择原则 精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且需要较均匀。选择精车的切 削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选 用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以 尽可能提高切削速度。 10.2 背吃刀量 粗加工（Ra1080m）时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量，也可 分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀 量可达 810mm； 半精加工 （Ra1.2510m） 的背吃刀量取 0.52mm； 精加工 （Ra0.321.25） 的背吃刀量取 0.10.4mm。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 23 页 共 37 页 背吃刀量表示己加工表面和待加工表面之间的垂直距离。对于车床而言，背吃刀量的计算 公式为： 2 mw p dd a 式中： w d 待加工表面直经 (mm) m d 己加工表面直经 (mm) 所以根据以上可得： 车外圆粗车=2mm（在加工 R55 圆弧选择 1mm，其他段可选择 2mm） 精车=0.2mm 10.3 切削速度 切削刃上的切削点相对于工件运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为（m/min） 米/ 分。在各种金属切削机床中，大多数切削加工的主运动都是机床主轴的运动形成，即都是 回转运动。切削速度与机床主轴转速之间进行转换的关系为： 1000 dn v c 式中： c v 切削速度 (m/min) d工件直径 (mm) n主轴转速 (r/min) 所以根据以上以及数控技工工艺中表 5-3 可得： 粗车切削速度=90 m/min，精车=150 m/min。 10.4 进给量 不同种类的机床，进给量的单位是不同的。对于普通车床，进给量为工件（主轴）每转过 一转，刀具沿进给方向上相对于工件的移动量，单位为 mm/r ；对于数控车床，由于其控制原 理与普通车床不同，进给量还可以用进给速度（单位为 mm/min）来表达，即：刀具在单位 时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量。其它类型的机床则根据其结构不同，进给量的单 位表达还可以为刀具或工件每转的位移量( mm/r ，使用多齿刀具的机床)。在车削加工时，进 给速度 是指切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度。它与进给量之间的关系为： 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 24 页 共 37 页 fnv f 式中的进给量，粗车时一般取为 0.30.8mmr，精车时常取 0.10.3mmr，切断时常 取 0.050.2mmr。 所以根据数控技工工艺中表 5-1 可得： 粗车外圆及端面时=0.2mmr,精车时=0.1 mmr。 10.5 主轴转速 1. 车外圆时主轴转速 只车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，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。切削速度确定后，用公式 d 1000 n vc 计算主轴转速 n(r min)。 所以粗车主轴转速 n=800rmin，精车 n=1000rmin。 2. 车螺纹时主轴转速 在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距 P 大小、驱动电机的升降频的特性，以 及螺纹插补运算速度等多种因素影响， 故对于不同的数控系统， 推荐不同的主轴转速选择范围。 大多数经济型数控车床车螺纹时的主轴转速记为: k- 1200 n P 式中：P被加工螺纹螺距，mm。 K保险系数，一般取为 80。 计算得，车螺纹时主轴转速 n=500rmin。但是在实际加工螺纹时转速过高，所以粗车螺 纹时 n=320rmin，精车时可提高转速到 n=380rmin。 10.6 螺纹加工余量计算 M241.5 的螺纹 据机械制图中附录四中附表“普通螺纹公称直径、螺距和基本尺寸”可知： 螺纹小径=22,376mm 据 公差配合与技术测量 表和可得螺纹的上偏差 es=-0.026mm， 下偏差为 ei=-0.0206mm。 由于在车床上只能读出小数点后三位，所以取值 23.864。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 25 页 共 37 页 所以根据上面可得切削次数为 4 次，背吃刀量分别为 0.8、0.6、0.4、0.16. 综上所述，零件的数控车削工艺分析的内容，并将其填入附录2 所示的数控工艺卡上。 工艺卡片上其主要内容有：工步分析、工步内容、各工步所用的主轴转速、刀具及进给速度。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 26 页 共 37 页 11. 加工程序单加工程序单 11.1 编程误差及其控制 11.1.1 编程误差 编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误差、插补误差、尺 寸圆整误差， 直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及 未知交点坐标值。我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。 11.1.2 误差控制 为了尽可能的减少笔算误差， 我们采取在 AutoCAD 上按其尺寸精度绘出零件图， 再利用 “工 具” “查询” “点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到 0.001 级，这样能有效 地将误差控制在（0.10.2）倍的零件公差值内。 11.3 程序编制及模拟运行 11.3.1 程序编制(见附表) 11.3.2 模拟运行 数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细 观察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误处进行修改，修 改后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可 进行自动加工。注：这个环节是必不可少的，否则会发生打刀等损坏机床其它部件的情况，直 接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 27 页 共 37 页 设设 计计 小小 结结 在开始做毕业设计前，我认真阅读了毕业设计指导书，对零件图进行仔细的分析， 从而在设计前有一个清晰的思路，也为我的设计打下了基础，使我的开题报告能顺利的 完成。开题报告完成后，接着开始进行正文的撰写，设计也就正式开始了，首先我们对 零件进行了工艺分析，如毛坯尺寸大小的确定和材料的确定，选择合适的加工方案法， 拟定加工方案，选择合适的夹具、刀具与切削用量的确定等。在工艺分析上，让我们巩 固了在大一大二时学的机械制造、机械制图、机械设计、公差与配合、金属工艺 CAD 绘图等专业课程， 是我更好把各专业课相结合起来去完成毕业设计。 随着毕业设计做完， 也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁 忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学专业的书籍。经过这段时间 我真正体会了很多，也感到了很多。 在两年的大学生活里，我觉得大多数人对本专业的认识还是不够,在大二期末学院 曾为我们组织了三个星期的实习，为了更深入的理解并掌握大学的专业知识，加强专业 技能。我选择的毕学的知识进行初步系统回顾之后，大脑形成一初步的印象。各专业课 之间相关联的知识也能很好的理解。 在这次毕业设计中， 给我最大的体会就是熟练的操作技能来源我们平时对专业知识 的掌握程度。比如，我们想加快编程速度，除了对各编程指令的熟练掌握外，还得需要 你必须掌握零件的工艺方面