毕业设计（论文）-典型轴类零件的加工与编程.doc

XX 学院学院 毕毕 业业 设设 计计 XXX 题目 典型轴类零件的加工与编程 系别 专业 班 级 姓名 学号 指导教师 日期 XX 学院毕业设计 I 设计任务书 设计题目：设计题目： 典型轴类零件的加工与编程典型轴类零件的加工与编程 设计要求：设计要求： 数控加工编程是一项综合性很强的过程。在加工的过程中，要考虑每一个细节， 不可有任何的大意。在加工编程前，要选择好零件毛坯材料。其次要分析好零件图， 进行工艺分析，包括刀具选择、切削用量选择以及确定坐标系和加工路线等工艺。 最后，编程是不可忽视的。一定要在加工零件之前，通过仿真，检查程序的正确性， 否则，如果有出现编程错误的程序段，将出现一些加工故障，一定要验证程序的正 确性。 设计进度要求：设计进度要求： 第一周：收集并查阅资料，确定设计题目。 第二周：写任务书并列出大纲。 第三周：对所列大纲进行材料的整理。 第四周：轴的数控编程与加工。 第五周：做电子稿并进行论文排版、编辑。 第六周：让老师查阅电子稿并做修改。 第七周: 打印论文。 第八周: 毕业答辩。 指导教师（签名）：指导教师（签名）： XX 学院毕业设计 II 摘 要 本次设计是进行一个直径是 80MM 长 120MM 的圆柱台阶轴的加工，这个轴上有圆 弧、工艺退刀槽、螺纹退刀槽、螺纹及球面构成，材料为 45 号钢。首先，利用 AutoCAD 画出零件图。其次设计编制轴类零件的数控加工工艺规程，并编制相应的 数控加工程序；对此轴的加工采用数控车床 CK6140 进行加工：先用车床进行粗加工， 把轴的端面车好，留下一定的余量，采用数控加工的方式加工螺纹，圆弧及工艺槽， 然后切断工件。用 CK6140 数控车床进行精加工保证端面的平行度偏差不超 0.1，让 各部位尺寸都达到标准。最后，利用三维绘图软件 SolidWorks 通过旋转凸台、旋转 切除生成轴的三维模型。 关键词：轴的加工，AutoCAD，加工工艺规程，数控加工，SolidWorks XX 学院毕业设计 III 目目 录录 设计任务书 .I 摘 要 .II 目 录 .III 1 前言.1 2 数控机床 .2 2.1 数控机床的产生与发展.2 2.2 数控机床的特点.3 2.3 机床坐标轴 .4 3 数控加工工艺 .7 3.1 数控加工工艺的主要内容.7 3.2 数控加工工艺的特点.7 3.4 数控加工工艺设计.9 4 轴的加工工艺与编程 .12 4.1 刀具的选择.12 4.2 切削用量的选择 .13 4.3 轴类零件加工的定位基准.15 4.4 夹具的选择.15 4.5 零件的安装.15 5 零件图及图样分析 .17 6 零件加工工艺设计 .18 6.1 工艺分析 .18 6.2 基准选择.18 7 零件的加工工序及编程 .19 7.1 数控加工工序.19 7.2 数控加工程序及备注.19 8 轴的三维造型.23 致 谢 .24 参考文献 .25 XX 学院毕业设计 1 1 前言 轴，支承转动零件并与之一起回转以传递运动的机械零件。一般为金属圆杆状， 各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。根据轴线形状的不 同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：转轴、心轴和传 动轴。转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器 中的轴等。心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如 铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。传动轴，主要用来传递 扭矩而不承受弯矩。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动 稳定性。 轴的设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由 轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小 及分布情况决定的。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案 进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： 1、节约材 料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2、易 于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3、采用各种减少应力集中 和提高强度的结构措施； 4、便于加工制造和保证精度。 本毕业设计课题为轴的数控加工，借助 AutoCAD 软件，先绘制图形，然后编制 制造工艺，通过车床进行加工，从而实现零件的图纸制造，具有相当大的实用价值 和发展空间。 AutoCAD 是由美国 Autodesk 公司于二十世纪八十年代初为计算机应用 CAD 技术 而开发的绘图程序软件包，它易于使用、适应性强，并且同传统的手工绘图相比， 用 AutoCAD 绘图速度更快、精度更高、而且便于个性，它已经在航空航天、造船、 建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用。而 AutoCAD2004 版本以它能在 windows 平台下更方便的更快捷的进行绘图和设计工作。 XX 学院毕业设计 2 2 数控机床 2.12.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 随着科学技术的发展，数控车床产品日趋复杂化和精密化。更新换代也越来越 频繁。个性化的需求使得生产类型由大批、大量向多品种、小批里生产转换，这样 相应地对数控车床产品加工的精度、效率、柔性及自动化等提出了越来越高的要求。 但是，在产品加工中，大批量生产的零件并不多，据统计，单件与小批量生产 的零件约占机械加工总量的百分之八十以上。对这些多品种且加工批量小、零件形 状复杂、精度要求高的零件加工，采用专业程度很高的自动机床和自动生产线就显 得很不适合。在市场经济的大潮中，产品的竞争日趋激烈，为在竞争中求得生存与 发展，各企业纷纷在提高产品技术档次、增加产品种类、缩短试制与生产周期和提 高产品质量上下功夫，即使是批量较大的产品，也不大可能是多年一成不变，必须 经常开发新产品，频繁地更新换代。传统的自动化生产线难以适应小批量、多品种 生产要求。 为了解决上述问题，满足多品种、小批量、复杂、高精度零件的自动化生产要 求，迫切需要一种通用、灵活、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。以计算 机技术为依托，1952 年美国帕森斯（Parsons）公司和麻省理工学院（MIT ）合作， 研制成功了世界上第一台以数字计算机为基础的数字控制三坐标直线插补铣床，从 而使得机械制造业进人了一个崭新时代。第一台数控机床问世以来，随着微电子技 术、白动控制技术和精密测量技术的发展，数控技术也得到了迅速发展先后经历 了电子份（1952 年） 、晶体管（1959 年） 、小规模集成电路( 1965 年） 、大规模集 成电路及小型计算机（1970 年）和微处理机或微型计算机（l974 年）等五代数控 系统。自第一台数控机床的诞生的半个多世纪以来，伴随着数控元器件的发展和计 算机技术的不断进步，数控机床总共经历了六代的发展。 1952 年，美国麻省理工学院研制出的三坐标联动、利用脉冲乘法器原理的试验 性数字控制系统是数控机床最早的一代产品。 1959 年，电子行业研制出晶体管元器件，因而数控系统中广泛采用晶体管和印 XX 学院毕业设计 3 制电路板技术，成为晶体管数控机床，跨入了数控机床的第二代。 1960 年，小规模集成电路出现，由于其体积小、功耗低，使数控系统的可靠性 进一步增强，所以被广泛的应用到数控机床上，这一代的数控机床被称为集成电路 数控机床。 在以上三代数控机床时期，早期计算机的运算速度比较低，这对当时的科学计 算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求，所以人们采用数字逻 辑电路制成一台机床专用计算机作为数控系统，这被称为硬件连接数控（Numerical Control, NC）。 随着计算机技术的发展，小型计算机开始取代专用控制的硬件逻辑数控系统， 数控的许多功能靠软件程序实现。1970 年，通用小型机算计业已出现并成批生产， 其运算速度有了大幅度的提高，这比逻辑电路专用计算机成本低、可靠性高。于是 它被移植过来作为数控系统的核心部件，数控机床从此进入了第四代小型计算 机数控（Computer Numerical Control, CNC）阶段。 1971 年，美国英特尔公司开发和使用了微处理器，又称中央处理单元。1974 年， 美国、日本等国家研制出以微处理器为数控系统核心的数控机床。因为微处理器是 通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。20 多年来，微处理器数控系统的数 控机床得到了飞速发展和广泛应用，这就是第五代数字控制系统。 到了 1990 年，个人计算机（PC 机）的性能已经发展到较成熟的阶段，可满足 作为数控系统核心部件的要求，而且 PC 机生产批量很大，价格便宜，可靠性高，数 控系统从此进入了基于 PC 的阶段，这也是第六代数控系统。 随着对机械产品性能要求日益提高和适用范围的扩大以及新材料和新工艺的出 现，对数控机床也提出了更高的要求。现代数控机床将综合应用信息技术、人工智 能、控制理论等领域的最新技术成就，新一代数控系统技术水平会大大提高，数控 机床的发展也将日新月异。 2.22.2 数控机床的特点数控机床的特点 数控机床是由普通机床发展演变而来的，与普通机床相比，数控机床具有以下 特点。 1 适应性强 XX 学院毕业设计 4 适应性数控机床对生产对象变化的适应能力。由于市场对产品的需求逐渐于多 样化，实现单件、小批量产品的生产自动化成为制造业的当务之急。当产品改变时， 对数控机床来说，仅仅需要改变数控机床的输入程序就能适应新产品的生产需要， ， 而不需要改变机械部分和控制部分的硬件，而且生产过程是自动完成的。因此用数 控机床生产准备期短、灵活性强，为多品种小批量生产和新产品的研制提高了方便 条件。 2 精度高 数控机床是按照预定程序自动工作的，工作过程中一般不需要人工干预，这就 消除了操作者人为因素产生的误差。在设计制造设备时，通常采用许多措施，使数 控机床达到较高的精度。数控装置的脉冲当量目前可达 0.010.0001mm，同时还可 以通过实时监测误差修正或补偿来获得更高的精度。 3 效率高 由于数控机床可采用较大的切削量，有效地减少了加工中的切削工时；数控机 床还具有自动换速、自动换刀和其他辅助此操作自动化等功能，并且无需工序间的 检测与测量，使辅助时间大为缩短对于多功能的加工中心，在一次装夹后几乎可以 完成零件的全部加工，这样不仅可减少装夹误差，还可减少半成品的周转时间。因 此，与普通机床相比，数控机床生产效率要高出许多倍。对于复杂型面的加工，生 产效率可提高几倍，甚至几十倍。 4 减轻劳动强度、改善劳动条件 利用数控机床进行加工，只要按图纸要求编制零件的加工程序单，然后输入并 调试程序，安装配件进行加工，监督加工过程并装卸零件。 5 有利于生产管理的现代化 用数控机床加工零件，能准确地计算产品生产的工时，并有效地简化检验、夹 具和半成品的管理工作；采用数控信息的标准代码输入，这样便于与计算机连接， 构成计算机控制和管理的生产系统，实现制造和生产管理的现代化。 2.32.3 机床坐标轴机床坐标轴 为简化编程和保证程序的通用性，对数控机床的坐标轴和方向命名制订了统一 的标准，规定直线进给坐标轴用 X,Y,Z 表示，常称基本坐标轴。X,Y,Z 坐标轴的相 互关系用右手定则决定，如图 2.1 所示，图中大拇指的指向为 X 轴的正方向，食指 XX 学院毕业设计 5 指向为 Y 轴的正方向，中指指向为 Z 轴的正方向。 图 2.3 机床坐标轴 围绕 X，Y，Z 轴旋转的圆周进给坐标轴分别用 A，B，C 表示，根据右手螺旋定 则，如图所示，以大拇指指向+X，+Y，+Z 方向，则食指、中指等的指向是圆周进给 运动的+A，+B，+C 方向。 数控机床的进给运动，有的由主轴带动刀具运动来实现，有的由工作台带着工 件运动来实现。上述坐标轴正方向，是假定工件不动，刀具相对于工件做进给运动 的关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反，即有： +X=X，+Y=Y， +Z=Z， +A=A，+B=B， +C=C 同样两者运动的负方向也彼此相反。 机床坐标轴的方向取决于机床的类型和各组成部分的布局，对车床而言： Z 轴与主轴轴线重合，沿着 Z 轴正方向移动将增大零件和刀具间的距离； X 轴垂直于 Z 轴，平行于横向拖板的方向，以轴心线为界，刀架沿着 X 轴正方向移动将增大零件和刀具间的距离； XX 学院毕业设计 6 Y 轴与 X 轴和 Z 轴一起构成循环右手定则的坐标系统。 图 2.3 车床坐标轴及其方向 注意：上述针对数控车床进行说明，其为 X、Z 两轴联动。 XX 学院毕业设计 7 3 数控加工工艺 数控加工工艺，就是使用数控机床加工零件的一种工艺方法。 数控机床加工中，不论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对加工零件进 行工艺分析，并把加工零件的全部工艺过程、工艺参数、刀具参数和切削用量及位 移参数等编制成程序，以数字信息的形式存储在数控系统的存储器内，以此来控制 数控机床进行加工。所以数控加工工艺分析是一项十分重要的工作。 3.13.1 数控加工工艺的主要内容数控加工工艺的主要内容 数控机床加工与普通机床加工在方法和内容上有相似之处，也有许多不同。其 主要区别在于控制方式上。以切削加工为例，用普通机床加工零件时，其工步的安 排、机床运动的先后次序、位移量、走刀路线和切削参数的选择等，由操作者手工 操作进行控制。用数控机床加工，情况就完全不同了。在用数控加工零件之前，首 先要把工序划分的顺序、走刀路线、位移量 和切削参数等，用一定的编程语言编制 成数控加工程序，然后将程序输入数控系统，控制伺服机构驱动机床运动，加工出 要求的零件。 一般数控加工工艺主要包括以下几方面的内容： 1分析零件图样，选择并确定数控加工内容。 2结合零件加工表面的特点和数控设备的功能，对零件进行工艺分析。 3.刀具、夹具的选择和调整。 4.确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。 5.根据编程的需要，对零件图形进行数学处理。 6.编写和调整数控加工程序。 7.首件试加工并修改数控机床上的部分工艺指令 3.23.2 数控加工工艺的特点数控加工工艺的特点 数控加工与传统加工在许多方面遵循的原则基本上是一致的。但数控加工自动 化程度高、控制功能强、设备费用高，因此也就相应形成了数控加工工艺的自身特 点。 XX 学院毕业设计 8 3.2.13.2.1 数控加工的工艺内容十分具体数控加工的工艺内容十分具体 在传统通用机床上进行单件小批加工时，一些具体的工艺问题，如工序中各工 步的划分安排，刀具的形状、材料、走刀路线，切削用量等很大程度上都是由操作 工人根据自己的经验习惯自行考虑确定的，一般无需工艺人员在设计工艺规程时进 行过多的规定。而在数控加工时，上述这些具体的工艺问题，不仅成为数控工艺设 计时必须考虑的内容，而且还必须作出正确的选择并编入加工程序中。也就是说， 在传统加工中由操作工人在加工中灵活掌握，并可适时地调整许多具体工艺问题和 细节，在数控加工时就转变成编程人员必须事先设计和安排的内容。 3.2.23.2.2 数控加工的工艺工作十分严密数控加工的工艺工作十分严密 在传统通用机床加工时，操作者可根据加工中出现的问题，适时灵活地进行人 为调整，以适应实际加工情况。数控加工是按事先编制好的程序自动进行的，在不 具备完善的诊断与自适应功能等的情况下，一旦出现故障或事故将可能导致其进一 步扩大化。因此，自动化加工必须周密考虑每个细微环节，避免故障或事故的产生。 例如钻小孔或小孔攻丝等容易出现断钻或断丝锥情况，工艺上应采取严密周到的措 施，尽可能避免出现差错。又如零件图形数学处理的结果将用于编程，其正确性将 直接影响最终的加工结果。工序相对集中数控机床通常载有刀库（加工中心）或动 力刀架（车削中心）等，并具有立卧主轴或主轴能实现立卧转换，可以完成自动换 刀从而实现工序复合，即在一台机床上可完成不同加工面的铣、扩、铰、镗、攻丝 等，实现工序的高度集中。数控加工工艺性分析设计面很广，在此仅从数控加工的 可能性和方便性两方面进行考虑。 3.3.13.3.1 零件尺寸标注是否合编程方便原则零件尺寸标注是否合编程方便原则 （1）零件图尺寸标注应适应数控加工的特点 在数控加工的零件图上，最好以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种 方法既便于编程，也便于尺寸间的相互协调，在保持设计基准，工艺基准，测量基 准与编程原点设置一致性方面带来很大的方便。由于零件设计人员在标注尺寸时， 一般较多从零件的功能作用及装配关系方面考虑，实际图纸上往往会出现局部分散 的尺寸标注形式，这就会给数控编程加工带来许多不便。通常将局部分散的标注尺 寸换算成同一基准集中引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注方法。 XX 学院毕业设计 9 （2）构成轮廓的几何元素的条件应充分而不矛盾 在手工编程中，要计算每个节点的坐标；在自动编程中，要对构成零件轮廓的 所有几何元素进行定义。因此，在编程时必须充分掌握零件轮廓的几何要素间的相 互关系，分析所给条件是否充分。如圆弧与直线、圆弧与圆弧间的连接是否相切必 须明确而不能含糊或自相矛盾等。由于设计人员在设计过程中考虑不周等原因，难 免会出现参数不全或不明及自相矛盾的情况。此时应与设计人员沟通协商解决。 3.3.23.3.2 零件各加工部位的结构工艺性是否符合数控加工的特点零件各加工部位的结构工艺性是否符合数控加工的特点 （1）零件的内腔与外形在满足使用要求的前提下，最好采用统一的几何类型和 尺寸，从而可以减少刀具规格和换刀次数、简化编程、提高加工效率。 （2）内槽圆角的大小决定了加工刀具的最大直径，因而内槽圆角半径不能过小。 （3）零件底平面铣削时，槽底圆角半径不应过大。因为槽底圆角半径不应过大， 将致使铣刀圆角过大，而铣刀端刃铣削平面的宽度就越小，加工表面的能力就越差， 工艺性越差。 （4）采用统一的基准定位。在加工中，若没有统一的定位基准，无法保证加工 后各表面相对位置的准确性。工件重新安装时，会因基准不重合而导致加工后不同 表面上轮廓位置及尺寸的不协调。通常要求零件上最好有合适的孔作为定位基准。 若没有设置工艺孔。如选择零件上的某次要孔作为工艺孔，将其加工精度提高后作 为定位孔。必要时，可在零件上增加工艺凸耳，并在其上作出工艺孔作为后续加工 的定位基准，加工完成后视实际情况考虑是否将其切除。 此外，通常还要分析零件所要求的加工精度，包括尺寸公差、形位公差、表面 粗糙度等是否合适并能否得到保证，有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封 闭尺寸等。 3.43.4 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 3.4.13.4.1 工序的划分工序的划分 数控机床加工零件，工序一般相对比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分 或全部工序。首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完 XX 学院毕业设计 10 成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部 分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。一般工序划分有以下几种方 式。 （1）按零件装夹定位方式划分工序。由于每个零件结构形状不同，各表面的技 术要求也有所不同，故加工时其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定 位，加工内形时又以外形定位，因而可根据定位方式的不同来划分工序。 （2）按粗、精加工划分工序。根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分 工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗后精。此时，可用不同车 床或不同的刀具进行加工。对于刚性差的工件，便于穿插时效、校正工序或调整加 紧力。通常在一次装夹中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后再加工零件的其 他表面，而是应先切除整个零件各加工面的大部分余量。再将其表面精加工一遍， 以保证加工精度和表面粗糙度要求。 （3）按所用刀具划分工序。为了减少换刀次数、压缩空程时间、减少不必要的 定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把 刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。在专用数控机 床和加工中心中常采用这种方法。 3.4.23.4.2 工步的划分工步的划分 工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不 同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序， 在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则。 （1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗 后精加工分开进行。 （2）对于既有铣面又有镗孔的零件可先铣面后镗孔。按此方法划分工步，可以 提高孔的加工精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔，使 其有一段时间恢复，可减少有变形引起的对孔的精度的影响，并避免孔口产生毛刺。 （3）按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具 划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。 总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考 XX 学院毕业设计 11 虑。 3.4.33.4.3 加工顺序的安排加工顺序的安排 加工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，重点是保证定位夹紧时工件的刚性和有利于保证加工精度。加工顺序安排一 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。 （2）先进行外型加工工序，后进行内型加工工序。 （3）以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少 重复定位次数（有色金属零件尤其重要） ，换刀次数与挪动压紧元件次数。 （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较小的工序。 3.4.43.4.4 数控加工工序与普通工序的衔接数控加工工序与普通工序的衔接 数控加工的工艺路线设计常常仅是几道数控加工工艺过程，而不是反映毛坯到 成品的整个工艺过程。由于数控加工工序常常穿插于零件加工的整个工艺过程中间， 在工艺路线设计中应使之与整个工艺过程协调，因此必须建立相互状态要求，如留 多少加工余量、定位面与定位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要求等。目的是达到相互能满足加工需要，且质量目标及技术 要求明确，交接验收有依据。 数控加工工艺路线设计是下一步工序设计的基础，其设计的质量会直接影响零 件的加工质量与生产效率。设计工艺路线时应对零件图、毛坯图认真消化，结合数 控加工的特点灵活运用普通加工工艺的一般原则，尽量把数控加工工艺路线设计行 更合理一些。 XX 学院毕业设计 12 4 轴的加工工艺与编程 4.14.1 刀具的选择刀具的选择 （1）据刀具复杂程度，制造和磨刀成本来选择 复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些对于机夹可转位刀具，由于 换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一 般取 1530 分钟；对于装刀，换刀和调刀比较复杂的多元机床，组合机床与自动化 加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性；车间内某一工序的生产率 限制了整个车间车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序 单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也应选得低些；大件精加工时， 为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗 糙度来确定；与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅 需要刚性好，精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，段屑和排屑性能好，同时要 求安装调整方便，这样来满足数空机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常 采用适应高速切削的刀具材料，并使用可转位刀片。 （2）根据数控车削车刀的不同类型来选择 数控车削车刀常用的一般分为成型车刀，尖型车刀，圆弧形车刀三类成型车 刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定数控 车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀，非矩形车槽刀和螺纹刀等在数 控加工中，应尽量少用或不用成型车刀；尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车 刀这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如 90内外圆车刀，左右端面车 刀，切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀尖形车刀几何参数 （主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点 （如加工路线，加工干涉等）进行全面考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。 （3）根据粗精车选择车刀 粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量 ap，其次选择一个较大的进给 量 f，最后确定一个合适的切削进度 v 。增大背吃刀量 ap 可使走刀次数减少，增大 进给量 f 有利于断屑，因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减 XX 学院毕业设计 13 少刀具消耗，降低加工成本是有利的；精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高， 加工余量不大且均匀，因此选择较小（但不太小）的背吃刀量 ap和进给量 f ，并选 用切削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 v. 刀具选择的结果如下： 表 4.1 刀具的切削参数 4.24.2 切削用量的选择切削用量的选择 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等均有 显著影响。选择切削用量时，应在保证加工质量和刀具寿命的前提下，充分发挥机 床潜力和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。 在数控程序编制过程中，要在人机交互状态下确定切削用量。因此，编程人员 必须熟悉切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数 控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。 选择切削用量，可以有效的提高加工的效率和精度。影响切削条件的因素有： 机床、工具、刀具以及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度 和表面粗糙度；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数 量等。 加工步骤刀具切削参数主轴转速 刀具规格 序号加工内容 类型材料 n/r.min 1 进给速度 v/mm.min f 1 粗精加工外轮廓（T01）93外圆右偏刀 700200 2 精加工外轮廓（T02）93外圆左偏刀 630160 3 切螺纹退刀槽及工 艺槽 （T03）切槽刀 (T05) 工艺槽 50080 4 车 M24 螺纹（T04）60普通螺纹车 硬质合 金 500800 XX 学院毕业设计 14 合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑 经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削 效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经 验而定。 切削用量是指切削速度、切削宽度、主轴转速、进给速度和背吃刀量。切削用 量的各参数在编程时都要编入加工程序中，或者在加工前预先调好机床的转速。 （1）切削速度 v 增大 v 是提高生产率的一个重要措施，但 v 与刀具耐用度的 关系比较密切。随着 v 的增大，刀具耐用度急剧下降，故 v 的选择主要取决于刀具 强度。 （2）切削宽度 L 一般与刀具直径 d 成正比，与切削深度成反比。经济型数控 加工中，一般 L 的取值范围：（0.60.9）d。 （3）主轴转速 n(r/min) 主轴转速一般根据切削速度来选定，切削速度的快 慢直接影响到切削效率。若切削速度过小，则切削时间会加长，降低加工效率；若 切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但刀具容易产生高热，影响刀具的寿命和 加工质量。轴转速进行倍数调整。 （4）进给量 f 根据工件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件的材料 进行选择，最大进给量受到机床刚度和进给性能的制约，不同的机床系统，其最大 进给量也不同。当加工精度和表面粗糙度质量要求高时，能够控制数控机床的实际 进给速度，因此，在数控编程时，可以给定一个比较大的进给速度，而实际加工时 由倍率进给确定实际的进给速度。 （5）背吃刀量 背吃刀量由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统的刚度确 定。在机床刚度允许的情况下，切削深度应尽可能大，如果不受加工精度的限制， 可以使切削深度等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。为 了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床 的精加工余量可略小于普通机床。 此外，在安排粗、精车的切削用量时，应注意机床说明书给定的切削用量范围， 对于主轴采用交流变频调素的数控车床，由于主轴在低速时输出扭矩降低，应尤其 注 意此时切削用量的选择。推荐的切削用量数据见表。 XX 学院毕业设计 15 表 4.2 数控车削用量推荐表 工件材料加工内容背吃刀量切削速度进给量刀具材料 粗加工5-760-800.2-0.4 粗加工2-380-1200.2-0.4 精加工0.2-0.6120-1500.1-02 YT 类 钻中心孔500-800r/mm 钻孔3000.1-02 W18CrV 碳素钢（小于 600MPa） 切断（宽度5mm）70-1100.1-02YT 类 粗加工50-700.1-02 精加工70-1000.1-02 铸铁（硬度在 200HBS 以下） 切削（宽度 5mm）50-700.1-02 YG 类 4.34.3 轴类零件加工的定位基准轴类零件加工的定位基准 以工件的中心线定位在轴的加工中，零件各外圆表面的精度，端面对旋转轴线 的垂直度，是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心 线，若用两中心线定位，符合基准重合的原则。中心线不仅是车削时的定位基准， 也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则当采用两中心线定 位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。 4.44.4 夹具的选择夹具的选择 数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹 具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： （1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以 缩短生产准备时间。 （2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 （3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 （4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 本次设计采用普通的三爪自动定心卡盘，其工作效率高，使用方便、准确度高。 由图 4.4 所视。 XX 学院毕业设计 16 4.54.5 零件的安装零件的安装 数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案， 注意以下两点： （1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简 便性和精确性。 （2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 由于本次设计的零件属于短轴类零件，故采用三爪自定心卡盘装夹。其安装方便、 安装精度较高，图 4.4 所视。 图 4.4 XX 学院毕业设计 17 5 零件图及图样分析 图 5.1 零件图 如图 5.1 所示，根据图样零件的数据显示选择毛坯为：直径 85MM*170MM 的锻件 45 号钢棒料。此零件外型规则，被加工部分的各尺寸、形位、表面粗糙度值及凹凸 配合等要求较高。零件结构较为复杂，包含了圆弧，外轮廓，切槽以及三维曲面的 加工，且大部分的尺寸均达到 IT8-IT7 级精度。工件选用三爪自定心卡盘装夹，以 零件右端半圆球的端点做工件坐标系的原点（也是编程原点） 。 该零件形状复杂所以把零件分为一下几个步骤完成：先车基准（零件右端面） 车零件外圆 20车 24 及圆锥面车 65 台阶轴车 80 圆柱车倒角 1x45 车工艺槽 车 R10 半圆球加工螺纹加工 70 圆柱面切断工件。 XX 学院毕业设计 18 6 零件加工工艺设计 6.16.1 工艺分析工艺分析 在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何 要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编 程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但 由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚， 如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一 定要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。 零件的外形最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能 应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控 机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。 6.26.2 基准选择基准选择 轴类零件一般选用两端中心孔作为粗、精加工的定位基准。由于符合基准同一 原则和基准重合的原则，保证了各轴段的位置精度，也利于生产率的提高。为了保 证定位精度和粗糙度，以及轴的各配合表面加工后的形状精度和粗糙度，热处理后 应修研中心孔。 XX 学院毕业设计 19 7 零件的加工工序及编程 7.17.1 数控加工工序数控加工工序 数控加工车削分十二次切削进行加工： 1.首先车削右端面作为基准。 2.然后进行车削外圆 20。 3.车 24 轴台阶轴长度为 35mm。 4.车削圆锥面。 5.车 65 外圆长度为 23mm。 6.车削 80 轴长度为 12mm。 7.车 1x45倒角。 8.车削工艺槽及螺纹退刀槽。 9.车削两个圆球面 R10。 10.加工螺纹 M24。 11.加工 70 圆柱面长度为 10mm。 12.切断工件。 7.27.2 数控加工程序及备数控加工程序及备注注 N10 G50 S10000 ；程序开始 N12 G00 G97 S700 T01 （车右端面） N14 M03 N16 M08 N18 G00 X87 Z0 N20 G01 X-1 F200 N22 G00 Z2 N24 G90 G00 X90 Z10 N26 G73 U10 W5 R3 P28 Q46 (用 G73 封闭粗精车循环) XX 学院毕业设计 20 X0.8 Z0.5 F200 N28 G01 X20 Z2 F160 S630 N30 G01 X20 Z-18 N32 G01 X24 Z-18 N34 G01 X24 Z-53 N35 G01 X30 Z-53 N36 G01 X45 Z-75 N38 G01 X65 Z-75 N42 G01 X65 Z-98 N44 G01 X80 Z-98 N46 G01 X80 Z-110 N48 G00 X100 Z100 N50 G00 X22 Z-17 F80 （倒角 1x45） N52 G01 X22 Z-18 N54 G00 X100 Z100 N56 M03 S500 T03 (调用 3 号切槽刀) N58 M08 N60 G00 X35 Z-53 N62 G00 X33 N64 G01 X20 F80 N66 G04 X2 （停留 2 秒） N68 G01 X30 F80 N70 G00 X100 Z100 N71 T0505 N72 G00 X70 Z-78 (加工工艺槽) N74 G00