毕业设计（论文）-传动轴的数控加工工艺的设计.doc

南京信息职业技术学院毕业设计论文 作 者： 学 号： 21053P34系 部： 机电学院 专 业： 数控技术 题 目： 轴类零件的数控加工工艺设计 指导教师： 评阅教师： 完成时间： 2013年 05月20日 毕业设计(论文)中文摘要题目:传动轴的数控加工工艺的设计摘要： 数控机床主要是为了实现复杂多变的自动化加工而产生的，也可加工简单零件，数控加工泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一类装有数字程序控制系统的自动加工机床，主要加工过程为：a工程图纸 b编制程序 c输入程序 d信息处理 e机床主体在制定出加工工艺方案后，在安照数控程序代码标准和具体机床的变成手册，选择工艺方法和切削参数变成数控程序。 数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，所以既省时省力又提高了零件的精度。 本文主要研究了轴使用数控车床的方法。关键词：数控操作，加工工艺，数控编程。 毕业设计(论文)外文摘Title ：Design of NC machining technology of transmission shaftAbstract: CNC machine tool is to achieve automated processing of complex generated, but also can process simple parts, CNC machining refers to the NC machine tool for machining the process.CNC machine tool is a kind of digital process control system with automatic machine tools, primarily for the process: a preparation process of engineering drawings b c d input process e machine information processing to formulate the main processing program in the post, according to NC in the security code standards and specific machine into a manual method and cutting parameters selection process into NC program. CNC lathe processing technology and processing technology similar to the lathe, CNC lathe but is a fixture, continuous automatic processing to complete all the turning process, so not only save time and effort and improve the accuracy of parts. This paper studies the axis CNC lathe using the method. Keywords: CNC operation, processing, CNC programming.目 录 1引言.52 数控加工基础概述.52.1数控加工工作过程.52.2数控加工特点.62.3数控加工的适应范围 . 62.4数控加工的发展趋势.7-83 数控加工工艺基础概述83.1数控加工工艺的概.83.2数控加工工艺的特点.93.3数控加工工艺分析主要包括的内容.93.4数控加工工序的设计. 9-114数控车的工艺与工装削. 114.1合理选择切削用量. 114.2合理选择刀具. 124.3合理选择夹具.124.4确定加工路线.124.5加工路线与加工余量的联系.124.6夹具安装要点. . 125轴类零件的数控加工工艺设计.125.1轴的零件图.135.2轴类零件图的加工准备.145.3轴类零件加工工艺卡.155.4轴类零件数控加工程序. 15-20结 论.21致 谢.21参考文献.221 引言轴是工业生产中广泛使用的重要起重设备之一。是现代企业实现生产过程机械化、自动化、减轻繁重体力劳动提高劳动生产率必不可少的设备之一。 随着现代工业的发展，在冶金、机械、交通、运输、电力、建筑、采矿、化工、造船、港口和等工业部门中起重机的应用越来越广泛，它不仅在生产过程中起辅助作用，而且已成为大批量生产和流水作业不可缺少的组成部分，它是实现机械化、自动化，提高劳动生产率、减轻休力芳动的重要工具。但是随着时代的发展，对轴的要求越越来越高，普通车床有时不能完成合格的产品，需要更先进的机床加工。这就是数控加工。 数控即数字控制，也称为NC技术，是用数字化信号发出指令并控制机械执行预定动作的技术。计算机数控是指计算机按照存储在计算机内读写存储卡中的控制去执行并执行实现数控装置的一部分或全部数控功能。采用数控技术实现数字控制的一整套装置和设备，成为数控系统。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。 如今数控技术已经在机械加工中占据非常重要的地位。随着新材料和新工艺的出现，对数控机床的要求非常高，数控机床的发展趋势是高速化、高精度、工序化机床智能化合微型化等。2 数控加工基础概述2.1 数控加工工作过程图纸与工艺文件加工程序数控系统伺服系统机床本体加工后零件2.2 数控加工的特点与普通机床相比，数控机床加工具有如下特点：2.2.1适合于复杂零件的加工数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不可能加工的复杂零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。2.2.2加工精度高，加工稳定可靠 数控机床的传动装置与床身结构具有很高的刚度和热稳定性，而且在传动机构中采取了减小误差的措施，并由控制系统进行补偿，所以数控机床本身的定位精度和重复定位精度都很高，因而具有较高的加工精度；另外，数控机床实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。2.2.3高柔性加工对象改变时，一般只需要更改数控程序，体现出很好的适应性 ，可大大节省生产准备时间。在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统。2.2.4生产效率高数控机床本身精度高、刚性大，常常采用大进给量高速度强力切削，自动化程度高，装夹定位和过程检验少，因而提高了生产率,一般为普通机床的3-5倍，对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。2.2.5自动化程度高，劳动条件好 数控机床加工过程是按输入程序自动完成的，一般情况下，操作者只要做装卸工作、更换刀具、关键工序的中间检测以及观察机床运行等工作，操作人员劳动强度大大降低，工作环境较好。2.2.6生产准备工作复杂 由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。2.2.7有利于实现现代化管理 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动创造了条件。2.3数控加工的适应范围 从数控机床的加工特点可以看出，数控机床加工的主要对象有:2.3.1多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件。2.3.2几何形状复杂的零件。2.3.3精度及表面粗糙度要求高的零件。2.3.4加工过程中需要进行多工序加工的零件。2.3.5用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（刀具、夹具和模具）的零件。2.4数控加工的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面：2.4.1 高精度、高速度的发展趋势尽管十多年前就出现高精度高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断变化，目前正在向着精度和速度的极限发展。效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料掏空的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。2.4.2轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。2.4.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。3数控加工工艺基础概述3.1 数控加工工艺的概念数控加工工艺就是数控加工的前期工艺准备工作，一般包括：选择并确定零件的数控加工内容，对零件图纸进行数控加工工艺性分析，工艺路线设计，工序设计，工步划分，工艺卡片，如刀具卡片、工具卡片等的编写。3.2 数控加工工艺的特点普通加工工艺是数控加工工艺的基础和技术保障，由于数控加工采用计算机对机械加工过程进行自动化控制，使得数控加工工艺具有如下特点。3.2.1数控加工工艺远比普通机械加工工艺复杂数控加工工艺要考虑加工零件的工艺性，加工零件的定位基准和装夹方式，也要选择刀具，制定工艺路线、切削方法及工艺参数等，而这些在常规工艺中均可以简化处理。因此，数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多，影响因素也多，因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排，然后整体完善。3.2.2数控加工工艺设计要有严密的条理性由于数控加工的自动化程度较高，相对而言，数控加工的自适应能力就较差。而且数控加工的影响因素较多，比较复杂，需要对数控加工的全过程深思熟虑，数控工艺设计必须具有很好的条理性，也就是说，数控加工工艺的设计过程必须周密、严谨，没有错误。3.3 数控加工工艺分析的主要内容数控加工工艺分析的主要内容主要包括以下几方面：3.3.1选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。3.3.2分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。3.4 控加工工序的设计数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择机床、夹具、刀具及量具，确定定位夹紧方案、走刀路线、工步顺序、加工余量、工序尺寸及其公差、切削用量和工时定额等，为编制加工程序做好充分准备。3.4.1保证零件的加工精度和表面粗糙度（1）使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率图23所示为正确选择钻孔加工路线的例子。按照一般习惯，总是先加工均布于同一圆周上的一圈孔后，再加工另一圈孔，如图2-3(a)所示，这不是最好的走刀路线。对点位控制的数控机床而言，要求定位精度高，定位过程尽可能快。若按图2-3(b)所示的进给路线加工，可使各孔间距的总和最小，空程最短，从而节省定位时间。 (a) (b) 图23 最短加工路线选择(2) 最终轮廓一次走刀完成图2-4(a)所示为采用行切法加工内轮廓。加工时不留死角，在减少每次进给重叠量的情况下，走刀路线较短，但两次走刀的起点和终点间留有残余高度，影响表面粗糙度。图(b)是采用环切法加工，表面粗糙度较小，但刀位计算略为复杂，走刀路线也较行切法长。采用图(c)所示的走刀路线，先用行切法加工，最后再沿轮廓切削一周，使轮廓表面光整。三种方案中，图(a)方案最差，图(c)方案最佳。 (a) (b) (c)图2-4 封闭内轮廓加工走刀路线(a) 行切法 (b) 环切法 (c) 先行切再环切3.4.2 工件的定位与夹紧方案的确定工件的定位基准与夹紧方案的确定，应遵循前面所述有关定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。此外，还应该注意下列三点：(1) 力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。(2) 设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。(3) 避免采用占机人工调整方案，以免占机时间太多，影响加工效率。4 数控车的工艺与工装削数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。4.1 合理选择切削用量对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。4.2 合理选择刀具1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。4.3 合理选择夹具1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。4.4 确定加工路线加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。4.5 加工路线与加工余量的联系目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。4.6 夹具安装要点目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。5 轴类零件的数控加工工艺设计5.1轴的零件图图（见图3-1）所示的轴类零件的加工图，其材料为钢，毛坯尺寸为 50mm103mm。图3-1 轴类零件的加工图5.2 轴类零件图的加工准备单5.2.1材料的准备工件：材料为45钢，毛坯尺寸：50mm103mm5.2.2 刀具、工具、量具(表2-26） 表2-26 轴类零件加工用的刀具、工具、量具分类名称规格数量备注刀具外圆粗、精车车刀931端面车刀451内螺纹车刀12、601内孔车刀121钻头161中心钻A31 工具回转顶尖601固定顶尖601锉刀1套铜片若干夹紧工具1套刷子1把油壶1把清洗油若干 量具外径千分尺25-50mm1内径千分尺5-30mm1带表游标卡尺0-150mm1螺纹塞规M2421套 其他草稿纸适量计算器自备工作服护目镜5.3 轴类零件加工工艺卡序号加工内容刀具转速/(r/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm操作方法程序号 装夹工件伸出70mm1车右端面T04041000800.5手动2车右端面外圆到48处T0101粗1000120粗2自动O0001精2000精0.53钻孔60040手动4车内孔T0505粗700100粗1自动O0002精1200精0.55车内螺纹T0707800自动O0003 装夹48外圆，平端面控制总长6车左端面T04041000800.5手动7 车各档外圈T0101粗1000120粗2自动O0004精2000精0.58钻孔50030手动9车内孔T0505粗700120粗1自动O0005精1200精0.55.4 轴类零件数控加工程序程序段号程序程序说明O0001车右端外圆到48N10%OOO1设置加工前准备参数N20G90M03S1000T0101N30G00X52Z5刀具快速移动到循环起点N40G71U2R5外轮廓粗车循环N50G71P110Q210U0.5W0.1F120N60G00X100刀具退至安全点，主轴停转，程序暂停N70Z100N80MO5N90M00N100M03T0101S2000设置精加工前准备参数N110G00X52Z5刀具快速移动到循环起点N120X50Z4 外轮廓加工N130G01Z0F120N140X48Z-1N150Z-13.6N170G03X39.43Z-35.63R60F0.15N180G02X48Z-49R8.5N190GO1Z-64N200X50N210G00X52N220X100退刀至安全点，主轴停转，程序结束并返回N230Z100N240M05N250M30程序段号程序程序说明O0002车内孔N10%0002设置加工前准备参数N20G90M03T0505S800N30G00X20Z5刀具快速移动到循环起点N40G71U1R0.5内轮廓粗车循环N50G71P110Q170U-0.5W0.1F100N60G00Z200刀具退至安全点，主轴停转，程序暂停N70M05N80M00N90M03T0505S1200设置精加工前准备参数N100G00X20Z5刀具快速移动到循环起点N110X21Z4 内轮廓加工N120X24Z2N130GO1Z0F1OON140X22Z-1N150Z-25N160X20N170G00X19N180Z200退刀至安全点，主轴停转，程序结束并返回N190M05N200M30 程序段号程序程序说明O0003车内螺纹N10%0003设置加工前准备参数N20M03S800T0707N30G00X21Z5N40G76P1Q60R1.1车螺纹N50G76X24Z-18R0.1P0.2Q0.3F2N60G00Z200退刀至安全点，主轴停转，程序结束并返回N70M05N80M30程序段号程序程序说明O0004车各挡外圈N10%0004设置加工前准备参数N20G90M03T0101S1000N30G00X52Z5刀具快速移动到循环起点N40G71U2R5外轮廓粗车循环N50G71P110Q190U0.5W0.1F120N60G00X100刀具退至安全点，主轴停转，程序暂停N70Z100N80M05N90M00N100M03S2000T0101设置精加工前准备参数N110G00X52Z5刀具快速移动到循环起点N120X50Z4 外轮廓加工N130X16Z2N140G01Z0F120N150G03X32Z-16R8F0.15N160G01Z-20N170X38Z-36N180X50N190G00X52N200X100退刀至安全点，主轴停转，程序结束并返回N210Z100N220MO5N230M30程序段号程序程序说明O0005内孔加工程序N10%0005设置加工前准备参数N20G90M03T0505S700N30G00X16Z5刀具快速移动到循环起点N40X18内孔粗加工N50G01Z-10F100N60X17N70Z5 N80X19,5N90Z-10N100X16N110G00Z200刀具退至安全点，主轴停转，程序暂停N120M05N130M00N140M03T0505S1200设置精加工前准备参数N150GOOX16Z5内孔精加工N160X20N170G01Z-10F100N180X16N190G00Z200退刀至安全点，主轴停转，程序结束并返回N200M05N210M30结 论 通过本次的毕业设计使我更加巩固了我的理论知识，并有效的将理论知识运用与实践，知道了理论跟实际还是有一些区别的，只有自己实践了才能发现问题，懂得了怎样合理有效地去分析和解决一些理论和实践中产生的问题，学会了怎样去更好的把这次的毕业设计零件做好。知道了数控机床在机械加工工业中占有了很重要的地位。数控机床作为