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西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）论文题目：杆端球零件数控工艺及编程设计论文题目：杆端球零件数控工艺及编程设计所属系部：所属系部： 航空制造工程系航空制造工程系指导老师：指导老师： 职称：职称： 学生姓名：学生姓名： 班级、学号班级、学号: : 专专 业：业： 数控技术数控技术 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制年 月 日西安航空职业技术学院 毕业设计论文摘摘 要要本文主要讲述杆端球零件的加工工艺，通过开篇对其零件图纸进行工艺分析，然后设计出毛坯，制定出机械加工工艺路线，分析工序尺寸与确定公差，选择加工设备，再到夹具、刀具、量具的设计，最终编制出零件的数控加工程序，运用程序在数控机床上进行数控加工，最后完成该零件的所有工序，得到合格的零件。关键词：关键词： 杆端球；工艺路线；夹具设计；数控编程；西安航空职业技术学院 毕业设计论文IAbstractAbstractRod ends ball part of this paper focuses on the process by opening its parts drawings for process analysis and design of rough machining process route worked out, the analysis process dimensions and tolerances determine select processing equipment to the fixtures, tools, gauge design, the final preparation of the parts of the NC machining program, the use of the program on the CNC machine tools, CNC Machining, and finally completed all of the parts of the process, get qualified parts.Keywords:Keywords: ball rod ends; process route; fixture design; CNC programming;西安航空职业技术学院 毕业设计论文0目目 录录摘摘 要要 .I目目 录录.1绪论绪论.21 1 零件数控加工工艺规程分析零件数控加工工艺规程分析.31.1 零件的工艺性分析.31.2 毛坯的选择.41.3 加工设备的选择.41.4 工件的定位与装夹.41.4.1 定位基准的选择.51.4.2 装夹方式的选择.51.5 加工刀具的选择.51.6 切削用量的选择.51.7 零件加工工艺规程的拟定.62.2.工艺卡片工艺卡片.73 3 零件加工程序的编制零件加工程序的编制.73.1 工件坐标系的设定.73.2 加工程序清单.84 4 仿真加工仿真加工.105.1 程序的导入.115.2 设置工件.115.3 设置刀具.125.4 对刀及刀补输入.125.5 仿真加工.13论文总结论文总结.15参考文献参考文献.17西安航空职业技术学院 毕业设计论文1绪绪论论杆端球类零件属于杆端球面接头中的部件。杆端球面接头的结构是：球面部使用高精度的轴承用钢球，在通过压铸铸造将钢球包住使夹持器成型后，用特殊焊接与柄颈部连接在一起。通过这种独创的制造方法，钢球的镜面被复制加持器的球面部，互相全面接触。因此实现了最小间隙的平滑运动。杆端球面接头也称关节轴承。关节轴承是球面滑动轴承，基本型是由具有球形滑动球面接触表面的内、外圈组成。关节轴承主要是由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈组成，能承受较大的负荷。根据其不同的类型和结构，可以承受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同时存在的联合负荷。由于在内圈的外球面上镶有复合材料，故该轴承在工作中可产生自润滑。一般用于速度较低的摆动运动，也可在一定角度范围内作倾斜运动，当支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工作。自润滑关节辅承应用于水利、专业机械等行业。因为关节轴承的球形滑动接触面积大，倾斜角大，同时还因为大多数关节轴承采取了特殊的工艺处理方法，如表面磷化、镀锌、镀铬或外滑动面衬里、镶垫、喷涂等。因此有较大的载荷能力和抗冲击能力，并具有抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好或自润滑无润滑污物污染的特点，即使安装错位也能正常工作。因此，关节轴承广泛用于速度较低的摆动运动、倾斜运动和旋转运动。球面滑动轴承和杆端关节轴承有多种设计，并有不同的滑动接触面组合。每种设计和组合具有独特的性能，使之特别适合某些应用场合。本文主要研究杆端球零件的加工工艺，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，通过系统分析，确定最佳的工艺方案，合理的选用定位夹紧方式，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低，使得零件的加工成本最低，最终形成的完备的工艺文件，并在实际生产中有效具体实施。西安航空职业技术学院 毕业设计论文21 1 零件数控加工工艺规程分析零件数控加工工艺规程分析 图图 1-11-1 杆端球的三维图杆端球的三维图图图 1-21-2 杆端球的二维图杆端球的二维图1.11.1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析该零件的结构主要有圆柱面，球面，螺纹组成，零件的加工工艺性较简单，粗糙度要求较高 Ra1.6 和 Ra3.2。西安航空职业技术学院 毕业设计论文3零件的尺寸精度要求高，多数尺寸精度为 IT7，形位精度要求较高。加工现场提供的机床精度，控制系统功能，刀具的品种数量、夹盘、辅具都能满足零件加工的需要。零件在加工中需要两次次装夹找正，特别是在第二次找正时，找正的精度应在O.02mm 以内，以保证零件的同轴度。所使用的数控车床的定位精度为0.008mm，重复定位精度为 0.004mm，正反向间隙为 0.00150.002mm 之间，因此当刀具的补偿值设定后，一般情况下对加工精度影响不大，能满足加工的需要。因为所使用的刀具刀尖圆弧半径的制造精度为 O.005mm，对加工外形轮廓精度影响很小。由于对刀具径向和轴向的补偿值采用了试切法对刀，所以设置的刀具补偿是比较精确的。1.21.2 毛坯的选择毛坯的选择材料为 50125mm 圆柱，材料为 45 钢。这种钢通常在调质状态下使用，也可在正火后使用，用于制造在磨损及摩擦条件下或在很大冲击负荷下工作的重要机件，如轴、小轴、平衡杠杆、摇杆、连杆、螺栓、螺帽、齿轮和各种滚子等。此外，这种钢还可用作高频表面淬火用钢，用于制作要求高的表面硬度及耐磨性的零件。1.31.3 加工设备的选择加工设备的选择1 车床系统 FANUC车身上最大回转直径 200mm主轴转速范围: 15-1600r/min主轴孔直径: 482 铣床系统 FANUC 工作台尺寸（mm） 460950 X 轴行程（mm） 800 Y 轴行程（mm） 500 Z 轴行程（mm） 5503 普通铣床1.41.4 工件的定位与装夹工件的定位与装夹西安航空职业技术学院 毕业设计论文.1 定位基准的选择定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位的基准有着十分中的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。合理的选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。第一次装夹时，定位基准选择毛坯的外圆进行装夹，故基准为轴线；第二次装夹时选择装夹已加工后的外圆，定位基准为零件的轴心线。.2 装夹方式的选择装夹方式的选择为了工件不至于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧压牢。合理的选择加紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。该零件需要进行两次装夹，其第一次装夹采取三爪卡盘直接装夹的方式夹毛坯外圆，第二次装夹时为保证已加工面不被夹伤，需要垫上铜皮或者采用软爪进行装夹。1.51.5 加工刀具的选择加工刀具的选择表表 1.11.1 夹套的数控加工刀具卡片夹套的数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称杆端球零件图号序号 刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T0190外圆车刀1车外圆柱面及端面2T0260螺纹车刀1车螺纹3T0335外圆车刀1车球面1.61.6 切削用量的选择切削用量的选择切削用量的选择，对切削功率，刀具磨损，加工质量和加工成品均有影响。切削用量的选择的一个总的原则：首先应选择尽量大的背吃刀量，其次选择最大的进给量，最后是选择最大的切削速度。在粗加工时，首先选用尽可能大的背吃刀量，其次要根据机床的动力和刚性等条件，选取尽可能大的进给量，最后根据刀具的耐用度确定最佳的切削速度。在精加工时首先根据粗加工后的余量，确定背吃刀量，再根据已加工表面的粗糙度要求选取较小的进给量，最后再保证刀具的耐用度的前提下尽可能选择西安航空职业技术学院 毕业设计论文5较高的切削速度。另外要据实际情况考虑周全，最后做出比较合理的最终方案。表表 1.21.2 切削用量选用表切削用量选用表加工部位主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm粗车端面及外圆5001201.5精车端面及外圆800801车螺纹5002mm/r0.5粗车球面6001001精车球面1000800.3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。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。1.71.7 零件加工工艺规程的拟定零件加工工艺规程的拟定（1）装夹工件六方形那端，以零件带螺纹右端中心作为坐标建立工件坐标系。确定加工路线为：工序 1：制造毛坯 50125mm。工序 2：车外圆 20，及螺纹。 工步 1：粗车左端面； 工步 2：精车左端面； 工步 3：粗车左端外圆 20； 工步 4：精车左端外圆 20； 工步 5：车螺纹；工序 3：车球面。 工步 1：粗车右端面； 工步 2：精车右端面； 工步 3：粗车球头； 工步 4：精车球头；工序 4：去毛刺。西安航空职业技术学院 毕业设计论文6工序 5：检验。2.2.工艺卡片工艺卡片综合上述，制定工序卡片如下表 1.3、表 1.4：表表 1.31.3 数控加工工艺卡片数控加工工艺卡片 1 1产品名称或代号零件名称零件图号单位名称西安航空职业技西安航空职业技术学院术学院杆端球工序号程序编号夹具名称使用设备车间2O0001三爪定心卡盘FANUC 数控车床 工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速（r/min)进给速度（mm/min)背吃刀量/mm 备注1粗车左端面T0190外圆车刀5001201.52精车左端面T0190外圆车刀800800.53粗车左端外圆 20T0190外圆车刀5001201.54精车左端外圆 20T0190外圆车刀800800.55车螺纹T0260螺纹车刀5002mm/r 表表 1.41.4 数控加工工艺卡片数控加工工艺卡片 2 2产品名称或代号零件名称零件图号单位名称西安航空职业技西安航空职业技术学院术学院杆端球工序号程序编号夹具名称使用设备车间3O0002软爪 FANUC 数控铣床工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速（r/min)进给速度（mm/min)背吃刀量/mm 备注1粗车右端面T01 90外圆车刀5001201.52精车右端面T01 90外圆车刀800800.53粗车球头T01 35外圆车刀60010014精车球头T01 35外圆车刀1000800.33 3 零件加工程序的编制零件加工程序的编制 3.13.1 工件坐标系的设工件坐标系的设定定在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对与工件运动的起点，即程序起始点或起刀点。此起始点一般西安航空职业技术学院 毕业设计论文7通过对刀来确定，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是：便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。实际操作机床时，可以通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合，所谓“刀位点”是指刀具定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。用手动对到操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”时指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其他部件为准。数控车床和铣床上的工件坐标系建立后对刀方法有两种：试切法对刀和机外对刀仪对刀。一般学校没有机外对刀仪这种设备，所以采用试切法对刀。而根据实际需要，试切法对刀又可以采用三种形式，此零件均在工件端面设立原点，建立工件坐标系，以 FANUC 系统为例来阐述这种形式的对刀及工件坐标系的建立方法。 3.23.2 加工程序清单加工程序清单（1）工序 2 的加工程序程序段号程序段号程序程序解释说明解释说明O0001N010T0101;换 1 号刀，90外圆车刀N020M03 S500;主轴正转，转速 500r/minN030M08;切削液开N040G00 X52 Z0.5;快速运动至粗车端面起点N050G01 X-1 F120;粗车端面N060Z2;N070G00 X52;N080Z0;快速运动至精车端面起点N090G01 X-1 F80 S800;精车端面N100Z2;N110G00 X52;西安航空职业技术学院 毕业设计论文8N120M03 S500;N130G71 U1.5 R0.5;调用 G71 复合车削循环N140G71 P150 Q180 U0.3 W0.2 F120;设定切削参数N150G00 X12;快速运动至切削起点N160G01 X20 Z-2 F80;倒角N170Z-81;N180X52;N190G70 P150 Q180 F80 S800;精车外圆N200G00 X100 Z100;快速运动至换刀点N210T0202;换 2 号刀，螺纹车刀N220M03 S500;N230G00 X24 Z2;快速运动至循环起点N240G76 P020260 Q200 R100;调用 G76 螺纹车削循环N250G76 X16 Z-20 P2000 Q400 F2;设定加工参数N260G00 X100 Z100;快速运动至换刀点N270M05;主轴停止N280M09;切削液关N290M30;程序结束（2）工序 3 的加工程序程序段号程序段号程序程序解释说明解释说明O0002N010T0101;换 1 号刀，90外圆车刀N020M03 S500;主轴正转，转速 500r/minN030M08;切削液开N040G00 X52 Z0.5;快速运动至粗车端面起点N050G01 X-1 F120;粗车端面N060Z2;N070G00 X52;西安航空职业技术学院 毕业设计论文9N080Z0;快速运动至精车端面起点N090G01 X-1 F80 S800;精车端面N100Z2;N110G00 X100 Z100;快速运动至换刀点N120T0202;换 2 号刀，35外圆车刀N130M03 S800;N140G00 X52 Z2;快速运动至循环起点N150G73 U10 W0 R8;调用 G73 封闭式复合车削循环N160G73 P170 Q220 U0.3 W0 F100;设定参数N170G00 X0;快速运动至切削起点N180G01 Z0 F20;靠近工件N190G03 X40 Z-20 R20 F80;车圆弧前半部分N200G03 X20 Z-37.32 R20;车圆弧后半部分N210G01 W-8;车外圆N220X52 F150;N230G70 P170 Q220 F80 S1000;精车球头N240G00 X100 Z100;快速运动至换刀点N270M05;主轴停止N280M09;切削液关N290M30;程序结束4 4 仿真加工仿真加工如图 4.1 所示为斯沃仿真软件中 FANUC OiT 数控车床仿真操作面板，下面运用该机床对零件进行仿真加工，在打开机床后，首先对机床进行急停解除和回零操作。西安航空职业技术学院 毕业设计论文10图图 4.14.1 FANUCFANUC OiTOiT 数控车床仿真操作面板数控车床仿真操作面板5.15.1 程序的导入程序的导入首先新建一个文本文档，将上一章中的程序清单复制并粘贴至文本文档内，然后保存成扩展名为.CNC（或 NC）文件，如图 4.2 所示。然后打开仿真软件，对机床进行回零，然后按下编辑按钮（如图 4.3） ，再单击程序，在操作面板中输入 O7788，按下“插入”键，然后在菜单栏中单击“文件”下的“打开” ，选择刚刚保存好的文件O0001 确定后将看到面板上出现所编制的程序，如图 4.4 所示。 图图 4.24.2 图图 4.34.3 编辑按钮编辑按钮 图图 4.44.4 NCNC 面板面板5.25.2 设置工件设置工件根据该零件的毛坯，选择 50125mm 毛坯。单击菜单栏中“工件操作”下的西安航空职业技术学院 毕业设计论文11“设置毛坯” ，如图 4.5 所示，在界面中设置为棒料，工件长度为 125，直径为 50，材料选择 40 碳素结构钢（软件中无 45 钢，故以 40 钢代替） ，勾选“更换工件”及“尾架” ，单击确定。 图图 4.54.5 工件设置工件设置 图图 4.64.6 刀具设置刀具设置5.35.3 设置刀具设置刀具根据表 1.1 刀具卡片中的刀具，在仿真机床中设置好卡片中的刀具，首先打开菜单栏中“机床操作”下的“刀具管理” ，将看到如图 4.6 所示界面。5.45.4 对刀及刀补输入对刀及刀补输入设置好刀具和毛坯后，接下来的工作就是对刀了，对刀是在数控加工中必不可少的环节，它的准确性直接影响到零件的加工质量，下面来介绍下对刀操作。首先在刀具管理中，将 1 号刀（90外圆车刀）转到加工位置（一般机床默认 1号刀在加工位） ，然后单击菜单栏中“工件操作”下的“快速定位” ，得到如图 4.7 所示对话框，选择默认对刀点。 图图 4.74.7 刀具定位刀具定位 图图 4.84.8 刀补设置界面刀补设置界面西安航空职业技术学院 毕业设计论文12将刀具移到轴中心后，然后在操作面板中单击“刀补”按钮，将出现如图 4.8 所示界面，选择 MDI（录入）方式，根据现在位置（相对位置）下的坐标值，将其输入至1 号刀补中，如：先输入“X50” ，再按“测量”键；然后再输入“Z2.5” ，按下“测量”键，这样第 1 把刀的刀补就设置好了。同理将其他刀也进行设置，最终得到的刀补值如图 4.9 所示。图图 4.94.9 设置好后的刀补界面设置好后的刀补界面5.55.5 仿真加工仿真加工在设置好刀具补偿后，可以开始仿真加工了，首先关闭机床窗门，然后将功能键中的“循环启动”打开，再按下“循环启动”按钮，开始切削，最终得到的零件如图4.10 所示。图图 4.104.10 工序工序 2 2 仿真效果图仿真效果图西安航空职业技术学院 毕业设计论文13图图 4.114.11 工序工序 3 3 的仿真效果图的仿真效果图经过仿真加工可以看出，该零件的程序准确无误，可以在机床上进行首件加工了，由于仿真的机床跟实际的存在一定的区别，因此在实际加工中，需要采用单段运行的方式进行。结论与体会 我通过不断努力终于完成了杆端球零件的设计，我在做设计的过程中不断运用和温故大学三年所学的知识，像公差，机械制图，机械设计等等，在此我最大的收获就是能够将所学的知识学以致用，能够将书本的知识与现实需要结合起来。当然，我还存在一些不足，我相信在以后的学习生活中，我会克服这些不足与困难，争取做到最好。 我相信我所做的设计，将会有很大的市场前景，将会得到更多人的认可与肯定西安航空职业技术学院 毕业设计论文14论文总结论文总结此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。经过这几周的设计,成功地完成了数控车零件的工艺设计和编程。通过本壳体躲设计，我对数控加工地整个过程有了较全面的理解。经过设计中选择刀具，我对数控机床工具系统的特点和数控刀具材料和使用范围有了较深的了解，基本掌握了数控机床刀具的选用方法；经过设计加工工艺方案，进一步了解了工件定位的基本原理、定位方式和定位元件及数控机床用夹具的种类与特点，对教材中有关定位基准的选择原则和数控加工夹具的选择方法有了更深的理解；经过编制零件的加工程序，基本熟悉数控编程的主要内容及步骤、编程的种类、程序的结构与格式，对数控编程前数学处理的内容、基点坐标、辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学五年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己 成为一个对社会有所贡献的人，为中国数控制造业添上自己的微薄之力。西安航空职业技术学院 毕业设计论文15致 谢 本文是在我在指导老师的精心指导和大力支持下完成的，这篇设计的每个细节和每个数据，都离不开老师的细心指导，而老师严谨的治学精神，精益求精的工作作风和宽容的教学态度都深深地感染和激励着我。并在此同时您还在思想上、学习上给予了我无微不至的关怀，在此谨向指导老师致以诚挚的谢意。我也要感谢我的母校，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活更加充实、更加丰富，为我的人生谱写了一段精彩的乐章。在这里我的各方面素质都得到了进一步的提高。回想我在学院的两年多的时间里，感谢各位老师对我的栽培，他们不仅在学习方面给了我很大的帮助。而且，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学