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毕业设计（论文） 轴类零件的数控加工系别： 工程技术与信息系 专业年级： 12级矿山机电1班 姓名： 学号： 12030102指导教师： 职称： 2014年12月2日轴类零件的数控加工摘要随着科技的不断发展，数控技术在企业中发挥越来越重要的作用。本设计通过对数控加工的工艺特点，加工零件工艺性等进行分析，以选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质，高效，低成本的特点。本设计以数控车床车削带圆模具轴为例，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定机加的工艺流程以及各工序所用刀具、夹具和切削用量等，编写了零件加工的数控程序，并简要介绍了成品质量检测所需的量具和方法。关键词：轴类零件 刀具 数控车床 加工工艺 数控编程 目 录摘要.1、模具轴的二维和三维图绘制 .12、模具轴零件的工艺分析.22.1零件图的分析.2 2.1.1零件图反映的信息.2 2.1.2零件的材料分析.2 2.1.3合理的标注尺寸.22.2确定加工方法.22.3工艺设备的选择.2 2.3.1机床的选则.2 2.3.2量具及辅助用具的选择.32.4零件的安装.32.5刀具的选择.3 2.5.1数控车刀的分类.3 2.5.2数控车刀的选择.5 2.5.3加工模具轴用车刀.62.6切削用量的选则.7 2.6.1主轴转速的确定.7 2.6.2进给速度的确定.7 2.6.3背吃刀量的确定.82.7对刀点与换刀点的确定.92.8工序与工步的划分.92.9加工路线的确定.103、CK6140机床简介.113.1机床简介与用途.113.2机床技术参数.113.3数控机床的组成.133.4数控机床坐标系.14 4、模具轴加工工艺.15 4.1加工流程.15 4.2车削流程.15 4.3车削加工工艺卡片.17 4.4数控刀具卡片.185、 数控程序编制.185.1数控编程基础知识.18 5.1.1快速移动指令.18 5.1.2直线插补指令.19 5.1.3编程用G指令代码表.19 5.1.4编程用M指令代码表.20 5.1.5刀具圆弧补偿.205.2模具轴数控加工程序.226、数控车削操作注意事项.227、成品检测方法.23致谢.24参考文献.25V轴类零件的数控加工1、 模具轴的二维图和三维图绘制 根据导师提供的相关图纸，我利用Auto CAD 软件绘制出了模具轴的二维图（图1.1），并利用Solidworks软件绘制了模具轴的三维图（图1.2）。图1.1 模具轴二维图图1.2 模具轴三维图2、模具轴零件的工艺分析2.1零件图的分析2.1.1零件图反映的信息 该模具零件属于短轴类，零件下料长度为60mm，模具实际长度为48mm，直径为40mm，从左到右依次尺寸为模具轴底座为20mm，半径为10mm的内圆弧面，20mm的直径圆柱面，最右边是半径为10mm的球面，其表面粗糙度圆柱的的要求为3.2，轴为1.6。该零件视图正确，表达直观，图像清晰，绘制符号符合国家标准，尺寸公差，表面粗糙度以及技术要求的标注齐全，合理。2.1.2零件的材料分析 毛坯材料为45钢，强度，硬度。塑性等力学性能好，切削性能、热处理性能等加工工艺性能好，便于加工，能够满足模具轴的使用性能，毛坯下料长度为120mm.2.1.3合理的尺寸标准 零件图上重要的尺寸直接标注在加工时使工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链短的原则，零件图上标注的尺寸便于用游标卡尺或样板测量。2.2确定加工方法 通过对零件的尺寸精度、几何图形状精度、位置精度和表面粗糙度要求进行分析后，确定的加工方法如图2.1所示。图2.1 模具轴车削流程2.3工艺设备的选择2.3.1机床选择的原则（1）要保证模具的技术要求，加工出合格的模具；（2）有利于提高模具精度要求；（3）提高生产效率。根据毛坯的材料和类型，模具轴轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度进行分析后，拟选用学院新近采购的CK6140数控车床。2.3.2量具及辅助用具的选择（1）加工过程中所需量具有：游标卡尺，千分尺，百分表，表面粗糙度样板；（2）辅助用具有：铜片，铜锤等。2.4零件的安装在数控机床上加工零件时，安装零件要合理选择定位基准和加紧方案，为提高模具的精度要求，确定基准和夹紧方案时应注意：（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一；（2）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；（3）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。2.5刀具的选择2.5.1数控车刀的分类（1）按刀具的角度和切削用途分类图2.2 常用车刀种类常用车刀种类如图2.2所示，a）为90车刀，c)为45车刀，d)为切断刀，e)为内孔车刀，f)为成形车刀，g)为螺纹车刀。（2）按刀具结构分类整体式：刀具为一体，由一个坯料制造而成，不分体；焊接式式：采用焊接方法连接，分刀头和刀杆；机夹式：机夹式又可分为不转位和可转位（图2.3）两种；通常数控刀具采用机夹式。图2.3 可转位车刀的结构（3）按刀具材料分类高速钢车刀：高速钢车刀俗称白钢刀，一般为整体式高速钢结构，也有为节约成本而采用头部高速钢与45钢刀杆通过锰铁玻璃粉高温焊接在一起的焊接式结构。高速钢（HSS）是一种高碳高合金的工具钢，加入大量的钨、钼、钒、铬等合金元素，使其经适当的热处理后具有高硬度、高耐磨性和高的红硬性，足够的强度和韧性。高速钢刀具过去曾是切削工具的主流，目前高端产品逐步已被硬质合金工具替代。硬质合金车刀：由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。硬质合金刀具的分类如图2.4所示。图2.4 硬质合金分类 硬质合金制成的刀具比高速钢刀具具有更高的切削速度，但是硬质合金的脆性大，除磨削外，不能进行切削加工，一般不能制成形状复杂的整体刀具，故将硬质合金制成一定规格的刀片（图2.5），使用前将其紧固在刀体上（图2.6）。图2.5 硬质合金刀片图2.6 硬质合金车刀2.5.2数控车刀的选择数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀具切削用量。数控刀具具有以下特点：（1）刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小；（2）互换性好，便于快速换刀；（3）寿命高，切削性能稳定、可靠；（4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；（5）刀具应能可靠地断削或卷削，以利于切削的排除；（6）系列化、标准化，以便于编程和刀具管理。数控车床上用的刀具应满足调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求、数控车床兼作粗、精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够的强度，能一次进给车去较多的余量；精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度，车去余量较少，要求车刀锋利，切削刃平直光洁，必要时还可磨出修光刃，以减少换刀时间，方便对刀，提高模具轴加工精度。刀片材质的选择主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动，故加工此模具轴选择硬质合金刀片。根据模具轴的外形结构，加工所需刀具如表2-1所示：刀片为CNMT120404的95外圆车刀；刀片为Q04的切断刀。表2.1 加工所需刀具 序号刀具号刀具规格名称数量 加工范围1T0195外圆车刀1 外圆车削 2T02切断刀1断切2.5.3加工模具轴用车刀（1）95外圆车刀图2.7 95外圆车刀 该95主偏角车刀主要用于外圆及端面的半精加工及精加工，其刀片为菱形，通用性好。(2)切槽刀图2.8 切槽刀 切槽刀用于将工件切断。2.6切削用量的选择 数控编程时，必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入编程中，切削用量包括主轴转速、进给速度及背吃刀量等。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具寿命，充分发挥机床的性能，最大限度地提高模具轴生产精度。2.6.1主轴转速的确定 车外圆时主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择，其计算公式为n=1000v/d。 其中：v=切削速度（m/min）,由刀具寿命决定 n=主轴转速（r/min） d=工件直径或刀具直径（mm）2.6.2进给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件和材料性质选取，最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。 确定进给速度的原则： （1）当工件的质量要求能得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度，一般在100200mm/min范围内。 （2）当切断，加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20-50mm/min范围内选取。 （3）当加工精度，表面粗糙度较高时，进给速度应该选小一些，一般在20-50mm/min范围内可选取。 （4）当刀具空行程时，特别是远距离回零时，可以设定该机床的最高进给速度。2.6.3背吃刀量的确定 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产率。为了保证加工表面质量，可以留少许加工余量，一般为0.2-0.5mm。 切削用量的选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具的切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用，车刀用量的具体选择如下： 粗车时，首先选择一个尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度；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，因此选择较小的背吃刀量和进给量。 如何确定加工时的切削速度，除了可以参考表2-2列出的数值外，主要根据实践经验进行确定。表2.2 数控车削用量推荐表工件材料工件材料切削深度/mm切削速度（m.min-1）进给量（mm.r-1）刀具材料碳钢粗加工5-760-800.2-0.4YT类合金钢粗加工2-380-1200.2-0.4精加工0.2-0.3120-1500.1-0.2钻中心孔500-800W18Cr4V钻孔15-300.1-0.2切断（宽度大于5mm）70-1100.1-0.2YT类铸铁（200HBS）粗加工50-700.2-0.4YG类精加工70-1000.1-0.2切断50-700.1-0.2 此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴低速时扭矩降低，尤其应注意此时切削用量选择。2.7对刀点与换刀点的确定 工件装夹方式确定后，即可通过确定工件原点来确定工件坐标系。如果要运行这一程序来加工工件，必须确定刀具在工件坐标系开始运动的起点。程序起始点或刀点一般通过对刀来确定，所以该点又称为对刀点。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： （1）便于数值处理和简化程序编制。 （2）易于找正并在加工过程便于查找； （3）引起的加工误差小，对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上，尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上。 换刀点是加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点，换刀点往往设在工件的外部，以能顺利地换刀、不碰撞工件和其他部件为准。 本零件将对刀点设在装夹后右端面中心，换刀点设在离对刀点x，z方向分别为100，100的位置。2.8工序与工步的划分 在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序.常用工序划分原则有： （1）保证精度原则，数控加工要求工序应尽可能集中，通常粗精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削变形对工件的形状、位置精度，尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗精加工分开进行。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工，通常在一次装夹中，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。对轴类或盘类零件，待加工面先粗加工，留少量余量再精加工，以保证表面质量要求；对轴上有孔、螺纹加工的工件，应先加工表面而后加工孔、螺纹。 （2）提高生产率的原则，在数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应在需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另外一把刀来加工其他部位，同时应尽量减少空行程，当用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。 按照上述划分原则，综合本零件的工艺性，装夹一次为一个工序，换一次刀为一个工步。故加工此零件划分两个工序，加工左端为第一道工序，包含有2个工步；掉头后加工为第二道工序，包含有1个工步。2.9加工路线的确定 数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动，直至结束，加工程序所经过的路径及刀具引入，返回登非切削空行程。 加工路线的确定原则主要有： （1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，且效率高； （2）应尽量缩短加工路线，既可以减少程序段，又可以减少刀具空程移动时间； （3）应使数值计算简单，以减少编程工作量。 此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀完成加工。 按照上述原则，确定以下加工路线： 工序一： a：装夹120mm毛坯，平端面； b：粗车42mm外圆柱面，半径为20端圆面，42mm圆柱面； c：精加工上述轮廓； d：切断至长度为48.3的模具轴零件掉头。 工序二：精车掉头端面 通过零件的工艺分析，确定加工零件时采用掉头加工，编程时尺寸公差取中间值。3、CK6140机床介绍 我们拟选用CK6140车床（图3.1）进行加工，该型号机床是学院机电一体化实训室建设新采购的设备，机床的详细参数将在后面作详细讲解。图3.1 CK6140车床3.1机床简介与用途 该机床为纵（Z）、横(X)两座标控制的数控卧式车床。能够对各种轴类和盘类零件自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、切槽、倒角等工序的切削加工，并能车削公、英制直螺纹、端面螺纹、锥螺纹等，机床配置电动回转刀架或排刀架，工件经一次装夹，可完成车、钻、镗、扩、铰等多道工序。适合于多品种，中小批量产品的生产，对复杂、高精度零件尤能显示优越性。3.2机床技术参数表3.1 主要技术参数项 目CK6140技术规格床身上最大工件回转直径 mm400最大工件长度 mm750最大车削长度 mm650最大车削直径（立式四工位刀架） mm400主传动主电动机 （变频电机） KW5.5主轴孔锥度/主轴孔直径 mmMT6#/52主轴转速范围 r.p.m1001800尾座装置尾座套筒直径/行程 mm75/100尾座套筒锥孔锥度MT4#进给系统刀架最大行程 横向（X） mm 纵向（Z） mm270650，910切削进给范围 mm/min0.011000工件加工精度IT6IT7工件表面粗糙度钢件Ra1.6m控制系统FANUC oi-mate TD 电源装置电源形式交流三相/380V10%/50Hz2Hz用电容量 KVA8机床外形尺寸及重量机床外形尺寸（长宽高） mm2520/277013701700机床净重 Kg25503.3数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，如图3.2所示。图3.2 数控机床组成 （1）控制介质：数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体。 （2）数控装置：数控装置是数控机床的核心。一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT显示器等硬件以及相应的软件组成。数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。 （3）伺服系统：伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动。伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。驱动机床执行机构运动的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电动机和进给电动机等。 （4）反馈装置：反馈装置是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，该装置可以包括在伺服系统中，它由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测数控机床坐标轴的实际移动速度和位移，并将信息反馈到数控装置或伺服驱动中，构成闭环控制系统。检测 装置的安装、检测信号反馈的位置，决定于数控系统的结构形式。无测量反馈装置的系统称为开环系统。 （5）机床本体：数控机床主体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件，以及辅助运动装置、液压气动系统、冷却装置等部分。3.4数控机床坐标系 （1）机床坐标系：是以机床原点O为坐标系原点并遵循右手笛卡尔直角坐标系建立的由X、Y、Z轴组成的直角坐标系。图3.3 右手笛卡尔直角坐标系 机床原点也是机床上的一个固定点。车床的机床原点一般定义在主轴旋转中心线与车头端面的交点或参考点上， 如果以机床原点为坐标原点，建立一个Z轴与X轴的直角坐标系，则此坐标系就称为机床坐标系。当机床完成回参考点的操作时，即建立机床坐标系。 （2）工件坐标系：固定于工件上的笛卡尔坐标系，是编程人员在编制程序时用来确定刀具和程序起点的，该坐标系的原点可由使用人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床坐标系一致并且与之有确定的尺寸关系。图3.4 数控车床的坐标系4、模具轴加工工艺4.1加工流程 (1)毛坯为45棒料，材料为45钢，首先用带锯将其下料为120mm长； (2)再使用CK6140数控车床进行车削加工，车出模具轴轮廓，并切断：图4.1 模具轴车削流程 (3)将加工好的模具轴防锈处理后，入库保存待用。4.2车削流程 (1)粗车轮廓：将45棒料装夹好后，用95外圆车刀对模具轴外圆进行粗车，如图4.2所示。图4.2 粗车轮廓 (2)精车轮廓：粗车之后，使用95外圆车刀对模具轴外圆进行精车，如图4.3所示。图4.3 精车轮廓 （3）切断：精车外圆之后，使用切槽刀将模具轴切断。图4.4 切断 (4)精加工左端至尺寸：将模具轴调头，车端面保证总长。图4.5 车端面保证总长4.3车削加工工艺卡片 车削加工工艺卡片如表4.1所示。表4.1 车削加工工艺卡片工序卡数控工序卡产品型号产品名称模具轴设备夹具量具CK3050三爪卡盘游标卡尺，外径千分尺程序号工序工时00002准终单件11工步内容切削参数冷却刀号apvcf1粗车外圆（0.5余量）21500.25自动水冷却液T012精车外圆2000.1T013切断800.1T024精车工件至尺寸11200.15T01检验入库设计校对审核标准化会签标记更改文件号4.4数控刀具卡片 数控刀具卡片如表4.5所示。表4.5 数控刀具卡片工序号上序刀具清单共一页 第一页 第一版序号刀具名称刀具规格备注刀柄规格刀具号刀片规格刀半径R/mm195外圆车刀2525T0101CNMT1204040.42切槽刀2525T0404Q040.2设计校对审核标准化会签标记处数更改号5、 数控程序编制5.1数控编程基础知识5.1.1快速移动指令 由A到B点采用快速移动指令程序为：G00 X60 Z0。图5.1 快速移动指令5.1.2直线插补指令 由A到B点采用直线插补指令程序为：G01 X50 Z-50 F0.2。图5.2 直线插补指令5.1.3编程用G指令代码表表5.1 G指令代码表5.1.4编程用M指令代码表表5.2 M指令代码表5.1.5刀具圆弧补偿图5.3 未进行补偿的加工曲线 未考虑圆弧补偿时由于假想刀尖与实际切削工件外型接触时有差异，对于加工圆弧，锥度等形状，将造成切削不足或过切现象。图5.4 补偿后的加工曲线 补偿后的加工曲线如图5.5中蓝线所示。表5.3 圆弧半径补偿指令指令功能含义G40刀具半径补偿取消该功能运行后，刀具依原程序路径移动G41刀具半径左补偿刀具沿程序路径移动方向的左方偏移一定值移动G42刀具半径右补偿刀具沿程序路径移动方向的右方偏移一定数值移动 图5.5 刀具半径补偿5.2模具轴数控加工程序O0002; (右轮廓程序) T0101G50 S2500G96 S120 M13G00 X47 Z0G01 X-1 F0.15G00 X41 Z1G01 Z-50 F0.25 S150G00 X45 Z1X37G01 Z-18G02 U4 W-2 R2G00 Z1G00 Z1X0G03 X20 Z-10 R10 F0.1 S200G01 Z-18G02 X40 Z-28 R10G01 Z-50 G00 X150 Z50M306、 数控车削操作注意事项（1）程序输入阶段a：程序输入时应正确，避免字母，数字