毕业设计（论文）-轴加工工艺及数控加工.doc

201209 届机械制造与自动化专业毕业生作业届机械制造与自动化专业毕业生作业 课题名称：轴加工工艺及数控加工 学生姓名：曾元春 指导教师：蔡召冲 江南大学网络教育学院 2014 年 10 月 江南大学网络教育学院江南大学网络教育学院 毕毕 业业 作作 业业 （设计）（设计） 姓 名曾元春校外学习中心无锡江大生产力促进学习中心 学 号912911359证 件 批 次201209层 次高起专专 业机械制造与自动化 指导教师蔡召冲课题名称轴加工工艺及数控加工（第稿） 指导教师 评 语 终 稿 成 绩 ： 指导教师签名： 年 月 日 轴加工工艺及数控加工 摘摘 要要 随着科技不断的发展和进步，随着社会也不断的在进步，制造也再不断的提高， 数控技术的引用呈现出突飞猛进的趋势，特别是在计算机技术飞速发展的同时数控机 床也得到了相应的提高。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大 效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业 提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机 床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命 性的变化。 数控技术是以数字的形式实现自动加工控制得一门技术，其指令得数字和文字编 码得方式，记录在控制介质上，经过计算机得处理后，对机床各种动作得顺序位移量 及速度实现自动控制。掌握机械加工工艺的设计方法，学会编制中等 复杂程度零件 的机械加工工艺和数控加工工艺，学会查阅和运用有关专业资料手册等工具书，熟悉 有关国家标准，在经验估算方面受到全面的基本训练。 关键词：数控技术，轴加工工艺，编程 第 页 共 I 页 目目 录录 1 引言 .1 1.1 数控技术的发展简史.1 1.2 数控技术发展的国内外现状.2 2 零件简介及加工工艺分析 .9 2.1 零件的特点简介.9 2.2 零件图工艺分析.9 2.2.1 金属材料分析.10 3 零件的数控程序编制 .15 3.1 工件坐标系的设定.16 3.2 数控编程.16 4 结论 .22 参考文献 .23 致谢 .24 第 0 页 共 12 页 1 1 引言引言 从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变 化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强 度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高 度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零 件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需 要缩短生产周期的急需零件以及要求 100%检验的零件。 数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备 动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关 的开关量。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 1.11.1 数控技术的发展简史数控技术的发展简史 数控技术是集机、电、仪、液技术于一体的高新技术，采用数字运动和工作过程进 行控制的技术。是当今先进制造技术的核心技术，兴高新技术产业和尖端工业的实现技 术。 数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基 础装备，它的发展一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而 稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展 的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研 究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升。 数控机床出现至今的 50 年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发 展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、 经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。美国的特点是，政府重视机床工业， 美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和提供充足的经费，且网罗世界 人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。 数控机床具有以下三大突出的特点：利用二进制数学方式输入，加工过程可任意 编程，主轴及进给速度可按加工工艺需要变化，且能实现多座标联动，易加工杂曲面。 对於加工对象具有“易变、多变、善变”的特点，换批调整方便，可实现杂件多品种中 第 1 页 共 12 页 小批柔性生产，适应社会对产品多样化的需求。 第 2 页 共 12 页 2 2 零件简介及加工工艺分析零件简介及加工工艺分析 2.12.1 零件的特点简介零件的特点简介 轴是机械工业中最常用的零件之一.所示为发电机轴，此为轴类零件，结构形状复 杂，是适合数控车削加工的一种典型零件。加工批量为单件加工，下面就该零件的工艺 分析过程进行分析。 2.22.2 零件图工艺分析零件图工艺分析 图 2.1 轴零件 2.2.12.2.1 金属材料分析金属材料分析 钢（碳钢、合金钢、结构钢）、不锈钢、铸铁、铜、铝、镁 等；根据对材料质量 和强度的要求,应选用质量轻和强度高的 45#钢材料,毛坯选择 30mm115mm 的棒料材 料,为保证精度,毛坯要有足够的加工余量。 (1)尺寸类型：长度、宽度、深度、厚度、内外径、角度、倒角、圆弧，M18 (2)尺寸精度：小于 0.02 mm 高精度，0.02-0.05 mm 中精度， 0.05-01mm，01- 02mm，02-05mm，小于 05mm 低精度。 (3)粗糙度： 小于 Ra3.2 低；3.2-1.6 一般， RA 1.6 -0.8 中等大于 0.8 高。本 工序表面粗糙度 RA3.2。 (4)形位公差：平行度、同心度、同轴度、位置度、对称度、圆柱度等。 第 3 页 共 12 页 3 3 零件的数控程序编制零件的数控程序编制 3.13.1 工件坐标系的设定 工件坐标系编程者为了编程方便，在零件图样上的适当位置选定的编程原点（即程 序原点），以这个原点为坐标原点而建立的一个新的坐标系。选择工件坐标系的零点位 置应注意的问题有以下几点： (1)注意工件坐标系的方向一定要和机床坐标系的方向一致。 (2)工件零点尽量选在精度较高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度。 (3)对于对称的零件，工件零点设在对称中心上。 (4)对于一般零件，工件零点常设在工件外轮廓的某一角上。 (5)Z 轴方向上的零点，一般设在工件表面。 本道工序采用立式加工中心完成，该立式加工中心有三个坐标轴 X、Y、Z，规定 Z 轴为主轴轴线方向，即是竖直方向的，其远离工件的方向为正，即向上为正方向，X 轴 是水平的，正方向规定为操作者面向主轴向立柱方向看，指向右方为正，Y 轴的方向可 以根据右手直角笛卡儿坐标系确定。 3.23.2 数控加工工艺设计的主要内容数控加工工艺设计的主要内容 在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的 选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。 一、数控加工工艺内容的选择 1、适于数控加工的内容 在选择时，一般可按下列顺序考虑： （1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； （3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富 裕加工能力时选择。 2、不适于数控加工的内容 （1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调 的内容； 第 4 页 共 12 页 （2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不 明显，可安排通用机床补加工； （3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难， 易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。 二、 数控加工工艺性分析 1、尺寸标注应符合数控加工的特点 2、几何要素的条件应完整、准确 3、定位基准可靠 4、统一几何类型及尺寸 三、数控加工工艺路线的设计 1、工序的划分 数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： （1）以一次安装、加工作为一道工序。 （2）以同一把刀具加工的内容划分工序。 （3）以加工部位划分工序。 （4）以粗、精加工划分工序。 2、顺序的安排 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，中间穿插有通用机床加工工序 的也应综合考虑； （2）先进行内腔加工，后进行外形加工； （3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少 重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。 3、数控加工工艺与普通工序的衔接 二、数控加工工艺设计方法 数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定 位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作好准备。 一、确定走刀路线和安排加工顺序 第 5 页 共 12 页 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映 出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点： 1、寻求最短加工路线 2、最终轮廓一次走刀完成 3、选择切入切出方向 4、选择使工件在加工后变形小的路线 二、确定定位和夹紧方案 在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题： （1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一； （2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面； （3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案； （4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。 三、确定刀具与工件的相对位置 对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点往往就选择在零件的加 工原点。对刀点的选择原则如下： （1）所选的对刀点应使程序编制简单； （2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置； （3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置； （4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。 换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在 加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止 换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定 的安全量。 四、 确定切削用量 编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进 给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。 以下是一个编程实例（所用的华中数控系统） 第 6 页 共 12 页 数控编程数控编程: : G92 X80 Z100 建立工件坐标系（原点在工件左端面几何中心点处），设起刀点为 （80，100）。 M03 S500 主轴正转，转速 500 转/分。 M06 T0101 换第 1 号刀（外圆粗车刀），准备粗车外圆面。 G00 X32 Z2 刀具从起刀点快速移至循环起点（32，2）。（毛坯直径 30） G71 U1 R1 P100 Q200 X0.6 Z0.3 F200 G71 复合循环粗车工件外圆表面，每次吃刀量 1mm（半径值），每次退刀量 1mm（半径值），X 方向留 0.6 mm 余量（直径值），Z 方向 留 0.3 mm 余量，精加工程序从 N100 至 N200。 G00 X80 Z100 粗车外圆表面结束，快速退刀至起刀点（即换刀点）。 T0100 取消 1 号刀的刀偏值。 M06 T0202 换第 2 号刀（外圆精车刀），准备精车外圆面。 S800 转速调高至 800 转/分。（精车时转速 S 应提高，进给 F 应降低） N100 G00 X6 Z2 精车开始，刀具从起刀点移至（6，2）处。注：将倒角 Z 向延长 2，则 X=12-2-4=6（X 为直径值） G01 X11.8 Z-1 F100 直线进给加工倒角。注：M12 螺纹处外圆加工至 11.8(较螺纹外径 小 0.2)，进给降为 F100。 Z-20 精车螺纹处外圆(螺纹退刀槽暂不加工)。 X14 精车端面 X16 Z-21 精车倒角 Z-28.5 精车 16 外圆 X24 Z-43.428 精车 30 度锥面。注：锥面左端节点坐标（24，-43.428） N200 Z-70 精车 24 外圆至-115 处（较工件延长 5mm）。（中间槽和左端外圆及倒角 暂不加工）。精加工结束。 G00 X80 快速退刀至 X80 处 Z100 快速退刀至起刀点。 T0200 取消 2 号刀的刀偏值。 M06 T0404 换第 4 号刀（切槽刀）。设刀头宽为 3mm（具体加工应测量刀宽）。 第 7 页 共 12 页 准备切螺纹槽和中间槽。 S500 转速调为 500 G00 X18 Z-20 快速移至螺纹槽左侧（18，-20）处。 G01 X9.3 F50 加工螺纹槽至 X9.3（槽底直径 9，留下 0.3 余量）。 G00 X18 快速退刀至 X18 处。 X14 Z-17 快速移至（14，-17）处，此时右刀尖在（14，-14 处），准备加工倒角。 G01 X10 Z-19 加工倒角 X9 切槽至槽底 Z-20 往左加工去除前面切槽所留下的 0.3 余量，这样整个槽底不会因两刀切槽而留下 接刀痕。 G00 X26 快速退刀至 X26，准备加工中间槽。 Z-55 快速移至 Z-35（中间槽左侧面处）。 G01 X20.3 切槽至 X20.3（槽底直径 19.975，留下 0.325 余量）。注：不对称公差取中 间值。 G00 X26 快速退刀至 X26 Z-53 快速移至 Z-33（中间槽右侧面处，此时右刀尖在（26，-30 处）。 G01 X19.975 切槽至槽底（X19.975） Z-55 往左加工去除前面切槽所留下的 0.325 余量，这样整个槽底不会因两刀切槽而留 下接刀痕。 G00 X80 快速退刀至 X80 处 Z100 快速退刀至起刀点。 T0400 取消 4 号刀的刀偏值。 M06 T0303 换第 3 号刀（螺纹刀），准备加工螺纹。 注：M12 螺纹为粗牙螺纹，经查表螺距为 1.75，牙深=1.751.3=2.275（直径值），分 四刀加工，每刀吃刀深度的直径值分别为：1、0.8、0.4、0.18。 S400 转速调为 400。注：螺纹加工时转速 S=1200/螺距-80（经验公式）。 G00 X14 Z2 快速移至螺纹加工循环起点（14，2）处。 G82 X11 Z-17 F1.75 第一刀螺纹加工，吃刀深度的直径值为：1mm。 第 8 页 共 12 页 G82 X10.2 第二刀螺纹加工，吃刀深度的直径值为：0.8mm。 G82 X9.8 第三刀螺纹加工，吃刀深度的直径值为：0.4mm。 G82 X9.62 第四刀螺纹加工，吃刀深度的直径值为：0.18mm。 G82 X9.62 走一刀螺纹加工空刀。 G00 X80 Z100 快速退刀至起刀点。 T0300 取消 3 号刀的刀偏值。 M06 T0404 换第 4 号刀（切槽刀），准备加工左端 20 圆柱面、倒角和切断工件。 S500 转速调为 500。 G00 X26 Z-68 快速移至(26，-68)处，此时右刀尖在 Z-65 处，即工件右端面处。 G01 X16 F30 切槽至 X16，为后面倒角作准备。 G00 X26 快退至 X26 Z-65 快移至 Z-65（即右移一个刀宽位）。 G01 X20.3 切槽至 X20.3（槽底直径 20.025，留下 0.275 余量）。注：不对称公差取中 间值。 G00 X26 快退至 X26 Z-63 快移至 Z-63，此时右刀尖在 Z-60 处，即肩台处。 G01 X20.025 切槽至槽底 X20.025 Z-110 往左加工至 Z-110，此时右刀尖在 Z-10 处，准备加工倒角。 X18 Z-110 加工倒角 X0 切断工件 G00 X80 快退至 X80 Z100 快退至起刀点 T0400 取消 4 号刀的刀偏值 M05 主轴停转 M02 程序结束 第 9 页 共 12 页 4 4 结论结论 轴类零件加工工艺是一项严谨的技术工作, 随着现代加工技术的快速发展, 轴类零 件在 “高速、 高精度、 自动化、 网络化”的发展道路上迈上了新的台阶, 也必将使 轴承零件的质量提升到一个更高的水平。 通过这次的设计，我运用了所学的专业基础知识，解决了一些理论知识，同时也提 高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，对数控机 床的应用及发展有了更深的了解，对零件图的工艺分析以及宏程序的基础知识做了更深 的研究。设计中，图纸分析，加工工艺处理，程序编制以及对细节的斟酌处理，都使我 的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不 同程度的提高。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练， 从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。由于 能力有限，设计当中可能会有不足之处，恳请各位老师给予批评指正。 第 10 页 共 12 页 参参 考考 文文 献献 1劳动部职业技能开发司。数控车工生产实践。北京：中国劳动出版社， 1997 2 张茹基于 Windows