轴类零件加工毕业设计.doc

单位代码 学号 分 类 号 密 级 毕业论文轴类零件的数控加工工艺及编程 院（系）名称工学院机械系 专业名称数控技术 学生姓名 指导教师 2011 年 4月17日 黄河科技学院毕业论文开题报告表课题名称轴类零件的编程及加工工艺分析课题来源教师拟订课题类型DY指导教师学生姓名专 业数控技术学 号一、调研资料的准备本课题是一次理论联系实际的训练，在做本课题时，已查阅了数控加工工艺与编程、机械制造工艺学等资料。二、论文要求大学毕业设计，是提高学生综合应用所学的理论知识来处理实际问题的能力，是培养学生理论与实践相结合的一个重要的实践性环节，是对大学三年所学知识总结与运用。因此，本环节在教学过程中有着特别重要的意义。本课题在此基础上拟定而成的。本课题要求编写所给图纸的零件加工编程及加工工艺分析三、论文的思路与预期成果 1、论文的思路根据所发图纸编写该零件的加工编程及对该零件进行工艺分析 （1）轴类零件的编程及加工工艺分析的封面 （2）轴类零件的编程及加工工艺分析的摘要及目录 （3）轴类零件的编程及加工工艺分析的正文2、预期的成果论文应满足以下几点：（1）封面一份。（2）摘要及目录一份。（3）正文一份，字数不少于五千字四、任务完成的阶段内容及时间安排1-4 周 完成开题报告、文献翻译、文献摘要5-6 周 完成正文五、完成论文所具备的条件因素 本人已修完机械设计、机械制图等课程，借助图书馆的相关文献资料，以及相关的网络等资源。指导教师签名： 日期： 课题来源：（1）教师拟订；（2）学生建议；（3）企业和社会征集；（4）科研单位提供课题类型：（1）A工程设计（艺术设计）；B技术开发；C软件工程；D理论研究；E调研报告 （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。轴类零件的数控加工工艺及编程摘 要轴类零件在整个制造工业中发挥着重要作用。在汽车领域起着连接动力装置和运动装置的部位，在重型机械领域，起着传动动力，吊卸重物的重要组成部分等。阶梯轴作为轴类零件的一种，在整个轴类零件中也扮演着重要角色。现根据其零件特性，对其加工过程作详细分析，具体过程将在正文中得以说明，确定了加工过程中所选刀具的种类、型号及其注意事项，并总结出该轴类零件的加工过程。关键词：数控车床加工 加工刀具 加工工艺 数控编程CNC lathe failure analysis and maintenance of Maintenance TechnologyAuthor XXXTutor :XXAbstractAbstract: a high precision CNC machine tools Zuowei automation equipment, its ability to secure reliable operation, the machine depends largely on the proper use and daily maintenance, machine tool Zhang Qi Weiliaobaozheng safe and stable operation, maintenance Fei Yong Jiang Di, discover and eliminate risks, thereby enhancing the economic efficiency of enterprises. Maintenance of CNC machine tools through a typical daily work highlighted several practical fault diagnosis, repair and maintenance method for your reference.Keywords: CNC machine tools, automation, diagnostics, maintenance, service目 录绪论.1 第一章 零件的分析.21.1零件图的结构工艺性分析.21.2零件的形状分析.21.3零件的形位公差分析.21.4零件的表面质量分析.31.5零件的材料分析.3第二章 毛坯的设计.4 2.1毛坯的种类.42.2毛坯的种类的选择.42.3毛坯的形状与尺寸的选择.4第三章 零件的工艺规程设计.53.1机床的合理选择.53.2 加工方法的选择.63.3 加工顺序的安排.63.4 工艺的制定63.4.1 确定加工方案73.4.2 切削用量的选择.73.4.3 刀具的选择.83.5 工艺卡片.9第四章 数控编程与加工.104.1数控编程的分类.104.2零件加工程序清单.10设计总结.12致谢.13参考文献.14轴类零件的数控加工工艺及编程绪 论数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。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、自动识别负载自动选定模型、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。第一章 零件的分析图11加工轴零件图1.1零件图的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件，在能够满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。好的结构工艺性会使零件加工容易，节省成本，节省材料；而较差的结构工艺性会使加工困难，加大成本，浪费材料，甚至无法加工。通过对零件的结构特点、精度要求和复杂程度进行分析的过程，可以确定零件所需的加工方法和数控机床的类型和规格。轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴和偏心轴等）四类。本题零件为阶梯轴，它适合于数控加工，结构简单，加工过程中不易变形。1.2零件的形状分析该零件为回转型零件，装夹方便，只要采用三爪自定心卡盘即可。1.3零件的形位公差分析（1）形状公差：构成零件的几何特征的点，线，面要素之间的实际形状相对与理想形状的允许变动量。给出形状公差要求的要素称为被测要素。 （2）位置公差：零件上的点，线，面要素的实际位置相对与理想位置的允许变动量。来确定被测要素位置的要素称为基准要素。该零件形状及位置公差没有做具体要求，易加工。1.4零件的表面质量分析在机械学中，粗糙度指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。它是互换性研究的问题之一。表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等。由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。该零件表面主要由圆柱面、圆锥面、圆弧、槽构成，表面粗糙度没做具体要求，加工相对容易。1.5零件的材料分析45#钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。第二章 毛坯的设计轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45#钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达52HRC。 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。2.1毛坯的种类毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。2.2毛坯的种类的选择该零件为轴类零件，采用型材类毛坯，材料选择45#钢。2.3毛坯的形状与尺寸的选择选择圆柱型型材，根据零件图的尺寸，为了减少加工时间，尽可能在保证精度的情况下选择少的粗加工余量，本题可选择40X150的圆柱型棒料。第三章 零件的工艺规程设计对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。一 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。二 不适于数控加工的内容一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：（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；（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。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。3.1机床的合理选择数控机床通常最合适加工具有一下特点的零件（1） 多品种、小批量生产的零件新产品试制中的零件。（2） 轮廓形状复杂，或对加工精度要求较高的零件。（3） 用普通机床加工时需用昂贵的工艺装备（工具、夹具和模具）的零件（4） 需要多次改型的零件。（5） 价格昂贵，加工中不允许报废的零件。（6） 需要最短时间周期的急需零件。3.2 加工方法的选择加工方法的选择原则是：同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。此外还应考虑生产效率及经济性的要求，以及现场生产设备等实际情况。本题的零件采用数控车床进行加工。3.3 加工顺序的安排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。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； 该零件只需要一次装夹即可加工完成，在程序编制的过程中按照先粗后精、从左至右的顺序进行。3.4 工艺的制定零件上精度要求较高的表面加工，通常是通过粗加工、半精加工、精加工逐步达到的。对于这些表面，要根据质量需求、机床情况和毛坯条件来确定最终加工方案。确定加工方案时，首先应该根据主要表面精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求说需要的加工方法，此时要考虑到数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能，原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。3.4.1 确定加工方案此工件只需一次装夹即可完成加工，采用三爪自定心卡盘装夹即可。3.4.2 切削用量的选择切削用量是说明机床在进行切削加工时的状态参数。不同类型的机床对切削用量参数的表述也略有不同，但其基本的含义都是一致的。（1）切削速度（Vc）：切削刃上的切削点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为米/分（m/min）。在各种金属切削机床中，大多数切削加工的主运动都是机床主轴的运动形成的，即都是回转运动。这样就需要在切削速度与机床主轴转速之间进行转换，两者的关系为：Vc = d/1000n （31）式中 Vc：切削速度（m/min）d：工件直径（mm）n：主轴转速（rpm）（2）进给量（f）：对于不同种类的机床，进给量的单位是不同的。对于普通车床，进给量为工件（主轴）每转过一转，刀具沿进给方向与工件的相对移动量，单位为mm/r；对于数控车床，由于其控制原理与普通车床不同，进给量也可以定义为刀具在单位时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量（mm/min）。其他类型的机床则根据其结构不同，进给量的单位分别为刀具或工件每转的位移量（mm/min，车床等大部分机床；或mm/r，使用多齿刀具的机床）或每行程的位移量（mm/一个行程，刨床等机床）。（3）切深（ap）：已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。在切削加工中，切削速度（Vc）、进给量（f）和切深（ap）这三个参数是相互关联的。在粗加工中，为了提高效率，一般采用较大的切深（ap）。此时切削速度（Vc）和进给量（f）相对较小；而在半精加工和精加工阶段，一般采用较大的切削速度（Vc）、较小的进给量（f）和切深（ap），以获得较好的加工质量（包括表面粗糙度、尺寸精度和形状精度）。3.4.3 刀具的选择切削加工离不开刀具。刀具是整个机械加工工艺系统中的一个重要环节。在各种刀具中，车刀的结构相对比较简单，具有代表性，下面以车刀为例予以介绍。车刀由夹持部分和切削部分组成。夹持部分称为刀柄，用来把刀具装夹在车床的刀架上，一般采用普通钢材料锻造而得；切削部分俗称为刀头，在车刀上一般为单个刀片。刀片材料一般有高速钢（俗称白钢刀条）和硬质合金两种，用于剥离金属材料。根据刀具切削部分与夹持部分（即刀片与刀柄）连接方式的不同，车刀可以分为焊接刀具和机夹刀具两大类。车刀切削部分的主要构成为：（1）前刀面（A）：切削加工而得的切屑经过的刀片表面（2）主后刀面（A）：刀具片上与过渡表面相对的表面（3）副后刀面（A）：刀具片上与已加工表面相对的表面（4）主切削刃（S）：前刀面与主后刀面相交而得到的切削刃。用于切出工件上的过渡表面，完成主要的金属切除。主切削刃是主要的加工刃。（5）副切削刃（S）：前刀面与副后刀面相交而得到的切削刃。它的主要作用是配合主切削刃，完成金属材料的剥离工作，形成工件已加工表面（6）刀尖：指主切削刃与副切削刃的连接处。根据刀具所使用的场合不同，刀尖有倒角刀尖和倒圆刀尖两种。从以上的分析中，我们可以了解到：车刀的各个组成部分之间都有着密切的联系。实际上，在十几至几十平方毫米的区域内，若干个部分形成了一些角度。这些角度对加工质量和刀具的使用寿命有极大的影响。对刀具进行角度的分析，是刀具设计者和使用者的重要工作内容。与刀具的组成一样，刀具材料也分为刀柄材料和刀片材料。刀柄一般采用45#钢锻造，经过铣削加工而得。随着数控机床的日益普及，对机床刀具的要求也越来越高，越来越广，对于刀具的刀柄的要求也日益提高。现在对车刀刀柄的公差要求也提高了很多。我们现在谈论的刀具材料主要是指刀具切削部分（即刀片）的材料。刀具切削性能的优劣，主要取决于刀片的材料，其次取决于刀具几何参数和刀具结构的设计，再次取决于刀具切削用量的选用和刀具的安装情况。刀片在切削加工时，要承受很大的切削力，还要承受切屑变形时产生的高温。要是刀具能在这样的条件下工作而不致很快地变钝或损坏，保持其切削能力，刀片必须具备各种特殊的性质。3.5 工艺卡片表3-1 该零件的加工工艺过程序号工序名称工序内容设备及工装1备料制作毛坯，选用40X150棒料。2车装夹毛坯外圆，沿轮廓车削该零件。数控车床3车平端面。数控车床4钳去毛刺。表3-2 该零件的加工工序卡夹具名称使用设备三爪自定心卡盘数控车床工序号工步号工步内容刀具号刀具参数主轴转数/(r/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm21装夹毛坯外圆，向外伸出120mm，粗车外圆轮廓，留精加工余量0.5mm。01刀具主偏角93度刀尖角80度700120.52精车外圆轮廓。01刀具主偏角93度刀尖角80度80030.253切槽024mm宽切断刀3001.24车螺纹03刀具主偏角60度刀尖角60度3001.25切断024mm宽切断刀3001.2第四章 数控编程与加工4.1数控编程的分类数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。（1）手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的将来，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。（2）自动编程自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，得到正确的程序。综合考虑该零件的外形，确定该零件的编程方法为：手工编程。4.2零件加工程序清单程序解释说明O0101 程序名T0101 换1号刀，并调用1号刀补M03S500 主轴正传，转速为500r/minM08 切削液开 G00X40.0Z5 快速定位到循环启动点 G71U2R1 建立外圆粗车循环G71P100Q200U0.5W0.5F0.2 设定加工起终程序段及精加工余量N100G01G42X18Z0 精加工程序第一段，建立刀具补偿X22Z-2 倒角Z-30 车直径22外圆X30Z-60 车锥面Z-65 车直径30外圆X38 平车直径38外圆右端面Z-75 车直径38外圆G02X38Z-105R35 车圆弧R35G01Z-110 车直径38外圆N200G01G40X40 出车循环结束G70P100Q200F0.05S800 精车循环粗车的程序段G00X100Z100 退至换刀点T0202 换2号刀并调用2号刀补G00X25Z-30 快速定位到槽加工预加工位置点G01X18F0.2S300 车槽X25F2.0 退刀G00X100Z100 快速定位到换刀点T0303 换3号刀并调用3号刀补G00X22Z5 快速定位到外螺纹循环起点G92X21Z-27F0.02S300 螺纹车第一次走刀循环X20.4 螺纹车第二次走刀循环X20.052 螺纹车第三次走刀循环G01X23F2.0 退刀G00X100Z100 快速定位到换刀点T0202 换2号刀截断G00X40Z-110 快速定位到截断位置G01X-3F0.02S300 进行截断G00X100Z100 退刀至安全位置M05 主轴停转M30 程序结束%设计总结通过短短一个月论文的设计，对数控技能操作以及理论知识有了一定得了解，为之得到了很多以前在学校难以解决得答案。这段时间通过与同伴们仔细研究与探讨，了解到了数控专业在当今社会的发展以及所在地区的热点信息。通过论文让我对数控有了一定的了解以及需要掌握的基础知识。根据以上参考文献及书籍让我从中了解了一下基本知识,使我对机械方面的知识也产生了一定的兴趣。例如：1.在加工零件的工艺分析时应当选择数控加工零件及其加工的主要内容，应该对零件的数控加工工艺性进行全面、认真、仔细的分析。主要内容包括产品得零件图样分析、结构工艺分析和零件安装方式的选择等内容。数控加工工艺性分析涉及的知识面很广。换句话来说他又是被“机械”这个大家话所涵盖。2.我们在加工零件时通常对表面加工比较精确，他时通过从