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安徽国防科技职业学院毕业设计说明书题 目 典型轴类零件的数控车削工艺 专 业 数控技术 班 级 07数控（2）班 学生姓名 祁洲 指导教师 李存鹏 2010年 04 月 30日目录摘要3绪 论4第一章零件的分析51.1 零件图的结构工艺性分析51.2 零件的形状分析51.3 零件的形位公差分析51.4 零件的表面质量分析51.5 零件的材料分析6第二章毛坯的设计62.1毛坯的制造形式62.1.1 毛坯的种类62.1.2 毛坯的种类的选择62.1.3 毛坯的形状与尺寸的选择6第三章零件工艺规程的设计73.1机床的合理选择73.2 加工方法的选择83.3 加工顺序的安排83.4 工艺的制定83.4.1 确定加工方案83.4.2 确定装夹方案93.4.3 切削用量的选择93.4.4 刀具的选择93.4.5 加工工艺卡11第四章数控编程124.1 数控编程的分类124.1.1 手工编程124.1.2 自动编程134.1.3 编程方法的选择134.2 数控加工程序的内容144.2.1 常用代码144.2.2 零件的加工程序：15致谢19参考文献20典型轴类零件的数控车削工艺摘要轴是数控车床中最常见的加工零件之一，本题主要介绍了轴零件的车削加工工艺，在车床（这里指的是普通车床和一般的数控车床）上，可以进行工件的外表面、端面、内表面（内孔）以及内外螺纹的加工。对于高等级的数控车床（称为车削中心），除了上述各种加工以外，还可以进行铣削、钻削等加工。从以上介绍的对加工工艺过程的分析中，我们可以知道：在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运动。根据切削运动在切削加工中的作用不同分为主运动和进给运动。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。关键词：零件的分析、毛坯的设计、工艺的制定、数控编程。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。 毕业设计是对大学3年所学知识的综合应用，是全面衡量学生掌握知识与运用知识水平的过程。也是巩固所学的知识，提高解决实际的能力。在即将毕业之际我们需要进行一次全面性的实践锻炼，使我们把所学的知识综合起来加以使用进一步提高分析问题的能力。毕业设计是为这一目的而安排的。本次设计的课题是轴类零件的加工设计,是对以前所学专业知识的一个总结。本次设计中，主要用到所学的机械工艺方面的知识，以及机械设计等方面的知识。着重说明了轴类零件的一般加工过程，即加工工艺的分析、加工方案的选择以及零件结构与技术条件的分析。既是重点又是难点。本文系统的介绍了轴类零件的加工以及加工工艺的分析与制订。轴类零件的加工工艺的制订，直接关系到工件的质量，劳动生产率和经济效益。一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种是较合理的，因此，在制订的过程中应注意以下几点：1.零件图的分析2.零件的加工工艺路线的分析3.粗基准的选择4.精基准的选择通过本次毕业设计，使我更加了解机械设计的意义，以及懂得如何查阅相关资料和怎样解决在实际工作中遇到的实际问题，这为我们以后从事机械行业打下了良好的基础。第一章 零件的分析零件的分析主要包括零件的结构、形状、性能、表面质量、材料等方面的分析。下面我们来根据以下零件图进行改零件的分析。1.1 零件图的结构工艺性分析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该零件公差等级要求不高，切只需一次装夹，同轴度易保证。1.4 零件的表面质量分析该零件表面主要由圆柱面、圆锥面、圆弧、槽及螺纹构成，表面粗糙度要求一般，容易达到要求。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4552HRC。 2.1毛坯的制造形式2.1.1 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2.1.2 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。2.1.3 毛坯的形状与尺寸的选择选用圆柱型材，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27*100的圆柱型棒料。第三章 零件工艺规程的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。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。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。本题中的零件加工精度要求在普通机床上无法完成，所以选择数控机床进行加工。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3.4.1 确定加工方案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。3.4.2 确定装夹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。3.4.3 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/1000n2)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）。3.4.4 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。图1-4为普通外圆车刀的示意图。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。 3.4.5 加工工艺卡表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27100棒料。2车装夹毛坯外圆，进行零件的车削加工。数控车床4钳去毛刺。表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规格主轴转数/(r/min)进给速度/(mm/min)被吃刀量/mm程序编号21装夹毛坯外圆，向外伸出75mm，粗车外圆轮廓，留精加工余量0.25mm。0190度外圆粗车刀5001001.5O00012精车外圆轮廓。0290度外圆精车刀800300.25O00013切槽035mm宽切断刀30030O00014车螺纹0460度螺纹车刀300O00015切断并倒角033mm宽切断刀30030O0001第四章 数控编程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。4.1.1 手工编程(1)手工编程的定义 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。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用手工编程既经济又及时，因而手工编程被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。但对于一些复杂零件，特别是具有非圆曲线的表面，或者零件的几何元素并不复杂，但程序量很大的零件(如一个零件上有许多个孑L或平面轮廓由许多段圆弧组成)，或当铣削轮廓时，数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，而只能以刀具中心的运动轨迹进行编程等特殊情况，由于计算相当繁琐且程序量大，手工编程就难以胜任，即使能够编出程序来，往往耗费很长时间，而且容易出现错误。据国外统计，当采用手工编程时，一个零件的编程时间与在机床上实际加工时间之比，平均约为30：1，而数控机床不能开动的原因有2030是由于加工程序编制困难，编程所用时间较长，造成机床停机。普通车床因此，为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效地解决各种模具及复杂零件的加工问题，沈阳机床采用手工编制程序已不能满足要求，而必须采用“自动编制程序”的方法。(2)手工编程的意义 手工编程的意义在于加工形状简单的零件(如直线与直线或直线与圆弧组成的轮廓)时，快捷、简便；不需要具备特别的条件(价格较高的硬件和软件等)；对机床操作或程序员不受特殊条件的制约；还具有较大的灵活性和编程费用少等优点。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。(3)手工编程的不足 手工编程既繁琐、费时，又复杂，普通车床而且容易产生错误。其原因是：1)零件图上给出的零件形状数据往往比较少，而数控系统的插补功能要求输入的数据与零件形状给出的数据不一致时，沈阳机床就需要进行复杂的数学计算，而在计算过程中可能会产生人为的错误。2)加工复杂形面的零件轮廓时，图样上给出的是零件轮廓的有关尺寸，而机床实际控制的是刀具中心轨迹。因此，有时要计算出刀具中心运动轨迹的坐标值，这种计算过程也较复杂。对有刀具半径补偿功能的数控系统，要用到一些刀具补偿的指令，并要计算出一些数据，这些指令的使用和计算过程也比较繁琐复杂，容易产生错误。3)当零件形状以抽象数据表示时，就失去了明确的几何形象，普通车床在处理这些数据时容易出错。无论是计算过程中的错误，还是处理过程中的错误，都不便于查找。4)手工编程时，编程人员必须对所用机床和数控系统以及对编程中所用到的各种指令、沈阳机床代码都非常熟悉。这在编制单台数控机床的程序时，矛盾还不突出，可以说不大会出现代码弄错问题。但在一个编程人员负责几台数控机床的程序编制工作时，由于数控机床所用的指令、代码、程序段格式及其他一些编程规定不一样，普通车床所以就给编程工作带来了易于混淆而出错的可能性。4.1.2 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，沈阳机床得到正确的程序。按输入方式的不同， 自动编制程序可分为语言数控自动编程、普通车床图形交互自动编程和语音提示自动编程等等。现在我国应用较广泛的主要是图形交互式编程。4.1.3 编程方法的选择在数控机床发展的过程中，在研制出各种数控机床的同时，也研制出了各种编程方法。至今，主要有手工编程和自动编程两种方法，其他方法可视为这两种方法的扩展，它们各有其适用范围。究竟选择哪一种编程方法，通常应根据被加工零件的复杂程度、数值计算的难度与工作量大小、现有设备(相应硬件与软件)以及时间和费用等进行全面考虑，权衡利弊，予以确定。一般而言，加工形状简单的零件，沈阳机床例如点位加工或直线切削零件，用手工编程所需的时间和费用与用自动编程所需的时间和费用相差不大，因此采用手工编程比较合适。而当被加工零件形状比较复杂，如复杂的模具，若不采用自动编程，不仅在时间和费用上不合理，普通车床有时甚至用手工编程方法无法完成。4.2 数控加工程序的内容4.2.1 常用代码（1）快速定位G00指令格式：G00X(U)_Z(W)_;指令功能：X轴、Z轴同时从起点以各自的快速移动速度移动到终点，两轴是以各自独立的速度移动，短轴先到达终点，长轴独立移动剩下的距离，其合成轨迹不一定是直线。指令说明：G00为初态G指令（2）直线插补G01 指令格式：G01 X（U）_Z(W)_F_； 指令功能：运动轨迹为从起点到终点的一条直线。 指令说明：G01为模态G指令（3）圆弧插补G02、G03指令格式G02/G03 X(U)_Z(W)_ R/(J_K_)指令功能：G02指令运动轨迹从起点到终点的顺时针（后刀座坐标系）/逆时针（前刀座坐标系）圆弧；G03指令运动轨迹为从起点到终点逆时针（后刀座坐标系）/顺时针（前刀座坐标系）圆弧。指令说明：G02、G03为模态G指令。（4）复合循环指令1）轴向粗车循环G71指令格式：G71 U(d) R(e) F_ S_ T_; (1) G71 P(ns) Q(nf) U(u) W(w); (2) N(ns)； N (nf)；指令意义：G71指令分为三个部分：（1）：给定粗车时的切削量、退刀量和切削速度、主轴转速、刀具功能的程序段：（2）：给定定义精车轨迹的程序段区间、精车余量的程序段；（3）：定义精车轨迹的若干连续的程序段，执行G71时，这些程序段仅用于计算粗车的轨迹，实际并未被执行。2）精加工循环G70指令格式：G70 P(ns) Q(nf);指令功能：刀具从起点位置沿着nsnf程序段给出的工件精加工轨迹进行精加工。其中：ns: 精车轨迹的第一个程序段的程序段号；nf: 精车轨迹的最后一个程序段的程序段号；3）多重螺纹切削循环G76指令格式：G76 P(m) (r) (a) Q(dmin) R(d);G76 X(U)_ Z(W)_ R(i) P(k) Q(d) F(I)_;指令功能：通过多次螺纹粗车、螺纹精车完成规定牙高（总切深）的螺纹加工，如果定义的螺纹角度不为0度，螺纹的切入点由螺纹牙顶逐步移至螺纹牙底，使得相邻两牙螺纹的夹角为规定的螺纹角度。G76指令可加工带螺纹退尾的直螺纹和锥螺纹，可实现单侧刀刃螺纹切削，吃刀量逐渐减少，有利于保护刀具、提高螺纹精度。G76指令不能加工端面螺纹。4.2.2 零件的加工程序：O0001;T0101;M03S50