【毕业论文】数控轴类零件的工艺设计与加工

毕 业 论 文,论文题目：数控轴类零件的工艺设计与加工,2012 年 09 月 25 日,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，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。设计说明书以数控车床车削轴类零件为例，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，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等，编写加工零件的程序。按照说明书要求将加工出零件，并对零件自检数据进行分析，说明在加工过程中应注意的事项。,引 入,数控车床是一种自动化程度高、结构复杂且又昂贵的先进加工设备、它与普通车床相比具有加工精度高、加工灵活、通用性强、生产效率高、质量稳定等优点。特别适合加工多品种、小批量形状复杂的零件，在企业生产中有着至关重要的地位。所以在我们编程加工零件时首先要车床的系统功能。,数控车床系统简介,数控机床加工中的动作在加工程序中用指令的方式事先予以规定，这类指令有准备功能G、刀具功能T、主轴转速功能S和进给功能F等。由于目前数控机床的类型和数控系统的种类较多，同一G指令或同一M指令其含义在不同系统和不同机床类型中不完全相同，甚至完全不同。因此，编程人员在编程前必须对所使用的数控系统相关型号的指令功能进行仔细研究，掌握每个指令的确切含义，以免发生错误。,注：带*号的G指令表示电源接通时，即为该G指令的状态。00组的G指令为非模态G指令，其他均为模态G指令。,准备功能G指令,辅助功能M指令,注 ：在编程时，M指令中前面的0可省略，如M03可简写为M3,1.F功能指定进给速度。 每转进给（G99），系统开机状态为G99状态，只有输入G98指令后，G99才被取消。在含有G99的程序段后面，在遇到F指令时，则认为F所指定的进给速度单位是mm/r.没分进给（G98）：在含有G98的程序段后面，在遇到F指令时，则认为F所指定的进给速度单位是mm/min.G98被执行一次后，系统将保持G98状态，直到被G99取消为止。2.T功能指令数控系统进行换刀。 在FANUC OI MATE-TC系统中，采用T“2位+2位”的形式。例如，T0101表示采用1号刀具和1号刀补。请注意在SIEMENS系统中由于同一把刀具有许多个刀补，所以可以采用如T1D1、T2D2、T2D1、T2D2等。但在FANUC系统中，由于刀补储存是公用的，所以往往采用如T0101、T0202、T0303等。3.S功能 指定主轴转速或速度。恒线速度控制（G96）、主轴转速控制（G97）、主轴最高速度限定（G50）。,F、T、S功能,请编制如下图所示零件的加工程序，材料为45钢，棒料直径为55mm,长145mm。,加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。经过分析零件的尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，确定如下加工方法： (1)外圆表面：粗车半精车(2)外螺纹：在精车的外圆表面分数次进给加工,加工方法,零件图分析,零件图的完整性与正确性零件属于短轴类，零件长度为145mm,从左到右依次为：长33mm、公称直径为25mm、有2mm的45倒角，长25mm普通螺纹，在25mm处有一退槽；长18mm直径为52mm的圆柱面；长19锥面并且被两个宽3mm直径39mm槽分成一个5mm两个4mm短锥面；一个直径18mm的凹圆弧与一个直径48mm凸圆弧相切；直径为39mm长26mm在125mm处有一5mm宽的槽的圆柱面，右端面一C2倒角。该零件视图正确，表达直观、清楚，绘制符合国家标准，尺寸、公差、表面粗糙度以及技术要求的标注齐全、合理。,零件上比较精密表面的加工，通常是经过粗加工、半精加工和精加工等方式逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求悬着相应的最终加工方法是不够的，还应正确的确定从毛坯到最终成型的加工方案. 毛坯先夹持左端，车右端轮廓113mm处，右端加工39mm、S42mm、 R9mm、35mm、锥度为10度的外圆，52mm.调头装夹已加工52mm外圆，左端加工25mm33mm、切退刀槽、加工螺纹M25mm1.5mm.,确定加工方案,该典型轴加工顺序为： 预备加工-车端面-粗车右端轮廓-精车右端轮廓-切槽-工件调头-车端面-粗车左端轮廓-精车左端轮廓-切退刀槽-粗车螺纹-精车螺纹。,机床的选择机床选择的原则：要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 有利于提高生产率。 尽可能降低生产成本(加工费用)。根据加工零件的外形和材料等条件，选用HNC-21/22T华中系统数控车床。,量具及辅助用具的选择 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。辅助用具有：铜片、铜锤、垫纸等,选择夹具夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。 根据零件的尺寸、精度要求和生产条件，选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。三爪自定心卡盘可以自动定心，夹持范围大，适用于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类中小型零件。,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，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可以留少许加工余量，一般为0.20.5mm。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。车削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。,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，能够正确选择刀刃具及切削用量。数控刀具有以下特点：刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；互换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、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，车去的余量较少，要求车刀锋利，切削刃平直光洁，必要时还可磨出修光刃。为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，便于实现机械加工的标准化，在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹片刀，机夹片刀常采用可转位车刀。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，故加工此零件选择硬质合金刀片。,刀具的选择,车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。粗、精车外圆：（因为程序选用 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度车刀，Kr=90度,Kr=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm)车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀.,刀具的选择,刀具卡片,主轴转速的确定（1）车外圆时主轴转速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）车螺纹时主轴的转速在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n(r/min)为：n（1200/P）k式中 P被加工螺纹螺距，；k保险系数，一般取为80。主轴转速n最后要根据上述计算值、机床说明书而定，选取机床有的或较接近计算值的转速。,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、工件的材料性质选取。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是：（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范围内选取。（2）在切断、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2050mm/min范围内选取。（3）当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些，一般在2050mm/min范围内选取。（4）当刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。,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，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可以留少许加工余量，一般为0.20.5mm。 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。车削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。,数控车削用量推荐表,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。,为了螺纹容易配合，螺纹M251.5在车削大径时，加工到直径25.7mm，总背吃刀量去0.65P=（0.651.5）mm=0.975mm.,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。程序起始点或起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中便于查找；（3）引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具或机床上，尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上。 换刀点是指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，以能顺利的换刀、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。,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力变形对工件的形状、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，通常在一次安装中，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，将待加工面先粗加工，留少量余量再精加工，以保证表面质量要求。（2）提高生产效率的原则。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，有5个工步；调头后加工为第二道工序，有4个工步。,加工路线的确定 在数控加工中，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起，直至结束，加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定原则主要有以下几点：（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，确定如下加工路线：工序一： 夹55mm毛坯，平端面； 粗车25mm外圆柱面、52mm圆柱面； 精加工上述轮廓； 切槽； 车M252螺纹。工序二： 调头加垫纸夹25mm圆柱面， 粗车39mm圆柱面、R24mm凸圆弧面、R9凹圆弧、长19mm圆锥面； 精车上述轮廓； 切槽；,G71指令：外径粗车复合循环 1、G71指令格式及意义：用于粗、精车工件外径。 G71 U R P (ns） Q(nf) X Z F N(ns) N(nf) 各参数含义：U切削深度(背吃刀量、每次切削量)，半径值，无正负号，如下图中的d。R每次退刀量，半径值，无正负，下图中的e；ns精加工路线中第一个程序段的顺序号；nf-精加工路线中最后一个程序段的顺序号；XX方向精加工余量，直径值，下图中的u，一般取0.4mm；ZZ方向精加工余量, 下图中的w，一般取0.2mm；,涉及主要指令G71,加工程序,工件右端加工O1111； M06 X200 Z100； 建立工件坐标系T0202; 调用2号刀M03 S800; 轴以800r/min正转G00 X60 Z5; 到循环加工起点 G71 U.1.5 R1 P01 Q02 X0.2 Z0.08 F80; 粗加工循环 N01 G00 X39 Z2； 到精加工起点G01 X39 Z0 F40; 精加工轮廓开始G01 X39 Z0 C2 倒角C2Z-26; 加工39G03 X35 Z-56.46 R24; 加工S48圆弧G02 X35 Z-70 R9; 加工R9圆弧G01 Z-75; 加工35X45.29; 加工35外径左端面至斜线部分 X52 Z-94; 加工斜线部分N02 Z-113; 精车循环结束G00 X55 Z100; 到换刀点,M06 T0303 M03 S115 M08； 换3号切槽刀,打开切削液G00 X55 Z2； 刀具起切的安全点G00 X55 Z-89； 切槽切入点G01 X39 F5； 切槽G01 X55 F20； 切槽退刀G01 Z-82； 切槽切入点G01 X39 F5； 切槽G01 X55 F20； 切槽退刀G00 Z-18； 切槽切入点G01 X35 F5； 切槽切入点G01 X50 F20； 切槽退刀G00 X55 Z100 M09； 换刀点,关闭切削液M05； 主轴停止 M30； 程序结束,工件左端加工O2222T0202 M03 S800； 换2号外圆刀 主轴800r/minG00 X55 Z2； 刀具起切的安全点G71 U1.5 R1 P01 Q02 X0.2 Z0.08 F80； 外径粗精车循环N01 G00 X50 Z2； 精车循环开始G01 X0 Z0 F40； 开始加工G01 X24.7 Z0 C2； 倒角G01 Z-33； 车25G01 X52 Z-33 C2； 倒角N02 G01 Z-35； 精车循环结束G00 X100 Z100； 换刀点M05； 主轴停止M30； 程序结束T0303 M03 S115 ； 换3号切槽刀G00 X30 Z2； 刀具起切的安全点G00 Z-28； 切槽切入点G01 X21 F5 ； 切槽,G01 X30 F20； 退刀G00 X50 Z100； 回换刀点M05； 主轴停止M30 ； 程序结束T0404 M03 S70； 换4号螺纹刀G00 X25 Z2 ； 刀具起始安全点G76 C1 A60 X23.056 Z-26 K0.974 U0.1 V0.1 Q0.4 F1.5;螺纹车削循环,C为精车次数,螺纹刀具角度,X为最终螺纹X轴小径,Z为最终螺纹Z轴长度,K为牙型高,U精加工余量,V最大加工量,Q第一刀最大背吃刀量,F为导程.G01 X40； 退刀G00 X100 Z100； 回换刀点M05； 主轴停止M30； 程序结束,加工中的难点与解决方案 (1）在左端加工之前，应测量剩余毛坯的长度，保证所需要的尺寸630.12mm。（2）用三爪卡盘夹已加工表面47mm外圆时，为保护已加工表面精度，应加垫铜片。夹紧后应用百分表测量同轴度，用铜锤轻轻敲打校正。（3）加工圆弧面和圆球面时，为保证尺寸、形状等技术要求，不产生过切或少切现象，在编程时，应考虑刀具半径补偿。（4）钻孔时，尺寸不易保证。在钻孔时，当钻头接触工件时记下刻度值，计算出孔深所需刻度，根据计算值手动进给钻孔。（5）加工螺纹时应分数次进给，参考数控加工与编程表2-2选择螺纹切削的进给次数与背吃刀量。,数控车床操作注意事项（1）程序输入阶段 程序输入时应正确，避免字母、数字和符号的输入错误。 程序输入应符合系统格式。（2）零件加工阶段 检查数控系统是否已回参考点。 安装车刀，确认车刀安装的刀位和程序中编程所需的刀号一致。 对刀。 车刀对刀完毕后，应确认对刀的正确性，确认精车刀对刀的精确性。 加工前仔细检查和确认是否符合自动加工运行模式。在数控车间操作机床时要注意安全，严格按照数控机床设备安全操作规程要求操作。,我的大学数控生涯,转眼大学时光马上进入实习阶段，马上面对现实的社会，马上离开美好的校园生活。我知道自己即将用自己从小时候到现在所学到的知识去面对现实的社会，去为这个社会，去为自己的家庭创造新的、有用的价值。 1.对数控的认识 通过这两年的学习我知道数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Computerized Numerical Control），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。2.对数控的学习 在学习阶段我学习啦很多有关数控的专业知识。这期间我学习啦很多的相关专业课程，比如数控车床、铣床的培训教程体育、英语、高等数学、工程力学、电工学、机械制造技术、数控加工工艺、数控编程、电气控制与PLC、电工技术、电子技术、机械制,图、计算机绘图（cad）、计算机基础、机械制造工艺与夹具、数控机床、数控机床故障与维修、典型数控系统等。 3、数控专业学习的指令。数控车床 在车床编程中最基本最常用的准备功能G指令就是G00（快速定位）、G01（切削进给）、G02（顺时针圆弧插补）、G03（逆时针圆弧插补）、G40（取消刀具半径补偿）、G41（刀尖圆弧半径左补偿）、G42（刀尖圆弧半径右补偿）、G70（精加工循环）、G71（内、外型粗加工循环）、G73（固定形状粗加工复合循环）、G75（切槽循环）、G76（螺纹切削复合循环）。最常用的辅助功能M指令是M00（程序暂停）、M03（主轴正转）、M04（主轴反转）、M05（主轴停止）、M30（程序结束）、M98（调用子程序）、M99（子程序结束，返回主程序）。F功能、T功能、S功能均为模态指令。 对于各个指令的格式一定要熟记。在使用各个指令的同时也要对有的数据进行计算。对于计算的公式也要牢记。比如在切螺纹时需要先计算好实际牙深（h=0.6495p）、包括螺纹的导入量与导出量的取决。（导入量一般取36mm,导出量一般取13mm）。有的形状可以用不同的指令来实现。这就要来比较它们谁更省时省力的加工出所需零件。比如,G32与G76都是用来切削螺纹的，但是一般我们都选用后者。还有的指令都是用于复合循环切削的但还是有区别，比如G71、G72、G73。都是用于粗车复合循环，但是还是有区别的。4、对数控专业的人才的需要的看法 数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的技术手段；数控技术是国防现代化的重要战略物质；是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。加入世贸组织后，中国正在逐步变成“世界制造中心”。为了增强竞争能力，制造企业已开始广泛使用先进的数控技术。数控技术人才需求量的大小和人才需求的类型、层次、质量等取决于国民经济和制造业的发展程度、水平，也取决于用人单位自身的管理要求、发展趋势等。据统计，制造业较发达的德国、美国、日本等国家的数控机床占生产设备的70%以上，我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，据机械协会统计，目前我国制造业数控机床拥有量不足总量的2%，而且近几年来都以35%以