数控机床轴类零件加工工艺课程设计样本

河河 南南 师师 范范 大大 学学 新新 联联 学学 院院 课课程程设设计计 题 目： 典型轴类零件的编程与加工 系 部： 机械工程系 专 业： 数控技术 年 级： 2010 姓 名： 学 号： 指导教师： 时 间： 2012 年 12 月 30 日 第 1 页 共 20 页 目目 录录 一：一： 前言前言.2 二：二： 零件的数控工艺分析零件的数控工艺分析.3 2.1 零件图的分析 .3 2.2 加工方案的制定 .3 2.3 装夹方案的制定 .3 2.4 加工路线的制定 .4 2.5 刀具的选择 .5 2.6 切削用量的选择 .6 2.7 工序卡片和刀具卡片的制作.7 三：三： 数控加工程序的编制数控加工程序的编制.8 3.1 工件坐标系的设置 .8 3.2 对刀方法和设置 .8 3.3 数值计算 .9 3.4 编制程序 .10 四：四： 试切削过程和结果试切削过程和结果.13 4.1 毛坯的准备.13 4.2 试切削过程 .14 4.3 零件的尺寸检测.17 五：五： 总结总结.18 参考文献.19 第 2 页 共 20 页 一 前言 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业 （IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技 术的主题。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期 和提高市场竞争能力。而对于数控加工，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所 加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问 题（如对刀点、加工路线等）也需要一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加 工出合格的产品。 数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算加工走 刀中的刀位点（ cutterlocationpoint 简称 CL 点） 。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表 面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。 轴，支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金 属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。根据轴线形 状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：转轴，工 作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。心轴， 用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些 心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。 传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起 重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可 采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于 振动稳定性。 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴 上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情 况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素 有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出 最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： 1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强 度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆 卸和调整； 3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； 4、便于加工制造和 保证精度。 数控编程课程设计是我们数控 技术专业在学习完本科大纲要求的 “数控编程” “工 艺设计”及数控仿真系统加工软件后进行的一次综合性课程设计。本课程设计的目的在 于通过编程，并在数控加工仿真软件中进行仿真，使我们熟悉数控车床和数控铣床编程 流程。当然，由于水平有限，在设计中难免有很多纰漏，恳请老师指正。 Xxx 2013 年 1 月 第 3 页 共 20 页 二 零件的数控工艺分析 2.1 零件图的分析零件图的分析： 图 1 零件图 该零件表面由圆柱、圆锥、凹圆弧以及圆球表面组成，如图 A。其中多个直径尺寸精度 有较严格的要求、表面粗糙度如图所示。尺寸标注完整，轮廓描述清楚，零件材料为 45#钢， 无热处理和硬度要求，毛坯件选 40mm 的棒料，长度为 108mm。 2.2 工艺工艺方案方案： 通过上述分析，采取以下几点加工工艺方案： 1）.通过图样上给定的几个公差等级要求较高的尺寸 34 23 38 0 025 . 0 - 033 . 0 0 0 029 . 0 - 因其要求精度较高，故编程时采取中间值，以保证工件的合格率； 2）.在外轮廓上，有 M30 x2 的螺纹，选刀时要选合适的刀尖圆弧半径才能车出合格的螺 纹； 第 4 页 共 20 页 2.3.装夹方案：装夹方案： 确定坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准，左端采用三爪自定心卡盘定心 夹紧： 图 2 三爪卡盘 1） 第一次装夹时夹持工件外圆，留出足够可加工毛坯的长度； 2）第二次装夹时夹持 34 外圆，以 38 外圆左端面顶住卡盘端面做轴向定位； 2.4加工路线的制定：加工路线的制定： 加工顺序遵循先大后小、先粗后精、由右至左的原则进行，具体加工过程： 1）：普车加工零件毛坯，保证轴向尺寸，预钻中心孔，打 20 x30 底孔； 2）：车 34、38 外圆，镗 23 内孔； 3）：车 R8 球面，圆锥面，R5 凹圆弧，M30 外圆，圆锥面； 4）：车螺纹退刀槽； 5）：车螺纹。 GSK928TC 具有粗车循环和车螺纹循环的功能，只要正确使用编程指令，机床数控系 统就会自行确定其进给路线，因此该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路 线，但精车的进给路线需要人为确定，对刀原点在工件右端面中心。 第 5 页 共 20 页 2.5刀具的选择：刀具的选择： 1）选用 B 形 D 1.6 D1 5 的中心钻预钻中心孔； 2）选用 20 的麻花钻预钻 20 x30 底孔； 3）粗车和精车外圆采用主偏角为 93，副偏角为 45左偏刀； 4）车螺纹选用硬质合金 60外螺纹车刀取刀尖角 5930 图 3 螺纹刀刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径（如图 3 ） R =1/8H=1/8x3/2p=0.2165mm 取刀尖圆弧半径 R=0.2mm 第 6 页 共 20 页 2.6.切削用量的选择：切削用量的选择： 1背吃刀量：轮廓粗车循环时 ap=2mm， 轮廓精车循环时 ap=0.2mm； 螺纹粗车循环时依次 ap=0. 8mm，ap=0.6 mm；p=0.4mm； 螺纹精车循环时 ap=0.2mm； 2主轴转速： 公式 A： Vc=dn/1000 Vc-切削速度，单位 m/mim; -常数，d-切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径， 单位 mm； 公式 B：n1200/p-k P-工件螺纹的螺距或导程，单位 mm;k-保险系数，一般取为 80. 公式 C：Vf=nf Vf-车削时的进给速度，单位 mm/min；n-转速单位 r/min；f-进给量，单位 mm/r。 1）车直线和圆弧时的主轴转速： 查表取粗车的切削速度 Vc=90m/min,精车时的切削速度 Vc=120m/min，根据坯件直 径（精车时取平均直径） ，利用公式 A 计算，并结合机床说明书选取： 粗车时，主轴转速 n=500r/min； 精车时，主轴转速 n=1200r/min。 2）车螺纹时的主轴转速： 根据公式 B 计算，取主轴转速 n=320r/min 3）进给速度：先选取进给量用公式 C 计算，粗车时选取进给量 f=0.2mm/r，精车时 选取 f=0.1mm/r，计算得： 粗车时的进给速度 Vf=100 mm/r， 精车时的进给速度 Vf=50mm/r。 车螺纹的进给量等于螺纹的导程， 即 f=2mm/r, Vf=640 mm/r 第 7 页 共 20 页 2.7工序卡片和刀具卡片的制作：工序卡片和刀具卡片的制作： 零件图号零件名称文件编号 第 页数控加工工序卡 NC 01轴 工序号工序名称材料 45# 加工车间设备型号 主程序名子程序名 加工原 点 工步号工步内容刀具号 主轴转速 /(r/mm) 进给速度 /(mm/min) 背吃刀量/mm夹具 1粗车外圆T15001002三爪卡盘 2精车外圆T11200500.2三爪卡盘 3粗镗内孔T25001002三爪卡盘 4精镗内孔T21200500.2三爪卡盘 5粗车外圆T15001002三爪卡盘 6精车外圆T11200500.2三爪卡盘 7切槽T112001002三爪卡盘 8车螺纹T33206400.8三爪卡盘 工艺员校对审定批准 表 1 零件的加工工序卡 第 8 页 共 20 页 产品名称或代号零件名称零件图号 序号刀号 刀具名称 规格 用途备注 1 T1 外圆车刀 主偏角 93，副后角 45 外轮廓左偏刀 2T2 镗刀刀头最宽处小于 10mm 镗孔 3T3 螺纹刀 刀尖角 5930 刀尖圆弧半径 R=0.2mm; 车螺纹 4T5中心钻B 形 D 1.6 D1 5 预钻中心孔 5T6麻花钻 20 预钻底孔 工艺员校对审定批准 表 2 刀具选择及参数 三三.数控加工程序的编制数控加工程序的编制 3.1 工件坐标系工件坐标系的设置的设置： 程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点。本次 加工中共两个程序，以右端球面的表面中心 O 点、左端面圆心 S 为基准建立坐标系，坐标 原点分别为 O、S。 3.2 对刀方法和设置对刀方法和设置： 毛坯为 40mm 的棒料，欲加工最大直径为 38mm，总长为 108mm 的零件。编程时 采用程序段设定工件坐标系，工件坐标系原点 O 设在以右端心 S 点。 加工时采用的 1 号刀具为 93外圆尖刀（如图 3 示） ，并作为基准刀具；2 号刀具为硬 质合金镗刀。基准刀具刀尖点的起始点为 P。 第 9 页 共 20 页 图 4 刀具示意图 以上操作步骤完成了基准刀具的对刀。此时，若执行程序段%001 后，则 CRT 屏幕上的 绝对坐标值处显示基准刀具刀尖在工作坐标系的位置。 3.3 数值计算数值计算： 分析图 A 中数据，38、34 圆柱面是基轴制，23 内孔是基孔制，因零件尺寸精度 要求较高，故编程时尺寸取公差带中间值： 38 外圆：38+（-0.039/2）=37.98; 34 外圆：34+（-0.025/2）=33. 88; 23 内孔：23+0.033/2=23.017 第 10 页 共 20 页 3.4 编制程序编制程序： %001 T10 M03 S500 调用 1#基准刀 主轴启动 N01 G00 X41 Z1 N02 G71 X28 I2.5 K1 L7 F100 粗车端面 N03 G01 Z0 F40 S1000 定义精加工轮廓 N04 G01 X28,5 Z0 N05 G03 X33 .88 Z-1.8 R3 S1000 F50 N06 G01 Z-35 N07 G01 X37.98 Z-37 N08 G01 Z-44 N09 G01 X41 退刀 N10 G00 X100 Z100 T22 换 2#刀，调 2#刀补 N11 G00 X22 Z2 N12 G01 Z-20 S800 F100 粗镗内孔 N13 G01 X20 N14 G00 Z2 N15 G00 X22.8 N16 G01 Z-20 N17 G01 X20 N18 G00 Z2 N19 G00 X29 N20 G01 Z0 N21 G01 X28.5 N22 G02 X23.017 Z-.8 K3 S1200 F50 倒圆角 N24 G01 Z-20 F50 精加工内孔 N25 G01 X20 N26 G00 Z2 退刀 N27 G00 X100 Z100 第 11 页 共 20 页 N28 M05 M30 主程序结束 %002 调头装夹调头装夹 N01 T10 换 1#刀 N02 M03 S500 N03 G00 X34 Z2 N04 G01 Z-58 F100 粗车外圆 N05 G01 X40 N06 G00 Z2 N07 G00 X30 N08 G01 Z-57.5 N09 G01 X38 Z-65.5 N10 G01 X40 N11 G00 Z2 N12 G00 X26 N13 G01 Z-21 N14 G01 X30 N15 G00 Z2 N16 G00 X22 N17 G01 Z-20 N18 G00 X26.5 N19 G00 Z2 N20 G00 X18 N21 G01 Z-10 N22 G01 X22 N23 G00 Z2 N24 G00 X16 N25 G01 Z-6.5 N26 G01 X21 Z-20 N27 G02 X30 Z-24.5 R5 N28 G00 Z1 第 12 页 共 20 页 N29 G00 X2 N30 G03 X16 Z-6 R7 N31 G00 Z2 N32 G00 X1 N33 G01 Z0 N34 G01 X0 S1000 F40 精车外轮廓 N35 G03 X15.814 Z-6.783 R8 精车顶圆 N36 X20.116 Z-20.761 精车锥度 N37 G02 X29.567 Z-25 R5 倒圆弧 N38 G01 Z-58 N39 G01 X30 N40 G01 X37.998 Z-66 精车外轮廓 N41 G01 Z-66.2 N42 G00 X39 N43 G00 Z-50 N44 G00 X31 N45 G01 X26.5 F80 粗车螺纹退刀槽 N46 G01 Z-57.8 N47 G01 X30 N48 G00 Z-50 N49 G01 X26 粗车螺纹退刀槽 N50 G01 Z-58 N51 G01X31 退刀 N52 G00 X100 Z100 T33 换 3#刀，调 3#刀补 N53 G00 X32 Z-22 S300 N54 G92 X28 Z-58 P2 螺纹循环加工螺纹 N55 G92 X27.6 Z-58 P2 N56 G92 X27.416 Z-58 P2 N57 G00 X100 Z100 第 13 页 共 20 页 N58 M05 M30 主程序结束 四四.试切削过程和结果试切削过程和结果 材料：pvc 棒 注意：试切削过程中必须严格按照数控机床安全操作规程操作。 4.1 毛坯的准备：毛坯的准备： 图 5 普车车端面打中心孔 图 6 预钻底孔 第 14 页 共 20 页 图 7 测量保证轴向尺寸 图 8 毛坯完成，再次检测尺寸 4.2 试切削过程 图 9 装夹到数控机床 第 15 页 共 20 页 图 10 利用塞尺 Z 向对刀 图 11 千分尺测量外圆，X 轴对 刀 图 12 输入程序 第 16 页 共 20 页 图 13 加工过程 图 14 掉头装夹 图 15 工件成型 第 17 页 共 20 页 4.3 零件的尺寸检测 图 16 工件尺寸的检测 图 17 机床清理及擦拭 第 18 页 共 20 页 五五 总结总结： 通过这次课程设计对数控车床系统进行程序指令编写以及应用，使自己 进一步熟悉了工艺编制过程及数控基本编程指令基本意义。从以上编写的程序， 制定的工艺规程，我们可以了解到数控技术在生产中的应用，熟悉了数控编程 的步骤和方法，基本上掌握了数控车削零件