毕业设计（论文）-轴零件的数控加工工艺及编程设计

轴零件的数控加工工艺及编程设计*学院专业毕业论文论文题名：轴零件的数控加工工艺及编程设计学生姓名：（三号黑体）学 号：（三号黑体）指导教师：（三号黑体）专 业：（三号黑体）年 级：（三号黑体） 年*月*日星期*内容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，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】 零件图的工艺分析 加工方法 加工工艺 编程全套图 纸加扣 3346389411或3012250582目录封面1摘要2绪论4第一章 零件的分析1.1 零件图的结构工艺性分析61.2 零件的形状分析71.3 零件的形位公差分析71.4 零件的表面质量分析71.5 零件的材料分析7第二章 毛坯的设计 2.1毛坯的制造形式8 2.1.1 毛坯的种类 8 2.1.2 毛坯的种类的选择 8 2.1.3 毛坯的形状与尺寸的选择 8第三章 零件工艺规程的设计 3.1机床的合理选择9 3.2加工方法的选择10 3.3 加工顺序的安排10 3.4 工艺的制定10第四章 数控编程 4.1 数控编程的分类11 4.1.1 手工编程11 4.1.2 自动编程12 4.1.3 编程方法的确定13 4.2 零件加工程序的内容13 （1） 左端程序13 （2） 右端程序14致谢16参考文献17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。车削原理概述1.车削加工原理金属切削加工，从其本质上来说，就是使用各种类型的金属切削刀具，把各种金属原材料（称为工件毛坯）上多余的金属材料（称为加工余量）从工件毛坯上剥离，得到图纸所要求的零件。金属切削加工的工艺过程大致可以分为三类：工件毛坯进行回转运动，切削刀具进行平动。主要为车削和镗削等。切削刀具进行回转运动，工件毛坯进行平动。主要为铣削、磨削、钻削等。切削刀具和工件毛坯做相对运动（平动或转动）。主要为拉削、刨削等。2.车床的加工要素在车床（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。2.1主运动 主运动是指机床提供的主要运动。主运动使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具的前刀面接近工件并对加工余量进行剥离。在车床上，主运动是机床主轴的回转运动，即车削加工时工件的旋转运动。这一点，对于普通车床和数控车床都是一样的。2.2进给运动 进给运动是指由机床所提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动。进给运动与主运动相配合，就可以形成完整的切削加工。在普通车床上，进给运动是机床刀架（溜板）的直线移动。它可以是纵向的移动（沿机床主轴方向），也可以是横向的移动（与机床主轴方向相垂直），但只能是一个方向的移动。比如车削外圆时，车刀沿平行于工件轴线（也就是主轴轴线的方向）做纵向运动；而车削端面时，车刀就要沿垂直与机床主轴的方向做横向移动。在数控车床上，虽然进给运动的形式可能有所不同，但基本原理是一致的。与普通车床不同的是：数控车床可以同时进行两个方向的进给，从而加工出各种具有复杂母线的回转体工件。从以上的分析中，我们可以知道：在车削加工中，主运动要消耗比较大的能量，才能完成切削。与之相比，进给运动所要消耗的能量要小一些。在普通车床中，主运动和进给运动的动力都来源于同一台电机。通过一系列的机械传动，把能量分配给主运动和进给运动，进而实现车削加工。在数控车床中，主运动和进给运动是分别由不同的电机来驱动的，分别称为主轴电机和坐标轴伺服电机。它们由机床的控制系统进行控制，完成加工任务。3.车削加工的主要内容 数控车削包括端面、内外轮廓面、成形表面、螺纹、切断等工序的切削加工； 数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件； 车削中心上可以实现车削和铣削的复合加工； 数控车削工艺灵活多变，其丰富的循环功能指令、各类刀具的选择，是学习的重点内容。 在数控车床和车削中心上加工的零件，一般采用手工编程，对具有复杂外轮廓的回转体零件可以采用自动编程。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 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等级要求不高，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、螺纹、槽构成，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50100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； 该零件需要两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。数控加工工艺卡班级产品名称夹具名称使用设备姓名零件轴三爪定心卡盘广州数控车床工序号工序内容刀具号刀具名称刀具规格主轴转速r/mm进给速度mm/r备注1装夹工件，向外伸出60mm，粗车左端阶梯给精车留0.5mm余量190外圆粗车刀合金500100自动2精车左端阶梯290外圆精车刀合金80030自动3切槽3专用槽刀刀尖长度为槽深，后端带倒角刀宽5mm35020自动4掉头装夹30的外圆表面，以48mm的左端面为基准定位，粗车削右端阶梯0190外圆粗车刀合金500100自动5精车右端阶梯0290外圆精车刀合金80030自动6切螺纹退刀槽03普通槽刀刀宽5mm35020自动7车螺纹0460螺纹车刀400自动第四章 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，普通车床都可以采用手工编程的方法。(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。(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。本零件形状比较简单，采用手工编程即可完成所有程序的编制，无需自动编程。4.2 零件的加工程序（1）左端程序程 序说 明O0001T0101M03S500M08G00X52Z2G71U1.5R0.5G71P100Q200U0.5W0.5F100N100 G00X0 G01Z0F30 X18 X20Z-1 Z-15 X28 X30Z-16 Z-30 X46 X48Z-31 Z-60N200 X52G00X100Z100T0202M03S800G00X52Z2G70P100Q200G00X100Z100T0303M03S350G00X50Z-40G01X38F20 X50G00Z-50G01X38F20 X50G00X100Z100M05M09M30程序号换1号刀，并调用1号刀补主轴正转，转速为500r/min切削液开快速走到加工起点建立轴向粗车循环精车轨迹开始平端面倒角车外圆平端面倒角车外圆平端面倒角车外圆退刀快速运动到机床安全位置换2号刀，并调用2号刀补主轴正转，转速为800r/min快速走到加工起点精车循环快速运动到机床安全位置换3号刀，并调用3好刀补主轴正转，转速350r/min快速运动到切削起点切槽退刀运动到下一个起点切槽退刀快速运动到机床安全位置主轴停止切削液关程序结束(2)、右端程序程 序说 明O0002T0101M03S500M08G00X52Z2G71U1.5R0.5G71P100Q200U0.5W0.5F100N100 G00X0 G01Z0F30 X20 X24Z-2 Z-30 X36 X38Z-31 Z-40 X46 X48Z-41N200 X52G00X100Z100T0202M03S800G00X52Z2G70P100Q200G00X100Z100T0303M03S350G00X40Z-30G01X20F20X40F100Z-29X20F20X40F100G00X100Z100T0404M03S400G00X26Z2G76P0060Q150R0.5G76X21.4Z-26P3600Q1200F2G00X100Z100M05M30程序号换1号刀，并调用1号刀补主轴正转，转速为500r/min切削液开快速移动到加工起点建立轴向粗车循环精车轨迹开始平端面倒角车外圆平端面倒角车外圆平端面倒角退刀快速运动到机床安全位置换2号刀，并调用2号刀补主轴正转，转速为800r/min快速运动到循环起点精车阶梯快速运动到机床安全位置换3号刀，并调用3号刀补主轴正转，转速为350r/min快速运动到加工起点切槽退刀运动到下一切削起点起槽退刀快速运动到机床安全位置换4号刀，并调用4号刀补主轴正转，转速为400r/min快速运动到加工起点建立多重螺纹切削循环指令螺纹切削快速运动到机床安全位置主轴停止程序结束致谢本人在毕业课题的设计中，学习了不少的新知识，体会到了学习的重要性，同时，感谢学校规划与教育，给予我们良好的学习环境，并提供给我们对学业及个人生涯发展的多元信息，帮助我们成长。 感谢二年来陪伴我们学习与生活的恩师，感谢您们对我精心的教育，感谢您们没使我的学习变成劳作而成为一种快乐；谢您们让我明白自身的价值；感谢您们帮助我发现了自己的专长，而且让我把事情做得更好。感谢您们容忍我的任信与错误，不仅教会了我知识，更教会了我如何做事，如何做人。 这二年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。参考文献1 吴国华金属切削机床第二版,北京:机械工业出