套筒零件数控加工工艺分析及程序编制

0套筒零件数控加工工艺分析及程序编制摘要本设计是套筒零件车削加工这个课题，因为他涉及到的知识面非常广阔，基本将我们在大学里所学知识综合运用起来。它突出了数控加工的特点，零件在加工过程中的工艺性特点。从图纸设计，机床的选择，刀具的选择，工艺分析，零件加工，精度的检测与公差的配合到分析结果的全过程，将理论知识和实际操作紧密联系起来。从图样设计开始到零件加工结束，说明零件加工与设计的基本过程。用数控车床加工克服普通车床加工精度不高难加工，加工时间长等特点，提高加工精度，提高操作安全性。并编制加工工艺卡片，编写出加工程序，最终在数控车床上加工出产品。关键词数控车床加工；工艺分析；走刀路线1ABSTRACTWITHPIECESOFTHREADDESIGNISTURNINGSHAFTPARTSTHISDESIGNISTHESUBJECTOFTURNINGSHAFT,BECAUSEHERELATESTOTHEVERYBROADRANGEOFKNOWLEDGE,BASICCOLLEGETHREEYEARSINOURKNOWLEDGEBYTHEINTEGRATEDUSEOFTHEMITHIGHLIGHTSTHECHARACTERISTICSOFCNCMACHINING,PARTSINTHEPROCESSOFPROCESSCHARACTERISTICSFROMTHEDESIGNDRAWINGS,MACHINESELECTION,TOOLSELECTION,PROCESSANALYSIS,PARTSPROCESSING,PRECISIONOFDETECTIONANDTOLERANCETOTHERESULTSOFTHEANALYSISWITHTHEWHOLEPROCESS,THETHEORETICALANDPRACTICALKNOWLEDGECLOSELYLINKEDSTARTINGFROMPATTERNDESIGNTOTHEENDOFPARTPROCESSING,INDICATINGTHATTHEBASICPARTSMACHININGANDDESIGNPROCESSOVERCOMEWITHCNCLATHEPRECISIONLATHEISNOTHIGHLYDIFFICULTPROCESS,ANDLONGPROCESSINGTIME,HIGHERPRECISION,IMPROVEOPERATIONALSAFETYTAKETHEKNIFEANDDRAWTHEROADMAP,WRITEPROCESSINGTHEFINALOUTINTHECNCLATHEPRODUCTSKEYWORDSCNCLATHE；PROCESSANALYSIS；THECUTTINGLINE2目录摘要1ABSTRACT2目录3绪论51零件介绍611零件的结构特点分析612零件的技术要求分析613确定毛坯7131毛坯类型7132毛坯余量确定82加工工艺方案分析921定位基准的选择922确定加工方案923夹具的确定924刀具的选择1125选择切削用量12251背吃刀量的确定12252主轴转速的确定12253进给量的确定13254切削速度的确定13255零件切削用量的具体选择1326冷切液的选择1427机床的参数介绍153数值计算1631刀位点坐标值计算1731工件坐标系的设定174零件的数控编程1841数控编程的定义及分类193411数控编程的定义19412数控编程的分类19413循环指令格式1942数控加工程序代码的编写20421车左端时的加工程序20422车右端时的加工程序21结束语23致谢23参考文献24附录A数控加工工序卡片25附录B数控刀具明细表27附录C工件安装和零点设定卡片284绪论进入20世纪90年代以来，随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断朝着高速化、高精度复合化、智能化及信息网络化发展，从而提高所加工零件精度，提高生产效率、节约加工成本。数控加工技术是先进制造技术的基础与核心，数控加工技术的普及将使现代制造技术产生巨大变革，数控化更是一个国家制造现代化的一个重要标志。制造业是我国入世后为数不多的竞争优势的行业之一。我院提倡培养技术型人才的基本理念更是符合当前国情的发展需求，为达到这一目标，我们更要将理论知识和实际操作紧密联系起来。本设计是根据我们数控专业学生所需掌握的知识及技术要求编写的，它突出了数控加工的特点，零件在加工过程中的工艺性特点。全面培养我们加工能力。并制定出合理的数控加工工艺过程，自己利用设备执行零件的实体加工，加工出合格的零件。并掌握加工中夹具的合理选用，了解刀具的材料、特点、以及如何选用刀具等一系列问题。这不仅学到了理论知识还将理论运用在了实际加工当中，将理论与实践结合在一起。51零件介绍11零件的结构特点分析本零件是套筒类零件。该零件有切槽、倒角、螺纹组成。该零件形如图11所示，零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求。这些特征在普通车床上很难完成，需要在数控车床上进行加工，并且是数控车削加工中常见的形状特征。如图11所示零件图，分析其加工工艺性。图11套筒零件CAD图12零件的技术要求分析该零件尺寸精度等级较高，其中外圆尺寸精度最高为001MM，长度尺寸精度最高为005MM；位置精度有18对基准A的同轴度为002MM（等等，其余的请参照零件图纸）；该零件的表面粗糙度要求较高，最高表面达到RA16UM，最低为32UM。613确定毛坯131毛坯类型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。（一）铸件对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。（二）锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。（三）型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。（四）焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。7（五）其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。132毛坯余量确定毛坯图的尺寸都是在零件图尺寸的基础上，加减总加工余量得到毛坯尺寸，毛坯各面的设计基准一般同零件图一致。笔者认为这种设计方法并不合理，这是因为从毛坯尺寸的作用来讲并不要求它和零件图一致，对它提出的要求是1保证它在机械加工时有最均匀合理的粗加工余量2保证非加工面与加工面有最准确的位置及尺寸。根据该零件的图纸要求，由于零件并不是很长，因此可以直接采用型材毛坯（棒料）。82加工工艺方案分析21定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准，用己加工过的表面作为定位基准称为精加工。除第一道工序用粗基准外，其余工序都应使用精基准。选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求没计基准、工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。该零件为回转型零件，其加工2次成型，故只有一个精基准，基准为端面及回转中心线。22确定加工方案本零件主要加工表面是外圆表面，还有常见的特形表面，因此针对各中精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。对于普通精度的轴套零件加工，其典型加工工艺路线如下加工方案的制定与选择根据零件图样到工序原则，制定以下加工顺序方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，且又能保证质量）下面分析两套加工顺序方案进行比较。综上所述，套筒车削零件的主要加工表面是外表面，以及最多见的轮廓表面，所以关于零件的加工面精度等级以及表面粗糙度的需求，务必考虑符合经济精度来选择加工方法。通过零件图并依据工序原则等来制定合理加工方案，以下是零件的几种加工顺序方案，选定加工工序最少、工时最短，又能够确保质量最理想的一组工艺。经过分析最终确定套筒车削的加工方案为装夹工件右端，零件左端中心作为坐标建立工件坐标系。根据零件尺寸精度及技术要求，确定加工路线为车削左端面粗车外圆柱面精车外圆柱面调头粗车外圆柱面精车外圆柱面切槽车螺纹检验。23夹具的确定为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。91数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点（1）单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其它通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用；（2）在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单；（3）零件的装御要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间，减少辅助时间；（4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧元件不影响加工中的走刀；（5）为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可采用气动或液压夹具、多工位夹具。2在选择装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位夹持方式，并选择合理的夹具。我们数控车床通用夹具包括有以下（1）三爪卡盘三爪卡盘是最常用的车床也是数控车床的通用卡具。三爪卡盘最大的优点是可以自动定心。它的夹持范围大，但定心精度不高，不适合于零件同轴度要求高时的二次装夹（2）卡盘加顶尖在车削质量较大的工件时，一般工件的一端用卡盘夹持，另一端用后顶尖支撑。为了防止工件由于切削力的作用而产生的轴向位移，必须在卡盘内装一限位支撑，或者利用工件的台阶面进行限位。此种装夹方法比较安全可靠，能够承受较大的轴向切削力，安装刚性好，轴向定位准确，所以数控车削加工中应用较多。（3）弹簧夹套弹簧夹套定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位。它特别适用于尺寸精度较高，表面质量较好的冷拔圆棒料的夹持。它夹持工件的内孔是规定的标准系列，并非任意直径的工件都可以进行夹持。10（4）四爪卡盘加工精度要求不高，偏心距较小，零件长度较短的工件时，可以采用四爪卡盘进行装夹，四爪卡盘的四个卡爪是各自独立移动的，通过调整工件夹持部位在车床主轴上的位置，使工件加工表面的回转中心与车床主轴的回转中心重合。但是，四爪卡盘的找正烦琐费时，一般用于单件小批生产。四爪卡盘的卡爪有正爪和反爪两种形式。根据上述几种通用夹具的简介分析，由于该零件一般不会产生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较简单，不需要用专用夹具，所以只需要用三爪定位卡盘。图22为三爪卡盘。图22三爪卡盘1124刀具的选择在加工的过程中，对刀具的选择是非常重要的，一个零件好与坏直接给刀具的选择有关，刀具的好坏会影响整个加工过程，所以我们要注意刀具的材料和刀具的性能综上数控机床加工中采纳最普遍的是硬质合金类刀具。当前因其性价比高，适应性稳定且多样化，综合效果最优。由于套筒车削的材料为45钢材，零件比较复杂，所以我选用硬质合金刀具如（表21）来加工此零件。表21所用刀具规格序号刀具号刀具名称型号备注1T0193外圆车刀MVJNR2020K16硬质合金2T024MM切断刀ZQ1616R刀片宽4MM3T0360外螺纹刀SER2020K16硬质合金25选择切削用量251背吃刀量的确定在机床功率容许的情况下，应尽量采选较大的背吃刀量，进给次数才会有所减少。当精度要求较高的零件时，半精铣或精铣的余量需要被留出，正常半精铣的余量是05MM左右，精铣余量在半精铣之后，通常少于普通铣削的余量，一般选取0103MM。由于该零件精度要求相对要高，固必须至少有粗加工及精加工两种。通过表22来采选背吃刀量。表22数控切削用量推荐表加工内容背吃刀量AP/（MM）切削速度VCMMIN1进给量F/MMR1粗加工23801200204精加工01051201500102综合考虑粗车时背吃刀量选取2MM，留出精车余量为05MM，精车时背吃刀量为05MM。252主轴转速的确定主轴转速应根据零件上加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削学速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。主要根据允许的切削速度VCM/MIN选取由公式N来进行计算。DVC1012式中VC为切削速度；D为工件或刀具的直径（MM）现选取工件的中间尺寸为46的直径为例说明其计算过程。D46MM253进给量的确定粗加工时，进给量的选择主要受切削力的限制。根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选取较大的进给量。在半精加工和精加工时，则按表面粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择合理的进给量。当切削速度提高，刀尖圆弧半径增大，或刀具磨有修光刃时，可以选择较大的进给量以提高生产率。在加工过程中，有四种进给速度设定，它们是快速走刀速度、进刀速度、切削进给速度及退刀速度。254切削速度的确定（1）快速走刀速度（空刀进给速度）为了节省非切削加工时间，降低生产成本，快速走刀速度应尽可能选高一些，一般选为机床所允许的最大进给速度，即G00进给速度。在零件加工过程中，建立刀补即G00进给速度。（2）退刀速度为了缩短非切削加工时间，降低生产成本，退刀进给速度应选择机床所允许的最大快速移动速度，即G00速度。在零件加工过程中，取消刀补即G00退刀速度。255零件切削用量的具体选择（1）工序1车左端外轮廓工步1粗车左端外轮廓留05MM作为精加工余量，取粗加工背吃刀量AP2MM。由文献查得进给量F0405MM/R，初步确定F04MM/R。选择切削速度由文献查得15183M/S，取15M/S90M/MIN。CVCVCV计算主轴转速SM/MIN673R/MIN取S700R/MIN。DC1090342计算进给速度计算进给速度FSF200/MIN。工步2精车左端外轮廓，保证其加工精度及表面粗糙度，取AP025MM。由文献查得进给量F0304MM/R，初步确定F02MM/R。13选择切削速度由文献1P448表857查得15183M/S取CVCV100M/MIN。CV计算主轴转速SM/MIN863R/MIN取900R/MIN。DVC1010342计算进给速度FSF140/MIN。工步4切槽保证其加工精度及表面粗糙度，根据所选刀具取AP5MM。由文献查得切削速度30M/MIN，计算主轴转速CVSM/MIN367R/MIN据经验值取400R/MIN。DVC1030426文献1查得进给量F01MM/R；计算进给速度FSF30/MIN。26冷切液的选择由于在切削加工过程在，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。由于热长冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量后，工件和刀具会产生变形，最终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的现象。为了提高加零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。该工件材料为45钢，为了避免刀具与工件摩擦产生大量热影响工件精度，在加工时主要是以冷却为主，多采用乳化液作为冷却液。常用的冷却液如表23所示。表23常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、极压添加剂或油性润滑14从工件材料考虑，切削时不得使用水溶液，考虑到冷却液作用和价格，选择乳化液可以满足要求。从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。它的主要作用冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。27机床的参数介绍数控车床参数如表24所示。表24数控车床参数型号CK6132A床身上最大回转直径MM320滑板上最大回转直径MM150加工能力最大加工长度MM450X轴行程MM165行程Z轴行程400主轴转速范围R/MIN1002500主轴内孔锥度MT6主轴主轴通孔直径MM60刀具数量4刀架刀柄尺寸2020X轴快速进给MM/MIN4000Z轴快速进给MM/MIN6000进给每转切削进给量MM/R0005100尾座套筒锥度MT4尾座套筒直径MM40尾架尾座套筒行程MM10015电机主电机功率KW4500规格171010001500机床外形尺寸（长宽高）MM750规格206010001500数控系统FAUNCOIMATETC163数值计算31刀位点坐标值计算在传统的加工中，经常采用人工计算的方式进行计算坐标点，由于科学技术不断的发展，现在基本上都运用计算机进行坐标点查找，图31便是本次编程走刀路线中所需要用到的基点坐标值。图31坐标值31工件坐标系的设定工件坐标系是固定于工件上的笛卡尔坐标系，是编程人员在编制程序时用来确定刀具和程序起点的，该坐标系的原点可使用人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床坐标系一致并且与之有确定的尺寸关系。工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。建立工件坐标系是数控车床加工前的必不可少的一步。不同的系统，其方法各不相同。17图32左端坐标系零点图33右端坐标系零点184零件的数控编程41数控编程的定义及分类411数控编程的定义编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数以及辅助操作加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。412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。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。本次零件主要采用了手动编程的方法进行编制程序。413循环指令格式本次零件加工主要采用了G71外圆粗车复合循环指令G71UDRE外圆粗车复合循环指令格式G71PNSQNFUUWWFFSSTT其中D为背吃刀量；E为退刀量；NS为精加工轮廓程序段中开始段的段号；NF为精加工轮廓程序段中结束段的段号；U为留给X轴方向的精加工余量；（直径值）W为留给Z轴方向的精加工余量；F、S、T为粗车时的进给量、主轴转速及所用刀具。而精加工时处于NS到NF程序段之内的F、S、T有效。1942数控加工程序代码的编写421车左端时的加工程序左端加工程序清单程序名程序段号程序内容程序段解释N10O0001程序号N20T0101换1号刀，90端面车刀N30M03S500主轴正转，转速700R/MINN40M08切削液开N50G00X48Z05快速走刀至粗车位置N60G01X1F120粗车端面N70Z2N80G00X75N90Z0快速走刀至精车位置N100M03S800主轴正转，转速700R/MINN110G01X1F80精车端面N120Z2N130G00X100Z100快速走刀至换刀位置N140M03S500主轴正转，转速为500N150G00X75Z2快速运动至循环起点N160G71U15R1建立复合车削循环N170G71P180Q200U03W03F200给定起终点，精加工余量N180G00X42快速运动至切削起点N190G01Z10F80车42外圆N200X48退刀N210G00Z100退刀20N220M30程序结束422车右端时的加工程序右端加工程序清单程序名程序段号程序内容程序段解释N10O0001程序号N20T0101换1号刀，90端面车刀N30M03S500主轴正转，转速700R/MINN40M08切削液开N50G00X75Z05快速走刀至粗车位置N60G01X1F120粗车端面N70Z2N80G00X48N90Z0快速走刀至精车位置N100M03S800主轴正转，转速800R/MINN110G01X1F80精车端面N120Z2N130G00X100Z100快速走刀至换刀位置N140M03S500主轴正转，转速为500N150G00X75Z2快速运动至循环起点N160G71U15R1建立复合车削循环N170G71P180Q290U03W03F200给定起终点，精加工余量N180G00X8快速运动至切削起点N190G01Z0F80车42外圆N200G03X18Z5R5车削R5圆弧N210G02X24Z12R8车削R8圆弧21N220G01Z18Z向车削N230X26车削台阶N240X30W2倒角C2N250Z37Z向车削N260X32车削台阶N270W6Z向车削N280X42W7车削斜面N290X48退刀N300G00Z100退刀N310T0202换2号刀，外切槽刀N320M03S400主轴正转，转速为400N330G00X48Z37快速运动至切削起点N340G01X26F30切槽N350X52F200退刀N360G00Z100退刀N370T0303换3号刀，内螺纹车刀N380M03S3000主轴正转，转速为300N390G00X31Z17快速运动至循环起点N400G76P020060Q100R200建立复合螺纹切削循环N410G76X28Z34P900Q400F2N420G00X100Z200快速运动至换刀点N430M05主轴停止N440M09切削液关N450M30程序结束22结束语通过次此的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去复习以前的知识，在对以前学的知识进行初步系统回顾之后，大脑形成一初步的印象。各专业课之间相关联的知识也能很好的理解。这次毕业设计，给我最大的体会就是熟练操作技能来源我们对专业的熟练程度。比如，我们想加快编程程度，除了对各编程指令的熟练掌握之外，还需要你掌握零件工艺方面的知识，对于夹具的选择，切削参数的设定我们必须十分清楚。在上机操作时，我们只有练习各功能键的作用，在编程时才得心应手。因此，我总结出一个结论“理论是指导实践的基础，只有不断在实践中总结验，并对先前的理论进行消化和创新，自己的水平会很快的提高”本毕业的选题、设计内容、及设计的形成是在老师的悉心指导下完成的。在毕业论文的完成过程中倾注了老师大量的心血，因此，在论文完成之际，特向我尊敬的老师表示衷心的感谢。通过此次设计使我掌握了科学研究的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，在以后的日子我将会继续保持这份做学问的态度和热情。23致谢在本次的毕业设计过程中，我的零件加工及其说明书编制能够顺利完成，首先要感谢指导老师，在毕业设计零件加工及其说明书编制过程中，给予了耐心的指导，并讲解了各项设计要领，提出了宝贵的意见，还有我的各科任老师平时孜孜不倦的教育和指导。感谢学院给予了我一个自我总结的机会和各位老师的支持。没有你们的支持配合和指导，我的毕业设计不会按期完成。同时要感谢百忙之中参加毕业答辩的评审老师们。在此，再次表示衷心的感谢借此机会对他们表示深深的感谢，并祝福他们在以后的人生旅途中永远幸福快乐。我在这里生活和学习了两年多的时间，我们同学、