机械零件切削加工(数控加工技术)设计

重庆航天职业技术学院毕业设计（论文）设计题目机械零件切削加工（数控加工技术）设计专业机电一体化班级学号姓名指导教师起止日期中文摘要随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈,产品更新速度越来越快,复杂形状的零件越来越多,精度要求越来越高,多品种、小批量生产的比重明显增加,激烈的市场竞争使产品研制生产周期越来越短,传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高速高质量加工要求。本课题来源于数控技术的生产，是对所学知识的应用，它包括了三年所学的全部知识，在机电专业上具有代表性，而且提高了综合运用各方面知识的能力。程序的编制到程序的调试，零件的加工运用到了所学的AUTOCAD、机床操作、子程序、刀具的选择、零件的工艺分析、数学处理、工艺路线等一系列的内容。这将所学到的理论知识充分运用到了实际加工中，切实做到了理论与实践的有机结合。关键词数控技术机电专业工艺分析ENGLISHABSTRACTALONGWITHSCIENCEANDTECHNOLOGYRAPIDDEVELOPMENTANDECONOMICCOMPETITIONDAYBYDAYINTENSE,THEPRODUCTRENEWALSPEEDISMOREANDMOREQUICK,THECOMPLEXSHAPECOMPONENTSAREMOREANDMOREMANY,THEPRECISIONREQUESTISMOREANDMOREHIGH,THEMULTIVARIETIES,THESMALLBATCHPRODUCTIONPROPORTIONOBVIOUSINCREASE,THEINTENSEMARKETCOMPETITIONCAUSESTHEPRODUCTDEVELOPMENTPRODUCTIONCYCLETOBEMOREANDMORESHORT,THETRADITIONALPROCESSINGEQUIPMENTANDTHEMANUFACTUREMETHODADAPTEDTHISKINDOFDIVERSIFICATIONWITHDIFFICULTY,THEFLEXIBILITYANDTHECOMPLEXSHAPECOMPONENTSHIGHSPEEDHIGHGRADEPROCESSINGREQUESTTHISTOPICORIGINATESFROMTHEPRODUCTION,ISTOSTUDIESTHEKNOWLEDGETHEAPPLICATION,ITHASINCLUDEDTHECOMPLETEKNOWLEDGEWHICHTWOYEARSINSTITUTESTUDIES,HASTHEREPRESENTATIONINTHEMECHANICALANDELECTRICALENGINEERING,MOREOVERENHANCEDTHESYNTHESISTOUTILIZEVARIOUSASPECTSKNOWLEDGEABILITYTHEPROCEDUREESTABLISHMENTPROCEDUREDEBUGGING,THECOMPONENTSPROCESSINGUTILIZEDAUTOCAD,THEENGINEBEDOPERATION,THESUBROUTINE,THECUTTINGTOOLCHOICE,THECOMPONENTSCRAFTANALYSIS,MATHEMATICSPROCESSING,THECRAFTROUTEANDSOONASERIESOFCONTENTSTHISWILLLEARNTHETHEORYKNOWLEDGEUTILIZEDINFULLYTHEACTUALPROCESSING,HASACHIEVEDTHETHEORYANDTHEPRACTICEORGANICSYNTHESISPRACTICALLYKEYWORDNUMERICALCONTROLMECHANICALANDELECTRICALPROCESSANALYSIS目录中文摘要1ABSTRACT2一、前言4二、零件的工艺分析5（一）零件的用途5（二）零件的结构形状5（三）零件的尺寸精度和表面粗糙度5（四）加工工艺的划分6三、毛坯的选择7（一）毛坯材料的选择7（二）毛坯形状及尺寸的确定7四、机床、道具及冷却液的选择8（一）机床的选择8（二）道具的选择8（三）冷却液的选择8五、量具和夹具的选择10（一）量具的选择10（二）夹具的选择10六、装夹方式的定位基准的选择11（一）装夹方式的选择11（二）定位基准的选择11七、切削参数的确定12（一）切削用量的确定12（二）加工余量的确定12（三）走刀路线的确定13八、程序的编制及工艺文件的制定15（一）数控加工程序的编制15（二）制定工艺卡17（三）制定刀具卡19（四）制定工序卡19设计心得20参考文献21零件图22一、前言随着科技不断的发展和进步，随着社会也不断的在进步，制造也在不段的提高，数控技术的引进呈现出突飞猛进的趋势，特别是在计算机技术飞速发展的同时数控机床也得到了相应的提高。数控机床是现在高精度自动化设备，综合运用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品。数控技术也从另一个方面反映出了我们国家的制造业，发展数控机场是当今我们国家机械制造业技术改造的必经之路，是未来自动化工厂的基础。随着数控机床的广泛运用现代企业对零件的精度也有所提高，对于数控技术人才要求也越来越大。作为一名机电系的大学生，在这三年的学习当中学习到了相关专业的知识进行检测，为了提高自身的数控技术的本领，巩固自己所学习的只是，为以后进入社会工作打下结实基础，应此，特对数控技术进行实践学习，从而达到能制定加工工艺、自己编制程序、自己动手执行工艺过程，并加工出合格的零件。二、零件的工艺分析（一）零件的用途图中所设计的零件为一复杂的轴类零件，而轴类零件又是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来连接和支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，图示的零件也不例外。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等，图示零件则为阶梯轴。所以，图中所示零件的用途是连接其它配合件，起的作用是支承其它传动零部件，传递扭矩和承受载荷，可用于汽车、机械等行业。（二）零件的结构形状图1零件的结构形状该零件为结构较为复杂的不规则轴类零件，且右端最小，左端次之，中间最大，由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等一些较难加工的表面组成。零件的右端是依次相连的圆弧，其左端是一个螺纹台阶，且外沿倒有倒角；再接着是槽；中段的直径圆柱，然后是锥度、圆柱及槽。整体上说，此零件由左向右呈中、大、小结构分布。（三）零件的尺寸精度和表面粗糙度由于题目没有明确尺寸，故取大约数据ABCMDE此零件总长是100MM，其中较严格的直径尺寸精度要求有28002MM、29MM003MM、23004MM,表面粗糙度32M，通过以上的尺寸数据，可知该零件的尺寸精度要求一般是IT6IT8。（四）加工工艺的划分工序划分有三种方法1按零件的装夹定位方式划分2按粗、精加工划分工序3按所用的刀具划分工序由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。在调头加工前后各有一次粗加工和精加工，显得比较繁琐，所以不可取；如果按所用的刀具划分工序，刀具有四把，虽然不多，但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有的加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。具体加工工序划分如下1先加工零件的左端，切端面2粗车外圆3精车外圆4切槽5车螺纹6再掉头加工零件的右端，切端面7粗车外圆8精车外圆9切槽20MM29MM003MM17MM21MM23004MM3、毛胚的选择零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的。毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造技术及费用，而且也与零件的机械加工技术和加工质量密切相关。为此需要毛坯制造和机械加工两方面的技术人员密切配合，合理地确定毛坯的材料、结构形状及尺寸。（一）毛坯材料的选择材料选择的一般原则是材料的力学性能根据零件的工作条件、损坏（或失效）形式，选择满足力学性能的材料；材料的工艺性能对零件加工生产有直接的影响，甚至是决定性的；材料的经济性主要是价格比。综合上考虑，加工此零件所选用的毛坯材料为45号钢，因为45号钢为优质碳素结构用钢,硬度不高，易切削加工,常用来做模板、连杆、螺栓、齿轮及轴类等。（二）毛坯形状及尺寸的确定根据工件材料、零件形状、力学性能及工艺尺寸等特性的要求，应当选择的毛坯材料为30MM的45号钢，并要尽量使各表面上的余量分布均匀。由于零件图样尺寸为28MM100MM，所以，为了使毛坯尽量的最小化，毛坯材料应当选择尺寸为30120MM的棒状材料。综上所述，此次设计的零件毛坯材料应当是尺寸为30120MM的棒状45号钢。图2毛坯尺寸确定4、机床、刀具及冷却液的选择机床、刀具和冷却液的选择往往决定所加工零件的尺寸精度和表面粗糙度，虽然说加工参数起决定性作用，但是它们的合理选择也不容忽视。所以，要加工一个精度高的零件，正确合理地选择机床、刀具和冷却液是其前提。（一）机床的选择选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零件。其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。选择加工机床一般要考虑到机床的结构、载重、功率、行程和精度。还应依据加工零件的材料状态、技术状态要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床。根据所设计的零件图分析该零件由外圆、槽、螺纹和圆弧构成，且加工工序较为复杂。所以，为减少对刀和换刀时间，保证良好的精度要求，并结合我院现有机床的实际情况，只有选用华中系统的CK6140数控车床。（二）刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择的原则是安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。数控机床具有高效率、高精度、高柔性的性能，是现代机械加工的先进工艺备，但是只有配置了与数控机床性能相适应的刀具，才能使其性能得到充分的发挥。数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐性好等要求。综合上述因素选择刀具如下145端面刀290外圆车刀3宽4MM的切槽刀460外螺纹刀（三）冷却液的选择要想选择合适的冷却液，首先就需了解冷却液的作用。一般情况下，冷却液在数控车削加工中有如下几种作用1降低温度。带走切削中产生的大量热能，降低工件温度，减小工件的热变形。控制残余应力和微观裂纹的产生。2润滑作用。切削时，刀具与工件其实是一个挤压并摩擦的过程，在这个过程里面冷却液起到了润滑作用，即减小了磨擦阻力在刀具与工件之间形成了一种润滑膜,降低刀具的磨损速度，又保证了加工面的光洁度减少了积屑瘤，鳞刺。3及时清理残屑的作用。在进行粗加工时，高速切削，冷却液强劲的冲击车刀，使滞留的残屑得到及时的清理。4防止零件被氧化。往往在加工过程中零件已经出现了不同程度的氧化。温度的上升，各种不同的化学元素会变得突然活跃起来，产生化学反应，而冷却液恰恰能够对这种活动起到一种限制作用。加工中冷却液一定要充分,过滤的比较干净,另外还要注意冷却液的浓度。综合各方面的考虑，此次设计中冷却液选择为水溶性切削液。因为它适宜切削低/中碳钢、铸铁、铝合金、合金/不锈钢等，且具有良好的润滑性能和防锈性能。相比于非水溶性切削液，冷却效果更好；不会引起机床周围的污染，从而保持操作环境的清洁；从价格上考虑，在适用范围内，水溶性切削液可大幅度降低切削液的成本。五、量具和夹具的选择在数控加工过程中，量具和夹具是绝对不可缺少的部分，否则无法进行加工，而且选择合适的量具和夹具将会对数控加工起到积极的作用，如节省加工时间，缩小尺寸误差及降低加工难度等。（一）量具的选择正确合理的选用量具是保证零件质量的重要条件之一。但选择量具要考虑多方面的因素。例如,测量误差和加工误差之间的分配,被测对象的精度要求,结构尺寸的大小、形状、和所用的材料,加工的工艺条件、使用测量器具的精确度和经济性等。所以，综合考虑，此次零件所选用的量具有50分度游标卡尺（二）夹具的选择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；二是要能保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关系。依据零件毛坯的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。除此之外，还要考虑以下几点1当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。在成批生产时可以考虑采用专用夹具，同时要求夹具的结构简单。2装夹零件要方便可靠，避免采用占机人工调整的装夹方式，以缩短辅助时间，尽量采用液压、气动或多工位夹具，以提高生产效率。3在数控机床上使用的夹具，要能够安装准确，能保证工件和机床坐标系的相对位置和尺寸，力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。4尽量减少装夹次数，做到一次装夹后完成全部零件表面的加工或大多数表面的加工，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，达到充分提高数控机床效率的目的。根据零件装夹的需要，此次设计中仅需三爪卡盘即可完成零件的加工。6、装夹方式和定位基准的选择（一）装夹方式的选择零件上精度比较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。该零件有两种加工方案1直接用三抓卡盘装夹、调头加工。2用三抓卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖。经论证第二种方案装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。（二）定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。基准指零件上用来确定其它点、线、面所依据的点、线、面。定位基准的选择粗基准用未加工过的表面所作的定位基准。精基准用已加工过的表面所作的定位基准。1选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性。2选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠。所以，该零件加工应先加工基准面为后面的加工提供精基准面，则应选右端面作为基准面。7、切削参数的确定在切削加工中，切削速度、切削深度、进给量等切削参数的合理选择对于保证加工质量、降低加工成本、提高生产效率具有重要意义。在机床、刀具、工件等工艺条件一定的情况下，切削参数的选择具有一定的灵活性和能动性，如切削参数选择适当，则可最大限度地发挥生产潜力。（一）切削用量的确定切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）和被吃刀量等。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是粗加工，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；精加工，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。所以，该零件切削用量如下1主轴转速的选择粗车直线和圆弧时N800R/MIN，精车时N1000R/MIN，切槽时N600R/MIN，切螺纹时N300R/MIN，精车时N300R/MIN。2进给速度的选择粗车直线、圆弧时F150MM/MIN，精车时F50MM/MIN，切槽时F50M/MIN，粗车螺纹时F100MM/MIN，精车时F50MM/MIN。3背吃刀量的选择零件轮廓粗车循环时AP2MM，精加工时AP02MM，螺纹粗车时AP04MM，精车时AP01MM。（二）加工余量的确定加工余量是指加工过程中在工件表面所切去的金属层厚度。余量有总加工余量和工序余量之分。由毛坯转变为零件的过程中，在某加工表面上切除金属层的总厚度，称为该表面的总加工余量（亦称毛坯余量）；一般情况下，总加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称为该工序加工余量（简称工序余量）。工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。确定加工余量的方法有1计算法采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。2查表法利用各种手册所给的表格数据，再结合实际加工情况进行必要的修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。3经验法由一些有经验的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量。此法多用于单件小批生产。采用经验法可得此次设计中精加工余量为03MM。（三）走刀路线的确定走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。编程时，走刀路线的确定原则主要有以下几点1走刀路线应保证被走刀零件的精度和表面粗糙度，且效率高。2使数值计算简单，以减少编程工作量。3应使走刀路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。4确定走刀路线时，还要考虑工件的走刀余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有走刀表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析。则该零件的的走刀路线为图3零件走刀路线1如图3所示，加工零件带有螺纹的一端，从右到左先粗车21MMM、28MM、23MM到槽5004MM的左端面处后，精车路线和粗车一样，再换刀切削515MM的槽，最后再换刀车螺纹。图4车零件螺纹2如图4所示，加工零件带有圆弧的一端，从右到左先粗车外形R5MM、R17MM、29MM到23MM后2MM后精车路线和粗车一样。最后切削5004MM的槽。8、程序的编制及工艺文件的制定（一）数控加工程序的编制0001T0102M03S800G00X32Z2M08G71U1R2P06Q13X02Z02F150粗车轮廓G00X18Z3S1000G01Z0F50X21Z15精车倒角Z25精车21外圆X28精车28端面Z3816928外圆表面X2305Z47530锥面G01W1023外圆G00X100Z100T0202G00X32Z25G01X18F10G00X25W15G01X21X18W15倒角15G00X100Z100T0303G00X30Z3S300G76C2R2E3A60X1904Z22K0974U032V016Q05F15车螺纹G00X100Z100M09M05M30程序结束0002T0102M03S800G00X30Z3M08G71UI1R2P06Q12E02F200粗车轮廓G00X5844Z3S1000G01Z0F80G03X15582Z6136R5精车R5的圆弧G02X22420Z20791R17精车R17的圆弧G03X24542Z37739R14508精车29的圆弧G02X2305Z40406R5精车R5的圆弧G01Z4423的外圆面G000X100Z100T0202G00X35Z465G01X20F10切槽至20G00X35Z475G01X20切槽至20G00X100Z100M09M05M30程序结束（二）制定工艺卡零件材料毛坯种类毛坯硬度零件名称轴类零件45号钢轴类零件不高夹具名称设备名称冷却液单位名称重庆航天职业技术学院三抓卡盘CK6140水溶液切削液工序号工序名称0001刀具号主轴转速/（RMIN1）进给速度/（MMMIN1）背吃刀量（/MM）备注1备料30120MM2热处理3平端面T0150050手动4粗车1545MMT028001502自动5粗车M2125MMT028001502自动6粗车28MM端面T028001502自动7粗车28MM圆柱表面T028001502自动8粗车30锥面T028001502自动9粗车2310MMT028001502自动10精车1545MMT0210005002自动11精车M2125MMT0210005002自动12精车28MM端面T0210005002自动13精车28MM圆柱表面T0210005002自动14精车30锥面T0210005002自动15精车2310MMT0210005002自动16切槽515MMT036005015自动17粗车M2115MMT0430010004自动18精车M2115MMT043005001自动0002平右端面T0150050T01手动2粗车R5MM圆弧T028001502自动3粗车R17MM圆弧T028001502自动4粗车S29MM球面T028001502自动5粗车R5MM圆弧T028001502自动6粗车23圆柱表面T028001502自动7精车R5MM圆弧T0210005002自动8精车R17MM圆弧T0210005002自动9精车S29MM球面T0210005002自动10精车R5MM圆弧T0210005002自动11精车23圆柱表面T0210005002自动12切槽5004MMT03600