机械设计制造及其自动化毕业论文完整版.doc

1、山东淄博职业学院毕业设计论文纸装订线目录摘要-3关键词-3第一章 任务介绍-31.1轴的零件图-31.2零件图的分析-31.3选择加工设备（题目给定用数控车）-3第二章 数控车床的简介-42.1概述-42.1.1数控车床的特点及应用-42.1.2数控车床的发展前景-62.1.3数控车床加工轴类零件的优势 -7第三章轴类零件的分析-73.1该零件的功能分析-73.2该零件的结构分析-73.3该零件材料及受力分析-83.4该零件的精度分析 -9第四章 轴的加工工艺方案-94.1零件图工艺分析-94.2选择毛坯-104.3确定加工顺序-104.4选择夹具及确定装夹方案-114.5选择加工刀具-114

2、.6确定进给路线-124.7合理选着切削用量-124.8 编写工艺卡-134.9 编写加工程序-144.10调试模拟运行程序，无误后加工-164.11完成零件加工并进行精度检测-16第五章 总结-17参考文献-18致谢-18摘要数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用,对零件进行编程加工之前,工艺分析具有非常重要的作用。本文通过对典型的轴类零件数控加工工艺分析,给出了对于一般轴零件数控加工工艺分析的方法,对于提高制造质量、实际生产具有重要意义。关键词 数控系统 数控车床 轴类零件 外圆车刀第一章 任务介绍1.1轴的零件图设计选用的零件图图1-1图1-1 加工零件图1.2零件图的分析该零件为典型轴类

3、零件，零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S480.02的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢锻件，无热处理和硬度要求。1.3、选择加工设备（题目给定用数控车）根据题目给定的要求，该零件是回转体类，且有内外圆柱面、外圆槽、螺纹。零件毛坯规格150*55是中小型零件，易于拆卸、安装。该零件的精度等级为7级，且形状复杂。在普通车床上加工较为困难，因数控车床具有较好的柔性加工性能，适合加工形状复杂的回转体类零件。该零件设计为中小批量生产，结合实习车间的实际情况，故选用C

4、K6140数控车床进行加工。第二章 数控车床的简介2.1概述数控车床与普通车床一样，也是用来加工回转体零件的。但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以，数控车床的别适合加工形状复杂、精度要求较高的轴类或盘类零件。数控车床具有加工灵活，通用性强，能自动适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，因此被广泛用于制造业。2.1.1 数控车床的特点及应用数控车床用于加工回转体零件，它集中了卧式车床、转塔车床、多刀车床、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中产量最大的产品之一。数控车床不需人工操作，而在保护罩

5、的保护下自动工作。结构：CK6140(图2-1)数控车床切削速度很高，可充分发挥刀具的切削性能。床身左端固定有主轴箱，床身中部为刀架溜板，分为两层，底层为纵向溜板，可沿床身轨道作纵向（z向）移动，上层为横向溜板，可沿纵向溜板的上轨道作横向（x向）移动。刀架溜板上装有转塔刀架，刀架有4个工位，可装4把刀具。在加工过程中，可按照零件加工程序自动转位，将所需的刀具转到加工位置。传动系统：主电动机可以是直流电动机，也可以是交流变频调速电动机。主电动机经带轮副和四级变速机构驱动主轴。4个工位转塔刀架的转位由液压马达经联轴节驱动凸轮轴。轴上装有圆柱凸轮机构，凸轮转动时，拨动回转轮上的柱销，使回转轮、轴和转

6、塔旋转。数控车床全部工作循环是在微机数控系统控制下实现的，许多功能通过软件实现。车削对象改变后，只需改变相应的软件，就可适应新的需要。图2-1 CK6140卧式数控车床外观图详细简介见表2-1：表2-1车床规格表型号 Model CK6140CK6240 床身上最大工件直径 Max. Swing over bed400mm400mm刀架上最大工件直径 Max. Swing over carriage210mm210mm马鞍槽最大工件直径 Max. Swing in gap630mm马鞍槽有效长度 Effective gap length210mm最大工件长度 Max. Length of wo

7、rk piece500mm or 750mm or 1000mm or 2000mm床身宽度 Width of bed400mm刀杆截面 Section of turning tool25X25mm主轴 Spindle主轴转速范围 Spindle speeds111600 r/min (24 steps)主轴内孔 Hole though spindle52mm(80mm)主轴孔锥度 Spindle taperMorse No.6 (莫氏6号)重复定位精度 Repeatability error0.01mm快移速度X/Z rapid traverse3 /6 m /min床尾 Tailstock

8、床尾主轴最大行程 Max tailstock spindle travel150mm床尾主轴直径 Tailstock spindle diameter75mm床尾主轴孔锥度Morse No.5 (莫氏5号)主电机 Main motor7.5KW(10HP)外形尺寸Overall dimensions for 500mm2550*1120*1700 mmOverall dimensions for 750mm2800*1120*1700 mmOverall dimensions for 1000mm3300*1120*1700 mmOverall dimensions for 2000mm380

9、0*1120*1700 mm2.1.2 数控车床的发展前景数控技术也叫计算机数控技术，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，使输入数据的存贮、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。 数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密.加工精度高,质量容易保证,发展前景十分广阔,因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高

10、速度、高柔性化和模块化方向发展。 高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然然向模块化方向发展。图2-2 图2-2 九轴五联动车铣复合加工中心2.1.3 数控车床加工轴类零件的优势 数控车床较好地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，是一种灵活的、高效能的自动化机床，尤其对于约占机械加工总量80%的单件、

11、小批量零件的加工，更显示出其特有的灵活性。概括起来，采用数控机床有以下几方面的好处： 提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使产品质量稳定；提高生产效率，一般约提高效率3-5倍，使用数控加工中改善了劳动条件；有利于生产管理和机械加工综合自动化的发展。心机床则可提高生产率5-10倍；可加工形状复杂的零件；减轻了劳动强度。第三章 轴类零件的分析及加工工艺3.1该零件的功能分析 根据零件图1-1可知该零件左端有螺纹，中间部分是沟槽，右端为球形轴头。该零件能承受中等载荷，起支撑作用的阶梯轴。用45号钢制作，该轴有良好的力学性能。 3.2该零件的结构分析轴是组成机器的重要零件之一。用于支承作回转

12、运动或摆动的零件来实现其回转或摆动，使其有确定的工作位置。 按照轴线形状分类：轴可分为直轴、曲轴和软轴 。 直轴：直轴按外形不同可分为光轴、阶梯轴及一些特殊用途的轴，如凸轮轴、花键轴齿轮轴及蜗杆轴等。 曲轴：曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器上的专用零件，用以将往复运动转变为旋转运动，或作相反转变。图3-1 图3-1 曲轴 软轴：软轴主要用于两传动轴线不在同一直线或工作时彼此有相对运动的空间传动，也可用于受连续振动的场合，以缓和冲击。图3-2 图3-2软轴按照所受载荷性质分类：轴可分为心轴、转轴和传动轴。心轴：通常指只承受弯矩而不承受转矩的轴。如自行车前、后轮轴，汽车轮轴。 转轴：既受弯矩又受转矩

13、的轴。转轴在各种机器中最为常见。 传动轴：只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的轴。车床上的光轴、连接汽车发动机输出轴和后桥的轴，均是传动轴。根据图1-1零件图可知，该零件图尺寸标注完整清晰，分布均匀合理。轴的右端是球形与圆弧相切，球形头内有28的孔用于固定、支撑轴。中间部分是有锥度的三个沟槽，尺寸相同均匀分布，用于安放固定件。左端是梯形轴头，带有螺纹，用于固定轴的左端。该轴是异形轴，设计合理，用45号钢制作，有良好的力学性能。3.3该零件的材料与受力分析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

14、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。轴类零件的材料 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4552HRC。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GCr

15、15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。45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。从轴的受力分析可

16、知，它受扭转与弯曲复合作用力，由于其承受中等载荷，工作又较平稳，冲击力很小，所以材料可采用优质碳素结构钢的45号钢，坯料用热轧圆钢。3.4该零件的精度分析该零件是异形阶梯轴，如图1-1。其加工精度设计的非常合理，易于加工制造。轴的左端是M30*2-6g的螺纹，阶梯形52表面粗糙度值1.6微米。中间部分是在锥形轴上切三个沟槽，锥形段表面粗糙度值1.6微米。连接锥形段与圆弧段的一段轴表面粗糙度值1.6微米。右端由两段圆弧与球形组成，R8段没有公差要求，R9段公差范围是0.02，S48段公差范围是0.02。其余表面粗糙度均为3.2微米，该轴公差等级介于6-8级，属于较精密的轴。第四章 轴的加工工艺方

17、案4.1零件图工艺分析该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S480.02的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。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。左端是螺纹，精度等级为6级，其余加工精度均在6-8级之间。表面粗糙度为1.6微米、3.2微米两种。该工件精度设计较为合理，易于加工制造。通过上述分析，可采用以下几点工艺措施；对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可；在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方

18、向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性；车削时应预先车削对应的基准面，以保证加工精度。4.2选择毛坯 题目已给出零件图1-1与零件的材料45号钢。根据题目要求，该零件选用45号钢棒料150*55，可以满足使用要求。4.3确定加工顺序轴类零件，零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S480.02的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢锻件，无热处理和硬度要求。首先加工零件右端：车工件右端面；车工件右端外圆与圆弧至图纸要求；手工钻削内孔20m

19、m；车工件右端内孔至图纸要求。图4-1图4-1 右端刀具进给路线 掉头加工工件左端：车工件端面至总长尺寸；车工件外圆至图纸要求；车螺纹；拆下工件检验。图4-2图4-2 左端刀具进给路线4.4 选择夹具及确定装夹方案定位基准；确定坯料轴线和左右端大端面（设计基准）为定位基准。装夹方法；左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧时加工右端面，右端面用三爪自定心卡盘定心夹紧时加工左端面。4.5 选择加工刀具 选用刀具如图；图4-3、图4-4、图4-5、图4-6、图4-7.图4-3 45外圆车刀图4-4 切槽刀图4-5 麻花钻图4-6 75内孔车刀图4-7 60外螺纹车刀刀具选择图刀具参数选择T0100外轮廓加工

20、：刀尖圆弧半径0.8mm,切深2mm，粗加工时主轴转速800r/min,进给速度150mm/min；精加工时主轴转速1000r/min,进给速度80mm/min。T0200切槽：刀宽3mm，主轴转速500r/min,进给速度20mm/min。6 m Bg g0钻孔：钻头直径16mm，主轴转速450r/min。5l3u /h S L0T0300内轮廓加工：刀尖圆弧半径0.8mm,切深1mm，粗加工时主轴转速600r/min,进给速度100mm/min，精加工时主轴转速1000r/min,进给速度50mm/min。T0400加工螺纹：刀尖角60，主轴转速200r/min,进给速度2mm/r（螺距）

21、。4.6 确定进给路线进给路线；平右端面-车右端外圆S48mm、9mm、42mm、35mm、35mm、52mm -切沟槽-钻孔20-车削内孔28*26 调头；车外圆-车螺纹。4.7 合理选着切削用量吃刀深度：粗车时a p =3mm；精车时a p= 0.15mm 主轴转速：车削直线和圆弧轮廓时，根据零件材料与加工要求，粗车切削速度Vc=90m/min，精车切削速度Vc=120m/min，按公式Vc=dn/1000，计算粗车主轴转速n=800r/min，精车主轴转速n=1000r/min。车削螺纹主轴转速：按公式n1200/p-k，计算主轴转速n=320r/min，切槽刀主轴转速n=200r/mi

22、n。“ 进给速度：根据零件材料与加工要求，粗车时进给速度f=0.4mm/r，精车时进给速度f=0.15mm/r, 经换算得进给速度：粗车Vf=200mm/min，精车Vf=180mm/min。根据图纸加工要求，螺纹车削进给速度f=2mm/，切槽刀进给速度Vf=100mm/min。4.8 编写工艺卡工艺卡片如图4-8；工艺卡详图4-8工序号工序名称工序内容工艺装备1下料棒料150*55带锯2装夹用三抓自定心卡盘定心装夹CK61403粗车外圆夹毛胚右端外圆，平端面见平即可，粗车外圆至36.57mmCK61404精车外圆精车右端外圆至图纸要求，保证尺寸S48mm、9mm、42mm、35mm、35mm

23、、52mm及圆锥20度、各槽的尺寸与位置精度CK61405切槽换宽度为3mm的切槽刀切槽，3 mm*3mm并保证位置精度CK61406手动钻孔20mm麻花钻钻孔至20mmCK61407粗车内孔粗车内孔至尺寸27.2mm、长度25.7mmCK61408精车内孔精车内孔至尺寸28mm、长度26mmCK61409调头装夹用三抓自定心卡盘定心装夹CK614010粗车外圆粗车外圆至尺寸30.4mm、长度32.6mmCK614011精车外圆精车外圆至尺寸30mm、长度33mmCK614012车螺纹用螺纹车刀车螺纹M30*2-6g至图纸要求CK614013检验按图纸要求检验工件各部千分尺、百分表、游标卡尺1

24、4入库涂防锈油入库4.9 编写加工程序毛坯（150*55）一O0001（程序1车右端外圆、圆弧与切槽）s800m03（设定主轴转速与转向）T0101（选用1号刀具、45外圆车刀）G0x57Z4G73U9.5W1.0R8（G73循环粗车）G73P10Q20U0.5W0F0.15N10G0x37.47G01Z0G03X35.0796Z-31.3815R24.0G02X36.4634Z-44.3334R9.0G03X35Z-57R8.0G01W-8X44.5942X51.985W-29W-12N20X57G0Z20S1000M03T0101G0X57Z5G70P10Q20F0.1（G70精车循环）G

25、0Z100S500M03T0202(切断刀 刀宽3mm)G0X54Z-75G1X39F0.06G0X54W-7G1X39F0.06G0X54W-7G1X39F0.06G0X54Z100M05M30（程序结束）二O0003（程序2车削内孔）S600M3（设定主轴转速与转向）T0303（选用3号刀具、75 内孔车刀）G0X25Z5G71U0.8R1.0（G71粗车循环车内孔）G71P10Q20U0.4W0F0.15N10G0X32Z1G1X28.02Z-1Z-26N20X25G0Z20S1000M3T0303G0X57G0Z3G70P10Q20F0.1（G70精车循环）G0Z100M05M30（程

26、序结束）三O0004（程序3调头车外圆、外螺纹）S800M3T0101（选用1号刀具、45外圆车刀）G0X57Z5G71U0.8R1.0（G71粗车循环车外圆）G71P10Q20U0.4W0F0.15N10G0X24Z1G1X30Z-2Z-33X49.985X51.985Z-34Z-52N20G0X57S1000M3T0101G0Z20.G0Z3G70P10Q20F0.1（G70精车循环）G0Z100S300M3T0404（选用4号刀具、60外螺纹车刀）G0X40Z5G76P021060Q60R0.05（G76螺纹车削循环）G76X28Z-25P(543.1*2)Q200F2G0Z100M05M30（程序结束）4.10 调试模拟运行程序，无误后加工程序调试首先将程序调入仿真系统，利用仿真系统进行调试运行，以