说明书-基于Mastercam典型轴数控车削加工工艺及编程仿真.doc
基于Mastercam典型轴数控车削加工工艺及编程仿真含CAD图
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基于Mastercam典型轴数控车削加工工艺及编程仿真含CAD图,基于,Mastercam,典型,数控,车削,加工,工艺,编程,仿真,CAD
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机械加工工序卡片产品型号 零件图号产品名称轴零件零件名称轴零件共1页第1页车间工序号工序名称材 料 牌 号金工1割 45#毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数中碳调质结构钢309011设备名称设备型号设备编号同时加工件数切割机PV60011夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件1游标卡尺1工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1下料游标卡尺400800.2301 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称轴零件零件名称轴零件共3页第1页车间工序号工序名称材 料 牌 号学院数控车间1车 45#毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数中碳调质结构钢309011设备名称设备型号设备编号同时加工件数数控车床CK614011夹具编号夹具名称切削液1三爪卡盘油性切削油工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件1游标卡尺，千分尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1夹零件右端，使伸出42mm加工左端2粗加工左端外形轮廓，留有0.5mm的加工余量游标卡尺、千分尺6001600.21453精加工左端轮廓，保证加工精度及表面粗糙度游标卡尺、千分尺6501000.10.51456789 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称轴零件零件名称轴零件共3页第2页车间工序号工序名称材 料 牌 号学院数控车间1车 45#毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数中碳调质结构钢309011设备名称设备型号设备编号同时加工件数数控车床CK614011夹具编号夹具名称切削液1三爪卡盘油性切削油工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件1游标卡尺，千分尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗切265外圆槽，留0.2余量游标卡尺400400.1132精切265外圆槽，保证加工精度及表面粗糙度游标卡尺450400.1113456789 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称轴零件零件名称轴零件共3页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号学院数控车间1车 45#毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数中碳调质结构钢309011设备名称设备型号设备编号同时加工件数数控车床CK614011夹具编号夹具名称切削液1三爪卡盘油性切削油工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件1螺纹规工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1调头装夹，保证同轴度0.02mm以内，修端面，保证总长，使伸出50mm加工右端2粗加工右端外形轮廓，留有0.5mm的加工余量游标卡尺、千分尺6001600.21453精加工右端轮廓，保证加工精度及表面粗糙度游标卡尺、千分尺6501000.10.5145678 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称轴零件零件名称轴零件共3页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号学院数控车间1车 45#毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数中碳调质结构钢309011设备名称设备型号设备编号同时加工件数数控车床CK614011夹具编号夹具名称切削液1三爪卡盘油性切削油工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件1游标卡尺，千分尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗切225外圆槽，留0.2余量游标卡尺400400.1132精切225外圆槽，保证加工精度及表面粗糙度游标卡尺450400.1113加工外螺纹M24X1.5到24*18mm螺纹规5001.54加工外螺纹M23X1.5到24*18mm螺纹规5001.55加工外螺纹M22.5X1.5到24*18mm螺纹规5001.56加工外螺纹M22.05X1.5到24*18mm螺纹规5001.57精加工螺纹规5001.58拆下零件9修毛刺10 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工艺过程卡片产品型号 零件图号产品名称轴零件零件名称轴零件共 1页第1 页材 料 牌 号 45#毛 坯 种 类中碳调质结构钢毛坯外形尺寸3090 每毛坯件数1 每 台 件 数1 备 注 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 车 间 工 段设 备工 艺 装 备 工 时 准终 单件1 下料金工 割切割机 游标卡尺 2 粗、精车左端外形轮廓数控车CK6140游标卡尺，千分尺 3 切265外圆槽数控车CK6140游标卡尺 4 调头装夹，保证同轴度0.02mm以内，修端面，保证总长数控车CK6140扳手5 粗、精车右端外形轮廓数控车CK6140游标卡尺，千分尺6 切225退刀槽数控车CK6140游标卡尺7 切M241.5外螺纹数控车CK6140螺纹环规 8 拆下零件数控车CK6140扳手 9去毛刺数控钳CK6140油石 10 11 12 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期XXXX XX设计（XX） 题目 姓 名 所在系部 专业班级 指导教师 年 月典型轴数控车削加工工艺及编程摘 要 数控车床技术在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，已经显示了其在国家基础工业现代化生产中的战略性作用，而且已成为了传统机械制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。本次设计内容为车削零件数控加工工艺及编程加工。具体介绍了数控车床加工的特点、加工工艺分析以及数控编程加工过程，以及夹具的确定等等。关键词：数控车床；数控编程；数控加工工艺IVAbstractNumerical control lathe technology in the modern machinery manufacturing industry in the important position and the huge benefit, has already demonstrated its strategic role in the national basic industry modernization production, and has become the traditional machinery manufacturing industry to realize the automation, the flexible, the integrated production important means and the sign.The design content for the turning parts NC machining process and programming. This paper introduces the characteristics of NC lathe machining, machining process analysis and NC programming process, as well as the determination of fixture.Keywords:CNC lathe,NC programming ,The NC machining process 目录目录I1 绪论11.1 国内外数控车床研究现状11.2数控车床分类11.2.1数控车床分类11.2.2按加工零件的基本类型分类21.2.3按数控车床主轴位置分类21.2.4按刀架数量分类21.2.5数控系统的分类21.3 数控车床特点32、工艺方案分析42.1零件图42.2零件图分析52.2.1零件的形状分析52.2.2零件分析52.2.3零件的工艺性分析52.3确定加工方法62.4加工方案设计63、零件的装夹73.1定位基准的选择73.2定位基准的选择原则73.3 确定零件的定位基准73.3.1精基准的选择原则73.3.2粗基准的选择原则73.4 装夹方式的选择83.5 确定合理的装夹方式84.1 选择数控刀具的原则104.2 选择数控车削用刀具104.3 设置刀点和换刀点114.3.1刀位点114.3.2待加工毛坯的对刀114.3.3刀偏值的测定124.4 确定切削用量134.4.1主轴转速的确定134.4.2进给量的确定144.4.3背吃刀量的确定154.4.4切槽三要素的确定154.4.5切螺纹三要素的确定175. 零件加工工艺分析205.1技术要求205.2毛坯选择205.3轴类零件的预备加工205.4 热处理工序216.1确定加工顺序及进给路线226.2编写程序26参考文献30致谢311 绪论1.1 国内外数控车床研究现状随着社会经济的快速发展，人们对生活用品的要求也越来越高，企业生产效率也有相应的提高。数控机床的出现实现了广大人们的这一愿望。数控车削加工工艺是实现产品设计、保证产品的质量、保证零件的精度，节约能源、降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、技术检测和健全劳动组织的重要依据。也是企业对高品质、高品种、高水平、加速产品更新，提高经济效益的技术保证。这不但满足广大消费者的目的，即实现了产品多样化、产品高质量、更新速度快的要求，同时推动了企业的快速发展，提高了企业的生产效率。机械工艺是国民经济各部门的装备军，而数控加工在机械行业占有领头羊的地位，因此国民经济各部门的生产技术水平和所取得的经济效益，在很大程度上取决于机械行业和数控行业中所能提供的机械装备的技术性能、指令和可靠性。因此数控加工技术水平和生产规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。数控工艺规程的编制是直接指导产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件，它将直接影响企业产品质量、效益、竞争能力。本文通过对典型轴类零件数控加工工艺的分析，对零件进行编程加工，给出了对于凸台板零件的数控加工工艺分析的方法，对于提高制造质量、实际生产具有一定的意义。1.2数控车床分类1.2.1数控车床分类（1）按数控系统的功能分类1）简易数控系统 简易数控车床一般由单片机进行控制，机床主体部分由普通车床略作改进而成。此类车床结构简单，价格低廉，但功能较低，无刀尖圆弧半径自动补偿功能。2）经济型数控车床 经济型数控车床一般采用开环或半闭环控制系统，此类车床显著特点是无恒线速度切削功能。3）全功能数控车床 全功能型数控车床一般采用半闭环或闭环控制系统，具有高刚度、高精度和加工高速度等特点。此类车床具备恒线速度切削和刀尖圆弧半径自动补偿功能。4）数控车削中心 车削中心是在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴，并配置刀库和自动上下料机构，因此其功能更加全面，但价格较高。1.2.2按加工零件的基本类型分类1）卡盘式数控车床 这类数控车床未设置尾座，适于车削盘类（含轴类）零件，其夹紧方式多为电动液压控制。2）顶尖式数控车床 这类数控车床设置有普通尾座或数控尾座，适于车削较长的轴类零件及直径不大的盘、套类零件。1.2.3按数控车床主轴位置分类1）立式数控车床 车床主轴轴线处于垂直于水平面，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类数控车床主要用于加工径向尺寸较大，轴向尺寸较小的大型复杂零件。2）顶尖式数控车床 车床主轴轴线处于水平位置，他的床身和导轨有多种布局形式1.2.4按刀架数量分类1）单刀架数控车床 普通数控车床一般都配有各种形式的单刀架，如四刀位卧室回转刀架、多刀位回转刀架等。2）双刀架数控车床 这类数控车床中，双刀架的配置可以是平行交错结构，也可以是同轨垂直交错结构。1.2.5数控系统的分类常用的数控系统有发那科、西门子、三菱、广数、华中等数控系统。机床数控系统按被控机床的运动轨迹分类1. 点位控制数控系统2. 直线控制数控系统3. 轮廓控制数控系统、按伺服系统分类1.开环控制数控系统2.半闭环控制数控系统3.全闭环控制数控系统、按数控系统功能水平分类1.经济型数控系2.普及型数控系统3.高档型数控系统1.3 数控车床特点数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。（1）数控加工具有如下优点：（2）提高生产效率；（3）提高加工精度并且保持加工质量；（4）可以减少工装卡具；（5）缩短加工周期，提高生产效率；（6）容易进行加工过程管理；（7）可以减少检查工作量；（8）可以降低废、次品率；（9）容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；（10）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；（11）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；2、工艺方案分析2.1零件图本次车削轴类零件（图1-1）数控加工工艺及编程加工毕业设计系高校高级考证的车加工零件，也是学院为了提高我们的数控技术及相关技能等综合运用能力。该零件几乎包含了我们平时实训的所有内容和工序。能够将该零件的工艺、工序和编程出来是对我们在车加工技术上的极大提升，同时也为我们以后的工作打下理论与实践的基础。图1.1 零件图322.2零件图分析2.2.1零件的形状分析由零件图1-1可知，是整个车削件的主体。由于车削件是学校高级技能鉴定的图。从图可以看出，整个零件的加工需要调头才能完成，左端不仅有锥度及外圆槽组成，而右端不仅有圆弧曲线还有退刀槽及外螺纹，整个件的加工精度较高，需要进行调头加工。需用数控车床完成加工。2.2.2零件分析由零件图可知，该轴零件各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6um。根据上述诸因素，该棒料的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表2.1表2.1轴零件机械加工余量及锻造毛坯尺寸公差加工表面零件尺寸/mm机械加工余量/mm毛坯公差/mm毛坯尺寸/mm轴零件左端圆柱面1.52(取1.5)0.5轴零件左端外圆槽1.52(取1.5)轴零件右端圆柱面1.52(取1.5)0.5轴零件右端外螺纹1.52(取2)2.2.3零件的工艺性分析由零件图1-1可知，其材料为45钢，该材料具有足够的强度、刚度和韧度，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。通过切割机、数控车床就可以达到加工要求；而主要加工表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来，由此可见，该零件的工艺性较好。该零件的主要工作表面为轴零件两端面和外螺纹24X1.5-6h,在设计工艺规程时应重点予以保证。2.3确定加工方法 该轴零件形状特殊、结构复杂，属于高级工车削零件。因此，加工精度要求较高。从零件图1.1可以看出，整个零件的加工需要调头才能完成，左端有锥度及外圆槽组成，而右端不仅圆弧还有螺纹，整个件的加工精度要求较高，需要进行调头加工，需用数控车床完成加工。2.4加工方案设计数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如：要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样一来才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。综合上述分析，轴类件的主要加工表面是外圆表面，还有常见的特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。由基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔、就近不久远的原则确定（如图1.1）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。加工方案一：下料粗、精车右端外轮廓车退刀槽车外螺纹调头装夹，打表保证同轴度修端面保证总长粗精车左端外轮廓切外圆槽清洗检验。加工方案二：下料粗、精车左端外轮廓切265外圆槽调头装夹，打表保证同轴度修端面保证总长粗、精车右端外形轮廓车退刀槽车外螺纹清洗检验。分析：以上两种加工方案，方案二调头才有地方装夹，不需要在做专用夹具，大大节省了效率，根据图样，方案二更为合理，也更能满足要求，故选择方案二进行加工。3、零件的装夹3.1定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。3.2定位基准的选择原则为保证各配合表面的位置精度，用三爪自定心卡盘找正工件轴心，用轴心线和工件的右端面作为粗、精加工的定位基准。这样，既符合基准统一和基准重合原则，也有利于生产率的提高。3.3 确定零件的定位基准 3.3.1精基准的选择原则定位基准简图见（图3.1）。图3.1 定位基准简图3.3.2粗基准的选择原则重要表面原则、非加工表面原则、最小加工余量原则和不重复使用原则。根据粗基准的选择原则，选择外圆轴30mm的外圆面和轴零件头左端面作粗基准。在调头加工后采用轴零件头右端面作粗基准加工右端面，可以为后续工序准备好精基准。3.4 装夹方式的选择由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。故夹具选用三爪自定心卡盘如图（3.2），三爪卡盘装夹工件时可自动定心，不需找正。但需要注意的是，用三爪卡盘夹紧工件时，为保证足够的夹紧力，一般要留有20mm以上的夹持长度。图3.2 三爪卡盘3.5 确定合理的装夹方式 工序一：以右端毛坯外圆为粗基准，加工左端，采用三爪卡盘装夹参考图3.3。图3.3工序二：以左端28外圆为精基准，加工右端，采用三爪卡盘装夹参考图3.4。图3.44. 刀具及切削用量4.1 选择数控刀具的原则 数控加工的刀具选择是数控加工工序设计的主要内容之一，不但影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。随着刀具材料性能的提高与结构特性的改善，数控加工用刀具在耐用度、刚度、抗脆性、断屑和调整更换等方面的性能已有很大的改善。从如何加工的角度看，加工刀具类型与工艺方案的合理选择则极为重要。下面对目前的几种刀具进行初步分析：1.陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度亦较高。陶瓷刀具因其材质的化学稳定性好、硬度高，在耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应用。2.立方氮化硼刀具主要适用于高速加工。3.高速钢刀具在仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击性较弱。4.硬质合金刀具有较高的红硬性，能在保持较好的加工性能。复合碳化物系硬质合金在铣削金属的切削中显示出极好的性能。于是，硬质合金得到了很大的普及。5.聚晶金刚石刀具适用于高效地加工有色金属和非金属材料，能得到高精度、高光亮的加工表面，使其在高精加工领域中得到了普及。上述五大类刀具材料，材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。因材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。6.硬质合金类刀具是数控机床中采用最广泛的。这类材料目前从经济性、适应性、多样性、工艺性等各方面，综合效果都比高速刚好。4.2 选择数控车削用刀具为适应数控机床加工精度高、加工效率、加工工序集中及零件装夹次数少的要求，数控刀具具有很高的切削效率.高精度.高重复定位精度.可靠度和耐用度 。选择刀具通常要考虑（1）被加工工件的材料及性能（2）切削工艺的类别（3）被加工工件的几何形状，零件精度，加工余量（4）被吃刀量，进给速度，切削速度考虑到以上因素故粗车时，要选用强度高，耐用度高的刀具以满足粗车时大吃刀量，大进给量的要求.精车时要选用精度高,耐用度好的刀具以保证加工精度的要求. 表4-1所用刀具规格序号刀具号刀具名称型号备注1T0193外圆右偏车刀MVJNR2020K16机夹刀（硬质合金）2T023mm切断刀ZQ1616R刀片宽3mm3T0360外螺纹刀SER2020K16机夹刀（硬质合金）4T04端面车刀机夹刀（硬质合金）4.3 设置刀点和换刀点4.3.1刀位点在进行数控加工的编程时，往往将整个刀具浓缩视为一个点，那就是刀位点，它是在刀具上用于表现刀具位置的参照点。对刀操作就是要测定出程序起点处刀具刀位点相对机床原点以及工件原点的坐标位置。在对刀时，常用的仪器有：对刀测头、千分表或对刀瞄准仪等。对刀点可以设置在零件、夹具上或机床上面（尽可能设置在零件的设计基准或工艺基准上）。4.3.2待加工毛坯的对刀试切端面 ： 将两端面已经加工好的待加工毛坯装夹到主轴上，在工件的伸出端安装Z 轴向设定器。快移刀具接近到Z 轴向设定器，改用增量方式控制刀具工进，至到指示灯亮时停止动作，保持 Z轴 向不动，取出轴向设定器。然后在机床操作面板上调出刀具补偿菜单栏中刀偏表，在相关的试切长度填空栏中键入有关数值（当前刀具刀位点相对于程序原点的距离）。试切外圆：快速将刀具刀位点移动刀毛坯端面角附近，然后用增量方式调节 X 、Z 轴向进给至刀位点刚好切到毛坯外表面，再用MDI方式运行进行外圆车削。同时保持X轴轴向坐标不变，退出刀具。用游标卡尺测量出试切外圆直径。然后在刀偏表中键入试切直径。4.3.3刀偏值的测定刀偏值就是各刀具相对于基准刀具的几何补偿。用点动或步进方式操作移动刀具，使基准刀具刀位点对准工件的基准点，然后进行X轴 Z轴坐标清零，退刀。换置刀具，再用点动或步进方式使该刀具刀位点对准工件上的同以一基准点，此时屏幕上显示的坐标既是该刀号刀具的几何偏置 Xj, Zj .同理，可依次测定出其它刀具相对于基准刀具的几何偏置。在相应的刀偏表中依次键入选用刀具刀位点的几何补偿。4.4 确定切削用量4.4.1主轴转速的确定在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三个要素。而主轴转速主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取：=则：=式中 -工件直径，mm；-主轴转速，。由于每个外圆尺寸计算方式相同，现选取直径为28mm外圆；刀具刀尖半径为R0.4mm为例说明其计算过程。根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于加工余量、被加工零件的精度及表面粗糙度、刀具的材料和刀具耐用度等因素。通过化学工业出版社出版的机械切削工人工作手册查的本设计所适合的切削速度见（表4-2）所示：表4-2 按45#钢选择的车削切削速度工件材料硬度/HBS切削速度/ (m/min)高速钢车刀硬质合金车刀45#钢200250205080120从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较好低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑： 取粗车时：=80m/min 精车时：=120m/min 代入公式中：=809r/min ；=1137.4r/min计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取40mm外圆：取=800 r/min ；=1130 r/min同理计算18mm外圆：取 =1050r/min ；=1350 r/min4.4.2进给量的确定 粗加工的时候一般尽量可能的选取较大的进给量，进给量的取值主要考虑刀具的强度、背吃刀量及工件直径。对于车刀而言，刀杆越大，其刀具强度就越大，允许取的进给量也越大。然而在一定的进给量时，背吃刀量的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具；另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出机床额定功率。通常如果背吃刀量必须取大值的时候，进给量相应减少。精加工的时候一般按照零件的表面粗糙度来选择进给量，进给量的取值越小则加工的表面粗糙度就越好。对于车刀而言，在使用硬质合金车刀精车时相应的需提高切削速度Vc，用高速钢车刀精车时，Vc最好小于10m/min，避免产生积屑瘤。通过化学工业出版社出版的机械切削工人工作手册查的本设计所适合的进给量见（表4-3）所示：表4-3 硬质合金及高速钢车刀的进给量工件材料背吃刀量3mm每齿进给量/mm粗车精车高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀45#钢0.110.150.110.170.30.40.40.5综合选取：=0.4（0.01*直径） mm/r =0.15（表面粗糙度为1.6）mm/r；0.2（表面粗糙度为3.2）mm/r注：进给量可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。4.4.3背吃刀量的确定 背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，通过化学工业出版社出版的机械切削工人工作手册查的本设计所适合的背吃刀量一般留0.20.7mm。 总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。4.4.4切槽三要素的确定通过化学工业出版社出版的机械切削工人工作手册查的本设计所适合的切槽刀的切削用量参考如下（表4-4）（表4-5）。表4-4硬质合金切槽刀的切削用量工件材料切削刃宽度/mm切削速度/mmin进给量/mmr碳钢36801500.200.40合金钢36601000.150.25不锈钢3630800.100.40铸铁3620500.200.60紫铜3620400.100.25脆铜3650800.100.15表4-5 切槽及切断的切削速度（mmin）进给量/mmr高速钢车刀W18Cr4VYT5YG6碳钢=735MPa可锻铸铁150HBS灰铸铁190HBS碳钢=735MPa灰铸铁190HBS加切削液不加切削液0.080.100.150.200.250.300.400.500.60353023191715121159534438343026243430262321201716151791501078773625041837665585349444037注：1.切削速度Vc与车刀宽度无关。2.切槽时，最终直径与最初直径之比不同应乘以下面修正系数。最终直径/最初直径（/）0.50.60.70.80.8Vc的修正系数高速钢刀具0.960.920.88硬质合金刀具0.970.90.843.用硬质合金车刀对碳钢零件切槽及切断，并使用切削液，切削速度Vc应乘以修正系数1.4。本次设计所涉及的外圆槽为264的切削三要素选取如下：（1）主轴转速 由本工序采用硬质合金数控刀、外圆槽为264、齿数。查表5-4硬质合金数控车削速度，确定车削速度m。则：=367.5r/min计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取264外圆槽：=370r/min（2）进给量 在工件或刀具的每一转或每一往复行程时间内，刀具与工件之间沿进给方向的相对位移成为进给量。由264外圆槽得硬质合金数控螺纹车刀车外圆槽时，该工序的进给量取为0.080.2mm/r。（3）背吃刀量 背吃刀量是指切削刃工作长度沿垂直于进给运动方向上的投影值，车削外圆槽时的背吃刀量一般选取为0.53mm；4.4.5切螺纹三要素的确定通过化学工业出版社出版的机械切削工人工作手册查的本设计所适合的硬质合金螺纹车刀的切削用量如下（表5-6）。表5-6 用YT（YT15）类硬质合金刀具车削螺纹的切削用量螺纹形式螺距P或模数m/mm工件材料碳钢、铬钢、镍铬钢及铬硅锰钢碳钢、铬钢、镍铬钢铬硅锰钢抗拉强度/ MPa63773583311281422行程次数/m行程次数/m行程次数/m行程次数/m行程次数/m三角形外螺纹P=1.5P=2221.471.35341.381.36341.251.22460.980.95560.820.78三角形外螺纹及梯型外螺纹P=3P=4P=5P=634561.301.281.241.2056891.261.211.211.1856891.131.101.101.00679110.900.830.820.8281012150.750.720.700.70梯型外螺纹P=8P=10P=12P=1691113161.291.231.201.17111315191.131.101.081.03111315191.170.980.960.93模数外螺纹M=2M=3M=4M=571014161.281.231.231.2191216191.181.121.101.0791216191.051.000.980.95三角形内螺纹P=1.5P=2P=3P=4P=5P=63345781.611.471.401.371.371.3345679101.501.431.331.271.251.2345679101.331.281.181.131.121.10678911131.061.020.930.880.870.8578101214170.880.830.780.750.720.72注：1.粗、精加工用同一把螺纹车刀时，切削速度应降低20%30%。2.刀具寿命改变时切削速度修正系数如下表：刀具寿命/min20306090120修正系数1.0810.870.80.76本次设计所涉及的螺纹为M241.5的切削三要素选取如下：（1）主轴转速 由本工序采用硬质合金数控车刀、外螺纹为M241.5、齿数。查表5.6硬质合金数控车削速度，确定车削速度m。则：=453.8r/min计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取M302外螺纹：=450r/min（2）进给量 在工件或刀具的每一转或每一往复行程时间内，刀具与工件之间沿进给方向的相对位移成为进给量。由CKA6140数控车床功率为4.5kw，由M241.外螺纹得硬质合金数控螺纹车刀车外螺纹时，该工序的进给量取为1.5mm/r。（3）背吃刀量 背吃刀量是指切削刃工作长度沿垂直于进给运动方向上的投影值，车削螺纹时的背吃刀量一般选取为0.10.5mm；5. 零件加工工艺分析5.1技术要求依设计题目知：产品为高级数控车床考证零件，每台产品中该零件数量为1件/台。轴零件属轻型零件，该轴零件的生产类型为单件生产。从图纸中我们可以看出该零件轮廓由直线、圆弧、螺纹共同构成一个复杂成型曲线回转轴。加工部分包括螺纹，外圆，一个退刀槽，锥面，倒角等。5.2毛坯选择由于该轴零件在工作过程中要承受径向冲击载荷，为增强轴零件的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用棒料。该轴零件的轮廓尺寸不大，且生产类型属单件生产，在考虑轴零件（如图1.1）的加工工艺后最后确定下料毛坯尺寸为3080mm。5.3轴类零件的预备加工在这里加工设备，我们选择学校有学过的数控车床，由于选择CNC系统时要综合考虑所需要的系统功能，我们所加工的保龄球用我们学过的法兰克数控系统可以实现。设备的参数具体看（表4-2）：表4-2机床型号单位CK6140数控车床床身最大回转直径mm400拖板最大回转直径mm200最大切削直径mm400最大加工长度mm1000X/Z轴最大行程mm280/1000X/Z轴最小位移单位mm0.001主轴通孔直径mm83主轴内孔锥度1：20主轴级数无极主轴极限转速rpm150-2000工件夹紧方式mm手动卡盘主电机功率（变频）kW7.5变频器kW11X/Z轴N.m6/6X/Z轴快移速度M/min5/8刀架型式4工位电动刀架刀杆尺寸mm2020刀架重复定位精度mm0.004尾座型式有尾座套筒直径mm60尾座套筒行程mm100尾座顶尖锥孔莫氏4#机床净重kg1560机床外型尺寸（LWH）mm223012801640电力需求（功率/电流）kW/A10/20重量kg16505.4 热处理工序模锻成型后切边，进行调质，调质的硬度为241-285HBS，并进行酸洗、喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。在加工后增加热处理工序。6 零件加工工艺6.1确定加工顺序及进给路线根据工作性能与条件，该车削件（如图1.1）零件虽然看似简单，左端不仅有锥度及外圆槽组成，而右端不仅有圆弧曲线还有退刀槽及外螺纹，整个件的加工精度较高。这次的零件工艺难点在于要保证车削件的圆跳动、同轴度的精度要求，所以在零件的装夹上必须慎重考虑。初步考虑用棒料加工，加工右端时没有地方装夹。所以需要先加工左端。本次设计根据要求用Mastercam数控车软件来做轨迹进行加工过程模拟，以检查加工轨迹的正确性。Mastercam数控车软件有内外轮廓及端面的粗、精车削，切槽、钻孔、车螺纹加工轨迹自动干涉排除功能，避免人为因素的判断失误。仿真功能提供加工前程序的最后检验。现在就通过该软件对车削件零件进行走到路线的拟定，具体如下：加工顺序的安排：（1）加工零件左端：加工时应按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定，最后精加工。在加工外圆槽。其轨迹图如附图6-1、图6-2、图6-3、图6-4所示：图6-1 零件左端外圆加工轨迹图图6-2 零件左端外轮廓仿真图图6-3 零件左端外圆槽加工轨迹图图6-4 零件左端外圆槽仿真图（2）加工零件右端：左端加工后调头装夹，加工时应按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定，最后精加工。其轨迹图如附图6-5、图6-6所示：图6-5 零件左端外圆加工轨迹图图6-6 零件右端外圆加工仿真图（3）最后加工退刀槽及外螺纹。其轨迹图6-7、图6-8、图6-9所示：图6-7 零件右端退刀槽仿真图图6-8 零件右端外圆槽仿真图图6-9 零件右端外螺纹仿真图6.2编写程序通过对零件图的分析，刀具芯轴主要涉直线、圆弧及螺纹。在加工过程中，还有粗加工和精加工两个步骤。因此，在程序编写时，我考虑主要使用法兰克数控系统的这些指令：G21、G40、G97、G71、G70、G00、G01、G02、G03、M00、M03、M05、M30。（1）G21 指定公制编程。即 X （U）、 Z （W）、 R 等坐标尺寸字所描述的单位为 mm。（2）G40 指刀尖半径补偿取消，按照程序指令路径进给。（3）G97 主轴速度控制指令（恒线速度控制） 。格式：G97 S_；其中，S 控制主轴转速，单位为 r/min。（5）G71 指成形粗车循环。该切削方式是每次粗切的轨迹形状都和成品形状相似，只是在位置上由外向内环地向最终形状靠近。格式：G71 U（i）W（k）R（m） P（ns）Q（nf）X（u）Z（w）F（f）S（s）T（t）；其中，k粗切的次数；i、k分别为起始时 X 轴（半径值）和 Z 轴方向上的缓冲距离；u、w分别为 X 轴（直径值）和 Z 轴方向上的精加工余量；ns精加工程序段中开始程序段的段号；nf精加工程序段中结束程序段的段号；F、S、T粗切时的进给速度、主轴转速和刀补设定。此时，这些值将不再按照精加工的设定（6）G70 精加工循环指令。格式：G70 P（ns）Q（nf）；其中，ns精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；nf精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。（7）G00 快速定位。该指令控制刀具快速从当前位置移动到指定的位置，一般用在空程运行中，如退刀和快速进刀。格式：G00 X（U）_Z（W）_；其中，X（U）_Z（W）_指定移动轨迹终点位置坐标。 （8） G01 直线插补。 该指令控制刀具以某个速度从当前位置移动到指定的位置（只能沿直线方向走）。格式：G01 X（U）_Z（W）_F_；其中，X（U）_Z（W）_指定移动轨迹终点位置坐标；F控制刀具移动的速度，在使用 G98 时，F 的单位是 mm/min。当使用 G99 时，F 的单位是 mm/r。（9）G02/G03 顺时针/逆时针圆弧插补。该指令可以控制刀具沿圆弧移动。格式：G02/G03 X（U）_Z（W）_；其中，X（U）_Z（W）_表示终点坐标，X、Z 表示绝对值，U、W 表示增量值。（10）M00 程序停止指令。（11）M03 主轴正转（CW）指令。（12）M05 主轴停止指令（13）M30 程序结束并返回指令。根据上述各个功能指令的作用和用法，同时结合本文2工艺路线拟定内容，我一共编制了3个程序单来完成零件的加工，详细程序内容见附录A。将以上绘制好的所有刀具轨迹路径全部勾上，方法为，按住Ctrl,逐一选择生成的刀具路径，然后单击按钮，将跳出如图6-10所示对话框。图6-10后处理程式对话框直接按确认，然后选择要保存的目录，将该NC文件保存到你的电脑盘中，最后系统将会自动打开该零件的加工程序编辑器如图6-11所示。图6-11 加工程序编辑器截图零件最后的完整
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