递增型阶梯轴零件的数控车削加工工艺及编程11机电32 陈新宇 1101043208

1、摘要 在本设计中,通过对零件的图形分析,零件的结构工艺性，技术要求进行仔细分析了，所设计的零件结构应便于成型，并且成本低，效率高，它的涉及面广，因此这一环节是技术的关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的措施。材料分析,选好了加工毛坯,了解常用的毛坯种类：锻件.型材.焊接件.冷压件等，还有毛坯是根据零件要求的形状，工艺尺寸等方面而制成的进一步加工使用的生产对象。首先对零件进行工艺分析，对工艺规程设计进行说明，选择好机床种类、定位基准和装夹方法。然后在制订零件的工艺规程时，正确的选择工件的切削三要素以及加工余量的选择有很重要的意义。另外还对加工的工序.工艺进行分析,从而手工将加工零件的全部工艺过程、

2、工艺参数、位移数据等以规定的代码、程序格式写出,编制出了适合所选车床的程序。关键词: 零件的分析；毛坯；工艺；工序尺寸；加工路线前 言随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用。本次设计就是进行数控加工工艺设计织机导板零件，侧重于设计该零件的数控加工夹具，主要设计内容有：完成该零件的工艺规程（包括工艺过程卡、工序卡和数控刀具卡）和主要工序的工装设计。并绘制零件图。用G代码编制该零件的数控加工程序，在则学习计算机辅助工艺设计（CAPP）相关知识，并编制其构架。数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理

3、的工艺是保证数控加工质量发挥数控机床效能的前提条件，从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在介绍数控加工切削基础，数控机床刀具的选用，数控加工工件的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识的基础上，分析了数控车削的加工工艺。目录 第1章 零件的分析1 1.1零件的工艺分析1 1.2工艺规程设计说明2 1.3机床的选择2 1.4定位基准的选择及装夹方法31.4.1 粗基准的选择31.4.2 精基准的选择3 1.4.3 装夹方法3 1.5 加工顺序的安排3 第2章 零件工艺规程的设计5 2.1工艺装备的选择5 2.2 加工余量的确定6 2.3切削三要素的确

4、定6 2.4 确定工序尺寸的方法10 2.5数控加工工艺卡片11 2.6数控加工工序卡 11 第3章 数控加工程序的编制10 3.1 数控编程方法及特点10 3.2 编写零件的加工程序单10 3.3程序验证11设计总结17参考文献18第1章 零件的分析 根据数控车削加工的特点，对零件图样进行工艺性分析时，应主要分析与考虑以下一些问题。图1-1主视图图1-2剖视图由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何元素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确，各种几何元素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或者影响工序安排的封闭尺寸等。例如，零件在用同一把切削刀同一个刀具半径补偿值编程

5、加工时，由于零件轮廓各处尺寸公差带不同，如在图1-1中，就很难同时保证各处尺寸在尺寸公差范围内。这时一般采取的方法是：兼顾各处尺寸公差，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带，改为对称公差，采用同一把切削刀同一个刀具半径补偿值加工。1.1零件的工艺分析（1）零件各主要部分技术要求 A、未注倒角c2. B、未注尺寸公差按GB/T 1804-m. C、不得用砂布等工具对表面进行修饰加工. D、工件材料用45号钢.（2）、工艺分析 该零件的各配合段除了有一定尺寸精度（各个公差）和表面粗糙度（0.8、1.6等），还有一定的位置精度（径向跳动）根据对个表面的具体要求，可采用如下的加工方案： 下料-粗车-

6、半精车-精车轴类零件的预加工 轴类零件的预加工是指加工的准备工序，即车削外圆之前的工艺。 校直毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工余量的均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校值机上进行校值。该零件的加工方案具体步骤如下：预加工-车右端面-粗车右端外轮廓-精车右端外轮廓-切槽-右端螺纹-钻右端中心孔-钻右端孔-研修右端孔-车左端面-粗车左端外轮廓-精车左端外轮廓-钻左端中心孔-钻左端孔-研修左端孔.1.2工艺规程设计说明定位与夹具： 数控车床工作区应确定下列基准点：机床零点、工件零点、定位点、夹具零点、参考点等。参照零件图的工艺分析，该零件图要用到多个表面定位，应选择其

7、中一个较大的表面为主要定位基准。 先以工件毛胚大端外援作粗基准，粗车小端外圆和端面、螺纹和内孔。这样在车削大端时保证了加工余量。然后，掉头卡住工件最大端外圆，以大端外圆和肩面为定位基准，加工大端外圆，内孔及其断面。根据其尺寸要求，以保证同轴度等。1.3机床的选择选择机床时，主要考虑以下因素：（1） 机床的规格应与工件的外形尺寸相适应，即大件用大机床，小件用小机床。（2） 机床精度应与工件加工精度要求相适应，机床精度过低，不能保证加工的精度；机床精度过高，又会增加工件的制造成本，应根据工件的要求合理的选择。（3） 机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。单件小批生产用通用设备或数控机床，大批大量

8、生产应选高效专用设备。（4） 与现有条件相适应。要根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定机床. 因此根据被加工零件的外形和材料等条件，应当选用FANUC数控车床进行加工。1.4定位基准的选择及装夹方法 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。 1.4.1 粗基准的选择:粗车时以毛坯表面和两侧端面为粗基准。 1.4.2 精基准的选择: 以两侧端面及加工表面的设计基准作为定位基准，避免定位基准与设计基准不重合引起定位误差。此递增型阶梯轴零件是轴类零件，所以以毛坯直径55表面

9、及左右端面为定位基准。 1.4.3 装夹方法: 工件的装夹方式有：直接找正装夹、划线找正装夹和采用夹具装夹，其中采用夹具最常使用。数控加工的特点对夹具提出两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标系相固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。根据车削加工特点和夹具在车床上安装的位置，将车床夹具分为两种类型：一类是安装在车床主轴上的夹具；另一类是安装在滑板或床身上的夹具。通过分析此零件图,采用通用夹具装夹类的且安装在车床主轴上的三爪卡盘装夹. 三爪卡盘的三个卡爪是同步的，能自动定心。在装夹时应选择合适的尺寸，用来一次性加工处所需加工端面的所有表面，以减少装夹次数和充分发挥机床工作效率。所以

10、在加工右端面时，应用三爪卡盘夹持至毛坯左端23mm处，加工右端螺纹及外圆轮廓至95mm处，然后卸下棒料，夹持右端54mm处，加工左端零件。这样便可以只需两次装夹就加工出零件。 1.5 加工顺序的安排 工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，当拟定工艺路线时，要合理、全面安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序。（1）切削加工工序的安排原则a基面先行原则： 用作精基准的表面，应优先加工。因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工过程，总是首先对定位基准面进行加工。所以加工零件应先车右端面作为基准面，因此这一零件应从带有螺纹端车端面作为基准面。 b 先粗后精

11、原则：加工此零件时，应先粗加工除去毛坯余量及其它多余棒料，车出零件轮廓，然后精加工，保证零件的表面粗糙度和尺寸。 c.先主后次原则：零件上的工作面及装配面精度要求较高，属于主要表面，应先加工。自由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面。由于此零件所需加工表面皆为主要表面，所以此零件加工顺序为先加工右端外圆轮廓、切槽、车螺纹 内孔，掉头加工左端外圆轮廓以及内孔。d.先面后孔原则：对于箱体类、支架类、机体类的零件，一般先加工平面，后加工孔。由于此零件为轴类零件，既可先加工内孔，也可先加工表面，不必遵循此原则。 第2章 零件工艺规程的设计 2.工艺的制定2.1工艺装备的选择

12、a. 数控刀具的分类数控车削用的车刀按照切削工艺一般分为4类:（1） 车削刀具：外圆、内孔、螺纹和成形车刀等。（2） 铣削刀具：面铣刀、立铣刀和螺纹铣刀等。（3） 钻削刀具：钻头、铰刀和丝锥等。（4） 镗削刀具：粗镗刀和精镗刀等。加工此零件所需刀具为外圆车刀、镗刀、外螺纹刀、18及23麻花钻、 外槽刀。 刀具常见的材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质的主要依据是被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等。由于此零件的加工毛坯为45号钢，所以刀片采用YT15硬质

13、合金材料。 c.刀具外形选择加工对象刀具的主偏角、刀尖角等有关。不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，反之亦然。加工此零件的外圆车刀选用90主偏角常用三角形（T型）刀片，外螺纹刀选用60刀片。 根据上面总结刀具选用： 选用18跟23麻花钻钻削中心孔。 粗车及平端面选用90硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉），副偏角不宜太小。 精车选用90硬质合金右偏刀，车螺纹选用硬质合金60外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径。将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表2-1），以便编程和操作管理。表2-1 数控加工刀具卡片 产品名称或代号零件名称典型轴零件图号

14、序号 刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金端面45度车刀1粗、精车端面2T02硬质合金90度放型车刀1粗、精车外轮廓左偏刀3T03硬质合金车槽刀1切槽4T0460度硬质合金外螺纹车刀1粗、精车螺纹518钻头1预钻孔 零件名称手柄类轴零件零件图号1-1序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀具圆弧半径备注1T0190外圆车刀1端面、粗（精）车外轮廓R0.42T0395镗刀1粗(精)车内孔R0.43T02外螺纹车刀1车螺纹R0.14T04外槽刀1切外槽R0.2B=3mm518钻头1预钻孔623钻头1预钻孔73中心钻1顶尖孔2.2 加工余量的确定 在保证加工质量的前提下，加工余量越小越好。

15、采用查表法来确定零件毛坯的加工余量，详见表2-4.表2-4数控加工车削余量表加工工艺刀具号主轴转速S/(r/min)进给速度F/(mm/min)加工余量/mm粗车削外轮廓T01300900.2精车外轮廓T01600600粗车内轮廓T03300900.2精车内轮廓T01600600车外槽T04300600车外螺纹T023006602.3切削三要素的确定 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S或切削速度v（用于恒线速度切削）、进给速度或进给量f，这些参数均应在数控车床给定的允许范围内选取。粗、精加工时切削用量的选择原则如下：（1）粗加工时切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量，

16、其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。（2）精加工时切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据以加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。2.3.1 背吃刀量的确定背吃刀量的选择应根据加工余量确定。背吃刀量主要受机床刀具和工件系统刚度的制约，在系统刚度的允许下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，以减少走刀次数，提高生产率。加工余量大或不均匀时，要分多次进给，这时前几次进给的背吃刀量可取大一些。为保证加工表面质量，可留有少许精加工余量，一般为0.2-0.5mm

17、。故轮廓粗车循环时选ap=1，精车ap=0.5；螺纹粗车时选ap=0.4，逐刀减少，精车ap=0.1。2.3.2主轴转速的确定车削加工主轴转速n（r/min）应根据允许的切削速度v（m/min）和工件直径d（mm）来选择，按式：n=1000v/（d）数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中根据实际加工情况对主轴转速调整。此外，在选取主轴转速时，还应考虑以下几点： a.应尽量避开产生积屑瘤的速度区域。 b.间断切削时，应适当降低转速。 c.加工大件、细长件时应选较低转速。车直线和圆弧时，选粗车切削速度vc=52m/min、精车切削速度vc=71m/min，然后利用公式

18、n=1000v/d计算主轴转速n（粗车直径D=55，精车工件直径取平均值）：粗车300r/min、精车600r/min。车螺纹时按公式n（1200/p）-k，计算主轴转速n=220r/min。式中：P-工件螺纹的螺距或导程，单位mm k-保险系数，一般取为802.3.3进给速度的确定 进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动距离（单位为mm/min）。进给速度要根据零件的加工精度表面粗糙度刀具和工件材料来选择，选择进给速度的原则是在保证工件质量和运行安全条件下，尽量选择较高的进给速度，一般不超过200mm/min。切断车削深孔或精车时，宜选择较低的进给速度；空行程时，可选择较高的进给速度。

19、计算进给速度时，选取每转进给量f（mm/r）,然后按式：F=n*f式中：F-进给速度，单位mm/min。 n-主轴转速，单位r/min。故选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.3/r，精车每转进给量为0.1/r，最后根据公式F=n*f计算粗车、精车进给速度分别为90/min和60/min。综合前面分析的各项内容，并将其填入表2-1所示的数控加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。2.4确定工序尺寸的方法 每道工序完成后应保证的尺寸称为该工序的工序尺寸

20、。工件上的设计尺寸及其公差是经过各加工工序后得到的。每道工序的工序尺寸都不相同，它们逐步向设计尺寸接近。为了最终保证工件的设计要求，各中间工序的工序尺寸及其公差需要计算确定。（1） 基准重合时工序尺寸及其公差的计算。这是指加工的表面在各工序中均采用设计基准作为工艺基准，其工序尺寸及其公差的确定比较简单。（2） 基准不重合时工序尺寸及其公差的计算。工序尺寸或定位基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差计算比较复杂，需用工艺尺寸链来分析计算。 2.5数控加工工艺卡片 表2-4 零件的数控加工工艺卡片单位名称苏州经贸职业技术学院产品名称或代号零件名称零件图号手柄类轴零件1-1工序号程序编号夹具名称使

21、用设备车间1L001三爪卡盘数控车床数控中心工步号工步内容（尺寸单位mm）刀具号刀具规格/mm主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）背吃刀量/mm1手动车右端面T0190外圆车刀300900.52手动钻右端中心孔3中心钻300901.53手动钻右端孔孔深至24mm18钻头30090124粗加工右端面外圆轮廓留(0.3mm余量)T0190外圆车刀300901.05精加工右端面外圆轮廓至零件所需尺寸精度T0190外圆车刀600600.56切右端外槽至28mmT043mm切槽刀300903.07粗加工右端内轮廓留(0.3mm余量)T0395镗刀300901.08精加工右端内轮廓留(T0395

22、镗刀300901.09车螺纹至零件所需尺寸精度T02外螺纹车刀2206610掉头手动加工左端面至零件所需总长120mmT0190外圆车刀300900.511手动钻中心孔3中心钻300901.512手动钻孔孔深至43mm23钻头300901213粗加工左端外轮廓留(0.1mm余量)T0190外圆车刀300901.014精加工左端外轮廓至零件所需尺寸精度T0190外圆车刀600600.515粗加工左端内轮廓留(0.3mm余量)T0395镗刀300901.016精加工左端内轮廓至零件所需尺寸精度T0395镗刀600600.52.6数控加工工序卡 表2.6工序卡片单位名称产品名称轴工序号程序编号夹具名

23、称使用设备车间2O0001数控车床FANUC工步号工步内容刀具号主轴转速（r/min）进给速度mm/min背吃刀量mm备注1车端面，倒角T01粗：300精：600粗：90精：60粗：1精：0.5自动2钻孔300手动3粗、精车外轮廓T01粗：300精：600粗：90精：60粗：1精：0.5自动4切槽T04300903.0自动5车外螺纹T0222066自动6粗、精镗内轮廓T03粗：300精：600粗：90精：60粗：1精0.5自动编制审核第1页共2页单位名称产品名称轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间3O0002数控车床FANUC工步号工步内容刀具号主轴转速（r/min）进给速度mm/min背吃刀

24、量mm备注1车端面，倒角T01粗：300精：600粗：90精：60粗：1精：0.5自动2钻孔300手动3粗、精车外轮廓T01粗：300精：600粗：90精：60粗：1精：0.5自动4粗、精镗内轮廓T03粗：300精：600粗：90精：60粗：1精0.5手动编制审核第2页共2页 第3章 数控加工程序的编制3.1 数控编程方法及特点 由于这个阶梯型零件的径向尺寸，无论是测量尺寸还是图纸尺寸，都是以直径值来表示的，所以数控车床采用直径编程方式，即规定用绝对值编程时，X为直径值；用相对值编程时，则以刀具径向实际位移量的二倍值为编程值。对于不同的数控车床、不同的数控系统，其编程基本上是相同的，个别有差异

25、的地方，要参照具体机床的用户手册或编程手册。3.2 编写零件的加工程序单T0101-90度切削刀 T0202-60度螺纹刀 T0303-内镗孔刀 T0404-切槽刀O0001；T0101；S300 M03 F0.1； 主轴正传G00 X57 Z2； 车右端面G01 Z0；G01 X-1； Z2；G00 X57； 定位G73 U14 R14； 车右端外圆G73 P10 Q20 U0.3 ； N10 G00 X27.25；G01 Z0 ；G01 X31.25；G01 Z-18；G01 X35.999；G01 X39.999 Z-20；G01 Z-30；G02 X39.998 Z-40 R5；G01

26、 X45 Z-70；G01 X53.9975 E-90 R27；G01 X50 E-95；N20 G01 Z-118；G00 Z100；X100；M05； 主轴停止M00； 程序停止T0101；M03 S600；G00 X57 Z2；G70 P10 Q20； 精加工左端外圆G00 X100；Z100；M05；M00；T0404； 切左端外槽M03 S300 F0.4；G00 X32 Z2；G00 Z-18；G00 X27.925；G00 X100；Z100；T0202；M03 S300；G00 X32 Z2；G92 X31.925 Z-18 F1.5； 加工螺纹X31.1；X30.5；X30.

27、2；X30.2；X30.2；G00 X100；Z100；TO3O3；S300 M03 F0.1； 加工右端内孔G00 X18 E2；G71 U1 R0.5 ；G71 P30 Q40 U-0.3；N30 G00 X24； G01 X19.99 ； G01 E-22 ；N40 G01 X18；G00 Z100； X100；M05；M30； T0303；S600 M03 F0.4；G00 X18 Z2；G70 P30 Q40；G00 Z100； X100；M05；M30； 程序结束 O0002； 掉头T0101；S300 M03 F0.1； G00 X57 Z2； 车左端面G01 Z0；G01 X-1； Z2；G00 X57；G71 U1 R0.5；G71 P50 Q60 U0.3； 车左端外圆N50 G00 X50.985； G01 Z0； GO1 X54.985 E-12；N60 G01 Z-28；G00 X100； Z100； T0101； S600 M03 F0.4； 精加工左端外圆G70 P50 Q60；G00 X100； Z100；T0303；M03 S300 F0.1；G00 X23 Z2；G71 U1 R0.5； 加工左端内孔G71 P70 Q80 U-0.3 ；N70 G00 X32.025；G0