连接轴机械加工工艺设计与数控程序编制和加工

1、职业技术学院毕业设计说明书 题 目： LP31连接轴机械加工工艺设计与数控程序编制和加工 院 系： 专 业： 数控技术 班 级： 13数控301班 学生姓名： 学 号： 2 同组学生： 来喻龙 指导教师： 胡毅光 企业指导教师： 罗军 完成日期： 2016 年 5 月 20 日 目 录摘 要3ABSTRACT4前 言5第一章 绪论61.1数控起源61.2数控发展7第二章工艺性分析92.1零件图92.2工艺性分析92.3毛坯102.4 确定装夹方案和选择夹具102.5毛坯热处理10第三章 数控加工工艺设计113.1确定生产类型113.2选择定位基准113.2.1精基准的选择123.3加工方法12

2、3.3.1平面加工123.3.2孔和槽的加工123.3.3螺纹加工123.4车床装夹方法123.4.1在三爪卡盘自定心卡盘上装夹123.4.2在两顶之间装夹123.4.3用卡盘和顶力装夹133.5车床切削用量的选择133.6 工序余量的安排133.7加工工序143.7.1工序一143.7.2工序二153.8选择刀具173.9刀具图17第四章 加工程序204.1车左端204.2车右端22第五章 产品测量24后 记26参考文献27致 谢28附录: 机械加工工艺过程卡片和机械加工工艺卡片29摘 要装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是新兴高新技术产业和尖端

3、工业（如信息经济技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备就是人类生活的最基本的生产资料，而数控又是当今先进制造技术和装备核心和技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造业能力和水平，提高对动态多变市场和适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及产业，而且在“高精尖”数控键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造业技术已成为世界各国加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成

4、为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。关键字：数控技术 工序 数控程序 机械制造。ABSTRACTEquipment industry technical level and the modern degree determines the level of the whole national economy and nowThe level generation, numerical control technology and equipment is

5、 the emerging high-tech industry and cutting-edge industries (such as information economy technology and its industry, biotechnology and his industry, aviation, aerospace and other defense industry) of the enabling technologies and the most basic equipment is the most basic means of production of hu

6、man life, and numerical control is the core and the advanced manufacturing technology and equipment technology today. In today's world widespread adoption of nc manufacturing technology, in order to improve the manufacturing ability and level, and the ability to adapt and improve the dynamic cha

7、ngeable market competition ability. In addition each industrial developed countries in the world the numerical control technology and numerical control equipment, a national strategic numerical control technology and industry, and in the "advanced" numerical control key technology and equi

8、pment adopted a policy of numerical control technology as the core of advanced manufacturing technology has become the world countries to accelerate economic way of basic industry modernization, and has become a traditional mechanical manufacturing industry upgrading transformation and automation, f

9、lexibility, integration and important means of production and marking. CNC technology and CNC machine tools are widely used for industrial structure, product category and grade of the machinery manufacturing and production mode has brought the revolutionary changeKey words: numerical control techniq

10、ue，enhance，Nc program， machine manufactring 前 言本设计中根据数控加工应用的特点、专业培养目标和学习要求确定内容安排，力求通过课程的学习，使我们系统掌握数控加工的基本理论知识和常用工艺方法，重点掌握数控编程的方法与技巧，了解先进数控加工技术及发展趋势，具有分析数控加工结构工艺性、提高合理设计数控加工的能力，培养我们具有较强的从事数控加工工艺技术工作和组织数控加工生产管理工作的能力。通过本次数控加工，我们能够较全面地掌握数控加工工艺知识；注重培养我们全面的数控加工的能力，不但掌握数控设备的结构，还要灵活操作使用数控设备。通过学习，能制定出合理的数控加工

11、工艺规程，而且结合数控编程课程学习，能够自己制定加工工艺、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。 由于设计者水平有限，其中有不免有缺点和错误，恳求指导老师批评指正。第一章 绪论1.1数控起源1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1数控（NC）阶段（1952197

12、0年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代-电子管；1959年的第二代-晶体管；1965年的第三代-小规模集成电路。 2计算机数控（CNC）阶段（1970年现在） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用&qu

13、ot;两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机

14、）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代-小型计算机；1974年的第五代-微处理器和1990年的第六代-基于PC（国外称为PC-BASED）。 还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。 1.2数控发展数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控 制的技术, 数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统 制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化

15、产品, 即 所谓的数字化装备, 其技术范围覆盖很多领域: (1)机械制造 技术; (2)信息处理、加工、传输技术; (3)自动控制技术; (4)伺 服驱动技术; (5)传感器技术; (6)软件技术等. 1 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变 化, 使制造业成为工业化的象征, 而且随着数控技术的不断 发展和应用领域的扩大, 它对国计民生的一些重要行业 ( IT、汽车、轻工、医疗等) 的发展起着越来越重要的作用, 因 为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势. 从 目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看, 其主要研 究热点有以下几个方面. 1.1 高速、高精

16、加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体. 高速、高精加工技 术可极大地提高效率, 提高产品的质量和档次, 缩短生产周 期和提高市场竞争能力. 为此日本先端技术研究会将其列 为5 大现代制造技术之一, 国际生产工程学会生产周期和 提高市场竞争能力. 日本先端技术研究会将其列为5 大现 代制造技术之一, 国际生产工程学会( CIRP) 将其确定为21 世纪的中心研究方向之一. 在轿车工业领域, 年产30 万辆的生产节拍是40 秒/ 辆, 而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一; 在航空和宇航工业领域, 其加工的零部件多为薄壁和薄筋, 刚度很差, 材料为铝或铝合金, 只有在高

17、切削速度和切削力 很小的情况下, 才能对这些筋、壁进行加工. 近来采用大型 整体铝合金坯料“ 掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零 件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式 拼装, 使构件的强度、刚度和可靠性得到提高. 这些都对加 工装备提出了高速、高精和高柔性的要求. 在加工精度方面, 近10 年来, 普通级数控机床的加工 精度已由10m 提高到5m, 精密级加工中心则从3 5m, 提高到11.5m, 并且超精密加工精度已开始进入 纳米级(0.01m). 在可靠性方面, 国外数控装置的MTBF 值已达6 000h 以上, 伺服系统的MTBF 值达到30000h 以上, 表现出非常

18、高的可靠性. 为了实现高速、高精加工, 与之配套的功能部件如电主 轴、直线电机得到了快速的发展, 应用领域进一步扩大. 1.2 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5 轴联动对三维曲面零件的加工, 可用刀具最佳 几何形状进行切削, 不仅光洁度高, 而且效率也大幅度提 高. 一般认为, 1 台5 轴联动机床的效率可以等于2 台3 轴 联动机床, 特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高 速铣削淬硬钢零件时, 5 轴联动加工可比3 轴联动加工发挥 更高的效益. 但过去因5 轴联动数控系统、主机结构复杂 等原因, 其价格要比3 轴联动数控机床高出数倍, 加之编程 技术难度较大, 制约了5 轴联

19、动机床的发展. 当前由于电主轴的出现, 使得实现5 轴联动加工的复 合主轴头结构大为简化, 其制造难度和成本大幅度降低, 数 控系统的价格差距缩小. 因此促进了复合主轴头类型5 轴 联动机床和复合加工机床( 含5 面加工机床) 的发展. 最新的5 面加工机床采用复合主轴头, 可实现4 个垂 直平面的加工和任意角度的加工, 使得5 面加工和5 轴加 工可在同一台机床上实现, 还可实现倾斜面和倒锥孔的加 工. 1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势。第二章工艺性分析2.1零件图图2-1零件图2.2工艺性分析该零件的材料为45#钢，毛坯为155×55mm件。由图可知，

20、该零件主要1的加工内容为外圆、内孔、槽、倒角，精加工表面粗糙度全部为1.6m，其余为3.2m，40同轴度为0.025.52同轴度为0.03。2.3毛坯毛坯选择轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。如图典型轴类相差不大，采用直径为55mm，材料45#钢，在锯床上按155mm长度下料图2-2毛坯2.4 确定装夹方案和选择夹具该零件为棒料、形状较简单。尺寸较小,但外圆光整,加工面与非加工面之间的位置精度要求高,故可选三爪卡盘,为避免在零件上留下痕迹，可以在夹紧之前用纸包在要夹的地方。2.5毛坯热处理热处理工序 铸，锻件

21、毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后，精加工前应安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性第三章 数控加工工艺设计3.1确定生产类型按设计说明书，连接轴年产量为10000件/年，若连接轴备品率为8，机械加工废品率为1%，则该零件的年生产纲领为NQN（181%）10000×1×（18%1%）=11832件/年  可见该零件的生产类型为大批量生产。 3.2选

22、择定位基准定位基准的选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。正确合理的选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。 定位基准选择     轴内零件外圆表面，内孔，螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。当不能采用中心孔时或初加工是为了提高工作装甲钢性。可采用轴的外圆表面作定位基准，或是以外圆

23、表面和中心孔共同作为东为基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高数控车削时，为了能用统一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的精准线=性，或为了端面余量均匀，工件轴向需要定位。采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔之间的距离要保持一致。以外圆定位时这应采用三抓自定心卡盘反爪装夹或采用限未支承，以工件端面或台阶儿面作为轴向定位基准3.2.1精基准的选择连接轴是带有孔的零件。25mm孔不但是精度要求最高的孔，而且也是该零件的设计基准、测量基准。为了避免由于基准不重合而产生误差，保证加工精度，应选25mm孔为精基准3.3加工方法 3.3.1平面加工平面加工方法有很多，有车、刨、铣、磨、拉等。

24、该零件为棒料，故选车床。3.3.2孔和槽的加工孔的加工方式有钻、扩、镗、磨等。对该零件的孔来看，车采用车床上的钻头来加工。槽的加工可以选择车3.3.3螺纹加工螺纹加工有车、手攻等该零件可以用车床。 3.4车床装夹方法3.4.1在三爪卡盘自定心卡盘上装夹三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不要找正。该卡盘装夹工件方便、省时、但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。 3.4.2在两顶之间装夹对于尺寸较大或加工工序多的轴类零件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用顶力装夹。该方式适用于多序加工或精加工 3.4.3用卡盘和顶力装夹当车削质量大的工时长的工件，要一段用卡盘夹住。另一

25、段月后力顶尖支持。这方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用广泛。 3.5车床切削用量的选择1）切削用量的确定 切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量（切削深度）、进给量（进给速度）。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。a）切削深度ap（）ap是指平行于车刀轴线方向测量的切削层尺寸， 主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。由于零件精度要求不高，从“切削用量简明手册”可查得，可以一次净加工余量，即ap等于加工余量，即车铣时ap=0.5mm。b）切削速度c（m/min），n=1000c/d0由此公式可算得粗车外轮廓时 n=800r/min,

26、精车内外轮廓时n=1600r/min，钻孔时n=600r/min。c）进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r） 是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给量数值应选小些，一般在2050mm/min5范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。3.6 工序余量的安排加工余量的大小，对零件的加工质量和生产效率

27、及经济行均有较大的影响。正确规定加工余量的数值，是制定工艺规程的重要任务之一，特别是加工中心，选好余量尤为重要，在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产率。在数控机床上，在工件表面粗糙度值要求为Ra3.212.5m时，粗车后的余量一般取（0.51.0）8 ，而本次设计中工件的表面粗糙度为Ra1.6m，所以粗车时的余量取0.15mm。表3-1加工余量表加工表面单边余量/mm双边余量/mm备注R20mm圆弧0.51R10mm圆弧0.5125的孔0.5140mm外圆0.5136mm槽0.5140mm外圆0.5152mm外圆0.5140mm外圆0.5136mm

28、槽0.5125mm槽0.513.7加工工序3.7.1工序一工步1下料155x55mm的棒料工步2用20的钻头钻25x30mm的孔工步3看零件图确定先加工右端工步4安刀外圆刀1号刀位和内孔刀2号刀位工步5用三爪卡盘抓住材料左端工步6用外圆刀（左向）粗加工右端，内孔刀（直径19）粗加工内孔工步7精加工到尺寸工步8零件掉头工步9拆下内孔刀安槽刀（5mm）2号刀位，螺纹刀3号刀位。工步10定总长145mm工步11粗加工外圆、加工槽、螺纹工步12精加工到尺寸工步13测量3.7.2工序二工步1下料155x55mm的棒料工步2用20的钻头钻25x30mm的孔工步3零件掉头工步4安刀外圆刀1号刀位安槽刀（5m

29、m）2号刀位，螺纹刀3号刀位。工步5粗加工外圆、加工槽、螺纹工步6精加工到尺寸工步7零件掉头工步8安刀外圆刀1号刀位和内孔刀2号刀位工步9用外圆刀（左向）粗加工右端，内孔刀（直径19）粗加工内孔工步10精加工到尺寸工步11测量根据零件加工方便性所以选取工序二表3-2加工工序表工厂数控加工工序卡片零件名称材料零件图号45锻件01工序号程序编号夹具名称使用设备车 间01O01-O04三爪卡盘数控卧式车床工步号工步内容加工面刀具号/mm刀具规格主轴转速(r/min)进给量(mm/r)背吃刀量/mm备注01下料02平左端面T0110000.103粗车左端外圆T018000.204精车左端外圆T0112

30、000.105切槽T026000.106车螺纹T0310000.207零件掉头O8定总长T0110000.109钻孔10粗车右端外圆T0110000.211粗车30X25mm孔T026000.212精车右端外圆T0112000.113精车30X25mm孔T0210000.12工厂数控加工工序卡片零件名称材料零件图号45锻件013.8选择刀具根据加工内容,所需的刀具有钻头、外圆刀、内孔刀、螺纹刀、槽刀等,其规格根据加工尺寸选择。表3-3刀具参数表刀具号零件名称零件图号01程序编号O01-O04刀具名称刀具补偿值/mm备注刀尖角度长度/mmT0101外圆刀3560T0202内孔刀5560T0101

31、外圆刀8060T0202槽刀60T0303螺纹刀6060 3.9刀具图图3-1外圆刀图3-2内孔刀图3-3槽刀图3-4螺纹刀第4章 加工程序根据零件外形.加工操作方便性分析决定从零件左端加工。4.1车左端N10O1001N20G99G40N30T0101外圆刀（粗、精加工一把刀）N40M03S800开机N50G00X150Z150换刀位N60X52Z3N70G71U1.5R0.5切削量、退刀量N80G71P10Q20U0.8W0.05F0.25粗加工、精加工N90N10G00X26N100G01G42Z0F0.08S1200N110X30Z-2N120Z-20N130X38N140X40Z-2

32、1N150Z-45N160X50N170X52Z-46N180Z-55N190X40Z-80N200Z-90N210X48N220X50Z-91N230Z-100N240N20G01X52N250G70P10Q20粗加工、精加工N260G00X150N270Z180N280T0202槽刀N290M03S500N300G00X150Z180N310X56Z-21N320X25N330X56N340Z-34N350X36N360X56N370Z-91N380X36N390G00X150N400Z180N410T0303螺纹刀N420M03S600N430G00X150Z180N440X32N450

33、Z5N460G92X30Z-17.5F2车第1刀螺纹N470X29.5车第2刀螺纹N480X29车第3刀螺纹N490X28.5车第4刀螺纹N500X28车第5刀螺纹N510X27.5车第6刀螺纹N520X27.4车第7刀螺纹N530G00X150Z180N540M304.2车右端N10O1001N20G99G40N30T0101外圆刀（粗、精加工一把刀）N40M03S800开机N50G00X150Z150换刀位N60X52Z3N70G73U5W2.5R5切削总量和切削次数N80G73P10Q20U0.5W0.08F0.25粗加工、精加工N90N10G00X40Z3N100G01Z0F0.1S1

34、200N110X40Z0N120X45Z-15N130Z-20N140G02X40Z-35R20粗加工、精加工N150G03X40Z-50R10粗加工、精加工N160G01X50N170X50Z-55N180N20G01X52N190G70P10Q20精加工N200G00X150快速退刀N210Z180N220T0202换内孔刀（粗、精加工一把刀）N230M03S800开机N240G00X150Z150换刀位N250X20Z3N260G71U1R0.3切削量、退刀量N270G71P30Q40U-0.8W0.05F0.1粗加工、精加工N280N30G00X27N290G01Z0F0.08S100

35、0N300X25Z-1N310Z-30N320N40X20N330G70P30Q40粗加工、精加工N340G00Z180内孔先退ZN350X150N360M30停机第5章 产品测量5-2产品图5-1产品测量表零件名称技术要求测量工具测量结果是否合格备注连接轴145100150mm千分尺145合格45-0.025050mm千分尺44.98合格25+0.0250mm游标卡尺45.01合格M30x2-6g螺纹规27.4合格R10±0.025数显R规R10.018合格 5-1仿真图后 记毕业设计到此已经告一段落了，通过这个产品从编程到数控加工的全过程，我对编程有了更为深刻的理解。通过数控工艺分析过程，从分析零件图、工件到选择毛坯、装夹方式、刀具等，这些都是以前所学知识的汇总，同时也知道自己还有很多没掌握的知识，因为有的内容是我查阅了大量的书籍才得到的，所以在许多方面还得努力。在数控程序的生成的过程中，怎样用编程生成程序进行仿真加工然后进行实体加工，这些都是我以前不怎么熟悉应用的