典型轴类零件数控加工工艺

1、典型轴类零件数控加工工艺设计姓 名： 邢荣腾职 业： 数控车工身份证号鉴定等级： 技师单 位：济南铁路高级技工学校 二一一年十二月引言在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10100件）约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。根据国家标准，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在

2、运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerical ，缩写）。数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。目录一前言（2）二

3、摘要（4）三零件图工艺分析（4）四数控加工工艺基本特点（6）五设备选择（6）六确定零件的定位基准和装夹方式（7）七加工方法的选择和加工方案的确定（9）八确定加工顺序及进给路线（10）九刀具的选择（10）十切削用量的选择（11）十一. 编程误差及其控制（15）十二程序编制及模拟运行、零件加工、精度自检（15）结束语（19）摘 要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生发展起着越来越重要的作用，因为效率、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。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要

4、对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词： 工艺分析、加工方案、进给路线、控制尺寸1. 零件图工艺分析该零件表面由圆柱、圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。选用毛坯为45#钢，55×150mm,无热处理和硬度要求。

5、调制处理HRC26 36，下面对该零件进行数控车削工艺分析 图1.1 典型轴类零件图考核要求：以小批量生产条件编程不准用砂布及锉刀等修饰表面 未注公差尺寸按GB1804-M2.数控加工工艺基本特点在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件所涉及的工艺问题大致相同，处理方法也无多大差别，但数控机床是自动加工，因而有以下几点特点：（1）数控加工的工序内容比普通车床的加工内容复杂，加工的精度高，加工的表面质量高，加工的内容较丰富。（2）数控机床加工程序的编制比普通车床工艺编制要复杂些。这是因为数控机床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点，这都无一例外的变成程序内容，正是由于这个特点，促使对加工程序正确性

6、和合理性要求极高，不能有丝毫的差错，否则加工不出合格的零件。3.设备选择 数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。此类车床机构简单，价格相对较低，这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座，适合车削较长的轴类零件。根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。数控车床具有加工精度高，能做直线和圆弧插补，数控车床刚性良好，制造和对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，能够加工尺寸精度要求较高的零件。能加工轮廓形状特别复杂的表面

7、和尺寸难于控制的回转体，而且能比较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹，能够保持加工精度，提高生产效率所以对加工是非常有利的。通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，采用数控车床。由于本校现使用的是华中数控系统，所以利用现有资源。我选择在本校的数控机床HNC-CK6150加工该零件。4.确定零件的定位基准和装夹方式4.1 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。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。

8、4.2 定位基准选择的原则1） 基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2） 便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。3） 便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。4.3 确定零件的定位基准综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三抓卡盘装夹定位，以毛坯55mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。4.4 装夹方式的选择为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持

9、正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。4.5 数控车床常用的装夹方式1）在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。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。2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，

10、轴向定位准确，应用较广泛。4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确4.6 确定合理的装夹方式装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘夹持右端52，再加工左端达到工件精度要求。5.加工方法的选择和加工方案的确定5.1加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较

11、小，所以编程时没有取平均值，而取其基本尺寸。 在轮廓线上，有个锥度10度坐标P1、 和一处圆弧切点P2，在编程时要求出其坐标，P1（45.29 ，75） P2（35，56.46）。5.2加工方案的确定零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。毛坯先夹持左端，车右端轮廓113mm处，右端加工39mm、S42mm、 R9mm、35mm、锥度为10度的外圆、52mm。调头装夹已加工52mm外圆，左端加工25mm×33mm、切退刀槽、加工螺纹M25mm×

12、1.5mm. 该典型轴加工顺序为：预备加工-车端面-粗车右端轮廓-精车右端轮廓-切槽-工件调头-车端面-粗车左端轮廓-精车左端轮廓-切退刀槽-粗车螺纹-精车6.确定加工顺序和进给路线6.1 零件加工必须遵循的安排原则先粗后精 先车削去大部分的金属加工余量，在进行成形切削以保证零件的尺寸要求和质量要求。先主后次 由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右往左依次加工39mm、S42mm、 R9mm、35mm、锥度为10度的外圆、52mm，调头装夹已加工52mm外圆，加工25mm×33mm、切退刀槽、加工螺纹M25mm×1.5mm。基面先行 用作基准的表面，要首先加工出来

13、。所以我应先加工右端面作为基准面先面后孔 由于该零件没有孔，所以在该处不作考虑。6.2进给路线在数控加工中，刀具刀位点相对于零件运动的轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。（2）是数值计算简便，以减少编程工作量。（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。 确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。7.刀具的选择数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工

14、质量。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。刀具选择总的原则是：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。 在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻 ；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下

15、，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。 8.切削用量选择8.1确定切削用量 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。（1）确定加工顺序及进给路线加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：即先从右到左进行外轮廓粗车（留0.05mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退

16、刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。（2）选择刀具1）车端面： 45度车刀。2) 粗、精车外圆：（因为程序选用G71循环，所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金 90度防型车刀，Kr=90度，Kr=60度，E=30度（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉3)车槽: 切槽刀。4)车螺纹: 60度外螺纹车刀。（3）选择切削用量切削用量选择主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆 8000.31.5精车外圆10000.050.2粗车螺纹4501.50.4切槽4500.05数控加工刀具卡片 刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号 刀具号刀具规格名称数量加工表面备

17、注1T0145度车刀1粗、精车端面2T0290度防型车刀1粗、精车外轮廓右偏刀3T03车槽刀1切槽4T0460度外螺纹车刀1加工螺纹 数控加工工艺卡 单位名称产品名称或代号零件名称零件图号济南铁路高级技工学校典型轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间001 O1111三爪自定心卡盘CAK5085di数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm备注1车端面T0145度刀5000.1手动2粗车外轮廓T0290度防型刀8000.31.5自动3精车外圆轮廓T0290度防型刀10000.050.2自动4切槽T03切槽刀4500.05自动工序号程序编号夹具名称使用设备车

18、间00202222三爪自定心卡盘CAK5085di数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm备注1车端面T0145度刀5000.1手动2粗车外轮廓T0290度防型刀8000.11.5自动3精车外圆轮廓T0290度防型刀10000.050.2自动4切退刀槽T03切槽刀1150.05自动5粗车螺纹T0460度外螺纹刀701.50.4自动6精车螺纹T0460度外螺纹刀701.50.1自动8.2加工坐标系设置（1） 建立工件坐标系 图1-3坐标系设定（2）试切法对刀在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。在数控车

19、床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右端面O为工件原点时，对刀输入为Z0，如图3-4（a）用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4（b）根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。 图3-4（a） Z轴方向对刀9.编程误差及其控制9.1编辑误差编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误

20、差、插补误差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未知交点坐标值。我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。9.2误差控制为了尽可能地减少笔算误差，我们采取在AutoCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工具” “查询” “点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，这样能有效地将误差控制在（0.1-0.2）部的零件公差值内。10.程序编制及模拟运行、零件加工、精度自检10.1 程序编制工件右端加工O1111； M06 X200 Z100； 建立工件坐标系T0202; 调用2号刀M03 S800; 主轴以800r/min正转G00 X60

21、 Z5; 到循环加工起点 G71 U.1.5 R1 P01 Q02 X0.2 Z0.08 F80; 粗加工循环N01 G00 X39 Z2； 到精加工起点G01 X39 Z0 F40; 精加工轮廓开始G01 X39 Z0 C2 倒角C2Z-26; 加工39G03 X35 Z-56.46 R24; 加工S48圆弧G02 X35 Z-70 R9; 加工R9圆弧G01 Z-75; 加工35X45.29; 加工35外径左端面至斜 线部分X52 Z-94; 加工斜线部分N02 Z-113; 精车循环结束G00 X55 Z100; 到换刀点M06 T0303 M03 S115 M08； 换3号切槽刀,打开

22、切削液G00 X55 Z2； 刀具起切的安全点G00 X55 Z-89； 切槽切入点G01 X39 F5； 切槽G01 X55 F20； 切槽退刀G01 Z-82； 切槽切入点G01 X39 F5； 切槽G01 X55 F20； 切槽退刀G00 Z-18； 切槽切入点G01 X35 F5； 切槽切入点G01 X50 F20； 切槽退刀G00 X55 Z100 M09； 回换刀点,关闭切削液M05； 主轴停止 M30； 程序结束工件左端加工O2222T0202 M03 S800； 换2号外圆刀 主轴800r/minG00 X55 Z2； 刀具起切的安全点G71 U1.5 R1 P01 Q02 X

23、0.2 Z0.08 F80； 外径粗精车循环N01 G00 X50 Z2； 精车循环开始G01 X0 Z0 F40； 开始加工G01 X24.7 Z0 C2； 倒角G01 Z-33； 车25G01 X52 Z-33 C2； 倒角N02 G01 Z-35； 精车循环结束G00 X100 Z100； 换刀点M05； 主轴停止M30； 程序结束T0303 M03 S115 ； 换3号切槽刀G00 X30 Z2； 刀具起切的安全点G00 Z-28； 切槽切入点G01 X21 F5 ； 切槽G01 X30 F20； 退刀G00 X50 Z100； 回换刀点M05； 主轴停止M30 ； 程序结束T0404

24、 M03 S70； 换4号螺纹刀G00 X25 Z2 ； 刀具起始安全点G76 C1 A60 X23.056 Z-26 K0.974 U0.1 V0.1 Q0.4 F1.5; 螺纹车削循环,C为精车次数,螺纹刀具角度,X为最终螺纹X轴小径,Z为最终螺纹Z轴长度,K为牙型高,U精加工余量,V最大加工量,Q第一刀最大背吃刀量,F为导程.G01 X40； 退刀G00 X100 Z100； 回换刀点M05； 主轴停止M30； 程序结束 注：程序编制中有关数值单位一律采用毫米（mm）制10.2模拟运行数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细观察其模拟加工路线是否有干

25、涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误进行修改，修改后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可进行自动加工。注：这个环节是必不可少的，否则会发生刀具损坏机床其他部件的情况，直接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。10.3零件加工装夹好毛坯，调出编制好的程序，直接进行自动加工直至程序结束。10.4精度自检将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测，看是否达到零件的技术要求即可。10.5加工时的几点注意事项（1）工件要加紧，以防在车削时打滑飞出伤人或扎刀；（2）在车削时使全程加入冷却液，能减少受热变形，使加工表面更好的达到要求；（3）安全文明生产。结论通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对数控机床的了解，巩固了书本的知识。 结论总结如下：1.对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。2.在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去，这样可为编程带来不少方便。3.有些零件虽然能在一次安装