机电毕业论文

1、典型的数控零件工艺分析与加工系 部： 机电工程系 学生姓名：专业班级： 数控 07D1 学 号： 071022116 指导教师：2010年 4月 26日声 明本人所呈交的 典型的数控零件的工艺分析与加工 ，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 日 期： 目 录【摘要】1引言1一、数控加工工艺1（一）数控加工过程与数控加工工艺系统1（二）数控加工工艺的特点1二、零件的工艺分析2（一）结构和材料分析2（二）零件加

2、工的工艺路线分析3（三）零件加工工序卡和刀具工号卡4三、数控车床的选择4（一）数控车床的分类5（二）数控车床的组成及布局5（三）数控车床的主要技术参数5（四）数控车床的用途及加工对象5（五）“CK6140”型数控车床的主要参数6（六）“CK6140”型数控车床的主要用途7四、夹具的选择7（一）圆周定位夹具7（二）中心孔定位夹具8五、刀具、切削用量及切削液的选择8（一）数控刀具的材料8（二）切削用量的选择8（三）切削液的选择10六、零件的程序编制11小结14致谢15参考文献16【摘要】通过对学校考工零件进行加工工艺的分析、数控程序的编制以及在机床上进行实体的加工，使自己对零件的工艺及加工流程有进

3、一步的了解，并且也使自己的动手能力有了很大的提高。同时，为保证零件的加工精度和生产效率，也使自己对实际加工中所使用的机床、夹具、切削用量及刀具的选择等有了更深入的认识，将自己所学的理论知识和实践知识充分联系起来，使我对数控加工过程与数控加工工艺系统有了更加透彻的理解与认识。【关键词】：工艺分析，编程，工艺设计，路线ABSTRACTTest work through the school for processing parts of the analysis, the preparation of CNC programs and entities on the processing mach

4、ine to own part of the process and processing procedures have a better understanding, and also to their practical ability has been greatly improved. To ensure the machining precision and efficiency, but also to their actual processing used in machine tools, fixtures, cutting tool selection and a dee

5、per understanding of his theory of learned knowledge and practical knowledge fully linked to the process of my NC and NC processing systems have a more thorough understanding and knowledge.【Key words】: process analysis, programming, technical design, route引 言近年来，随着科学技术的迅速发展，机械产品的形状、结构和材料的不断改进，精度不断地提

6、高，这就要求机床设备具有较好的通用性和较大的灵活性，以适应生产对象频繁变化的需要，因此对机床也相应地提出了高性能、高精度与高自动化的要求。数控机床就是在这种条件下发展起来的一种适用于高精度、零件形状复杂的单件、小批量生产的自动化机床。那么什么是数控机床呢？按加工要求预先编制的程序，由控制系统发出数字量作为指令信息进行工作的机床，称为数字控制机床，简称数控机床，用CNC表示,这个工件就是利用数控车床加工的。一、数控加工工艺（一）数控加工过程与数控加工工艺系统1、数控加工过程数控加工就是根据零件图样、工艺技术要求等原始条件，编制零件数控加工程序，输入数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具相对工件

7、的运动轨迹，从而完成零件的加工。主要工作内容包括以下几方面：根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数；编写零件的加工程序；程序的传输或输入；将输入或传输到数控装置的NC加工程序进行试运行与刀具路径模拟等；通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。2、数控加工工艺系统数控加工过程是在一个由数控机床、刀具、夹具和工件构成的数控加工工艺系统中完成的，NC加工程序是控制刀具相对工件的运动轨迹。因此，由数控机床、夹具、刀具和工件等组成的统一体称为数控加工工艺系统。数控加工工艺系统性能的好坏直接影响零件的加工精度与表面质量。（二）数控加工工艺的特点由于数控加工采用计算机数控系统的数控机床

8、，使得数控加工与普通加工相比具有加工自动化程度高、加工精度高、生产效率高、生产周期短、设备使用费用高等特点。1、数控加工工艺内容要求具体详细；2、数控加工工艺设计要求更严密、精确3、制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸的计算；4、要考虑进给速度对零件形状的影响；5、强调刀具选择的重要性；6、加工工序相对集中；二、零件的工艺分析（一）结构和材料分析该零件（见图1）为套类零件，主要加工外圆、内孔、内沟槽、外沟槽、内螺纹和双线外螺纹等。零件结构较复杂。工件材料为45钢，其切削加工性能较好。根据被加工零件的外形、材料及该零件是考工零件等条件，选用CA6140数控车床，系统为FANUC 0

9、iTB。该零件以坯料外圆面为工艺基准，采用三爪自定心卡盘自定心卡紧。图1 零件图（二）零件加工的工艺路线分析由于工件材料为45钢，其切削加工性能较好。根据被加工零件的外形、材料及该零件是考工零件等条件，零件的加工工艺路线如下：1、装夹50的毛坯表面，粗车零件右端双线螺纹的大径41.8、外圆39、以及圆弧R30和外圆48，在粗车48的外圆时长度要车多一点保证能够切断。2、18、22的内孔和内螺纹的孔采用16的钻头预钻孔。3、精车3948的外圆。4、车双线外螺纹，螺距为1.5。5、镗孔18、22以及内锥。6、切内沟槽，槽宽为4mm，内割槽刀宽为4mm，要使槽内光滑无接痕。7、车内螺纹，螺距为1.5

10、。8、切外沟槽，槽宽为5mm,外割槽刀宽为4mm，因此要分两刀切，最后从左往右精拉一刀，使槽内光滑无接痕。9、把零件切断。（三）零件加工工序卡和刀具工号卡1、刀具工号卡表1 数控加工刀具卡刀号刀具规格及名称数量加工表面刀尖圆弧半径刀柄直径补偿号备注T01外圆车刀1外表面0.225*2501T01外圆车刀1外表面0.225*2501T02内孔镗刀1镗内孔0.41602T02内孔镗刀1镗内孔0.41602T04外割槽刀1切外沟槽0.41604T04内割槽刀1切内沟槽0.41604下外割槽刀换上内割槽刀T03外螺纹刀1车外螺纹0.303T03内螺纹刀1车内螺纹0.303下外螺纹刀换上内螺纹刀钻头1预

11、钻孔2、加工工序卡表2 零件数控加工工序卡工步号工步内容刀具号主轴转速(r/min)背吃刀量(mm)补偿号备注1车端平面T01800101手动2粗车外圆T01800101自动3钻底孔T054001005自动4精车外圆T01800101自动5车外螺纹T0340003自动6镗内孔T024000.502自动7切内沟槽T0440004自动8车内螺纹T0340003自动9切外沟槽T044000.204自动10切断零件T044000.204自动三、数控车床的选择该零件由于为考工零件，根据零件特征为回转体套类零件，故选用数控车床进行加工。数控机床型号为CK6140，机床系统采用法拉克（FANUC）系统。（一

12、）数控车床的分类随着数控车床制造技术的不断发展，为了满足不同的加工需要，数控车床的品种和规格越来越多，形成了品种繁多、规格大小不宜的局面。可采用不同的方法分类。1、按数控车床的主轴的配置形式分为卧式数控车床和立式数控车床。2、按数控系统的功能分为经济型数控车床、全能型数控车床和车削中心。3、按数控系统控制的轴数可分为两轴控制的数控车床以及多轴控制的数控车床。（二）数控车床的组成及布局1、数控车床的组成数控车床与普通车床相比，其结上仍然由床身、主轴箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。数控车床由于实现了计算机数字控制，伺服电机驱动刀具作连续纵向或横向的进给运动，所以数车的进给系

13、统与普车的进给系统在结构上存在着本质的差别。2、数控车床的布局数控车床的主轴、尾座等部件相对于床身的布局形式与普通车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式发生了根本变化，这是因为其直接影响数控车床的使用性能及机床的结构和外观所致。床身和导轨的布局。数控车床的床身和导轨与水平面的相对位置有4种布局形式，分别为水平床身、斜床身、水平床身斜滑板和立床身。刀架的布局。刀架作为数控车床的重要部件之一，它对机床整体布局及工作性能的影响很大。数控车床的刀架分为转塔式和排刀式刀架两大类。（三）数控车床的主要技术参数数控车床的主要技术参数反映了数控车床的加工能力、加工范围、加工工件大小、主轴转数范围、装夹刀具数量、

14、装夹刀杆尺寸和加工精度等指标，识别数控车床的主要技术参数是选择数控车床的重要一环。（四）数控车床的用途及加工对象1、数控车床的用途数控车床可自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，并且能进行切槽、钻孔、镗孔、绞孔等加工。此外，数控车床还特别适合加工形状复杂、精度要求较高的轴类或盘类零件。2、数控车床的加工对象轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的回转体零件；精度要求较高的回转体零件；带特殊螺纹的回转体零件；淬硬回转体零件；表面粗糙度要求较高的回转体零件；超精密、超低表面粗糙度的零件。在数控车床加工精度满足零件图纸技术要求的前提下，选择数控车床的最主要技术参数是其数控轴的行程范围和加工

15、范围，数控车床的两个基本直线坐标（X、Z）行程和最大回转体直径、最大加工长度、最大车削直径综合反映了该机床允许的加工空间。（见图2 CK6140型数控车床）图2CK6140型数控车床（五）“CK6140”型数控车床的主要参数表3 “CK6140”型数控车床的主要参数最大回转直径(mm)400大托板上最大工件回转直径(mm)245最大工件长度(mm)750、1000、1500主轴通孔直径(mm)52主轴转速(变频调速)(rpm)60-2000主轴孔莫氏锥度NO.6快速进给速度(mm/min)6000最小设定单位(mm)0.001回转刀架工位数4(标配)刀架最大行程横向(mm)239顶尖套筒直径(

16、mm)75顶尖套筒行程(mm)120顶尖锥孔锥度NO.5机床外形尺寸(mm)2100*1050*1600(750)机床净重1600（六）“CK6140”型数控车床的主要用途CK6140数控车床的导轨经超音频淬火并精磨，耐磨性好，精度高，主轴采用变频无级调速控制，可自动完成对零件的内外柱面、端面、任意锥面、圆弧面及公英制螺纹切削等工序连续加工。利用该设备可完成 ：数控机床结构分析；数控机床操作编程实验；CAD/CAM加工综合试验；数控技术开发及研究四、夹具的选择数控车削加工回转体零件一般用的夹具为圆周定位夹具、中心孔定位夹具和其他数控车床夹具。（一）圆周定位夹具1、手动三爪自定心夹具。较常用的数

17、控车床通用夹具，能自动定心，夹持范围大，一般不需找正，装夹速度快，但夹紧力小，卡盘磨损后会降低定心精度。用三爪自定心卡盘精加工过的工件表面时，被夹住的工件表面应包一层铜皮，以免夹伤工件表面。2、液压三爪卡盘。为提高生产效率和减轻劳动强度，数控车床广泛采用液压自定心卡盘，常称液压三爪卡盘。它装夹迅速、方便，但夹持范围小（只能夹持直径变动约为5mm的工件），尺寸变化大的需要重新调整卡爪位置。液压三爪卡盘自定心精度虽比普通的好一些，但不适用零件同轴度要求较高的二次装夹加工，也不适用批量生产零件时按上道工序的已加工表面装夹同轴度要求较高的零件。图3 手动三爪自定心卡盘 图4 液压三爪卡盘3、卡爪。有硬

18、爪、软爪、正爪和反爪之分。硬爪是卡爪经过热处理淬火，一般卡爪硬度大45-50HRC。软爪也就是卡爪未经热处理淬火或只经过调制处理，卡爪硬度一般在28-30HRC。软爪是一种具有切削性能的夹爪，它是在使用前配合被加工工件特别制造的，例如加工成圆弧面、圆锥面或螺纹等形式，可获得理想的夹持精度。正爪用于夹工件外径。反爪也就是将卡爪掉转180度安装。4、弹簧夹套。弹簧夹套定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工过的外圆表面定位装夹。特别适用于尺寸精度高，表面质量好的冷拔圆棒料的夹持。它所夹持工件的内孔为规定的标准系列，并非任意直径的工件都可以进行夹持。（二）中心孔定位夹具1、两顶尖拨盘。数控车床加工

19、轴类零件时，坯料装夹在主轴顶尖和尾座顶尖之间，工件由主轴带动旋转。两顶尖装夹方便，不需找正，装夹精度高，该装夹方式用于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类零件的精加工。分为前顶尖和后顶尖。2、拨动顶尖。常用的拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面顶尖两种。这种顶尖的锥面带齿，能嵌入工件，拨动工件旋转。五、刀具、切削用量及切削液的选择（一）数控刀具的材料1、刀具材料应具备的性能(1)高硬度和高耐磨性(2)足够的强度与冲击韧性(3)高耐热性(4)良好的工艺性和经济性2、刀具材料的分类(1)工具钢。分为碳素工具钢和合金工具钢。(2)高速钢。分为普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。(3)硬质合金。分为钨钴类

20、硬质合金、钨钴钛类硬质合金、含添加剂的硬质合金和TiC基硬质合金。(4)其他刀具材料。有陶瓷材料、金刚石、立方氮化硼(CBN)和涂层刀片。（二）切削用量的选择制定切削用量的原则：a)粗加工时，首先选取尽可能大的背吃刀量；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；最后根据刀具的耐用度确定最佳的切削速度。b)精加工时，首先根据粗加工的余量确定背吃刀量；其次根据零件表面粗糙度的要求，选取较小的进给量；最后保证刀具耐用的前提下尽可能选取较高的切削速度。1、背吃刀量的确定；在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选大的背吃刀量以减少进给次数。一般毛坯直径余量小于6mm时，根据加工精

21、度考虑是否留出半精车和精车余量，剩下的可一次切除。当要求较高时，为保证加工精度和表面粗糙度，应留出半精车和精车余量。2、切削速度的确定(1)确定切削速度的原则(a)切削量的选取应与背吃刀量和主轴转速相适应。(b)加工材料的强度及硬度较高时应选较低的切削速度；反之则选较高的。(c)刀具材料的切削性能越好，切削速度也就越高。(d)在断续切削或者是加工锻、铸件等带有硬皮的工件时为减少冲击和热应力，要适当降低切削速度。(e)加工大件、细长轴和薄壁零件时要选用较低的切削速度。3、进给量的确定粗加工时，由于工件的表面质量要求不高，进给量的选择主要受切削力的限制。在半精加工和精加工时，因背吃刀量较小，切削力

22、不大，进给量的选择主要考虑加工质量和已加工表面粗糙度值，一般取的值较小。在实际生产中进给量常常根据经验或查表确定。粗加工时根据材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及确定的背吃刀量按表1选择。在半精加工或精加工时按表面粗糙度的要求，按工件材料、刀尖圆弧半径，切削速度的大小按表4、表5选择。表4 硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时进给量的参考值工件材料车刀刀杆B*H/mm工件直径/mm背吃刀量/mm3355881212进给量/mm碳素结构钢和合金结构钢16*25200.30.4400.40.50.30.4600.50.70.40.60.30.51000.60.90.50.70.50.60.40.5400

23、0.81.20.71.00.60.80.50.620*3025*25200.30.4400.40.50.30.4600.60.70.50.70.40.61000.81.00.70.90.50.70.40.76001.21.41.01.20.81.00.60.925*40600.60.90.50.80.40.71000.81.20.71.10.60.90.50.810001.21.51.11.50.91.20.81.00.70.8铸铁及铜合金16*25400.40.5600.60.80.50.80.40.61000.81.20.71.00.60.80.50.74001.01.41.01.20.8

24、1.00.60.825*3025*25400.40.5600.60.90.50.80.40.71000.91.30.81.20.71.00.50.86001.21.81.21.61.01.30.91.10.70.9注：(1)加工断续表面及有冲击的加工时，表内的进给量应乘系数k=0.750.85。(2)加工耐热钢及其合金时，不采用大于1.0mm/r的进给量。(3)加工淬硬钢时，表内进给量应乘以系数k=0.8(当材料硬度为HRC4456时)或k=0.5(当硬度为HRC5762时)。表5 根据表面粗糙度值选择进给量的参考值工件材料表面粗糙度/m切削速度/(m/min)刀尖圆弧半径/mm0.51.02

25、.0进给量/mm碳素结构钢和合金结构钢105<500.30.50.450.600.550.70>500.40.550.550.650.650.702.55<500.180.250.250.300.300.40>500.250.300.300.350.350.5012.52.5<500.100.110.150.150.22501000.110.160.160.250.280.35>1000.160.200.200.250.250.35铸铁及铜合金105不限0.250.400.450.500.500.602.550.150.200.250.400.400.601

26、2.52.50.100.150.150.200.200.35（三）切削液的选择1、切削液的作用有冷却作用、润滑作用、清洗作用、防锈作用等。2、切削液的种类可分为水溶液、乳化液和切削油三大类。3、切削液的选用切削液的选用应根据不同的加工要求、刀具及工件材料等因素进行选择，下面主要根据粗、精加工及不同类型材料选择切削液。（1）粗加工时，因加工余量大，所用切削用量大，加工过程产生大量的切削热。选用切削液根据刀具材料的不同而有所区别，当采用高速钢刀具切削时，使用切削液的目的是降低切削温度，减少刀具磨损。硬质合金刀具的耐热性好，一般可不要切削液，必要时可采用低浓度乳化液或水溶液。但必须连续充分浇注，以免

27、处于高温下的硬质合金刀片产生巨大的内应力而出现裂纹。（2）精加工时，因工件表面粗糙度值要求小，使用切削液的主要目的是提高切削的润滑性，从而达到降低表面粗糙度的要求。所以一般应选用润滑性能较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。（3）根据工件材料的性质选用切削液切削铸铁、黄铜等脆性材料时，一般不要用切削液，以免崩碎切屑黏附在机床运动部件上。加工高强度钢、高温合金等难加工材料时，由于切削加工处于极压润滑摩擦状态，故应选用含极压添加剂的切削液。切削有色金属和铜、铝合金时，为得到较高的表面质量和精度，可采用10%-20%的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合物。但不能用含硫的切削液，因为硫队

28、有色金属有腐蚀作用。切削镁合金时，不能用水溶液，以免燃烧。六、零件的程序编制零件按照自右向左的加工顺序加工，编程原点为工件的右端面的中点。该零件的加工程序单如表6。表6 零件数控加工程序表加工程序程序注释%O0001程序号N10 T0101选1号刀（外圆车刀）N20 M8切削液开N30 M03 S800主轴正转，转速800r/mmN40 G00 X50 Z2刀具快速定位到循环起点N50 G71 U1.5 R1外形轮廓粗加工N60 G71 P70 Q130 U0.5N70 G00 X41.8粗车外形N80 G01 Z-30N90 G01 X39N100 G01 Z-34.56N110 G02 X

29、45.956 Z-51.185 R30N120 G03 X48 Z-58.95 R30N130 G01 Z-75Z向快速退出N140 G00 X100 Z100粗加工完毕回参考点N150 M00暂停，对工件检测N160 T0101外圆车刀N170 M03 S800 F0.08主轴正转，转速800r/mm，进给速度0.08N180 G00 X50 Z2刀具快速定位到循环起点N190 G70 P70 Q130外轮廓精加工N200 G00 X100 Z100精加工完毕回参考点N210 M00暂停，检测N220 T0303外螺纹刀，螺距1.5mN230 M03 S400主轴正转，转速400r/mmN2

30、40 G00 X45 Z5 F3快速定位到循环起刀，螺距1.5m，导程F3mm(此处F为导程)N250 G92 X41 Z-30一次车螺纹N260 X40.4N270 X40.2N280 X40.1N290 X40.05N300 G00 X100 Z100一次车螺纹完成回参考点N310 G00 X45 Z3.5 快速定位到循环起刀，螺距1.5m，导程F3mm(此处F为导程)N320 G92 X41 Z-30 F3二次车螺纹N330 X40.4N340 X40.2N350 X40.1N360 X40.05N370 G00 X100 Z100二次车螺纹完成回参考点N380 T0202内孔粗镗刀N3

31、90 M03 S400 F0.08主轴正转，转速400r/mmN400 G00 X16 X2刀具快速定位到循环起点N410 G71 U1 R1粗车内轮廓N420 G71 P430 Q510 U-0.5N430 G00 X24.5粗车内形N440 G01 Z0N450 G01 X22.5 Z-1粗车内形N460 G01 Z-20N470 G01 X22N480 G01 Z-45N490 G01 X20N500 G01 X18 Z-46N510 G01 Z-47Z向快速退出N520 G00 X100 Z100粗加工完毕回参考点N530 M00暂停，对工件检测N540 T0202内孔精镗刀N550

32、M03 S400主轴正转，转速400r/mmN560 G00 X14 Z2刀具快速定位到循环起点N570 G70 P430 Q510内孔精加工N580 G00 X100 Z100精加工完毕回参考点N590 M00暂停，检测N600 T0404内割槽刀，槽宽4mmN610 M03 S400主轴正转，转速400r/mmN620 G00 X40 Z2刀具快速定位到循环起点N630 G00 Z-20切内槽N640 G01 X26N650 G01 X22N660 G00 Z100回参考点N670 G00 X100N680 M00暂停N690 T0303内螺纹刀，螺距1.5mmN700 M03 S400主轴正转，转速800r/mmN710 G00 X20 Z5 F1.5快速定位到循环起刀，螺距1.5m，(此处F为螺距)N720 G92 X23 Z-18 车内螺纹N730 X23.5N740 X23.8N750 X24N760 G00 X100 Z100车螺纹完成回参考点N770 M00暂停，检测N780 T0404 外割槽刀，刀宽4mmN790 M03 S400 F0.08主轴正转，转速400r/mmN800 G00 X50 Z-63.95快速定位到循环起刀N810 G01 X40切外槽N820 G01 X50N830 G