手动气阀心杆零件数控加工工艺分析与编程设计

1、湘西民族职业技术学院毕业设计论文杆类零件加工工艺分析和编程设计院 系：机电工程系 专 业：数控技术 班 级：07大专数控班组 别：第一组 姓 名：唐小飞 学 号：200700020022 指导老师：段老师 杨老师日 期：2021.4.20 摘 要本文是基于机械配件在数控车床上的数控编程及工艺的设计，数控加工工艺的分析、工艺路线的设计、程序的编制、刀具的选择及刀具参数确实定是以数控车床为平台，根据加工工艺的具体分析确定了整体思路并且完成工艺的制定。从而完本钱次毕业设计，本文通过终合运用三年来学过的知识对一个零件的加工进行了设计。本文内容包括以下几个局部：加工工艺的设计、定位基准选择、刀具参数选择

2、、程序的编制。关键字：机械工艺设计，定位基准，程序编制，刀具参数，加工工艺。目 录第一章前言第二章设计任务书第三章数控工艺分析与选择和装夹方式第四者设计小结第五章参考文献致谢第一章 前言数控技术，简称数控Numerical Control。它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等局部.数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数

3、。例如：进给速度、主轴转速、主轴正反转、换刀、冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件(即正常说的数控加工程序)存放在信息载体上(如磁盘、穿孔纸带、磁带等)，然后由机床上的数控系统读入(或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入)，通过对其译码，从而使机床动作和加工零件.现代数控机床是机电一体化的典型产品,是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术根底。现代数控机床的开展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。主要开展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。数控技术是机械加工自动化的根底，是数控机床的核心技术，其水平上下关

4、系到国家战略地位和表达国家综合实力的水平. 它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的开展而开展。数控加工中心是一种带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作的数控机床。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开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)的开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开展的大趋势。当前数控车床呈现以下开展趋势。 1 高速、高精密化 高速、精密是机床开展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的开展，机电产品更新换代速度加快，对零件加

5、工的精度和外表质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向开展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密开展创造了条件。数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速到达10000r/min以上。直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应

6、特性和跟随精度。用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙(包括反向间隙)，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高达120m/min。 2高可靠性 数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的上下。

7、3数控车床设计CAD化、结构设计模块化 随着计算机应用的普及及软件技术的开展，CAD技术得到了广泛开展。CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的根底上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计本钱，提高市场竞争能力。 通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。 4功能复合化 功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，

8、使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心，该机床同时具有X、Z轴以及C轴和Y轴。通过C轴和Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。 5智能化、网络化、柔性化和集成化 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控

9、系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。 数控铣床的开展定义:数控铣床是在一般铣床的根底上开展起来的,两都的加工工艺根本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别. 数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大局部组

10、成：  1主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。  2进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。  3控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。  4辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。  5机床根底件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的根底和框架 。第二章 设计任务书：1机械零件数

11、控加工工艺分析和编程设计加工如下图零件，材料为45钢2毛坯为45×125±选择棒料为毛坯零件，便于在普通车床上加工，加工以后进行热处理，这样能提高加工精度。第三章 数控工艺分析与选择：1所示零件时手动气阀中的心杆，它属于台阶杆类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽和平面等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便，螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。根据工作性能与条件，该心杆图样规定了主要外圆20.002、以及上的两个平面有较高的尺寸，位置精度和较小的外表粗糙度值并有热处理要求，这些技术要

12、求必须在加工中给予保证。因此，该心杆的关键工序是20.002、上的两个平面和螺纹。2确定毛坯该心杆材料为45钢，因为属于一般心杆，所以选45钢可满足其要求。本例心杆属于 手动气阀心杆，并且各外圆直径尺寸相差不大，所以选择40mm的热轧圆钢作毛坯。3确定主要外表的加工方法心杆是连接构件，主要采用车削与铣削成形，由于该心杆的主要外表、及上的两个平面的公差等级较高，外表粗糙度Ra值Ra=1.6um较小，故粗车削后还需精车削和精铣削。：1定位基准合理的选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于心杆是实心的，所以应选择两端面为定位基准，采用三爪自定心卡盘装夹方式，以保证零件的技术要

13、求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆，端面采用三爪自定心卡盘采用热轧圆钢的毛坯外圆车端面，但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次车两端面，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，车出已端外圆，然后以已车过的外圆作基准，有三爪自定心卡盘装夹，车另一端面，如此加工才能保证两端面平行且在同一水平线上。下料车两端面粗车各外圆调质半精车各外圆、车槽、倒角车螺纹铣平面磨削检验2装夹方式由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求，夹具能保证零件在机床坐标系的正确方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸，确定正确的装夹方式，使其保持准确的定位位置，不会由于切削力、工件重心、离心力或惯性力等的作用而产生

14、位置变化和振动，以保证加工精度和平安操作。考虑到杆的长度不长，加工M18的螺纹到40.013的外圆时，调头装夹，可以采用三爪自定心卡盘夹住的外圆台阶处，加工M20的螺纹即可。铣平面时，平口钳装夹，零件水平放置，磨零件时，双顶尖夹持磨外圆。选择上述装夹方式，结构相对简单，能保证加工要求，便于实施。：加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量，生产效率和加工本钱。因此，在设计工艺路线时，应合理安排好切削加工、热处理和铺助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题，按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原那么确定加工顺序，先粗精加工M18的螺纹的外圆及、台阶，换刀加工割槽，加工M18螺纹。再调头装夹零件

15、，粗精车M20螺纹外圆，换刀加工割槽，然后再车M20螺纹，普铣两平面，最后上磨床，加工平面及外圆，并保证尺寸。注意：调头时，要保证M18外圆与M20外圆在同一水平线上，如果不在一条水平线上，加工出来的杆就是斜的。：1下料45×125±mm2三爪自定心卡盘夹毛坯外圆，车端面，车M18螺纹的外圆及外圆21±0.5，33±0.5，41±±0.2，90±0.2，79±0.2，18±3调头装夹，车M20螺纹的外圆及长度23±4调质处理HB1601955调头三爪夹M20螺纹的外圆，车M18螺纹的外圆及外圆1

16、9.999，31.975，±，90±，79±，15±，切槽，倒角6用螺纹刀车M18的螺纹达图上要求7调头三爪夹39.998的外圆，车M20螺纹的外圆及长度20±0.1，切槽，倒角8用螺纹刀车M20的螺纹达图上要求9平口钳装夹杆的两个端面，零件水平放置，校正平行度0.01，铣31.975上的第一个平面，铣完后，翻过来铣第二个平面达图上要求10检验所有尺寸查看是否正确11去除外表杂质，锈斑，毛刺上防锈油3.5 刀具和材料的选择：与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，段屑和排屑性能

17、好；同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。1车削用刀具及其选择 数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀以及成型车刀三类。刀具选择如下表所示序 号刀具编号刀具规格名称数 量加工外表刀尖半径备 注0T00硬质合金90°外圆车刀1加工毛坯外表1T0101硬质合金55°外圆车刀1车端面及粗车轮廓YT152T0202硬质合金55°外圆车刀1精车外圆轮廓据台阶YT153T0303硬质合金割刀1割槽4T0404硬质合金60°外螺纹车刀1车螺纹5T0505硬质合金45°外圆倒角刀1倒角YT156T06066硬质合金铣刀1粗铣平面7T070

18、78硬质合金铣刀1精铣平面8T0808砂轮1磨：把零件加工顺序，所采用的刀具和切削用量等参数编入表所示的数控加工工序卡片中，以指导编程和加工操作。单 位 名 称数控加工工序卡片零件名称杆毛坯种类圆钢湘西民族职业技术学院材料牌号45钢毛坯尺寸45×125±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45×125±三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆01车端面见平T01400半自动02粗车40mm外圆至41mm，长100mmT016001503.0自动03粗车32mm外圆至33mm，长90mmT016001503.0自动04粗

19、车20mm外圆至21mm，长78mmT016001503.0自动05粗车M18mm外圆至19mm，长18mmT016001503.0自动调头，三爪自定心卡盘夹持21mm处20mm外圆06车另一端面T0140007粗车M20mm外圆至21mm，长23mmT016001503.0自动08检验09调质处理160195HBS调头，三爪自定心卡盘夹持M20mm处10精车40mm外圆,长100mmT0280080自动11精车32mm外圆,长90mmT0280080自动12精车20mm外圆,长78mmT0280080自动13精车M18mm外圆至18mm,长18mmT0280080自动14精车3mm×

20、;T0330050自动15倒角1mm×45°，4处T05500150半自动16车螺纹M18T0430050自动调头，三爪自定心卡盘装夹40mm17精车M20mm外圆至20mm，长23mmT0280080自动18精车3mm×T0330050自动19倒角1mm×45°，2处T05500150半自动20车螺纹M20T0430050自动21检验平口钳装夹22粗铣平面，保证深度尺寸2.5mm3mmT0647530半自动32精铣平面，保证深度尺寸T0760030半自动33粗铣另一平面，保证深度尺寸2.5mm3mmT0647530半自动34精铣另一平面，保证

21、深度尺寸T0760030半自动35检验36磨外圆T08200半自动37磨两平面T08200半自动38检验1外圆粗车 根本尺寸16mm45mmmm取2mm精车 根本尺寸16mm45mmmm取1mm均取12长度方向粗车 取2mm精车 根本尺寸3mm45mm 长度方向加工余量为1mm3磨削外圆的加工余量根本尺寸10mm30mmmm4铣平面一般粗铣 切削深度ap6mm平面 深3.5mm 余量取1mm1确定编程原点工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一点位原点，也称编程原点。为了编程方便，一般要根据工件形状和标准尺寸的基准以及计算最方便的原那么来确定工件上某一点为编程坐标原点，具体

22、选择应注意如下几点： 编程坐标原点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少计算错误； 编程坐标原点尽量选在精度较高的精度外表，以提高被加工零件的加工精度； 杆类零件和轴类零件的坐标原点一般设在工件的端面中心，这样便于编程；为了方便加工和编程，加工右端时，以右端面为X，Z的坐标原点，加工左端时，以M20的外圆的左端面为X，Z的坐标原点。2按工序编制各局部加工程序粗车右端外圆及台阶，采用三爪自定心卡盘夹持，在MDI方式下，用55°的硬质合金车刀车外圆及台阶，起刀点坐标为100,60，指令为O0001 程序名N1T0101 设立坐标系，选一号刀N2G00X100Z60 到程序

23、起点位置N3M03S600 主轴以600r/min正转N4G00X48Z5M08 刀具到循环起点位置，开切削液N5G71U3R2P6Q14F150 粗切削量：3mmN6G00X19Z5 循环加工轮廓起始行N7G01Z-18 加工M18外圆N8U21 加工Z18处端面N9W-60 加工21外圆N10U33 加工Z78处端面N11W-12 加工33外圆N12U41 加工Z90处端面N13W-10 加工41外圆N14X48M09 加工Z100处端面，关切削液N15G00X100Z60 回对刀点N16M05 主轴停N17M30 主程序结束并复位粗车左端外圆，采用三爪自定心卡盘夹持，在MDI方式下，用5

24、5°的硬质合金车刀车外圆及台阶，起刀点坐标为100,60，指令为O0002 程序名N1T0101 建立坐标系，选一号刀N2G00X100Z60 到程序起点位置N3M03S600 主轴以600r/min正转N4G00X48Z5M08 刀具到循环起点位置，开切削液N5G71U3R2P6Q8F150 粗切削量：3mmN6G00X21Z5 循环加工轮廓起始行N7G01X21Z-23 加工M20外圆N8X48M09 加工Z23处端面，关切削液N9G00X100Z60 回对刀点N10M05 主轴停N11M30 主程序结束并复位精车右端外圆及螺纹，采用三爪自定心卡盘夹持，在MDI方式下，用55&#

25、176;的硬质合金车刀车外圆及台阶，用60°的硬质合金螺纹车刀车M18螺纹，起刀点坐标为100,60，指令为O0003 (程序名)N1T0202 设立坐标系，选二号刀N2G00X100Z60 到程序起点位置N3M03S800 主轴以800r/min正转N4G00X48Z5M08 刀具到循环起点位置，开切削液N5G80 粗切削量：mmN6G00X18Z5 循环加工轮廓起始行N7G01Z-18 精加工M18外圆N8U20 精加工Z18处端面N9W-60 精加工20外圆N10U32 精加工Z78处端面N11W-12 精加工32外圆N12U40 精加工Z90处端面N13W-10 精加工40外

26、圆N14X48 精加工Z100处端面N15G00X100Z60 回对刀点N16T0404 换四号螺纹刀，确定其坐标系N17S300 主轴以300r/min正转N18G1F 第一次循环切螺纹，切深N19X1Z1F 第二次循环切螺纹，切深N20X16.2Z1F 第三次循环切螺纹，切深N21X1Z1F 第四次循环切螺纹，切深N22M05M09 主轴停，关切削液N23M30 主程序结束并复位精车左端外圆及螺纹，采用三爪自定心卡盘夹持，在MDI方式下，用55°的硬质合金车刀车外圆，用60°的硬质合金螺纹车刀车M20螺纹，起刀点坐标为100,60，指令为O0004 程序名N1T0202

27、 建立坐标系，选二号刀N2G00X100Z60 到程序起点位置N3M03S800 主轴以800r/min正转N4G00X48Z5M08 刀具到循环起点位置，开切削液N5G80 粗切削量：N6G00X20Z5 循环加工轮廓起始行N7G01X20Z-23 精加工M20外圆N8X48 精加工Z23处端面N9G00X100Z60 回对刀点N10T0404 换四号螺纹刀，确定其坐标系N11S300 主轴以300r/min正转N12G1F2 第一次循环切螺纹，切深1F2 第二次循环切螺纹，切深1F2 第三次循环切螺纹，切深1F2 第四次循环切螺纹，切深N16M05M09 主轴停,关切削液N17M30 主程

28、序结束并复位第三章 设计小结伴随着知识经济及信息时代的到来，知识的更新越来越快社会对人才培养规格的要求也正在发生巨大的变化。随着毕业日子的到来，课程设计也接近了尾声。经过将尽两个月的奋战，我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结。通过本课题的设计，我对数控加工的整个过程有了较全面的理解。经过设计中选择刀具，我对数控机床工具系统的特点和数控机床刀具材料和使用范围有了较深的了解，根本掌握了数控机床刀具的选用方法；经过设计加工工艺方案，进一步了解了工件定位的根本原理、定位方式与定位元件及数控机床用夹具的种类与特点，对教材中有关定位基准的选择原那么与数控加工夹具的选择方法有了更深的理解；经过编程零件的加工程序，更加熟悉数控编程的主要内容及步骤、编程的种类、程序的结构与格式，对数控编程前数学处理的内容、基点坐标、铺助程序段数值计算等有了进一步的认识。另外，让我很好的锻炼了理