毕业设计（论文）-复合轴零件的加工工艺及数控编程

目录TOC\o"1-3"\h\u28329摘要 [摘要]随着科技的不断发展，数控技术在企业中发挥越来越重要的作用。本设计通过对数控加工的工艺特点、加工零件工艺性等进行分析，选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。设计说明书以数控车床车削轴类零件为例，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等，编写加工零件的程序。按照说明书要求将加工出零件，并对零件自检数据进行分析，说明在加工过程中应注意的事项。[关键词]工艺分析；刀具；切削用量；加工程序全套图纸加V信153893706或扣3346389411

复合轴零件的加工工艺及数控编程1绪论机床数控系统，即计算机数字控制(CNC)系统是在传统的硬件数控(NC)的基础上发展起来的。它主要由硬件和软件两大部分组成。通过系统控制软件与硬件的配合，完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功能控制等。CNC系统利用计算机来实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具补偿、插补运算、公英制变换、图形显示和固定循环等。使数控机床按照操作设计要求，加工出需要的零件。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称NC系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称CNC系统。数控加工技术是什么呢？简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。而且和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点：①加工效率高。利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。②加工精度高。同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。③劳动强度低。由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。④适应能力强。数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。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便的智能化，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、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。本文主要讲述复合轴零件的加工工艺设计及数控编程，首先对零件的图纸进行分析，紧接着对零件进行工艺分析，确定零件的毛坯、定位基准、加工方案、切削用量、设备及工艺装备等，然后制定零件的加工工艺卡片，最后编制出零件的数控加工程序。下面来运用数控加工工艺及编程的相关知识来分析复合轴零件的加工工艺设计及编程时所遇到的一些问题。2复合轴零件图的分析如图2-1所示为本文所要介绍的复合轴零件图，其材料为45钢，单击小批量生产。图2-1复合轴零件图2.1零件的结构工艺性分析从图2.1分析得知，该零件的结构主要由外圆柱面、外圆锥面、外圆弧面、外沟槽、外螺纹、内圆柱面、内螺纹、内沟槽等组成，该零件的集聚了轴零件的常见的结构，不愧为复合轴，它典型的体现了数控车削加工的内容，具有良好的工艺性能和切削性能。2.2零件的技术要求分析通过对图2-1的分析可列出该轴承盖零件的各项技术要求如表2-1所示。表2-1技术要求加工表面尺寸偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度(um)Ø43外圆Ø43IT123.2Ø36外圆Ø36IT91.6Ø40外圆Ø40IT123.2Ø32槽Ø32IT126.3圆锥面Ø24IT123.2Ø26内孔Ø26IT7~81.6Ø26槽Ø26IT126.3M36×2M36IT126.3M24×2M20IT126.33复合轴零件的工艺分析3.1毛坯的选择毛坯是根据零件所要求的形状，工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗，工时定额计算有很大影响。确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：首先选取毛坯加工余量和毛坯公差；其次将毛坯加工余量叠加在零件相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与公差，其总的要求是：减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。因此毛坯要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。根据零件图样中对工件材料的规定，工件材料确定为45钢。毛坯的尺寸为Ø48mm×120mm圆棒料。3.2定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准，用己加工过的表面作为定位基准称为精加工。除第一道工序用粗基准外，其余工序都应使用精基准。选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求没计基准、工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。经分析，该零件的粗基准为毛坯外圆及端面，并以此基准，加工零件左端；精基准为左端Ø36外圆及Ø43外圆左端面，以此基准，加工零件右端。3.3装夹方式的选择夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。根据零件的尺寸、精度要求和生产条件，选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。三爪自定心卡盘可以自动定心，夹持范围大，适用于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类中小型零件。零件第一次装夹时车削左端，此次装夹可直接采用机床的三爪卡盘进行装夹，第二次装夹时，车削右端，由于左端装夹面为已加工面，且表面的光洁度较高，故需要垫上铜皮再用三爪卡盘装夹。3.4表面加工方法的选择外轮廓的加工方法该零件的外轮廓成阶梯状，其加工是从中间凸起部分截开，先加工左端，再加工右端，左右两端的轮廓成递增，可采用G71的走刀方式进行粗加工，G70进行精加工。内轮廓的加工方法零件的内轮廓有两层，可采用G71或者G90的走刀方式进行车削，内轮廓中的槽可采用内槽刀进行车削。内外螺纹的加工方法内螺纹在加工前，首先车出螺纹底径，然后再用G76的螺纹车削走刀方式进行车削，外螺纹在加工前，首先车出螺纹大径，然后再用G76的螺纹车削走刀方式进行车削。4复合轴零件加工工艺路线的拟定4.1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。切削加工工序的安排原则基准先行选为精基准的表面，应先进行价格，以便为后续工序提供可靠的精基准。如轴类零件的中心孔、箱体的地面或剖分面、齿轮的内孔和一端面等，都应安排在初始工序加工完成。先粗后精各表面均应按照粗加工→半精加工→精加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。先主后次先加工主要表面（如定位基面、装配面、工作面），后加工次要表面（如自由表面、键槽、螺纹孔等），次要表面常穿插进行加工，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前。根据以上原则，确定该零件的加工顺序为：粗车左端面→精车左端面→粗车左端外轮廓→手动钻底孔→镗内轮廓→切内螺纹退刀槽→车内螺纹→粗精车左端外轮廓→调头粗车右端面→精车右端面→车外螺纹退刀槽→车外螺纹。4.2工序的划分(1)工序集中1）概念：是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。2）特点：①可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；②减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；③减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；④采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。(2)工序分散1）概念：工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。1）特点：①设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换；②对工人的技术要求较低；③可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；④所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。（3）工序集中或分散的程度分析考虑的因素：主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性具体分析：一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。对于重型零件，为了减少工件装卸和运输的劳动量，工序应适当集中；对于刚性差且精度高的精密工件，则工序应适当分散。发展趋势：倾向于采用工序集中的方法来组织生产。综上所述，根据该零件的生产规模，确定该零件采用工序集中的方式进行划分。4.3工艺路线的拟定根据以上分析，确定该零件的工艺路线如下：工序1：制造毛坯Ø48mm×120mm圆棒料。工序2：车左端外圆Ø36、Ø43；左端内轮廓及螺纹。工步1：粗车左端面，控制总长118mm；工步2：精车左端面，控制总长117.5mm，表面粗糙度6.3；工步3：手动钻底孔Ø20，深35mm；工步4：粗镗刀内轮廓；工步5：精镗内轮廓；工步6：切内螺纹退刀槽；工步7：车内螺纹M24；工步8：粗车外轮廓；工步9：精车外轮廓；工序3：车右端外轮廓、外螺纹。工步1：粗车右端面，留0.5mm余量；工步2：精车右端面，控制总长115，表面粗糙度6.3；工步3：粗车外轮廓，留0.5mm精加工余量；工步4：精车外轮廓；工步5：车外螺纹退刀槽；工步6：车外螺纹M36；工序4：去毛刺。工序5：检验。5设备及其工艺装备的选择5.1机床的选择分析零件图可知，本设计加工的零件特征包括：外圆、内外槽、螺纹、圆弧、圆锥，加工工序复杂。为减少换刀和对刀时间，保证良好精度和表面粗糙度要求，选择温州广州数控设备有限公司生产的CK6140×1000，该机床项目技术参数项目技术参数如下：床身上最大回转直径Φ400mm卡盘直径Φ250mm拖板上最大回转直径Φ210mm主轴转速（机械）25-1600rpm变频300-2000rpmX轴最大行程250mm尾座套筒内孔锥度MT4Z轴最大行程1000mm尾座套筒移动量140mm最大加工长度800mm尾座套筒直径Φ60mmX/Z轴快速进给速度5/10m/min刀位数4X/Z轴脉冲当量0.001mm刀方尺寸25mmx25mm定位精度0.01mm主电机功率5.5kw重复定位精度0.006mm机床外形尺寸(长×宽×高)2250mmx1200mmx1600mm主轴通孔直径Φ46mm机床重量2000kg主轴内孔锥度MT5.2刀具的选择由于工件材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不同，车刀的种类也异常繁多。根据与刀体的联接固定方式的不同，车刀主要可分为焊接式与机械夹固式两大类。l）焊接式车刀将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上称为焊接式车刀。这种车刀的优点是结构简单，制造方便，刚性较好。缺点是由于存在焊接应力，使刀具材料的使用性能受到影响，甚至出现裂纹。另外，刀杆不能重复使用，硬质合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的浪费。根据工件加工表面以及用途不同，焊接式车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等。2）机夹可转位车刀可转位车刀由刀杆、刀片、刀垫以及夹紧元件组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。根据零件图的特性，本题两零件中的外圆表面及内孔表面采用可转位车刀进行车削，槽及螺纹，选用焊接式车刀进行切削，具体刀具选用请参照表5-1。表5-1数控加工刀具卡工序号刀具编号刀具规格及型号刀杆规格刀具材料工序2T010190°可转位外圆车刀20×20YT15尾座Ø20mm麻花钻高速钢T020260°车镗刀20×20YT15T03036mm宽内槽刀20×20高速钢T040460°内螺纹车刀20×20YT15工序2T010190°可转位外圆车刀20×20YT15T02026mm宽外槽刀20×20高速钢T030360°外螺纹车刀20×20YT156切削用量的选取（1）切削用量的选用原则粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。（2）切削用量的选取方法①背吃刀量的选择

粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达8～10mm；半精加工的背吃刀量取0.5～5mm；精加工的背吃刀量取0.2～1.5mm。②进给速度（进给量）的确定

粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度νf可以按公式νf=f×n计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3～0.8mm／r；精车时常取0.1～0.3mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。③切削速度的确定

切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式n=l000vc/πD来确定主轴转速n（r/min）。通过以上分析，查表确定该零件的切削用量如数控加工工序卡所示。7工艺卡片的制定7.1工艺过程卡单位名称产品名称复合轴工艺过程卡产品名称材料45钢毛坯尺寸¢48×120mm序号工序名称工序内容车间设备工装1下料制造毛坯Ø48mm×120mm圆棒料2车车左端外圆Ø36、Ø43；左端内轮廓及螺纹金工数控车床三爪卡盘3车车右端外轮廓、外螺纹金工数控车床三爪卡盘4钳去毛刺5检检验编制审核第1页共1页7.2数控加工工序卡数控加工工序卡零件名称零件图号复合轴工序号程序编号材料数量夹具名称使用设备车间2O0001#451三爪卡盘数控车床数控加工车间工步号工步内容切削用量刀具N(r/min)F(mm/min)Ap(mm)编号名称1粗车左端面，控制总长118mm5001001.5T01外圆车刀2精车左端面，控制总长117.5mm，表面粗糙度6.3800800.5T01外圆车刀3手动钻底孔Ø20，深35mm300手动尾座Ø20麻花钻4粗镗刀内轮廓400801T02车镗刀5精镗内轮廓600600.5T02车镗刀6切内螺纹退刀槽35010T03内槽刀7车内螺纹M244002mm/rT04内螺纹刀8粗车外轮廓5001001.5T01外圆车刀9精车外轮廓800800.5T01外圆车刀编制审核批准数控加工工序卡零件名称零件图号复合轴工序号程序编号材料数量夹具名称使用设备车间3O0002#451三爪卡盘数控车床数控加工车间工步号工步内容切削用量刀具N(r/min)F(mm/min)Ap(mm)编号名称1粗车右端面，留0.5mm余量5001001.5T01外圆车刀2精车右端面，控制总长115，表面粗糙度6.3800800.5T01外圆车刀3粗车外轮廓，留0.5mm精加工余量5001001.5T01外圆车刀4精车外轮廓800800.5T01外圆车刀5车外螺纹退刀槽35010T02外槽刀6车外螺纹M364002mm/rT03外螺纹刀编制审核批准8复合轴零件数控加工程序的编制8.1编程原点的确定该零件为回转型零件，其编程坐标系一般设置在零件的回转中心上，即工序2中的编程原点为左端面中心，工序3中的编程原点为右端面上。8.2加工程序清单（1）车左端程序解释说明O0001;程序号T0101;换1号刀，90°外圆车刀M03S500;主轴正转，转速500r/minM08;切削液开G00X50Z2;快速运动至切削起点Z-1;G01X-1F100;粗车端面Z2;G00X50;Z-2;G01X-1F100;Z2;G00X50;Z-2.5;M03S800;G01X-1F100;精车端面Z2;G00Z100X100;快速运动至换刀点M00;程序暂停，手动钻底孔T0202;换2号刀，车镗刀M03S400;主轴正转，转速400r/minM08;切削液开G00X18Z2;快速运动至循环起点G71U1R0.5;调用G71车削循环G71P10Q20U-0.5W0F100;N10G00X32;快速运动至倒角延长线上G01X26Z-1F80;倒角Z-8;车内孔Ø26X19.4;X21.4W-1;倒角Z-32;N20X18;M03S600;精车转速600r/minG70P10Q20;G00X100Z100;快速运动至换刀位置T0303;换3号刀，内槽刀M03S350;G00X18Z2;Z-32;G01X26F10;切槽X18;G00Z100;X100;T0404;换4号刀，内螺纹刀M03S400;G00X18;Z2;Z-6;快速运动至循环起点G76P020060Q100R200;调用G76螺纹车削循环G76X23.4Z-26P1200Q500F2;G00Z100;X100;快速运动至换刀点T0101;换1号刀，外圆车刀M03S500;主轴正转，转速500r/minG00X50Z2;快速运动至循环起点G71U1.5R0.5;G71P30Q40U0.5W0F100;N30G00X30;快速运动至倒角延长线上的点G01X36Z-1F80;倒角Z-36;车Ø36外圆X43;车Ø43外圆左端面Z-10;车Ø43外圆N40X50;退刀M03S800;G70P30Q40F80;精车外轮廓G00X100Z100;快速运动至换刀点M30;程序结束（2）车右端程序解释说明O0002;程序号T0101;换1号刀，90°外圆车刀M03S500;主轴正转，转速500r/minM08;切削液开G00X50Z2;快速运动至切削起点Z-1;G01X-1F100;粗车端面Z2;G00X50;Z-2;G01X-1F100;Z2;G00X50;Z-2.5;M03S800;G01X-1F100;精车端面Z2;G00X50;快速运动至循环起点M03S500;主轴正转，转速500r/minG71U1.5R0.5;调用G71外圆粗车循环G71P10Q20U0.5W0F100;设定参数N10G00X0;快速运动至切削起点G01Z0F20;靠近工件G03X19.872Z-8.869R10;车圆弧G01X24Z-27;车锥面X31.4;车台阶面X35.4W-2;倒角Z-55;车螺纹大径X36;X40W-2;倒角Z-75;车Ø40外圆X43;W-8;N20X50;M03S800;G70P10Q20F80;精车外轮廓G00X100Z100;快速运动至换刀点T0202;换2号刀，外切槽刀M03S350;G00X42Z-55;快速运动至切槽点G01X32F10;切槽X36W2F50;倒角G00X100;Z100;快速运动至换刀点T0303;换3号刀，外螺纹车刀M03S400;G00X38Z-25;快速运动至循环起点G76P020060Q100R200;调用G76螺纹复合车削循环G76X33.4Z-50P1200Q500F2;设定参数G00X100Z100;快速运动至换刀点M30;程序结束8.3程序仿真验证仿真加工的目的是为了验证所编制的程序的准确性，该零件的加工程序，经过斯沃数控仿真软件的验证，最后的仿真效果图如下列图所示。图8.1镗内孔图8.2车螺纹图8.3车左端外圆图8.4车右端外轮廓图8.5右端切槽图8.6车右端螺纹总结本次课题贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作技术，从分析设计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主选择，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，通过对该零件的加工设计，使自己能够完成轴承盖零件的自动编程，对刀具路径有