轴类零件的数控工艺分析与编程毕业论文.doc

毕业设计（论文）课题名称: 轴零件的数控工艺分析与编程 系 别: 机械 专 业: 数控应用与技术 2011年06月09日毕业设计（论文）开题报告学生姓名： 班级学号： 题 目：轴类零件的数控工艺分析与编程内容要求：（包括规定阅读的文献、应完成的程序、图纸、实验、说明书等）1、掌握零件图的分析2 对图形，先进行机械制图手工绘图，后利用计算机绘图软件进行绘图3、掌握对零件图的工艺分析、刀具的选择、加工路线的确定等4 掌握常见数控车床轴类零件的编程毕业设计（论文）开题报告学生姓名班 级学 号指导教师论文的题目轴类零件的数控加工1选题的依据及意义轴类零件是机械制造中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。通过零件加工使我所学的知识得到了进一步的巩固的思想和提高，掌握方法，培养了实际的操作能力，也为了今后工作打下坚实的基础。2数控车削加工工艺处理（1）零件图工艺分析。（2）加工方案及加工路线的确定。（3）刀具选择。（4）确定工件坐标系、换刀点及对刀。3本课题的基本内容1. 数控机床的产生2. 数控机床的发展3. 零件的加工及工艺分析4. 零件加工程序的编制5. 数控车床日常维护4.本课题的方案论证（1）分析零件图样根据任务书画出零件图，并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、刀具及等技术进行分析。（2）确定加工工艺方案根据工艺的分析，选择加工方案，确定加工顺序，加工路线、装夹方式、切削用量材料等，要求有详细的设计过程和合理的参数。（3）数值计算根据零件图的尺寸，确定工艺路线及设计的坐标系，计算运动轨迹，得到刀位数据（4）编写零件加工程序根据数控系统的功能指令及程序格式，逐步编写加工程序单，写出有关的工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。（5）程序校验程序编完后，对程序进行校验，在数控仿真系统软件，来检查机床的动作和运行轨迹的正确性，以校验程序。毕业设计（论文）进度计划表起止时间工 作 内 容2010.12.112011.1.16毕业实习、调研、资料收集2011.01.172011.03.02整理、分析、确定内容2011.03.032011.04.02酝酿、组织过程2011.04.032011.05.21撰写毕业论文2011.05.222011.06.10提交毕业论文、准备答辩指导教师意见 指导教师签名年 月 日摘要数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成圆柱面、圆锥面、螺纹、端面等工序的切削加工，并能进行车槽工作。本文主要介绍了零件加工工艺路线的安排、刀具及切削用量的选择、切削液的使用、切削液在加工中特别是切槽时的使用、零件加工中的定位装夹、零件加工的编程的编制、数控车床日常维护。关键词数控车床 工艺分析 加工编程前言数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成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。数控是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术与制造技术结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。数控机床的大量使用，需要大批能熟练掌握现代数控机床的编程、操作和维修的工程技术技术人员。在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格完成，不仅要考虑到数控程序的编制，还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工艺分析，以最终确定哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及数控程序编制的难易程度。零件的数控加工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解，这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的产品质量问题，造成无谓的人力、物力等资源的浪费。全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。目录摘要前言第一章 数控机床的产生.1第二章 零件的加工及工艺分析.32.1 零件图.32.2 零件加工工艺分分析.32.3 工艺处理.42.4 数控车削加工工艺.4第三章 零件加工程序的编制10第四章 数控车床日常维护14总结.15致谢.16参考文献.1615一、数控发展11数控机床的产生 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约占机械加工总量的80%以上。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。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。1.2 我国数控系统的发展史1.我国从1958年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。2.在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五(81-85年)的引进国外技术，“七五”(86-90年)的消化吸收和“八五”(91-95年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I型，以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。 3.我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。第二章 零件的加工及工艺分析2.1 零件图图12.2 零件加工工艺分分析(1) 精度分析 零件中尺寸的精度要求比较高，且表面粗糙度要求也较高，因此要合理选择加工参数。在车削加工中，零件中尺寸的精度要求比较高,那零件重要的径向加工部位：35mm圆锥面、42mm圆柱段、36mm圆柱面、圆弧R19.48mm、30mm圆柱面、螺纹M241.55g/6g，具体参见图1。零件轴向加工部位尺寸的精度要求不高，由上述尺寸可以确定，零件的轴向尺寸应该以零件右端面为准。35mm圆锥面、42mm圆柱段表面粗糙度Ra值为1.6其余为3.2。(2) 形状分析 该零件轮廓有圆柱面、圆锥面、圆弧面、槽、螺纹，但零件的尺寸精度要求较高。(3) 零件装夹与定位基准分析 零件的轴线为定位基准，以工件右端面与零件轴线的交点为工件坐标系的原点，采用三爪自定心卡盘定心夹紧。(4) 加工刀具分析 在该零件的数控车削加工中,为保证零件加工轨迹的连续性，使用93外圆刀、3mm切槽刀，螺纹刀，就可满足加工要求。2.3工艺处理 零件使用三爪自动定心卡盘装夹,两次车削加工，第一次装夹零件的右端，车削零件左端轮廓，用划针盘找正外圆找正；第二次调头装夹零件时，用三爪自动定心卡盘夹左端35mm，车削零件右端轮廓，用划针盘找正外圆找正。车槽、车削加工零件右端螺纹。2.4 数控车削加工工艺1、工艺分析（1）轴类零件一般常用的材料有45钢、40Cr合金钢.轴类零件最常用的毛坯是棒料和锻件，只有一些大型或结构复杂的轴，在质量允许时才采用铸件。由于毛坯经过锻造后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，可获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。所以除了光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧棒料或冷拉棒料外，一般比较重要的轴大都采用锻件。另外轴类零件的毛坯还需要经过热处理。该零件毛坯材料的确定材料为#45钢、棒料，无热处理要求和硬度要求。其毛坯长度为45120，数控车床为CJK6032，其系统为华中系统。（2）数控车削加工时的零件装夹安装方式，零件采用三爪自动定心卡盘装夹零件。装夹后，用划针盘找正外圆找正。 （3）数控车削加工的工艺路线。 工序一：采用三爪自动定心卡盘装夹，车削零件左端轮廓至尺寸要求。1） 车削左端面。2） 粗、精加工倒角、圆锥面、圆柱面至尺寸要求。工序二：调头，采用三爪自动定心卡盘装夹左端35mm外圆面，车削零件右端轮廓至尺寸要求。1) 车削右端面。2) 粗、精加工倒角、各外圆轮廓面至尺寸要求。3) 车削宽5mm的沟槽。4) 车削M241.5-5g/6g的螺纹。 2、 刀具及切削用量的选择 1)、刀具的安装1 刀尖应与主轴中心等高。2 车刀伸出刀座的长度不应超过刀杆截面高度的1.5倍。3 刀尖应与主轴中心等高。4 切槽刀要装正，以保证两副偏角对称。5 螺纹车刀牙型对称于中心线且垂直于工件轴线，可用样板对刀。 2)、切削用量的选择 A、确定螺纹加工的切削用量本文设计的零件用的是手工编程，首先确定出所需的参数如下： 螺纹牙深： h=1.50.6495=0.97425mm (1)、计算螺纹小径d=D（螺纹公称直径）-1.3P（螺纹螺距）=24-1.3x1.5=22.05mm 故槽车刀的直径为22.05mm。 (2)、确定螺纹背吃刀量分布查表分别为0.8mm、0.6mm、0.4mm、0.15mm、0.15mm、0.15mm、0.15mm光整加工7次加工螺纹。 (3)、确定车螺纹转速 不同的数控系统车螺纹式推荐使用不同的主轴转速范围。大多数经济型数控车床的数控系统推荐车螺纹式主轴转速n为： n1200/P-k （k取70） 即 n1200/2-70=530r/mm， 取n=320r/mm。式中 P被加工螺纹螺距，mm； k保险系数。B、确定外圆的切削用量 查表得：粗车切削速度 Vc=80mm/min 精车切削速度 Vc=120mm/min 然后利用公式Vc=dn/1000计算主轴转速n（粗车工件直径D=45mm，精车直径取平均值34mm）得 粗车n=1000c/d=100080/3.1445=566.2r/min，取500r/min； 精车n=1000c/d=1000120/3.1434=1124r/min， 取1000r/min。 根据查表 粗车取f=0.5mm/r 精车f=0.1mm/r 粗车Vf=nf=5000.5=250mm/min 精车Vf=nf=10000.1=100mm/minC、确定车槽、切断的切削用量 切槽时转速一般不宜太大，在此取n=300r/min 取f=0.2mm/r Vf=nf=3000.2=60mm/min3、切削液的使用 切削液在加工中用来改进加工部件的表面质量，并且延长刀具寿命。而切槽时，切削液的加入，减少了切槽刀与工件表面的摩擦，冷却了金属加工变形带来的高热，减少刀刃磨损。所以切入顺利。 数控刀具卡课题轴类零件的编程与加工零件名称轴类零件零件图号A123序号刀具号刀具名称及规格数量加工内容转速/（r/min）进给速度(min/mm)1T010193外圆刀刀片501左端轮廓面及端面粗500 250精10001002T020293外圆刀刀片351右端廓面及端面粗500 250精10001003T03033mm切槽刀1右端槽300604T0404螺纹刀1零件右端320F=2数控加工工艺卡工序号工序内容刀具号转速（r/min）进给速度(min/mm)背吃刀量(mm)操作方式1粗、精车加工零件左端轮廓面及端面T01粗500 2502自动精10001002粗、精车加工零件右端轮廓面及端面T02粗500 2502自动精10001003车零件槽T033000.1B=3自动4车削加工零件右端螺纹T04320F=2自动确定走刀路线第一工序：第一点（45、2）,第二点（23.5、2）,第三点(31.5、-2)，第四点（35、-25），第五点（35、-45），第六点（42、-45），第七点（42、-50）第二工序：第一点（46、2），第二点（16.8、2），第三点（23.8、1。5），第四点（23。8、-20），第五点（30、-20），第六点（30、-25），第七点（36、-57），第八点（42、-60），第九点（42、-70）3、确定工件坐标系、换刀点及对刀 （1）两次装夹加工都是将工件坐标系原点设定在其装夹后零件右端面与轴线交点上。零件加工程序的起始点和换刀点都在X50、Z50位置点。 （2）对刀 用G92建立坐标系，先将刀具回考点，然后启动车床主轴，将刀具在X轴方向接触工件， 在系统菜单中“MID运行”，输入G91 G00 X（建立坐标系X工件直径）Z（建立坐标系Z）, 敲回车，并按“循环启动”。4、 量具游标卡尺分度为0150mm、千分尺025mm、千分尺2550mm、游标万能角度尺圆锥检验 用游标万能角度尺检验圆锥是否符合要求，但使用时的注意事项：1） 按工件所要求的角度，调整好游标万能卡尺的测量范围。2） 工件表面要清洁。3） 测量时，游标万能角度卡尺面应通过中心，并且一个面要与工件测量基准面吻合，透光检查。读数时，应固定螺钉，然后离开工件，以免角度值变动。螺纹的测量工具（一）单项测量（1） 顶径测量 用游标卡尺测量。（2） 螺距测量 可用螺距规或金属直尺测量。用金属直尺测量时，可多测几个螺距长度然后取平均值。（3） 中径测量 中径测量可用螺纹千分尺测量在测量时两个与螺纹牙型角相同的测量头正好卡在螺纹牙两侧，所得数据就是螺纹中径的尺寸。（二）综合测量综合测量是对螺纹的各项几何参数进行综合性的测量。采用环规测量外螺纹，塞规测量内螺纹。5、 数值计算锥度K（Dd）/L D为大头直径，d为小头直径，L为锥体长度 D=35mm K=1/10 L=1152070=25mm 求d d=DKL=35(1/10)25=31.5mm螺纹M241.5-5g/6g中径和大径上下偏差的计算螺纹M262-5g/6g中外螺纹中径公差代号为5g，查表得当公差等级为5级时，中径公差Td2=0.118mm，外螺纹大径公差带代号查表得当公差等级为6级时，大径公差Td=0.236mm。查表得g的基本偏差是上偏差（es），偏差值为-0.032mm通过计算得：中径下偏差ei=es-Td2=-0.032-0.118=-0.150mm;上偏差es=-0.032mm大径下偏差ei=es-Td=-0.032-0.236=-0.268mm；上偏差es=-0.032mm 注： 螺纹加工的注意事项1) 加工时，选择与螺纹截面形状，角度一致的螺纹车刀。2) 装夹螺纹车刀时，应使刀尖与工件中心等高，并使车刀的对称中心线与工件中心线垂直，否则会使牙型歪斜。3) 一般加工螺纹时，从粗车到精车，用同一轨迹要进行多次螺纹切削。4) 在螺纹切削开始及结束部分，由于伺服系统的滞后会使导程发生变化。在加工时应设置足够的升速进给阶段和降速退给段。5) 从螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持一致。6) 在车削端面螺纹和螺纹时，不能进行恒线速度控制。7) 在主轴没有停止的情况下，停止加工是很危险的，因此，螺纹加工时进给保持无效，按下“进给保持”键刀具在加工完成后停止运动.8) 在车削螺纹中进给倍率无效，固定在百分百。切削液在加工中特别是切槽时的使用 切消液有冷却作用降低了切削温度，延长刀具的寿命和减少了工件的热变形，还有润滑作用，排削作用，清洗作用，防秀作用，在切槽过程中，为了解决切槽刀刀头面积小，散热条件差，易产生高温而降低刀片切削性能等问题，可以选择冷却性能较好的乳化类切削液进行浇注，使刀具充分冷却。 车槽，切断考虑防止振动 在用三爪卡盘装夹工件时，车槽过程中车刀位置离卡盘的距离应尽可能接近。否则容易引起振动，或使工件抬起压断切断刀。切断时防止振动方法 （1）适当加大前角以减小切削阻力 （2）大直径工件采用反切断法，也可防止振动 （3）选用合适的主切削刃宽度 注意在切槽中容易产生振动现象，这往往是由于进给速度过低，或者切削速度与进给速度搭配不当，需及时调整，以保证切削稳定。轴类零件表面粗糙度的检验方法 在数控车削中加工中，常用的表面粗糙度的检验方法有目测检验，样坂比较检验和表面粗糙度测量仪检验等。第三章 加工程序的编制零件程序卡数控车床程序卡零件名称轴类零件零件图号A123材料45机床型号CJK6032夹具名称三爪自动定心卡盘车间实训中心工序一：用三爪自动定心卡盘夹毛坯外圆，找正保证同轴度并夹牢，车削左端轮 廓程序号程序简要说明序号O012程序名N010G92 X50 Z50建立工作坐标系N020M03 S460主轴正转，转速为460 r/minN030G90 G00 X45 Z2快速进给至加工起始点N040G71 U1 R0.5 P050 Q100 X0.3 Z0.1 F200外径/内径车削复合循环程序N050G00 X23.5 Z2精车轮廓起始行，到倒角延长线N060G01 X31.5 Z-2 F100精车倒角C2N070X35 Z-25精车外圆锥N080X35 Z-45精车35mm外圆N090X42 Z-45精车42mm端面N091X42 Z-50精车42mm外圆N100G00 X50 Z45退出已加工表面N101X50 Z50回对刀点N110M05主轴停止N120M02程序结束数控车床程序卡零件名称轴类零件零件图号A123材料45机床型号CJK6032夹具名称三爪自动定心卡盘车间实训中心工序二：调头，用三爪自动定心卡盘垫铜皮夹35mm外圆，找正保证同轴度并夹牢，车削右端轮廓程序号程序简要说明序号O123程序名N010M06 T0202调用2号93外圆刀，1号刀偏N020M03 S460主轴正转，转速为460 r/minN030G00 X46 Z2快速进给至加工起始点N040G71 U1 R0.5 P050 Q120 X0.2 Z0.1 F200外径/内径车削复合循环程序N050G00 X16.8 Z2精车轮廓起始行，到倒角延长线N060G01 X23.8 Z-1.5 F100精车倒角C1.5N070X23.8 Z-20精车23.8mm外圆N080X30 Z-20精车30mm左端面N090X30 Z-25精车30mm外圆N100G03 X36 Z-45 R19.48精车R19.48mm圆弧N101G01 X36 Z-57精车36mm外圆N110G02 X42 Z-60 R3精车R3mm圆弧N120G01 X42 Z-70精车42mm外圆N121G00 X50 Z-70退出已加工表面N130X50 Z50返回换刀点刀点N131T0200刀补取消N140M06 T0303调用3号切槽刀N150M03 S190主轴正转，转速为190r/minN160G00 X32 Z-18快速定位至槽的位置N170G01 X20.9 F30车第一刀，底径留0.1mm余量N180X32 F50X向退刀N190Z-20Z向退刀N200X20.8 F30车第二刀至尺寸N210Z-18光槽底直径至尺寸N220X32 F50X向退刀N230G00 Z20Z向退刀N240X50 Z50返回刀具换刀点N241T0300刀补取消N250M06 T0404调用4号螺纹刀N260M03 S190主轴正转，转速为190r/minN270G00 X24 Z3刀具快速定位到循环起点N280G82 X23.2 Z-17.5 F2第一次循环车螺纹，背吃刀量0.8mmN290G82 X23 Z-17.5 F2第二次循环车螺纹，背吃刀量0.6mmN300G82 X22.4 Z-17.5 F2第三次循环车螺纹，背吃刀量0.4mmN310G82 X22.25 Z-17.5 F2第四次循环车螺纹，背吃刀量0.15mmN320G82 X22.15 Z-17.5 F2第五次循环车螺纹，背吃刀量0.15mmN330G82 X22.05 Z-17.5 F2第六次循环车螺纹，背吃刀量0.15mmN331G82 X22.05 Z-17.5 F2第七次循环车螺纹，背吃刀量0.15mmN340G00 X25 Z-17.5退出已加工表面N350G00 X50 Z50返回刀具换刀点N360M05主轴停止N370M02程序结束最后在数控仿真系统软件程序校验。 第一工序 数控仿真系统后零件如图第二工序 数控仿真系统后零件如图第五章 数控车床日常维护对数控车床进行日常维护、保养的目的是延长元器件的使用寿命：延长机械部件的变换周期，防止发生意外的恶性事故，使机床始终保持良好的状态，并保持长时间的稳定工作。不同型号的数控车床的日常保养内容和要求不完全一样，机床说明书中已有明确的规定，但总的来说主要包括以下几个方面： 1、每天做好各导轨面的清洁润滑，有自动润滑系统的机床要定期检查、清洗自动润滑系统，检查油量，及时添加润滑油，检查油泵是否定时启动打油及停止； 2、每天检查主轴订自动润滑系统工作是否正常，定期更换主轴箱润滑油； 3、注意检查电器柜中冷却风扇是否工作正常，风道过滤网有无堵塞，清洗沾附的尘土； 4、注意检查冷却系统，检查液面高度，及时添加油或水，油、水脏时要更换清洗； 5、注意检查主轴驱动皮带，调整松紧程度； 6、注意检查导轨镶条松紧程度，调节间隙； 7、注意检查机床液压系统油箱油泵有无异常噪声，工作幅面高度是否合适，压力表指示是否正常，管路及各接头有无泄漏； 8、注意检查导轨、机床防护罩是否齐全有效； 9、注意检查各运动部件的机械精度，减少形状和位置偏差； 10、每天下班前做好机床清扫卫生，清扫铁屑，擦静导轨部位的冷却液，防止导轨生锈。参考文献1 庞浩、李文星 数控加工工艺 北京理工大学出版社 2007年8月2 蔡厚道、吴伟 数控机床构造 北京理工大学出版社 2007年2月3 余英良 数控加工编程及操作 北京高等教育出版社 2009年2月4 陈立德 机械设计基础课程设计指导书 高等教育出版社 2009年8月5 吴长有、张桦 数控车床加工技术 机械工业出版社 2009年3月