零件三数控加工工艺课程设计

数控加工工艺与装备课程设计设计说明书题目轴 类 零 件 加 工班 级 姓 名 组 别 学 号 成 绩指 导 老 师 目录第一章 任务书3第二章 设计内容4 一、零件图分析4 二、工艺措施的拟定8 三、加工路线及进给路线10 四、刀具选择13五、数控加工刀具卡14 六、切削用量的选择15第三章 数控工艺卡片17 一、数控加工工序卡17 二、数字处理18 三、数控加工程序单20第四章 小组总结22第五章 参考文献26第六章 设计个人总结27第一章 任务书设计题目：轴类零件加工设计零件图：材料为45钢，热轧，无热处理及硬度要求及表面质量要求。第二章设计内容一、 零件图工艺分析：1、零件成型组成表面：零件有圆柱、逆圆弧、圆锥面和螺纹等几部分组成，系数控加工可选的内容。（首先，数控车床效率高于普通车床，数控做出来的螺纹精度高；普车要做螺纹精度就很难保证。普通车床一来设备投入较少，二来对刀具的要求相对没那么高。数控车床的刀具要求较高（经常换刀的不但影响效率，且每次对刀都可能造成报废），对编程及对刀的技术要求较高，但量产若配以合适的夹具效率可以是普车三倍以上。综合考虑，还是选择数控加工为宜。）2、通过对零件尺寸的圆锥面与圆弧面数字处理，该零件轮廓表达清晰、零件结构合理。最终计算结果如本设计书19页(附图1)所示。3、尺寸精度保证:图形上尺寸均为IT8级，CAK型数控车床自身精度均可保证，编程时尺寸取基本尺寸即可。4、材料的选取:选用45热轧钢，无热处理及硬度要求。材料切削加工工艺性良好。5、各成型表面连接复杂程度中等，加工连续时间不长，不须用可转位刀片，用一般硬质合金焊接刀具即可。由零件图分析，加工此零件拟定加工方案。加工方案一：加工方案：1、在普床上完成整外圆平端面：左端16，切槽164(夹持端槽)，右端。2、加工中，从右往左，右端设置中心孔。3、车R15圆弧。4、车28.49424的圆锥面。5、车22段的164槽。6、车M201.5螺纹。7、去夹持端。8、将对中点用油砂纸抹平。加工方案二：加工方案：1、在普通机床上整外圆平端面，完成轴段38100。2、加工中，从右向左。3、先车2230轴段。4、车2428.494的圆锥面。5、车R15圆弧。6、车164槽。7、车削M201.5螺纹。8、去夹持端。加工时选择方案二二、工艺措施的拟定：1、具体加工策划（1）图样上没有特别的精度要求，一般取表面精度为八级精度，使用中等精度数控CAK620即可，保证零件的要求，编程时不用平均值编程，直接用基本尺寸代入。（2）选取毛坯，为符合加工要求，取40100的45热轧钢。（3）数控加工前先在普车上完成外圆的准备加工，先使之获得38的外圆，从而获得工件的回转轴线；然后再平端面，获得工件的长度基准。（4）装夹方法：用三爪自定心卡盘夹持零件左端，并留有足够的夹持长度及切割长度（12mm），右端用顶尖固定。如下图所示：（装夹示意图）（5）定位基准：端面基准设为左端面，回转基准设为轴线；设计基准、定位基准与工艺基准三者要重和，以防止基准不要重合，影响加工精度;在相应加工之前基准端面要先行加工。综上所述，在普车上先平端面，加工外圆去除表面的余量达到要求，完成坯料;然后把工件在数控车床上用三爪自定心卡盘夹持左端，并留有足够的夹持长度（12mm的夹持端），右端用顶尖固定在由工艺设计内容依次加工圆柱、圆锥、圆弧、退刀槽及螺纹，最后用割断刀割断即可完成。2、选择设备数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。即小的工件应当选择小规格的机床加工，而大的工件则选择大规格的机床加工，做到设备的合理使用。根据被加工零件的外形和材料等条件，选用CAK620数控车床。三、加工路线及进给路线：1.零件的加工顺序：先车平面，然后遵守由粗到精，从左到右（先近后远的加工原则）加工时从左到右粗车各面，粗车时留粗车加工余量0.25mm，由于螺纹系易损面，应后加工，最后用割断刀切断。2.进给路线：（1）CAK620车床具有粗车循环及螺纹的自动加工功能，加工时依据程序去自动完成。循环加工时，依零件外轮廓引入段及延伸尺寸要足够。（2）对精加工，依零件外轮廓走刀一次完成精余量0.25的切除。（3）螺纹走刀次数的确定：分五次走刀，切削深度依次为：0.8，0.6，0.4，0.14，0.01（最后重复一次去光刀铁屑）。3.走刀路线图：（1）图a为粗车外轮廓走刀路线图。（2）图b为精车外轮廓走刀路线图。（3）图c为切槽走刀路线图。（4）图d为螺纹切削走刀路线图。（图a）粗车外轮廓走刀路线图（图b）精车外轮廓走刀路线图（图c）切槽走刀路线图（图d）螺纹切削走刀路线图四、刀具选择：1. 粗车时循环车削轮廓粗车及平端面，选用91硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角Kr不宜太小，选kr=35，取刀杆直径D=2020mm。硬质合金焊接刀具。2. 精 车 轮 廓 时取硬质合金91右偏角，取kr=35，取刀杆直径D=2020mm，为保证刀尖圆角半径r小于结构上最小圆弧半径，取r=0.150.2。硬质合金焊接刀具。3. 切 槽 刀切削刃宽为4mm，取刀柄D=2020mm。4. 螺 纹 刀使用60外螺纹硬质合金刀，取刀柄D=2020mm。5. 切 割 刀切削刃宽为4mm，取刀柄D=2525mm；6. 将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片（如下表所示）以便编程和操作管理。五、数控加工刀具卡：数控加工刀具卡产品名称或代号启动轴零件名称启动轴零件图号A4序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T010191硬质合金右偏刀1粗车外轮廓表面20202T0202切割刀1割断25253T030360外螺纹车刀1车螺纹20204T0404切槽刀1切4mm槽B=4mm2020编制审核批准共 页第 页六、切削用量的选择：1.背吃刀量的选择：轮廓粗车循环时选=3mm，精车余量：=0.25mm。螺纹粗车时选=0.4mm，逐刀减小，粗车=0.16mm。2.主轴转速的选择：该零件的加工表面由圆柱、圆弧、圆锥、螺纹等表面组成，因为工件材料为45热轧钢，尺寸较小。为保证表面精度的要求选取切削范围为：Vc=90120m/min。外轮廓加工：粗加工：取90m/minn=720r/min，取n=800r/min 精加工：取120m/minn=955r/min，取n=1000r/min螺纹加工：n=1200/p-k(参照数控加工工艺与装备式（5-1）) n=720 r/min，取n=800r/min端面，切槽：切割加工：n=500 r/min3.进给速度Vf的计算Vf=nf外轮廓：粗车：取f=0.4mm/r =0.4800=320mm/min精车：取f=0.15mm/r Vf=0.151000=150mm/min螺纹加工：Vf=nf=8001.5=1200mm/min端面，切槽：n =500mm/min切端面时可适当加大，f取0.5mm/r，则端面Vf=250mm/min根据上面的计算可得结果，如下表所示：Ap（mm）n（r/min）Vc（m/min）f（mm/r）Vf（mm/min）车削粗车3800900.4320精车0.2510001200.15150螺纹粗螺纹0.48001200精螺纹0.168001200切割0.45000.4300切槽0.45000.4300切端面0.48000.43004综合前面分析的各项内容，并将其填入如下所示的数控加工工序卡。第三章数控工艺卡片一、数控加工工序卡数控加工工序卡单位名称XXX产品名称或代号零件名称零件图号XXX启动轴XXX工序号程序编号夹具名称使用设备车间001XXX三爪自定心卡盘CAK620数控车床数控中心工步号工步内容(尺寸单位：mm)刀具号刀具、刀柄规格/mm主轴转速/r进给速度背吃刀量/mm备注1平端面T01012020800300手动2从右到左粗车各面T010120208003003自动3从右到左精车各面T0101202010001500.25自动4切槽T020220205003001.5自动5粗车螺纹T030320208001200自动6精车螺纹T030320208001200自动7切割T04042525500300手动二、数字处理：1、将编程原点选在图形的最右端A处，避免基准不重合时带来的误差，而且毋须进行尺寸链换算。2.由于精度要求不高，编程时直接用基本尺寸处理。3.确定M201.5mm螺纹牙底直径及牙深。（1）计算螺纹牙底直径及牙深的计算：牙深=0.6495p=0.64951.5=0.974mm螺纹牙底直径=大径-2牙深=20-20.64951.5=18.05mm（2）螺纹加工预留直径=20-0.13P=20-0.13*1.5=19.8mm（3）螺纹走刀次数的确定：分五次走刀，切削深度依次为0.8，0.6，0.4，0.15（最后重复一次去光刀去铁屑）（4）螺纹切削次数参考表（附表1）4.关于圆锥面与圆弧面的过渡。如(附图1)所示，根据已知数据求得e段的长度为4.954，a段的长度为10.247，然后利用勾股定理a2+b2=c2得出b段的长度为10.954，最后完成圆锥面与圆弧面过渡的最终数字处理。附图1附表1：普通螺纹切削深度及走刀次数参考表普通螺纹 牙深=0.6495 P：螺距螺距1.01.52.02.53.03.54.0牙深0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598切削深度及走刀次数1次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.64次0.160.40.40.40.60.65次0.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.39次0.2三、数控加工程序单：数控加工程序单零件号零件名称启动轴编制程序号O0530审核序号程序内容程序说明1O0530程序号2G50 X100 Z25 T0101设定工件坐标系建立刀具涨肚补偿，换1号刀3G96 M03 S720恒线速，主轴正转，速度为720r/min4G00 X45 Z3快速定位至循环起点A5G71 W3 R1每次背吃刀量3mm，退刀量1mm6G71 P10 Q20 U0.15 W0.05 F0.4粗车的进给量为0.4mm/r7W10 G00 Z0开始精车程序段，Z轴移至08G01 G42 X17 F0.15 S955定精车进给量，切削速度，建立刀尖半径右补偿9X21 Z-2车倒角10Z-20Z轴进刀至-20mm11G01X22车直径为22的轴12Z-30Z轴进刀至-30mm13X24X轴进刀14X28.494 Z-53.469车圆锥面15Z-54.046Z轴进到至-54.046mm16G02 X38 Z-65 R15车顺圆弧17N20 G40 Z3完成精车程序段，并取消刀尖半径补偿18X45 Z3刀具至循环起点A19G70 P10 G20精车循环20G00 X100 Z25 T0202刀具至起点，换第三把刀21G00 X25 Z-20快速定位至切槽点22G01 X16 F0.3切槽，进给量为0.3mm23X25X轴退刀24G00 X100 Z25 T0303刀具至起点，换第四把刀25S720设置切削螺纹转速为720r/mm26G00 X23 Z10快速定位到B，Z10为进刀段27G92 X19.8 Z-18 F4用螺纹切削，循环螺纹第一次走刀28X19.2车螺纹第二次走刀29X18.6车螺纹第三次走刀3018.2车螺纹第四次走刀3118.05车螺纹最后精车3218.05光刀32G00 X100 Z25快速退到安全点33M30主轴停转，程序结束并返回程序开头第四章 小组总结经过了一周的学习和工作，我们终于完成了数控加工工艺课程设计。从开始思考本次课程的设计到系统的实现，再到设计的完成，每走一步对我们来说都是新的尝试与挑战，这也是我们在即将离开大学期间共同完成的最大的项目。在这段时间里，我们学到了很多知识也有很多感受。每一次改进都是我们学习的收获。一、关于该工件数控加工内容的选择，以及尺寸和形位精度处理1.数控加工内容的选择数控加工前对工件进行工艺设计是必不可少的准备工作。无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的工件进行工艺分析拟定工艺路线、设计加工程序。因此，合理的工艺设计方案是编制加工程序的依据，工艺设计做不好是数控加工出差错的主要原因之一，往往造成工作反复，工作量成倍增加的后果。编程人员必须首先搞好工艺设计，再考虑编程。数控加工是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一。想要充分发挥数控机床的特点，实现数控加工中的优质、高产、低耗，编程是关键，而在编制数控机床程序过程中，编程思想是关键中的关键，故在编制程序前必须有一个清晰的编程思想。当选择并决定对某个零件进行数控加工后，并非其全部加工内容都采用数控加工，数控加工可能只是零件加工工序中的一部分。因此，有必要对零件图样进行仔细分析，立足于解决难题、提高生产效率，注意充分发挥数控的优势，选择那些最适合、最需要的内容和工序进行数控加工。一般可按下列原则选择数控加工内容：(1)普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。(2)普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。(3)普通机床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚有加工能力的基础上进行选择。相比之下，下列一些加工内容则不宜选择数控加工：(1)需要用较长时间占机调整的加工内容。(2)加工余量极不稳定，且数控机床上又无法自动调整零件坐标位置的加工内容。(3)不能在一次安装中加工完成的零星分散部位，采用数控加工很不方便，效果不明显，可以安排普通机床补充加工。此外，在选择数控加工内容时，还要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等因素，要尽量合理使用数控机床，达到产品质量、生产率及综合经济效益等指标都明显提高的目的，要防止将数控机床降格为普通机床使用。数控机床作为一种高效率的设备，欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点，除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外，还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺，以得到最优的加工方案。2. 加工路线的确定：确定加工路线时，主要遵循以下几点原则:A加工路线应必须保证工件加工精度和表面粗糙度。B 应尽量缩短加工路线，以减少空行程时间，提高生产率。C 应尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以减少编程工作量。二、关于坯料的下料方案的处理该零件坯料最优选择方案是取40100的45热轧，因为此次加工的零件为单件小批量生产，所以为便捷装夹，应在左端留出夹持端，此方案应在普通机床上现车外轮廓，后平端面。三、数控工艺制定过程1.工艺措施选择理由：根据图样给定的尺寸，没有特别的精度要求。所以选取表面精度为8级精度，使用中等精度数控车床。为符合加工要求，留12mm的左夹持端，所以选取40100的45#模锻。为保证加工精度在上数控车床前现在普通车床完成外圆的准备加工，使之获得38的外圆。从而获得工件的回转轴线。根据走刀路线从右至左，所以选用三爪自定心卡盘夹持左端。2.工序划分原则使用说明：由于本零件加工内容不多，按安装次数划分工序，即以一次安装完成。3.编程时有关数据及指令选取：主轴转速为720r/min，粗车循环每次=3mm，进给量为0.4mm/r切槽，切螺纹时转速为720 r/min。编程时主要用到的指令有：G50工件坐标系的设定，恒线速G96，粗车循环G71，刀尖半径补偿G42，车倒角切槽G01，车圆弧G02，精车循环G70，切螺纹G92。4.夹具选用处理：由于本加工零件为对称轴类零件，采用三爪自定心卡盘，可自动定心，装夹方便，夹紧力较小，便于夹持外形规则的工件。四、关于本次设计过程中遇到的难题及解决途径1.问题的发现与解决：（1）由于本加工零件为轴类加工零件，装夹时要左端留有12mm的装夹余量。（2）由于使用G32螺纹切削指令在切削时很难保证加工精度，在编程时应选用G92指令。（3）加工路线中加工顺序应遵循先平端面，先粗后精，从右至左的加工原则。由于螺纹系易损面，应后加工，以保证加工精度。第五章 参考文献1) 李华志.数控加工工艺与装备.清华大学出版社.2005第六章 设计个人总结经过这次的课程设计，我对所学专业有了重新的认识，在做课程设计的时间里，我查阅了一些相关的书籍来完善我的课程设计。对课程设计的格式以及零件的工艺编写下了很大的功夫。数控加工工艺设计的主要任务是制定加工工艺规程，也是数控机床加工前的准备工作从开始的零件图绘制，再根据零件图分析工艺，以及程序的编写。数控加工工艺设计的主要任务是制定加工工艺规程，也是数控机床加工前的准备工作。工艺规程是规定零件、走刀路线、刀具尺寸以及机床的相对运动过程。因此，是编程人员对数控机床的性能、制造工艺过程和操作方法具有指导性的工艺文件。数控机床加工的程序是数控机床的指令性文件。数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量的选择、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法。工艺规程定的合理与否，对程序的编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控机床的特点认真而详细地制定数控加工工艺。本次课程设计我们选了五个可选的题目中的一个，该零件属于轴类零件，由圆柱面、顺圆弧面、圆锥面和螺纹等几部分组成，是数控加工可选择的内容。我们结合零件图进行了零件图分析，从加工设备、刀具、工装的选择、切削速度、进给量、背吃刀量等参数的选择，制定了零件的数控加工工艺，并根据所选机床的指令系统编写了零件的加工程序。因为我们小组所选择的第三个图形未做特殊的表面粗糙度要求，而一般零件取表面精度为八级精度，所以我们决定使用中等精度数控CAK620机床即可保证零件的加工要求。毛坏的选择也很重要，零件村料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。零件的结构形状与外形尺寸也是重要因素。大型且结构简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；轴类零件的毛坯，若台阶直径相差不大，可用棒料；若各台阶尺寸相差较大，则宜选择锻件。但是根据我们现在的实际情况是做课程设计及现在的我们自身所具备的条件（因为能否上数控机车实验尚未可知），且为符合加工要求，毛坯40100的45#模锻是最好的选择。数控加工前先在普通机床上整外圆平端面，完成轴段38100。在编写程序中一些基本的指令代码是不可或缺的。数控程序所用的代码，主要有准备功能G代码、辅助功能代码、进给功能F代码、主轴速度功能S代码和刀具功能T代码。这次课程设计让我们对以往学习过的知识进行了再学习和巩固。其中涉及到多门专业课。如机械制造、数控工艺、数控编程等。通过这次课程设计我们真正学会了自主学习，独立完成作业，如何学会与自己的团队做好协调。因为课程设计具有实践性、综合性、探索性、应用性等特点。本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操作的一次综合练习。随着课程设计的逐渐完成，使我对数控加工工艺与装备这门课程以及对数控加工技术都有了更深入的理解和掌握。当然更重要的是学习到了以前书本上没学到的知识。在本次设计中，个人认为在数控工艺设计的过程中，对工艺措施的选择与加工路线制定还是比较成功的，但还存在的未能很好解决的问题:，如设计进度与质量不能达到较好的水平、设计方法不是很如人意等。这些都有待于我去进一步改善。通过本次课程设计，我对典型轴类零件的设计又有了很深的认识，本次设计概括了我所学的知识，加深了我对本专业的认识水平。本次设计的典型轴类零件，侧重于设计该零件的数控加工工艺和编程，主要设计内容有：完成该零件的工艺规程（包括工艺过程卡、工序卡和数控道具卡）和主要工序的工装设计。并绘制零件图。用G代码编制该零件的数控加工程序，再则学习了CAD/CAM相关知识。不管怎么说，这次课程设计给我带来了很大的收获，它将指导我去完成未来可能遇到的很多问题，因为它教会了我怎样去多角度看待问题，并能适当、合理地去处理问题。