典型回转轴类零件数控车削加工工艺设计与编程

0典型回转轴类零件数控车削加工工艺设计与编程摘要本文主要针对回转轴类零件工艺进行数控加工工行分析，它意义深重，本文将对它进行讲述。零件的工艺设计内容主要有零件加工工艺过程设计、加工工序设计、程序设计，以及机床、刀具、夹具的选择等等。重点分析了零件的数控加工工艺过和和所采用的程序结构，例如如何合理运用常用复合循环指令进行零件的粗加工、精加工程序的编制。此外，在加工设计过程中也展开了相应的讨论，并且得出了此类回转型零件的一般加工步骤。关键词：加工工艺 工艺设计 程序编制1AbstractIn this paper, rotating shaft parts for CNC machining technology of the bank analysis, it profound meaning, this article will be about it. Part of the process design the content of main machining process planning, machining process design, process design, and machine tools, tools, fixtures, etc. choices. Analyzed Machining of parts and used over and the program structure, such as the reasonable use of G71, G73, G70, G92 and other commonly used parts combined-cycle instructions roughing, finishing the program design. In addition, the design process has started processing the corresponding discussion, and come back transformation of such parts of the general processing steps. Keywords: dimensional accuracy of process design programming2目 录1 零件分析及实体造型 .42.毛坯与夹具的确定 .62.1 毛坯的选择 .62.2 夹具的选择 .72.2.1 常见的装夹方式 .82.2.2 夹具的确定 .93.刀具的选择 .113.1 刀具的种类 .113.2 刀具的确定 .124 选择切削用量 .134.1 背吃刀量的确定 .134.2 主轴转速的确定 .134.3 进给速度的确定 .145.量具及冷切液的选择 .165.1 量具的选择 .165.2 冷却液的选择 .166.工艺卡片的填写 .187.数控编程 .217.1 数控编程的分类 .217.2 循环指令格式 .217.3 加工程序 .22结 束 语 .26谢 辞 .2731 零件图的分析图 1.1 零件二维图4零件图的技术要求(1).为注长度尺寸偏差0.5mm。(2).为注倒角 C0.5。(3).去除毛刺飞边。(4).零件表面不应有划痕、擦伤等损坏零件表面的缺陷。(5).为注形状公差应符合 GB1184-1980 的要求如图 1.1 所示。本零件是回转体特征，主要由倒角、外螺纹，外圆柱面、切槽、外锥面、圆弧面、内孔等特征组成，零件特征适合车床加工方能保证精度。锥面和 45 的外圆面上的粗糙度要求为 Ra3.2um，其余表面粗糙度均为 Ra6.3um。52.毛坯与夹具的确定2.1 毛坯的选择毛坯选择时应考虑的因素(1) 零件的材料及机械性能要求零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。例如铸铁零件用铸造毛坯；钢质零件当形状较简单且力学性能要求不高时常用棒料，对于重要的钢质零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件，当形状复杂力学性能要求不高时用铸钢件；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。(2) 零件的结构形状与外形尺寸大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；结构复杂的毛坯多用铸造；小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯；板状钢质零件多用锻件毛坯；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。(3) 生产纲领的大小大批大量生产中，应采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法。铸件采用金属模机器造型和精密铸造，锻件用模锻或精密锻造。在单件小批生产中用木模手工造型或自由锻来制造毛坯。 (4) 现有生产条件确定毛坯时，必须结合具体的生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等，否则就不现实。(5) 充分利用新工艺、新材料6为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用，这样，可大大减少机械加工量，甚至不需要进行加工，经济效益非常显著。本次设计为单件小批量生产，所以设计选材应从满足工件使用性、经济性和切削性、取材的方便性考虑。单从经济性考虑毛坯的选择应使毛坯的形状和尺寸与零件尽量接近,根据本次设计要求在本设计中，由于该零件的规格为 56136，轴向和径向单边各留 2mm的余量，则选规格 60140 的毛坯。图 2.1 毛坯图2.2 夹具的选择数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： 1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。 72）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。2.2.1 常见的装夹方式 1）通用夹具通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为车床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 2）专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3）通用可调夹具和成组夹具其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用8范围更广一些。4）组合夹具 镜博士组合夹具组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。5）随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。（2）按夹紧分类根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。2.2.2 夹具的确定数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。9图 2.2 三爪卡盘 图 2.3 四爪卡盘本零件需要实用数控车床进行加工，并且为轴类零件，由零件图得，三爪卡盘更稳定，方便装夹。所以选着三爪卡盘所以夹具选用三爪卡盘（如图 2.2），方便快捷，减少加工时间和费用。103.刀具的选择3.1 刀具的种类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，断屑和排屑性能好；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。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。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。1）尖形车刀 尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如 90内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。2）圆弧形车刀 圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点：一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉；二是该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，11还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。3）成型车刀 成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。3.2 刀具的确定通过以上分析，加工本零件选择标准刀具，以减少加工成品和提高加工效率。表 3-1 刀具表刀具号 刀具名称 刀具规格 刀具材料 加工表面T01 外圆粗车刀 35左偏刀 硬质合金 粗车外圆表面T02 镗孔刀 60 硬质合金 车内孔T03 切槽刀 4mm 宽 硬质合金 切螺纹退刀槽T04 外螺纹车刀 60左偏刀 硬质合金 车外螺纹麻花钻 20 硬质合金 钻孔124 选择切削用量4.1 背吃刀量的确定背吃刀量的确定时根据余量确定的，在机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件的精度较高时，应留出半精车和精车的余量，半精车余量一般为 0.5mm 左右，半精车之后留精车余量，一般比普通车削时所留余量少，通常取0.20.5mm。因为本零件精度要求不是非常高，所以只需要粗车和精车加工。可参考表 3-6 选取背吃刀量。表 4-1 数控切削用量表加工内容背吃刀量Ap/（mm）切削速度vc(mmin )1进给量f/(mmr)1粗加工 23 80120 0.20.4精加工 0.10.5 120150 0.10.2粗车时背吃刀量取 2mm，留出精车余量为 0.5mm，精车时背吃刀量取 0.5mm。4.2 主轴转速的确定主轴转速应根据零件上加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削学速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。13主要根据允许的切削速度 Vc(m/min)选取n= （公式 3-1）DVc10式中 Vc切削速度；D工件或刀具的直径（mm）由于工件多个台阶组成，现选取工件直径的中间值 D=39 的直径为例说明其计算过程。D=39mm 可参考表 1-4 选取，从理论上讲， 的值越大越好，因为这不cv仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑：粗车时 vc=120m/min 精车时 vc=150m/min代入式中： 粗车时 n=1000120/（3.1439）=997.9r/min精车时 n=1000150/（3.1439）=122.4r/min计算的主轴转速 n 要根据机床有的或接近的转速选取。粗车时 n=1000r/min精车时 n=1200r/min4.3 进给速度的确定加工零件时选择进给速度，应根据零件的要求合理的选择进给14速度。在能保证零件的要求前提下，可以在粗加工零件时选择较高的进给速度，在零件精加工时应选择较低的进给速度，同时对零件切断或加工孔时也应选择较低的进给速度，以免影响零件的加工精度。则在加工零件时一定要考虑其切削用量的选择，同时也要根据所选择的刀具，工件材料选择进给量。粗车时进给速度应选择大些，提高生产效率，精车时进给速度应选择小些，保证零件的质量。进给速度 F 是指单位时间内刀具沿进给方向移动的距离（mm/r）。它与主轴的转速 n 的关系：F=nf （公式 3-2）式中：f主轴转一周时刀具的进给量，粗车时一般取0.20.4mm/r，精车时一般 0.10.2mm/r。n主轴的转速；F进给速度。根据轴类零件的分析，选择的进给速度如下计算分析得出：综合选取 粗车：f=0.2mm/r精车：f=0.1mm/r将精粗车的进给量代入式（3-2）中计算：粗车时：F=10000.2= 200 mm/min精车时：F=12000.1= 120 mm/min155.量具及冷切液的选择5.1 量具的选择在数控车削加工工件中，为了确保工件的尺寸精度，必须选择正确的测量工具，量具种类很多，但不同的工件采用不同的量具作为测量工具。但在数控车削外圆中多采用千分尺和游标卡尺及直尺作为测量工件的量具。由于游标卡尺是一种通用量具使用方便的特点。对一般精度高的零件选用千分尺，如图 4.2 所示。图 4.1 游标卡尺 图 4.2 千分尺5.2 冷却液的选择由于在切削加工过程在，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。由于热长冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量后，工件和刀具会产生变形，最终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的现象。为了提高加零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。该工件材料为 45 钢，为了避免刀具与工件摩擦产生大量热影响工件精度，在加工时主要是以冷却为主，多采用乳化液作为冷却液。常用的冷却液如表 5.1 所示16表 5.1 常用的冷却液从工件材料考虑，切削时不得使用水溶液，考虑到冷却液作用和价格，选择乳化液可以满足要求。从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。它的主要作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。冷却液名称 主要成份 主要作用水溶液 水、防锈添加剂 冷却乳化液 水、油、乳化剂 冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、极压添加剂或油性润滑176.工艺卡片的填写6.1 工艺过程卡片机械加工工艺过程产品名称 轴材料45钢 毛坯尺寸 41mm112mm序号工序名称 工序内容 车间 设备 工装1 下料下料，制造毛坯60mm140mm 圆棒料2 车夹毛坯外圆，向外伸出 50mm的长度，车外轮廓，钻孔、镗孔。金工 数控车床 三爪卡盘3 车 调头，车右端面、车外圆轮廓、切槽、车螺纹 金工数控车床 三爪卡盘4 钳工 去毛刺5 终检 检验图上各尺寸6 入库186.2 工序过程卡片产品名称或代号零件名称 材料 零件图号（工厂） 数控加工工序 卡轴 45 钢工序号 程序编 号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间2 O0001 三爪卡盘 数控车床工步号 工步内容 刀具 号刀具规格/mm主轴转速/（r/min）进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm备注1 车左端面 T0101 35 1000 200 1.5 自动2粗车外轮廓，预留0.5mm 精加工余量。T0101 35 1000 200 1.5自动3 精车外轮廓，控制各表面粗糙度及精度。 T0101 35 1200 120 0.2 自动4 钻孔 - 20 600 - - 手动5 镗孔 T0202 60 750 120 1 自动编制 审核 批准 共 2 页 第 1 页19产品名称或代号零件名称 材料 零件图号（工厂） 数控加工工序 卡轴 45 钢工序号 程序编 号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间2 O0002 三爪卡盘 数控车床工步号 工步内容 刀具 号刀具规格/mm主轴转速/（r/min）进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm备注1 粗车外轮廓，预留0.5mm 精加工余量 T0101 35 1000 200 1.5 自动2精车外轮廓，保证总长 136mm，控制各表面粗糙度及精度。T0202 35 1200 120 0.2 自动3 切槽 T0303 宽度 3mm 800 50 自动4 车 M24X2 螺纹 T0404 60 600 150 1 自动编制 审核 批准 共 2 页 第 2 页207.数控编程7.1 数控编程的分类数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。1)手工编程的定义 手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用手工编程既经济又及时，因而手工编程被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。2)手工编程的意义 手工编程的意义在于加工形状简单的零件(如直线与直线或直线与圆弧组成的轮廓)时，快捷、简便；不需要具备特别的条件(价格较高的硬件和软件等)；对机床操作或程序员不受特殊条件的制约；还具有较大的灵活性和编程费用少等优点。本次零件主要采用了 手动编程的方法进行编制程序。7.2 循环指令格式本次零件加工主要采用了 G71 外圆粗车复合循环指令G71 U (d) R(e) 外圆粗车复合循环指令格式G71 P(ns) Q(nf) U(u) W(w) F(f) S(s) T(t)其中：d 为背吃刀量；e 为退刀量；ns 为精加工轮廓程序段中开始段的段号；nf 为精加工轮廓程序段中结束段的段号；u 为留给 X轴方向的精加工余量；（直径值）w 为留给 Z 轴方向的精加工余21量； f、s、t 为粗车时的进给量、主轴转速及所用刀具。而精加工时处于 ns 到 nf 程序段之内的 F、S、T 有效。7.3 加工程序 （1）、加工程序清单左端程序 O0001程 序 说 明T0101（外圆车刀）M03S1000M08G00X65Z2G71U2R0.5G71P100Q200U0.5W0.5F200N100 G00X41G01Z0F60X45W-2Z-35G02X50Z-37.5R2.5N200 X65F200G00X100Z100T0202(镗刀)M03S1200G00X18Z2换 1 号刀主轴正转，转速为 1000r/min。切削液开快速走到加工起点建立 G71 粗车循环精加工程序起点开始切削外圆轮廓快速运动到换刀点换 2 号刀主轴正转，转速为 1200r/min。快速靠近工件22G71U1R0.5G71P300Q400U0.5W0.5F200N300 G00X32G01Z0F120X28W-2Z-26X24Z-40N400 X18F200G00Z100G00X100M30精加工程序起点开始切削外圆轮廓程序结束左端程序 O0002程 序 说 明T0101（外圆车刀）M03S1000M08G00X65Z2G71U2R0.5G71P100Q200U0.5W0.5F100N100 G00X20换 1 号刀主轴正转，转速为 1000r/min。切削液开快速走到加工起点建立 G71 粗车循环精加工程序起点23G01Z0F60X24W-2Z-25X30Z-35X35Z-55Z-60G02X45Z-65R5G01Z-75G03X50Z-98.5R20N200 G01X65G00X100Z100T0303(切槽刀)G00X25Z2Z-25G01X20F50X25G00X100Z100T0404(外螺纹)G00X25Z2G92X23.5Z-23F2G92X23Z-23F2开始切削外圆轮廓快速运动到换刀点换 3 号刀靠近工件切槽退刀快速离开工件换 4 号刀靠近工件螺纹车削24G92X22.5Z-23F2G92X22Z-23F2G00Z100X100M30 程序结束25结束语毕业设计是我们大学之中最后一个也是最重要的一个总结性设计、一个阶段。通过毕业设计，我们可以将在大学中所学的知识作一个整体性的梳理，把学到的理论知识融会贯通、熟练应用，并结合实习经验，使理论和实际有一个完美的结合。为我们将来踏上工作岗位能够进一步运用综合能力以及解决实际问题作了很好的铺垫。毕业设计过程中，在老师的悉心指导下，我们从数控机床的认识、加工工艺的指定、刀具的选择、数控系统的编程、数控加工操作、毕业论文的书写整理等几个阶段依次进行了认真的解决，圆满的完成了毕业论文的要求。与此同时，我也认识到自身的许多不足：基础理论知识有些不是很扎实，还缺乏相用的工作经验，不能够很好的综合运用。因此，我通过毕业设计，懂得以后如何去做，以使自身能够得到很好的完善。“一份耕耘，一份收获”。虽然这份毕业设计不是很完美，但是毕竟也是自己一手写起来的，感觉还是有些欣慰的。总的来说，这次毕业设计让我学会了更多的独立处理事情的能力，分析能力和解决问题的能力都有所提高，这对我以后的工作也都有很大的好处。26致谢时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。在这个美好的季节里，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着自己生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中来临。经过几个月的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一个大学生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在论文写作过程中，得到了老师的亲切关怀和耐心的指导。老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想上给我以无微不至的关怀，除了敬佩老师的专业水平外，治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们 师恩似海，永生难忘！衷心祝愿各位老师身体健康，工作顺利，生活幸福美满，一生平安！27参考文献1.切削用量简明实用手册 黄如林主编 化学工业出版社 2.机械设计综合课程设计 王之标、王大康主编 机械工业出版社 3.机床制造工艺设计手册 王绍俊主编 机械工业出版社 4.金属切削机床 宋玉鸣主编 中国劳动社会保障出版社 5.机械制造工艺学课程设计指导赵家齐编 机械工业出版社 6.简明机械加工工艺手册徐圣群主编 上海科学技术出版社 7.机械加工工艺师手册杨叔子主编 机械工业出版社8.机械设计基础课程设计指导书 陈立德主编 高等教育出版社 9. 黄成编著 UG NX6.0 模具设计与加工 北京希望电子出版社 200910.王泽鹏等编著 UG NX6.0 中文版数控加工 机械工业出版社 200911.张瑞萍等编著 UG NX6.0 中文版标准教程 北京清华大学出版200912.胡任喜.UG NX6.0 中文版从入门到精通 北京清华大学出版社200913.UG 中文版实用教程 关振宇 刘源 主编 人民邮电出版社14.UGNX6.0 应用与实力教程 周玮 主编 人民邮电出版社28