基于CAXA数控车的轴类零件的加工工艺规程设计

轴类零件的数控加工工艺设计摘 要数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，如数控机床等。数控车床是机械制造系统中一种重要的高效率、高精度与高柔性特点的自动化加工设备，可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应现代化生产的需要。通过在校内数控车间进行的实际操作训练，进一步了解数控机床的组成、性能、结构和特点掌握数控车床的编程指令、基本操作、日常维护保养、简单故障和加工中不正常现象的排除方法，熟悉数控车床加工零件的全过程，能较熟练地使用数控车床的全部功能完成中等复杂程度及以上零件的加工，初步具备在现场分析、处理工艺及程序问题的能力，能独立、正确操作与维护数控车床，加工一般的轴类或盘套类零件；完成给定毛坯的零件的自行设计、编程与加工。现代的 CAD/CAM 都是建立在数控技术之上的。现代数控加工技术知识是现代机械专业学生必需掌握的。在数控加工过程中，要考虑到零件加工工艺路线的安排、加工机床型号的选择、切削刀具的选择、零件加工的定位装夹及数控程序的编制等一系列因素的影响。所涉及到的知识面非常广阔，基本将我们在大学三年里所学知识综合运用起来了所以通过这次毕业设计不仅是一次对我们大学三年来的知识的运用，也是对我们的考验。本次设计内容为零件数控加工工艺及编程加工。具体介绍了数控车床加工的特点、加工工艺分析以及数控编程加工过程，以及夹具的确定等等。关键词：数控车床；数控编程；数控加工工艺I目 录摘 要 .II目 录 .III第 1 章 前言 .1第 2 章 数控加工工艺 .22.1 数控加工工艺分析 .22.1.1 数控加工内容的选择 .22.1.2 不适于数控加工的内容 .22.1.3 数控加工零件的工艺性分析 .32.2 数控加工工艺路线的设计 .42.2.1 零件表面数控车削加工方案的确定 .42.2.2 加工阶段的划分 .52.2.3 工序的划分 .62.2.4 加工顺序的安排 .72.3 数控加工工序设计 .92.3.1 机床的选择 .92.3.2 工件定位与夹紧方案的确定和夹具的选择 .102.3.3 夹具的选择 .112.3.4 数控刀具的选择 .122.3.5 走刀路线的确定和工步顺序的 .132.3.6 切削用量的确定 .142.3.7 测量方法的确定 .14第 3 章 轴类配合件的工艺文件编制 .153.1 零件的工艺分析 .153.2 选定加工内容及数控机床 .163.3 确定加工工序、工步及装夹方案 .17第四章 数控程序分析及编制 .20II4.1 程序分析 .204.2 工序 1、2 程序代码 .20总 结 .23致 谢 .24参考文献 .250第 1 章 前言随着计算机技术的发展，计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。CAD/CAM 技术自动加工的实现对社会产生了巨大的经济效益。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发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发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发展的大趋势。此次毕业设计主要以灵活运用专业知识来解决实际生产中的问题为目的，通过所学知识对零件进行图纸分析、选定加工方案和使用数控设备进行零件加工，加强了对数控实际操作的能力分析。设计的过程分为绘制零件图、编写工艺卡、工序卡、编写数控加工程序和撰写设计说明书四个阶段，在绘制零件图中，我们熟悉课题的基本要求后查找资料，熟悉有关内容，于 4 月初结束这阶段的工作后转入编写工艺卡、工序卡阶段；在编写工艺卡、工序卡中，主要是提供工序卡片、刀具卡片、装夹简图的电子稿，于 4 月中旬完成了这个阶段性任务；编写数控加工程序，历经一个半月，主要是提供数控加工程序电子表；最后利用了一周的时间完成撰写设计说明书课题的所有设计工作于 5 月底全部结束。在设计中，通过对图纸分析对加工工艺工序、加工刀具、装夹方案等进行拟定，并编写出数控加工程序，本课题是零件一与零件二配合加工，主要的难点是连续圆弧曲线加工。1第 2 章 数控加工工艺2.1 数控加工工艺分析在数控车床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数等编制成程序，整个加工过程时自动进行的，因此程序编制前的工艺分析是一项十分重要的工作。2.1.1 数控加工内容的选择数控加工工艺内容的选择,对于一个需要加工的零件来说，并非全部的加工工艺过程都适合在数控机床上完成,只往往其中的一部分工艺内容适合使用数控加工的方法来加工工艺零件。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。1 适于数控加工的内容：在选择时，一般可按下列顺序考1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； 2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。根据数控加工的优缺点，一般认为以下零件最适宜数控加工：(1)形状复杂、加工精度要求高、用普通机床无法加工或虽然加工很难保证产品质量的零件。(2)能用数学模型描述的复杂曲线或曲面零件。(3)具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的课题或盒型零件。(4)必需在一次装夹中合并完成机、铰或螺纹加工等多道工序的零件2.1.2 不适于数控加工的内容1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；22）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度2.1.3 数控加工零件的工艺性分析图 2-1 轴 类 零 件在确定了数控加工零件及其内容后，应该对零件的数控加工工艺性进行全面仔细的分析。工艺分析时对工件进行数控加工前期工艺准备工作，数控机床加工中所有工步的道具选择、走刀轨迹、切削用量、加工余量等都有预先确定好并编入加工程序。数控加工工艺性分析涉及内容广，在此仅从数控加工的必要性、可能性与方便性及毛坯的选择等方面加以分析。1、零件图分析1)熟悉产品的性能、用途、工作条件，结合总装图、部装图，了解零件在产品中的功用、工作条件，掌握零件上影响产品性能的关键技术要求，以便在制定工艺规程时采用相应措施予以重点保证。2）审查图样的正确性、合理性，视图应当正确、完整及表达清楚，符合国家要求，尺寸及有关技术要求应标注齐全，构成零件的几何元素（点、线、面、3）的条件（如相切、相交、垂直、平行等） ，是数控编程的重要依据。手工编程时，要依据这些条件计算每一个节点的坐标。因此，我们要对给定的几何条件进行仔细的分析，看是否充分，准确。3）审查尺寸标注。零件图上尺寸标注的方法应适应数控加工的特点，如图中所示，在数控零件图上，应以同一基准标注尺寸或者直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。由于数控加工精度高，不会因为较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将标注设为同一基准标注。4）材料选择要恰当在满足零件功能的前提下应选用廉价的材料。材料选择应立足国内，不要轻易选用贵重即紧缺的材料。5）零件主要由圆柱面、圆弧面、槽、外螺纹等构成。加工零件时要重点保证外圆尺寸 、 、 和外螺纹 M241.5-6g 尺寸的准确。025.025.3025.46）零件材料为 45 号钢，无热处理和硬度要求。2、零件的结构工艺性分析所谓零件的结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。零件的结构工艺性对其工艺过程影响很大，使用性能相同而结构不同的零件，其制造难易管理方式和成本可能会有很大差别。零件的结构工艺性问题涉及面广，毛坯制造、机械加工、热处理、装配对零件都有结构工艺性要求。2.2 数控加工工艺路线的设计工艺路线的拟定是制定工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括：选择定位基准、选择加工方法、划分加工阶段、安排工序等。在实际加工中，我们应该结合零件的实际情况和现有的生产条件，制定出最佳的工艺路线。2.2.1 零件表面数控车削加工方案的确定 一般根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零件表面的数控车削加工方法及加工方案。数控车削外圆表面及端面的加工方案如下：4（1）加工精度为 IT9IT7 级、表面粗糙度 Ra 为 0.80.2um 的除淬火钢以外的常用金属，可以采用粗车、精车的加工方案加工。（2）加工精度为 IT7IT5 级、表面粗糙度 Ra 为 0.630.2um 的除淬火钢以外的常用金属，可以采用粗车、半精车、精车的加工方案加工。（3）加工精度高于 IT5 级、表面粗糙度 Ra0.63um 的除淬火钢以外的常用金属，可以采用高精密数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的加工方案加工。2.2.2 加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时，应把整个数控加工过程划分为几个阶段，通常划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。1粗加工阶段（1）粗加工阶段是为了去除毛料或毛坯上大部分的余量，使毛料或毛坯在形状和尺寸上基本接近零件的成品状态，这个阶段最主要的问题是如何获得较高的生产效率。（2）加工零件左端。车端面，夹直径 45mm 毛坯，使伸出 50mm，校正、夹紧，用外圆车刀加工端面。粗车外圆。粗加工外轮廓 、 、025.025.3阶梯轴，留精加工余量 0.5mm 并精加工。025.4（3）加工零件右端。工件换边安装，夹 外圆，夹持长 19mm 车端面。025.3车端面保证总长 mm，并倒角 C1.5104（4）加工零件右端：粗加工外轮廓连续圆弧曲线和锥度，留精加工余量0.5mm 并精加工。（5）最后循环粗精加工外螺纹 M241.5-6g。2半精加工阶段半精加工阶段是使零件的主要表面达到工艺规定的加工精度，并保留一定的精加工余量，为精加工做好准备。半精加工阶段一般安排在热处理之前进行，在这个阶段，可以将不影响零件使用性能和设计精度的零件次要表面加工完毕。3精加工阶段5精加工阶段是使零件的主要表面达到工艺规定的加工精度，精加工阶段一般安排在热处理之前进行，在这个阶段，可以将不影响零件使用性能和设计精度的零件加工完毕。2.2.3 工序的划分工序的划分一般分为两个原则，即工序集中和工序分散的原则1、工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成，而每一工序的加工内容却比较多。其特点：1）采用高效专用设备及工艺装备，生产效率高。2）工件装夹次数减少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。3)工序数目少，可减少机床数量，操作工人数和生产面积，还可简化生产计划和生产组织工作。4）因采用了结构复杂的专用设备及工艺装备，便投资大，调数和维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费时。2、工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少，最少时每个工序仅一个简单工步。其特点:1)设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，又易于平衡工序时间，易适应产品更换。2）可采用最合理的切削用量，减少基本时间。3）设备数量多，操作工人多，占用生产面积大。工序的划分方法 工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构和技术要求等。大批量生产时，若使用多轴、多刀的高效加工中心，工序可按集中原则划分；若在由组合机床组成的自动线上加工，工序一般按分散原则划分。随着现代数控技术的发展，特别是车削中心的应用，工艺路线的安排更多地趋向于工序集中。单件小批量生产时，通常采用工序集中原则。成批生产时，可按工序集中原则划分，也可按工序分散原则划分，应视具体情况而定。对于结构尺寸和重量都很大的重型零件，加工中心以减少装夹次数和运输量，应采用工序集中原则。对于刚性差、精度高的零件，应按工序分散原则划分工序。加工工序的划分原则 在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序。划分方法如下：61)按所用刀具划分。以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的待加工表面较多、机床连续工作时间较长、加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心常用这种方法划分。 2)按安装次数划分。以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序沈阳机床。这种方法适用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。3)按粗、精加工划分.即粗加工中完成的那部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、加工中心精加工分开的零件，如毛坯为铸件、焊接件或锻件。4)按加工部位划分，即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点(如内形、外形、曲面和平面等)划分成多道工序。2.2.4 加工顺序的安排 在选定加工方法、划分工序后，工艺路线拟定的主要内容就是合理安排这些加工方法和加工工序的顺序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序(包括表面处理、清洗和检验等)，这些工序的顷序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。因此沈阳机床，在设计工艺路线时，应合理安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题。1、切削加工工序的安排原则基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔，依照上述原则，对于具体的零件，我们首先粗车出轴类零件的外轮廓，然后在半精车那些有粗糙度要求的表面，最后精车粗糙度要求较高的表面，然后再把零件换到数控铣床上面去加工出键槽。(1)基准面先行原则 用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面；箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。7(2)先粗后精 当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。(3)先主后次 即先加工主要表面，然后加工次要表面。(4)先面后孔 对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。（5）先内后外原则 即先进行内型内腔加工工序，后进行外形加工工序。（6）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。（7）以相同安装方式或用同一刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数。（8）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。在安排加工顺序时，要注意退刀槽、倒角等工作的安排。2、热处理工序的安排 机械零件中常用的处理工艺有热处理（退火、正火、调质、渗氮等）和时效（天然时效和人工时效） 。这两种工序在工艺过程中的安排是否恰当，是影响零件加工质量和材料使用性能的重要因素。热处理和时效的方法、次数和工艺过程中的位置，应根据材料和处理的目的而定。热处理主要用来改善切削性能及消除内应力。一般可分为以下几种。1）预备热处理安排在机械加工之前，以改善材料的切削性能及消除内应力为主要目的。常用的方法有退火、正火和调质。例如，为改善切削性能高碳钢需进行了退火，以降低硬度；低碳钢需进行正火，以适当提高硬度；为清除内应力，铸件需进行回火，缎件需进行正火等。2）去除内应力热处理一般安排在粗加工之后，精加工之前，常用的方法有人工时效、退火等。如精度要求不高的零件，一般将消除残余应力的人工时效和退火安排在毛坯进入机加工车间之前进行。对精度要求较高的复杂铸件，在机加工过程中通常安排两次在毛坯进入机加工车间之前进行。对精度要求较高的复杂铸件，在机加工过程中通常安排时效处理：铸造粗加工时效半精加工时效精加工。对高精度零件，如精密丝杠、精密主轴等，应安排多次消除残余应力热处理，加工一次安排一次，甚至采用冰冷处理以稳定尺寸。83）最终热处理以达到图样规定的零件的强度、硬度和耐磨为主要目的，常用的方法有表面淬火、渗碳、渗氮和调质、淬火等，最终热处理应安排在半精加工之后，磨削加工之前。渗氮处理可以放在半精磨之后，精磨之前。另外，对于床身、立柱等铸件，常在粗加工前及粗加工后进行自然时效，以消除内应力。3.辅助工序的安排辅助工序的种类很多，如检验、去行刺、倒棱边、去磁、清洗、动平衡、涂防锈漆和包装等。2.3 数控加工工序设计工序设计时，所用机床不同，工序设计的要求也不一样。对普通机床加工工序，加工细节问题可不必考虑，由操作者在加工过程中处理。对数控机床加工工序，针对数控机床加工自动化、自适应差的特点，要充分考虑到加工过程中的每一个细节，工序设计十分严密。数控加工工序设计的主要任务是进一步将本工序的工艺装备、定位夹紧方式加工路线的确定和工步顺序的安排、切削用量的选择等具体确定下来，为编制加工程序做好充分准备。2.3.1 机床的选择当工件表面的加工方法确定之后，机床的种类就基本上确定了。但是，每一类机床都有不同的型式，它们的工艺范围、技术规格、加工精度和表面粗糙度、生产率和自动化程度都各不相同。为了正确地为每一道路工序选择机床，除了充分了解机床的技术性能外，通常要考虑以下几点。1.工序节拍适应性机床的类型应与工序的划分原则相适应，再根据加工对象的批量和生产节拍要求来决定。若工序按集中原则划分的，对单件小批量生产，则应选择通用机床或数控机床，是用一台数控机床来完成加工，还是选择几台数控机床来完成加工；对大批量生产，则应选择高效自动化机床和多刀、多轴机床。若工序按分散划分的，则应选择结构简单的专用机床。92.形状尺寸适应性机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应。即小工件则选小规格的机床加工，大工件则选大规格的机床加工。另外，所选用的数控机床必须能适应被加工零件的形状尺寸要求。这一点应在被加工零件工艺分析的基础上进行，如加工空间曲面形状的叶片，往往要选择四轴或五轴联动数控铣床或加工中心。这里要请注意的是防止由于冗余功能而付出昂贵的代价。3.加工精度适应性机床的精度与工序要求的加工精度相适应。如精度要求低的粗加工工序，应选用精度低的机床；精度要求高的精加工工序，应选用精度高的机床。但机床的精度不能过低，也不能过高。机床精度过低，不能保证加工精度，机床精度过高，又会增加零件的制造成本，应根据加工精度要求合理选择，保证有三分之一的储备量。注意不要一味地追求不必要的高精度。综合考虑上述因素，在选择机床时，应充分利用现有的设备，优先考虑新技术、新工艺来提高生产效率。2.3.2 工件定位与夹紧方案的确定和夹具的选择1工件的定位与夹紧方案的确定在数控机床上工件的定位基准与夹紧方案的确定，应遵循定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。此外，在数控机床上装夹工件时应考虑以下几个因素；（1）力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。应防止过定位，箱体工件最好选择一面两销作为定位基准。定位基准在数控机床上要细心找正。为了找正方便，有的机床，例如卧式加工中心工作台侧面，应安装专用定位板。（2）尽量减少装夹次数。尽可能在一次定位装夹后就能加工妯全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，并充分发挥数控机床的效率。（3）避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。102.3.3 夹具的选择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与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下几点：(1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短准备时间，节省生产费用。(2)在成批量不大时，应尽量采用组合夹具，并力求结构简单，夹具结构应有足够的刚度和强度。(3)因为在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件夹紧引起的变形造成工件加工不良。夹紧力应靠近主要支承点，力求靠近切削部位。(4)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，加工部位开阔，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给（如产生碰撞等）。(5)装卸零件要快速、方便、可靠，以缩短准备时间，批量较大时应考虑气动或液压夹具、多工位夹具。综合零件（如图 2-1） 。典型的轴类零件,形状很规则，故夹具选用三爪自定心卡盘如（图 2.3） ，三爪卡盘装夹工件时可自动定心，不需找正。如图 2.3 三爪卡盘112.3.4 数控刀具的选择刀具的合理选择和使用，对提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期及加快新产品开发等到方面有十分重要的作用。国外有资料表明，刀具费用一般占制造成本 2.5%4%，但它却直接影响占制造成本 20%的机床用和 38%的人工费用。如果进给速度和切削速度提高 15%20%，则可降低制造成本 10%15%。这说明使用好刀具会增加成本，但效率提高则会使机床费用和人工费用有很大降低，这正是工业发达国家制造业所采用的加工策略之一。应根据机床的加工能力、工件材料的性质、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选择刀具及刀柄。刀具选择的总原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。一般优先采用标准刀具，必要时也采用各种高生产率的复合刀具及其他一些专用刀具。此外应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。刀具的类型、规格和精度等应符合加工要求，刀具材料应和工件材料相适应。在刀具性能上，数控机床加工所用刀具应高于普通机床加工所用刀具。所以选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几个方面。1.切削性能好为适应刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时，能采用大的背吃刀量和高速进给，刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控统对刀具寿命进行管理。2.精度高为适应数控加工的高精度和自动牛换刀等要求，刀具必须具有较高的精度。如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达 0.005mm 等。3.可靠性高（4）这个零件可以采用涂层刀，分别是 90 外援车刀 45 端面刀 60 螺纹刀 内孔车刀 麻花钻12要保证数控加工中不会发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具 及与之组合的附件必须具有很具有很好的可靠性及较强的适应性。4.耐用度高数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽是减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率及保证加工质量。5.断屑及排屑性能好在数控加工中，焗断屑和排屑不像普通机床加工那样，能及时收人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工不表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的顺利、安全运行，所以要求刀具应具有较好如丘而止断屑性能。2.3.5 走刀路线的确定和工步顺序的数控加工中，刀具刀们点相对于工件运动的轨迹称为进给路线，刀称走刀路线。它不但包括季工步的内容，而且也反映出工步的顺序。在普通机床加工中，进给路线由操作者直接控制，工序设计时必须考虑。但在数控加工中，进给路线中由数控系统控制的，因此，工序设计时必须拟定好刀具的进给路线，并绘制进给路线图，以便写在数控加工程序中。工步顺序是指同一道工序中各个表面加工的先后次序。它对零件的加工质量、加工效率和数控加工中的进给路线有直接影响，应根据零件的结构特点及工序的加工要求等合理安排。工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线埋，主要遵循以下几点原则：(1)加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。(2)应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率。(3)尽是简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作。(4)当某段进给路线重复使用时，为了简化编程，缩短程序长度，应使用子程序。13此外，确定加工路线时，还要考虑工件的形状与刚度、先完成对刚性破坏小的工步，后完成对刚性破坏大的工步，以免工件刚性不足影响加工精度等以及设计刀具的切入与切出方向和在铣削加工中是采用顺铣还是逆铣等。2.3.6 切削用量的确定数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。切削乃是应根据加工性质、加工要求、工件材料及刀具的尺寸和材料等查阅切削手册并结合经验确定。确定切削用量时除了遵循切削用量选择的原则和方法外，还应考虑以下因素。1.刀具差异不同厂家生产的刀具质量差异较大，所以切削用量须根据实际所用刀具和现场经验加以修正。一般进口刀具允许的切削乃是高于国产刀具。2.机床特性切削用量受机床电动机的功率和机床的刚性限制，必须在机床说明书规定的范围内选取，避免因功率不够发生闷车，或刚性不足产生大的机床变形或振动，影响加工精度表面粗糙度。3.数控机床生产率数控机床的工时费用较高，刀具损耗费用所占比重较低，应尽量用高的切削用量，通过适当降低刀具寿命来提高数控机床的生产率。2.3.7 测量方法的确定一般情况下，数控加工后工件尺寸的测量方法与普通机床加工后的测量方法几乎相同：单件小批量生产中应采用通用量具，如游标卡尺、百分表等；大批大量生产中应采用各种量规和一些高生产率的专用检具与量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。在特殊情况下14第 3 章 轴类配合件的工艺文件编制零件图样如下图所示，生产纲领：单件。图 3-1 零件图3.1 零件的工艺分析此轴类零件较为简单，从外形上看零件左边部分有由阶梯轴组成，但是要求的精度要求较高，需做精加工方可完成零件的工艺要求。零件材料是 45 号钢，无热处理和硬度要求。加工重点保证外圆尺寸、 、 和右端连续曲线和外螺纹 M241.5-6g。 尺寸标注025.025.3025.4完整，轮廓描述清楚。左端轮廓应分粗、精车和车槽来完成，左端轮廓应分粗、精车、车槽和外螺纹来完成。流程图如下图所示。153.2 选定加工内容及数控机床加工内容：本课题是车削零件加工，零件主要由圆柱面、圆弧面、槽、外螺纹等构成。零件材料为 45 号钢，无热处理和硬度要求。加工零件时要重点保证外圆尺寸 、 、 和外螺纹 M241.5-6g。本次加工通用机025.025.3025.4床无法加工的内容，通用机床难加工，质量也难以保证的内容作为优先选择内容，通用机床加工效率低、工人手动操作劳动强度大的内容作为重点选择内容。数控机床：CK6140A 参数如下表 3-2。表 3-2机床型号 单位 CK6140 数控车床床身最大回转直径 mm 400拖板最大回转直径 mm 200最大切削直径 mm 400最大加工长度 mm 1000X/Z 轴最大行程 mm 280/1000X/Z 轴最小位移单位 mm 0.001主轴通孔直径 mm 83主轴内孔锥度 1：20主轴级数 无极主轴极限转速 rpm 150-2000工件夹紧方式 mm 手动卡盘主电机功率（变频） kW 7.5变频器 kW 11X/Z 轴 N.m 6/6X/Z 轴快移速度 M/min 5/8刀架型式 4 工位电动刀架刀杆尺寸 mm 2020刀架重复定位精度 mm 0.004尾座型式 有尾座套筒直径 mm 60尾座套筒行程 mm 100尾座顶尖锥孔 莫氏 4#机床净重 kg 1560机床外型尺寸（LWH）mm 223012801640电力需求（功率/电流） kW/A 10/20重量 kg 1650163.3 确定加工工序、工步及装夹方案本课题按安装次数来划分工序，共分 4 道工序。一、先加工零件左端：(一)工艺路线1车端面。夹直径 45mm 毛坯，伸出长度约 50mm，校正、夹紧，用外圆车刀加工端面。2粗车外圆。粗加工外轮廓 、 、 阶梯轴，留精加025.025.3025.4工余量 0.5mm。3精车外圆。粗加工外轮廓 、 、 阶梯轴至尺寸要025.025.025.求。(二)装夹方案及加工部位17图 3-3 装夹图二、加工零件右端：(一)工艺路线1工件换边安装，夹 外圆，夹持长 19mm，取总长 104mm，平端面，m35加工右端2车端面。3.加工端连续圆弧曲线。4.加工 21X4 退刀槽及 M24X1.5-6g 外螺纹(二)装夹方案及加工部位18图 3-4 调头装夹图19第四章 数控程序分析及编制4.1 程序分析设定毛胚总长 105mm，直径 45mm，按照工艺编程，使用法兰克系统，生成 G代码。4.2 工序 1、2 程序代码O0001 加工左端T0101M03S600（一号刀 93外圆车刀） 换一号外圆车刀,主轴正转，转速600r/minG00X47Z3 快速定位到加工循环起点G71U2R1 外圆粗车复合循环加工，背吃刀量2mm，退刀量 1mmG71P1Q2U0.5W0.1F0.2 X 余量 0.5Z 余量 0.1 进给量 0.2mm/rN1G01X22 X 向进刀Z0 Z 向进刀X25Z-1.5 切 1.5 倒角Z-10 Z 向进刀X32 X 向进刀X35Z-11.5 加工锥度Z-29 Z 向进刀X36 X 向进刀X42Z-32R3 切圆弧 r5Z-48 Z 向进刀20N2X47 X 向进刀G70P1Q2S700F0.01 精加工G00Z100X100 退至安全点M30 程序结束O0002 加工右端T0101M03S600（一号刀 93外圆车刀） 换一号外圆车刀,主轴正转，转速600r/minG00X47Z3 快速定位到加工循环起点G71U2R1 外圆粗车复合循环加工，背吃刀量2mm，退刀量 1mmG71P1Q2U0.5W0.1F0.2 X 余量 0.5Z 余量 0.1 进给量 0.2mm/rN1G01X21 X 向进刀Z0 Z 向进刀X24Z-1.5 切 1.5 倒角Z-18 Z 向进刀X30 X 向进刀W-2 Z 向进刀G02X30Z-40R15 切圆弧 r15G03Z-50R7.5 切圆弧 r7.521G01X42Z-58 加工锥度N2X47 X 向退刀G00Z100X100 退至安全点M30 程序结束T0202M03S400（二号切槽刀，刀宽4mm）换二号外槽刀G00X35Z2 快速定位到加工循环起点G01Z-18F0.1 Z 向进刀X21 X 向进刀X35 X 向退刀G00X100Z100 退至安全点M30 程序结束T0303M03S450（三号刀 60 度外螺纹刀） 换三号外螺纹车刀G00X32Z3 快速定位到加工循环起点G92X24Z-17F1.5 螺纹切削循环指令螺距 1.5X23.5 X 进刀至 X23.5X23 X 进刀至 X23X22.05 X 进刀至 X22.05X22.05 精加工G00X100Z100 退至安全点M30 程序结束22总 结在整个加工过程中，遇到了许许多多的问题，有机床上的问题，有加工方面的问题，这些问题在老师和同学的帮助下都一一解决了，以下就是加工质量问题的分析： 首先，因为受条件限制，只能选择 CKA-6140 普通型数控车床，其加工精度本身就不够。其次，夹具和刀具也会影响零件的加工精度。在加工过程中，如果夹具没有装夹平衡，在加工过程中就会出现径向或者端面跳动的情况，从而导致产生误差。刀具在加工过程中发热以及刀片装夹不稳定都会导致刀片磨损，从而导致加工出来的工件产生误差或者粗糙度偏大。再者，对刀的精确也是影响加工精度的因素。我们在加工过程中，完全采用手工对刀，靠眼睛去观察，这样或多或少会产生误差，从而影响零件的精度。最后，冷却液也能影响到零件的加工精度。在加工时，工件与道具摩擦会产生大量的热，从而导致工件热变形，同时也会加剧刀具的损坏程度。因此，选择合理的冷却液以及冷却方式显得非常重要，他们会直接影响加工精度。除上述原因之外，还有些原因，如：机床主轴本身有摆动情况、机床有振动、刀刃太长，刀具硬度不够等等都会影响到加工精度和光泽度。遇到以上问题后，在经过指导老师的指导下，总结如下：对车床进行定期保养，发现有磨损的零件及时进行更换。定期调校车床的精度，提高对刀精度，把误差尽可能地降低到最小。加工时，尽量选择刚度大、刀刃短的刀具来使用。同时，在加工的过程中，优先采用高转速，快进给；小切深，大切宽的工艺参数，从而达到降低切削力的目的。23致 谢通过这次的毕业设计，让我把学校所学的知识和近半年的实践相结合，使我对数控加工更加了解，当然这也大大提高了我独立思考问题和解决问题的能力。在此过程中我查阅关于数控车床编程、数控加工方面的资料，和请教了工厂里的师傅，这让我的知识更加的丰富，对理论的研究及理论与实践的结合有了一个全新的突破，也让我对于制造业这个行业有了一个更深的了解。在做这次毕业设计过程中使我学到了很多，我感到不论做什么事都要真真正正用心去做，才会使自己更加的成长，没有学习就不可能有实践的能力，没有自己的实践就不会有所突破，希望这次的经历能让我们在以后的学习生活中不断成长与进步。感谢老师三年来的辛勤栽培。24参考文献1 韩鸿栾 数控编程 中国劳动社会保障出版社 2004 年2 朱正伟 数控机床机械系统中国劳动社会保障出版社 2004 年3 陈华.数控车床编程与操作实训.重庆大学出版社.2006 年4 杨仲冈.数控设备与编程.高等教育出版社.2004 年5 顾京.数控机床加工程序编制.机械工业出版社.2006 年6 王爱玲.数控机床加工工艺.机械工业出版社.2006 年7 王定勇.数控车削编程与加工.国防工业出版社.2008 年8 朱龙根机械系统设计（第二版） ，机械工业出版社 2005 年9 杨晓蔚机床主轴轴承最新技术 主轴轴承 2010 年