刀芯轴数控车削加工工艺及编程设计

毕 业 设 计（论 文）设计题目：刀芯轴数控加工工艺及编程专 业：数控技术班 级：学 号：姓 名：指导老师：起讫日期年 月 日 年 月 日摘要 刀芯轴部件由主轴、轴承、传动件（如齿轮、带轮）和固定件（如螺母）等组成，是机床的重要组成部分。机床工作时由刀芯轴夹持工件（车床）或刀具（钻床、镗床、铣床、磨床等）直接参加表面成形运动，所以，刀芯轴轴部件的工作性能对加工质量和机床生产率有重要影响。本文针对提供的刀芯轴零件，并对刀芯轴进行加工工艺的规程设计，包括了刀芯轴轴的数控车削加工，介绍了数控车的加工工艺及数控编程，以此刀芯轴轴进行数控车的加工工艺编制和数控编程的设计。关键词：刀芯轴，数控车削，数控编程，加工工艺目 录摘要.I1章 绪论.5 1.1数控机床的介绍.7 1.2数控编程的介绍.102主轴零件加工工艺设计.16 2.1芯轴零件的工艺分析.16 2.2刀芯轴零件的工艺安排.16 2.3编制加工工艺.16 2.4手动编制程序.193刀芯轴零件的数控编程加工.21 3.1数控编程的定义.21 3.2数控编程的分类.22 3.2.1编程方法的选择.24 3.3数控编程原点的确定.26 3.4数控加工程序清单.27致谢.28参考文献.29附录.301绪论1.1数控机床的介绍数字控制（Numerical Control,简称NC）技术是近代发展起来的一种用数字化信息进行控制的自动控制技术，在机床领域具体指的是用数字化信号对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。定义中的“机床”不仅指金属切削机床，还包括其他各类机床，如线切割机床，三坐标测量机等。数控系统（NC System）是指采用数字控制技术的控制系统。这种控制系统，能自动阅读输入载体上预先给定的数字值和指令，并将其译码，处理，从而自动的控制机床进给运动进行零件加工。装备了数控系统的机床称为数控机床。数控机床（NC Machine Tools）又称CNC机床，数字化信息实现机床控制的机电一体化产品。它能利用数字化信息（指令，代码）对机床的进给运动和加工过程进行控制，即把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的启动和停止，主轴变速，刀具的选择，工件的夹紧松开，冷却电动机的开关等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。1.1.1 数控机床的产生和发展 （1）产生 机械产品的自身要求 单件、多品种小批量零件约占80%以上（2）发展1952年 美国Parsons公司和MIT 三坐标数控立铣床 1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工 数控系统采用电子管元件-电子管时代1959年 采用晶体管和印制板电路-第二代数控系统1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置 第四代数控系统（CNC系统）1974年 以微处理为核心的数控系统 第五代数控系统（MNC系统）（3）我国1958年 起步20世纪 60年代末70年代初 研制出一些晶体管式数控系统20世纪80年代初1985年 进入实用阶段19861990年 数控机床大发展时期1991年 300多种1.1.2 数控技术发展趋势1）高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 采用抗干扰技术，提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化、通用化和标准化 提高自诊断及保护功能2）高柔性化 柔性：指机床适应加工对象变化的能力3）高精度化利用数控系统的补偿功能采用高分辨率，高响应性的绝对位置传感技术提高数控机床机械本体中基础大件的结构刚性和热稳定性4）高速度化机械方面：提高切削速度和减少辅助时间数控系统：CPU5）复合化工序复合化功能复合化6）制造系统自动化 1.1.3数控机床的组成 数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。加工程序载体数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。数控装置数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（Software NC）。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。1）输入装置：将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置。主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入和连接上级计算机的DNC（直接数控）输入，现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。（1）纸带输入方式。可用纸带光电阅读机读入零件程序，直接控制机床运动，也可以将纸带内容读入存储器，用存储器中储存的零件程序控制机床运动。（2）MDI手动数据输入方式。操作者可利用操作面板上的键盘输入加工程序的指令，它适用于比较短的程序。在控制装置编辑状态（EDIT）下，用软件输入加工程序，并存入控制装置的存储器中，这种输入方法可重复使用程序。一般手工编程均采用这种方法。在具有会话编程功能的数控装置上，可按照显示器上提示的问题，选择不同的菜单，用人机对话的方法，输入有关的尺寸数字，就可自动生成加工程序。（3）采用DNC直接数控输入方式。把零件程序保存在上级计算机中，CNC系统一边加工一边接收来自计算机的后续程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM软件设计的复杂工件并直接生成零件程序的情况。2）信息处理：输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信 不同类型的数控机床(13张)息，由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据包括：零件的轮廓信息（起点、终点、直线、圆弧等）、加工速度及其他辅助加工信息（如换刀、变速、冷却液开关等），数据处理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包括刀具半径补偿、速度计算及辅助功能的处理等。3） 输出装置：输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲，并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大，驱动伺服系统，从而控制机床按规定要求运动。伺服与测量反馈系统伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。测量元件将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。机床主体机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比，数控机床主体具有如下结构特点：1）采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗震性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施，可减少热变形对机床主机的影响。2）广泛采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动链缩短，简化了机床机械传动系统的结构。3）采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。数控机床辅助装置辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。1.1.4 数控加工的介绍1.1.4.1 数控加工过程与传统加工比较，数控加工与普通机床加工方法与内容上有许多相似之处，不同点主要表现在控制方式上。以机械加工为例，用普通机床加工零件时，工序的安排、机床运动的先后次序、走刀线路及有关切削参数的选择等，都是由操作者自行考虑和确定的，而且是用手工操作方式来进行控制的。操作者总是根据零件和工序卡的要求，在加工过程中不断改变刀具与工件的相对运动轨迹和加工参数（位置、速度等），使刀具对工件进行切削加工，从而得到所需要的合格零件。如果采用自动车床，仿形车床和仿形铣床加工，虽然也能达到对加工过程的自动控制目的，但其控制是通过预先配置的凸轮、挡块及靠模来实现的。而在CNC机床上，传统的人工操作均被数控系统的自动控制所取代。其工作过程是：首先要将被加工的零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴速度和进给速度的变换、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，按规定的代码和格式编成加工程序，然后将该程序送入数控系统。数控系统则按照程序的要求，先进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。1.1.4.2 数控加工中的数据转换过程CNC系统的数据转换过程如图所示成形运动进给伺服系统插补处理刀补处理 译码加工程序切削运动、机床I/O装置PLC控制 （1） 译码译码程序的主要功能就是将用文本格式（通常用ASCII码）表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所需要的数据结构（格式），该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。它主要包括：X、Y、Z等坐标值，进给速度，主轴转速，G代码，M代码，刀具号，子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。（2） 刀补处理（计算刀具中心轨迹） 为方便编程，零件加工程序通常是按零件轮廓或按工艺要求设计的进给路线编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心（准确地说是刀位点）轨迹因此在加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的处理程序（3） 插补计算数控编程提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹，而刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点则由数控系统的插补装置或插补软件来控制。该程序以系统规定的插补周期定时运行，它将由各种线性（直线、圆弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度F，实时计算出各个进给轴在内的位移指令（），并送给进给伺服系统，实现成形运动。（4） PLC控制CNC系统对机床的控制分为对各坐标轴的速度和位置的“轨迹控制”和对机床动作的“顺序控制”或称“逻辑控制”。后者是指在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器、等开关信号状态为条件，并按预先规定的逻辑关系对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行等进行控制，PLC控制就是实现上述功能的模块通过所述，数控机床加工原理就是讲预先编好的加工程序以数据的形式输入数控系统，数控系统通过译码、刀补处理、插补计算等数据处理和PLC协调控制，最终实现零件的自动化加工。 1.1.5 数控机床的特点与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：1) 加工精度高，质量稳定，现在一般的数控机床的精度都能达到0.001mm2) 能完成普通机床难以完成的加工或根本不能加工的复杂零件的加工。3) 生产效率高，数控机床的主轴转速，进给速度和快速定位速度高，通过合理选择切削参数，可充分发挥刀具的切削性能，减少切削时间，不仅加工过程稳定，而且能保证加工效果的高精度。而且不需要在加工过程中进行测量检查，就能连续的完成整个加工过程，减少辅助动作时间和停机时间4) 柔性高，通用性强5) 有利于制造技术向综合自动化方向发展。数控机床是机械加工自动化的基础设备之一，当今以数控机床为基础建立起来的FMC,FMS,CIMS等综合自动化系统使机械制造的集成化，自动化和智能化得以逐步实现。6) 功能丰富。CNC系统不仅能控制机床的运动，而且还对机床进行全面的监控，自诊断报警，通信管理等。7) 减少人工劳动强度，改善劳动条件，实现一人多机操作8) 不足：初期投资大，维修维护难度大，同时对操作人员的技术水平要求较高。1.1.6 数控机床的特点与分类 1.1.6.1 按工艺用途分类 （1） 普通数控机床为了不同的工艺需要，与传统的通用机床一样，有数控车、铣、钻、磨及镗床等，而且每一类都有好多品种。这类机床的工艺性能与通用机床相似，所不同的是它们能自动的加工精度较高、形状更复杂的零件。 （2）数控加工中心 数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。典型的机床有镗铣加工中心和车削加工中心。 （3）多坐标数控机床有些复杂形状的零件，用三坐标数控机床无法完成加工，需要三个以上的坐标的合成运动才能加工出来所需要的曲面形状，于是出现多坐标联动的数控机床，其特点是数控装置同时控制多坐标的联动，现在常用的有4、5、6坐标联动的数控机床。（4）数控特种加工机床包括数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控激光切割机床。1.1.6.2 按控制运动的方式分类 （1）点位控制数控机床：它是指能控制刀具相对于工件的精确定位控制系统,而在相对运动的过程中不能进行任何加工。 通过采用分级或连续降速，低速趋近目标点，来减少运动部件的惯性过冲而引起的定位误差。 （2）直线控制数控机床:它是指控制机床工作台或刀具以要求的进给速度，沿平行于某一坐标轴或两轴的方向进行直线或斜线移动和切削加工的机床。这类数控机床要要求具有准确的定位功能和控制位移的速度，而且也要偶刀具半径和长度的补偿功能以及主轴转速控制的功能。现代组合机床也算是一种直线运动控制数控机床。 （3）轮廓控制的数控机床:它是指能实现两轴或两轴以上的联动加工，而且对各坐标的位移和速度进行严格的不间断控制，具有这种控制功能的数控机床。现代数控机床大多数有两坐标或以上联动控制、刀具半径和长度补偿等等功能。按联动轴数也可分两轴联动、两轴半、三轴、四轴、五轴联动等。随着制造技术的发展，多坐标联动控制也越来普遍。1.1.6.3 按进给伺服系统类型分类 由数控装置发出脉冲或电压信号，通过伺服系统控制机床各运动部件运动。数控机床按进给伺服系统控制方式分类有三种形式：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。（1）开环数控机床 这种控制系统采用步进电机，无位置测量元件，输入数据经过数控系统运算，输出指令脉冲控制步进电机工作，如图1-1所示，这种控制方式对执行机构不检测，无反馈控制信号，因此称之为开环控制系统。开环控制系统的设备成本低，调试方便，操作简单，但控制精度低，工作速度受到步进电机的限制。图1-1 开环控制系统 （2）闭环数控机床 这种控制系统绝大多数采用伺服电机，有位置测量元件和位置比较电路。如图1-2所示，测量元件安装在工作台上，测出工作台的实际位移值反馈给数控装置。位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值与指令的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作，直至到达实际位置，误差值消除，此称之为闭环控制。闭环控制系统的控制精度高，但要求机床的刚性好，对机床的加工、装配要求高，调试较复杂，而且设备的成本高。图1-2 闭环控制系统 （3）半闭环数控机床(图1-3) 这种控制系统的位置测量元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电机的转角，经过推算得出工作台位移值，反馈至位置比较电路,与指令中的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作。这种用推算方法间接测量工作台位移，不能补偿数控机床传动链零件的误差，因此称之为半闭环控制系统。半闭环控制系统的控制精度高于开环控制系统，调试比闭环控制系统容易，设备的成本介于开环与闭环控制系统之间。图1-3 半闭环控制系统1.1.6.4 按数控系统的功能水平分类将机床分为高、中、低挡（经济型）数控机床 见下表功能抵挡中档高档分辨率1010.1进给速度815152415100驱动轴数（轴）开环半闭环或闭环直流或交流伺服系统通信功能232435显示功能一般无RS-232或DNC接口可有MAP通信接口，有联网能力内装PLC无有有较强的PLC主CPU8位、16位32位或32位以上的多CPU1.2. 数控编程数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。在数控机床加工零件时，首先要分析零件图样的要求、确定合理的加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正转与反转、切削液的开关、变速。换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质（或称程序载体）上；最后输入到数控机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部加工过程。因此，把从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全部过程为零件加工程序的编制。数控编程一般分为手工编程和自动编程两种 1.2.1手工编程 手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工完成的。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，这时用手工编程即及时又经济，因而手工编程仍被广泛的应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。但是工件轮廓复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等平面，或工件加工程序较长时，使用手工编程将十分繁琐、费时，而且容易出错，常会出现手工编程工作跟不上数控机床的加工情况，影响数控机床的开动率。此时必须用自动编程的方法编制程序。 1.2.2自动编程 自动编程有两种：APT软件编程和CAM软件编程APT软件是利用计算机和相应的处理程序、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工进行外（有些自动编程系统能确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、编写程序单、制作数控介质、程序检验等各项工作均有计算机自动完成。编程人员只需要根据图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入计算机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。CAM软件是将加工零件以图形的形式输入计算机，有计算机自动进行数值计算、前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。自动编程的出现使得一些计算繁琐、手工编程困难、或手工无法编出的程序都能够实现。2主轴零件加工工艺设计2.1刀芯轴零件的分析 如图所示的是刀芯轴零件的图纸，零件图纸是二维零件图，试制定出刀芯轴的加工工艺方案，编制其数控加工程序，并列出部分关键加工部位程序清单。图1.1 刀芯轴的零件图2.2零件的尺寸标注分析零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既要满足设计要求，又要便于加工、测量。关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。该零件图说标注的尺寸均完整，符合国家要求，位置准确，表达清楚。2.3零件的几何要素分析从图分析得知，该零件的结构主要由圆柱面、圆锥面、螺纹孔、内孔等特征组成，这些特征在普通车床上难以完成，需要在数控车上加工。2.4零件的技术要求分析该零件的尺寸精度要求有：尺寸的尺寸精度等级为IT7级、尺寸25的尺寸精度等级为IT12级、外圆尺寸68的尺寸精度等级为IT12级、内螺纹尺寸M32X2的尺寸精度等级为IT9级、尺寸34的尺寸精度等级为IT7级，其余未注尺寸精度公差按IT12进行控制。各轴段的位置精度有：161的精度为IT6级、96+0.2的精度等级为IT7级、其余等级按IT12等级进行控制。表面粗糙度要求有：外圆、34内孔、1769圆锥面表面粗糙度为1.6、内孔尺寸34内孔的表面粗糙度为Ra1.6um，其余未注表面粗糙度为Ra6.3um。综上所述，该零件的加工精度较高，应设计比较合理的加工方案，选择合适的刀具，合适的切削参数等等。2.5毛坯及夹具的确定2.5.1毛坯的确定2.5.1.1常见的毛坯种类(1) 铸件铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。 (2) 锻件锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。(3) 型材型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。(4) 焊接件焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件。(5) 冷冲压件冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。2.5.1.2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。 (2) 零件的结构形状与外形尺寸(3) 生产纲领的大小(4) 现有生产条件(5) 充分利用新工艺、新材料为节约材料和能源，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。2.5.1.3毛坯的确定综合考虑，根据以上因素及零件的技术要求，确定该零件的毛坯为棒料，其尺寸为120290mm，材料为40Cr钢。2.6.刀具的选择数控车床一般采用机夹可转位刀具，所用的刀具，要求有可靠的断屑性能，足够的耐用，刀片转位后有精确的重复定位精度，刀片要有足够的夹紧可靠性，此外，由于数控车床功率比较大，刚性强，要求刀具寿命较长，质量相对稳定，因此，对刀片材料的要求高，以保证刀具寿命，一般情况下大多使用涂层刀片。2.6.1刀具材料的选择刀片材料要根据零件材料及热处理后的材料性能合理选用。对与一般低碳钢，低碳低合金钢的加工刀片材料可以选择普通硬质合金或超微粒子硬质合金材料，在国际标准中（ISO），硬质合金通常分为三大类，即K、P、M分别相当与我国国标中的YG、YT YW类。通常情况下又分别在K、P、M三种代号后附加上01、05、20、40、50等数字进行更进一步细分。一般来讲数字越小者硬度更高，但 韧性降低，数字越大韧性高但硬度降低。一般情况下K类主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料；P类主要用于加工普通钢；M类主要用于加工难加工钢，铸铁及有色金属。超微粒子硬质合金适合加工不锈钢、高锰高及耐热钢，选用时可结合具体加工工艺参数合理选择。在数控车削中，为提高刀具寿命，实际应用中大多使用涂层刀具材料。涂层刀具是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损，耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有硬而不易破损的性能。涂层的方法分为两大类，一为物质涂层PVD，另为化学涂层CVD，一般来说，物理涂层是在550以下将金属和气体离子化后喷涂在工具表面；而化学涂层则是将各种化合物通过化学反应来沉积在工具上形成表面皮膜，一般普遍采用中温涂层，温度控制在800左右。用于涂层常见的材料有Tic、TiN、TiCN、AI2O3等陶瓷材料，涂层厚度为5?15um。由于这些陶瓷材料都具有耐磨损（硬度高），耐化学反应等性能。所以涂层刀具是数控机床最为广泛使用的刀具类型，从非金属、铝合金、到铸铁钢以及高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钛合金等难加工材料的切削中均可使用，比普通较硬质合金的性能要好，性能价格比较高，是数控机床用刀具材料的首选。对于普通钢材，优先选择涂层刀片，高速连续切削选用涂层厚度为515um多为CVD法制造刀片。冲击较强的断续切削时，要求涂膜的附着强度以及涂层对工具的韧性不会产生太大的影响，所以选择涂层厚度为2?3um左右采用PVD涂层的刀片。对于普通灰铸铁加工来讲，线速度小于300m/min以下宜采用涂层硬质合金，线速度300?500m/min以内可采用陶瓷刀具。2.6.2常用的车刀选用2.6.2.1外圆、端面车刀的选用加工外圆及台阶是刀片的形状有刀尖角为80菱形刀片，55菱形刀片，圆形刀片，方形刀片，等边三角形刀片和35菱形刀片，其标准后角通常有0、7、11、25、30等几种规格。主偏角主要有45、50、60、75、85、90、93、95等形式。一般情况下加工台阶轴类零件宜采用装有80菱形刀片的95车刀，这种车刀的特点是前角和副偏角较大，摩擦小，消振散热性好，不易拉毛零件表面，加工外圆或端面都很好用。粗加工外圆或端面则可采用装80菱形刀片的车刀，这时不用80刀尖而是用100刀尖的菱形刀片，这样不但进一步提高刀尖的强度，而且还提高了刀片的利用率有效提高粗加工时的加工效率。重切削时应考虑选择圆形刀片，以满足切削要求，提高加工效率。断屑槽形式选用应结合粗、精加工，切削用量，切削连续性等方面合性选用。标准刀杆截面通常为矩形、正方形和圆性三种，从成本和使用方便性上考虑，应优先采用正方形截面刀杆，刀杆的标准长度32?500mm，一般情况下，为提高切削过程的刀具刚度，在能够满足加工需要，又不会与零件其他部位产生干涉的情况下，刀杆长度不宜过长。刀杆结构还要根据零件加工时的走刀方向，选择左手刀或右手刀。选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件的结构特点，以避免零件加工时刀具与零件其他部位产生干涉。刀片主要装夹形式同前所述，采用正方形刀片的刀具具有结构简单，制造工艺好等优点。80-84角菱形刀片，刀尖和刀边抗破损的能力最强。2.6.2.2孔加工刀具的选用加工内孔时，最常采用装有80菱形刀片的95车刀或采用装有60三角形刀片的91车刀。若加工内孔径比外空径大的台阶孔时宜采用装有55菱形刀片的110车刀，这样在加工大内径台阶孔时，可避免与零件直径小的内孔发生干涉（图3.1）。为了防止切削拉毛零件加工表面，刀片断屑槽的选择一定要合理，要求选用槽性较窄有多级断屑槽或点式断屑槽等断屑性能好的刀片。选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件内孔的结构特点，避免零件加工时刀具与零件发生干涉。一般情况下，只要不影响排屑，应尽量选择刚性较好的车刀，由于圆形刀杆比方形刀杆截面积大些，刀具刚性好，并且刀尖还能与刀杆轴线在同一平面内，所以应优先选择圆形刀杆加工内孔。对于一些精度要求高，变形要求小的零件加工，应考虑选用带冷却孔的刀杆，以降低加工过程中的切削热，减少零件变形。2.6.2.3切槽刀具的选用标准切槽刀一般分为双刃单面结构、按工艺方法不同主要分为径向、轴向、切断三种类型。通常情况下，切槽刀大多为成形刀，刀头形状根据零件上槽的形状可分为直切槽刀和圆弧切槽刀也可根据零件需要定做特殊槽型和复合刀具。在使用切槽刀车削内槽时，为使排屑方便，防止切屑拉毛零件，应充分考虑断屑槽的形状。切槽刀的刀杆结构形式较多，刀片夹紧形式主要有两种，即自夹式夹紧和螺钉上压式压紧结构。采用螺钉上压式方式用与大直径零件的切断。刀片深槽，采用螺钉上压式用于小直径零件的切断。刀片主要形式有单头刀片和双头可转位刀片，刀杆形式要避免与零件发生干涉，降低振动的前提下，要满足加工质量，确保刚性，降低车削振动、经济实惠。的原则合理选用。2.6.2.4螺纹加工刀具的选用车螺纹刀片按切削形式可以分为切顶槽型螺纹刀片和非切顶槽螺纹刀片；按螺纹标准分为米制和英制两种形式，按加工特点可分为内、外螺纹刀片、按螺纹线方向分为正、反螺纹。刀片结构主要分为两刃单面和三刃单面两种形式。通常情况下应尽量选用可重磨底面带有120V形定位面的切顶型升刃单面式刀片，为减少切削刀和振动力，刀片应选择正面前角结构，刀片的其他角度要结合上述不同情况区别选用。螺纹刀杆分方形和圆形截面两种类型，前者价格较低，后者刚性和加工精度较好，刀片与刀杆连接时需要增加力垫，刀杆按照螺纹旋线方向为标准型反向型，一定要根据零件螺纹旋线方向合理选用。除以上刀具外，在一些特殊的形状车削时，还引用到成型车刀。2.7该零件加工所用的刀具根据其结构特性以及刀具的类型，确定该零件所需的刀具如表3-1所示。表2-1 数控车削加工刀具卡待加工表面刀具名称刀具规格刀具材料端面端面车刀95车刀硬质合金粗车外圆外圆车刀90硬质合金精车外圆外圆车刀84硬质合金车圆锥面外圆车刀75硬质合金车外菱角外槽刀刀宽1.5mm硬质合金钻底孔麻花钻38mm高速钢镗内孔镗刀60硬质合金车内螺纹内螺纹车刀刀宽2mm硬质合金 该零件中还有的的内孔，此内孔不断能够在车床加工，同时也可以在镗床上加工，在这里，我们选择镗床，所以选择的加工刀具为镗刀TYY810mm。2.8.工艺路线及其工艺卡片2.8.1工艺路线的确定2.8.1.1表面加工方法的选择选择表面加工方法时，一般先根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，选定最终加工方法，然后再确定精加工前的准备工序的加工方法，即确定加工方案。由于获得同一精度和同一粗糙度的方案有好几种，选择时还要考虑生产率和经济性，考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工厂的生产条件等。该零件的表面加工方法如下：（1）外圆的加工方法 粗车精车。（2）内孔轮廓的加工方法 钻粗镗精镗。（3）外菱角槽的加工方法 粗切精切。2.8.1.2加工顺序的安排数控车削加工顺序应按照一下原则进行。（1）基面先行原则 用作基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。故第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基准加工其他表面。加工顺序安排遵循的原则是上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面。（2）先粗后精 切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。为充分释放粗切加工时残存在工件内的应力，在粗、精加工工序之间可适当安排一些精度要求不高部位的加工。如切槽、倒角、钻孔等（3）先近后远 尽可能采用最少的装夹次数和最少的刀具数量，以减少重新定位或换刀所引起的误差。一次装夹的加工顺序安排是先近后远，特别是在粗加工时，通常安排离起刀点近的部位先加工，离起刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。（4）先内后外，内外交叉 对既有内表面(内腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内、外表面的粗加工，后进行内、外表面的精加工。切不可将零件上一部分表面(外表面或内表面)加工完毕后，再加工其它表面(内表面或外表面)。2.8.1.3工艺路线的确定根据其表面加工方法及加工顺序的原则，确定刀芯轴零件的工艺路线如下：刀芯轴零件的工艺路线：工序：粗车端面、外圆、打中心孔。 工步1 夹毛坯外圆粗车一头端面及外圆，打中心孔。 工步2 夹上步粗车后的外圆，粗车另一头端面及外圆，打中心孔。工序：卡盘加顶尖装夹，车右端圆锥面。 工步1 粗车外圆。 工步2 精车外圆。 工步3 车右边外菱角槽面。 工步4 粗车右端圆锥面。 工步5 精车右端圆锥面。工序：通过专用夹具进行装夹，夹紧夹具装置，对刀芯轴零件的内孔进行加工，包括钻底孔、粗镗内孔、精镗内孔。 工步1 粗车外圆。 工步2 钻底孔。 工步3 粗镗内孔。 工步4 精镗内孔。 工步5 精车外圆。工序：车刀芯轴右端内螺纹。 工步1 粗车外圆。 工步2 粗车内螺纹。 工步3 精车内螺纹。 工步4 精车外圆。工序IVI: 钳工去除毛刺工序III: 检验入库2.9工艺卡片的制定数控加工工艺文件一般包括机械加工工艺过程卡片和数控加工工序卡片，它们指引者加工操作人员进行加工，是机械加工工艺规程设计中必不可少的部分，其填写过程包括以下几个方面。（1）工艺文件的校核；（2）工艺文件的会签；（3）工艺文件的批准；（4）工艺文件的更改。该零件的工艺卡片如下列表所示。表2-1 机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡零件名称刀芯轴材料40Cr毛坯尺寸120285mm序号工序名称工序内容车间设备工装下料裁剪毛坯普车粗车端面、外圆、打中心孔。金工CA6140普车三爪自定心卡盘数车车右端圆锥面及菱角槽面。金工GS980TD三爪卡盘、尾座顶尖数车车内孔。金工GS980TD三爪卡盘、尾座顶尖数车车内螺纹金工GS980TD软爪终检检验各尺寸是否合格检验室表2-2 刀芯轴零件的数控加工工序卡、数控加工工序卡零件名称夹具名称使用设备工序号、程序编号O0001刀芯轴零件三爪定心卡盘数控车床工步号工序内容刀具号刀具名称背吃刀量mm主轴转速r/mm进给速度mm/r备注1粗车端面和外圆T0190外圆车刀1.2650150自动2精车外圆T0284外圆车刀0.21000100自动3车菱角槽面T032mm外槽刀100080自动4粗车右端圆锥面T0475外圆车刀60080自动5精车右端圆锥面T0475外圆车刀0.21200100自动6检验表2-3 刀芯轴零件工序的数控加工工序卡数控加工工序卡零件名称夹具名称使用设备工序号程序编号O0003刀芯轴三爪定心卡盘 数控车床工步号工序内容刀具号刀具名称背吃刀量mm主轴转速r/mm进给速度mm/r备注1粗车外圆T0190外圆车刀165080自动2手动钻底孔38麻花钻35045手动3粗镗内孔T0260镗刀0.850080自动4精镗内孔T0260镗刀0.1900100自动表2-4 主轴零件工序的数控加工工序卡数控加工工序卡零件名称夹具名称使用设备工序号程序编号O0004刀芯轴三爪定心卡盘 数控车床工步号工序内容刀具号刀具名称背吃刀量mm主轴转速r/mm进给速度mm/r备注1粗车外圆T0190外圆车刀175080自动2粗车内螺纹外螺纹车刀65060自动3精车内螺纹T02外螺纹车刀0.880080自动3刀芯轴零件的数控编程加工3.1数控编程的定义编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。3.2数控编程的分类数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。3.2.1编程方法的选择该零件的刀具轨迹路径主要由直线、圆弧组成，坐标点尺寸计算方便，故采用手工编程的方式编制其加工程序。3.3编程原点的确定该零件为规则的回转型零件，其坐标原点可设在轴的两端面中心上，这样方便编程坐标的计算。其坐标原点如图3.1所示。图3.1 坐标原点致 谢本课题在选题及研究过程中得到指导老师的悉心指导。老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。我对老师的感激之情是无法用言语表达的。毕业设计是对我们毕业在大学期间所学知识的一个考验，检查我们几年大学生活的所得和其他各个方面的综合能力。它重在让我们运用所学知识去发现、提出问题，并通过查找资料、分析、询问他人解决问题。经过一个月的努力，我的设计已完成，通过此次设计，我对刀芯轴类零件的数控加工工艺有了更深刻的理解，这对我以后的工作有极大的帮助。此外，这次毕业设计还培养了我独立工作及与别人团结合作的能力，各方面的综合能力也有所提高，使我明白做任何事都必须有严谨认真的态度，须知“差之毫厘，谬以千里”。在以后的日子里，我会不断提高自身的素质，使自己更适应社会的需求。 我还感谢所有帮过我和教过我的老师。他们细心指导我的学习和做人，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。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，有可敬的师长、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!参考文献1. 张超英, 数控机床加工工艺、编程及操作实训,高等教育出版社，2003.92. 倪森寿，机械制造基础，高等教育出版社，2005.13. 陈立德，机械设计基础，高等华教育出版社，2004.74. 李一民，数控机床,东南大学出版社,2005.75. 隋秀凛，现代制造技术，高等教育出版社，2002.116. 于荣贤等，机械制图与计算机绘图，机械工业出版社，2004.37顾京，数控加工编程及操作，顾京主编，高等教育出版社，2003 .78赵长明 刘万菊 ，数控加工工艺及设备，高等教育出版社 2005.99陈洪涛，数控加工工艺及编程，高等教育出版社，2006.10附 录数控加工程序清单 本次刀芯轴的加工步骤较多，这里不一一列出，只是列出部分重要的加工程序。1)内螺纹车削加工程序清单N1 G92 X50 Z120（设立坐标系，定义对刀点的位置）N2 M03 S650（主轴以650r/min 旋转）N3 G00 X29.2 Z101.5 （到螺纹起点，升速段 1.5mm，吃刀深 0.8mm）N4 G32 Z19 F1.5（切削螺纹到螺纹切削终点，降速段 1mm）N5 G00 X40（X 轴方向快退）N6 Z101.5（Z 轴方向快退到螺纹起点处）N7 X28.6（X 轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深 0.6mm）N8 G32 Z19 F1.5（切削螺纹到螺纹切削终点）N9 G00 X40（X 轴方向快退）N10 Z101.5（Z 轴方向快退到螺纹起点处）N11 X28.2（X 轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深 0.4mm）N12 G32 Z19 F1.5（切削螺纹到螺纹切削终点）N13 G00 X40（X 轴方向快退）N14 Z101.5（Z 轴方向快退到螺纹起点处）N15 U-11.96（X 轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深 0.16mm）N16 G32 W-82.5 F1.5 （切削螺纹到螺纹切削终点）N17 G00 X40（X 轴方向快退）N18 X50 Z120（回对刀点）N19 M05(主轴停)N20 M30（主程序结束并复位）2)菱角槽车削加工程序清单N1 T0101（换一号刀，确定其坐标系）N2 G00 X80 Z100（到程序起点或换刀点位置）M03 S400（主轴以 400r/min 正转） N3 G00 X42 Z3（到循环起点位置） N4G71U1R1P8Q19E0.3F100 （有凹槽粗切循环加工）N5 G00 X80 Z100（粗加工后，到换刀点位置）N6 T0202（换二号刀，确定其坐标系）N7 G00 G42 X42 Z3（二号刀加入刀尖园弧半径补偿）N8 G00 X10（精加工轮廓开始，到倒角延长线处）N9 G01 X20 Z-2 F80 (精加工菱角槽)N10 Z-8（精加工40 外圆）N11 G02 X28 Z-12 R2（精加工 R2 圆弧）N12 G01 Z-17 （精加工40 外圆） N13 U-10 W-5（精加工下切锥） N14 W-8（精加工 外圆槽）N15 U8.66 W-2.5 （精加工上切锥）N16 Z-37.5 （精加工129.4 外圆）N17 G02 X30.66 W-14 R2（精加工 R2 下切圆弧）N18 G01 W（精加工34 内孔）N19 X40（精加工轮廓结束）N20 G00 G40 X80 Z100N21 M30