数控机床轴类零件加工工艺.doc

毕业论文设计（数控车床轴类零件加工工艺）学校 常州铁道高等职业技术学校 专业 机电一体化技术 姓名 张丽娟 学号 18 数控机床轴类零件加工工艺摘 要 . 3 第一章 概述. 3 第二章 零件图车削加工工艺分析 . 4 2.1数控加工工艺基本特点 . 5 2.2设备选择 . 6 2.3确定零件的定位基准和装夹方式 . 6 2.3.1粗基准选择原则 . 6 2.3.2精基准选择原则 . 6 2.3.3定位基准 . 6 2.3.4装夹方式 . 6 2.4加工方法的选择和加工方案的确定 . 8 2.4.1加工方法的选择 . 8 2.4.2加工方案的确定 . 8 2.5工序与工歩的划分 . 8 2.5.1按工序划分 . 8 2.5.2工歩的划分 . 8 2.6确定加工顺序及进给路线 . 8 2.6.1零件加工必须遵守的安排原则 . 8 2.6.2进给路线 . 9 2.7刀具的选择 . 10 2.8切削用量选择 . 11 2.8.1背吃刀量的选择 . 11 2.8.2主轴转速的选择 . 11 2.8.3进给速度的选择 . 11 2.9编程误差及其控制 . 13 2.9.1编程误差 . 13 2.9.2误差控制 . 13 第三章.编程中工艺指令的处理 . 14 3.1常用G指令代码功能表 . 14 3.2常用M指令代码功能表 . 14 第四章 程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检 .15 4.1程序编制 . 17 4.2模拟运行 .17 4.3零件加工 . 18 4.4精度自检 . 18 结束语. 18参考文献. 18摘要世界制造业转移，中国正逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重化工业发展中期。由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服系统、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高的高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量，特别是复杂型面零件的加工，应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供高质量，多品种及高可靠性的机械产品。 数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量发挥数控机床的前提条件，从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在介绍数控加工切削基础，数控机床刀具的选用，数控加工的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识的基础上，分析了数控车削的加工工艺。关键词：数控加工、数控编程、工艺分析 第一章 概述数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域最新成果而形成的一门边缘科学技术。在现代机械制造领域中，数控技术已成为核心技术之一，是实现柔性制造（Flexible Manufacturing，FM）、计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，CIM）、工厂自动化（Factory Automation， FA）的重要基础技术之一。数控技术较早地应用于机床装备中，本书中的数控技术具体指机床数控技术。 国家标准(GB812987)把机床数控技术定义为“用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”，简称数控(Numerical Control，NC)。数控机床就是采用了数控技术的机床。国际信息处理联盟(international federation of information processing)第五技术委员会对数控机床作了如下定义：“数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其它符号编码指令规定的程序。”换言之，数控机床是一种采用计算机，利用数字信息进行控制的高效、能自动化加工的机床，它能够按照机床规定的数字化代码，把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能(如刀具交换、冷却液开与关等)表示出来，经过数控系统的逻辑处理与运算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成零件加工任务。在被加工零件或加工工序变换时，它只需改变控制的指令程序就可以实现新的加工。所以，数控机床是一种灵活性 很强、技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备。 随着自动控制理论、电子技术、计算机技术、精密测量技术和机械制造技术的进一步发展，数控技术正向高速度、高精度、智能化、开放型以及高可靠性等方向迅速发展。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但发展和应用领域的扩大，对归计民生的一些重要行业(IT、汽车、医疗、轻工等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需要装备的数字化已是现代发展的大趋势.发展我国数控技术及装备是提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性保证.数控加工与编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整的系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。第二章 零件图车削加工工艺分析零件材料处理为：45钢，调制处理HRC2636，下面对该零件进行数控车削工艺分析。零件如下图所示： 图1.1零件图技术要求： 1.以小批量生产条件编程。 2.不准用砂布及锉刀等修饰表面。3.未注倒角0.545。4.未注公差尺寸按 GB1804-M。 （说明：零件图中英文字母可根据实际情况定数据，为方便设计。A取19mm. B取29 mm. C取17mm. D取21mm. E取23 mm. ）2.1数控加工工艺基本特点数控机床加工工艺与普通机床加工原则上基本相同，但数控机床是自动进行加工，因而有如下特点：数控加工的工序内容比普通机床的加工内容复杂，加工的精度高，加工的表面质量高，加工的内容较丰富。数控机床加工程序的编制比普通机床工艺编制要复杂些。这是因为数控机床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点，这都无一例外的变成程序内容，正是由于这个特点，促使对加工程序正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错。否则加工不出合格的零件。 在编程前一定要对零件进行工艺分析，这是必不可少的一步，如图1.1要对该零件进行精度分析，选择加工方法、拟定加工方案、选择合理的刀具、确定切削用量。该零件由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等表面组成，其中较严格直径尺寸精度要求的如280.02mm, mm,轴线长度的精度如50.04mm， 27.50.04mm，粗糙度3.2，球面Smm。可控制球面形状 精度30的锥度等要求。经分析，可以采用以下几点工艺措施：（1）零件上由精度较高的尺寸数据如圆柱280.02mm、mm，轴向长度50.04mm、27.50.04mm，球S mm，在加 工时为了保证其尺寸精度应取其中间值分别取值为28mm、23.005mm长度5mm，27.5mm，球S29.015mm即可。注：上述坐标值是以半径值给出的。形式如（X，Z） （2）在轮廓曲线上，有四处圆弧依次相连，既过象限又改变进给方向的轮廓曲线。为了保证其轮廓曲线的准确性，通过计算到端部R5mm的圆弧与直线的切点坐标为（2.922，0），与R17mm的圆弧切点坐标为（7.791，-6.136），R17与S29mm的切点坐标为 （11.210，-20.791），S29mm与R5mm的切点为（12.271， -37.739），R5mm与23 mm的切点坐标为（11.5，-40.406）。 注：上述坐标值是以半径值给出的。形式如（X，Z）。（2）在轮廓曲线上，有四处圆弧依次相连，既过象限又改变进给方向的轮廓曲线。为了保证其轮廓曲线的准确性，通过计算到端部R5mm的圆弧与直线的切点坐标为（2.922，0），与R17mm的圆弧切点坐标为（7.791，-6.136），R17与S29mm的切点坐标为 （11.210，-20.791），S29mm与R5mm的切点为（12.271， -37.739），R5mm与23 mm的切点坐标为（11.5，-40.406）。 注：上述坐标值是以半径值给出的。形式如（X，Z）。（3）为便于装夹，为了保证工件的定位准确、稳定，夹紧方面可靠，支撑面积较大，零件的左端是螺纹，中段最大的直径的圆柱28mm。右端是依次相连的圆弧，显然右端都是圆弧相连不可能装夹，所以应留在最后加工，应先装夹毛坯加工出左端螺纹及圆柱28mm。调头装夹28mm的圆柱加工右端圆弧，毛坯选30120mm。 2.2设备选择 根据该零件的外形是轴类零件，比较适合在车床上加工，由于零件上既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度,在普通车床上是难以保证其技术要求。所以要想保证技术要求,只有在数控车床上加工才能保证其加工的尺寸精度和表面质量。选择数控机床HNC-CK6140加工该零件。数控机床HNC-CK6140实物图见附录一。 2.3确定零件的定位基准和装夹方式 2.3.1粗基准选择原则 （1）为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。（2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。 （3）粗基准应避免重复使用。 （4）选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。 2.3.2精基准选择原则 （1）基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准； （2）基准统一原则；（3）自为基准原则； （4）互为基准原则。2.3.3定位基准 综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三抓卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯35mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。 2.3.4装夹方式 数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。由零件图可分析，应先装夹毛坯30mm的棒料的一端，夹紧其40mm的长度加工螺纹。一直加工到零件右端的23 mm，然后将棒料卸下。装夹28mm的圆柱表面，加工另一 端的圆弧。这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。装夹图如下：图2.3.1 加工螺纹的装夹图图2.3.2 加工圆弧的装夹图2.4加工方法的选择和加工方案的确定 2.4.1加工方法的选择 加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸分析，尺寸精度比较高。如280.02mm，29 mm，23 mm等，在 普通车床是难以保证其尺寸精度、表面粗糙度，所以应该选择在数控车床上加工。2.4.2加工方案的确定 零件上精度比较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。该零件有两种加工方案：直接用三抓卡盘装夹、调头加工。用三抓卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖，经试验论证第二种方案装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。 2.5工序与工歩的划分 2.5.1按工序划分 工序划分有三种方法： 按零件的装夹定位方式划分工序 ；按粗、精加工划分工序 ；按所用的刀具划分工序。由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。在调头加工前后各有一次粗加工和精加工，显得比较繁琐，所以不可取；如果按所用的刀具划分工序，刀具有四把，虽然不多，但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有的加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。2.5.2工歩的划分 因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中背吃刀量相同，不易划分工歩；这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易： 车削螺纹端的工歩为:90外圆车刀平端面右端面外圆车刀车削1.545的倒角，2125mm端面28mm圆柱28mm30的锥台面23 10mm切槽刀切槽 51.5mm外螺纹车刀车削MD1.5mm。 车削圆弧端的工歩为：90外圆车刀平端面右端面外圆车刀圆弧R5mm圆弧R17mm球29mm圆弧R5mm 23 5mm切槽刀切槽51.5mm2.6确定加工顺序及进给路线 2.6.1零件加工必须遵守的安排原则 （1）基面先行 先加工基准面，为后面的加工提供精基准面，所以应先选平右端面作为基准面。 （2）先主后次 由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右到左依次加工MD1.5mm，28mm，23mm螺纹调头 后一次加工R5mm，29 mm，23 mm等。 （3）先粗后精 先车削去大部分的金属余量，再进行成形切削保证零件的尺寸要求和质量要求。 （4）先面后孔 由于该零件没有孔，所以在该处不做考虑。2.6.2进给路线 在数控加工中，刀具对好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点： （1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高； （2）使数值计算简单，以减少编程工作量； （3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析，确定该零件的进给路线有两步。如下图所示：图2.6.1 零件轮廓第一步: 车削带有的螺纹的一端，从右到左先粗车外形21mmm、28mm、23 mm到槽50.04mm的左端面处后， 精车外形路线同粗车一样，再换刀切削51.5mm的槽，最后再换刀切削螺纹。如图2.6.2螺纹加工路线。图2.6.2 螺纹加工路线第二步: 车削带有圆弧的一端，从右到左先粗车外形R5mm、R17mm、29 mm到23 mm后2mm后精车外形路线同粗车 一样。最后切削50.04mm的槽。如图2.6.3螺纹加工路线。图2.6.3 圆弧加工路线2.7刀具的选择 刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、硬度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应，结合零件轮廓相对还是较复杂。所以具体选刀如下： 1、平端面可选用90WC-Co的硬质合金外圆车刀，粗车、精车时在这里选择一把硬质合金右端面外圆车刀，为防止在进行圆弧切削时刀具的副后刀面与工件轮廓表面发生干涉，副偏角应选择Kr大一点的，取Kr=40右端面外圆车刀。 2、切槽时由于零件中槽宽50.04mm，一般都选刀宽4mm,刀杆2525mm，材料为高速钢W18CrV4R的切断刀，切槽时选用4mm 刀宽即可。 3、切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度这里选用W18CrV4R高速金60外螺纹车刀，为了保证螺纹牙深，刀尖应小于轮廓最小圆弧半径R，R=0.150.2mm。 使用刀具如表7-1所示： 表2.7.1 数控车加工刀具卡片2.8切削用量选择 切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是：粗加工是一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；精加工是应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。2.8.1背吃刀量的选择 零件轮廓粗车循环时选ap=2mm，精加工时选ap=0.2mm，螺纹粗车时选ap=0.4mm，逐刀减少粗车4次后，精车时选ap=0.1mm。 2.8.2主轴转速的选择 粗车直线和圆弧时n=800r/min，精车时n=1500r/min，切槽时n=600r/min，切螺纹时n=300r/min，精车时选n=300r/min。粗车和精车的主轴转速的选取应具体问题具体分析。2.8.3进给速度的选择粗车直线、圆弧时选F=150mm/min，精车时选F=50mm/min，切槽时选F=8mm/min，粗车螺纹时选F=100mm/min，精车时选F=50mm/min。 综上所述，零件的数控车削工艺分析的内容，并将其填入在表 8-1 所示的数控工艺卡上。工艺卡片上其主要内容有：工步分析、工步内容、各工步所用的主轴转速、刀具及进给速度。 表2.8.1 数控车削加工工艺卡片（1）表2.8.2 数控车削加工工序卡片（2）2.9编程误差及其控制 2.9.1编程误差 编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未知交点坐标值。因为这是经过笔算的数值，存在着较大的误差。2.9.2误差控制 为了尽可能的减少笔算误差，采取在AutoCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工具” “查询” “点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，这样能有效地将误差控制在（0.10.2）倍的零件公差值内。第三章.编程中工艺指令的理 3.1常用G指令代码功能表 3.1.1 数控车床G功能指令（HNC-22T）注：表内00组为非模态代码；只在本程序内有效。其他组为模态指令，一次制定后持续有效，直到被其他组其他代码所取代。标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。3.2常用M指令代码功能表 表3.1.2 常用M指令代码注：表内00组为非模态代码；其余为模态代码，同驵可相互取代。 作用时间为“”号者,表示该指令功能在程序段指令运动完成后开始作用；为“# ”号者，则表示该指令功能与程序段指令运动同时开始。 第四章 程序编制及模拟运行、零件加工或 精度自检4.1程序编制 注:程序编制中有关数值单位一律采用毫米(mm)制 4.2模拟运行 数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细观察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误处进行修改，修改后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可进行自动加工。 （注：这个环节是必不可少的，否则会发生打刀等损坏机床其它部件的情况，直接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。）4.3零件加工 装夹好毛坯，调出编制好的程序，直接进行自动加工直至程序结束。 4.4精度自检 将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测。看是否达到零件的技术要求即可。结束语 要实现数控加工，编程是关键。本文虽然只对一例数控车床加工零件的进行了编程分析，但它具有一定的代表性。由于数控车床可以加工普通车床无法加工的复杂曲面，加工精度高，质量容易保证，发展前景十分广阔，因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。参考文献： （1）数控加工工艺基础，主编：潭岭，重庆大学出版社； （2）数空机床编程，主编：杜国成，北京机械工业出版社； （3）现代机械制造工艺，主编：陈锡渠，北京清华大学出版社； （4）数控机床加工艺，主编：华茂发，北京机械工业出版社； （5）金属工艺学，主编：万德金，北京机械工业出版社；