1、畢 業(yè) 設 計設計題目 軸類零件工藝設計、程序編制與零件加工 專 業(yè) 數控技術 班 級 學 號_ 姓 名_ _ _指導教師 起止日期 2013.3.1-2013.4.25 成績評定 機電信息工程系制重慶航天職業(yè)技術學院機電信息工程系數控技術專業(yè)畢業(yè)設計任務書設計題目： 軸類零件工藝設計、程序編制與零件加工1、內容：包括零件二維、三維圖、工藝分析、工藝方案擬定、工藝規(guī)程設計、數控程序編制（坐標點位計算、刀具夾具、量具及切削用量選擇）、零件仿真加工（加工過程、加工結果、仿真效果圖）、零件加工過程中出現的問題及預防措施等。2、學生交出全部設計的期限： 2013 年4月20日 3、設計的原始數據： 零

2、件圖： 零件圖年產量： 10000件 .廢品率： 1.5% 備品率 1% .生產條件：工種齊全，設備完好 .工作制：單班制（每天8小時） 數控機床和數控系統(tǒng)：根據現有條件和自己能力選擇4、計算及說明部分的內容 （設計應包括的項目） . 摘要及目錄零件結構特點及工藝特點分析討論綜合確定最佳工藝方案主要工藝環(huán)節(jié)技術討論毛坯、加工余量、工藝裝備、加工要求、產量計算及確定編寫數控加工工藝文件，按表格填寫工藝文件（刀具卡、夾具、量具、工裝卡片、切削參數），填寫工序卡片，單獨裝訂用CAD/CAM軟件（上海宇龍仿真軟件）進行仿真加工，自動生成數控程序，完成工藝文件的編寫。參考資料編寫完整的設計說明書一份，字

3、數： 8000-10000字5、繪圖部分的內容：（明確說明必繪之圖）零件圖 各1張（A4）。毛坯圖 各1張（A4）。裝配圖 1張（A3或A1）。三維零件圖 各1張。三維裝配圖 1張。工序卡片若干張、坐標點位圖、坐標系建立圖、零件裝夾圖等。6、發(fā)出日期 2013 年 3 月 10 日 設計指導教師： 完成任務日期： 2013年4 月 20 日 學 生 簽 名： 目 錄1 緒論51.1 數控加工技術的概論61.1.1 數控技術62 數控加工工藝62.1數控加工工藝內容的選擇62.1.1選擇適合數控加工的零件72.2數控加工工藝的主要內容8 2.3軸類零件加工工藝分析.83 具體零件加工83.1零件

4、圖工藝分析83.2確定工件的定位與裝夾方案133.3確定走刀順序及走刀路線143.4加工工藝分析153.5切削用量的選擇163.6數控加工工藝文件的填寫164 數控加工程序18 4.1加工坐標系設置三維實體圖.18 4.2手工編程.215 輸入零件加工程序.226 三維實體圖.24 致 謝25參 考 文 獻26前 言 數控加工是機械制造中的先進的加工技術是一種高效率，高精度與高柔性特點的自動加工方法，數控加工技術可有效解決復雜、精密、小批多變零件的加工問題，充分適應了現代化生產的需要，制造自動化是先進制造技術的重要組成部分，其核心技術是數控技術，數控技術是綜合計算機、自動技術、自動檢測及精密機

5、械等高新技術的產物，它的出現及所帶來的巨大利益，已引起了世界各國技術與工業(yè)界的普遍重視，目前，國內數控機床使用越來越普及，如何提高數控加工技術水平已成為當務之急，隨著數控加工的日益普及，越來越多的數控機床用戶感到，數控加工工藝掌握的水平是制約手工編程與CAD/CAM集成化自動編程質量的關鍵因素。 數控加工工藝是數控編程與操作的基礎，合理的工藝是保證數控加工質量發(fā)揮數控機床的前提條件，從數控加工的實用角度出發(fā)，以數控加工的實際生產為基礎，以掌握數控加工工藝為目標，在介紹數控加工切削基礎，數控機床刀具的選用，數控加工的定位與裝夾以及數控加工工藝基礎等基本知識的基礎上，分析了數控車削的加工工藝。關鍵

6、詞：刀具的確定、走刀路線的選擇、刀具的對刀點、工件的定位1 緒論1.1 數控加工技術的概論1.1.1 數控技術數控技術是本世紀中期發(fā)展起來的機床控制技術，是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術。數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備。這里先介紹“數控”，“數控機床”,“數控系統(tǒng)”等基本概念。（1） 數控與數控車床數控是數字控制的簡稱，簡稱NC。數控是指用數字、文字和符號組成的數字指令來實現一臺或多臺機械設備動作控制的技術。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數控的產生依賴于數據載體和二

7、進制形式數據運算的出現。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數據載體問世；19世紀末，以紙為數據載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農在美國麻省理工學院進行了數據快速運算和傳輸，奠定了現代計算機，包括計算機數字控制系統(tǒng)的基礎。數控技術是與機床控制密切結合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數控機床問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。現在，數控技術也叫計算機數控技術數控機床技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備。簡單地說就是采用了數控技術的機床，或者說是裝備了數控系統(tǒng)的機床。國際定義為：數控機床是一種有程序控制的機床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他的

8、符號編碼指令規(guī)定的程序。（2） 數控系統(tǒng)數控系統(tǒng)是數字控制系統(tǒng)簡稱，早期是由硬件電路構成的稱為硬件數控，1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數控系統(tǒng)。（3）計算機控制系統(tǒng)計算機數控系統(tǒng)是用計算機控制加工功能，實現數值控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統(tǒng)。（4）數控加工 數控加工是根據零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數控加工程序，輸入數控系統(tǒng)，控制數控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件加工。 （5）數控程序 數控程序或零件是輸入數控系統(tǒng)中的，使數控機床執(zhí)行一個確定加工任

9、務的具有特定代碼和編程的一系列指令。 （6）數控編程 數控編程是指生成用數控機床進行零件加工的數控程序的過程。2 數控加工工藝2.1數控加工工藝內容的選擇2.1.1選擇適合數控加工的零件雖然數控機床具有高精度，高柔性，高效率等優(yōu)點。但不是所有的零件都適合數控機床加工的。一般可分為三類： （1） 最適合類 1.形狀復雜，加工精度要求高通用機床無法加工或很難保證加工質量的零件； 2.具有復雜曲線或曲面輪廓的零件； 3.具有難測量，難控制進給，尺寸行腔的殼體或盒型零件； 4.必須在一次裝夾中完成鏜，絞或攻絲等多道工序的加工零件； （2）較適合類 1.零件價值高，在普通機床上加工容易受人工因素干擾而影

10、響質量，從而造成較大經濟損失的零件； 2.在通用機床上加工時必須制造復雜專用工裝的零件； 3.在通用機床上需要做長時間調整的零件； 4.需要多次更改設計才能定型的零件； （3）不適合類 1.生產大批量的零件； 2.裝夾困難的零件； 3.加工余量不穩(wěn)定，而且數控機床上無法在線檢測系統(tǒng)可自動調整零件坐標位置的零件； 4.必須用特定的加工工藝裝備協(xié)調加工的零件；2.2數控加工工藝的主要內容1選擇適合在數控上加工的零件，確定工序內容。2分析加工零件的圖紙，明確加工內容及技術要求，確定加工方案，制定數控加工路線，如工序的劃分、加工順序的 安排、非數控加工工序的銜接等。設計數控加工工序，如工序的劃分、刀具

11、的選擇、夾具的定位與安裝、切削用量的確 定、走刀路線的確定等等。 3調整數控加工工序的程序。如對刀點、換刀點的選擇、刀具的補償。 4分配數控加工中的容差。 5處理數控機床上部分工藝指令。 2.3軸類零件加工工藝分析（1） 技術要求 軸類零件的技術要求主要是支承軸頸和配合軸頸的徑向尺寸精度和形位精度，軸向一般要求不高。軸頸的直徑公差等級通常為IT6-IT8，幾何形狀精度主要是圓度和圓柱度，一般要求限制在直徑公差范圍之內。相互位置精度主要是同軸度和圓跳動；保證配合軸頸對于支承軸頸的同軸度，是軸類零件位置精度的普遍要求之一。圖為特殊零件，徑向和軸向公差和表面精度要求較高。 （2）毛坯選擇 軸類零件除

12、光滑軸和直徑相差不大的階梯軸采用熱軋或冷拉圓棒料外，一般采用鍛件；發(fā)動機曲軸等一類軸件采用球墨鑄鐵鑄件比較多。如圖典型軸類直徑相差不大，采用直徑為50mm，材料45#鋼，在鋸床上按90mm長度下料。 （3）定位基準選擇 軸類零件外圓表面、內孔、螺紋等表面的同軸度，以及端面對軸中心線的垂直度是其相互位置精度的主要項目，而這些表面的設計基準一般都是軸中心線。用兩中心孔定位符合基準重合原則，并且能夠最大限度地在一次裝夾中加工出多格外圓表面和端面，因此常用中心孔作為軸加工的定位基準。3 具體零件加工3.1零件圖工藝分析3-1軸類零件圖 （1）零件圖 見圖3-1 中心軸類零件圖（2）結構性分析通過讀圖3

13、-1，典型軸零件加工內容包括外圓、圓弧、切槽、倒角等。零件尺寸及標注完整。 （3）尺寸分析該零件圖尺寸完整，主要尺寸分析該零件表面由圓柱、順圓弧、逆圓弧、圓錐、槽等表面組成。尺寸標注完整，選用毛坯為45#鋼，50mm90mm，無熱處理和硬度要求。未標注的尺寸按公差等級IT12，按照“孔正軸負，其余中間值”的原則，確定不同尺寸的公差值。各尺寸公差如下：圓弧尺寸：長度尺寸：700.1mm、 110.1mm寬度尺寸： 倒 角：C1 C2對于有公差的尺寸，取極限尺寸的平均值作為編輯尺寸，即： （4）表面粗糙度分析 圖3-1中，表面粗超度有較高的要求，要求加工面的粗糙度值為Ra1.6m，其余Ra3.2m

14、。 （5）確定加工方法加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要結合零件的形狀、尺寸大小和形位公差要求等全面考慮。 圖上幾個精度要求較高的尺寸，因其公差值較小，所以編程時沒有取平均值，而取其基本尺寸。 通過以上數據分析，考慮加工的效率和加工的經濟性，最理想的加工方式為車削，考慮該零件為大批量加工，故加工設備采用數控車床。根據加工零件的外形和材料等條件，選用CJK6032數控機床。（6）確定加工方案 零件上比較精密表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些表面僅僅根據質量要求選擇相應

15、的最終加工方法是不夠的，還應正確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。如圖3-1所示是軸類零件便面由柱面，圓錐面，順圓弧，逆圓弧構成，其中多個直徑尺寸由較高的精度，表面粗糙，大部分的尺寸均達到IT8-IT7級精度。零件圖尺寸編注完整，符合數控加工尺寸標注要求，輪廓描述清楚完整，零件材料為45鋼，毛胚為直徑50x90，如圖3-2。 3-2毛坯圖刀具選擇：(1)粗車及平端面選用90硬質合金刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉，副偏角不宜太小，選Kr=60。如圖3-3(2)精車刀選用硬質合金90硬質合金刀，刀尖圓弧半徑應小于輪廓最小圓角半徑，取re=0.150.2mm 。如圖3-3 （3）切槽和切斷選用切斷

16、刀。如圖3-4 （4）車端面：選用硬質合金45度車刀，粗、精車用一把刀完成。2) 粗、精車外圓：（因為程序選用 G71循環(huán)所以粗、精車選用同一把刀）硬質合金90度放型車刀，Kr=90度,Kr=60度;E=30度,（因為有圓弧輪廓）以防與工件輪廓發(fā)生干涉,如果有必要就用圖形來檢驗 3-3 90度外圓車刀 3-4 左偏切斷刀 數控刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝中的重要內容，它不僅影響數控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調整

17、方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。 在進行自由曲面(模具)加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般采用頂端密距，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀，因

18、此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。 在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標準刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標準刀具迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應了解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心采用TSG工具系統(tǒng)，其刀柄有直柄（3種規(guī)格）和錐柄（

19、4種規(guī)格）2種，共包括16種不同用途的刀柄。 在經濟型數控機床的加工過程中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：盡量減少刀具數量；一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工步驟；粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；先銑后鉆 ；先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。3.2確定工件的定位與裝夾方案工件的定位與基準應與設計基準保持一致，應防止過定位，對與箱體工件最好選擇“一面兩銷”作為定位基準，定位基準在數控機床上要仔細找正。由于這個

20、工件是個實心軸，因軸的長度不是很長，所以采用工件的右端面作定位基準，使用普通三爪卡盤（如圖3-5）夾緊工件，取工件的右端面中心為工件坐標的原點，對刀點在（100.1000）處。在數控車床上工件定位安裝的基本原則與普通機床相同。工件的裝夾方法影響工件的加工精度和效率，為了充分發(fā)揮數控機床的工作特點，在裝夾工件時，應考慮以下幾種因素： 1.盡可能采用通用夾具，必須時才設計制造專用夾具； 2.結構設計要滿足精度要求； 3.易于定位和裝夾； 4.易于切削的清理； 5.抵抗切削力由足夠的剛度；3-5 三爪卡盤3.3確定走刀順序及走刀路線走刀路線（如圖3-6）是指數控加工過程中刀具相對于被加工件的運動軌跡

21、和方向。加工路線的合理選擇是非常重要的，因為它與零件的加工精度和表面質量密卻相關。在確定走刀路線是主要考慮下列幾點: 1） 保證零件的加工精度要求。2） 方便數值計算，減少編程工作量。3） 尋求最短加工路線，減少空刀時間以提高加工效率。4） 盡量減少程序段數。5）保證工件輪廓表面加工后的粗糙度的要求，最終輪廓應安排最后一走刀連續(xù)加工出來。6） 刀具的進退刀（切入與切出）路線也要認真考慮，以盡量減少在輪廓處停刀（切削力突然變化造成彈性變形）而留下刀痕，也要避免在輪廓面上垂直下刀而劃傷工件。 加工順序的安排應根據零件的結構和毛坯狀況，以及定位夾緊的需要來考慮，重點是工件的剛性不被破壞。順序一般應按

22、下列原則進行： (1)上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床加工工序的也要綜合考慮。 (2)以相同定位、夾緊方式或同一把刀加工的工序最好連接進行，以減少重復定位次數，換刀次數與挪動壓板次數。 (3)在同一次安裝中進行的多道工序，應先安排對工件剛性破壞小的工序。 切削加工順序的安排：先粗后精 先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。先主后次 先安排零件的裝配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如鍵槽、緊 固用的光孔和螺紋孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常與主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前進行。先面

23、后孔 對于箱體、支架、連桿、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。這樣可使工件定位夾緊穩(wěn)定可靠，利于保證孔與平面的位置精度，減小刀具的磨損，同時也給孔加工帶來方便。基面先行 用作精基準的表面，要首先加工出來。所以，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工(有時包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，軸類零件頂尖孔的加工。3-6 加工路線3-7切槽路線3.4加工工藝分析如圖3-7選用三爪卡盤裝夾，使之與工作臺X軸移動方向平行。毛坯為5090的鋼（如圖3-2），工件材料為45號鋼，根據零件圖樣要求其加工工序為：工序一：裝夾毛坯50mm,伸長90mm 該典型軸加工

24、順序為：預備加工-車端面-粗車右端輪廓-精車右端輪廓-切槽 工步1：車端面 工步2：粗車順圓弧、逆圓弧 工步3：精車順圓弧、逆圓弧及各端面 工步4：切槽3-7加工零件圖3.5切削用量的選擇根據零件的結構特點，外輪廓用采用90度外圓車刀，輪廓粗加工時留1mm的精車余量，粗加工時選主軸轉速為s=800r/min，進給速度Vf=150mm/min；精加工選主軸轉速S=1200r/min；進給速度Vf=50mm/min3.6數控加工工藝文件的填寫 表3-1 數控加工工藝卡單位名稱重慶航天職業(yè)技術學院數控加工工序卡片零件名稱零件圖號材料牌號材料硬度典型軸HTJD-0145鋼HRC28-32工序號工序名稱

25、程序編號加工車間設備名稱設備型號工藝裝備1車O0001數控車實訓室車削中心CJK6032三爪定位卡盤工步號工步內容刀具量具切削用量進給次數備注刀具號刀具名稱量具名稱規(guī)格切削速度主軸轉速進給量背吃刀量1車端面T0101硬質合金刀游標卡尺45度刀1108000.10.31手動2粗車各外圓T0101硬質合金刀游標卡尺45度刀1008000.2521自動3精車外圓T0101硬質合金刀千分尺12012000.060.51自動4切槽T0202焊接合金切刀游標卡尺切槽刀606000.081自動5切斷T0202焊接合金切刀游標卡尺切槽刀606000.061自動表3-2 軸刀具卡片產品名稱或代號軸零件名稱軸零件

26、圖號HTJD-01序號刀具號刀具名稱及規(guī)格刀具參數刀補地址刀尖半徑刀桿規(guī)格半徑形狀1T0101外圓粗車刀（刀尖角60度）0.425X2502如圖3-32T0202切斷刀0.425X25如圖3-4編制審核批準共 頁第 頁4 數控加工程序編制4.1 加工坐標系設置（1）建立工件坐標系為了便于在編程時對工件的幾何要素位置進行描述，編程人員必須在零件圖上選擇建立一個過渡坐標系，即工件坐標系，也稱為編程坐標系。數控編程時應該首先確定工件坐標系和工件原點。零件在設計中有設計基準，在加工過程中有工藝基準，同時應盡量將工藝基準與設計基準統(tǒng)一，該基準點通常稱為工件原點。設立如下圖4-1所示：圖4-1坐標系設定（

27、2）試切法對刀在數控加工中，工件坐標系確定后，還要確定刀尖點在工件坐標系中的位置，即通常所說的對刀問題。在數控車床上，目前常用的對刀方法為試切對刀法。將工件安裝好之后，先用MDI方式操作機床，用已選好的刀具將工件端面車一刀，然后保持刀具在縱向（Z）尺寸不變，沿橫向（x）退刀。當取工件右端面O為工件原點時，對刀輸入為Z0，如圖（4-2（a ）;用同樣的方法，再將工件的表面車一刀，然后保持刀具在橫向上的尺寸不變，從縱向退刀，停止主軸轉動，再量出工件車削后的直徑（如圖4-3（b）根據長度和直徑，既可確定刀具在工件坐標系中的位置。其他各刀都需要進行以上操作，從而確定每把刀具在工件坐標系中的位置。圖4-

28、2（a ） Z軸方向對刀圖4-3（b） X軸方向對刀表4-1切削用量選擇主軸轉速s/(r/min)進給量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗車外圓 8000.11.5精車外圓8000.050.2切槽1100.044.2手工編程數控編程方法有手工編程和自動編程兩種。對于幾何形狀復雜的零件需借助計算機使用規(guī)定的數控語言編寫零件源程序，經過處理后生成加工程序，稱為自動編程。手工編程是指從零件圖樣分析工藝處理、數據計算、編寫程序單、輸入程序到程序校驗等各步驟主要有人工完成的編程過程。它適用于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件的加工，以及計算較簡單，程序段不多，編程易于實現的場合等。由于該零件相對比較簡單

29、，所以采用手工編程。應用華中世紀星數控系統(tǒng)編程從工件右端加工O0001%0001 G00 X80 Z150G99 M03 S800 T0101 M08 主軸正轉600r/min，換1號刀G0 X55 Z72 調外圓硬質合金刀，并開冷卻液G71 U2 R0.5 快速靠近工件 G71 P70 Q180 U0.3 W0.1 F0.25 粗車循環(huán)每次進4mm退1mmN70 G42 G0 X0 S1200 刀具半徑右補償，精車轉速1200r/min X20 車削右端面 X24 W-2 倒C2角 Z-29G3 X36 Z-38 R10 F0.25 車R10的外圓弧G1 X37.9 Z-49 車1比5的錐度 W-11 X46 車臺階端面 X46 Z-60 X47.99 W-1 倒C1角N180 G0 G40 X52 取消刀補G0 X80 Z150G70 P70 Q180 F0.06 從N70到N180段精車G0 X80 Z150T0202 M03 S600 調切刀寬2mm，以左刀尖為基準G0 X26 Z-14G1 X24 F0.04 X20 W-2 X20 W-2 X24 W