数控轴类零件加工工艺
设计毕业论文
SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
毕业设计
（2016届）
设计题目轴类零件的设计与加工
学院名称合肥工业大学
13级数控（专）
专业（班级）
刘云鹤
姓名（学号）
指导教师曾亿山教授
系负责人
2016年 3 月 21日
目录
摘要 (3)
绪论 (4)
一、选择本课题的目的及意义 (4)
二、数控机床及数控技术的应用与发展 (4)
（一）数控机床的应用与发展 (4)
（二）数控技术的应用与发展 (5)
正文 (7)
1.零件图的加工工艺性分析 (7)
对零件的分析及毛坯的选择 (7)
设备的选择 (9)
粗基准选择原则 (10)
精基准选择原则 (10)
定位基准 (10)
2.装夹方式 (10)
3.工艺过程 (12)
加工方法的选择 (12)
加工方案的确定 (12)
工序划分 (13)
工步的划分 (13)
4.确定加工顺序及进给路线 (13)
零件加工必须遵守的安排原则 (13)
进给路线 (14)
5.选择刀具 (16)
6.切削用量的选择 (20)
背吃刀量的选择 (20)
主轴转速的选择 (20)
进给速度的选取 (20)
进给量的选取 (20)
7.编制工艺卡 (21)
编写程序前的注意事项 (25)
编制误差 (25)
误差控制 (25)
编写程序 (28)
数控仿真系统 (30)
结论 (33)
参考文献 (34)
轴类零件的数控加工设计
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的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,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他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.在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下,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。
选这个题目的目的是它能体现出我对所学知识的掌握程度和灵活规范的运用所学知识，
在我认为要成为一名合格的在学生，以自己的的思路用所学的知识来完成一份成功的毕业设
计是必不可少的。
此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、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。主要困难的是两次装夹中的水平Z向长度难以保证、切削用量的参数设定、对刀的精度、工艺路线的制订。
关键词：数控技术；车削加工；数控加工工艺；数控编程
绪论
一、选择本课题的目的及意义
目的：通过这次设计可以使我们学会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，培养和提高综合分析问题和解决问题的能力，以及培养科学的研究和创造能力。
意义：随着社会经济的快速发展，人们对生活用品的要求也越来越高，企业对生产效率也有相应的提高。数控机床的出现实现了广大人们的这一愿望。数控车削加工工艺是实现产品设计、保证产品的质量、保证零件的精度，节约能源、降低消耗的重要手段。是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、技术检测和健全劳动组织的重要依据。也是企业对高品质、高品种、高水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。这不但满足了广大消费者的目的，即实现了产品多样化、产品高质量、更新速度快的要求，同时推动了企业的快速发展，提高了企业的生产效率。
机械工业是国民经济各部门的装备军，而数控加工在机械行业占有领头羊的地位，因此国民经济各部门的生产技术水平和所取得的经济效益，在很大程度上取决于机械行业和数控行业中所能提供的机械装备的技术性能、指令和可靠性。因此数控加工技术水平和生产规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。
数控工艺规程的编制是直接指导产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件，它将直接影响企业产品质量、效益、竞争能力。本文通过对典型轴类零件数控加工工艺的分析，对零件进行编程加工，给出了对于典型零件数控加工工艺分析的方法，对于提高制造质量、实际生产具有一定的意义。
二、数控机床及数控技术的应用与发展
（一）数控机床的应用与发展
随着电子信息技术的发展世界机床已经进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是其代表机床之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。
我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。为了缩小与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下6个方面着力研究：
1）加大力度实施质量工程，提高数控机床的无故障率；
2）跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展；
3）加大成套设计开发能力上求突破；
4）发挥服务优势，扩大市场占有率；
5）多品种制造，满足不同层次的用户的需求；
6）模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。
数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。
（二）数控技术的应用与发展
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。随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控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。
正文
1. 零件图的加工工艺性分析
零件车削工艺分析，零件材料处理为：45钢，调制处理HRC26～36，下面对该零件进行数控车削工艺分析。
零件图
对零件的分析及毛坯的选择
在编程前我们一定要对零件进行工艺分析，这是必不可少的一步，如图C3我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，其中由较严格直径尺寸精度要求的如Φ28±,фmm,轴线长度的精度如5±，±，粗糙度μｍ，球面Sфmm。可控制球面形状精度、30°的锥度等要求。
经上面的分析，我可以采用一下几点工艺措施：
零件上由精度较高的尺寸数据如圆柱ф28±、фmm，轴向长度5±、±，球Sф
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ф28mm、ф长度5mm，，球Sф即可。[注：上述座标值是以半径值给出的。形式如（X，Z）]
（，0），与RCmm的圆弧切点坐标为（，），RC与SфBmm的切点坐标为（，），SфBnmm与R5mm的切点为（，），R5mm与фEmm的切点坐标为（，）。[注：上述座标值是以半径值给出的。形式如（X，Z）。]
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ф28mm。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ф28mm。调头装夹ф28mm的圆柱加工右端圆弧，毛坯选ф30×120mm。
表1 CK6140车床的主要技术参数
设备的选择
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。机床我们选用HNC-CK6140数控系
粗基准选择原则
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。
合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。
粗基准应避免重复使用。
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。
精基准选择原则
基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准；
基准统一原则：自为基准原则，互为基准原则。
定位基准
综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上用三爪卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯ф58mm的棒料的轴线和左端面作为定位基准。
2. 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，我应先装夹毛坯ф30mm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фEmm，然后将棒料卸下。装夹ф28mm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：
加工螺纹的装夹图
加工圆弧的装夹图
3.工艺过程
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ф28±，ф29mm，ф23mm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。
加工方案的确定
零件上精度比较高度表面加工，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：①直接用三抓卡盘装夹、调头加工。②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。
工序划分
（1）按零件的装夹定位方式划分；
（2）按粗、精加工划分工序；
（3）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。
工步的划分
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：
①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×45°的倒角，ф
20×25mm ─→端面ф28mm ─→圆柱ф28mm ─→30°的锥台面─→ф2202
.001.0-+×10mm ─→切槽刀
切槽5×─→外螺纹车刀车削M20×。
②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
R16mm ─→球ф2803.00+mm ─→圆弧R5mm ─→ф2202.001.0-+×5mm ─→切槽刀切槽5×
4.确定加工顺序及进给路线
零件加工必须遵守的安排原则
基面先行 工面基准为后刀面的加工提供基准面，所以应该先平左端面作为基准面； 先主后次 所加工的表面均为重要表面所以按照从左到有的顺序；
先粗后精 削去大部分的金属余量再进行成型切削，保证零件的尺寸要求和质量要求 先面后孔 工零件左端面，再加工零件内孔
综上所述，加工顺序为：平左端面至 粗车外圆至 加工内孔至 精车轮廓至 粗精车螺纹至粗车外圆 至 切槽 至 车削圆弧至 切槽至 精车轮廓 进给路线
在数控加工中，刀具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：
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； 使数值计算简单，以减少编程工作量；
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。
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，我确定该零件的进给路线有两步如下图所示：
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фDmmm、ф28mm、фEmm到槽5±的左端面处后，精车外形路线统粗车一样，再换刀切削5×的槽，最后再换刀切削螺纹。如图螺纹加工路线。
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、RCmm、фBmm到фEmm后2mm 后精车外形路线同粗车一样。最后切削5±的槽。如图螺纹加工路线。
圆弧加工路线
5.选择刀具
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、红硬性好、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。接合零件轮廓相对还是较复杂，
数控车刀
各类车刀刀刃
外圆车刀的组成
具体选刀如下：
1 平端面可选用90°WC-Co的硬质合金外圆车刀，粗车、精车及在这里我选择一把
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（可用作图法检验），副偏角应选择Kr′大一点的，取Kr′=40°右端面外圆车刀的材料选择及Kr′值这里分别下表
硬质合金
2.切槽时由于零件中槽宽5±，一般都选刀宽4mm,刀杆25×25mm材料为高速钢
W18CrV4R的切断刀，切槽时选用4mm 刀宽即可。
断削槽宽度
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Rε，Rε=～。
刀具表如表所示：
6.切削用量的选择
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；精加工进，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。
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=，螺纹粗车时选ap=，逐刀减少粗车4次后，精车时选ap=。这里粗车ap值、精车ap值都是《机械制造技术》一书。
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都是根据平时上课所讲的及前人的实践经验所给定的。
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。参照《数控加工与编程》一书。
进给量的选取
在粗车碳素钢材料时根据附表9，刀杆的尺寸为16×25mm、a p=，及工件的直径为
55mm，f= 。
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。
7.编制工艺卡
数控车削加工工艺卡片
数控车削加工工序卡片
编写工艺卡前的注意事项
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。我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。
误差控制
为了尽可能的减少笔算误差，我们采取在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，其精度达到级，这样能有效地将误差控制在（～）倍的零件公差值内。
常用G指令代码功能表
零件来调参数控车床G功能指令（HNC-22T）
注：①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。
②标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。
常用M指令代码功能表
常用M指令代码
注：①表内00组为非模态代码；其余为模态代码，同驵可相互取代。
②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。
程序编制
数控仿真系统
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。
华中数控机床面板操作
车床零件测量
放置零件
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。
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。
结论
本文就典型轴类零件的数控加工工艺设计作了较详细的分析与阐述。此次设计主要涉及的技术问题有零件的加工工艺性分析、零件的装夹、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定以及车削加工程序的编写。在设计过程中遇到了零件的同轴度误差Φ、表面粗糙度如何保证，以及孔的加工方法的合理选择等技术难题。我们通过减少装夹次数，从左到右的加工方法有效保证了同轴度的精度要求，合理选择粗、精加工的切削用量参数，尽量减少进给量使得表面粗糙度得到了保证，采用先钻孔再扩孔的方法解决了孔加工的问题。但是，设计中仍然有不足的地方，例如编程误差的解决问题。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。我们是经过笔算获得的数值，存在着较大的误差。为了尽可能的减少笔算误差，可以在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，其精度达到级，这样能有效地将误差控制在（～）倍的零件公差值内
致谢
本机毕业设计任务完成速度迟缓，在至此期间也遇到了很多困难，切在此要感谢秦老师老师，期间曾因去外地耽误了少许课程，秦老师百忙之中还是会对我进行辅导以及补考，不厌其烦一心帮助同学们完成毕业设计，还要感谢我校刘翔老师，为我们修改和审查，且在专业问题方面给予我们不断补充，提高毕业设计质量。
由衷的感谢安徽合肥工业大学的各位相关老师与我们的导师曾亿山教授。此次毕业设计的顺利完成离不开指导老师的大力支持,在这里，同样感谢我校所有老师，及时准确的通知我们有所报考的学生，以保证有充分的完成考试，填表以及毕业设计等工作，让我们有充分的的时间去准备切帮助我们解决绝大部分困难。
再次还要感谢的是我的同学们和班长，此次学习少不了同学们的帮助，在各科目方面班长也十分负责的为我解决了很多问题，也使学习环境变得很轻松。
参考文献
[1]宁庆东尹玉珍主编《机械制造技术》。北京大学出版社 2008
[2]岳秋琴主编《数控加工编程与操作》。北京理工大学出版社 2010
[3]乔西铭主编《机械工程基础》。清华大学出版社 2009
[4]刘力主编《机械制图》。高等教育出版社 2009
[5]赵如福主编《金属机械加工工艺人员手册》上海科技出版社 2009