轴类零件的加工与设计方案

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1、08级自考毕业设计（论文）第一章 数控加工艺方案的确定 确定典型零件的工艺要求、加工工件的批量，拟定数控车床应具有的功能是做好前期准备，合理选用数控车床的前提条件是满足典型零件的工艺要求，典型零件的工艺要求主要是零件的结构尺寸、加工范围和精度要求。根据精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求来选择数控车床的控制精度。 根据可靠性来选择，可靠性是提高产品质量和生产效率的保证。数控机床的可靠性是指机床在规定条件下执行其功能时，长时间稳定运行而不出故障。即平均无故障时间长，即使出了故障，短时间内能恢复，重新投入使用。选择结构合理、制造精良，并已批量生产的机床。一般，用户越多，数控系统的

2、可靠性越高。 在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。 第一种情况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。 第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑的因素主要有，毛坯的材料和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概括起来有三点：1、要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 2、有利于提高生产率。 3、尽可能降低生产成本(加工费用)。11数控加工零件工艺性分析111零件图工艺分析图1-1零件图形该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S4

3、8的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。1、对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。2、在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。3、为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选55x150mm 45号钢。1.1.2选择设备 根据被加工零件的外形和材料等条件，选用TND360数控车床。1.2加工方法的选择与加工方案的确定

4、1.2.1加工方法的选择1、 确定零件的定位基准和装夹方式 （1）定位基准 确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。（2）装夹方法 左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。 2、确定加工顺序及进给路线加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.25精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。TND360数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）。该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给

5、(见附录3)。3、切削用量选择 （1）背吃刀量的选择 轮廓粗车循环时选ap=3 ，精车ap=0.25；螺纹粗车时选ap= 0.4 ，逐刀减少，精车ap=0.1。（2）主轴转速的选择 车直线和圆弧时，选粗车切削速度vc=90m/min、精车切削速度vc=120m/min，然后利用公式vc=dn/1000计算主轴转速n（粗车直径D=60 ，精车工件直径取平均值）：粗车500r/min、精车1200 r/min。车螺纹时，计算得主轴转速n =320 r/min.（3）进给速度的选择 选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.4/r，精车每转进给量为0.15/r，最后根据公

6、式vf = nf计算粗车、精车进给速度分别为200 /min和180 /min。综合前面分析的各项内容，并将其填入数控加工工艺卡片中。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。1.2.2加工方案确定的原则零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的IT7

7、级精度的孔，最终加工方法取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。第二章 刀具的选择及对刀点的位置2.1刀具的选择与普通机床相比，数控加工时对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控机床的高效率。1.粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。2.精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 3.为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。使用的1号刀为大偏角刀，分别用来车削端面，外圆及圆弧，采用较大的副偏角，可以避免连圆弧时产生过切现象，但

8、是在两种方案中，方案一中间连续的圆弧在一次车削中完成，能保证圆弧的光滑连接、方案二中间连续的圆弧通过调头车削来完成，接刀处会产生明显的接刀痕迹，相比方案一有所欠缺。4号刀为镗刀，用于内孔的加工，由于工件的孔较深，且直径小，对于镗刀的要求较高，故采用了切削刃口（刀夹）位置在镗杆直径为1/2处这样处理，可增大镗杆的直径，从而提高镗刀的刚性。2号刀外螺纹刀、3号刀切槽刀，5号刀为尖刀是由1号刀改造过来的其它方案相同。2.2对刀点、换刀点的确定在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“

9、程序起点”或“起刀点”。对刀点的选择原则是：便于用数字处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中便于检查；引起的加工误差小。对刀点可选在工件上，也可选在工件外面(如选在夹具上或机床上)但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；螺纹刀的刀尖；切槽刀的两端；尖刀的刀尖。零件安装后工件坐标系与

10、机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值；为对刀点在机床坐标系中的坐标值为(X0，Y0)。当按绝对值编程时，不管对刀点和工件原点是否重合，都是X2、Y2；当按增量值编程时，对刀点与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是X2、Y2，不重合时，则为(X1十X2)、Y1+ Y2)。对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值(X0，Y0)来校核，在本零件加工对刀点说明下。所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。加工过程

11、中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是佰刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点(如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的)，也可以是任意的一点(如车床)。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。1、常用装夹方法（1）在三爪自动定心卡盘装夹 三爪自动定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。三爪自动定心卡盘装夹工件方便、省时、自动定心好，但夹紧力小，适用于装夹外型规则的中、小型工件。三爪自动定心卡盘可装成正爪或反爪两种形式。反爪用来装夹直径较大的零件。 数控车床多采用三爪自动定心卡盘夹持工件，轴类工件还可

12、使用尾坐顶尖工作。如果主轴转速较高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘。（2）在两顶尖之间装夹 对于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。两顶尖装夹方便，不需要找正，装夹精度高。但必须在工件的两端面钻出中心孔。该装夹方式适用于多工序加工或精加工。2、对刀有关的概念和对刀方法 （1）刀位点：代表刀具的基准点，也是对刀时的注视点，一般是刀具上的一点。 （2）起刀点：起刀点是刀具相对与工件运动的起点，即零件加工程序开始时刀位点的起始位置，而且往往还是程序的运行的终点。 （3）对刀点与对刀：对刀点是用来确定刀具与工件的相对位置关系的点，是确定工件坐标系与

13、机床坐标系的关系的点。对刀就是将刀具的刀位点置于对刀点上，以便建立工件坐标系。 （4）对刀基准（点）：对刀时为确定对刀点的位置所依据的基准，该基可以是点、线、面，它可以设在工件上或夹具上或机床上。（5）对刀参考点：是用来代表刀架、刀台或刀盘在机床坐标系内的位置的参考点，也称刀架中心或刀具参考点。（6）换刀点：数控程序中指定用于换刀的位置点。换刀点的位置应避免与工件、夹具和机床干涉。 （7）对刀方法：主要有试切对刀、机外对刀仪对刀、ACT对刀等.第三章 编制加工工艺卡单位名称xxx产品名称或代号零件名称零件图号xxx典型零件xxx工序号程序编号夹具名称使用设备车间0001三爪卡盘360数控车床数

14、控中心工卡号工卡内容刀具刀具规格主轴转速进给速度背吃刀量备注1平端面T0125x25500手动2粗车外部轮廓T0125x2510002003自动3精车外部轮廓T0125x2510001800.25自动4车螺纹T0225x255009600.4自动5切槽T0325x255009600.1自动6尖刀粗车轮廓T0125x258002001自动7尖刀精车轮廓T0125x258001800.25自动8粗车内轮廓T0425x255001003自动9精车内轮廓T0425x255001000.25自动编制xxx单位xxx批准年月日共 页第 页表3-1加工工艺卡第四章 编制加工工序卡 见附本(一)工序号1工序名

15、称粗车外圆刀具号T0101表4-1工序号2工序名称精车外圆刀具号T0101表4-2工序号3工序名称车螺纹刀具号T0202表4-3工序号4工序名称切槽刀具号T0303表4-4工序号5工序名称粗车右端外圆刀具号T0101表4-5工序号6工序名称精车外圆刀具号T0105表4-6工序号7工序名称粗车镗孔刀具号T0404表4-7工序号8工序名称精车镗孔刀具号T0404表4-8第五章 数值计算根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需要的输入数据，称为数控加工的数值计算。具体地说，数值计算就是计算出零件轮廓上或刀具中轨迹上一些点的坐标数据。5.1计算各节点相对位置坐标值图5-1

16、如图5-1，圆O1与O的切点为B，圆O与圆O2的切点为A，过A点作圆O1O2的共切线在直线L上，直线斜率为k，已知r=9,r2=24,分别设点的坐标为A（x1,y1）、O(x,y)、B(x2,y2)则有如下关系式： x= 由式可得 则k=又因为l，所以：- 用式代入得： 即： 同理： 即节点坐标为：A（） B（）下图为计算锥度的短边图5-2如图5-2，圆O为原点坐标，根据原有图形已 要求CD的长度L 解：由tan代入数据tan L=41.77mm综上所述由原图右端原点到每个节点的距离依次为31.38，44.33mm，上下距离依次为35.08mm，36.46mm; 锥度的短边为41.77mm52

17、 编程图5-3O0001N010 G50 x100 y150N011 G50 S1800N012 G96 S150 T0101N013 M03 M08N014 G00 x60 z0N015 G01 z0 F70N016 G00 z2N017 x55N018 G71 U1 R1 P22 Q28 x0.5 z0.1 F70 N019 G00 x100 z200N020 M05N021 M00N022 G00 x26 z0N023 G01 x30 z-2 F70N024 z-33N025 x50N026 x52 z-34N027 z-51.5N028 x41.77 z-80.1N029 G00 x1

18、50 z200N030 M05N031 M30O0002N010 G50 x100 z150N011 G50 S1800 N012 G97 S150 T0202N013 M03 M08N014 G00 x31 z0N015 G82 x29.2 z-25 F2N016 G82 x28.6 z-25 F2N017 G82 x28.2 z-25 F2 N018 G82 x28.0 z-25 F2 N019 G82 x28.0 z-25 F2N020 G00 x100 z200N021 M05N022 M30O0003N010 G50 x100 z150N011 G50 S1800N012 G96 S

19、150 T0303N013 M03 M08N014 G00 x55 z0N015 G01 z-56 F70N016 x39N017 G04 x1.0N018 G01 x55 F70 N019 M98 P002 1007N020 G01 x60 F70N021 z-148N022 x30N023 x0N024 M05N025 M30子程序O0007N100 G00 W-7.0N110 G98 G01 x39 F70N120 G04 x1.0N130 G00 x53N140 M99O0004N010 G50 x100 z150N011 G50 S1800N012 G96 S150 T0101N01

20、3 M03 M08N014 G00 x60 z0N015 G01 z0 F70N016 G00 z2N017 x55N018 G71 U1 R1 P22 Q23 x0.5 z0.1 F70N019 G00 x100 z150N020 M05N021 M00N022 G00 x49 z0N023 G01 z-65 F70N024 G00 x100 z200 T 0105N025 G00 x38 z0N026 G71 U1 R1 P30 Q35 x0.5 z0.1 F70N027 G00 x100 z150N028 M05N029 M00N030 G00 x37.47 z0N031 G03 x35

21、.08 z-31.38 R24 F70N032 G02 x36.46 z-44.33 R9 F70N033 G03 x35 z-57 R8 F70N034 G01 z-65 F70N035 x40N036 G00 x100 z150N037 M05 N038 M30O0005N010 G50 x100 z150N011 G50 S1800N012 G96 S150 T0404N013 M03 M08N014 G00 x26 z3N015 G71 U1 R1 P20 O24 x0.5 z0.1 F70N016 G00 x100 z150N017 M05N018 M00N019 M03 S800

22、T0202 F50N020 G00 x30 z3N021 G01 z0N022 x28 z-1 N023 z-26N024 G01 x26N025 z3N026 G00 x100 z200 N027 M05N028 M30结束语 在本篇论文中阐述了机械加工工艺，制作工艺卡片和工序卡，在今后将会用的更多，它让工作人员更能清楚的了解其相应图形，给数控加工带来方便，并且数控机床也将会被广泛的运用。本设计在指导老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着杜老师的心血和汗水，在三年的学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向指导老师

23、表示深深的感谢和崇高的敬意。 不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向现代系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。致谢词 本文从拟定题目到定稿，历时数月。而今论文完成打印之时，我思绪万千，心情久久不能平静。回忆我在学习期间，最令我难忘的恩师，老师治学严谨，学识渊博，品德高尚，平易近人，在我学习期间不仅传授了做学问的秘诀，还传授了做人的准则。这些都将使我终生受益。无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的

24、每一个环节，无不得到指导老师的悉心指导和帮助。借此机会我向导师表示衷心的感谢！同时，我要感谢教育技术学授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校，是他提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。另外，感谢全体同学的帮助和勉励。同窗之谊和手足之情，我将终生难忘！路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。我愿在未来的学习和研究过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学、和朋友。学无止境。明天，将是我终身学习另一天的开始。参考文献1 林洁.数控加工程序编制，M北京：航空 工业出版社，19932 毛志康.机械加工工艺学, M北京：航空工业出版社,19993 华茂发.数控机床加工工艺，M北京：机械工来出版社，20004 华中理工大学等院校编画.法几何及机械制图，第5版，M北京：高等教育出版社，20005 华中数控集团编.世纪星数控糸统使用说明书，M华中数控，20016 黎广生等.中文版实用指南，M清华大学出版社，2001- 20 -