典型轴零件数控车削加工工艺设计与编程

0典型轴零件的数控车削加工工艺设计与编程 摘要数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词 工艺分析加工方案数控编程1目 录摘要 .11 零件图纸分析 .31.1 零件的结构特点分析 .31.2 零件的技术要求分析 .42 零件毛坯的选择 .52.1 毛坯类型 .52.2 毛坯余量确定 .52.3 毛坯图 .53 零件的工艺规程设计 .63.1 加工工艺分析 .63.2 确定定位基准 .63.3 制订工艺方案 .93.4 加工设备的选择 .103.5 刀具的选择 .113.6 工艺卡片填写 .133.6.1 机械加工工艺过程卡片 .133.6.2 工序过程卡片 .144 零件的数控编程 .164.1 数控编程的定义及分类 .164.1.1 数控编程的定义 .164.1.2 数控编程的分类 .164.1.3 编程方法的选择 .164.2 数控加工代码的编写 .16设计小结 .21致 谢 .22参考文献 .2321 零件图纸分析使用 CAD 软件绘制零件的二维图如图 1.1图 1.1 零件二维图1.1 零件的结构特点分析从上图中,我们发现本零件为轴类零件, 轴类零件是机械加工中常见的加工零件之一，在各类机械中应用很广。图 1.1 中所示的轴零件主要由内外圆柱面、倒角、圆弧面、螺纹等组成，从这些结构3中更可以看出，该轴结构并不复杂。1.2 零件的技术要求分析该零件尺寸精度等级较高，其中外圆尺寸精度最高为 0.02mm，内轮廓尺寸精度最高为公差位 0.03mm， ；形状精度有：位置精度无要求（等等，其余的请看零件图纸） ；该零件的表面粗糙度要求较高，16 以及 24 的最高表面达到 Ra1.6um，其余表面粗糙度要求为Ra6.3um。42 零件毛坯的选择2.1 毛坯类型毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有:铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。毛坯是根据零件所要求的形状，工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗，工时定额计算有很大影响。2.2 毛坯余量确定根据该零件的图纸要求，由于零件并不是很长，因此可以直接采用型材毛坯（棒料） ，又零件的最大外圆为 24mm，长度为 80mm，因此可以给毛坯的 X 向单边留 2.5mm 余量，Z 向单边各留 2.5mm 余量。2.3 毛坯图由毛坯余量的选择，可确定该零件的毛坯尺寸为 29×85mm。其毛坯-零件如图 2.1 所示。图 2.1 毛坯图53 零件的工艺规程设计3.1 加工工艺分析工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，当拟定工艺路线时要合理、全面安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序。切削加工工序的安排原则1）基准先行 选为精基准的表面，应先进行价格，以便为后续工序提供可靠的精基准。如轴类零件的中心孔、箱体的地面或剖分面、齿轮的内孔和一端面等，都应安排在初始工序加工完成。2）先粗后精 各表面均应按照粗加工半精加工精加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。3）先主后次 先加工主要表面（如定位基面、装配面、工作面），后加工次要表面（如自由表面、键槽、螺纹孔等） ，次要表面常穿插进行加工，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前。该零件的加工顺序应严格按照以上原则进行加工。（1）外轮廓：粗车（精度等级 IT12，粗糙度 Ra12.5um）半精车（精度等级 IT89，粗糙度 Ra3.2um）精车（精度等级 IT67，粗糙度 Ra1.6um） 。（2） 内轮廓：钻孔（精度等级 IT12，粗糙度 Ra12.5um）粗镗（精度等级 IT910，粗糙度 Ra3.2um）精镗（精度等级 IT67，粗糙度 Ra1.6um） 。3.2 确定定位基准在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位6置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。本节先建立一些有关基准和定位的概念，然后再着重讨论定位基准选择的原则。1、精基准的选择原则重点考虑：如何较少误差，提高定位精度。（1）基准重合原则。利用设计基准做为定位基准，即为基准重合原则。（2）基准统一原则。在大多数工序中，都使用同一基准的原则。这样容易保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差。例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。（3）互为基准原则。加工表面和定位表面互相转换的原则。一般适用于精加工和光磨加工中。例如：车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔为基准磨主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔，最后达到图纸上规定的同轴度要求。（4）自为基准原则。以加工表面自身做为定位基准的原则，如浮动镗孔、拉孔。只能提高加工表面的尺寸精度，不能提高表面间的位置精度。还有一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准。2、粗基准的选择原则粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量大小。重点考虑：如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。7（1）合理分配加工余量的原则。a、应保证各加工表面都有足够的加工余量：如外圆加工以轴线为基准；b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高；如床身加工，先加工床腿再加工导轨面；（2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则。一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。（3）便于装夹的原则：选表面光洁的平面做粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。（4）粗基准一般不得重复使用的原则：在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。3、定位基准的选择1）粗基准的选择：粗车时以外圆和两端面为粗基准，并加工出精基准2）精基准的选择：精加工时以粗加工时加工出的端面和外圆为基准。4、装夹方式的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求；一是要保证夹具的坐标方与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下几点：8(1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短准备时间，节省生产费用。(2)在成批量不大时，应尽量采用组合夹具，并力求结构简单，夹具结构应有足够的刚度和强度。(3)因为在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件夹紧引起的变形造成工件加工不良。夹紧力应靠近主要支承点，力求靠近切削部位。(4)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，加工部位开阔，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给（如产生碰撞等） 。(5)装卸零件要快速、方便、可靠，以缩短准备时间，批量较大时应考虑气动或液压夹具、多工位夹具。综合零件图典型的轴类零件,形状很规则，故夹具选用三爪自定心卡盘如（图 3.1） ，三爪卡盘装夹工件时可自动定心，不需找正。图 3.1 三爪卡盘3.3 制订工艺方案制订工艺方案的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领（生产纲领9的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。 ）已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。根据该零件的结构特性，确定其加工工艺路线如下：工序 1：制造毛坯 29mm×85mm 圆棒料。工序 2：夹毛坯外圆，向外伸出 40mm 的长度，车外轮廓、钻孔、切槽、镗孔。工步 1：粗车外轮廓 18、24 外圆，预留 0.5mm 精加工余量。工步 2：精车外轮廓 18、24 外圆，控制各表面粗糙度及精度。工步 3：钻孔 10mm工步 4：粗镗 12，预留 0.5mm 精加工余量。工步 5：精镗 22 控制各表面粗糙度及精度。工步 6：切槽工序 3：调头，车右端面、车外圆轮廓、切槽、螺纹。工步 1：粗车外轮廓，预留 0.5mm 精加工余量。工步 2：精车外轮廓，保证总长 80mm，控制各表面粗糙度及精度。工步 3：切槽工步 4：车 M20X1.5 螺纹工序 4：去毛刺。工序 5：检验。103.4 加工设备的选择法兰克数控系统大连机床 CK6140 数控车床性能的特点是：机床采用传统的卧式车床布局，整体设计，密封性好，都符合安全标准。床身、床鞍、刀塔刀架等主要基础件均采用耐磨铸铁铸造并且经过人工实效处理，整机较优越。机床横向、纵向运动均采用伺服电机、精密滚珠丝杆副、高刚性精密复合轴承传动、脉冲编码器位置检测的半闭环 CNC 控制系统。机床功能齐全、操作也简便、精度较稳定、工作相当可靠。机床的床头箱的结构简单合理。主轴系统的前后支架采用高精度轴承，具有刚性强、转速高、精度高、噪音低、热变形小、运转平稳的显著特点。机床采用集中润滑的方式、定时、定量并且能实现自动间歇式润滑的润滑泵，工作相当稳定可靠，满足清洁生产的环保要求，机床采用的半防护装置，不仅美观也防削飞溅出来。车身上最大回转直径 200mm主轴转速范围: 15-1600r/min主轴孔直径: 483.5 刀具的选择刀具的合理选择和使用，对提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期及加快新产品开发等到方面有十分重要的作用。国外有资料表明，刀具费用一般占制造成本 2.5%4%，但它却直接影响占制造成本 20%的机床用和 38%的人工费用。如果进给速度和切削速度提高 15%20%，则可降低制造成本 10%15%。这说明使用好刀具会11增加成本，但效率提高则会使机床费用和人工费用有很大降低，这正是工业发达国家制造业所采用的加工策略之一。应根据机床的加工能力、工件材料的性质、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选择刀具及刀柄。刀具选择的总原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。一般优先采用标准刀具，必要时也采用各种高生产率的复合刀具及其他一些专用刀具。此外应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。刀具的类型、规格和精度等应符合加工要求，刀具材料应和工件材料相适应。在刀具性能上，数控机床加工所用刀具应高于普通机床加工所用刀具。所以选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几个方面。1.切削性能好为适应刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时，能采用大的背吃刀量和高速进给，刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控统对刀具寿命进行管理。2.精度高为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度。3.可靠性高这个零件可以采用涂层刀，分别是 90 外援车刀 45 端面刀 60 螺纹刀 内孔车刀 麻花钻12要保证数控加工中不会发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具 及与之组合的附件必须具有很具有很好的可靠性及较强的适应性。4.耐用度高数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽是减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率及保证加工质量。5.断屑及排屑性能好在数控加工中，焗断屑和排屑不像普通机床加工那样，能及时收人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工不表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的顺利、安全运行，所以要求刀具应具有较好如丘而止断屑性能。通过以上分析，加工本零件选择标准刀具，以减少加工成品和提高加工效率。表 3.1 数控加工刀具卡片刀具编号 刀具名称 刀具规格刀片材料加工表面T01 外圆车刀 75°刀尖 YT15 车外轮廓T02 车镗刀 60° YT15 镗内轮廓T03 内槽刀 刀宽 2mm YT15 槽T04 外槽刀 刀宽 4mm YT15 槽T05 螺纹车刀 60° YT15 M20X1.5麻花钻 10 高速钢 钻孔3.6 工艺卡片填写将前面分析的各项内容综合成数控加工工艺卡片，具体卡片请13查看附件。3.6.1 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程产品名称 轴材料45钢 毛坯尺寸 29mm×85mm序号工序名称 工序内容 车间 设备 工装1 下料下料，制造毛坯29mm×85mm 圆棒料 数控2 车夹毛坯外圆，向外伸出 40mm的长度，车外轮廓、钻孔、切槽、镗孔。数控 数控车床 三爪卡盘3 车 调头，车右端面、车外圆轮廓、切槽、螺纹。 数控数控车床 三爪卡盘4 钳工 去毛刺 数控5 终检 检验图上各尺寸 数控6 入库3.6.2 工序过程卡片产品名称或代号零件名称 材料 零件图号（工厂） 数控加工工序 卡轴 45 钢工序号 程序编 号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间2 O0001 三爪卡盘 数控车床工步号 工步内容 刀具 号刀具规格/mm主轴转速/（r/min）进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm备注1 车左端面 T01 75° 1000 200 1 自动14产品名称或代号零件名称 材料 零件图号（工厂） 数控加工工序 卡轴 45 钢工序号 程序编 号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间2 O0002 三爪卡盘 数控车床工步号 工步内容 刀具 号刀具规格/mm主轴转速/（r/min）进给速度/(mm/min)背吃刀量/mm备注1 粗车外轮廓，预留0.5mm 精加工余量 T01 75° 1000 200 1 自动2精车外轮廓，保证总长 85mm，控制各表面粗糙度及精度。T01 75° 1200 150 0.5 自动3 切槽 T04 宽度 4mm 800 50 自动4 车 M20X1.5 螺纹 T05 60° 600 150 1 自动编制 审核 批准 共 2 页 第 2 页2粗车外轮廓，预留0.5mm 精加工余量。 T01 75° 1000 200 1 自动3 精车外轮廓，控制各表面粗糙度及精度。 T01 75° 1200 150 0.5 自动4 钻孔 - 10 600 - - 手动5 镗孔 T02 60° 750 120 1 自动6 切槽 T03 2mm 800 500 1 自动编制 审核 批准 共 2 页 第 1 页15164 零件的数控编程4.1 数控编程的定义及分类4.1.1 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、工艺参数以及辅助操作加工信息，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。4.1.2 数控编程的分类数控编程主要分为手工编程与自动编程。（1）手工编程 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。（2）自动编程 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。4.1.3 编程方法的选择该零件无复杂曲面、曲线，其结构比较规则，主要由直线、圆弧、螺纹等组成，可直接采用手工编程的方法进行编制。4.2 数控加工代码的编写（1） 、左端程序 O0001程 序 说 明T0101（外圆车刀）M03S1000M08换 1 号刀主轴正转，转速为 1000r/min。切削液开17G00X32Z2G71U2R0.5G71P100Q200U1W0.5F100N100 G00X28G01Z0F60X24W-15Z-36N200 X32F200G00X100Z100T0202(镗刀）M03S1200M08G00X10Z2G71U2R0.5G71P300Q400U-0.5W0.5F100N300 G00X12G01Z-27F60N400 X15F200G00Z100T0303(切槽刀）M03S1200M08G00X10Z2G01Z-17F100X18F50快速走到加工起点建立 G71 粗车循环精加工程序起点开始切削外圆轮廓快速运动到换刀点换 2 号刀主轴正转，转速为 1200r/min。切削液开快速走到加工起点建立 G71 粗车循环精加工程序起点开始切削内轮廓快速运动到换刀点快速运动到换刀点切槽18X10W-2X14X10W-2X14X10W-2X14X10W-2X14X10W-2X14X10Z100M30 程序结束（2） 、右端程序 O0002程 序 说 明T0101（外圆车刀）M03S1000M08G00X32Z2换 1 号刀主轴正转，转速为 1000r/min。切削液开快速走到加工起点19G71U2R0.5G71P100Q200U0.5W0.5F100N100 G00X0G01Z0F60G03X12Z-6R6G01Z-10X14X16Z-25Z-31X18 X20W-1Z-45X22X24W-1N200 X32F200G00X100Z100T0202(切槽刀）M03S500M08G00X25Z2G01Z-45F150X16F50X25G00X100Z100T0303(螺纹刀）建立 G71 粗车循环精加工程序起点开始切削外圆轮廓快速运动到换刀点换 2 号刀主轴正转，转速为 500r/min。切削液开快速走到加工起点切槽离开工件表面快速退刀换 3 号刀20M03S800M08G00X21Z-30G92X19.5Z-42F1.5G92X19.3Z-42F1.5G92X19Z-42F1.5G92X18.5Z-42F1.5G00X100Z100M30主轴正转，转速为 800r/min。切削液开快速走到加工起点螺纹车铣指令快速运动到换刀点程序结束21设计小结通过短短这段时间论文的设计，对数控技能操作以及理论知识有了一定得了解，为之得到了很多以前在学校难以解决得答案。这段时间通过与同伴们仔细研究与探讨，了解到了数控专业在当今社会的发展以及所在地区的热点信息。通过论文让我对数控有了一定的了解以及需要掌握的基础知识。我们在加工零件时通常对表面加工比较精确，他时通过从粗加工到半精加工再到精加工这一过程中逐步形成的，对那些表面形成仅仅只是根据质量的要求选择相应的的加工过程和步骤，这样才能确认我们最终所加工出来的零件是否合样！总而言之，本次设计使我对数控有了深入的了解，以前，虽然自己使数控专业的学生，但实际了解数控方面得东西真的很少，那时似乎对数控也没有多大的兴趣，但通过出来实习进行实际操作以及和同事了解加上自己的摸索，使自己对数控产生了很大的兴趣，研究起来也感觉很有意义。22致 谢本人在毕业课题的设计中，学习了不少的新知识，体会到了学习的重要性，同时，感谢学校规划与教育，给予我们良好的学习环境，并提供给我们对学业及个人生涯发展的多元信息，帮助我们成长。感谢几年来陪伴我们学习与生活的恩师，感谢您们对我精心的教育，感谢您们没使我的学习变成劳作而成为一种快乐；谢您们让我明白自身的价值；感谢您们帮助我发现了自己的专长，而且让我把事情做得更好。感谢您们容忍我的任信与错误，不仅教会了我知识，更教会了我如何做事，如何做人。这几年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。23参考文献1.切削用量简明实用手册 黄如林主编 化学工业出版社 2.机械设计综合课程设计 王之标、王大康主编 机械工业出版社 3.机床制造工艺设计手册 王绍俊主编 机械工业出版社 4.金属切削机床 宋玉鸣主编 中国劳动社会保障出版社 5.机械制造工艺学课程设计指导赵家齐编 机械工业出版社 6.简明机械加工工艺手册徐圣群主编 上海科学技术出版社 7.机械加工工艺师手册杨叔子主编 机械工业出版社8.机械设计基础课程设计指导书 陈立德主编 高等教育出版社 9. 黄成编著 UG NX6.0 模具设计与加工 北京希望电子出版社 200910.王泽鹏等编著 UG NX6.0 中文版数控加工 机械工业出版社 200911.张瑞萍等编著 UG NX6.0 中文版标准教程 北京清华大学出版社 200912.胡任喜.UG NX6.0 中文版从入门到精通 北京清华大学出版社200913.UG 中文版实用教程 关振宇 刘源 主编 人民邮电出版24社14.UGNX6.0 应用与实力教程 周玮 主编 人民邮电出版社