20-毕业设计-数控加工工艺.doc

第1章 绪论随着科学技术的飞速发展，机械制造技术发生了深刻的变化，对机械产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求。尤其是宇航、军事、造船等领域所需的零件。精度要求高，形状复杂，批量大。传统的普通机械加工设备已难以适应市场对产品多样化得要求。为了满足上述要求，以数字控制技术为核心的新型数字程序控制机床应用而生。数控车床又称数字控制(Numerical control,简称Nc)机床。它是基于数字控制，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，编程机及其他一些附属设备所组成。数控加工工艺是指采用数控机床加工零件时，所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工过程是在一个由数控机床、刀具、夹具和工件构成的数控加工工艺系统中完成的。数控机床是零件加工的工作机械，刀具直接对零件进行车削，夹具用来固定被加工零件并使之占有正确的位置，加工程序控制刀具与工件之间的相对运动轨迹。工艺设计的好坏直接影响数控加工的尺寸精度和表面精度、加工时间的长短、材料和人工的耗费，甚至直接影响加工的安全性。所以掌握数控加工工艺的内容和方法非常重要。鉴于数控加工工艺的学习的重要性，所以我选择本课题作为我的毕业设计。它的概念、定义、原理极其应用都将涵盖于我的论文当中。此外，我的毕业设计还列举了与本课程有关的应用实例，有助于我对本课程的加深理解。第2章 数控加工工艺2.1数控加工工艺内容的选择轴类零件是机械产品中的典型零件，其结构特征是长径比大的回转体，其作用为支承传动零件（如齿轮带轮凸轮等）、传递扭矩和承受载荷以保证装在轴上的零件（或刀具）具有一定的回转精度。 2.2数控加工工艺的主要内容2.21零件的作用本次设计给出的是某减速箱上的传动轴，如图21所示。由装配简图22可知该传动轴在工作中承受着转矩及来自齿轮啮合的圆周力和径向力。2.2.2零件的加工工艺内容该零件是由键槽、螺纹、外圆柱面、退刀槽和砂轮越程槽等表面组成的轴类零件。零件材料为40Cr，硬度为220240HBS。加工表面较多，精度要求较高，加工批量比较少仅为5件。所以比较适合在数控车床上加工。2.2.3零件的技术要求由图21及装配简图22可知传动轴的技术要求见表21。此外，为提高该轴的综合力学性能，还安排了调质处理。表21 减速箱传动轴的技术要求分析工作部位作用技术要求轴颈M轴颈N安装轴承的支承轴颈，也是该传动轴装入箱体的装配基准尺寸精度高，公差等级均为IT6，表面粗糙度值为Ra0.8m轴中间的外圆P轴左端外圆Q外圆P装有蜗轮，运动可以由蜗杆通过蜗轮减速后输入传动轴，再通过外圆Q上的齿轮将运动输送出去轴肩G、H、I在试用中承受轴向载荷，在加工中作为轴向定位基准端面对公共轴线AB的端面圆跳动为0.02mm，表面粗糙度值为Ra0.8m减速箱传动轴21图 名图 号40Cr1 ：2材 料比 例蔡 少 飞制 图校 核 数量；5件 调质：220240HB 图22 减速箱轴系装配简图1锁紧螺母 2齿轮 3、6端盖 4蜗轮 5隔套第3章 具体零件的加工3.1零件图工艺分析3.1.1零件加工工艺分析由图21可以看出，零件要求进行调质处理，并且直径最大处与最小处相差较大。因此在安排工艺时，应将零件的粗车和精车分开，调制处理安排在粗车之后半精车之前。3.1.2主要表面的加工方法从图样上可知，该传动轴大多是回转表面，主要采用车削和外圆磨削加工。该轴的主要表面M、N、P和Q的尺寸精度要求很高，表面粗糙度值Ra较小，最终加工应采用磨削。3.1.3加工阶段的划分该轴的加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔）调质处理半精车（半精车各处外圆，台阶和研修中心孔等）磨削（粗精磨各处外圆）3.2选择定位基准及装夹方案由于该轴的几个主要配合表面和台阶面，对基准轴线AB均有径向圆跳动和端面圆跳动的技术要求，所以应在粗车之前加工B型中心孔作为径向定位基准面。采用车床通用夹具三爪自定心卡盘装夹定位，采用活动顶尖作辅助支承(一夹一顶)。零件在粗车时采用车床通用夹具三爪自定心卡盘装夹定位，采用活动顶尖作辅助支承（一夹一顶）。零件在半精车、磨削和车螺纹时采用两顶尖装夹，其装夹形式如图31所示。图31 两顶尖装夹示意图1前顶尖 2鸡心夹头 3工件 4后顶尖3.3选择毛坯类型轴类工件的毛坯通常选用圆钢或锻件。对于直径相差较小、传递转矩不大的一般台阶轴，其毛坯多采用圆钢，而对于传递较大转矩的重要轴，无论其轴径相差多少、形状简单与否，均应选择锻件做毛坯。因此，由于该传动轴为一般用途的台阶轴，而且生产批量仅为5件，所以选用圆钢坯料，毛坯规格为55263mm，材料为40Cr。3.4加工工艺顺序的拟定及进给路线3.4.1加工工艺安排拟定该轴工艺路线时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工和热处理。 （1）精度和技术要求不高的外圆表面（如52mm），如退刀槽、砂轮越程槽、倒角和螺纹，应在半精车时加工。（2）键槽在半精车后再划线、铣削。由于宽度为120 -0.200mm和80 -0.036mm的键槽为封闭槽，所以在铣这两个键槽前应预先钻出直径略小于键槽铣刀直径的落刀孔。（3）调质处理安排在粗车之后半精车之前进行，调质处理之后还需研修中心孔。（4）在磨削之前，一般还应再研修一次中心孔，以提高定位精度。3.4.2具体加工工艺方案粗车各台阶右端面和中心孔 平右端面钻中心孔右端各部 分别粗车各外圆48118mm3766mm2614mm掉头夹紧 掉头夹48mm外圆处左端面和中心孔 平端面，保证总长259mm钻中心孔粗车外圆 分别粗车左端各外圆54141mm3793mm3236mm2616mm热处理 调质处理220240HBS研修两端中心孔半精车右端 半精车右端各台阶两顶尖装夹半精车右端各外圆 半精车右端各外圆46.50.1mm半精车外圆35.50.1mm半精车24-0.216mm车右端槽、倒角 车右端三处槽三处倒角C1掉头夹紧 掉头两顶尖装夹车外圆至尺寸 车外圆52到尺寸车外圆44到尺寸半精车左端各外圆 分别半精车左端各外圆35.50.1mm30.50.1mm24-0.1 -0.218mm车左端槽、倒角 车左端三处槽四处倒角C1车左端螺纹 车左端螺纹M241.56g掉头夹紧 带头两顶尖装夹车右端螺纹 车右端螺纹M241.56g划线 划键槽和止动垫圈槽加工线钻键槽落刀孔 在P表面上用10钻头钻键槽落刀孔在Q表面上用6钻头钻键槽落刀孔铣键槽 铣12mm5.25mm键槽铣8mm4.25mm槽铣右端6mm3mm止动垫圈槽研修 研修两端中心孔磨外圆，靠磨台阶，两顶尖装夹工件磨外圆 磨外圆300.0065，并靠模台阶H磨外圆350.008，并靠模台阶I掉头夹紧 掉头两顶尖装夹磨外圆 磨外圆350.008mm磨外圆460.008mm，并靠模台阶G检验3.4.3粗、精车时的进给路线粗车各外圆柱面时为提高加工效率、简化程序，用G71粗车加工循环指令来完成，掉头前车工件右端具体走刀路线如图3-2所示，掉头后车工件左端具体走刀路线如图3-3 所示。 图32 掉头前粗车工件右端走刀路线示意图 图33 掉头后粗车工件左端走刀路线示意图半精车各外轮廓面,其路线为(1)车46.50.1mm车35.50.1mm车削螺纹的实际外圆24-0.1 -0.2mm车槽、倒角。（2）掉头装夹车52外圆至尺寸车44外圆至尺寸车35.50.1mm车30.50.1mm车削螺纹的实际外圆24-0.1 -0.2mm车槽、倒角车螺纹。螺纹大径为24-0.1 -0.2mm螺纹小径=螺纹大径-1.1P24-1.1P22.24mm3.5选择刀具3.5.1车床刀具的选择（1）车端面和粗车外圆表面时选用高速钢90外圆车刀，安装于1号刀位。（2）半精车时选用硬质合金90外圆车刀，安装于2号刀位。（3）车槽时选用宽度为3mm的切断刀。（4）车螺纹选用硬质合金60外螺纹车刀，安装于4号刀位。同时将四把刀安装在自动换刀刀架上，刀具安装示意图如图3-4所示。对好刀，把它们的刀偏值输入到相应的刀具寄存器中。表31所列为车床加工刀具表。图34 车床刀具安装示意图表31 车床加工刀具表产品名称或代号零件名称减速箱传动轴 零件图号图2-1工步号刀具号刀具规格及名称数量主要加工表面刀尖半径/mm备注1T01高速钢90外圆车刀1车端面和粗车外圆表面0.15右偏刀2T02硬质合金90外圆车刀 1半精车各外圆表面0.15右偏刀3T03切断刀，刀宽为3mm1切槽4T04硬质合金60外螺纹车刀1车螺纹尖刀编制审核批准年 月 日 共 页第 页3.5.2铣床刀具的选择（1）在P表面上钻10孔，用10钻头，安装在1号刀位。（2）在Q表面上钻6孔，用6钻头，安装在2号刀位。（3）铣宽为12mm键槽用直径为12mm的键槽铣刀，安装在3号刀位。（4）铣宽为8mm键槽用直径为8mm的键槽铣刀，安装在4号刀位。（5）铣宽为6mm止动垫圈槽时用直径为6mm的键槽铣刀，安装在5号刀位。同时将四把刀安装在自动换刀刀架上，对好刀。把它们的刀偏值输入到相应的刀具寄存器中。表32所列为铣床加工刀具表。表32 铣床加工刀具表产品名称或代号零件名称减速箱传动轴零件图号图2-1工步号刀具号刀具规格及名称数量主要加工表面刀具直径/mm备注1T0110钻头1在P表面上钻10孔102T026钻头 1在Q表面上钻6孔63T0312硬质合金立铣刀1铣P表面上宽度为12mm的键槽124T048硬质合金立铣刀1铣Q表面上宽度为8mm的键槽85T056硬质合金立铣刀1铣工件右端宽度为6mm的止动垫圈槽6编制审核批准年 月 日 共 页第 页3.6选择切削用量3.6.1背吃刀量（ap）的选择 背吃刀量根据加工精度、加工余量和工艺系统刚性来选择。粗车时一般取ap=25mm，精车时一般取ap=0.21mm。本次加工粗车时背吃刀量确定为ap=3mm，精车时背吃刀量确定为ap=0.5mm。3.6.2主轴转速（n）的选择硬质合金刀具车削钢件时，切削速度一般取80220m/min。根据公式主轴转速n=1000Vc/D以及实际加工经验，计算主轴转速(粗车工件直径D=55mm，精车工件直径取平均值D=35mm),主轴转速计算过程如下：粗车时主轴转速，当Vc=80m/min时：n=1000Vc/D=100080/55463r/min当Vc=220m/min时：n=1000Vc/D=1000220/551274r/min所以，粗车时主轴转速选取4001200 r/min半精车时主轴转速，当Vc=80m/min时：n=1000Vc/D=100080/35728r/min当Vc=220m/min时：n=1000Vc/D=1000220/352002r/min所以，半精车时主轴转速选取7002000 r/min车螺纹时主轴转速根据数控系统的要求选择为320 r/min。铣床上钻孔时主轴转速选择300 r/min，铣键槽时选择400 r/min。磨床上主轴转速选择1000 r/min。3.6.3进给量（f）的选择粗车时进给量一般取0.10.5mm/r，半精车时进给量一般可取粗车时进给速度的一半0.2 mm/r，切槽时应选较低的进给量，一般取0.2 mm/r。铣床上进给量取0.2 mm/r。磨床上进给量取0.05 mm/r。3.7加工设备的选择 平端面、钻中心孔、车槽、倒角、外表面各部粗、精车均选用数控车床，铣键槽和铣止动垫圈槽采用数控铣床，磨外圆和靠模台阶采用数控磨床。有关加工顺序、工序尺寸及工序要求、夹具、刀具、检具、切削用量、冷却润滑液等工艺问题详见传动轴工艺过程卡（表33）和工序卡（表3-4表3-15）。图3-5 图 3-16 为相应的各工序简图。3.8传动轴加工工艺过程卡和工序卡3.8.1传动轴加工工艺过程卡表33 传动轴加工工艺过程卡零件名称零件材料毛坯规格毛坯硬度零件图号减速箱传动轴40Cr55263mm220240HBS图2-1工序号工序名称设备名称夹具刀具号主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)切削液1平右端面钻中心孔数控车床随机夹具T0110000.10乳化液2粗车右端各外圆数控车床专用夹具T015000.50乳化液3平左端面钻中心孔数控车床随机夹具T0110000.10乳化液4粗车左端各外圆数控车床专用夹具T015000.50乳化液5半精车右端各外圆，车槽并倒角数控车床专用夹具T028000.20乳化液6车52、44至尺寸数控车床专用夹具T028000.20乳化液7半精车左端各外圆，车槽并倒角数控车床专用夹具T028000.20乳化液8车左端螺纹数控车床专用夹具T04320乳化液9车右端螺纹数控车床专用夹具T04320乳化液10钻键槽落刀孔数控铣床随机夹具T01T023000.20乳化液11铣键槽和止动垫圈槽数控铣床随机夹具T03T04T054000.20乳化液12精磨各外圆并靠磨台阶数控磨床专用夹具10000.05乳化液13检验编制审核批准共 页第 页3.8.2传动轴加工工序卡及工序简图表34 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间1平右端面钻中心孔三抓自定心卡盘GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1车平右端面保证轴向尺寸261mm90车刀游标卡尺10000.102钻中心孔保证尺寸55.1Ra3.2中心孔钻10000.10编制审核批准图35 工序1工序简图表35 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间2粗车右端各外圆一夹一顶装夹GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1粗车48118mm外圆90车刀游标卡尺5000.502粗车3766mm外圆90车刀游标卡尺5000.503粗车2614mm外圆90车刀游标卡尺5000.50编制审核批准 图36 工序2工序简图表36 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间3平左端面钻中心孔一夹一顶装夹GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1车平左端面保证轴向尺寸259mm90车刀游标卡尺10000.102钻中心孔保证尺寸55.1Ra3.2中心孔钻10000.10编制审核批准图37 工序3工序简图表37 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间4粗车左端各外圆一夹一顶装夹GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1粗车54141mm外圆90车刀游标卡尺5000.502粗车3793mm外圆90车刀游标卡尺5000.503粗车3236mm外圆90车刀游标卡尺5000.504粗车2616mm外圆90车刀游标卡尺5000.50编制审核批准图38 工序4工序简图表38 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间5半精车各外圆车槽并倒角两顶尖装夹GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1半精车外圆46.50.1mm、左端距轴端120mm90半精车刀千分尺8000.202半精车35.50.1mm、左端距轴端68mm90半精车刀千分尺800 0.203半精车外圆24-0.1 -0.216mm90半精车刀千分尺8000.204车三处槽切断刀千分尺8000.205倒三处角C190半精车刀8000.20编制审核批准图39 工序5工序简图表39 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间6半精车52、44至尺寸两顶尖装夹GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1半精车外圆52到尺寸90半精车刀千分尺8000.202半精车外圆44到尺寸，左端距轴端99mm90半精车刀千分尺8000.20编制审核批准图310 工序6工序简图表310 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间7半精车左端各外圆车槽并倒角两顶尖装夹GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1半精车外圆35.50.1mm、左端距轴端95mm90半精车刀千分尺8000.202半精车30.50.1mm、左端距轴端38mm90半精车刀千分尺8000.203半精车外圆24-0.1 -0.218mm90半精车刀千分尺8000.204车三处槽切断刀游标卡尺8000.205倒四处角C190半精车刀8000.20编制审核批准表311 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间8车左端螺纹两顶尖装夹GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1车左端螺纹M241.56g60螺纹刀螺纹量规320编制审核批准图312 工序8工序简图表312 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间9车右端螺纹两顶尖装夹GSK980TD工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1车右端螺纹M241.56g60螺纹刀螺纹量规320编制审核批准图313 工序9工序简图表313 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间10钻键槽落刀孔平口虎钳装夹数控铣床工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1在P表面上用10钻头钻键槽落刀孔10钻头深度尺3000.202在Q表面上用6钻头钻键槽落刀孔6钻头深度尺3000.20编制审核批准图314 工序10工序简图表314 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间11铣键槽和止动圈槽平口虎钳装夹数控铣床工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1铣P表面上宽12mm，深5mm键槽12立铣刀游标卡尺4000.202铣Q表面上宽8mm，深4mm键槽8立铣刀游标卡尺 4000.203铣工件右端宽6mm，深3mm的止动垫圈槽6立铣刀游标卡尺4000.20编制审核批准 图325 工序11工序简图表315 传动轴加工工序卡（工厂）工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号减速箱传动轴40Cr图2-1工序号工序名称装夹方法使用设备车间12精磨各外圆 并靠磨台阶两顶尖装夹数控磨床工步号工步内容刀具量具及检具主轴转速/(r/min)进给量/(mm/r)1精磨外圆300.0065mm， 并靠磨台阶H平行砂轮千分尺10000.052精磨右端外圆350.008mm，并靠磨台阶I平行砂轮千分尺10000.053精磨左端外圆350.008mm平行砂轮千分尺10000.054精磨外圆460.008mm，并靠磨台阶G平行砂轮千分尺10000.05编制审核批准图316 工序12工序简图第4章 数控加工程序4.1具体加工程序见表4-1表4-7表41 数控加工程序单（一）零件号零件名称减速箱传动轴编制蔡 少 飞程序号O0001日期年 月 日加工内容夹工件左端，平工件右端面，保证总长261mm，粗车右端各台阶程序段号程序内容程序说明N0010T0101；高速钢90外圆车刀N0020M03 S500 M08主轴正转，转速500r/min,切削液开N0030G00 X55 Z2；刀具快速定位到端面附近N0040G71 U2.0 R0.1;粗车外圆循环，每次吃刀量2mm，退刀量0.1mmN0050G71 P0060 Q0130 U0.5 W0.5 F30；粗车外圆循环，轴向与径向余量均为0.5mmN0060G01 X0 F100；N0070Z-2；平端面N0080X26；粗车26外圆N0090W-14；N0100X37；粗车37外圆N0110Z-66；N0120X48；粗车48外圆N0130Z-118；N0140G70 P0060 Q0130；程序循环开始与结束段段号N0150G00 X100 Z100；刀具快速到机床坐标N0160M05；主轴停转N0170M30；程序结束表42 数控加工程序单（二）零件号零件名称减速箱传动轴编 制蔡 少 飞程序号O0002日 期年 月 日加工内容掉头夹48mm外圆，平工件左端面，保证总长259mm，粗车左端各台阶程序段号程序内容程序说明N0010T0101；高速钢90外圆车刀N0020M03 S500 M08；主轴正转，转速500r/min,切削液开N0030G00 X56 Z0；刀具快速定位到端面附近N0040G71 U2.0 R0.1；粗车外圆循环，每次吃刀量2mm，退刀量0.1mmN0050G71 P0060 Q0150 U0.5 W0.5 F30；粗车外圆循环，轴向与径向余量均为0.5mmN0060G01 X0 F100； N0070Z-2；平端面N0080X26；粗车26外圆N0090Z-16；N0100X32；粗车32外圆N0110Z-36；N0120X37；粗车37外圆N0130Z-93；N0140X54；粗车54外圆N0150Z-140；N0160G70 P0060 Q0150；程序循环开始与结束段段号N0170G00 X100 Z100；刀具快速到机床坐标N0180M05；主轴停转N0190M30；程序结束表43 数控加工程序单（三）零件号零件名称减速箱传动轴编 制蔡 少 飞程序号O0003日 期年 月 日加工内容两顶尖装夹，半精车工件右端各台阶，车槽并倒角程序段号程序内容程序说明N0010T0202；硬质合金90外圆车刀N0020G00 X22 Z2；刀具快速定位到端面附近N0030M03 S800 M08；主轴正转，转速800r/min,切削液开N0040G01 Z0 F30；N0050X24 W-1；倒角N0060Z-16；车24外圆N0070X33；N0080X35 W-1；倒角N0090Z-68；车35外圆N0100X44；N0110X46 W-1；倒角N0120Z-120；车46外圆N0130G00 X100；刀具快退到机床坐标N0140Z100；N0150T0303；宽3mm切断刀N0160G00 X20； 刀具快速至切削起点N0170Z-16；N0180S800；主轴转速800r/minN0190G01 X21 F30；切槽N0200G00 X40；刀具快速到切削起点N0210Z-68；N0220G01 X34；切槽N0230G00 X50；刀具快速到切削起点N0240Z-120 ；N0250G01 X45；切槽N0260G00 XI00；刀具快退到机床坐标N0270Z100；N0280M05；主轴停转N0290M30；程序结束表44 数控加工程序单（四）零件号零件名称减速箱传动