螺纹轴数控加工大学本科方案设计书.doc

常德职业技术学院

毕业设计

题 目： 螺纹轴的数控编程与加工

学生姓名： 黄信
学 号： D05080150
专 业： 机电一体化技术
班 级： 机电大专081班 __
指导教师： 王 艳 宜
完成时间： 2011.5.19

目录

设计任务书 1矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
前 言 1聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
第一章　实体设计软件UG简介 2残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
第一节 ＵＧ简介 2酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
第二节 零件实体的平面截图 3彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
第二章　工艺分析 5謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
第一节 零件工艺分析 5厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
第二节 确定工件的定位与装夹方案 6茕桢广鳓鯡选块网羈泪。
第三节 工件坐标系的建立 6鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。
第四节 切削加工顺序的安排： 7籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
第五节 刀具选择 12預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
第六节 切削用量的选择 13渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
第七节 保证加工精度的方法 13铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
第三章　数控加工程序 15擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
参考文献 17贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。

18

设计任务书

课题：螺纹轴的数控编程与加工（注：备选工件即各选题的图样，如图a所示）
目的：通过对螺纹轴的设计，使设计者能综合运用所学的专业理论知识解决实际工作中遇到的问题。
毛坯准备
材料：45#棒材￠50×80(单位：mm)
要求：毛坯要求预钻￠20的通孔。

图a
任务：
一、制定零件加工工艺文件：
（1）零件加工工艺规程
要求根据零件结构特征，选择零件加工方式，确定每道工序所使用的机床型号和规格;选择毛坯类型和大小,制定零件加工工艺路线,图示每道工序的工件定位夹紧方法并编制加工工序卡。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
（2）对数控加工工序内容还要求编制数控加工工步内容等;
要求会正确选择选择刀具类型、规格和结构以及切削参数的确定。
（3）需数控加工的工序还需设定工件坐标系并用图示法填在工件安装和零点设定卡片内.
（4）确定刀号和填写数控刀具明细表
二、数控加工程序的编制
要求1、画出每把刀具加工运动轨迹
2、编程坐标点计算并将各坐标值在每把刀具轨迹图中标出（要求用CAD画）
3、用记事本文件形式编写零件加工程序
三、零件建模、后置处理、模拟加工和程序生成
可任选一种造型软件根据图纸建模，后进行参数设置、后置处理利用、模拟加工和程序生成,结果以文件形式保存。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
四、轨迹仿真和实物加工
选择手工编制的程序，要求在仿真软件上进行轨迹仿真和零件加工。并以文件形式保存
五、毕业设计应交以下资料：
零件加工工艺规程
毛坯图
数控刀具明细表
图示工件坐标系建立位置及各基点坐标值（CAD图示）。
图示每把刀具的加工路线设计并标有尺寸和坐标点值
零件加工程序清单（使用华中数控系统的指令编程）
零件三维造型效果
仿真加工轨迹、刀具、工件、加工零件效果图、有仿真测量效果图形文件，工程文件等软盘资料

前 言
数控加工是机械制造中的先进的加工技术是一种高效率，高精度与高柔性特点的自动加工方法，数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要，制造自动化是先进制造技术的重要组成部分，其核心技术是数控技术，数控技术是综合计算机、自动技术、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它的出现及所带来的巨大利益，已引起了世界各国技术与工业界的普遍重视，目前，国内数控机床使用越来越普及，如何提高数控加工技术水平已成为当务之急。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量发挥数控机床的前提条件。本设计从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，从数控机床刀具的选用，数控加工的定位与装夹以及数控加工工艺基础等方面，分析了此零件的数控车削加工工艺。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。

第一章　实体设计软件UG简介

第一节 ＵＧ简介
UG是Unigraphics的缩写，是一个商品名。这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它主要基于工作站。UG的开发始于1990年7月。如今大约十人正工作于核心功能之上。当前版本具有大约450,000行的C代码。UG是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
UG在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。多年来，UGS一直在支持美国通用汽车公司实施目前全球最大的虚拟产品开发项目，同时Unigraphics也是日本著名汽车零部件制造商DENSO公司的计算机应用标准，并在全球汽车行业得到了很大的应用，如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和Robert Bosch AG 等。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
UGS公司的产品同时还遍布通用机械、医疗器械、电子、高技术以及日用消费品等行业，如：3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、飞利浦公司、吉列公司、Timex、 Eureka 和Arctic Cat等。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
UG进入中国已经近十个年了，其在中国的业务有了很大的发展，中国已成为远东区业务增长最快的国家。
UG特点
1、建模的灵活性 :（1）可以进行复合建模、光顺倒圆 （2）具有凸垫、键槽、凸台、斜角、挖壳等特征，用户自定义特征，引用模式三种几何特征。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
2、协同化装配建模：可提供自顶向下、自底向上两种产品结构定义方式并可在上下文中设计／编辑高级的装配导航工具 ，团队成员可并行设计产品中各子装配或零件。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
3、直观的二维绘图 ：（1）剖视图自动相关于模型和剖切线位置 （2）正交视图的计算和定位可简便的由一次鼠标操作完成 (3)自动隐藏线消除 4）自动尺寸排列——不需要了解设计意图 (5)自动工程图草图尺寸标注 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
4、被业界证实的数控加工 : （1）可以进行２～５轴铣 、车加工 、线切割等数控仿真加工（2）具有刀具轨迹仿真和验证 、刀具库／标准工艺数据库功能 。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。
5、领先的钣金件制造 ：可在成型或展开的情况下设计或修改产品结构 ，折弯工序可仿真工艺成型过程 。
6、集成的数字分析机构运动学分析 ：（1）机构运动学分析 （2）硬干涉检查和软干涉检查 （3）运动仿真和分析 （4）动画过程中的动态干涉检查凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
7、广泛的用户开发工具：具有用户命令宏、 高级编程语言、 可自定义裁剪的用户界面
8、内嵌的工程电子表格：（1）可与其他表格软件交换数据 （2）可简便定义零件系列 （3）可方便修改表达式 （4）可生成扇形图、直方图和曲线图等 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
9、照片真实效果渲染：利用基于数字的设计审视，快速成型 ，效果真实
10、可分阶段实施的数据管理：是业界最紧密的CAD／CAM／CAE与PDM集成 ，可管理CAD数据以及整个产品开发周期中所有相关数据鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
第二节　零件实体的平面截图
本零件实体设计采用Ug6.0软件。零件实体的平面截图见图2-1，2-2,2-3所示。

图２－１

图２－２

图２－３

第二章　工艺分析

工艺分析是工艺员的中心工作也是设计者设计的一个重要环节，它是对工件进行数控加工的前期准备。合理正确的工艺分析也是编制数控加工程序的重要依据。故工艺分析是数控加工不可缺少的。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
正确合理的工艺分析需完成如下工作步骤和内容。
1.零件尺寸的正确标注：由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何元素间的相互关系一定要明确；各种几何元素的条件要充分，应无引起冲突的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等；构成零件轮廓的几何尺寸的条件应充分。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
2.识读零件：零件图纸直接反映零件的结构，而零件的结构决定工艺分析的合理性，所以我们要保证良好的零件结构。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
3.工艺步骤：制定数控加工程序、划分工步、工序，确定对刀点、换刀点，刀具补偿，选择切削刀具、冷却液，编制工艺文件等。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
4.编制加工程序：将工艺分析融入加工程序，并对其程序进行校验和优化。

第一节 零件工艺分析
1.零件结构分析
如图所示零件便面由柱面，圆锥面，顺圆弧，逆圆弧及外螺纹构成，外螺纹绞复杂其中多个直径尺寸由较高的精度，表面粗糙，零件图尺寸编注完整，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45钢，毛胚为ф50mm×80mm怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
2.零件技术要求分析
小批量生产条件编程，不准用砂布和锉刀修饰平面，这是对平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB01804-m处理，零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷，锐边倒角为 C0.5未注粗糙度部分光洁度按Ra6.3。谚辞調担鈧谄动禪泻類。
3.加工难点及处理方案
分析图纸可知，此零件对平面度的要求高，左端更有内轮廓加工，为提高零件质量，采用以下加工方案：
1. 对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间值。
2. 在轮廓曲线上，有圆弧，因此在加工时应进行刀具半径补偿，以保证轮廓曲线的准确性。本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工---精加工方案。选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
第二节 确定工件的定位与装夹方案
在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率，为了充分发挥数控机床的工作特点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素：熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
1.尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具；
2.结构设计要满足精度要求；
3.易于定位和装夹；
4.易于切削的清理；
5.抵抗切削力由足够的刚度；
工件的定位与基准应与设计基准保持一致，应防止过定位，定位基准在数控机床上要仔细找正。
由于这个工件是个轴，因轴的长度不是很长，所以采用普通三爪卡盘夹紧工件。
第三节 工件坐标系的建立
本零件以切削端面和轴线交点为原点建立工件坐标系。
加工零件左端部分时，工件坐标系的建立位置如下

加工零件右端部分时，工件坐标系的建立位置如下

第四节 切削加工顺序的安排：
①先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。
②先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧 固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
③先面后孔 对于箱体、支架、连杆、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。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
④基面先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，轴类零件顶尖孔的加工颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
此零件的加工顺序见表４－１
表４－１
数控加工工序卡片
产品名称代号
零件名称
零件图号

轴

工艺序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间

O001
三爪卡盘

数控车床

工步号
工步作业内容
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速
(r/min )
进给速度
切削深度
备注
1
粗车零件左端外形轨迹

T1
=93°
=55°
600
0．3
1.5
粗车
2
精车零件左端外形轨迹

T1
=93°
=55°
1200
0.1
0.5
精车
3
粗车零件左端内孔轨迹

T2
=93°
=55°
600
0．3
1.5
粗车
4
精车零件左端内孔轨迹

T2
=93°
=55°
1200
0.1
0.5
精车
5
粗车零件右端外形轨迹

T1
=93°
=55°
600
0．3
1.5
粗车
6
精车零件左端外形轨迹

T1
=93°
=55°
1200
0.1
0.5
精车
7
切槽

T3
B=4mm
300
0.1
3.0

8
车螺纹

T4

600

综上所诉：此零件的的加工顺序如下：
1.先进行左端部分的加工，左端部分先采用G73加工外圆轮廓，在采用G73加工外内孔轮廓。
(1)加工左端外圆轮廓走刀路线如下

(2)加工左端内孔轮廓走刀路线如下

2再进行右端部分的加工，右端部分先采用G73加工外圆轮廓，在进行切槽，加工螺纹。

（1） 加工右端外圆轮廓走刀路线如下

（3) 加工左端螺纹走刀路线如下

第五节 刀具选择
数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：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。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻 ；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
综上所诉：本零件的加工 (1) 粗车及平端面选用90°硬质合金左偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小，选Kr´=35。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
（2）为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取re=0.15～0.2mm 。加工此零件的刀具卡片如表５－１赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
表５－１
零件图号
零件名称
材料
数控刀具明细表
程序编号
使用设备

刀号
刀位号
刀具名称
刀具图号
刀具
刀补地址
换刀方式
加工部位
直径
长度
直径
长度
自动
直径
补偿
设定

1
1
外圆车刀

Kr=93°

自动
零件外形
2
2
内孔车刀

Kr=93°

自动
左端内孔
3
3
切槽车刀

B=4mm

自动
零件右端
4
4
螺纹车刀

自动
零件右端
第六节 切削用量的选择
切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。 车削时，工件加工表面最大直径处的线速度称为切削速度，以v(m/min)表示。其计算公式： 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
v=πdn/1000(m/min)
式中：d——工件待加工表面的直径（mm）
n——车床主轴每分钟的转速（r/min）
根据零件的结构特点，外轮廓用采用90度外圆车刀，轮廓粗加工时留1mm的精车余量，粗加工时选主轴转速为s=800r/min，精加工选择1000 r/min，由公式计算得：切削速度v裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
粗加工：v=150(m/min)
精加工：v=188(m/min)
第七节 保证加工精度的方法
为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的主要原因，采取相应的误差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始误差对零件加工精度的影响。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
一、刀具半径的选定
1.刀具的半径R比工件转角处半径大时不能加工。
2.刀具较小时不能用较大的切削量加工（刀具刚性差）。
二、采用合适的切削液
1.切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
2.非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。
3.水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷却作用和清洗作用。
故本设计加工时采用水溶液进行冷却。

第三章　数控加工程序

加工零件左端部分程序如下

O0001
程序名称
N0010 G21 G99 G40
程序初始化
N0020 M03 S600
主轴正传，转速600r/min
N0030 T0101
调T1外圆车刀, 调1号刀补
N0040 G00 X100.0 Z100.0
运刀至换刀点
N0050 X70.0 Z5.0
指定循环起点
N0060 G73 U11.0 W1.0 R10
固定循环粗加工
N0070 G73 P80 Q120 U2.0 W1.0 F0.3 S1000
N0080 G00 X30.0 Z2.0
快进至加工准备点
N0090 G01 Z-14.9865
车φ30mm外圆
N0100 X34.9805
退刀
N0110 G02 X44.9805 W-5.0
车圆弧
N0120 G01 W-14.368
车φ45mm外圆
N0130 G70 P80 Q120
精加工
N0140 G00 X100.0 Z100.0
返回换刀点
N0150 M03 S600
主轴正传，转速300r/min
N0160 T0202
换2号刀，调2号刀补
N0170 X70.0 Z5.0
指定循环起点
N0180 G73 U-11.0 W1.0 R10
固定循环粗加工
N0190 G73 P200 Q210 U-2.0 W1.0 F0.3 S1000
N0200 G00 X26.165 Z2.0
快进至加工准备点
N0210 G01 Z-15.055
加工内孔
N0220 G70 P200 Q210
精加工
N0230 G00 X100.0 Z100.0
返回换刀点
N0240 M05
主轴停转
N0250 M30
程序结束
加工零件右端部分程序如下
O0002
程序名称
N0010 G21 G99 G40
程序初始化
N0020 M03 S600
主轴正传，转速600r/min
N0030 T0101
调T1外圆车刀
N0040 G00 X100.0 Z100.0
运刀至换刀点
N0050 X70.0 Z5.0
指定循环起点
N0060 G73 U11.0 W1.0 R10
固定循环粗加工
N0070 G73 P80 Q140 U2.0 W1.0 F0.3 S1000
N0080 G00 X24.0 Z2.0
快进至加工准备点
N0090 G01 Z-10.0
车φ24mm外圆
N0100 X26.0
退倒
N0110 X29.983 W-2.0
倒角
N0120 Z-22.5
车螺纹外径
N0130 G03 X34.983 W-5.0
车圆弧
N0140 G01 X44.9805 W-8.177
车锥面
N0150 G70 P80 Q140
精加工
N0160 G00 X100.0 Q100.0
运刀到换刀点
N0170 T0303
换3号刀，调3号刀补
N0060 M03 S300
主轴正传，转速300r/min
N0070 G00 X35.0 Z-22.5
快进至加工准备点
N0180 G01 X24.0
车φ24mm槽
N0190 G04 U5.0
槽底暂停
N0200 G01 X35.0
退刀
N0210 G00 X100.0 Z100.0
返回换刀点
N0220 M03 S600
主轴正传，转速300r/min
N0230 T0404
换4号刀，调4号刀补
N0240 G00 X31.0 Z-5.0
指定循环起点
N0250 G92 X28.983 Z-20.5 F2.0
螺纹切削循环
N0260 G92 X28.483 Z-20.5 F2.0

N0270 G92 X28.083 Z-20.5 F2.0

N0280 G92 X27.983 Z-20.5 F2.0

N0290 G00 X100.0 Z100.0
运刀至换刀点
N0300 M05
主轴停转
N0310 M30
程序结束

参考文献

[1] 杨培中. UG NX 6.0基础与进阶. 机械工业出版社，2009
[2] 王俊. 数控编程与操作. 机械工业出版社，2009
[3] 李华.机械制造技术. 高等教育出版社，2005
[4] 王风娟.公差配合与测量技术. 冶金工业出版社，2006