本科毕业论文---复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工.doc

专 科 毕 业 论 文复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工毕业论文（设计）任务书学生姓名：专业班级： 所属系部：题 目：复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工任务内容： 确定给定工件的加工工艺，切削用量，加工刀具及加工程序。论文撰写要求：1、按所学专业选题，要立意求新，实用可行。2、论文观点鲜明正确，中心突出，论据充足可靠，层次分明，结构严谨，逻辑性强。注意避免单纯罗列资料或数据，忽视论证分析的情况；避免写成描述性的记叙文章。3、学生应独立完成论文写作，严禁抄袭他人之作，严禁请人代写。4、论文交稿时，要求字迹工整，卷面清洁。文前列出目录，文后列出参考文献清单。5、论文应表述自己的独立见解，尽量避免照搬照抄书中语句。6、论文一律用统一的论文稿纸撰写，并将封面、任务书填写齐全。时间安排：2013年12月至2014年6月参考资料：1数控车削编程与加工技术，主编：黄华 ，机械工业出版社； 2 机械制造工艺与装备，主编：晲洪涛，化学工业出版社； 3 公差配合与测量技术，主编： 姚云英，北京 机械工业出版社； 4 机械设计基础，主编： 姚明 赵华 华中科技大学出版社指导教师签字： 教研室主任签字: 年 月 日毕业论文（设计）评审表学生姓名：XXXXXXX专业班级：XXXXXXXXXXXXXXX 所属系部：XXXXXXXXX题 目：复杂轴类配合件的数控车削加工工艺编制与加工指导教师评语：初评成绩： 指导教师签字： 年 月 日评审小组意见： 评审小组成员签字： 年 月 日 终评成绩：V摘要摘要介绍了复杂轴类配合件的结构分析、装夹方案、切削用量、刀具的选择、程序的编制。根据零件图的技术要求，选择合适的装夹方式，完成外形的加工。根据材料的选择合适的刀具和切削用量，达到技术要求，并编制出合适的程序，完成配合件的加工及技术要求。关 键 词：结构分析 装夹方案 切削用量 程序编制Abstract：The preparation of complex shaft with analysis, clamping scheme, cutting tools, the choice of structure, program. According to the technical requirements of parts, choice of appropriate fixturing, complete the form of processing. According to the cutter and cutting material choosing, meet the technical requirements, and the appropriate procedures, complete with the processing and technical requirements of parts.Key words: Structural analysis；Clamping scheme；Cutting tools；Program目录目录第1章 引言1第2章 零件加工工艺分析22.1 零件的结构工艺性分析22.2 零件技术要求分析22.3 零件毛坯、材料的分析和设备的选择52.3.1 材料的分析52.3.2 毛坯的分析52.4 确定工件的定位与夹具方案62.5 确定走刀顺序原则和路线7第3章 刀具与切削用量的选择93.1 刀具的选择93.2 切削用量的选择103.3 工艺卡片12第4章 数控加工程序的编制144.1 确定编程坐标系及编程原点144.1.1 数值的计算14第5章 结论15第6章 致谢16参考文献17第1章 引言第1章 引言 数控技术就是指一种采用计算机对机械加工过程中的各种控制信息进行数字化运算、处理、并驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的技术。世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床专业，促使制造业跨入一个新的发展阶段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽车、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽车、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。 此次设计，要求对图示零件进行数控加工工艺分析和手工编写程序指令，这就对我们关于数控技术的掌握提出了比较高的要求，并且让我们对数控方面的知识更加了解，是对我们日后的就业能力的初测试。 这份说明书是对整个设计过程的描述，包括了零件图样的分析、刀具夹具的选用、工艺路线的拟定以及手工编程的全部内容。在零件的加工过程中工艺分析是尤其重要的，而数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，没有符合实际的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序，所以这次设计的重点就在数控加工工艺上，结合数控加工工艺要求和零件的使用要求对轴的数控加工工艺流程作了较详尽的分析。1第2章 零件加工工艺分析第2章 零件加工工艺分析2.1 零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。2.2 零件技术要求分析图1 件1零件图 在数控车削加工中，零件属于轴套配合的零件加工。零件的轮廓较为复杂，零件的尺寸精度、轨迹精度和加工精度要求较高。零件总体结构主要包括圆柱面、沟槽、圆锥面、外螺纹、椭圆面、内锥面、内螺纹、内孔等 在数控车削加工中，零件1重要的加工部位有：直径22mm圆柱段 上偏差是：0mm 下偏差-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6m）、58mm圆柱段 上偏差：0mm 下偏差：-0.02mm （表面粗糙度Ra=1.6m），一个5*2mm的沟槽，M27*2-6g的三角形外螺纹，锥度为1:4的圆锥（大端直径为36mm），长半轴为9mm。短半轴为20mm的椭圆面，其余表面粗糙度为Ra=3.2m图2 件2零件图 零件图2 主要是内锥孔的加工和内螺纹的加工，内锥大径为36mm，小径为32mm，螺纹为M27*20-7H。主要外径有58mm圆柱段 上偏差：0mm 下偏差-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6m）、48mm圆柱段 上偏差：0mm 下偏差-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6m）、一个10mm的槽，R8的圆弧。 图3 件3零件图 零件图3 主要加工表面外径有58mm圆柱段 上偏差：0mm 下偏差-0.02mm（表面粗糙度Ra=1.6um）、内孔的加工29mm，上偏差：+0.03mm 下偏差;0mm 内孔的加工22mm 上偏差;0mm 下偏差：-0.02mm从装配图中可以看出：配合件的总长为70mm，公差为+0.04mm、-0.04mm，有1mm的间隙配合。 2.3 零件毛坯、材料的分析和设备的选择2.3.1 材料的分析该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。工件材料的可切削性能。强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。所以选择45钢为该轴类零件的材料。45钢相对切削性硬质合金刀具1.0，高速钢刀具1.0，45钢经济合理对加工刀具的要求也合理，45钢用途广泛，主要是用来制造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。根据以上数据适合该轴的加工2.3.2 毛坯的分析轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。锻件：适用与零件强度较高,形状较简单的零件。尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。铸件：适用于形状复杂的毛坯。钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。根据该轴零件的结构形状和外轮廓尺寸，所以采用锻件。本零件的毛坯宜采用锻件，由棒料锯割，模锻毛坯至60mm x 72mm、60mm x 60mm,使钢材经过锻压，获得均匀的纤维组织，提高其力学性能，同时也提高零件与毛坯的比重，减少材料消耗数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。此类车床机构简单，价格相对较低，这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座，适合车削较长的轴类零件。根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。数控车床具有加工精度高，能做直线和圆弧插补，数控车床刚性良好，制造和对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，能够加工尺寸精度要求较高的零件。能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体，而且能比较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹，能够保持加工精度，提高生产效率。所以对加工时非常有利的。2.4 确定工件的定位与夹具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：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；使用三爪自定心卡盘夹持零件的毛坯外圆，确定零件伸出合适的长度（应将机床的限位距离考虑进去）。零件需要加工两端，因此需要考虑两次装夹的位置，该图先加工左端，然后调头加工右端。然后加工两个配合件，配合件的加工应遵循先内后孔，先粗后细的原则。 2.5 确定走刀顺序原则和路线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。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。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此零件的的加工顺序如下：一: 零件图（一）先用三爪卡盘夹实左端60mm毛坯面，右侧伸出外端30mm，加工长半轴为9mm、短半轴为20mm的 椭圆和58mm的外圆表面。然后调头加工右端 5） 零件图（二）粗车40mm外圆面，大径36mm、小径32mm的圆锥及锥度比为1:5的圆锥面，切直径24mm的槽和M27x2-6g的螺纹，22mm的外圆。留0.5加工余量，然后精车至规定尺寸。 6） 零件图（三）配合件的加工：镗内孔直径为20mm深为60mm的孔，然后精车内圆锥面和内螺纹。再加工外圆和10mm的槽，R8mm的圆弧。然后切断至要求尺寸。7）再加工另一半配合件，车内孔29mm、22mm内孔，然后精车。再加工外表面R8mm的圆弧和58mm的外圆。 工序I（零件图一） 车左端面，将毛坯车为58mm的外圆工序II 调头加工右端，车出22mm外圆、，大径36mm、小径32mm的圆锥、切直径24mm和M27x2-6g的外螺纹 工序(零件图二) （钻20mm深-60mm的孔）手动钻孔加工内圆锥面和内螺纹M27x2-7H，然后切断，加工另一部分。工序IV（零件图三）从左往右加工，先加工29mm、22mm的内孔。再加工外表面58mm和R8mm的圆弧。 7第3章 刀具与切削用量的选择第3章 刀具与切削用量的选择3.1 刀具的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。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：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先钻后车 ；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；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。综上所述：本零件的加工，(1)先加工零件图一，再用20mm的钻头加工总长60mm配合件的孔（零件图二、三），(2) 粗车及平端面选用60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，选角度为60。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=0.150.2mm 。与传统的车削方法相比，数控车削对刀具的要求较高。不仅要求精度高、钢度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。3.2 切削用量的选择数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。（如表1）主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。根据本例中零件的加工要求，考虑工件材料为45钢，刀具材料为硬质合金钢，粗加工选择转速600r/min,精加工选择800r/min车削外圆，考虑细牙螺纹切削力不大，采用300r/min来车螺纹，而内孔由于刚性较差，采用粗车300 r/min，比较容易达到加工要求，切槽的切削刀较大，采用300 r/min更稳妥。进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则，粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。粗车时一般取0.20.8mm/r；精车时常取0.10.3mm/r；切断时常取0.050.2mm/r。应选择较低的进给速度，得出下表背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量(除去精车量)，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量。本例中，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。切削用量的选择方法：粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，应着重考虑如何保证加工精度，且在此基础上如何提高加工效率。因此，要求精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。（见表一）表1 切削用量表材料45钢夹具名称三爪自定心卡盘机床设备FANUC Oi系统CAK6136机床操作序号工步内容（走到路线）G功能T刀具切削用量转速（S）进给量（f）背吃刀量（ap）1粗车左端外轮廓G71T01016000.21.02精车左端外轮廓G70T02028000.11.03粗车右端外轮廓G71T01016000.21.04精车右端外轮廓G70T02028000.11.05切槽G01T03033000.056车削M27mmx2mm-6g外螺纹G92T04043007中心钻10008钻孔3009粗镗零件（二）内轮廓G71T05056000.11.010精镗零件（二）内轮廓G70T060630011车内螺纹G92T070730011粗车零件（二）外轮廓G71T01016000.21.012精车零件（二）外轮廓G70T02028000.113车圆弧 零件（二）G02T05056000.114切断G01T03033000.0515粗镗零件（三）内轮廓G01T05056000.21.016精镗零件（三）内轮廓G01T06068000.117粗车零件（三）外轮廓G71T01016000.118精车零件（三）外轮廓G70T020280019车圆弧 零件（三）G02T050560020切断G01T03033003.3 工艺卡片附图表：图一、图二、图三。图一 工艺卡片序号刀具号刀具名称及规格数量加工表面备注1T010135右偏外圆车刀1加工椭圆2T020290右偏外圆车刀1粗、精加工外轮廓3T0303切槽车刀1切槽4T040460外螺纹车刀1外螺纹图二、三 工艺卡片序号刀具号刀具名称及规格数量加工表面备注1中心钻1手动220mm钻头1钻孔手动3T0101镗孔刀1镗孔4T0404内螺纹刀1内螺纹5T0505切断刀1切断13第4章 单击此处键入1级标题第4章 数控加工程序的编制4.1 确定编程坐标系及编程原点数控机床采用右手笛卡儿直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标系，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。编程原点也称工件原点，一般用G54-G59对于数控车床设置。根据以上可以知道，编程坐标系及编程原点的选择要满足以下几个方面的要求：1.所选的编程原点及坐标系要使程序编制简单。2.编程原点应选在容易找正，并在加工过程中便于检查的位置。3.引起的加工误差小。4.一般回转体零件的编程零点选在其加工面的回转轴线与端面交点处。4.2 程序的编制图二中零件2的加工程序如下M03 S600 F0.2;T0101;G00 X60. Z2.G71 U1. R1.;G71 P1 Q2 U0.8 W0.4;N1 G01X0;G01Z0;G01X50.;G02X58. Z-8.R8.;N2 G01Z-36.;G70 P1 Q2;G00 X100.;G00 Z100.;MO3 S800 F0.2;G00 X50. Z2,;G70 P1 Q2;G00 X100.;G00 Z100.;M03 S300 F0.2;T0303;G00 Z-23. X60.;G01X48.;G00 X100.;G00 Z100.;M03 S200 F15;T0505;G00X60.Z-36.;G01X0;G00X100.;G00Z100.;MO2;4.3 数值的计算（1）圆锥大端直径计算： 由公式C=D-d L得15=x-4420，即内圆锥的长度为D=36mm。 （2）螺纹尺寸计算：M272.0的螺纹：牙高=1.32.0=2.5，小径=大径-牙高=27-1.0825x2=24.835，根据螺距查表得刀具每次走刀路线为26.1，25.5，24.9，24.5，24.4，24.415第5章 结论第5章 结论通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对数控机床的了解，巩固了书本的知识。结论总结如下：1. 对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。2.在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去，这样可为编程带来不少方便。3.有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如：控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制等。此外，程序太长会增加出错与检索困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。15第6章 结论第6章 致谢在毕业设计即将结束之际我向所有帮助过我的老师和同学说一声，谢谢！我想没有他们的帮助，毕业设计就会做得很困难。这次毕业设计是在张康老师悉心指导下完成的。XXXXX老师以其渊博的学识、严谨的治学风范、高度的责任感使我受益非浅。在做设计的过程中也遇到了不少的问题，老师给了我许多关怀和帮助，并且随时询问我毕业设计的进展情况、细心的指导我们，也经常打电话或者发电子邮件过来指导我的设计。在此设计及论文撰写过程中得到了好多同学的无私帮助，在此对你们表示衷心的感谢，感谢你们的鼎力相助。在论文工作中，得到了机电工程系有关领导和老师的帮助与支持，在此表示衷心的感谢。最后，在即将完成毕业设计之时，我再次感谢对我指导、关心和帮助过老师、领导及同学。谢谢！17附录参考文献1 数控车削编程与加工技术，主编：黄华 ，机械工业出版社； 2 机械制造工艺与装备，主编：晲洪涛，化学工业出版社； 3 公差配合与测量技术，主编： 姚云英，北京 机械工业出版社； 4 机械设计基础，主编： 姚明 赵华 华中科技大学出版社毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它21