典型零件的数控加工本科毕业论文.doc

长春汽车工业高等专科学校继续教育学院 毕业论文（设计）中文题目： 典型零件的数控加工 毕业专业： 机械加工 学生姓名： 范恩会 准考证号： 290414100413 指导教师： 苗 二零一五 年 八月独创性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 长春汽车工业高等专科学校 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本论文作者完全了解 长春汽车工业高等专科学校 有关保留、使用论文的规定。特授权 长春汽车工业高等专科学校 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。（保密的论文在解密后适用本授权说明）论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日【摘要】数控加工工艺的实际是对工件进行数控加工的前期工艺的准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，因为只有工艺设计方案确定以后，程序才能有依据。数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差，它不能像通用机床在加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行调整，即使现代数控机床在自适应调整方面做出了不少努力与改进，但自由度也不大。所以，数控加工工艺的设计必须注意加工过程中的每一个细节，其设计的好坏，直接影响数控加工的质量、效益以及程序编制的效率，它是数控加工中的重要环节。在比较数控车床加工工艺与传统加工工艺的基础上 ,对数控车床加工工艺中的关键问题进行了深入分析 ,总结了数控车床的工艺设计方法。通过实例 ,证明了正确地进行数控车床加工工艺分析与设计有助于提高零件加工质量和生产效率。【关键字】数控加工工艺；车削加工工艺；工艺设计；工艺分析；数控编程【Abstract】The numerical control processing craft is actually carries on the numerical control processing to the work piece the preliminary craft preparatory work, it must in the programming work before completed, because after only then technological design plan determination, the procedure could have the basis. Although the numerically-controlled machine tool the automaticity is high, but the auto-adapted difference, it cannot look like the general engine bed in the processing time may act according to the question which in the processing process appears to make the adjustment quite freely, even if the modern numerically-controlled machine tool has made many diligently and the improvement in the auto-adapted adjustment aspect, but the degree-of-freedom is not big. Therefore, the numerical control processing crafts design must pay attention to the processing process each detail, its designs quality, the immediate influence numerical control processings quality, the benefit as well as programmings efficiency, it is in the numerical control processing important link. in the comparison numerical control lathe processing craft and in the traditional processing crafts foundation, has carried on the thorough analysis to the numerical control lathe processing crafts key question, summarized the numerical control lathes technological design method. Through the example, had proven carries on the numerical control lathe processing process study and the design correctly is helpful in improving the components processing quality and the production efficiency.【Keywords】Numerical control processing craft; Lathe work craft; Technological design; Process study; Numerical control programming 目 录摘 要.1绪 论.11 数控车削的主要加工对象 .11.1 数控车削加工概述. .11.2 数控车削加工的工艺范围.21.3 数控车削的主要加工对象.22 数控车削的刀具与选用.32.1 刀具的选择.32.2 数控车刀的类型与应用.33 工件在数控车床上的装夹. .33.1 用于轴类工件的夹具.33.2 切削用量的确定.34 数控车削加工工艺的制定.44.1 零件图工艺分析.44.2 制定零件车削加工顺序要遵循的原则.44.3 典型零件（心轴类）数控车削加工工艺分析.5结 论.9致 谢.9参考文献.10绪论两年多来通过对数控知识的学习和一段时间的实习，对数控机床和编程和操作有一定程度的了解和掌握，已经可以进行独立的编程和操作，这时就需要一次来锻炼自己，检验自己的掌握程度。这次设计就达到了这样的目的，使自己更了解数控机床，对它的结构系统等有了一定更进一步的掌握，使自己的理论水平和实际操作水平更上一层楼。装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生活的最基本的生产资料，而数控又是当今先进制造技术和装备最核心和技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造业能力和水平，提高对动态多变市场和适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造业技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。1 数控车削的主要加工对象1.1 数控车削加工概述 1.数控加工过程 数控加工与普通机床机械加工有较大的不同。在数控机床加工前，要把在通用机床上加工时需要操作工人的操作及动作，如工步的划分与顺序、走刀路线、位移量和切削参数等，按规定的数码形式编成加工程序，存储在数控系统存储器或磁盘上。加工程序是实现人与机器联系起来的媒介物。 加工时，控制介质上的加工程序控制机床运动，自动加工出我们所要求的零件形状。 2.数控加工的特点数控加工有许多优点，归纳如下：（1）加工精度高、加工质量稳定 数控机床的机械传动系统和结构都有较高的精度、刚度和热稳定性；数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响，零件加工的精度和质量由机床保证，完全消除了操作者的人为误差。所以数控机床的加工精度高，加工误差一般能控制在0.005-0.01mm之内,而且同一批零件加工尺寸一致性好,加工质量稳定。（2）加工生产效率高 数控机床结构刚性好、功率大，可以选择较大的、合理的切削用量，能自动连续完成整个切削加工过程，大大缩短机动时间。在数控机床上加工零件，一般使用通用夹具，又可免去划线等工作，能大大缩短加工准备时间，数控机床定位精度高，可省去加工过程中对零件的中间检测，减少了停机检测时间。所以，数控机床的生产效率高。（3）减轻劳动强度、改善劳动条件 数控机床的加工，除了装卸零件、操作键盘、观察机床运行外，其他的机床动作都是按加工程序要求自动连续地进行，操作者不需进行繁重的重复手工操作。能减轻工人劳动强度，改善劳动条件。（4）对零件的适应性强、灵活性好 因数控车床能实现几个坐标联动，加工程序可根据零件的要求而变换，所以它的适应性和灵活性强，可以加工普通机床无法加工的形状复杂零件。（5）有利于生产管理 数控机床加工，能准确计算零件的加工工时，并有效地简化刀、夹、量具和半成品的管理工作。加工程序是用数字信息的标准代码输入，有利于与计算机连接，构成由计算机来控制和管理的生产系统。但数控加工的成本高,大批量生产时,生产效率与多工位组合机床相比有很大差距,对工人员与工艺人员的技术要求高等。 从工艺的角度来说,数控加工有两个非常突出的特点:一是数控加工的内容十分具体;二是数控加工的工艺工作相当严密。 众所周知,在用通用机床加工时,许多具体的工艺问题,如工艺中各工步的划分与安排、刀具的几何形状、走刀路线及切削用量等，在很大程度上都是由操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的，一般无需工艺人员在设计在设计工艺规程时进行多次的规定。而在数控加工时，上述这些具体工艺问题，不仅仅成为数控工艺设计时必需认真考虑的问题，而且还必需做出正确的选择并编入加工程序中。数控机床虽然自动化程度较高，但适应性差。它不能象通用机床加工是可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整，即使是将数控机床在自适应调整方面做出了较大改进，但自由度也不大。如数控机床在攻螺纹时，它就不知道孔中是否已挤满了切屑，是否需要退以下刀，或清理一下切屑再进行加工。所以，在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节。同时在对图形进行数学处理、计算和编程时，都要力求准确无误。1.2 数控车削加工的工艺范围数控车削加工主要用于轴类或盘类零件的内、外圆柱面、任意角度的内、外圆锥面、复杂回转内、外曲面和圆柱、圆锥螺纹等的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等切削加工。1.3 数控车削的主要加工对象数控车削是数控加工中用的最多的加工方法之一。与常规加工相比，数控车削的加工对象具有如下特点：（1）轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 因为车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能，还有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插补功能，故能车削由任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件，包括拟合计算处理后的、不能用方程描述的列表曲线类零件。（2）精度要求高的零件 零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面等精度要求，其中的表面精度主要指表面粗糙度值。例如尺寸精度高（达0.001或更小）的零件；圆柱度要求高的圆柱体零件；素线直线度、圆度和倾斜度均要求高的圆锥体零件；线轮廓度要求高的零件（其轮廓形状精度可超过用数控线切割加工的样板精度）等。 （3）特殊的螺旋零件 这些螺旋零件是指特大螺距（或导程）、变（增面现象/减）螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺旋面之间作平滑过渡的螺旋零件，以及高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺旋零件等。（4）淬硬工件的加工 在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件。这些零件热处理后的变形量较大，磨削加工有困难，因此可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后的零件进行车削加工，以车代磨，提高加工效率。2 数控车削的刀具与选用2.1 刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、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。 （1）具有良好、稳定的切削性能 （2）刀具有较高的寿命（3）刀具有较高的精度（4）刀具有可靠的卷屑、短屑性能（5）刀具能快速、自动更换（6）刀具有调整尺寸的功能（7）刀具能实现标准化、系列化、模块化 有利于生产，有利于管理，有利于降低成本2.2 数控车刀的类型与应用数控车削常用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧型车刀和成型车刀。在数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀，非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成形车刀，当确有必要选用时，则应在工艺准备文件或加工程序单上进行详细说明。3 工件在数控车床上的装夹3.1 用于轴类工件的夹具 数控加工轴类工件时，坏件装夹在主轴顶尖和尾座顶尖之间，工件由主轴上的拨盘或拨齿顶尖带动旋转。这类夹具在粗车时可以传递大的转矩，一适应主轴高速旋转车削。用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等。车削空心轴时常用圆柱心轴、圆锥心轴或各种锥套轴或堵头的定位装置。3.2 切削用量的确定 切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。切削深度ap：在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，可选取较大的切削深度，以减少进给次数。当工件的精度要求较高时，则应考虑留有精加工余量，一般为0.10.5mm。切削深度ap计算公式：ap=（ dw- dm)/2式中 ：dw待加工表面外圆直径，单位: mm dm已完成加工后的表面外圆直径，单位: mm 切削速度Vc：切削速度由工件材料、刀具材料及加工性质等因素所确定，可查表。切削速度Vc计算公式：Vc=dn/1000 (m/min)式中： d工件或刀尖的回转直径，单位: mm n工件或刀具的转速，单位: r/min 进给速度：进给速度是指单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm/min，也可表示为主轴旋转一周刀具的进给量，单位为mm/r。进给速度Vf的计算: Vf = n f式中： n车床主轴的转速，单位: r/min 。 f刀具的进给量，单位: mm/r 对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。4 数控车削加工工艺的制定4.1 零件图工艺分析分析零件图是工艺制订中的首要工作，它主要包括以下内容：1.零件结构工艺性分析零件结构的工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成形。在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点，认真审视零件结构的合理性。 2.轮廓几何要素分析 在手工编程时，要计算每个基点坐标，在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。 3.精度及技术要求分析 对被加工零件的精度及技术要求进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确而合理的选择。4.2 制定零件车削加工顺序要遵循的原则1. 先粗后精 按照粗车-半精车-精车的顺序进行，逐渐提高加工精度。粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。2. 先近后远 按加工部件相对于刀点的距离大小而言的。在一般情况下，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动的距离，减少空行程。对于车削而言，先近后远还有利于保持坏件或半成品的刚性，改善其切削条件。3. 内外交加 即对有内表面，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。切不可将零件上一部分表面加工完毕后，再加工其它表面。通过分析调节盘的加工顺序 由粗到精、由近到远的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.25mm的精车余量）。然后从右到左进行精车，最后切槽。刀具的进给路线 数控车床车削端面加工路线如图2所示的A-B-0p-D，其中A为换刀点，B为切入点，C-0p为刀具切削轨迹，0p为切出点，D为退刀点。图2 数控车床车削端面加工路线图3 数控车床车削外圆加工路线 数控车床车削外圆的加工路线如图3所示A-B-C-D-E-F，其中A为换刀点，B为切入点，C-D-E为刀具切削轨迹，E为切出点，F为退刀点。4.3 典型零件（心轴类）数控车削加工工艺分析加工图所示的心轴类零件，毛坯直径为45mm，长为370mm，材料为Q235；未注倒角145，其余Ra12.5。解：（1）选择设备 根据被加工零件的外形和材料等条件，选用数控车床。（2）确定零件的定位基准和装夹方式 定位基准确定坯料轴线和左端面为定位基准。 装夹方法采用三爪自定心卡盘自定心夹紧。（3）确定加工顺序及进给路线（4）刀具选择将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表1）表1数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称心轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01外圆粗加工正偏刀1粗加工外圆自动2T02刀宽2mm外圆割刀1切槽自动3T03外圆精加工正偏刀1精车外圆自动4T0460螺纹车刀1车削螺纹自动5T0545端面刀1加工端面自动5T06内孔精车刀1精加工内孔自动编制审核批准年 月 日共1页第1页合前面分析的各项内容，并将其填入表2所示的数控加工工艺卡片。表2心轴的数控加工工艺卡片单位名称产品名称或代号零件名称零件图号长轴销工序号程序编号夹具名称使用设备车间001三爪卡盘FANUC 0-TC数控车床数控中心工步号工步内容（尺寸单位mm）刀具号刀具规格主轴转速/r.min进给速度/.min背吃刀量/备注1粗车端面和外圆T01500400.2自动2精车端面和外圆500500.2自动3切槽T02350500.15自动4粗车螺纹T032001.5/ r0.2自动5精车螺纹2001.5/ r0.2自动编制审核批准年 月 日共1页第1页解：采用华中数控系统编程。该零件的加工工艺及其程序见表1、表2。表1 加工外圆及螺纹的程序程序01001N10 G92 X100 Z10N20 M03 S500N30 M06 T0101N40 G00 Z5N50 X47 Z2N60 G80 X42.5 Z-364 F300N70 G80 X38 Z-134.2 F300N80 G80 X35.5 Z-134.2 F300N90 G80 X30 Z-47.2 F300N100 G80 X28.5 Z47.2 F300N110 G00 X100N120 Z10N125 T0100N130 M06 T0303N140 S800N150 G00 Z1N160 X24N170 G01 X28 Z-1 F100N180 Z-47.5N190 X32.85N200 X34.85 Z-48.5N210 Z-70.5N220 X35N230 Z-134.5N240 X42N241 Z-360.5N242 G00 X100N250 Z10N251 T0300N260 M06 T0202N270 S300N280 G00 X45 Z-134.5N290 G01 X34 F50N300 X36N310 G00 Z-70.5N320 G01 X33N330 X36N340 Z-69. 5N350 X33N360 X36N370 G00 X100N380 Z10N381 T0200N390 M06 T0404N400 S400N410 G00 X37 Z-45N420 G76 R4 A60 X33.65 Z-72 I0 K0.8 F1.5N430 G00 X100N440 Z10N441 T0400N450 M06 T0202N460 S300N470 G00 Z-363.5N480 X45N490 G01 X5 F50N500 G00 X100N510 Z10N511 T0200N512 M05N520 M02精加工20mm内孔的程序01002N10 G92 X100 Z50N20 M03 S600N30 M06 T0101N40 G90 G00 X20 Z2N50 G01 X14 Z-1 F100N60 Z0N70 G00 X100 Z50N80 T0100N90 M06 T0202N100 G00 X24 Z1N110 G01 X20 Z-1 F100N120 Z-35N130 X18N140 G00 F50N150 X100采用一夹一顶装夹工件，粗、精加工外圆及加工螺纹。所用工具有外圆粗加工正偏刀（T01）、刀宽为2mm的切槽刀（T02）、外圆精加工正偏刀（T03）。加工工艺路线为：粗加工42mm的外圆（留余量：径向0.5mm，轴向0.3mm）粗加工35mm的外圆（留余量：径向0.5mm，轴向0.3mm）粗加工28mm的外圆（留余量：径向0.5mm，轴向0.3mm）精加工28mm的外圆精加工螺纹的外圆（34.85mm）精加工35mm的外圆精加工42mm的外圆切槽加工螺纹切断。加工程序见表1。调头用铜片垫夹42mm外圆，百分表找正后，精加工20mm的内孔。所用刀具有45端面刀（T01）、内孔精车刀（T02）。加工工艺路线为：加工端面精加工20mm的内孔。加工程序见表2。结论制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。 我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！致谢感谢苗树森老师的指导感谢在我学习期间给予我教导的老师们，他们在我的学业过程中给予真诚的关心与帮助，在他们的课堂上我学到了宝贵的知识。各位老师充满智慧的启迪和指点，使我在知识的征途中能够走向新的起点。同时，感谢我的亲人在我学习期间给予我的大力支持和无私的爱。