数控机床的加工及其操作方法.docx

湖南软件职业学院

毕业(论文)设计

题 目： 数控机床的加工与操作方法
年级专业： 建筑工程系数控专业08级
数控技术082班
学生姓名： 廖 磊
指导教师： 胡文伦

2010年 12月26日
目 录
摘 要 1
前 言 2
第1章 零件的分析与材料的选择 3
1.1零件的分析 3
1.1.1 零件图 3
1.1.2 零件的技术要求分析 3
1.1.3 零件的工艺分析 3
1.2毛坯的选择 5
1.2.1 确定毛坯的制造形式 5
1.2.2 基准的选择 5
第2章 零件加工工艺设计 6
2.1 工艺规程设计 6
2.1.1 连接轴加工的工艺路线 6
2.1.2 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 6
2.2车削用量的选择 7
2.2.1 加工条件 7
2.2.2 计算切削用量 7
2.2.3 精车加工 8
2.2.4 车螺纹 8
第3章 零件的加工 9
3.1 加工步骤 9
3.2 编辑程序 10
3.3 加工零件 12
总 结 15
参考文献 16
致 谢 17

摘 要
随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。本次设计就是进行典型轴类零件的数控加工方法与编程，侧重于该零件的加工与操作的确定及加工程序的编制。并绘制零件图、数控仿真操作图。用G代码编制该零件的数控加工程序，并附以编程、数控仿真操作等。
通过对课题的任务分析，先把零件图画出来，对零件图进行分析，确定零件的加工工艺。根据画出的零件图编写程序，对程序进行检验核对，对确定准确好的程序进行加工。

关键词：数控加工；加工工序；操作方法

前 言
本毕业设计为数控机床的加工与操作方法，是根据规定的设计过程、相关工艺及所学课程而编写的。本设计书的内容包括：目录、毕业设计指导书、毕业设计说明书、参考文献等。
此毕业设计力求符合设计标准，满足设计要求。详细说明了连接轴的加工方法，以及数控机床的具体操作方法，零件典型部位的加工等。
在编写此设计书的过程中，得到了胡文伦老师和相关同学的大力支持和热情帮助，在此谨以致意。
就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加本专业的工作打下一个良好的基础。

第1章 零件的分析与材料的选择
1.1零件的分析
1.1.1 零件图

图1-1 连接轴

1.1.2 零件的技术要求分析

（1）零件的技术要求主要有：加工表面的形状精度（包括形状尺寸精度和形状公差）；主要加工表面之间的相互位置精度（包括距离尺寸精度和位置公差）；加工表面的粗糙度及其它方面的表面质量要求；

（2） 热处理及其它要求
通过对零件技术要求的分析，就可以区分主要表面和次要表面。上述四个方面均精度要求较高的表面，即为主要表面，要采用各种工艺措施予以重点保证。在对零件的结构工艺性和技术要求分析后，对零件的加工工艺路线及加工方法就形成一个初步的轮廓，从而为下一步制订工艺规程作好准备。

1.1.3 零件的工艺分析

（1）连接轴共有3组加工表面，它们之间有一定的位置要求，具体分述如下：

1） 以Φ45为中心的加工表面。这一组加工表面包括：外圆及倒角、端面。如下图所示：

图1-2

2） 以Φ40和M30×2为中心的加工表面。这一组加工表面包括：
外圆及倒角、退刀槽、端面、螺纹。如下图所示：

图1-3

3）以Φ35为中心的加工表面。这一组加工表面包括：内圆及倒角、端面。如下图所示：

图1-4

由以上分析可知，对于这3组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后再加工其他两组表面，并保证它们之间的位置精度要求。

1.2 毛坯的选择

1.2.1 确定毛坯的制造形式

图1-5 毛坯

根据零件的工作情况，零件的材料为50Cr， 要承受较大的循环载荷、冲击载荷等，所以毛坯形式采用锻件，其晶粒细小，较均匀、致密，可以保证零件工作时的可靠性，由于该零件为中批生产，所以为了提高生产率，保证加工质量，故采用模锻成型。

1.2.2 基准的选择

（1）粗基准的选择 由于该零件为普通的轴类零件，故选外圆为粗基准。

（2）精基准的选择 选轴前端的圆锥孔和后端孔倒角作为精基准。

第2章 零件加工工艺设计
2.1 工艺规程设计
2.1.1连接轴加工的工艺路线
外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。
① 粗车—半精车—精车
对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。
② 粗车—半精车—粗磨—精磨
对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。
③ 粗车—半精车—精车—金刚石车
对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。
④ 粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工
对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。
经分析比较，对于本文所加工的典型轴类零件，将采用“粗车—精车”的车削方式，即分别对本零件的两个端面、外圆、镗孔、圆弧、切槽、螺纹七个步骤进行粗加工和精加工。

2.1.2 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
该零件的材料为50Cr，硬度为HBS220--250， 生产类型为中批生产，应采用在锻锤上合模模锻生成毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，用查表法分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。为简化模锻毛坯的外形，取直径为Φ40的各段的毛坯尺寸与Φ45相同。

毛坯直径的确定：
工件最大直径Φ45，公差0.013，机械加工总余量：2×(2.2+0.45+0.3+0.1+0.06) ＝2×3.11
毛坯尺寸为Φ50.22mm
取毛坯直径为Φ50.22mm。

（1）毛坯长度L的确定：
查《工艺手册》表1-52可知；
1)Φ50的长度方向的加工余量为2.0mm
L1=77mm
2)Φ45及以后的外圆长度方向的加工余量为3.25mm
L2＝27.25
总长L＝77+27.25=77.05mm，根据工艺需要，因此毛坯总长度为77.05mm。查（《工艺手册》表1-51）

（2）毛坯过渡倒角的确定：查表1-52取L1段过渡到L2段的毛坯倒角
C＝2mm。
毛坯的倒角尺寸取C＝2mm，外倒角尺寸取C＝2mm。

2.2车削用量的选择
2.2.1 加工条件
工作材料：50Cr钢正火，σb＝0.735GPa，模锻。
加工要求：车两端面，打中心孔，粗车各外圆表面
机床：CK6163卧式车床（FANUC 0I）
刀具如下表所示：
序号
式样
类型
材料
1

（T01）90°外圆车刀
硬质合金
2

（T02）107°镗刀
硬质合金
3

（T03）4mm宽切刀
硬质合金
4

（T04）60°螺纹刀
硬质合金
表2-1 刀具

2.2.2计算切削用量
1） 粗车加工
粗车加工总余量＝0.2mm
2）进给量：根据刀具的参数选f＝0.6-0.9mm/r，按CK6163机床说明书选f=0.52mm/r表26
综上，确定进给量为F=0.5
3）转速：机床主轴转速：ns＝1000v/πdw ＝1000×1.623/(3.14×45)＝5.38r/s（323r/min）
按CK6163机床说明书，与323r/min相近的机床转速为305r/min及370r/min，现选370r/min，所以确定转速S=400

2.2.3 精车加工
1）进给量：根据刀具的参数选f＝0.1-0.4mm/r，按CK6163机床说明书选f=0.22mm/r表26
综上，确定进给量为F=0.2
2）转速：机床主轴转速：ns＝1000v/πdw ＝1000×1.623/(3.14×45)＝6.38r/s
按CK6163机床说明书，与6.38r/s相近的机床转速为6.23r/s及6.83r/s，现选6.83r/s，所以确定转速S=700

2.2.4车螺纹

1.表2-2 常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量
米 制 螺 纹
公称直径
6
10
16
20
24
30
36
螺距
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
牙深（半径量）
0.649
0.974
1.299
1.624
1.949
2.273
2.598
切削次数及背吃刀量（直径量）
1次
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
1.5
2次
0.4
0.6
0.6
0.7
0.7
0.7
0.8
3次
0.2
0.4
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
4次

0.16
0.4
0.4
0.4
0.6
0.6
5次

0.1
0.4
0.4
0.4
0.4
6次

0.15
0.4
0.4
0.4
7次

0.2
0.2
0.4
8次

0.15
0.3
9次

0.2

2.车螺纹程序采用：螺纹切削单一固定循环（G92）
圆柱螺纹指令格式为：G92 X(U) Z(W) F ;

车本零件螺纹程序具体如下：
M03 S300
T0404
G00 X35 Z2
G92 X29.1 Z-23 F2.0
G92 X28.5 Z-23 F2.0
G92 X27.9 Z-23 F2.0
G92 X27.5 Z-23 F2.0
G92 X27.4 Z-23 F2.0

第3章 零件的加工
3.1 加工步骤

（1）加工无螺纹部分外圆与内孔，如下图：

图3-1

（2）加工有螺纹部分外圆、退刀槽等，如下图：

图3-2

（3）具体步骤：
粗车无螺纹部分外圆

精车无螺纹部分外圆

粗镗无螺纹部分内孔

精镗无螺纹部分内孔

零件调头装夹

粗车有螺纹部分外轮廓

精车有螺纹部分外轮廓

切槽

G92车螺纹

3.2编辑程序
O0001
N10 T0101
N20 G99 M03 S400
N30 G00 X52 Z2
N40 G71 U1 R0.5 (粗车外圆)
N50 G71 P60 Q90 U0.2 W0 F0.5
N60 G01 X43 F0.5
N70 Z0
N80 X45 Z-2
N90 Z-27
N100 M03 S700 （精车外圆）
N110 G70 P60 Q90
N120 G01 X100
N130 Z100
N140 T0202 （粗镗内孔）
N150 M03 S400
N160 G00 X10 Z2
N170 G71 U1 R0.5
N180 G71 P190 Q230 U-0.2 W0 F0.5
N190 G01 X17 F0.5
N200 Z0
N210 X15 Z-2
N220 Z-27
N230 X10
N240 M03 S700 （精镗内孔）
N250 G70 P190 Q230
N260 G01 X5
N270 Z2
N280 X100
N290 Z100
N300 M05
N310 M30

O0002
N10 T0101
N20 G99 M03 S400
N30 G00 X50 Z2
N40 G71 U1 W0.5 (粗车外圆)
N50 G71 P60 Q140 U0.2 R0 F0.5
N60 G01 X28 F0.5
N70 Z0
N80 X30 Z-2
N90 Z-25
N100 X35
N110 G03 X35 Z-47 R30 F0.5
N120 G01 X35 Z-54
N130 G03 X41 Z-57 R3
N140 G01 X50 Z-57
N150 M03 S700 （精车外圆）
N160 G70 P60 Q140
N170 G01 X100
N180 Z100
N190 T0303 （切槽）
N200 M03 S400
N210 G00 X50 Z2
N220 G01 X35 Z-25 F0.5
N230 X24
N240 X50
N250 Z2
N260 G00 X100
N270 Z100
N280 T0404 （车螺纹）
N290 G00 X35 Z2
N310 G92 X29.1 Z-23 F2.0
N320 G92 X28.5 Z-23 F2.0
N330 G92 X27.9 Z-23 F2.0
N340 G92 X27.5 Z-23 F2.0
N350 G92 X27.4 Z-23 F2.0
N360 G00 X100
N370 Z100
N380 M05
N390 M30

3.3 加工零件
（1）程序输机
校队好程序之后，确定无误，按下程序编辑按钮 ，进入程序编辑状态：

图3-3
（2）输完程序之后，按下 按钮，让机床回零。
（3）对刀：对刀采用试切法，按下 按钮，进入【外形】对刀编辑状态：

图3-4

X轴方向：主轴转起来，让刀慢慢靠近工件，沿Z轴方向试切工件外圆，沿Z轴方向移出刀具，主轴停转，测量工件外圆直径，在图3-5中相应刀号、方向上输入测量值，再按下测量按钮。

Z轴方向：主轴转起来，让刀慢慢靠近工件，沿X轴方向试切工件外圆，沿X轴方向移出刀具，主轴停转，测量工件外圆直径，在图3-5中相应刀号、方向上输入测量值，再按下【测量】按钮。

图3-5
（4）加工零件，按下 按钮，进入自动运行状态，选择单段（）
打开冷却液，启动机床（），单段进行几次之后，未出现问题，取消单段进行零件加工，直到零件加工完成。如有问题则暂停机床，解决问题。

（5）成品图：

图3-5 加工出来的连接轴

总 结
毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次系统的设计，使我摆脱了单纯的学理论知识状态，实际设计提高了我综合运用所学专业基础知识去解决实际问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料，设计手册，设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对数控知识整体的掌握，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到锻炼，经验得到了丰富，并且意志力和耐力都得到了不同程度的提升。我想这就是我们进行毕业设计的目的所在吧。
我对数控仿真系统的特点和数控机床的刀具材料和使用范围有了较深刻的了解，基本掌握数控机床刀具的选用方法；经过数控技能实训，对数控技术有了更深的理解；经过编制零件的加工程序，基本熟悉数控编程的主要内容及步骤、编程的种类、程序的结构与格式，对其有了进一步的认识。
虽然编写设计书比较繁重，但在编写设计过程中通过自己不断的学习，尤其是自主学习和实践以及实验，我克服了许多的困难，这种成就感使感到十分的喜悦和兴奋。

参考文献
[1] 穆国岩.数控机床编程与操作.机械工业出版社，2007
[2] 余英良.数控加工编程及操作.北京高等教育出版社，2004
[3] 张超英.数控机床加工工艺编程.北京高等教育出版社，2003
[4] 姜勇.AutoCAD辅助机械制图.人民邮电出版社，2008
[5] 黄康美.数控加工实训教程.电子工业出版社，2004

致 谢
在此即将毕业之际，我真诚的感谢每一位老师和同学，感谢你们对我的精心关照，有了你们，我大学的三年是变得如此的有意义，有了你们，使我毕业设计有了质的提升。你们的一字一句我都铭记心中。
本设计在胡文伦老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和修改，无不凝聚着胡老师的心血和汗水，在三年的大学学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私关怀，老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，使我受益匪浅。不仅使我树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多为人处世的道理。本设计书从选题到完成，每一步都是在胡老师的指导下完成的，倾注了胡老师大量的心血。在此，向胡文伦老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位专业老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业设计顺利完成，在此向建筑工程系数控技术专业的全体老师表示由衷的感谢。感谢他们三年来的辛勤栽培。
由于知识、能力有限，经验不足，设计中难免有不足之处，恳请各位老师和同学批评指正，本人将不甚感激。