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畢業(yè)論文設計 （數控車床軸類零件加工工藝） 學校 常州鐵道高等職業(yè)技術學校 專業(yè) 機電一體化技術 姓名 張麗娟 學號 18 數控機床軸類零件加工工藝 摘 要 ......................................................................................................................... 3 第一章 概述........................................................................................................... 3 第二章 零件圖車削加工工藝分析 ................................................................. 4 2.1數控加工工藝基本特點 ................................................................................. 5 2.2設備選擇 ............................................................................................................ 6 2.3確定零件的定位基準和裝夾方式 ........................................................... 6 2.3.1粗基準選擇原則 ............................................................................................. 6 2.3.2精基準選擇原則 ......................................................................................... 6 2.3.3定位基準 .......................................................................................................... 6 2.3.4裝夾方式 ........................................................................................................... 6 2.4加工方法的選擇和加工方案的確定 ............................................................... 8 2.4.1加工方法的選擇 ......................................................................................... 8 2.4.2加工方案的確定 ........................................................................................... 8 2.5工序與工歩的劃分 ............................................................................................. 8 2.5.1按工序劃分 ............................................................................................. 8 2.5.2工歩的劃分 ................................................................................................... 8 2.6確定加工順序及進給路線 ................................................................................ 8 2.6.1零件加工必須遵守的安排原則 ...................................................................... 8 2.6.2進給路線 ........................................................................................................ 9 2.7刀具的選擇 ....................................................................................................... 10 2.8切削用量選擇 ................................................................................................... 11 2.8.1背吃刀量的選擇 ............................................................................................. 11 2.8.2主軸轉速的選擇 ........................................................................................... 11 2.8.3進給速度的選擇 ........................................................................................... 11 2.9編程誤差及其控制 ......................................................................................... 13 2.9.1編程誤差 ....................................................................................................... 13 2.9.2誤差控制 ....................................................................................................... 13 第三章.編程中工藝指令的處理 ............................................................................. 14 3.1常用G指令代碼功能表 ................................................................................... 14 3.2常用M指令代碼功能表 ................................................................................... 14 第四章 程序編制及模擬運行、零件加工或精度自檢 ..................................15 4.1程序編制 ........................................................................................................ 17 4.2模擬運行 ..........................................................................................................17 4.3零件加工 ............................................................................................................. 18 4.4精度自檢 ............................................................................................................ 18 結束語........................................................................................................................ 18參考文獻.................................................................................................................... 18 摘要 世界制造業(yè)轉移，中國正逐步成為世界加工廠。美國、德國、韓國等國家已經進入發(fā)展的高技術密集時代與微電子時代，鋼鐵、機械、化工等重化工業(yè)發(fā)展中期。由于數控機床綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服系統(tǒng)、精密檢測與新型機械結構等方面的技術成果，具有高的高柔性、高精度與高度自動化的特點，因此，采用數控加工手段，解決了機械制造中常規(guī)加工技術難以解決甚至無法解決的單件、小批量，特別是復雜型面零件的加工，應用數控加工技術是機械制造業(yè)的一次技術革命，使機械制造的發(fā)展進入了一個新的階段，提高了機械制造業(yè)的制造水平，為社會提供高質量，多品種及高可靠性的機械產品。 數控技術是數字程序控制數控機械實現(xiàn)自動工作的技術。它廣泛用于機械制造和自動化領域，較好地解決多品種、小批量和復雜零件加工以及生產過程自動化問題。隨著科技的迅猛發(fā)展，自動控制技術已廣泛地應用于數控機床、機器人以及各類機電一體化設備上。同時，社會經濟的飛速發(fā)展，對數控裝置和數控機械要求在理論和應用方面有迅速的發(fā)展和提高。數控加工和編程畢業(yè)設計是數控專業(yè)教學體系中構成數控加工技術專業(yè)知識及專業(yè)技能的重要組成部分，通過畢業(yè)設計使我們學會了對相關學科中的基本理論、基本知識進行綜合運用，同時使對本專業(yè)有較完整的、系統(tǒng)的認識，從而達到鞏固、擴大、深化所學知識的目的，培養(yǎng)和提高了綜合分析問題和解決問題的能力，以及培養(yǎng)了科學的研究和創(chuàng)造能力。數控加工工藝是數控編程與操作的基礎，合理的工藝是保證數控加工質量發(fā)揮數控機床的前提條件，從數控加工的實用角度出發(fā)，以數控加工的實際生產為基礎，以掌握數控加工工藝為目標，在介紹數控加工切削基礎，數控機床刀具的選用，數控加工的定位與裝夾以及數控加工工藝基礎等基本知識的基礎上，分析了數控車削的加工工藝。 關鍵詞：數控加工、數控編程、工藝分析 第一章 概述 數控技術是綜合了計算機、自動控制、電機、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機械制造等學科領域最新成果而形成的一門邊緣科學技術。在現(xiàn)代機械制造領域中，數控技術已成為核心技術之一，是實現(xiàn)柔性制造（Flexible Manufacturing，F(xiàn)M）、計算機集成制造（Computer Integrated Manufacturing，CIM）、工廠自動化（Factory Automation， FA）的重要基礎技術之一。數控技術較早地應用于機床裝備中，本書中的數控技術具體指機床數控技術。 國家標準(GB8129—87)把機床數控技術定義為“用數字化信息對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法”，簡稱數控(Numerical Control，NC)。數控機床就是采用了數控技術的機床。國際信息處理聯(lián)盟(international federation of information processing)第五技術委員會對數控機床作了如下定義：“數控機床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用代碼，或其它符號編碼指令規(guī)定的程序?！睋Q言之，數控機床是一種采用計算機，利用數字信息進行控制的高效、能自動化加工的機床，它能夠按照機床規(guī)定的數字化代碼，把各種機械位移量、工藝參數、輔助功能(如刀具交換、冷卻液開與關等)表示出來，經過數控系統(tǒng)的邏輯處理與運算，發(fā)出各種控制指令，實現(xiàn)要求的機械動作，自動完成零件加工任務。在被加工零件或加工工序變換時，它只需改變控制的指令程序就可以實現(xiàn)新的加工。所以，數控機床是一種靈活性 很強、技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備。 隨著自動控制理論、電子技術、計算機技術、精密測量技術和機械制造技術的進一步發(fā)展，數控技術正向高速度、高精度、智能化、開放型以及高可靠性等方向迅速發(fā)展。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術,數控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數控技術的不但發(fā)展和應用領域的擴大，對歸計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、醫(yī)療、輕工等)的發(fā)展起著越來越重要的作用,因為這些行業(yè)所需要裝備的數字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢.發(fā)展我國數控技術及裝備是提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性保證.數控加工與編程畢業(yè)設計是數控專業(yè)教學體系中構成數控加工技術專業(yè)知識及專業(yè)技能的重要組成部分，通過畢業(yè)設計使我們學會了對相關學科中的基本理論基本知識進行綜合運用,同時使對本專業(yè)有較完整的系統(tǒng)的認識,從而達到鞏固、擴大、深化所學知識的目的,培養(yǎng)和提高了綜合分析問題和解決問題的能力以及培養(yǎng)了科學的研究和創(chuàng)新能力。零件的裝夾、刀具的對刀、工藝路線的制訂、工序與工步的劃分、刀具的選擇、切削用量的確定、車削加工程序的編寫、機床的熟練操作。 第二章 零件圖車削加工工藝分析 零件材料處理為：45鋼，調制處理HRC26～36，下面對該零件進行數控車削工藝分析。零件如下圖所示： 圖1.1零件圖 技術要求： 1.以小批量生產條件編程。 2.不準用砂布及銼刀等修飾表面。3.未注倒角0.545。4.未注公差尺寸按 GB1804-M。 （說明：零件圖中英文字母可根據實際情況定數據，為方便設計。A取19mm. B取29 mm. C取17mm. D取21mm. E取23 mm. ） 2.1數控加工工藝基本特點 數控機床加工工藝與普通機床加工原則上基本相同，但數控機床是自動進行加工，因而有如下特點：①數控加工的工序內容比普通機床的加工內容復雜，加工的精度高，加工的表面質量高，加工的內容較豐富。②數控機床加工程序的編制比普通機床工藝編制要復雜些。這是因為數控機床加工存在對刀、換刀以及退刀等特點，這都無一例外的變成程序內容，正是由于這個特點，促使對加工程序正確性和合理性要求極高，不能有絲毫的差錯。否則加工不出合格的零件。 在編程前一定要對零件進行工藝分析，這是必不可少的一步，如圖1.1要對該零件進行精度分析，選擇加工方法、擬定加工方案、選擇合理的刀具、確定切削用量。該零件由螺紋、圓柱、圓錐、圓弧、槽等表面組成，其中較嚴格直徑尺寸精度要求的如 Φ280.02mm,ф mm,軸線長度的精度如50.04mm， 27.50.04mm，粗糙度3.2μｍ，球面Sфmm?？煽刂魄蛎嫘螤?精度30的錐度等要求。 經分析，可以采用以下幾點工藝措施： （1）零件上由精度較高的尺寸數據如圓柱ф280.02mm、фmm，軸向長度50.04mm、27.50.04mm，球Sф mm，在加 工時為了保證其尺寸精度應取其中間值分別取值為ф28mm、ф23.005mm長度5mm，27.5mm，球Sф29.015mm即可。[注：上述坐標值是以半徑值給出的。形式如（X，Z）] （2）在輪廓曲線上，有四處圓弧依次相連，既過象限又改變進給方向的輪廓曲線。為了保證其輪廓曲線的準確性，通過計算到端部R5mm的圓弧與直線的切點坐標為（2.922，0），與R17mm的圓弧切點坐標為（7.791，-6.136），R17與Sф 29mm的切點坐標為 （11.210，-20.791），Sф29mm與R5mm的切點為（12.271， -37.739），R5mm與ф23 mm的切點坐標為（11.5，-40.406）。 [注：上述坐標值是以半徑值給出的。形式如（X，Z）。] （2）在輪廓曲線上，有四處圓弧依次相連，既過象限又改變進給方向的輪廓曲線。為了保證其輪廓曲線的準確性，通過計算到端部R5mm的圓弧與直線的切點坐標為（2.922，0），與R17mm的圓弧切點坐標為（7.791，-6.136），R17與Sф29mm的切點坐標為 （11.210，-20.791），Sф29mm與R5mm的切點為（12.271， -37.739），R5mm與ф23 mm的切點坐標為（11.5，-40.406）。 [注：上述坐標值是以半徑值給出的。形式如（X，Z）。] （3）為便于裝夾，為了保證工件的定位準確、穩(wěn)定，夾緊方面可靠，支撐面積較大，零件的左端是螺紋，中段最大的直徑的圓柱ф28mm。右端是依次相連的圓弧，顯然右端都是圓弧相連不可能裝夾，所以應留在最后加工，應先裝夾毛坯加工出左端螺紋及圓柱ф28mm。調頭裝夾ф28mm的圓柱加工右端圓弧，毛坯選ф30120mm。 2.2設備選擇 根據該零件的外形是軸類零件，比較適合在車床上加工，由于零件上既有切槽尺寸精度又有圓弧數值精度,在普通車床上是難以保證其技術要求。所以要想保證技術要求,只有在數控車床上加工才能保證其加工的尺寸精度和表面質量。選擇數控機床HNC-CK6140加工該零件。數控機床HNC-CK6140實物圖見附錄一。 2.3確定零件的定位基準和裝夾方式 2.3.1粗基準選擇原則 （1）為了保證不加工表面與加工表面之間的位置要求，應選不加工表面作粗基準。（2）合理分配各加工表面的余量，應選擇毛坯外圓作粗基準。 （3）粗基準應避免重復使用。 （4）選擇粗基準的表面應平整，沒有澆口、冒口或飛邊等缺陷。以便定位可靠。 2.3.2精基準選擇原則 （1）基準重合原則：選擇加工表面的設計基準為定位基準； （2）基準統(tǒng)一原則；（3）自為基準原則； （4）互為基準原則。 2.3.3定位基準 綜合上述，粗、精基準選擇原則，由于是軸類零件，在車床上只需用三抓卡盤裝夾定位，定位基準應選在零件的軸線上，以毛坯ф35mm的棒料的軸線和右端面作為定位基準。 2.3.4裝夾方式 數控機床與普通機床一樣也要全里選擇定位基準和夾緊應力求設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一，減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面，避免采用占機人工調整式加工方案，以充分發(fā)揮數控機床的效能。裝夾應盡可能一次裝夾加工出全部或最多的加工表面。由零件圖可分析，應先裝夾毛坯ф30mm的棒料的一端，夾緊其40mm的長度加工螺紋。一直加工到零件右端的ф23 mm，然后將棒料卸下。裝夾ф28mm的圓柱表面，加工另一 端的圓弧。這樣兩次裝夾即可完成零件的所有加工表面，且能保證其加工要求。裝夾圖如下： 圖2.3.1 加工螺紋的裝夾圖 圖2.3.2 加工圓弧的裝夾圖 2.4加工方法的選擇和加工方案的確定 2.4.1加工方法的選擇 加工方法的選擇原則是在保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顧生產效率和加工成本。在實際選擇中，要結合零件形狀、尺寸大小、熱處理要求和現(xiàn)有生產條件等全面考慮。因為該零件是軸類零件，比較適合在車床上加工，又經過對零件圖尺寸分析，尺寸精度比較高。如ф280.02mm，ф29 mm，ф23 mm等，在 普通車床是難以保證其尺寸精度、表面粗糙度，所以應該選擇在數控車床上加工。 2.4.2加工方案的確定 零件上精度比較高的表面加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。該零件有兩種加工方案：①直接用三抓卡盤裝夾、調頭加工。②用三抓卡盤裝夾夾緊和自由端活動頂尖，經試驗論證第二種方案裝夾困難，對刀、退刀及換刀相當困難，所以在這里選擇第一種方案加工，能夠保證其技術要求。 2.5工序與工歩的劃分 2.5.1按工序劃分 工序劃分有三種方法： ①按零件的裝夾定位方式劃分工序 ；②按粗、精加工劃分工序 ；③按所用的刀具劃分工序。 由于零件需要調頭加工，如果按粗、精加工劃分工序。在調頭加工前后各有一次粗加工和精加工，顯得比較繁瑣，所以不可?。蝗绻此玫牡毒邉澐止ば?，刀具有四把，雖然不多，但是在調頭加工前后至少要重復使用三把刀，而同一把刀的兩次粗、精加工分別在調頭加工前后，加工內容不連續(xù)，所以也不合理，不易劃分工序；只有按零件的裝夾定位方式劃分工序比較符合該零件的加工工序，且能保證兩次裝夾的位置精度，每一次裝夾為一道工序。該零件只需調頭前、后加工兩道工序即可完成所有的加工表面，且能保證各尺寸精度及表面粗糙度。 2.5.2工歩的劃分 因為每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中背吃刀量相同，不易劃分工歩；這里選用加工不同的表面來劃分工序就比較容易： ①車削螺紋端的工歩為:90外圓車刀平端面─→右端面外圓車刀車削1.545的倒角，ф2125mm─→端面ф28mm─→圓柱ф28mm─→30的錐臺面─→ф23 10mm─→切槽刀切槽 51.5mm─→外螺紋車刀車削MD1.5mm。 ②車削圓弧端的工歩為：90外圓車刀平端面─→右端面外圓車刀圓弧R5mm─→圓弧R17mm─→球ф29mm─→圓弧R5mm─ →ф23 5mm─→切槽刀切槽51.5mm 2.6確定加工順序及進給路線 2.6.1零件加工必須遵守的安排原則 （1）基面先行 先加工基準面，為后面的加工提供精基準面，所以應先選平右端面作為基準面。 （2）先主后次 由于所加工的表面均為重要表面，所以應按照順序從右到左依次加工MD1.5mm，ф28mm，ф23mm螺紋調頭 后一次加工R5mm，ф29 mm，ф23 mm等。 （3）先粗后精 先車削去大部分的金屬余量，再進行成形切削保證零件的尺寸要求和質量要求。 （4）先面后孔 由于該零件沒有孔，所以在該處不做考慮。 2.6.2進給路線 在數控加工中，刀具對好刀位點相對于工件運動軌跡稱為加工路線。編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點： （1）加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高； （2）使數值計算簡單，以減少編程工作量； （3）應使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空行程時間。（4）確定加路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定一次走刀，還是多次走刀來完成所有加工表面，具體綜合上面進給線的特點再根據具體零件具體分析，確定該零件的進給路線有兩步。如下圖所示： 圖2.6.1 零件輪廓 第一步: 車削帶有的螺紋的一端，從右到左先粗車外形ф21mmm、ф28mm、ф23 mm到槽50.04mm的左端面處后， 精車外形路線同粗車一樣，再換刀切削51.5mm的槽，最后再換刀切削螺紋。如圖2.6.2螺紋加工路線。 圖2.6.2 螺紋加工路線 第二步: 車削帶有圓弧的一端，從右到左先粗車外形R5mm、R17mm、ф29 mm到ф23 mm后2mm后精車外形路線同粗車 一樣。最后切削50.04mm的槽。如圖2.6.3螺紋加工路線。 圖2.6.3 圓弧加工路線 2.7刀具的選擇 刀具的選擇是數控加工中重要的工藝內容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質量。編程時，選刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容、工件材料等因素。與傳統(tǒng)的加工方法相經，數控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度高、硬度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調整方便，能適應高速和大切削用量切削。選刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應，結合零件輪廓相對還是較復雜。所以具體選刀如下： 1、平端面可選用90WC-Co的硬質合金外圓車刀，粗車、精車時在這里選擇一把硬質合金右端面外圓車刀，為防止在進行圓弧切削時刀具的副后刀面與工件輪廓表面發(fā)生干涉，副偏角應選擇Kr′大一點的，取Kr′=40右端面外圓車刀。 2、切槽時由于零件中槽寬50.04mm，一般都選刀寬4mm,刀桿2525mm，材料為高速鋼W18CrV4R的切斷刀，切槽時選用4mm 刀寬即可。 3、切螺紋時為了保證其螺紋刀的強度這里選用W18CrV4R高速金60外螺紋車刀，為了保證螺紋牙深，刀尖應小于輪廓最小圓弧半徑Rε，Rε=0.15～0.2mm。 使用刀具如表7-1所示： 表2.7.1 數控車加工刀具卡片 2.8切削用量選擇 切削用量包括主軸轉速（切削速度）、切削深度或寬度、進給速度（進給量）等。對于不同的加工方法，需選擇不同的切削用量，并應編入程序單內。 合理選擇切削用量的原則是：粗加工是一般以提高生產率為主，但也考慮經濟性和加工成本；精加工是應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。 2.8.1背吃刀量的選擇 零件輪廓粗車循環(huán)時選ap=2mm，精加工時選ap=0.2mm，螺紋粗車時選ap=0.4mm，逐刀減少粗車4次后，精車時選ap=0.1mm。 2.8.2主軸轉速的選擇 粗車直線和圓弧時n=800r/min，精車時n=1500r/min，切槽時n=600r/min，切螺紋時n=300r/min，精車時選n=300r/min。粗車和精車的主軸轉速的選取應具體問題具體分析。 2.8.3進給速度的選擇 粗車直線、圓弧時選F=150mm/min，精車時選F=50mm/min，切槽時選F=8mm/min，粗車螺紋時選F=100mm/min，精車時選F=50mm/min。 綜上所述，零件的數控車削工藝分析的內容，并將其填入在表 8-1 所示的數控工藝卡上。工藝卡片上其主要內容有：工步分析、工步內容、各工步所用的主軸轉速、刀具及進給速度。 表2.8.1 數控車削加工工藝卡片（1） 表2.8.2 數控車削加工工序卡片（2） 2.9編程誤差及其控制 2.9.1編程誤差 編程階段的誤差是不可避免的，誤差來源主要有三種形式：近似計算誤差、插補誤差、尺寸圓整誤差，直接影響加工尺寸精度，本次加工主要誤差是計算誤差與圓弧相切的切點坐標及未知交點坐標值。因為這是經過筆算的數值，存在著較大的誤差。 2.9.2誤差控制 為了盡可能的減少筆算誤差，采取在AutoCAD上按其尺寸精度繪出零件圖，再利用“工具” ─→“查詢” ─→“點坐標”捕捉各圓弧切點坐標，其精度達到0.001級，這樣能有效地將誤差控制在（0.1～0.2）倍的零件公差值內。 第三章.編程中工藝指令的理 3.1常用G指令代碼功能表 3.1.1 數控車床G功能指令（HNC-22T） 注：①表內00組為非模態(tài)代碼；只在本程序內有效。其他組為模態(tài)指令，一次制定后持續(xù)有效，直到被其他組其他代碼所取代。②標有*的G代碼為數控系統(tǒng)通電啟動后的默認狀態(tài)。 3.2常用M指令代碼功能表 表3.1.2 常用M指令代碼 注：①表內00組為非模態(tài)代碼；其余為模態(tài)代碼，同駔可相互取代。 ②作用時間為“★”號者,表示該指令功能在程序段指令運動完成后開始作用；為“# ”號者，則表示該指令功能與程序段指令運動同時開始。 第四章 程序編制及模擬運行、零件加工或 精度自檢 4.1程序編制 注:程序編制中有關數值單位一律采用毫米(mm)制 4.2模擬運行 數控加工程序編制好后將其輸入數控車床，然后對刀，在將機床鎖住進行程序校驗，仔細觀察其模擬加工路線是否有干涉、過切、出錯等現(xiàn)象，若有應及時對程序錯誤處進行修改，修改后保存，再次調出修改后的程序進行校驗，直到程序萬無一失，沒有任何錯誤的情況下方可進行自動加工。 （注：這個環(huán)節(jié)是必不可少的，否則會發(fā)生打刀等損壞機床其它部件的情況，直接影響機床的加工精度及壽命，更嚴重的是存在人身安全隱患。） 4.3零件加工 裝夾好毛坯，調出編制好的程序，直接進行自動加工直至程序結束。 4.4精度自檢 將加工好的零件卸下，用游標卡尺、千分尺對零件的尺寸精度及粗糙度進行檢測?？词欠襁_到零件的技術要求即可。 結束語 要實現(xiàn)數控加工，編程是關鍵。本文雖然只對一例數控車床加工零件的進行了編程分析，但它具有一定的代表性。由于數控車床可以加工普通車床無法加工的復雜曲面，加工精度高，質量容易保證，發(fā)展前景十分廣闊，因此掌握數控車床的加工編程技術尤為重要。 參考文獻： （1）數控加工工藝基礎，主編：潭嶺，重慶大學出版社； （2）數空機床編程，主編：杜國成，北京機械工業(yè)出版社； （3）現(xiàn)代機械制造工藝，主編：陳錫渠，北京清華大學出版社； （4）數控機床加工藝，主編：華茂發(fā)，北京機械工業(yè)出版社； （5）金屬工藝學，主編：萬德金，北京機械工業(yè)出版社；