軸類零件數(shù)控加工工藝及編程分析

1、畢 業(yè) 論 文題 目：軸類零件數(shù)控加工工藝及編程 軸類零件數(shù)控加工工藝及編程摘要：數(shù)控機床加工工藝與普通機床加工工藝在原則上基本相同，但數(shù)控加工的整個過程是自動進行的。數(shù)控加工的工序內容比普通機床的加工的工序內容復雜，這是因為數(shù)控機床價格昂貴，若只加工簡單的工序，在經(jīng)濟上不合算，所以在數(shù)控機床上通常安排較復雜的工序，甚至是在通用機床上難以完成的那些工序。數(shù)控機床加工程序的編制比普通機床工藝規(guī)程編制復雜，這是因為在普通機床的加工工藝中不必考慮的問題，如工序內工步的安排、對刀點、換刀點及走刀路線的確定等問題，在數(shù)控加工時，這一切都無例外地都變成了固定的程序內容。正由于這個特點，促使對加工程序的正確

2、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。關鍵詞：軸類零件 數(shù)控車削 工藝設計一、零件加工工藝分析1.零件圖分析如圖1.1所示該零件從結構上來看包括內外表面：內表面主要是孔，外表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成，其中多個直徑以及寬度尺寸有較嚴格的尺寸精度和表面粗糙度要求，適合數(shù)控車削加工；球面S48的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用；零件材料為45鋼，該材料具有較高的強度以及較好的韌性塑性；無熱處理和硬度要求。圖1.12.工藝分析(1)如圖1.1所示內孔直徑28,圓柱尺寸3542和52,寬度尺寸4和3,取中值作為編程的尺寸依據(jù)。其他尺寸皆取基本

3、尺寸作為編程尺寸依據(jù)。(2)52的圓柱與28的孔有較高的同軸度要求,加工時必須以同一個定位基準進行加工。(3)28的公差等級為IT8表面粗糙度Ra為1.6，宜采用鉆擴鉸進行加工以保證尺寸和表面粗糙度的要求。(4)在輪廓曲線上，有三處為圓弧，其中兩處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性。(5)零件中有比較大的圓弧需要進行加工，為了不使加工過程中出現(xiàn)過切現(xiàn)象選擇較大副偏角的車刀進行加工。3.編程原點選擇零件在加工中需要二次掉頭裝夾,從圖紙上進行尺寸坐標分析,應設置兩個編程原點。兩個工件坐標系的編程原點均應選在零件裝夾后的右端面（精加工面）,如圖

4、1.2、1.3所示。 1.2 第一次裝夾工件原點 1.3 第二次裝夾工件原點 二、零件毛坯選擇由圖1.1可知該零件為45鋼，生產(chǎn)類型為單件小批量生產(chǎn)。根據(jù)上述原始資料以及加工工藝，確定毛坯尺寸如下：該零件最大外圓直徑為52mm，查機械制造工藝設計簡明手冊（以下簡稱工藝手冊）表2.2得毛坯直徑為55mm，長度尺寸為145±0.08。三、 加工方法選擇 加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法有許多，因而在實際選擇時，要結合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。通過以上數(shù)據(jù)分析，考慮加工的效率和加工的經(jīng)濟性，最理想的加工

5、方式為車削，考慮該零件為大批量加工，故加工設備采用數(shù)控車床。1. 數(shù)控車削加工外圓回轉體零件與端面加工方法的選擇(1)52、42和35的尺寸精度等級為IT7，并且52和35外圓柱表面粗糙度Ra為1.6，參考數(shù)控加工工藝簡明教程表3-14可知加工這些圓柱時宜采用粗車半精車精車三步加工。(2)零件左端外圓尺寸精度以及表面粗糙度要求不高，所以可以采用粗車精車加工工藝以縮短工時。由于零件左端有螺紋需要加工并且螺紋精度要求較高，為了達到螺紋加工的精度要求，所以在加工零件左端外圓時須將外圓尺寸加工為29.8mm。(3)對于圓錐面采用衡線速度進給切削，以保證圓錐尺寸精度。 2. 數(shù)控車削加工內圓回轉體加工方

6、法的確定28+00.04 盲孔:孔的精度要求在IT8IT9之間,參考數(shù)控加工工藝簡明教程表3-16，獲知宜采用鉆擴鉸加工工藝,以保證尺寸和表面粗糙度的要求。參考工藝手冊表2.3-9以及2.3-12確定工序尺寸及余量為鉆孔:26.0mm；擴孔:27.8mm ，2Z=1.8mm；鉸孔:28+00.04mm，2Z=0.2mm。3.數(shù)控車削加工螺紋加工方法的確定 由于該零件中螺紋加工精度要求較高,為了保證其螺距和牙深的精度故采用G92螺紋加工指令進行加工。四、機床與刀具的選擇1.機床的選擇從實際零件的特點考慮加工的經(jīng)濟性，選擇數(shù)控車床,其型號為SSCK20/500，裝配FANUC-OTC系統(tǒng)。（1）S

7、SCK20/500數(shù)控車床的用途SSCK20/500數(shù)控車床主要用于加工軸類零件和盤類零件的內外圓柱表面、圓錐面、螺紋表面、成形回轉體表面，還可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、鏜孔和車端面、切槽、倒角等加工。（2）SSCK20/500數(shù)控車床布局SSCK20/500數(shù)控車床為兩坐標聯(lián)動控制的臥式車床。床身采用向后傾斜45°，使刀具的調整及操作更為方便安全。導軌采用直線滾動導軌或鑲鋼導軌，摩擦系數(shù)小，從而增加了耐磨性和精度的保持性，提高了刀架的快移速度并延長機床使用壽命。主軸采用普通電動機、變頻調速，主軸卡盤和尾座。在結構設計上均采用液壓控制，壓力的大小可分別用減壓閥進行調整。傾斜滑板上

8、安裝有回轉刀架，設有6個工位?；迳戏謩e安裝有X軸和Z軸的進給傳動裝置。根據(jù)用戶的要求，主軸箱前端面上可以安裝對刀儀，用于數(shù)控車床的對刀。（3）SSCK20/500數(shù)控車床主要技術參數(shù)表3.1機身上最大回轉直徑 400mm夾盤直徑200mm最大切削直徑200mm最大切削長度500mm主軸轉速范圍24r/min2400r/mm(連續(xù)無級)主軸直徑55mm滑鞍最大縱向行程 550mm滑板最大橫向行程 200mm快速移動速度 X軸6m/min;Z軸12m/min刀架工位數(shù) 6工位刀具規(guī)格車刀20mm×20mm工具孔直徑 32mm選刀方式順時針方向最小輸入當量X軸(直徑)0.001mm；Z軸

9、0.001mm 尾坐套筒直徑70mm尾座套筒最大行程60mm頂尖錐孔莫式4號主電動機功率連續(xù)載荷11kw進給伺服電動機功率X軸AC0.6kw；Z軸AC0.6kw 液壓站電動機功率 1.1kw切削液電動機功率0.0125kw機床外形尺寸(長×寬×高)2600mm×12400mm×1715mm機床凈質量 2300kg 2.刀具的選擇將所選刀具參數(shù)填如表3.2數(shù)控加工刀具卡片中，以便于編程和操作管理。注意：車削外輪廓時，為防止副后刀面與工件表面發(fā)生干涉，應選擇較大副偏角，必要時可以作圖檢驗。如圖3.1所示，為一圓弧面過渡到圓柱面時交點的切線與圓柱面的夾角，由圖

10、可知在加工這一過渡表面時kr最小為560。為了使粗加工時候能夠切除更多的毛坯余量參考圖3.2，確定粗加工刀具最小后角kr=430 。表3.2數(shù)控加工刀具卡產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號序號刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面刀尖半徑備注1T0190°硬質合金外圓車刀1車端面及粗車外輪廓0.5刀具后角>43°2T025中心鉆1鉆5mm中心孔3T0325鉆頭1鉆孔4T04擴刀1擴孔5T05絞刀1絞刀6T0690°硬質合金外圓車刀1半精車外輪廓0.3刀具后角為56°7T0793°硬質合金外圓車刀1 精車外輪廓0.2刀具后角為56°8T08寬

11、度為3mm切槽刀1切槽9T0960°外螺紋車刀1車M30螺紋0.1刀尖角為59°30 圖3.1 圖3.2 五、定位與夾緊方式的確定經(jīng)過分析可知此工件必須分兩次裝夾。由于左端外表面為螺紋，不適于做裝夾表面，所以第一次裝夾工件左端，加工右端。為了防止由于切削力的作用而產(chǎn)生軸向位移, 必須在卡盤內裝一限位支撐或利用工件的臺階面進行限位。此處利用工件臺階面進行定位。使用三爪自定心卡盤夾持，考慮到此工序需要加工的零件較長，所以需要在右端面加一頂尖，采取一夾一頂?shù)姆绞竭M行裝夾。第一次裝夾如圖5.1所示，完成S48球面R48圓弧R9圓弧R8圓弧35外圓52圓圓錐面槽28內孔1X45

12、76;倒角的粗精加工；第二次裝夾如圖5.2所示，完成30外圓、螺紋2X45°倒角、1X45°倒角的粗精加工。 圖4.1 零件的第一次裝夾 圖4.2 零件的第二次裝夾 六、加工順序安排1.加工順序的安排按照加工內容確定加工順序如下:（1）第一次裝夾時第一步: 裝夾55圓柱表面,鉆5中心孔；第二步：用頂尖頂緊工件右端面，粗車S48球面R9外圓R8外圓35圓柱圓錐面52圓柱；第三步：半精車外圓表面；第四步：鉆26孔；第五步：擴孔至27.8；第六步：鉸孔至尺寸要求；第七步：精車外圓表面。調頭裝夾（2）第二次裝夾時第一步：粗車30外圓表面，加工2X450和1X450倒角；第二步：從左

13、至右精車外圓表面；第三步：車削M30X2-6g螺紋。以上工藝過程詳見表8.1“數(shù)控加工工序卡”所示。七、走刀路線和工步順序確定1. 確定加工順序和走刀路線（1）工步順序的確定在第一次裝夾時，工步順序的確定按照由內到外由粗到精由近到遠的原則確定，在一次裝夾中盡可能加工出較多的工件表面。結合本零件的結構特征，可以先粗、半精加工外圓各表面（考慮到粗加工刀具為了保證刀具的耐用度副角不宜過大，為了避免粗加工時候刀具后刀面與零件發(fā)生干涉，使得零件報廢，造成不必要的浪費從而確定如圖7.1所示粗加工零件輪廓圖，調整后尺寸如圖所示，其它基本尺寸不變，再加工內孔各表面至尺寸以及表面粗糙度要求，然后再進行外圓各表面

14、的精加工。在第二次裝夾時，結合零件的結構特征，首先對零件外圓進行粗、精加工再車M30X2-6g螺紋。圖7.1(2) 走刀路線的確定在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動軌跡稱為走刀路線。編程時，走刀路線的確定原則主要有以下幾點：走刀路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高。使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量。應使走刀路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。此外，確定走刀路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定是一次走刀，還是多次走刀來完成加工等。 由于該數(shù)控車床具有循環(huán)功能，只要編程正確，數(shù)控系統(tǒng)就會自動確定粗車以及螺紋車削路線。 因此，該零件的粗車以及螺紋車

15、削路線不需要人為確定進給路線，我們只要指定零件的精車路線。本工件的精車路線如圖7.2所示。由于該零件為單件小批量生產(chǎn)，走刀路線設計不必考慮最短進給路線或最短空行程路線。圖7.2 圖7.3 說明:如圖7.2所示為第一次裝夾時外圓精車走刀路線,圖中點A(250.0,150.0)為換刀點B( 55.0,7.0)為精車起刀點,點C(12.735,4.543)為切入點,為切了避免切入時損壞工件故采取圓弧切切入。圖7.3所示為第二次裝夾時外圓精車走刀線，圖中a點為換刀點（100.0，100.0），點b為精車起刀點（55.0，5.0），點c精車切入點(53.985,35)。八、切削用量的選擇1. 切削用量的

16、選擇切削用量的選擇根據(jù)被加工表面質量要求刀具材料和工件材料，參考切削用量手冊或有關資料選取切削速度和每轉進給量然后根據(jù)式1-1和1-2 計算主軸轉速與進給速度， VC=dn/1 000 (1-1) n1200/p-k (1-2) 式中 VC切削速度，單位m/min;d切削刃上選定點處所對應的工件或刀具的回轉直徑,單位mm;n工件的轉速,單位為r/min;P被加工螺紋螺距，單位為mm；K保險系數(shù)，一般為80。2. 第一次裝夾切削用量計算（1）鉆孔28+00.04mm、鉆孔26 ：背吃刀量 ap=13mm。 進給量 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表6-4，選用f=0.4mm/r。 切削速度 根據(jù)數(shù)控加工

17、工藝簡明教程表6-4，選用Vc=20m/min。主軸轉速 由公式1-1得 20=3.14*26n/1 000求得 n=245r/min 經(jīng)查表取 n=250r/min（2）擴孔27.8mm： 背吃刀量 ap=18.9mm。進給量 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表6-4，選用f=0.4mm/r。切削速度 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表6-4，選用Vc=20m/min。主軸轉速 由公式1-1得 20=3.14*27.8n/1 000求得 n=229r/min 經(jīng)查表取 n=250r/min（3）鉸孔28+00.04mm： 背吃刀量 ap=14mm。進給量 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表6-5，選用f=0.5mm

18、/r。切削速度 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表6-5，選用Vc=4m/min。主軸轉速 由公式1-1得 4=3.14*28n/1 000 求得 n=45r/min 經(jīng)查表取 n=50r/min（4）粗車外輪廓 進給量選擇：查表得 f=0.5mm/r。（5）半精車外輪廓 進給量選擇：由于在粗車外輪廓時留了1.1mm的余量,考慮到還需要對零件進行精加工并取精加工余量為0.25mm ,半精車外輪廓進給量為0.85mm,顯然進給量過大。綜合加工效率方面問題考慮最后取進給量f=0.85/2=0.425mm/r。 （6）精車外輪廓 進給量選擇：由于在半精車外輪廓時留了0.25mm的精加工余量，綜合加工效率方面

19、問題考慮最后取進給量 f=0.25/2=0.125mm/r。3. 第二次裝夾切削用量計算（1）粗車30mm外圓柱面 背吃刀量 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表4-1，選用ap=5mm。進給量 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表4-1，選用f=0.5mm/r。切削速度 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表4-1，選用Vc=100m/min。（2）精車30mm外圓柱面背吃刀量 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表4-1，選用ap=0.25mm。進給量 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表4-1，選用f=0.2mm/r。切削速度 根據(jù)數(shù)控加工工藝簡明教程表4-1，選用Vc=140m/min。主軸轉速 由公式1-1得 140=3.14*30n/

20、1 000求得 n=1486r/min 經(jīng)查表取 n=1500r/min（3）車螺紋M30×2-6g背吃刀量 刀具壽命T=60min，車削螺紋用G92循環(huán)指令,需進行5次切削，每次背吃刀量如下：第一次 ap=0.45mm；第二次 ap=0.3mm；第三次 ap=0.3mm ；第四次 ap=0.2mm；第五次 ap=0.05mm。 主軸轉速的選擇根據(jù)式1-2 得 n1200/2-0.8 求出n1000 由于該數(shù)控車床具有循環(huán)功能，只要編程正確，數(shù)控系統(tǒng)就會自動確定螺紋車削路線進給量以及切削速度以及車外圓時的主軸轉速。因此，該零件的螺紋車削路線不需要人為確定進給量和切削速度，外圓車削不需

21、要給定每次進刀時的主軸轉速。4.計算結果匯總 表8.1 數(shù)控加工工序卡工廠數(shù)控加工工序卡 產(chǎn)品名稱零件名稱 材料零件圖號工序號程序編號夾具名夾具編號使用設備專用夾具車間工步號工步內容刀具號刀具規(guī)格/ mm主軸轉速/ r·min-1進給速度/mm ·min-1背吃刀量/mm備注1車削端面01255×23005手動2鉆5中心孔252002.5手動3粗車外表面X方向留1.1mm余量0125×254001005自動4半精車外表面X向留0.25mm的精加工余量0625×255002003自動5鉆孔03262504013自動6擴孔0427.82504013

22、.9自動7鉸孔至尺寸要求0528502014自動8精車外表面至尺寸要求0725×25600300 0.25自動9切槽0835001500.2自動10調頭裝夾手動11粗車外表面X向留0.25mm 的精加工余量0125×253001005自動12精車外表面至尺寸要求0725×256003000.25自動13車削M30X2-6g螺紋0925×251000150自動由于背吃刀量的選擇因粗精加工而有所不同。粗加工時，在工藝系統(tǒng)剛性和機床功率允許的情況下，盡可能取較大的背吃刀量，以減少進給次數(shù)；精加工時，為保證零件表面粗糙度要求，因此，背吃刀量一般取0.10.4mm

23、較為合適。將前面分析的各項內容綜合成表8.1所示的數(shù)控加工工藝卡片，此表是數(shù)控加工程序的主要依據(jù)和操作人員配合數(shù)控程序進行數(shù)控加工的指導性文件，主要內容包括：工步順序工步內容各工步所用的刀具及切削用量等。九、對刀點與換刀點的確定1.對刀點選擇“對刀點”就是在數(shù)控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起點。由于程序段從該點開始執(zhí)行，所以對刀點心也叫做“程序起點”或“起刀點”。選擇對刀點的原則是：要便于數(shù)學處理和簡化程序編制在機床上找正容易加工過程中檢查方便引起的加工誤差小對刀點可選在工件上，也可選在工件外面（如選在夾具上或機床上），但必須與零件的定位基準有一定的尺寸聯(lián)系，這樣才能確定機床坐標系和

24、工件坐標系的關系。為了提高加工精度，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上，如以孔定位的工件，可選孔的中心作為對刀點。刀具的位置則以此孔來找正，使“刀位點”與“對刀點”重合。所謂“刀位點”是指車刀、鏜刀的刀尖；鉆頭的鉆尖；立銑刀、端銑刀刀頭底面的中心、球頭銑刀的球頭中心。對刀點既是程序的起點，也是程序的終點，因此在成批生產(chǎn)中要考慮對刀點的重復精度，該精度可用對刀點相距機床原點的坐標值來校核。所謂“機床原點”是指機床上一個固定不變的極限點。例如，對車床而言，是指車床主軸回轉中心與車頭卡盤端面的交點。2.換刀點選擇由于在第一次裝夾中需要加工的工件毛坯尺寸為115X55mm，為了避免換刀時發(fā)生刀

25、架與毛坯相撞以及考慮到刀具的空行程問題所以工序一換刀點選定為(100.0,200.0)。 在第二次裝夾時需要加工的工件毛坯尺寸為38X55mm，同樣為了避免換刀時發(fā)生刀架與毛坯相撞以及考慮到刀具的空行程問題所以工序二換刀點選定為（100.0，100.0）。 十、 程序的編制1. 零件各結點尺寸計算在計算零件各接點計算時可以采取比較直觀便捷的畫圖法來計算出編程時各接點的尺寸坐標值如圖10.1所示。作圖時應注意將零件精度高的基本尺寸換算為平均尺寸。 圖10.1 圖中點A（0，18.735）為S48mm的球面右端的起始點，點B（35.0478，-38.3841）為S48mm的球與R=9的圓弧的交點，

26、點C（36.4522，-44.35）為R=8的圓弧與R=9的圓弧的交點，點H（0，-30.415）為鉆頭鉆孔時刀尖點所處的位置，期于各點D（41.758，-65 ）、E（45.3058，-75.06）、F（47.7638，-82.03）、G（50.2218，-89）。 2.程序的編制（1）第一次裝夾O0001N10 G54 G00 X100 Z200;設置換刀點N20 T0101；粗加工外圓刀具N30 M03 S400；N40 G42 G0 X60 Z5加刀具補償N50 G73 P60 Q140 U1.1 W0.4 F0.25；粗加工循環(huán)N60 G00 X18.735 Z0；N70 G03 X

27、35.0478 Z-38.3841 R24F0.3；N80 G02 X36.4522 Z-44.35 R9；N90 G03 X41.758 Z-65 R8； N100 G01 Z-65 F0.2；N110 X37.687；N120 X52 Z-94；N130 Z-115；N140 X58；N150 G40 G00 X100 Z200；取消刀補，返回換刀點N160 T0606 S500；外圓半精車刀N170 G42 G00 X55 Z7；加刀具補償N180 G73 P190 Q260 U0.25 W0.1 F0.25；半精車循環(huán)N190 G00 X12.735 Z4.5430；N200G03 X

28、35.0478 Z-38.3841 R24F0.3；N210 G02 X36.4522 Z-44.35 R9；N220 G03 X34.885 Z-57 R8； N230 G01 Z-65 F0.2；N240 X37.687；N250 X52 Z-94；N260 Z-115；N270 X58；N280 G40 G00 X100 Z200；取消刀補，返回換刀點N290 T0303 S250；鉆頭N300 G00 X0 Z2；N310 G74 R1；鉆孔循環(huán)N320 G74 X0 Z-30.415 Q10 F0.4； N330 G00 X100 Z200；N340 T0404 S250；擴孔刀N3

29、50 G00 X0 Z2；N360 G74 R1；擴孔循環(huán)N370 G74 X0 Z-30.415 Q10 F0.4；N380 G00 X100 Z200；N390 T0505 S50；鉸刀 G00 X0 Z2；N400 G74 R1；鉸孔循環(huán)N410 G74 Z-26 Q10 F0.5；N420 G00 X100 Z200；N430 T0707 S600；精車外圓刀具N440 G42 G00 X55 Z5；N450 G70 P190 Q260；精車外圓N460 G40 G00 X100 Z200；N470 T0808 S500； 切槽刀具N480 G00 X50 Z-75.06；N490 X

30、47；切槽N500 G01 X39 F0.2；N510 X50；N520 Z-82.03；N530 G01 X39；N540 X53；N550 G00 Z-89；N560 G01 X39；N570 X53；N580 X100 Z200；M30；（2） 第二次裝夾O002N10 G54 G00 X100 Z100；N20 T0101；外圓粗車刀N30 M03 S400；N40 G42 X60 Z5；N50 G71 U4 R1；粗車外圓循環(huán)N60 G71 P70 Q140 U0.25 W0.1 F0.25；N70 G01 Z5；N80 G01 X-2 F0.2；N90 Z2；N100 G00 X22N110 G01 X30 Z-2；N120 Z-3