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轴类零件加工工艺及编程毕业论文[1]


河北工业大学成人高等教育

毕业设计说明书(论文)
作 学 专 题 者: 院: 业: 目: 学 号:

指导者:
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评阅者:
(姓 名) (专业技术职务)







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摘要………………………………………………………………………3 摘要 前言………………………………………………………………………………………………5 第一章 概述…………………………………………………………………… 6
1.1 典型轴类零件的加工工艺……………………………………………… 6 1.2 数控车床概述…………………………………………………………… 8 1.3 镗孔工艺………………………………………………………………… 9 1.4 螺纹加工工艺…………………………………………………………… 9 1.5 分析加工对象……………………………………………………………11

工艺过程卡/ 第二章 工艺过程卡/加工工序卡………………………………………… 12
2.1 数控加工工艺内容的选择………………………………………………12 2.2 工艺过程…………………………………………………………………12 2.3 加工工序的划分………………………………………………………… 14 2.4 编制工艺过程卡…………………………………………………………15 2.5 切削用量的确定………………………………………………………… 15

第三章 加工路线图………………………………………………………… 21
3.1 刀具加工进给路线的确定………………………………………………21

数控刀具表/ 第四章 数控刀具表/数控编程基础………………………………………23
4.1 本零件加工所用刀具…………………………………………………… 23 4.2 编程基础…………………………………………………………………23

附录一………………………………………………………………………………28 总结…………………………………………………………………………………30 结束语 ……………………………………………………………………………32 参考文献…………………………………………………………………………33
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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 类零件的数控加工工艺与编程,侧重于该零件的工艺分析、加工路线的确定及加 工程序的编制。并绘制零件图、加工路线图。用 G 代码编制该零件的数控加工 程序,并附以编程尺寸的计算方法,其中零件工艺规程的分析是此次论文的重点 和难点。

关键词: 关键词 数控加工;工艺过程;加工工序;加工路线

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前 言
机械制造业在国民经济中起着特殊重要的作用它为各个经济部门提供先进 的技术装备, 为人民生活提供所需的机械商品, 为国防事业提供了现代化的武器, 也为各个部门提供了各种机械设备,其中机械设备都是由不同的零件而组成的, 这些零件是由不同的工种分别加工出来的。随着科学技术的发展,尽管有一些零 件已经用精密的铸造或冷压等方法来制造,但是,绝大多数零件的制造还离不开 普通机床的加工。 轴是组成机器的重要零件之一,其主要功能是支持作回转运动的传动零件 (如齿轮、蜗轮等),以实现回转运动并传递转距和动力,如齿轮,车轮,电动机, 转子, 铣刀等各种作回转运动的零件, 都必须安装在轴上, 才能实现它们的功用。 轴是代表性的零件之一,加工难度较大,工艺路线较长,涉及轴类零件的加 工的许多基本工艺问题,下面通过对轴技术条件的分析和工艺过程的讨论,来说 明轴类零件加工的一般规律。 本文主要论述了普通轴加工工艺,有工艺分析 定位基准的选择,加工阶段,机 械加工工艺过程,轴的材料及热处理和检验等

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正文 第一章、 第一章、概述
机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。通常,毛坯需要经过 若干工序才能转化为符合产品要求的零件。一个相同结构相同要求的机器零件, 可以采用几种不同的工艺过程完成, 但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下 是最经济、最合理的。 在现有的生产条件下,如何采用经济有效的加工方法,合理地安排加工工艺 路线以获得符合产品要求的零件,最重要的就是要编制出零件的工艺规程。 典型轴类零件的加工工艺: 1.1 典型轴类零件的加工工艺: 轴类零件的功用、 1.1.1 轴类零件的功用、结构特点 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿 轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件,以传递扭矩。按结构形式不同,轴可以分为 阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。它主 要用来支承传动零部件,传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件,其长度 大于直径, 一般由同心轴的外圆柱面、 圆锥面、 内孔和螺纹及相应的端面所组成。 根据结构形状的不同,轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于 5 的称为短轴,大于 20 的称为细长轴,大多数轴介于两者 之间。 本论文所加工的零件——典型轴类零件则属于阶梯轴。 1.1.2 轴 类 零 件 一 般 加 工 要 求 及 方 法

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1× 45°

1× 45°

∠ 1:5

R1
1× 45° 1.5× 45°

?200 -0.02

?100 -0.05
R12 ±0 .02

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5 10 28± 0.02

5 15 76± 0.02 18

◆轴类零件加工工艺规程注意点: 轴类零件中工艺规程的制订, 直接关系到工件质量、 劳动生产率和经济效益。 一零件可以有几种不同的加工方法,但只有某一种较合理,在制订机械加工工艺 规程中,须注意以下几点。 1)粗基准选择:有非加工表面,应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都 需加工的铸件轴,根据加工余量最小表面找正。且选择平整光滑表面,让开浇口 处。选牢固可靠表面为粗基准,同时,粗基准不可重复使用。 2)精基准选择:要符合基准重合原则,尽可能选设计基准或装配基准作为定 位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使 定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。 工艺规程制订得是否合理,直接影响工件的质量、劳动生产率和经济效益。 一个零件可以用几种不同的加工方法制造,但在一定的条件下,只有某一种方法 是较合理的。 ◆轴类零件加工的技术要求: 尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类, 一类是与轴承的内圈配合的外圆轴 颈, 即支承轴颈, 用于确定轴的位置并支承轴, 尺寸精度要求较高, 通常为 IT5~ IT7;另一类为与各类传动件配合的轴颈,即配合轴颈,其精度稍低,通常为 IT6~IT9。
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?280 -0.02 ?380 -0.02

?28

M16

几何形状精度主要指轴颈表面、 外圆锥面、 锥孔等重要表面的圆度、 圆柱度。 其误差一般应限制在尺寸公差范围内,对于精密轴,需在零件图上另行规定其几 何形状精度。 该典型轴类零件长度为 145mm, 螺纹大径为 30mm、 长度为 25mm, 外 圆 锥面 的 锥度 为 20o 、 长度 为 29mm ,圆 弧 总长 为 57mm 、半 径 分别 有 24mm/9mm/8mm,所镗的孔直径为 28mm、长度为 26mm。 相互位置精度包括内、外表面,重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端 面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。该典型轴类零件外圆相互位置精度为 0.02~0.04 之间,圆的径向跳动为 0.02,端面与轴心线保持垂直,两端端面要保 持平行。孔的表面与外表面也应保持平行。 ◆ 表面粗糙度: 轴的加工表面都有粗糙度的要求,一般根据加工的可能性和经济性来确定。 该典型轴类零件的直径为 52mm 的外圆、外圆锥度及孔的内表面的粗糙度均为 1.6,其它位置的粗糙度为 3.2。 在加工该轴类零件时,需采用粗车与精车结合的方法,在粗加工零件表面轮 廓时,必须保证 0.5mm 的精加工余量,必要时需使用刀偏表,对刀具进给时进 行误差的控制,有效地减小误差,方能确定该零件在加工精度方面的各种要求。 1.1.3 轴类零件加工的工艺路线 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。
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◆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、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤 进行粗加工和精加工。 1.2 数控车床概述 1.2.1 数控车床特点 数控车床与其他类型的车床相比有下列特点: 1)通用性强,生产率高,加工精度高且稳定,操作者劳动强度低。 2)适合于复杂零件的加工。 3)换批调整方便,适合于多种中小批柔性自动化生产。 4)便于实现信息流自动化,在数控车床基础上,可实现 CIMS(计算机集 成制造系统) 。 1.2.2 工作内容 根据零件图要求,工作人员进行数控编程,输入到数控车床数控系统;将零 件原料按规定要求放置在预定位置上;等数控车床自动生产出产品后,使用测量 检测仪器,对有精度误差的产品进行误差补偿;日常的车床维护和保养及常用故 障排除。 本零件的加工所用机床型号、 1.2.3 本零件的加工所用机床型号、特点及数控系 CNC6140D:该车床可以实现轴类、盘类的内外表面,锥面、圆弧、螺纹、 镗孔、铰孔加工,也可以实现非圆曲线加工。 本零件将采用 FANUC 系统进行加工: 主要特点 FANUC 公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能,适用于各种机床和 生产机械的特点。 镗孔工艺: 1.3 镗孔工艺: 根据工件的加工要求,可选择三种镗削方案。 ◆在一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的切除,镗孔后再倒角。为了 不影响生产节拍,两把粗、精切镗刀需同时工作。由于是在镗杆上钻孔及攻丝, 进一步削弱了镗杆的刚性及强度。而镗削余量的不均匀分布使得切削力很大,两 把镗刀同时工作使机床功率不足,因此不可避免地要引起切削振动,无法满足工
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件加工精度和表面粗糙度要求。 ◆在同一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的去除:其中任何两把刀都 不得同时工作。采用该方案虽然可降低切削力,但镗杆长度增加了两倍,造成镗 杆刚性不足;同时单件加工工时也增加了一倍,保证不了生产节拍。 ◆安排两台机床,即增加一台半精镗床来分担余量的精加工。该方案虽可解 决问题,但工件加工成本太高。 ◆对于本零件中的孔,将采用镗刀对其进行加工,并安排粗、精镗来分担余 量的切除,镗孔后再倒角。 1.4 螺纹加工工艺 1.4.1 普通螺纹的尺寸分析 数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸, 普通螺纹加工所需的尺寸计算 分析主要包括以下两个方面: ◆螺纹加工前工件直径 考虑螺纹加工牙型的膨胀量,螺纹加工前工件直径 D/d-0.1P,即螺纹大径 减 0.1 螺距,一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小 0.1 到 0.5。 ◆螺纹加工进刀量 螺纹加进刀量可以参考螺纹底径,即螺纹刀最终进刀位置。 螺纹小径为:大径-2倍牙高;牙高=0.54P(P 为螺距) 螺纹加工的进刀量应不断减少,具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。 1.4.2 普通螺纹的编程加工 在目前的数控车床中, 螺纹切削一般有三种加工方法: G32 直进式切削方法、 G76 斜进式切削方法和 G82 直进式切削方法,由于切削方法的不同,编程方法 不同,造成加工误差也不同。我们在操作使用上要仔细分析,争取加工出精度高 的零件。 ◆G32 直进式切削方法, 由于两侧刃同时工作, 切削力较大, 而且排削困难, 因此在切削时,两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时,由于切削深度较 大,刀刃磨损较快,从而造成螺纹中径产生误差;但是其加工的牙形精度较高, 因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于其刀具移动切削均靠编程来完成,所以加 工程序较长;由于刀刃容易磨损,因此加工中要做到勤测量。
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◆G76 斜进式切削方法,由于为单侧刃加工,加工刀刃容易损伤和磨损,使 加工的螺纹面不直,刀尖角发生变化,而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃 工作,刀具负载较小,排屑容易,并且切削深度为递减式。因此,此加工方法一 般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易,刀刃加工工况较好,在螺 纹精度要求不高的情况下,此加工方法更为方便。在加工较高精度螺纹时,可采 用两刀加工完成,既先用 G76 加工方法进行粗车,然后用 G32 加工方法精车。 但要注意刀具起始点要准确,不然容易乱扣,造成零件报废。 ◆G82 直进式切削方法,螺纹切削循环同 G32 螺纹切削一样,在进给保持 状态下,该循环在完成全部动作之后再停止动作。 螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施, 当螺纹 牙顶未尖时,增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大,增大量视材料塑性而定, 当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小, 根据这一特点要正确对待 螺纹的切入量,防止报废。 本零件中螺纹的切削加工就采用 G82 直螺纹切削循环加工的方法,并且使 用粗车与精车结合切削方式(精加工余量为 0.5mm) ,须先倒角后车螺纹。 1.5 分析加工对象(零件图样) 分析加工对象( 零件图样) 在设计零件的加工工艺规程时,首先要对加工对象进行深入分析。对于数控 车削加工应考虑以下几方面: 1.5.1 构成零件轮廓的几何条件 在车削加工中手工编程时,要计算每个节点坐标;在自动编程时,要对构成 零件轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意: ◆零件图上是否漏掉某尺寸, 使其几何条件不充分, 影响到零件轮廓的构成; ◆ 零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清,使编程无法下手; ◆零件图上给定的几何条件是否不合理,造成数学处理困难。 ◆ 零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点,应以同一基准标注 尺寸或直接给出坐标尺寸。 1.5.2 1.5.2 尺寸精度要求 分析零件图样尺寸精度的要求,以判断能否利用车削工艺达到,并确定控制 尺寸精度的工艺方法。
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在该项分析过程中,还可以同时进行一些尺寸的换算,如增量尺寸与绝对尺 寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时,常常对零件要求的尺寸取最大 和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。 1.5.3 1.5.3 形状和位置精度的要求 零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时,要 按照其要求确定零件的定位基准和测量基准, 还可以根据数控车床的特殊需要进 行一些技术性处理,以便有效的控制零件的形状和位置精度。 1.5.4 1.5.4 表面粗糙度要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求,也是合理选择数控车床、 刀具及确定切削用量的依据。 1.5.5 1.5.5 材料与热处理要求 零件图样上给定的材料与热处理要求,是选择刀具、数控车床型号、确定切 削用量的依据。

第二章

工艺过程卡/加工工序卡

2.1 数控加工工艺内容的选择 ◆在选择时,一般可按下列顺序考虑: (1)通用机床无法加工的内容应作为优先选择的内容; (2)通用机床难加工,质量也难保证的内容应作为重点选择的内容; (3)通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容,可在数控机 床尚存在富裕加工能力时选择。 ◆工艺规程是指导施工的技术文件。一般包括以下内容:零件加工的工艺路 线,各工序的具体加工内容,切削用量、工时定额以及所采用的设备和工艺装备 等。 ◆工艺规程的主要内容 1)产品特征,质量标准。 2)原材料、辅助原料特征及用于生产应符合的质量标准。 3)生产工艺流程。 4)主要工艺技术条件、半成品质量标准。 5)生产工艺主要工作要点。
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6)主要技术经济指标和成品质量指标的检查项目及次数。 7)工艺技术指标的检查项目及次数。 8)专用器材特征及质量标准。 工艺过程 2.2 工艺过程 在生产过程中,那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。 它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。而为保证工艺过 程正常进行所需要的刀具、夹具制造,机床调整维修等则属于辅助过程。在工艺 过程中,以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性 能等,直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。 为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理,需要把工艺过程划分为不 同层次的单元。它们是工序、安装、工位、工步和走刀。其中工序是工艺过程中 的基本单元。零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。在一个工序中可能包 含有一个或几个安装,每一个安装可能包含一个或几个工位,每一个工位可能包 含一个或几个工步,每一个工步可能包括一个或几个走刀。 ◆工序 一个或一组工人, 在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个

工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。 划分工序的依据是工作地点是否变 化和工作过程是否连续。例如,在车床上加工一批轴,既可以对每一根轴连续地 进行粗加工和精加工,也可以先对整批轴进行粗加工,然后再依次对它们进行精 加工。在第一种情形下,加工只包括一个工序;而在第二种情形下,由于加工过 程的连续性中断,虽然加工是在同一台机床上进行的,但却成为两个工序。工序 是组成工艺过程的基本单元,也是生产计划的基本单元。本论文中所加工的典型 轴类零件将分五个工序来完成整个加工过程。 ◆安装 在机械加工工序中, 使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置

并被夹紧的过程,称为装夹。有时,工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个 工序的工作内容。在数控车床上加工本零件将采用卡盘进行装夹,在加工必要时 将采用钻头进行辅助加工。 ◆工位 采用转位(或移位)夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时,工

件在机床上一次装夹后,要经过若干个位置依次进行加工,工件在机床上所占据 的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。简单来说,工件相对于机床
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或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容,称为工位。为了减少因多 次装夹而带来的装夹误差和时间损失,常采用各种回转工作台、回转夹具或移动 夹具,使工件在一次装夹中,先后处于几个不同的位置进行加工。 ◆工步 在加工表面不变,加工工具不变的条件下,所连续完成的那一部分

工序内容称为工步。生产中也常称为“进给”。整个工艺过程由若干个工序组成。 每一个工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步通常包括一个工作行程,也 可包括几个工作行程。为了提高生产率,用几把刀具同时加工几个加工表面的工 步,称为复合工步,也可以看作一个工步,例如,组合钻床加工多孔箱体孔。 ◆走刀 加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。 例如

轴类零件如果要切去的金属层很厚,则需分几次切削,这时每切削一次就称为一 次走刀。 因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成一次进给运动称为一次 走刀。 2.3 加工工序的划分 数控加工工序的划分一般可按下列方法进行。 (1)刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序,用同一把刀具加工完零件 上所有可以完成的部位。在用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。 这样可减少换刀次数,压缩空程时间,减少不必要的定位误差。 (2)以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件,可按其结构特点将加工 部分分成几个部分,如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面, 后加工孔;先加工简单的几何形状,再加工复杂的几何形状;先加工精度较低的 部位,再加工精度要求较高的部位。 (3)以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件,由于粗加工后可能 发生的变形而需要进行校形, 故一般来说凡要进行粗、 精加工的都要将工序分开。 综上所述,在划分工序时,一定要视零件的结构与工艺性,机床的功能,零 件数控加工内容的多少,安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用 工序集中的原则还是采用工序分散的原则,要根据实际情况来确定,但一定力求 合理。而本文中的零件则需采用第二种方法,即“以加工部位分序法” ,该零件 由螺纹、圆锥、槽、圆弧、镗孔五部分组成,分别用不同的加工刀具,所以用这 种分序法最为合适。 运用编制加工工艺过程卡与工序卡的方式来叙述本零件的加
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工,显得简易明了,通俗易懂,是数控加工本零件的必然要求。

2.4 编制工艺过程卡
产品 名称 零 件 名称 典型轴 类零件 45 号钢 图号 共1页 毛坯尺寸 工具 序 号 1 2 3 4 车圆锥 5 6 7 8 车槽 9 10 圆弧插补 11 12 镗孔 13 镗孔(精车) 精车圆弧 镗孔(粗车) 镗刀 床 精车车槽 盘 粗车圆弧 尖刀 车 车螺纹 精车螺纹 粗车车槽 精车圆锥 粗车螺纹 中 心 钻 工种 工步 工艺内容 备注 夹 具 卡 盘 外圆刀 精车一端面、外圆、倒角 粗车圆锥 外 圆 车 刀 螺纹刀 卡 切槽刀 刀具 量具 第1页 &55mm*100mm

现代制造技术系

机械加工 工艺卡

毛坯种类

圆钢

材料牌号

下料 车端面、 外 圆、倒角

55x100 粗车一端面、外圆、倒角

游 标 卡尺、 千 分 尺

2.5 切削用量的确定 2.5.1 背吃刀量 ap 的确定 在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下,尽可能选取较大的背吃刀量,以
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减少进给次数。当零件精度要求较高时,则应考虑留出精车余量,其所留的精车 余量一般比普通车削时所留余量小, 常取 0.1~0.5 ㎜。 本零件属于典型轴类零件, 其中包含了螺纹、圆锥、切槽、圆弧、镗孔等工艺内容,其背吃刀量分别为:粗 加工表面为 1.5、精加工表面为 0.1,加工圆锥、切槽及圆弧的背吃刀量与加工表 面时一样,粗镗孔为 1.25、精镗孔为 0.25,螺纹则为:粗车 1.25、精车 0.1。 Vf) 2.5.2 进给量 f(有些数控机床用进给速度 Vf) 进给量 f 的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。 在保证工件加工质量的 前提下,可以选择较高的进给速度(2000 ㎜/min 以下) 。在切断、车削深孔或精 车时,应选择较低的进给速度。当刀具空行程特别是远距离“回零”时,可以设 定尽量高的进给速度。 粗车时, 一般取 f=0.3~0.8 ㎜/r, 精车时常取 f=0.1~0.3 ㎜/r, 切断时 f=0.05~ 0.2 ㎜/r。本论文中加工该典型轴类零件采用的进给量为:粗加工表面(圆锥、 圆弧、切槽等)为 0.14、精加工表面为 0.04,粗镗孔为 0.09、精镗孔为 0.04,螺 纹粗车为 0.08、螺纹精车为 0.03。 2.5.3 主轴转速的确定 (1)光车外圆时主轴转速 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径, 并按零件和刀具材料 以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。加工本零件时的主轴转速为:粗 加工时 500、精加工时 800。 (2)车螺纹时主轴的转速 在车削螺纹时,车床的主轴转速将受到螺纹的螺距 P(或导程)大小、驱动 电机的升降频特性,以及螺纹插补运算速度等多种因素影响,故对于不同的数控 系统,推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主 轴转速 n(r/min)为: n ≤(1200/P)-k 式中 P——被加工螺纹螺距,㎜; k——保险系数,一般取为 80。 加工该典型轴类零件时的主轴转速为:粗车时 500、精车时 800。 (5-1)

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第三章 第三章 加工路线图 3.1 刀具加工进给路线的确定: 刀具加工进给路线的确定:
(1)合理安排“回零”路线 在手工编制较复杂轮廓的加工程序时,为使其计 算过程尽量简化,既不易出错,又便于校核,编程者有时将每一刀加工完后的刀 具终点通过执行“回零”(即返回对刀点)指令,使其全都返回到对刀点位置, 然后再进行后续程序。这样会增加走刀路线的距离,从而大大降低生产效率。因 此,在合理安排“回零”路线时,应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量 减短,或者为零,即可满足走刀路线为最短的要求。 (2)切削进给路线短,可有效地提高生产效率,降低刀具损耗等。在安排粗 加工或半精加工的切削进给路线时, 应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工 艺性等要求,不要顾此失彼 (3)图 3-1 为粗车工件时几种不同切削进给路线的安排示例。 其中, 3-1 (a) 图 表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀“沿着工件轮廓”进行 走刀的路线;图 3-1(b)为利用其程序循环功能安排的“三角形”走刀路线;图 3-1 (c)为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线。

(a)沿工件轮廓走刀

(b)“三角形”走刀

(c)“矩形”走刀

图 3-1 走刀路线示例

本文零件的加工刀具进给路线为“沿工件轮廓走刀”,因为本零件属于典型 轴类零件,结合了螺纹、圆锥、槽、圆弧和孔五个工艺,如果采用“矩形”走刀 或“三角形”走刀,不论是走刀路线或是工艺编程将会非常麻烦,而采用“沿工 件轮廓走刀”就会避免这样的问题,使整个加工过程变得简单易操作。

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数控刀具表/ 第四章 数控刀具表/数控编程基础
本零件加工所用刀具: 4.1 本零件加工所用刀具: 外圆车刀(T0101)、切槽刀(T0202)、尖刀(T0303)、螺纹刀(T0404)、 镗刀(T0105)车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽 刀等多种形式。 外圆车刀用于加工外圆柱面和外圆锥面, 它分为直头和弯头两种。 弯头车刀通用性较好,可以车削外圆、端面和倒棱。外圆车刀又可分为粗车刀、 精车刀和宽刃光刀,精车刀刀尖圆弧半径较大,可获得较小的残留面积,以减小 表面粗糙度;宽刃光刀用于低速精车;当外圆车刀的主偏角为 90 度时,可用于 车削阶梯轴、凸肩。端面及刚度较低的细长轴。外圆车刀按进给方向又分为左偏 刀和右偏刀。 车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀。整体车刀主要 是整体高速钢车刀,截面为正方形或矩形,使用时可根据不同用途进行刃磨;整 体车刀耗用刀具材料较多,一般只用作切槽。切断刀使用。焊接车刀是将硬质合 金刀片用焊接的方法固定在普通碳钢刀体上。它的优点是结构简单、紧凑、刚性 好、使用灵活、制造方便,缺点是由于焊接产生的应力会降低硬质合金刀片的使 用性能,有的甚至会产生裂纹。机械夹固车刀简称机夹车刀,根据使用情况不同 又分为机夹重磨车刀和机夹可转位车刀。
序号 1 2 3 4 5 名称 外圆车刀 螺纹刀 切槽刀 尖刀 镗刀 刀具号 T0101 T0202 T0303 T0404 T0105

4.2 编程基础 4.2.1 直径编程和半径编程

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数控车床加:工的是回转体类零件,其横截面为圆形,所以尺寸有直径指定 和半径指定两种方法。当用直径值编程时,称为直径编程法:用半径值编程时, 称为半径编程法。用半径、直径编程法编辑其程序如下: 半径编程:G90G01 X**Z** (绝对指令编程) G91 G01 X**Z** (增量指令编程) 直径编程:G90G01X**Z** (绝对指令编程) G91G01X**Z**(增量指令编程) 数控车床出厂时一般设定为直径编程。如需用半径编程,要改变系统中相关 参数,使系统处于半径编程状态;本章以后,若非特殊说明,各例均为直径编 程。 注:当用半径或直径编程法时,系统参数中(机床参数)“直径编程 /半径编程”,要设为“ 1 " 或“0”了。 数控机床常用编程指令(功能字) 4.2.2 数控机床常用编程指令(功能字) ◆F 功能 F 功能指令用于控制切削进给量。在程序中表示每分钟进给量 编程格式 G94 F~ F 后面的数字表示的是每分钟进给量,单位为 mm/min。 例:G94 F100 表示进给量为 100mm/min。 ◆S 功能 S 功能指令用于控制主轴转速。 编程格式 S~ S 后面的数字表示主轴转速,单位为 r/min。在具有恒线速功能的机床上,S 功能指令还有如下作用。 1)最高转速限制 编程格式 G50 S~ S 后面的数字表示的是最高转速:r/min。 例:G50 S3000 表示最高转速限制为 3000r/min。 2)恒线速取消 编程格式 G97 S~
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S 后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速, S 未指定, 如 将保留 G96 的最终值。 例:G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速 3000 r/min。 ◆T 功能 T 功能指令用于选择加工所用刀具。 编程格式 T~ T 后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有 T 后面用四位数字,前 两位是刀具号,后两位是刀具长度补偿号,又是刀尖圆弧半径补偿号。 例:T0303 表示选用 3 号刀及 3 号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。 T0300 表示取消刀具补偿。 ◆ M 功能 M00: 程序暂停,可用 NC 启动命令(CYCLE START)使程序继续运行; M03:主轴顺时针旋转; M05:主轴旋转停止; M08:冷却液开; M30:程序停止,程序复位到起始位置。 ◆G 指令 1)快速定位指令 G00 G00 指令命令机床以最快速度运动到下一个目标位置,运动过程中有加速和 减速,该指令对运动轨迹没有要求。其指令格式: G00 X(U)____ Z(W)____; 当用绝对值编程时,X、Z 后面的数值是目标位置在工件坐标系的坐标。当 用相对值编程时,U、W 后面的数值则是现在点与目标点之间的距离与方向。 2)直线插补指令 G01 G01 指令命令机床刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指 令给出的目标位置。 指令格式:G01 X(U)____Z(W)____F ; 其中 F 是切削进给率或进给速度,单位为 mm/r 或 mm/min,取决于该指令前 面程序段的设置。使用 G01 指令时可以采用绝对坐标编程,也可采用相对坐标编
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程。 当采用绝对坐编程时, 数控系统在接受 G01 指令后, 刀具将移至坐标值为 X、 Z 的点上;当采用相对坐编程时,刀具移至距当前点的距离为 U、W 值的点上。 3)圆弧插补指令 G02、G03 圆弧插补指令命令刀具在指定平面内按给定的 F 进给速度作圆弧插补运动, 用于加工圆弧轮廓。 圆弧插补命令分为顺时针圆弧插补指令 G02 和逆时针圆弧插 补指令 G03 两种。其指令格式如下: 顺时针圆弧插补的指令格式: G02 X(U)____Z(W)____I____K____F____; G02 X(U)____Z(W)___R___ F____; 逆时针圆弧插补的指令格式: G03 X(U)____Z(W)____ I____K____F____;; G03 X(U)____Z(W)___R___ F____; 使用圆弧插补指令,可以用绝对坐标编程,也可以用相对坐标编程。绝对坐 标编程时,X、Z 是圆弧终点坐标值;增量编程时,U、W 是终点相对始点的距离。 圆心位置的指定可以用 R,也可以用 I、K,R 为圆弧半径值;I、K 为圆心在 X 轴和 Z 轴上相对于圆弧起点的坐标增量; F 为沿圆弧切线方向的进给率或进给速 度。 当用半径 R 来指定圆心位置时,由于在同一半径 R 的情况下,从圆弧的起点 到终点有两种圆弧的可能性,大于 180°和小于 180°两个圆弧。为区分起见, 特规定圆心角α≤180°时,用“+R”表示;α>180°时,用“-R”。注意:R 编程只适于非整圆的圆弧插补的情况,不适于整圆加工。 4)外圆粗车固定循环 G71 1. 格式 G71U(△d)R(e)G71P(ns)Q(nf)U(△u)W(△ w)F(f)S(s)T(t)N(ns)…………….F__从序号 ns 至 nf 的程序段,指定 A 及 B 间的 移动指令。.S__.T__N(nf)……△d:切削深度(半径指定)不指定正负符号。切削 方向依照 AA’的方向决定,在另一个值指定前不会改变。FANUC 系统参数 (NO.0717)指定。e:退刀行程本指定是状态指定,在另一个值指定前不会改变。 FANUC 系统参数(NO.0718)指定。ns:精加工形状程序的第一个段号。nf:精加

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工形状程序的最后一个段号。△u:X 方向精加工预留量的距离及方向。(直径/ 半径)△w: Z 方向精加工预留量的距离及方向。 5)螺纹切削循环 G82 指令 直螺纹切削循环 G82 X__Z__R__E__C__P__F__; 其中 X、Z: 在绝对指令时为螺纹终点 C 的坐标位:增量指令时为螺纹终点 C 相对 循环起点 A 的移动距离。R、E:螺纹收尾长度在 Z、X 轴方向上的回退量,其为 增量。省略时,表示不收尾。C: 螺纹头数,取 0.1 或省略时,为单头螺纹。 P: 单头螺纹时,为主轴基脉冲处距离切削起点的主轴转角(缺省值为 0 ) ; 多头螺纹时为相邻螺纹头的切削起改之间对应的主轴转角。F:为螺纹导 程.

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附录一
零件加工程序
O2010; N001 G00 G97 S500 T0101 N002 M03 N003 M08 N004 G00x58z2 N005 G01z-2F50 N006 x25 N007 x5 N008 x0 N009 G00x100z100 N010 G00x58z0 N011 G71U1R1P016Q024x0.5z0.1F100 N012 G00x100z100 N013 M05 N014 M00 N015 G00 G97 S800 T0101 N016 G00x58z0 N017 G01x26F80 N018 z-2 N019 G01x30W-2F70 N020 G01z-35F100 N021 x50F70 N022 x52z-36F70 N023 z-53F100 N024 x41.75z-84F70 N025 G00x100
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N026 z100 N027 M05 N028 M00 N029 G00 G97 S600 T0202 N030 M03 N031 M08

N032 G00z0 N033 x29.8 N034 G01z-27F70 N035 N036 N037 N038 N039 N040 x32F120 z0 G82x29.2z-27F2 G82x28.8z-27F2 G82x28.4z-27F2 G82x28.2z-27F2

N041 G82x28.0z-27F2 N042 G82x28.0z-27F2 N043 N043 N044 N045 N046 G00x100z100 M05 M00 G00 G97 S600 T0303 M03

N047 M08 N048 G00x53z-33 N049 G01x52F100 N050 z-61

N051 N052 N053 N054 N055 N056 N057

x39F70 x52F120 z-65 x39F70 x52F120 z-69 x39F70

N062 M00 N063 G00 G97 S600 T0101 N064 M03 N065 M08 N066 G00x57z2 N067 G01z-3F120 N068 x20F100 N069 x5F70 N070 x0F50 N071 G00x100z100

N058 x52F120 N059 G00x100 N060 z100 N061 N072 N073 N074 M05 M05 M00 G00 G97 S600 T0404

N098 G00x26z2 N099 G71U1R1P103Q108x0.5z0.1F80 N100 G00z100 N101 x100 N102 M05 N103 M00 N104 G00x30z3 N105 G01z0 N106 x28z-1 N107 N108 N109 N110 N111 N112 z-26 G01x26 z3 G00x100z100 M05 M30

N075 M03 N076 M08 N077 G00x57z2 N078 G71U1R1P084Q089x0.5z0.1F100 N079 M05 N080 M00 N081 N082 N083 N084 N085 N086 G00 G97 S600 T0404 M03 M08 G00x57z2 G01x37.47z2F120 G03x35.08z-31.38R24F100

N087 G02x36.46z-44.33R9F100 N088 G03x35z-57R8F100 N089 G01x35z-65F120 N090 x42F100 N091 G00x100 N092 z100 N093 M05 N094 N095 N096 N097 M00 G00 G97 S600 T0105 M03 M08
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总结

毕业设计是大学学习阶段一次非常难得理论和实践相结合的机会, 通过这次 系统的设计,使我摆脱了单纯的学理论知识的阶段,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,同时也提高了我查文献资料,设计手 册, 设计规范以及电脑制图的等其他专业能力水平, 而且对数控知识的整体掌握, 对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了 丰富,并且意志力和耐力都得到不同程度的提高。我想这就是我们进行毕业设计 的目的所在吧。 我对数控工具系统的特点和数控机床的刀具材料和使用范围有了比较深刻 的了解,基本掌握了数控机床刀具的选用方法;经过设计加工工艺方案,进一步 了解工件定位 id 基本原理,定位方式与定位元件,对教材中有关定位基准的选 择原则方法有了更深的理解;经过编制零件的加工程序,基本熟悉数控编程的基 本内容及步骤, 编程的种类, 程序的结构与格式, 对数控编程前数学处理的内容, 基点坐标,辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。工艺设计,数值计算及程 序编制的整个过程虽然任务比较繁重,但在设计过程中通过自己不断的学习,尤 其自主学习和实践以及实验,我克服了许多的难题,这种成就感使我感到十分的 喜悦和兴奋。

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结束语

毕业设计即将接近尾声首先,非常感觉

老师在这次设计过程中给予我的悉

心的指导和帮组,在自己紧张的工作中,仍然尽量抽出时间对我们进行指导,时 刻关心我们的进展情况,督促我们抓紧学习。 不积跬步何以至千里,本设计能够顺利的完成,也归功于各位任课老师的认 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,才使我的毕业论文工作顺利完成,在此向数控技术系的 全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。

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参考文献

[1]司乃钧.机械加工工艺基础.北京:高等教育出版社,1992 [2]金向楷.机械加工工艺基础.北京:高等教育出版社,1998 [3]王绍俊.机械制造工艺设计手册.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1984 [4]张俊生.金属工艺学.北京:机械工业出版社,1980 [5]王启平.机械制造工艺学.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1995 [6]王爱玲.数控机床操作技术.北京:机械工业出版社,2006 [7]刘立.数控编程.北京:北京理工大学出版社,2008 [8]蔡厚道.数控加工工艺.北京:北京理工大学出版社,2007

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