轴类零件与数控工工艺及编程
轴类零件与数控工工艺及编程
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
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毕业设计（论文）
级机电一体化
题目：轴类零件与数控加工工艺及编程
毕业时间：
学生姓名：
指导教师：
班级：
2010 年06月10日
酒泉职业技术学院届各专业
毕业论文（设计）成绩评定表
姓名聂帅班级08机电（5）班专业机电一体化
指导教
师第一
次指导
意见
年月日
指导教
师第二
次指导
意见
年月日指导教
师第三
次指导
意见
年月日
指导教
师评语
及评分
成绩：签字（盖章）年月日答辩小
组评价
意见及
评分
成绩：签字（盖章）年月日
教学系
毕业实
践环节
指导小
组意见
签字（盖章）年月日学院毕
业实践
环节指
导委员
会审核
意见签字（盖章）年月日说明：1、以上各栏必须按要求逐项填写.。2、此表附于毕业论文(设计)封面之后。
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配合件数控加工工艺设计
摘要 ：数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整
个过程是自动进行的。数控加工的工序内容比普通机床的加工的工序内容复杂。这是因为数控机床价格昂贵，若只加工简单的工序，在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至是在通用机床上难以完成的那些工序。数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程编制复杂。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线的确定等问题，在数控加工时，这一切都无例外地都变成了固定的程序内容，正由于这个特点，促使对加工程序的正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错，否则加工不出合格的零件。 关键词：轴类零件；数控车削；工艺设计
2
目录
配合件数控加工工艺设计 ..................................................................................................................................... 1 一、 零件工艺分析 ............................................................................................................................................... 4 （一）零件工艺分析 ......................................................................................................................................... 4 1.零件图分析 .................................................................................................................................................. 4 2.工艺分析 ...................................................................................................................................................... 5 3.编程原点选择 .............................................................................................................................................. 5 (二）选择零件毛坯 ............................................................................................................................................ 6 二、 加工方法的选择 ........................................................................................................................................... 6 （一）数控车削加工方法拟订 ......................................................................................................................... 6 1. 数控车削加工外圆回转体零件与端面加工方法的选择 ........................................................................ 6 2. 数控车削加工内圆回转体加工方法的确定 ............................................................................................ 6 3 .数控车削加工螺纹加工方法的确定 ......................................................................................................... 7 三、 机床与刀具的选择 ....................................................................................................................................... 7 (一） 机床的选择 .............................................................................................................................................. 7 1.SSCK20/500数控车床的用途 .................................................................................................................... 7 2.SSCK20/500数控车床布局 ........................................................................................................................ 7 3.SSCK20/500数控车床主要技术参数 ........................................................................................................ 8 （二）刀具的选择 ............................................................................................................................................. 9 四、 定位与夹紧方式的确定 ............................................................................................................................. 10 （一）定位与夹紧方式 ................................................................................................................................... 10 五、 加工顺序的安排 ......................................................................................................................................... 11 （一）加工顺序的安排 ................................................................................................................................... 11 六、 确定走刀路线和工步顺序 ......................................................................................................................... 12 （一） 确定加工顺序和走刀路线 .................................................................................................................. 12 1. 工步顺序的确定 .................................................................................................................................... 12 2. 走刀路线的确定 .................................................................................................................................... 12 （一） 切削用量的选择.................................................................................................................................. 14 (二） 数控加工工艺卡片拟订 ........................................................................................................................ 17 八、 对刀点与换刀点的确定 ............................................................................................................................. 19 （一） 对刀点 ................................................................................................................................................. 19 （二） 换刀点 ................................................................................................................................................. 20 九、高速切削技术 ............................................................................................................................................... 20 十、 程序的编制 . (21)
3
（一） 零件各结点尺寸计算就 ...................................................................................................................... 21 （二）程序的编制 ........................................................................................................................................... 22 致谢: ...................................................................................................................................................................... 28 参考文献： .. (29)
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一、 零件工艺分析
图
1-1
（一）零件工艺分析
1.零件图分析
图1-1所示零件从结构图来看该零件包括内﹑外的加工。内表面主要是孔，外表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径以及宽度尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求，适合数控车削加工；球面S φ48㎜的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，该材料具有较高的强度以及较好的韧性﹑塑性，可在供应状态和正火状态下使用，制照力学性能要求不高的零件；进行调质处理后，制造要求良好力学性能的零件。无热
5
处理和硬度要求。零件生产批量为单件小批量。 2.工艺分析
(1)图样上给定的内孔直径φ28,圆柱尺寸φ35﹑φ42和φ52,宽度尺寸4和3,取中值作为编程的尺寸依据。其他尺寸皆取基本尺寸作为编程尺寸依据；
(2)φ52的圆柱与φ28的孔有较高的同轴度要求,加工时必须以同一个定位基准进行加工；
(3)φ28的公差等级为IT8表面粗糙度Ra 为1.6，宜采用钻→扩→铰进行加工以保证尺寸和表面粗糙度的要求；
(4)在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性；
(5)零件中有比较大的圆弧需要进行加工，为了不使加工过程中出现过切现象选择较大副偏角的车刀进行加工。 3.编程原点选择
零件在加工中需要二次掉头装夹,从图纸上进行尺寸坐标分析,应设置两个编程原点。两个工件坐标系的编程原点均应选在零件装夹后的右端面（精加工面）,如图1-2所示。
第一次装夹工件原点 第二次装夹工件原点
6
图1-2
(二）选择零件毛坯
该零件为45钢，生产类型为单件小批量生产。 根据上述原始资料以及加工工艺，确定毛坯尺寸如下：
该零件最大外圆直径为Ф52mm 查《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）表2.2得知毛坯直径应为Ф55mm 。长度尺寸为145±0.08
二、 加工方法的选择
（一）数控车削加工方法拟订
加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。
1. 数控车削加工外圆回转体零件与端面加工方法的选择
(1)φ52φ42和φ35的尺寸精度等级为IT7，并且φ52和φ35外圆柱表面粗糙度Ra 为1.6，参考《数控加工工艺简明教程》表3-14可知加工这些圆柱时宜采用粗车→半精车→精车三步加工；
(2)零件左端外圆尺寸精度以及表面粗糙度要求不高所以可以采用粗车→精车进行加工以缩短工时，由于零件左端有螺纹需要加工并且螺纹精度要求较高，而为了达到螺纹加工的精度要求所以在加工零件左端外圆时须将外圆尺寸加工为Ф29.8mm ；
(3)对于圆锥面采用衡线速度进给切削，以保证圆锥尺寸精度。 2. 数控车削加工内圆回转体加工方法的确定
Ф28+
0.04 盲孔:孔的精度要求在IT8～IT9之间,参考《数控加工工艺简明教程》表3-16获知宜采用钻→扩→铰进行加工,以保证尺寸和表面粗糙度的要求。参考《工艺手册》表
2.3-9以及2.3-12确定工序尺寸及余量为钻孔:Ф26.0mm 扩孔:Ф
27.8mm 2Z=1.8mm 铰孔:Ф28+
0.04 2Z=0.2mm 。
3 .数控车削加工螺纹加工方法的确定
由于该零件中螺纹加工精度要求较高,为了保证其螺距和牙深的精度故采用G92螺纹
加工指令进行加工。
三、机床与刀具的选择
(一）机床的选择
数控车床,其型号为SSCK20/500，装配FANUC-OTC系统
1.SSCK20/500数控车床的用途
SSCK20/500数控车床主要用于加工轴类零件和盘类零件的内外圆柱表面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面，还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、镗孔和车端面、切槽、倒角等加工。
2.SSCK20/500数控车床布局
SSCK20/500数控车床为两坐标联动控制的卧式车床。床身采用向后倾斜45°，使刀具的调整及操作更为方便安全。导轨采用直线滚动导轨或镶钢导轨，因摩擦系数小，从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长机床使用寿命。主轴采用普通电动机、变频调速，主轴卡盘和尾座在结构设计上均采用液压控制，压力的大小可分别用减压阀进行调整。倾斜滑板上安装有回转刀架，设有6个工位。滑板上分别安装有X轴和Z轴的进给传动装置。根据用户的要求，主轴箱前端面上可以安装对刀仪，用于数控车床的对刀。
3.SSCK20/500数控车床主要技术参数
机身上最大回转直径Ф400mm
夹盘直径Ф200mm
最大切削直径Ф200mm
最大切削长度500mm
主轴转速范围24r/min~2400r/mm(连续无级)
主轴直径Ф55mm
滑鞍最大纵向行程 550mm
滑板最大横向行程 200mm
快速移动速度X轴6m/min;Z轴12m/min
刀架工位数 6工位
刀具规格车刀20mm×20mm
工具孔直径Ф32mm
选刀方式顺时针方向
最小输入当量X轴(直径)0.001mm；Z轴0.001mm
尾坐套筒直径Ф70mm
尾座套筒最大行程60mm
顶尖锥孔莫式4号
主电动机功率连续载荷11kw
进给伺服电动机功率X轴AC0.6kw；Z轴AC0.6kw
液压站电动机功率 1.1kw
切削液电动机功率0.0125kw
机床外形尺寸(长×宽×高) 2600mm×12400mm×1715mm
机床净质量 2300kg
（二）刀具的选择
将所选刀具参数填如表3-1数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。注意：车
削外轮廓时，为防止副后刀面与工件表面发生干涉，应选择较大副偏角，必要时可以作图检验。图3-1所示，为一圆弧面过渡到圆柱面时交点的切线与圆柱面的夹角，由图可知在加工这一过渡表面时k′
r
最小为560。同时，为了使粗加工时候能够切除更多的毛坯余量
参考图3-2确定粗加工刀具最小后角k′
r
=430 。
图3-1 图3-2
表3-1数控加工刀具卡
产品名称或代号零件名称零件图号
序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径备注
1 T01 90°硬质合金外
圆车刀
1 车端面及粗车外轮廓0.5
刀具后
角>43°
2 T02 Ф5中心钻 1 钻Ф5mm中心孔
3 T03 Ф25钻头 1 钻孔
4 T04 扩刀 1 扩孔
5 T05 绞刀 1 绞刀
6 T06 90°硬质合金外
圆车刀
1 半精车外轮廓0.3
刀具后角为
56°
7 T07 93°硬质合金外
圆车刀
1 精车外轮廓0.2
刀具后角为
56°
8 T08 宽度为3mm切槽
刀
1 切槽
9 T09 60°外螺纹车刀 1 车M30螺纹0.1 刀尖角为59°30′
四、定位与夹紧方式的确定
（一）定位与夹紧方式
此工件必须分两次装夹。由于左端外表面为螺纹，不适于做装夹表面，所以第一次装夹工件左端，加工右端，为了防止由于切削力的作用而产生轴向位移, 必须在卡盘内装一限位支撑,或者利用工件的台阶面进行限位。此处利用工件台阶面进行定位。使用三爪自定心卡盘夹持，考虑到此工序需要加工的零件较长所以需要在右端面加一顶尖，采取一夹一顶的方式进行装夹，如图4-1a所示。第一次装夹完成Sφ48球面﹑R48圆弧﹑R9圆弧﹑R8圆弧﹑φ35外圆﹑φ52外圆﹑圆锥面﹑槽﹑φ28内孔﹑1X45°倒角的粗﹑精加工。第二次装夹如图4-1b所示，完成φ30外圆、螺纹﹑2X45°倒角﹑1X45°倒角的粗精加工。
图4-1a 零件的第一次装夹图4-1b 零件的第二次装夹五、加工顺序的安排
（一）加工顺序的安排
按照加工内容确定加工顺序如下:
第一次装夹时
第一步: 装夹φ55圆柱表面,钻φ5中心孔；
第二步：用顶尖顶紧工件右端面，粗车Sφ48球面﹑R9外圆﹑R8外圆﹑φ35圆柱﹑圆锥面﹑φ52圆柱；
第三步：半精车外圆表面；
第四步：钻φ26孔；
第五步：扩孔至φ27.8；
第六步：铰孔至尺寸要求；
第七步：精车外圆表面。
调头装夹
第二次装夹时
第一步：粗车φ30外圆表面，加工2X450和1X450倒角；
第二步：从左至右精车外圆表面；
第三步：车削M30X2-6g螺纹。
以上工艺过程详见表7-1“数控加工工序卡”。
六、确定走刀路线和工步顺序
（一）确定加工顺序和走刀路线
1. 工步顺序的确定
在第一次装夹时，工步顺序的确定按照由内到外﹑由粗到精﹑由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。结合本零件的结构特征，可以先粗、半精加工外圆各表面（考虑到粗加工刀具为了保证刀具的耐用度副角不宜过大，为了避免粗加工时候刀具后刀面与零件发生干涉，使得零件报废，造成不必要的浪费从而确定如图6-1所示粗加工零件轮廓图，调整后尺寸如图所示，其它基本尺寸不变），再加工内孔各表面至尺寸以及表面粗糙度要求，然后再进行外圆各表面的精加工。
在第二次装夹时，结合零件的结构特征，首先对零件外圆进行粗、精加工再车M30╳2-6g螺纹。
图6-1
2. 走刀路线的确定
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为走刀路线。编程时，走刀路线的
确定原则主要有以下几点：
（1）走刀路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；
（3）应使走刀路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。
（4）此外，确定走刀路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工等。
由于该数控车床具有循环功能，只要编程正确，数控系统就会自动确定粗车以及螺纹车削路线。因此，该零件的粗车以及螺纹车削路线不需要人为确定进给路线，我们只要指定零件的精车路线。本工件的精车路线如图6-2所示。由于该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线。
图6-2 a
图6-2 b
说明:图6-2 a示为第一次装夹时外圆精车走刀路线,图中点A(250.0,150.0)为换刀点
点B( 55.0,7.0)为精车起刀点,点C(12.735,4.543)为切入点,为切了避免切入时损坏工件
故采取圆弧切切入。图6-2 b 示为第二次装夹时外圆精车走刀线，图中a点为换刀点
（100.0，100.0），点b为精车起刀点（55.0，5.0），精车切入点c(53.985,35)。七、
切削用量的选择
（一）切削用量的选择
切削用量的选择根据被加工表面质量要求﹑刀具材料和工件材料，参考切削用量手册
或有关资料选取切削速度和每转进给量然后根据式1-1和1-2 计算主轴转速与进给速度，
V
C
=∏dn/1 000 (1-1) n≤1200/p-k (1-2)
式中 V
C
—切削速度，单位m/min;
d—切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回转直径,单位mm;
n—工件的转速,单位为r/min;
P—被加工螺纹螺距，单位为mm；
K—保险系数，一般为80。
计算过程如下：
第一次装夹
钻孔Ф28+
0.04mm
钻孔Ф26
（1）背吃刀量 a
p
=13mm。
（2）进给量根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用f=0.4mm/r。
（3）切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用V
c
=20m/min。
（4）主轴转速由公式1-1得 20=3.14*26n/1 000
求得 n=245r/min 经查表取 n=250r/min 扩孔Ф27.8mm：
（1）背吃刀量 a
p
=18.9mm。
（2）进给量根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用f=0.4mm/r。
（3）切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用V
c
=20m/min。
(4) 主轴转速由公式1-1得 20=3.14*27.8n/1 000
求得 n=229r/min 经查表取 n=250r/min
铰孔Ф28+
0.04mm：
(1) 背吃刀量 a
p
=14mm。
(2) 进给量根据《数控加工工艺简明教程》表6-5，选用f=0.5mm/r。
(3) 切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-5，选用V
c
=4m/min。
(4) 主轴转速由公式1-1得 4=3.14*28n/1 000
求得 n=45r/min 经查表取 n=50r/min 粗车外轮廓
(1)进给量查有关方面表得出 f=0.5mm/r。
半精车外轮廓
(2)进给量由于在粗车外轮廓时留了1.1mm的余量,考虑到还需要对零件进行精加工并取精加工余量为0.25mm , 半精车外轮廓进给量为0.85mm,显然进给量过大。综合加工效率方面问题考虑最后取进给量 f=0.85/2=0.425mm/r。
精车外轮廓
进给量由于在半精车外轮廓时留了0.25mm的精加工余量，综合加工效率方面问题考虑最后取进给量 f=0.25/2=0.125mm/r。
第二次装夹
车Ф30mm外圆柱面
粗车时
(1) 背吃刀量根据《数控加工工艺简明教程》表4-1，选用a
p
=5mm。
(2) 进给量根据《数控加工工艺简明教程》表4-1，选用f=0.5mm/r。
(3) 切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表4-1，选用V
c
=100m/min。
精车时
(1) 背吃刀量根据《数控加工工艺简明教程》表4-1，选用a
p
=0.25mm。
(2) 进给量根据《数控加工工艺简明教程》表4-1，选用f=0.2mm/r。
(3) 切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表4-1，选用V
c
=140m/min。
(4) 主轴转速由公式1-1得 140=3.14*30n/1 000
求得 n=1486r/min 经查表取 n=1500r/min 车螺纹M30×2-6g
(1)背吃刀量见《切削用量手册》（艾兴﹑肖诗纲编，机械工业出版社，1985），刀具寿命T=60min，车削螺纹用G92循环指令,需进行5次切削，每次背吃刀量如下：
第一次 a
p =0.45mm 第二次 a
p
=0.3mm
第三次 a
p =0.3mm 第四次 a
p
=0.2mm
第五次 a
p =0.05mm