数控机床轴类零件加工工艺课程设计样本
轴类零件数控加工编程
专业：机械制造及其自动化
班级：13机自
姓名：张
学院机械工程学院班级13机自卓越姓名张
设计起止日期2016年8月29 日——2016年9 月2日
设计题目：轴类零件数控加工程序编制
设计任务（主要技术参数）：
编制如图所示轴类零件的数控车床加工程序。
工作任务：1.零件的工艺分析2.数控机床的选择3. 编程中工艺指令的处理4.编制数控车床加工工艺过程卡5.编制数控加工程序6.设计说明书1份。
指导教师评语：
成绩：签字：
年月日
目录
引言
1轴类零件的工艺分析 (6)
1.1数控加工工艺的基本特点 (7)
1.1.1数控加工的工艺内容十分明确而且具体
1.1.2数控加工的工艺工作相当准确而且明确
1.1.3数控加工的工序相对集中
1.2数控加工工艺的主要内容 (8)
2数控机床的选择…………………………………………………… .13 3编制轴类零件数控车床加工工艺过程卡... ………………………… .. 14
3.1工序与工步的划分 (9)
3.2加工路线的确定 (12)
4编制轴类零件数控车床加工刀具卡... ………………………………… .. 14
4.1刀具的选择与切削用量的确定 (10)
4.2对刀点和换刀点的确定 (11)
5数控加工程序编制………………………………………………… . 15
5.1工件坐标系确定…………………………………………… ..9
5.2对刀方法和设置………………………………………… ..1
5.3数控加工程序
参考文献
引言
轴，支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。
轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： 1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； 4、便于加工制造和保证精度。
1 轴类零件的加工工艺分析
1.1 数控加工工艺的特点
数控机床加工与些通机冰加工相比，在许多方山遵循基个一致的原则，在使用方法厂也有很多相似之处。但对于数控机床水身白动化程度较高，设备费用较高，设备功能较强，使数摔加工相应形成了如下几个特点。
1.1.1数控加工的工艺内容十分明确而且具体
进行救护加工时。数控机床是接受数控系统的指今后先成各种运动实现加工的。因此，在编制加工程序之前，需要对影响加工过程的各种工艺冈素，如切削用旦、进给路线、刀具的几何形状、丁步的划分与安排等一一作出定量描述，对每一个问题都要给出确切的答案和选择、而不能像普通机床加工时一样，在大多数情况下对许多具体的工艺问题，由操作工人依据自己的实践经验和习惯白行考虑利决定。也就是说，本来由操作丁人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题.在数控加工时就转坐为编程人员必须事先具体设计和明确安排的内容。
1.1.2数控加工的工艺工作相当准确而且严密
数控加工过程小出现的问题是不能由操作者白由地进行调整的：比如加工内螺纹时，在
普通机床上，操作者可以随时根据孔小是件挤满了切屑而次定是否需要退一下刀或先清除一下切屑再干，而数控机床则不得而知。所以在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节，做到刀无一失。尤其是在对图形进行数学处理、计探利编涩时.一定要准确无谈。
在实际工作中，由于一个字符、个小数点或个逗号的差铅部有可能酿成大机床事故和质量事故，因为数控机床比同类的普通机床价格高得多，其加工的也往往是—体形状比较复杂、价值也较高的工件，万一损坏机床或工件报废都会造成较大损火。
根据大员加工实例分析，数控工艺考虑不周和计算与编积时粗心人怠是造成数控加工失误的主要原因。因此，要求编程人员除必须具备较扎实的工艺基本知识和较丰富的实际工作经验外.还必须具有耐心和严谨的工作作风。
1.1.3数控加工的工序相对集中
一般来说，在普通机床上加工是根据机床的种类进行单工序加工，而在数控机床上加工作往是在工件的一次装夹个完成工件的钻、扩、铰、铣、锤、攻螺纹等多工序的加工。这种“多序合—”现象也届于“工序集中”的范防，极端情况下，在—·台加上中心上可以完成工件的全部加工内容。
1.2数控加工工艺的主要内容
分析零件图、确定工艺过程及工艺路线、计算刀具轨迹的坐标值、编写加工程序、程序输入数控系统、程序校验及首件试切
2数控机床的选择
根据该零件外形属于轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸及形状分析，尺寸精度较高且要加工椭圆弧及内腔，普通机床不能加工出该零件的形状，也很难保证其尺寸精度、表面粗糙度，为了保证零件的加工尺寸精度和表面质量，因此选用数控车床，由于我们学校现在使用的是FANUC数控系统，所以利用学校资源。我选择在本校的数控机床FANUC-CK6140加工该零件。
图1零件图
该零件表面由圆柱、圆锥、凹圆弧以及圆球表面组成，如图A。其中多个直径尺寸精度有较严格的要求、表面粗糙度如图所示。尺寸标注完整，轮廓描述清楚，零件材料为45#钢，无热处理和硬度要求，毛坯件选φ40mm的棒料，长度为108mm。
2.6.切削用量的确定
1．背吃刀量：轮廓粗车循环时a p=2mm，
轮廓精车循环时a p=0.2mm；
螺纹粗车循环时依次a p=0. 8mm，a p=0.6 mm；p=0.4mm；
螺纹精车循环时a p=0.2mm；
2．主轴转速：
公式A：Vc=πdn/1000
Vc-切削速度，单位m/mim; π-常数，d-切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，单位mm；
公式B：n≦1200/p-k
P-工件螺纹的螺距或导程，单位mm;k-保险系数，一般取为80.
公式C：V f=nf
V f-车削时的进给速度，单位mm/min；n-转速单位r/min；f-进给量，单位mm/r。
1）车直线和圆弧时的主轴转速：
查表取粗车的切削速度Vc=90m/min,精车时的切削速度Vc=120m/min，根据坯件直径（精车时取平均直径），利用公式A计算，并结合机床说明书选取：
粗车时，主轴转速n=500r/min；
精车时，主轴转速n=1200r/min。
2）车螺纹时的主轴转速：
根据公式B计算，取主轴转速n=320r/min
3）进给速度：先选取进给量用公式C计算，粗车时选取进给量f=0.2mm/r，精车时选取f=0.1mm/r，计算得：
粗车时的进给速度V f=100 mm/r，
精车时的进给速度V f=50mm/r。
车螺纹的进给量等于螺纹的导程，
即f=2mm/r,
V f=640 mm/r
3编制轴类零件数控车床加工工艺过程卡
数控加工工序卡零件图号零件名称文件编号
第
页NC 01 轴
工序号工序名称材料
45#
加工车间设备型号
主程序名子程序名
加工原
点
工步号工步内容刀具号
主轴转速
/(r/mm) 进给速度
/(mm/min)
背吃刀量/mm 夹具
1 粗车外圆T1 500100
2 三爪卡盘
2 精车外圆T1 1200 50 0.2 三爪卡盘
3 粗镗内孔T2 500100 2 三爪卡盘
4 精镗内孔T2 1200 50 0.2 三爪卡盘
5 粗车外圆T1 500100 2 三爪卡盘
6 精车外圆T1 1200 50 0.2 三爪卡盘
7 切槽T1 1200 100 2 三爪卡盘
8 车螺纹T3 320 640 0.8 三爪卡盘
工艺员校对审定批准
表1 零件的加工工序卡
3.1工序与工步的划分
工艺方案：
通过上述分析，采取以下几点加工工艺方案：
1）.通过图样上给定的几个公差等级要求较高的尺寸
φ340
025
.0-φ23033.0
φ380
029
.0-
因其要求精度较高，故编程时采取中间值，以保证工件的合格率；
2）.在外轮廓上，有
M30x2的螺纹，选刀时要选合适的刀尖圆弧半径才能车出合格的螺纹；
工部方案：
确定坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准，左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧：
1.第一次装夹时夹持工件外圆，留出足够可加工毛坯的长度；
2.第二次装夹时夹持φ34外圆，以φ38外圆左端面顶住卡盘端面做轴向定位；
3.2加工路线的确定
加工顺序遵循先大后小、先粗后精、由右至左的原则进行，具体加工过程：1）：普车加工零件毛坯，保证轴向尺寸，预钻中心孔，打φ20x30底孔；
2）：车φ34、φ38外圆，镗φ23内孔；
3）：车R8球面，圆锥面，R5凹圆弧，M30外圆，圆锥面；
4）：车螺纹退刀槽；
5）：车螺纹。
GSK928TC具有粗车循环和车螺纹循环的功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其进给路线，因此该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线，但精车的进给路线需要人为确定，对刀原点在
刀尖圆弧半径
R =1/8H=1/8x√3/2p=0.2165mm
取刀尖圆弧半径
Rε=0.2mm
4编制轴类零件数控车床加工刀具卡
4.1刀具的选择与切削用量的确定
1）选用B形D 1.6 D15的中心钻预钻中心孔；；
2）选用φ20的麻花钻预钻φ20x30底孔；
3）粗车和精车外圆采用主偏角为93°，副偏角为45°左偏刀；
4）车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀取刀尖角59°30′
. 4.2对刀点和换刀点的确定
1．背吃刀量：轮廓粗车循环时a p=2mm，
轮廓精车循环时a p=0.2mm；
螺纹粗车循环时依次a p=0. 8mm，a p=0.6 mm；p=0.4mm；
螺纹精车循环时a p=0.2mm；
2．主轴转速：
公式A：Vc=πdn/1000
Vc-切削速度，单位m/mim; π-常数，d-切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，单位mm；
公式B：n≦1200/p-k
P-工件螺纹的螺距或导程，单位mm;k-保险系数，一般取为80.
公式C：V f=nf
V f-车削时的进给速度，单位mm/min；n-转速单位r/min；f-进给量，单位mm/r。
1）车直线和圆弧时的主轴转速：
查表取粗车的切削速度Vc=90m/min,精车时的切削速度Vc=120m/min，根据坯件直径（精车时取平均直径），利用公式A计算，并结合机床说明书选取：
粗车时，主轴转速n=500r/min；
精车时，主轴转速n=1200r/min。
2）车螺纹时的主轴转速：
根据公式B计算，取主轴转速n=320r/min
3）进给速度：先选取进给量用公式C计算，粗车时选取进给量f=0.2mm/r，精车时选取f=0.1mm/r，计算得：
粗车时的进给速度V f=100 mm/r，
精车时的进给速度V f=50mm/r。
车螺纹的进给量等于螺纹的导程，
即f=2mm/r,
V f=640 mm/r
表2 刀具选择及参数
5.数控加工程序的编制
5.1 工件坐标系确定
程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点。本次加工中共两个程序，以右端球面的表面中心O点、左端面圆心S为基准建立坐标系，坐标原点分别为O、S。
5.2 对刀方法和设置：
毛坯为φ40mm的棒料，欲加工最大直径为φ38mm，总长为108mm的零件。编程时采用程序段设定工件坐标系，工件坐标系原点O设在以右端心S点。
加工时采用的1号刀具为93°外圆尖刀（如图3示），并作为基准刀具；2号刀具为硬质合金镗刀。基准刀具刀尖点的起始点为P。
5.3数控加工程序
%001
T10 M03 S500 调用1#基准刀主轴启动N01 G00 X41 Z1
N02 G71 X28 I2.5 K1 L7 F100 粗车端面
N03 G01 Z0 F40 S1000 定义精加工轮廓
N04 G01 X28,5 Z0
N05 G03 X33 .88 Z-1.8 R3 S1000 F50
N06 G01 Z-35
N07 G01 X37.98 Z-37
N08 G01 Z-44
N09 G01 X41 退刀
N10 G00 X100 Z100
T22 换2#刀，调2#刀补
N12 G01 Z-20 S800 F100 粗镗内孔
N13 G01 X20
N14 G00 Z2
N15 G00 X22.8
N16 G01 Z-20
N17 G01 X20
N18 G00 Z2
N19 G00 X29
N20 G01 Z0
N21 G01 X28.5
N22 G02 X23.017 Z-.8 K3 S1200 F50 倒圆角
N24 G01 Z-20 F50 精加工内孔N25 G01 X20
N26 G00 Z2 退刀
N27 G00 X100 Z100
N28 M05 M30 主程序结束%002 调头装夹
N01 T10 换1#刀
N02 M03 S500
N03 G00 X34 Z2
N04 G01 Z-58 F100 粗车外圆N05 G01 X40
N06 G00 Z2
N07 G00 X30
N08 G01 Z-57.5
N09 G01 X38 Z-65.5
N10 G01 X40
N11 G00 Z2
N12 G00 X26
N14 G01 X30
N15 G00 Z2
N16 G00 X22
N17 G01 Z-20
N18 G00 X26.5
N19 G00 Z2
N20 G00 X18
N21 G01 Z-10
N22 G01 X22
N23 G00 Z2
N24 G00 X16
N25 G01 Z-6.5
N26 G01 X21 Z-20
N27 G02 X30 Z-24.5 R5
N28 G00 Z1
N29 G00 X2
N30 G03 X16 Z-6 R7
N31 G00 Z2
N32 G00 X1
N33 G01 Z0
N34 G01 X0 S1000 F40 精车外轮廓N35 G03 X15.814 Z-6.783 R8 精车顶圆
N36 X20.116 Z-20.761 精车锥度
N37 G02 X29.567 Z-25 R5 倒圆弧
N38 G01 Z-58
N39 G01 X30
N40 G01 X37.998 Z-66 精车外轮廓N41 G01 Z-66.2
N42 G00 X39
N44 G00 X31
N45 G01 X26.5 F80 粗车螺纹退刀槽
N46 G01 Z-57.8
N47 G01 X30
N48 G00 Z-50
N49 G01 X26 粗车螺纹退刀槽
N50 G01 Z-58
N51 G01X31 退刀
N52 G00 X100 Z100
T33 换3#刀，调3#刀补N53 G00 X32 Z-22 S300
N54 G92 X28 Z-58 P2 螺纹循环加工螺纹N55 G92 X27.6 Z-58 P2
N56 G92 X27.416 Z-58 P2
N57 G00 X100 Z100
N58 M05 M30 主程序结束
五总结
通过这次课程设计对数控车床系统进行程序指令编写以及应用，使自己进一步熟悉了工艺编制过程及数控基本编程指令基本意义。从以上编写的程序，制定的工艺规程，我们可以了解到数控技术在生产中的应用，熟悉了数控编程的步骤和方法，基本上掌握了数控车削零件加工编程以及工艺规程的制定，使自己加深了数控指令的应用和重要性。而且通过本次课程设计，基本达到了对已修课程熟悉并加深了基础知识的练习与应用能力的基本要求，达到了大中专学院教育的目的。
在毕业设计规定的时间内，我做了大量的咨询和总结，收集了很多技术资料。阅读相关的专业文献，并将它们应用到了课程设计当中，在设计中进行了分析、研究。同时在整个设计过程中，得到了指导教师的专业知识及其实操经验的讲授，这将使我在以后的学习工作中有很大的帮助。在此感谢各位指导老师于程丽老师，程丽老师。由于经验欠缺，不妥之处，恳请各位老师海涵并给予指正，以便于我以后更好的学习和工作，感谢老师给予我的指导。
两周以来，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在做这次
毕业设计过程中使我学到很多，我感到无论做什么事情都要用心去做，才会使自己更快的成长。我相信，通过这次的实践，我对数控加工能更一步了解，并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。
张
2016年9月
参考文献
[1] 唐云岐.车工工艺与技能训练.北京：中国劳动社会保障出版社，2001
[2] 华茂发.数控机床加工工艺.北京：机械工业出版社，2010
[3] 蒋建强.数控机床编程与操作.北京：清华大学出版社，2010
[4] 焦桐顺.数控技术应用教程.北京：电子工业出版社，2006
[5] 张梦欣.数控加工工艺学.北京：中国劳动社会保障出版社，2005
[6] 李体仁孙建工.北京：数控手工编程技术及实例详解，中国劳动社会保障
出版社2007