轴类零件加工工艺及数控编程毕业论文+代码

 

 

 

前  言

毕业设计是我们结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。毕业设计是我们大学生才华的第一次显露，是向祖国和人民所交的一份有分量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报道书。撰写毕业设计是我们在校最后一次知识的全面检验，是对基本知识，基本理论和基本技能掌握程度的一次总测试。

撰写毕业设计中需要将理论运用于实际操作中，并通过自己对知识的掌握和学习将零件的结构分析清楚。并进一步对其进行工艺分析。轴类零件的车削加工涉及到我们数控知识的很多方面。首先必须能够做到：

1．掌握基本指令的综合使用能力；

2．掌握典型轴类综合零件的加工顺序编排；

3．应用复合循环指令；

4．能根据零件图计算各坐标点；

5．能确定有关的切削用量，能对加工质量进行分析处理；

6．能熟练掌握刀具补偿调整，掌握保证尺寸精度的技能技巧。

此次设计的轴类零件加工方案的技能点主要在于端面圆弧的加工，带凹槽零件的编程，螺纹的加工。这些都是我们学习三年数控必须掌握的基础知识，也是考验我们是否能学以至用的时候。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.零件结构及毛坯分析

1.1零件完整性及正确性分析

1.1.1零件完整性分析

轴是机床的主要零件，它的头端装有夹具、工件或刀具。零件的完整性用以保证加工时的精确性。零件在工作的时候要承受扭矩和弯矩，承受来自各个方向上的力，通过加工设备和液压动力装置转换为加工时所需要的力。所以要求有足够的刚性，耐磨性和抗震性，并且要求有很高的回转精度。以至于轴的加工质量及完整性对机床的工作精度有很大的影响。同时对设备的使用寿命有延时的作用。

1.1.2零件正确性分析

零件加工为成品时其用途是要达到预期效果的，而往往因为各方面的原因，零件的精确度总会受到一定的影响，所以零件的正确性需要在各个因素约束下才能达到。通过加工工艺的调整，零件在加工过程中达到要求的精度，是设计内容中的一个重要部分。

1.1.3材料分析

毛坯为45﹟钢、Φ90*350mm，价格较便宜，材料易于加工。选择合理的切削参数及刀具即可获得表面粗糙度Ra1.6。该零件在毛坯锻造后正火可以消除其锻造时产生的内应力，细化晶粒，降低硬度，改善了加工性能。

由于粗加工后已切除大部分的余量，工件直径减小，容易淬透，经高温回火使中心层能得到韧性好耐冲击的回火索氏体组织。调质处理又能消除一部分粗加工后引起的内应力，代替了时效处理，且调质后工件产生的变形可以在后道工序中消除。精车后进行高频淬火以提高主轴的强度硬度和耐磨性，且淬火变形可以通过后续工序的磨削加工来消除，故该零件的选材及热处理要求合理。

1.1.4毛坯件制造方法

轴类零件毛坯的形式有棒料、锻件和铸件三种。光轴和直径相差不大的阶梯轴，毛坯一般以棒料为主外，圆直径相差较大的轴或重要的轴（如主轴）宜选用锻件毛坯，既节省材料，减少切削加工的劳动量，又改善其力学性能。结构复杂的大型轴类零件（如曲轴）可以采用铸件毛坯。该零件为外圆直径相差较大的主轴，所以应该选用铸件毛坯。

2.零件结构工艺

2.1 零件图

零件图如图1所示：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图1

（1）毛坯尺寸：（φ90×350）。

（2）未注公差尺寸按 GB1804-M。

（3）材料：45#钢，调质处理HRC 26~36。   

（4）槽粗糙度为Ra1.6um2.3.零件结构工艺 该零件表面由圆柱面、圆锥面、顺圆弧面、螺纹面及沟槽面等表面组成图示零件各几何元素之间关系表达清楚完整，其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度要求.¢850-0.03的外圆面、锥面、¢450-0.03的外圆表面粗糙度为Ra1.6um,.零件材料为45钢，调质处理26-36HRC,材料的切削加工性能好。

根据上述零件几何结构分析及技术分析，选择棒料，毛坯尺寸为¢90×350。在数控车床上按粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段进行加工。粗加工时，为保证高的表面质量，留余量0.5mm待精加工。依据基准统一原则与重合的原则，精加工时，以外圆为基准，加工轮廓的外形，按“先基准后其他”的加工顺序原则。由于工件有硬度要求，粗加工后、精加工之前进行调质处理，加工过程中，应穿插安排检验的辅助工序。

2.2零件加工工艺分析

零件加工为成品时其用途是要达到预期效果的，而往往因为各方面的原因，零件的精确度总会受到一定的影响，所以零件的正确性需要在各个因素约束下才能达到。通过加工工艺的调整使零件在加工过程中达到要求的精度，是设计内容中的一个重要部分。

从整体上分析该零件，其中有圆柱面、圆锥面、顺圆弧面、、螺纹面及沟槽等组成。从零件图样要求及材料来看，零件在工作的时候要承受扭矩和弯矩，承受来自各个方向上的力，通过加工设备和液压动力装置转换为加工时所需要的力。所以要求有足够的刚性，耐磨性和抗震性，并且要求有很高的回转精度。以至于轴的加工质量及完整性对机床的工作精度有很大的影响。零件采用一夹一顶的夹具按照基准面先行、先主后次、先面后孔、先粗加工后精加工的原则依次加工。

其加工方案如下：

（1）装夹零件右端。

（2）装卡零件左端的台阶面毛坯，车零件右端外轮廓及其它部位。

（3）加工时，以毛坯的轴线为基准，左端用三爪自定心卡盘定心夹紧右端采用顶尖装夹。精加工时，以¢620+0.0033的内孔面轴线为基准。

（4）切出退刀槽。

（5）螺纹刀切螺纹。

（6）再切断取出零件。概念结构设计就是将需求分析阶段得到的用户需求抽象为信息结构。概念设计的目的是设计出反映某个组织部门信息需求的数据库系统的概念模式，数据库系统的概念模式独立于数据库系统的逻辑结构、独立于计算机系统、独立于数据库管理系统(DBMS)。

3.选择设备与刀、夹、量具

3.1加工设备的选择

表1：CAK6140技术规格

加工最大直径 在床身上             在刀架上	400mm 210mm
加工最大长度	1400mm
中心距	1500mm
主轴转速级数	24级
主轴转速范围 正              反	14-1580 00-1400
刀架最大回转角度	±60度
主轴每转刀架进给量 纵横	0.08-1.95  0.04-0.79
主电动机功率	7.5kw
机床重量	2097KG
机床外形尺寸	3168×100×1190

3.2刀具的选择

刀具切削部分的材料，直接影响刀具的切削性能。刀具的刀杆可以采用45钢或40Cr钢等结构钢材制造，调制后硬度为30——40HRC。而刀具的切削部分不仅要承担切削过程中的高温高压及冲击载荷，而且还要受到切屑及工件的强烈摩擦，因此作为刀具的切削部分的材料，必须具备下列性能：

（1）硬度必须高于工件材料的硬度；

（2）足够的硬度及韧性；

（3）较高的耐热性能；

（4）较高的耐磨性；

（5）良好的工艺性。

其中高速钢及硬质合金是目前使用最广泛的两类刀具材料。

（1）高速钢广泛用于各种刀具，特别是切削刃形状较复杂的刀具；

（2）目前车刀大都采用硬质合金，其他如钻头、铣刀、丝锥、齿轮刀具等也可以采用镶片或整体结构形式使用。钨钛钴类合金适用于加工钢材，钨钴类适用于加工铸铁及有色金属材料。

考虑到以上几个方面，联系到我们所加工的零件，我们选用硬质合金材料的车刀刀片，钻头、丝锥等可以采用高速钢材料。

3.3夹具的选择

3.3.1选择夹装工具原则

在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。此时，主要考虑以下几点：

（1）夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；

（2）必须保证最小的夹紧变形；

（3）装卸方便，辅助时间应尽量短；

（4）对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在一次装夹内完成多道工序，以提高加工效率；

（5）夹具结构应力求简单；

（6）夹具应便于与机床及工件定位表面间的定位元件连接。

 3.3.2 选择卡盘

根据该零件形状规则、加工特点及加工精度较高，所以选择三爪自定心卡盘。之所以先择三爪自定心卡盘是因为三爪自定心卡盘，用于多种金属机床上，能自定中心夹紧或撑紧圆形、三角形、六边形等各种形状的外表面或内表面的工件，进行各种机械加工，夹紧力可调，定心精度高，能满足普通精度机床的要求。它是常用的车床通用夹具，它可以自定中心，夹持范围大，装夹工件的效率高，适用于装夹中小型以外圆定位的零件。

3.4装夹方式的选择

为了充分发挥数控机床的高速性、高精度、高效率等特点，在数控加工中，装夹方式直接关系到加工零件的效率，因此制定合理的装夹方式也是比较重要。根据该零件的特征，经分析，零件是车削，各工序都可以使用通用夹具即可。考虑到经济性、使用性，采用卡盘夹紧和活动顶尖一夹一顶的装夹方式比较合理。如图2所示。

图2

3.5量具的选择

检验是测量和监控主轴加工质量的一个重要环节。除了工序间检验以外，在全部工序完成之后，应对主轴的尺寸精度.形状精度.位置精度和表面粗糙度进行全面的检查。以便确定主轴是否达到各项技术要求，还可以从检验是否达到各项技术要求，而且还可从检验的结果及时发现各道工序中存在的问题，以便及时纠正，监督工艺过程正常进行。

检验的依据是主轴工作图。检验工作按一定顺序进行，先检验各级外圆的尺寸精度，素线平行度和圆度，用外观比较法检验各表面的粗糙度及表面缺陷，然后在专用夹具上测量位置偏差。在成批生产时，若工艺过程比较稳定，且机床精度较好，有些项目常常采用抽检的办法，并不逐项检验。主要配合表面的硬度应在热处理车间检验。

综上所述，量具我们选用游标卡尺和主轴检测棒。

 

 

 

4.数控加工刀具卡

表2：数控加工刀具卡

产品名称	轴	零件名称	轴类零件	零件图号	程序号	01
工步号	刀具号	刀具名称	刀具规格	加工表面	补偿量（mm）	备注
1	T04	45度刀	25×25	端面		手动
2	T01	90度外圆刀	25×25	粗加工零件外圆		自动
3	T01	90度外圆刀	25×25	粗加工零件外圆		自动
4	T02	切槽刀	25×25	加工零件端中间直槽		自动
5	T03	60度外螺纹车刀	25×25	加工45×1.5-6g的螺纹		自动
6	T02	切槽刀	25×25	切断		手动

5.数控加工工艺卡

表3：数控加工刀具卡

东南大学				数控加工 工艺卡	材质	加工部位号	加工程 序号	设备型号
					LY12	A200	O0001	CAK6140 数控车床
程序 号	刀具				切削参数
	刀号	名称	角度	加工内容	切削速度（V）r/min	主轴转速（s）	每转进给（f）
N1				备料直径 85×300mm45 号钢
N2				完全正火、 热处理
N3	T04	45度刀	刀偏角45度	平端面		800	0.2
N4	T01	90度外圆车刀	刀偏角60度	粗车大头 外圆	100	800	0.3
N5	T01	90度外圆车刀	刀偏角60度	半精车各 外圆	120	900	0.2
N6				检验外圆是 否合格
N7	T01	90度外圆车刀	刀偏角60度	切槽	150	1200	0.1
N8	T02	宽3mm切槽刀			80	500
N9	T03	60度外螺纹车刀		车螺纹 M48×1.5-6g		420
N10	T02	45度刀	45度刀	切断	80	500
N11				自然时效24h
N12				去毛刺倒棱
N13				清洗
N14				涂防锈油
N15				入库

 

 

 

6.轴的加工分析实例

表4：轴的加工分析实例

轴的加工工艺分析实例

轴类零件

01

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

001

O1

三爪卡盘

CAK6140

数控中心

工步号

工步内容

刀具号

刀具规格 mm

主轴转速 （r/min）

进给速度 （mm/min）

背吃刀量 mm

备注

1

平端面

T04

25×25

650

200

手动

2

粗车各外圆

T01

25×25

500

200

3

自动

3

精车各外圆

T01

25×25

320

64

0.08

自动

4

切槽

T02

25×25

800

120

自动

5

车螺纹

T03

25×25

450

F

自动

6

切断

T02

25×25

500

80

手动

编程

审核

批准

2014．12．10

共1页

第1页

7.加工步骤

7.1零件的加工

7.1.1机床开机

机床在开机前，应先进行机床的开机前检查。确定一切没有问题之后，先打开机床总电源，然后打开控制系统电源。在显示屏上应出现机床的初始位置坐标。检查操作面板上的各指示灯是否正常，各按钮、开关是否处于正确位置；显示屏上是否有报警显示，若有问题应及时予以处理；液压装置的压力表是否在所要求的范围内。如一切正常，就可以进行其它操作。

7.1.2回零操作

开机正常之后，机床应首先进行手动回零操作。将主功能键设在“回零”位置，按下回零操作键，进行手动回零。先回Z轴，再回X轴，刀架回到机床的机械零点，显示屏上出现零点标志，表示机床已回到机床零点位置。

7.1.3设定工件坐标系

按基准重合原则，将工件坐标系的原点设定在零件右端面与回转轴线的交点上，基准重合原则，将工件坐标系的原点设定在零件右端面与回转轴线的交点上，如图中Op点，并通过G50指令设定换刀点相对工件坐标系原点Op的坐标位置（200,100）。

7.1.4刀具选择

根据零件图的加工要求，需要加工零件的端面、圆柱面、圆锥面、圆弧面、倒角以及切割螺纹退刀槽和螺纹，共需用三把刀具。

 1号刀，外圆左偏刀，刀具型号为：CL-MTGNR-2020/R/1608 ISO30。安装在1号刀位上。

 2号刀，割槽刀，刀具型号为：ER-SGTFR-2012/R/3.0-0 IS030。安装在2号刀位上。

 3号刀，螺纹车刀，刀具型号为：TL-LHTR-2020/R/60/1.5 ISO30。安装在3号刀位上。

7.1.5加工方案

使用1号外圆左偏刀，先粗加工后精加工零件的端面和零件各段的外表面，粗加工时留0.5mm的精车余量；使用5号割槽刀切割螺纹退刀槽；然后使用３号螺纹车刀加工螺纹。

7.1.6确定切削量

切削深度：粗加工设定切削深度为3mm，精加工为0.5mm。 主轴转速： 根据45号钢的切削性能，加工端面和各段外表面时设定切削速度为90m/min；车螺纹时设定主轴转速为250r/min。  进给速度：粗加工时设定进给速度为200mm/min，精加工时设定进给速度为50mm/min。车削螺纹时设定进给速度为1.5mm/r。

7.2编程与操作

7.2.1编制程序

顺序号  程序

O0001程序代号

N10 M03 S500 T0101 主轴正转

N20 G00 X92 Z2 定位

N30 G71 U2 R1 外圆粗切削循环。背吃刀量为2、退刀量为1、X轴方向精加工余量为0.3、Z轴方向精加工余量为0.1，进给速度为0.3mm/min

N40 G71 P50 Q190 U0.5 W0.1 F0.3

N50 G00 X46 快速定位

N60 G01 Z0 F0.1 直线插补

N70 G01 X48 Z-1

N80 Z-60

N90 X50

N100 X62 Z-120

N110 Z-45

N120 X80

N130 W-20

N140 G02 X80 W-60 R70 F0.1 

N150 Z-215

N160 X85

N170 Z-29

N180 X90

N190 M03 S900 T0101

N200 G70 P Q180  精加工循环

N210 G00 X100  X轴方向快速退刀 

N220 Z100  Z轴方向快速退刀

N230 M03 S500 T0102  选2刀架上上的刀具，主轴正转，转速500in

N240 G00 X51 Z-60  X、Z轴方向快速定位

N250 G01 X45 F0.1 N260 X50

N270 G00 X100 

N280 Z100

N290 M03 S450 T0303 选3号刀架上的刀具，主轴正转，转速450r/min

N300 G00 X55 Z4

N310 G92 X45 Z-58 F1-5  车螺纹

N320 X44.5

N330 X44

N340 X43.5

N350 X43.05

N360 G00 X100  X轴快速退刀

N370 Z100  Z轴快速退刀

N380 M30 程序结束

7.2.2程序输入数控系统

将程序在数控车床MDI方式下直接输入数控系统，或通过计算机通信接口将程序输入数控机床的数控系统。然后在CRT屏幕上模拟切削加工，检验程序的正确性。

7.2.3手动对刀操作

通过对刀操作设定工件坐标系，记录每把刀的刀尖偏置值，在运行加工程序中，调用刀具的偏置号，实现对刀尖偏置值的补偿。

7.2.4程序校验

进行程序校验及加工轨迹仿真。按下主功能的图形模拟键(如GRAPH)，进入图形模拟加工状态，输入毛坯内、外径及伸出卡爪长度，调整毛坯大小。根据加工程序中使用的刀具，设置刀号。加工零件所用刀具号全部设好后，按下确认键、图形键进行模拟加工。如加工路径有错，回到加工程序编辑状态进行修改。修改后，再进行模拟加工，直到完全正确为止。

7.2.5测量修调

在自动方式下自动加工并测量修调：

1.选择主功能的自动执行状态；

2.选择要执行的零件程序；

3.显示工件坐标系；

4.按下数控启动键；

5.在自动加工中如遇突发事件，应立即按下急停按钮；

6.加工完毕，取下工件，清洁机床。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结  论

在整个过程中，我把设计所涉及到的课本都系统地复习了一遍，有的比以前学的更透彻，而且有了整体概念。同时还把这些课本的内容都联系了起来，整合到了一份设计上。通过对轴套类零件的加工加工艺及分析，使得“理论”与“实践”的整合，“技术”与“经验”的整合，真可谓全兵演练，真的受益非浅。然而，通过这次设计也暴露出了我的许多不足之处，概念模糊、对机械方面加工知识不够全面，缺乏创新理念等等。这些不足在以后的工作中肯定起到很大的反作用，阻碍工作进展，所以我会狠下功夫，改掉这些不足。

通过本次设计，使我们以前所学的多门知识得到了一次综合性地运用，也使我们进一步理解了各门学科之间的相互联系。通过机床进给运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到结构构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、编写技术文件和查阅技术资料的等方面的综合训练，也使我们进一步树立了正确的设计思想，掌握了基本的设计方法。本次设计在提高我们解决实际问题能力的同时，也让我们认识到了自身或多或少在某些方面还有不足之处，有待提高。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

[1] 范忠仁.刀具工程师手册.黑龙江：黑龙江科学技术出版社，1985

[2] 赵军华，肖龙.数控车削加工技术.北京：机械工业出版社，2010

[3] 赵如福.金属机械加工工艺人员手册.上海：上海科学技术出版社，2006

[4] 周兰.数控车削编程与加工技术.北京：机械工业出版社，2010

[5] 王光斗，王春福.机械夹具设计手册,上海：上海科学技术出版社，2000

[6] 关雄飞.数控加工工艺.北京：机械工业出版社，2011

[7] 中国机械工程学会热处理学会.热处理手册. 机械工业出版社，2008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

致  谢

刚接到要写毕业设计的时候，大脑一片空白，毕竟是第一次接触这方面，虽然在大一期间就知道要写毕业设计，面对任务书上所涉及的概念，都是朦胧的感觉。经过了这一段时间，在指导老师的热心帮助下和我们自己的努力下完成了这次设计。

经过不懈的努力，我们顺利完成了对轴套类零件的加工工艺及分析。在这段时间内,我们本着“以我所学，为我所用，提高自我”的宗旨，按照设计要求、结合所学设计理论一步一步，认认真真地分析、计算，近乎绞尽脑汁终于取得了现在的圆满成功。但是，“不经一番寒彻骨，那得梅花扑鼻香”。虽然在本次设计过程中，我们明显感觉到本次相对以前，所做的课程设计难度较高，但我们还是把它完成了。

由于水平有限，整个设计中不妥之处，恳请老师不吝指正。