1、最新版轴套配合件的数控加工工艺分析毕业设计毕 业 论 文课 题 名 称轴套配合件的数控加工工艺分析分 院专 业 机械工程学院机电一体化班 级数维1011学 号学 生 姓 名蔡海江指导教师：庄亚红 2013年6月1日摘 要随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等
2、)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词 : 工艺分析,加工方案,进给路线,控制尺寸。AbstractExpands unceasingly along with the development of numerical control technology and application field, plays a mor
3、e and more important role in the development of NC machining technology of beneficial to the peoples livelihood, because the efficiency, quality is the subject of advanced manufacturing technology. High-speed, raise the efficiency greatly, improve the quality and grade of products, shorten productio
4、n cycle and improve the market competition ability. For NC processing, either manual or automatic programming, the programming before going through the process analysis of the parts processing, processing scheme worked, choose a suitable tool, determine the amount of cutting, some process problems (
5、such as a knife point, processing route etc) also need to do some processing. And control the accuracy of the method in the process, to produce qualified products.According to the characteristics of CNC, the specific parts, analyzes the process scheme, the scheme determination of tooling, cutting to
6、ols and cutting parameters selection, determine the processing order and processing line, NC programming. Through the process of making the whole process, fully embodies the CNC equipment to ensure the machining accuracy, processing efficiency, the advantages of the simplified procedures.Keywords: p
7、rocess analysis, process scheme, the feed line, control size.目 录第1章 概述 11.1数控机床的发展 11.2数控机床分类及数控加工的特点 2第2章 零件的介绍 52.1零件图 52.2零件的技结构分析 62.3零件的加工过程 6第3章 零件工艺分析 83.1零件图的分析 83.2零件工艺过程分析 83.3切削用量的确定 113.4工艺路线的制定与工序的划分 123.5走刀路线的确定 143.6 工艺卡片的制作 17第4章 数控编程 204.1数控系统介绍 204.2数控程序 21第5章 加工过程 245.1机床的开机 245.2
8、零件的装夹对刀 245.3零件加工程序的输入 245.4零件加工结果 24第6章 总结 26谢辞 27参考文献 28第1章 概述1.1数控机床的发展近些年来，由于世界经济与政治格局的变化，中国在世界制造业中的地位也有了很大的改变，对于数控加工技术的掌握也越来越成熟。目前，世界上许多的发达国家在制造业方面的生产技术已经发展到了某种层次上的高峰，通过钢铁冶炼产业、机械加工产业与微电子科技上的完美结合，使得其制造业的生产效率和加工质量都得到了跨越式的提高。在这样的背景下，我国的数控技术也有了很大的发展，在生产中对于数控机床的使用也日益广泛。数控机床是现代机械制造业的非常关键的设备，它是一种综合计算机
9、系统、精密检测系统、伺服系统、自动控制以及复杂的机械结构的机械加工器械，在机械制造业中得到越来越普遍的应用。1.1.1数控技术是数字化制造和制造自动化的核心技术支持科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术发生了深刻的变化，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品的生产设备提出了三高（高性能、高精度和高自动化）的要求。在机械产品中，单件和小批量产品占到70%80%。由于这类产品的生产批量小、品种多，一般都采用通用机床加工。当产品改型时，加工所用的机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量。
10、要实现这类产品的自动化成为机械制造业中长期未能解决的难题。大批大量生产的产品，如汽车、摩托车、家用电器等零件，为了解决高产优质的问题，多采用专用机床、组合机床、专用自动化机床以及专用自动生产线和自动化车间进行生产。但是应用这些专用生产设备，生产周期长，产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长，生产设备使用的柔性很差。现代机械产品的一些关键零部件，如在造船、航天、航空、机床及国防部门的产品零件，往往都精度复杂、加工批量小、改型频繁，显然不能在专用机床或组合机床上加工。而借助靠模和仿行机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大限制。特别对空间的复杂曲线曲面，在普通机
11、床上根本无法实现。1.1.2数控技术的发展的几个主要阶段数控机床产生后随着微电子技术和计算机的发展(1)1952年至1959年：第一代数控系统，采用电子管元件;(2)20世纪60年代前期：第二代数控系统，采用晶体管元件;(3)20世纪60年代后期：第三代数控系统，采用集成电路;(4)20世纪70年代前期：第四代数控系统，采用大规模集成电路和小型通用计算机;(5)20世纪70年代后期开始：第五代数控系统，采用微处理器和微型计算机。 数控机床经历的5个时代可以分为2个阶段。第一、二、三代数控系统主要由电器的硬件和连线组成，所以称之为接线逻辑数控系统（Wired Logic NC）或硬数控系统。它的
12、特点是具有很多的硬件电路和连接接点，电路复杂，可靠性不好，这是数控系统发展的第一阶段。第四、五两代数控系统主要是由计算机硬件和软件组成，所以称之为CNC系统。它的特点是控制和运行主要由软件来完成，容易扩大功能、柔性好、可靠性高，因此也称为软数控系统。1.2数控机床分类及数控加工的特点1.2.1数控机床的分类 (1)按工艺用途分类 1)一般数控机床(钻床、车床、铣床、镗床、磨床和齿轮加工机床)。 2) 数控加工中心。 (2) 按加工方式分类 1)金属切削类：如数控车、钻、镗、铣、磨、加工中心等。 2)金属成型类：如数控折弯机、弯管机、四转头压力机等。 3) 特殊加工类： 如数控线切割、电火花、激
13、光切割机等。 4) 其他类：如数控火焰切割机、三坐标测量机等。 (3) 按控制坐标轴数分类 1) 两坐标数控机床：两轴联动，用于加工 各种曲线轮廓的回转体，如数控车床。 2) 三坐标数控机床：三轴联动，多用于加工曲面零件，如数控铣床、数控磨床。 3) 多坐标数控机床：四轴或五轴联动，多用于加工形状复杂的零件。 (4) 按驱动系统的控制方式分类 1) 开环控制数控机床。 2) 闭环控制（Closed Loop Control）数控机床。 3) 半闭环控制（Semi-closed Loop Control）数控机床。 1.2.2 数控机床加工的特点随着先进生产技术的发展，要求现代数控机床向高速度、
14、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向发展。 (1)高速度、高精度化 高速化指数控机床的高速切削和高速插补进给，目标是在保证加工精度的前提下，提高加工速度。这不仅要求数控系统的处理速度快，同时还要求数控机床具有大功率和大转矩的高速主轴、高速进给电动机、高性能的刀具、稳定的高频动态刚度。 高精度包括高进给分辨率、高定位精度和重复定位精度、高动态刚度、高性能闭环交流数字伺服系统等。 数控机床由于装备有新型的数控系统和伺服系统，使机床的分辨率和进给速度达到0.1m(24mmin)，lm(100240mmin)，现代数控系统已经逐步由16位CPU过渡到32位CPU。日本产的FANUCl5系统开发出
15、64位CPU系统，能达到最小移动单位0.1m时，最大进给速度为100mmin。FANUCl6和FANUCl8采用简化与减少控制基本指令的RISC(Reduced Instruction Set Computer)精简指令计算机，能进行更高速度的数据处理，使一个程序段的处理时间缩短到0.5ms，连续lmm移动指令的最大进给速度可达到120mmin。 本交流伺服电动机已装上每转可产生100万个脉冲的内藏位置检测器，其位置检测精度可达到0.01mm脉冲及在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法。补偿技术方面，除采用齿隙补偿、丝杠螺距误差补偿、刀具补偿等技术外，还开发了热补偿技术，减少由热变形引
16、起的加工误差。 (2）开放式 要求新一代数控机床的控制系统是一种开放式、模块化的体系结构：系统的构成要素应是模块化的，同时各模块之间的接口必须是标准化的； 系统的软件、硬件构造应是“透明的”、“可移植的”； 系统应具有“连续升级”的能力。为满足现代机械加工的多样化需求，新一代数控机床机械结构更趋向于“开放式”：机床结构按模块化、系列化原则进行设计与制造，以便缩短供货周期，最大限度满足用户的工艺需求。数控机床的很多部件的质量指标不断提高，品种规格逐渐增加、机电一体化内容更加丰富，因此专门为数控机床配套的各种功能部件已完全商品化。 (3）智能化 所谓智能化数控系统，是指具有拟人智能特征，智能数控系
17、统通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度、切削深度、坐标移动、主轴转速等工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 （4）复合化 复合化加工，即在一台机床上工件一次装夹便可以完成多工种、多工序的加工，通过减少装卸刀具、装卸工件、调整机床的辅助时间，实现机多能，最大限度提高机床的开机率和利用率。60年代初期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心（MC），即自备刀库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可自动更换刀具，连续地对工件的各加工面进行多种工序加工。
18、目前加工中心的刀库容量可多达120把左右，自动换刀装置的换刀时间为l2s。加工中心中除了镗铣类加工中心和车削类车削中心外，还出现了集成型车铣加工中心、自动更换电极的电火花加工中心，带有自动更换砂轮装置的内圆磨削加工中心等。随着数控技术的不断发展，打破了原有机械分类的工艺性能界限，出现了相互兼容、扩大工艺范围的趋势。复合加工技术不仅是加工中心、车削中心等在同类技术领域内的复合，而且正向不同类技术领域内的复合发展。多轴同时联动移动，是衡量数控系统的重要指标，现代数控系统的控制轴数可多达16轴，同时联动轴数已达到6轴。高档次的数控系统，还增加了自动上下料的轴控制功能，有的在PLC里增加位置控制功能，
19、以补充轴控制数的不足，这将会进一步扩大数控机床的工艺范围。 （5）高可靠性 高可靠性的数控系统是提高数控机床可靠性的关键。选用高质量的印制电路和元器件，对元器件进行严格地筛选，建立稳定的制造工艺及产品性能测试等一整套质量保证体系。在新型的数控系统中采用大规模、超大规模集成电路实现三维高密度插装技术，进一步地把典型的硬件结构集成化，做成专用芯片，提高了系统的可靠性。 （6）多种插补功能数控机床除具有直线插补、圆弧插补功能外，有的还具有样条插补、渐开线插补、螺旋插补、极坐标插补、指数曲线插补、圆柱插补、假想坐标插补等。第2章 零件的介绍2.1零件图这是一个轴套类零件由轴类零件（图2.1）和套类零件
20、（图2.2）组成 技术要求： (1)不允许使用纱布和锉刀修饰表面 (2)未注明倒角145图2.1 轴类零件技术要求： (1)不允许使用纱布和锉刀修饰表面 (2)未注明倒角145图2.2 套类零件2.2零件的结构分析 2.2.1轴类零件的结构分析一般轴类零件的结构根据结构形状的不同可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。其长径比小于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。轴类零件的尺寸精度一般为IT6IT9，表面粗糙度为Ra2.5m0.63m。所加工的轴类零件表面由外圆柱面，阶梯外圆面，退刀槽及螺纹等表面组成，其中39mm，30 mm这两个直径尺寸有较高的表面粗糙度要求。表面粗糙度
21、要求为1.6m，为了保证通常减小切削力和切削热的影响，粗精加工分开，使粗加工中的变形在精加工中得到纠正，加工时需要零件材料为45号钢，毛胚尺寸为45mmX80mm,切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。2.2.2套类零件的结构分析一般套类零件在机器中起支撑和导向作用，主要由端面、外圆、内孔等组成、零件的壁厚较薄，易产生变形，一般零件直径大于其轴向尺寸。孔与外圆一般具有较高的同轴度要求。所加工的套类零件由外圆柱面，内孔，内槽，内螺纹组成。其主要特点是内外圆柱面和相关端面的形状。同轴度要求高，加工内螺纹时要与外螺纹配合进行加工，使其达到图纸要求的配合精度。加工时将上道工序切断的棒料进行装夹，加工右
22、面的端面，该棒料是45#钢，切削性能较好，无热处理。2.3零件的加工过程轴类零件的大概工作过程为：车外圆和端面确定机床坐标原点（对刀）。装夹左端面，车右端面并用尾座小钻头确定孔位，然后用顶尖装置顶紧。粗车外圆留加工余量0.2-0.5mm。将图纸上尺寸加到到39.5mm，30.5mm，20.5mm。精加工各外圆尺寸，到达图纸的要求，重点保证30mm外圆尺寸。加工退刀槽，槽4mm x2mm。用60螺纹刀粗精加工M20x2的螺纹达到图纸要求。调头装夹，选用4mm的槽刀切断工件的同时将右端进行倒角。去除毛刺，检测工件的各项要求。套类零件的大概工作过程为：车外圆和端面确定机床坐标原点。车端面并用尾座小钻
23、头钻定孔位，然后用顶尖装置顶紧。粗车39mm外圆，同时留余量2mm进行精加工，松开顶锥，然后用15的钻孔刀钻至30mm的深度。用内孔车刀镗孔粗加工内孔M20带有螺纹的孔，精镗孔的精加工余量为1.5mm。用内螺纹车刀加工M20内螺纹，并与轴的外螺纹配合进行加工。用45硬质合金端面车刀倒角。调头车削左端面，保证长度为30误差为正负0.08mm用内孔车刀粗加工内孔30的孔，精镗孔的精加工余量留1.5mm。精加工3的孔，保证配合件间隙在0.070.13mm。用45硬质合金端面车刀倒角。去除毛刺，检测工件各项尺寸要求。通过两个零件的成品进行组合来确定零件的可用性。第3章 零件工艺分析3.1零件图的分析该
24、零件为轴套配合类零件根据它的技术要求，以及套件的配合达到所需要的要求，可采用以下几点工艺措施:（1）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时要取平均值，以更好的保证加工完的零件在图纸要求的精度范围以内。（2）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。（3）为便于装夹，套类零件的坯件左端应预先粗找正，车出夹持部分，右端面也应先粗找正，车出夹持部分并钻好中心孔。工件一也是先找正车除左右两端的夹持部分，为该零件的加工建立粗基准。3.2零件工艺过程分析3.2.1零件所用的毛坯的选择各类零件常用
25、的毛坯如下：（1） 铸造毛坯：适合做形状复杂零件的毛坯；（2） 锻造毛坯：适合做形状简单零件的毛坯；（3） 型材：适合做轴、平板类零件的毛坯；（4） 焊接毛坯：适合板料、框架类零件的毛坯。 毛坯选择原则是毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少机械加工。毛坯选择应考虑的因素是（1） 生产纲领的大小： 对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，节省材料。 （2） 现有生产条件： 要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力。 对于本零件的加工我们采用棒料来加工，选用45号钢，45*80的材料加工工件一(轴类零件)， 45*60的材料加工工件2（套类零件），因为我们都是单件生产
26、，所以我们以便于加工为主要目的。3.2.2零件装夹和定位基准的确定3.2.2.1定位基准的确定基准是在零件图上或实际的零件上，用来确定其它点、线、面位置时所依据的那些点、线、面。基准按其功用可分为：（1） 设计基准： 零件工作图上用来确定其它点、线、面位置的基准，为设计基准。（2） 工艺基准： 在零件加工、测量和装配过程中使用的基准。1)工序基准： 是指在工序图上，用来确定加工表面位置的基准。它与加工表面有尺寸、位置要求。2)定位基准： 是加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准。3)度量基准（测量基准）： 是用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准。4)装配基准： 是装配过程中
27、用以确定零部件在产品中位置的基准。举例见图3.1图3.1 有定位基准的选择原则 （1）准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。（2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。（3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。综上：(1）轴类零件和套类零件的粗基准都是采用毛坯面。(2）轴类零件的精基准为36的外圆柱面，套类零件的精基准是46的外圆柱面此次设计所选用的是以工件的中心孔定位，因为轴类零件各外圆表
28、面、螺纹表面是尺寸精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。3.2.2.2零件装夹的确定工件的装夹不仅影响零件的加工质量，而且对生产率、加工成本及操作安全都有直接的影响。所以，选择正确的装夹方式是很有必要的。为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。数控工件的装夹方法有（1）三爪自定心卡盘（俗称三
29、爪卡盘）装夹特点：自定心卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力没有单动卡盘大，用途：适用于装夹外形规则的中、小型工件。（2）四爪单动卡盘（俗称四爪卡盘）装夹特点：单动卡盘找正比较费时，但夹紧力较大。用途：适用于装夹大型或形状不规则的工件。（3）一顶一夹装夹特点：为了防止由于进给力的作用而使工件产生轴向位移，可在主轴前端锥孔内安装一限位支撑,也可利用工件的台阶进行限位.用途：这种方法装夹安全可靠，能承受较大的进给力，应用广泛。（4）用两顶尖装夹特点：两顶尖装夹工件方便，不需找正，定位精度高。但比一夹一顶装夹的刚度低，影响 了切削用量的提高。用途：较长的或必须经过多次装夹后才能加工好的工件，或工序较多，
30、在车削后还要铣削或磨削的工件。选择合适的装夹方式是保证精度的前提，此次设计所选用的装夹方式三爪卡盘直接装夹，因为装夹工件方便，省时省力，且工件安装后一般不需要校正，适用于装夹外形规则的中小型零件。3.2.3所用的刀具以及量具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。查阅机械加工常用刀具数据选用以下系列刀具用于数控车削加工。（1）选用45o硬质合金端面车刀车削端面；（2）选用
31、95o外圆粗车刀粗车外圆表面；（3）选用90o外圆精车刀精车外圆表面；（4）选用标准中心钻钻中心孔；（5）选用15mm钻头钻15mm的孔，为后面镗孔加工做准备；（6）选用75內孔车刀镗孔；（7）选用60o三角内螺纹车刀车内螺纹；（8）选用4mm切槽车刀切断。刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢？所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对与工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是：便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。实际操作机床时，可以通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。用手动对到操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”时指刀
