階梯軸的加工工藝與編程

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文） 課題名稱 階梯軸的加工工藝與編程 專 業(yè) 東南大學(xué)機(jī)電一體化 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 起訖日期 2012年8月-2012年12月 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 徐州函授站 摘 要本文以加工典型軸類零件為例，說明數(shù)控車床的加工與編程。機(jī)床是人類進(jìn)行生產(chǎn)勞動(dòng)的重要工具，也是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已是現(xiàn)代制造業(yè)的重要標(biāo)志之一，在我國制造業(yè)中，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也越來越廣泛，是一個(gè)企業(yè)綜合實(shí)力的體現(xiàn)。本文闡述了數(shù)控車床的組成及其特點(diǎn)，以及數(shù)控的加工工藝。另外，本文通過加工一軸類零件，闡述了零件加工過程，包括零件圖的工藝分析、刀具的選擇、切削用量的確定以及加工程序的編

2、制等。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 加工 編程 目 錄1 引言 12 數(shù)控車床22.1 數(shù)控車床的定義22.2 數(shù)控車床的特點(diǎn)22.3 數(shù)控車床的組成22.3.1 主機(jī)22.3.2 數(shù)控裝置22.3.3 驅(qū)動(dòng)裝置32.3.4 輔助裝置32.4與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)43 數(shù)控的加工工藝33.1數(shù)控加工與通用機(jī)床加工工藝路線設(shè)計(jì)的區(qū)別63.2數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題63.2.1 工序的劃分43.2.2 順序的安排43.2.3 切削條件的三要素44 實(shí)例54.1 零件圖工藝分析64.2 刀具選擇64.3 確定切削用量74.4 加工程序與路徑8結(jié)論9 參考文獻(xiàn)9 致謝9 1 引言數(shù)控機(jī)床是數(shù)

3、字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用

4、范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 2 數(shù)控機(jī)床2.1數(shù)控機(jī)床定義 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。2.2數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)

5、廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。2.3數(shù)控機(jī)床組成2.3.1主機(jī)主機(jī)：他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。2.3.2數(shù)控裝置數(shù)控裝置：是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、crt顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。2.3.3驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置：他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及

6、進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。2.3.4輔助裝置輔助裝置：指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。2.4與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖1為一種普通車床的主軸結(jié)構(gòu)圖2為nf520數(shù)控車床的主軸結(jié)構(gòu)1、傳動(dòng)短由于數(shù)控車床刀架的兩個(gè)方向分別由兩臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以它的傳動(dòng)鏈短，不必使用

7、掛輪、光桿等傳動(dòng)部件，用伺服電動(dòng)機(jī)直接與絲桿連接帶動(dòng)刀架運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)絲杠間也可以用同步皮帶副或齒輪副連接。2、剛度大數(shù)控車床是直接采用直流或交流主軸，按控制指令做無級(jí)變速，主軸之間不必用多級(jí)齒輪副來進(jìn)行變速、為擴(kuò)大變速范圍，現(xiàn)在一般還要通過一級(jí)齒輪副，一實(shí)現(xiàn)分段無級(jí)調(diào)速，即使這樣床頭箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)已比傳統(tǒng)車床簡(jiǎn)單得多。數(shù)控車床得另一個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是剛度大，這是為了與數(shù)控系統(tǒng)的高精度控制相匹配，以便高精度的加工。3、輕拖動(dòng)數(shù)控車床的第三個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是輕拖動(dòng)。刀架移動(dòng)一般采用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副是數(shù)控車床得關(guān)鍵機(jī)械部件之一，滾珠絲杠兩端安裝得滾動(dòng)軸承是專用軸承，它得壓力角比較常用的向心推力球輛承要大得

8、多。這種專用軸承配對(duì)安裝，是選配的，最好是出廠時(shí)就是成對(duì)的。4、功能多數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護(hù)比較嚴(yán)密等特點(diǎn)，自動(dòng)運(yùn)裝時(shí)一般都處于全封閉或半封閉狀態(tài)。5、自排屑數(shù)控車床一般還配有自動(dòng)排屑裝置。6、高精度、高穩(wěn)定數(shù)控車床加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量，可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； 機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的35倍）； 機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 對(duì)操作人員要求高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。 3 數(shù)控的加工工藝3.1數(shù)控加工與通用機(jī)床加工工藝路線設(shè)計(jì)的區(qū)別數(shù)控

9、加工工藝路線設(shè)計(jì)與通用機(jī)床加工工藝路線設(shè)計(jì)的主要區(qū)別,在于它往往不是指從毛坯到成品的整個(gè)工藝過程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。因此在工藝路線設(shè)計(jì)中一定要注意到，由于數(shù)控加工工序一般都穿插于零件加工的整個(gè)工藝過程中，因而要與普通加工工藝銜接好。3.2數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題3.2.1工序的劃分根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，數(shù)控加工工序的劃分一般可按下列方法進(jìn)行：1）、以一次安裝、加工作為一道工序。這種方法適合于加工內(nèi)容較少的工件，加工完后就能達(dá)到待檢狀態(tài)。2)、以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。有些工件雖然能在一次安裝中加工出很多待加工表面，但考慮到程序太長(zhǎng)，會(huì)受到某些限制，如控制系

10、統(tǒng)的限制（主要是內(nèi)存容量），機(jī)床連續(xù)工作時(shí)間的限制（如一道工序在一個(gè)工作班內(nèi)不能結(jié)束）等。此外，程序太長(zhǎng)會(huì)增加出錯(cuò)與檢索的困難。因此程序不能太長(zhǎng)，一道工序的內(nèi)容不能太多。3)、以加工部位劃分工序。對(duì)于加工內(nèi)容很多的工件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部位分成幾個(gè)部分，如內(nèi)腔、外形、曲面或平面，并將每一部分的加工作為一道工序。4)、以粗、精加工劃分工序。對(duì)于經(jīng)加工后易發(fā)生變形的工件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形需要進(jìn)行校形，故一般來說，凡要進(jìn)行粗、精加工的都要將工序分開。3.2.2 順序的安排順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，以及定位安裝與夾緊的需要來考慮。順序安排一般應(yīng)按以下原則進(jìn)行：1)、上道工序的

11、加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機(jī)床加工工序的也應(yīng)綜合考慮。2)、先進(jìn)行內(nèi)腔加工，后進(jìn)行外形加工。3)、以相同定位、夾緊方式或同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)加工，以減少重復(fù)定位次數(shù)、換刀次數(shù)與挪動(dòng)壓板次數(shù)。3.2.3 切削條件的三要素切削速度、進(jìn)給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會(huì)上升，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會(huì)減少1/2。進(jìn)給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進(jìn)給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對(duì)刀具的影響小。切深對(duì)刀具的影響雖然沒有切削速度和進(jìn)給量大，但在微小切深切削時(shí)，被切削材料產(chǎn)生硬化層

12、，同樣會(huì)影響刀具的壽命。在三坐標(biāo)的測(cè)量中工件的擺放很關(guān)鍵，雖然工件的擺放對(duì)于最后的結(jié)論影響微戶其微，但是卻關(guān)系到在測(cè)量中程序的如何編制，以及在最后編制完后對(duì)要測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)的評(píng)值方式也不一樣。在本例中工件的擺放是按圖紙的主視圖方向來擺放的。對(duì)于數(shù)控加工來說要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進(jìn)給量、切深等選擇使用的切削速度。如表一：被切削材料名稱輕切削一般切削重切削切深0.5到1.0mm進(jìn)給量0.05到0.3mm/rev切深1到4mm進(jìn)給量0.2到0.5mm/rev切深5到15mm進(jìn)給量0.4到0.8mm/rev優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10# 100-250150-25080-22045# 60-

13、23070-22080-180合金鋼100-220100-23070-22070-22080-22080-200表一切削速度的選擇最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達(dá)到壽命才是理想的條件。在實(shí)際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量有關(guān)。在確定加工條件時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究。對(duì)于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的個(gè)、刀具。4 實(shí)例如圖三為典型軸類零件，該零件材料為ly12，毛坯尺寸為106130，無熱處理和硬度要求。圖三典型軸類零件4.1 零件圖工藝分析1）、該零件表面由圓柱、圓錐等表

14、面組成。零件材料為ly12，毛坯尺寸為為106130，無熱處理和硬度要求。2）、選擇設(shè)備、根據(jù)被加工零件的外形和材料等條件，選用nf520數(shù)控車床。3）、確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式：定位基準(zhǔn)、確定坯料軸線和左端面為定位基準(zhǔn)；裝夾方法、采用三爪自定心卡盤自定心夾緊。4）、加工順序及進(jìn)給路線：加工順序按先車端面，然后遵循由粗到精、由近到遠(yuǎn)（由右到左）的原則。即先從右到左粗車各面（留0.5精車余量），然后從右到左精車各面，最后切槽、車削螺紋、切斷。4.2 刀具的選擇刀具材料為w18cr4v。將所選定的刀具參數(shù)填入數(shù)控加工刀具卡片中（見表2）。產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱典型軸零件圖號(hào)序號(hào)刀具號(hào)刀具規(guī)格名

15、稱數(shù)量加工表面?zhèn)渥?t01右手外圓偏刀1粗車外輪廓表面20202t02右手外圓偏刀1精車外輪廓表面20203t03600外螺紋車刀1精車輪廓及螺紋20204t04切槽刀1切4 mm槽、切斷b=4 2020編制審核批準(zhǔn)共 頁第 頁表2 數(shù)控加工刀具卡片4.3 確定切削用量根據(jù)被加工表面質(zhì)量要求、刀具材料和工件材料，參考切削用量手冊(cè)或有關(guān)資料選取切削速度與每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，然后利用公式v c=dn/1000和vf = nf，計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度（計(jì)算過程略），最后根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正，計(jì)算結(jié)果填入表3工序卡中。單位名稱產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱零件圖號(hào)軸2工序號(hào)程序編號(hào)夾具名稱使用設(shè)備車間001三爪卡盤c

16、k6140數(shù)控車床數(shù)控中心工步號(hào)工步內(nèi)容（尺寸單位 ）刀具號(hào)刀具規(guī)格/ 主軸轉(zhuǎn)速/r.min 進(jìn)給速度/.min背吃刀量/ 備注1從右至左粗車各面t01202080010022從右至左精車各面t0220201500800.53切槽t042020400304車m181.5螺紋t0320203001.5 / r表3 軸的數(shù)控加工工藝卡片4.4 加工程序與路徑對(duì)圖中的零件可采用液壓卡盤裝夾一端來進(jìn)行車削加工，編程原點(diǎn)設(shè)置在右端面，采用兩次車削，精車余量單邊為0.2mm，其數(shù)控程序編寫如下：00005n0g50x110.0z20.0； /*設(shè)置工件原點(diǎn)在右端面（相當(dāng)于g92）n2g30u0w0； /*

17、直接回第二參考點(diǎn)n4g50s1200t0101m08； /*限制最高主軸轉(zhuǎn)速為1500rmin，調(diào)01號(hào)刀具n6g96s200m03； /*設(shè)定恒切削速度為200mm/minn8g00x63.4z3.0； /*快速走到外圓粗車始點(diǎn)(63.4，3.0)n10g01x75.4z-2.86f0.3； /以進(jìn)給率0.3mm/r粗車倒角n12z-34.8； /*粗車第一段外圓面n14x77.0； /*粗車r4mm處臺(tái)階端面n16g03x85.4z-39.0r4.2； /*粗車r4n加圓角n18z-54.8； /*粗車第二段外圓面n19x92.28； /*粗車c5處臺(tái)階端面n20x102.2z-59.72

18、； /*粗車c5倒角n22z-70.o； /*粗車第三段外圓面n24g00x104.0 z0.2； /*外圓面n26g00x76.0； /*快速走到點(diǎn)(76.0,0.2)n28x-1.6； /*粗車右端面n30g00z2.0； /快速走到點(diǎn)(o，2o)n32g30u0w0； /返回第二參考點(diǎn)以進(jìn)行換刀結(jié) 論通過本文，我們可以對(duì)數(shù)控機(jī)床有更多的認(rèn)識(shí)。通過這一零件的加工，我們可以更清楚的了解數(shù)控車床的加工過程和方法。目前，我們通過這些方法為生產(chǎn)節(jié)約了時(shí)間；也縮短了生產(chǎn)周期；提高了生產(chǎn)效率；并取得了很好的效果。還能很好的控制產(chǎn)品質(zhì)量、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展是與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)發(fā)展同步的，同時(shí)也是根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需要而發(fā)展的?，F(xiàn)在數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成熟，發(fā)展將更深更廣更快。未來的cnc系統(tǒng)將會(huì)使機(jī)械更好用，更便宜。參考文獻(xiàn)：1 華茂發(fā).數(shù)控機(jī)床加工工藝.機(jī)械工業(yè)出版社.19992 黃毅宏.李明輝.模具制造工藝.機(jī)械工業(yè)出版社.19973 宋本基.數(shù)控機(jī)床.哈爾濱工程大學(xué)出版.1999年3月第1版4 王潤(rùn)孝.機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)m.西北工業(yè)大學(xué)出版社.19