階梯軸的加工工藝與編程[1]

1、臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成果材料（2009屆） 題 目 階梯軸的加工工藝與編程 專業(yè)班級(jí) 10數(shù)控技術(shù)大專班 學(xué)生姓名 胡海燕 指導(dǎo)教師 馮國(guó)發(fā) 2009 年 5 月 20 日目 錄文本成果摘要1關(guān)鍵詞11 引言 12 數(shù)控車床22.1 數(shù)控車床的組成22.2 數(shù)控車床的特點(diǎn)23 數(shù)控的加工工藝33.1 工序的劃分43.2 順序的安排43.3 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85 總結(jié)8參考文獻(xiàn)9階梯軸的加工工藝與編程盧勇堅(jiān)摘要：本文以加工典型軸類零件為例，說(shuō)明數(shù)控車床的加

2、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(guò)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(guó)制造業(yè)中，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也越來(lái)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(guò)加工一軸類零件，闡述了零件加工過(guò)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制等。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；加工；編程Abstract: Based on the processing of typical axial parts for CNC lathe, the processing and progr

3、amming. The machine is the important human production tools, but also the important social productivity development level. After half a century, the development of modern manufacturing CNC machine has been one of the important symbols in Chinese manufacturing, CNC, more and more widely, is a compreh

4、ensive enterprise strength. This paper expounds the structure and characteristics of CNC lathe, CNC machining technics and. In addition, through an axial parts processing, expounds the machining process, including the process analysis, tool selection, and the processing of cutting parameter programm

5、ing, etc.Key words: CNC lathe, Processing, Programming,1 引言數(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。從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)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

6、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)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。2 數(shù)控車床2.1 數(shù)控車床的組成主機(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。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。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)及進(jìn)給電機(jī)等。他

7、在數(shù)控裝置的控制下通過(guò)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。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(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。2.2 與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.2.1、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

8、皮帶副或齒輪副連接。2.2.2、數(shù)控車床是直接采用直流或交流主軸，按控制指令做無(wú)級(jí)變速，主軸之間不必用多級(jí)齒輪副來(lái)進(jìn)行變速、為擴(kuò)大變速范圍，現(xiàn)在一般還要通過(guò)一級(jí)齒輪副，一實(shí)現(xiàn)分段無(wú)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。2.2.3、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。2.2.4、數(shù)控車床還具有

9、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)。2.2.5、數(shù)控車床一般還配有自動(dòng)排屑裝置。2.2.6、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 數(shù)控加工工藝路線設(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(guò)程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過(guò)程的具體

10、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(guò)程中，因而要與普通加工工藝銜接好。數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：3.1 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：3.1.1、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)。 3.1.2、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

11、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。3.1.3、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。3.1.4、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(lái)說(shuō)，凡要進(jìn)行粗、精加工的都要將工序分開(kāi)。3.2 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(lái)考慮。順序安排一般應(yīng)按以下原則進(jìn)行：3.2.1、上道工序的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。3.2.2、先進(jìn)行內(nèi)

12、腔加工，后進(jìn)行外形加工。3.2.3、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)。3.3 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(méi)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，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

13、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(lái)擺放的。對(duì)于數(shù)控加工來(lái)說(shuō)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。如下表：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# 60-23070-22080-180合金鋼100-220100-23070-22070-220

14、80-22080-200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(lái)說(shuō)，可以采用冷卻劑或選用剛性好的個(gè)、刀具。4 實(shí)例如下圖為典型軸類零件，該零件材料為L(zhǎng)Y12，毛坯尺寸為106×130，無(wú)熱處理和硬度要求。4.1 零件圖工藝分析4.1.2、該零件表面由圓柱、圓錐等表面組成。零件材料為L(zhǎng)Y12，毛坯尺寸為為106×130，無(wú)熱處理和硬度要求。4.1.2、選擇設(shè)

15、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。4.1.3、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。4.1.4、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(jiàn)表1）。表1  數(shù)控加工刀具卡片產(chǎn)品名稱或代號(hào)×××零件名稱典型軸零件圖號(hào)××

16、×序號(hào)刀具號(hào)刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面?zhèn)渥?T01右手外圓偏刀1粗車外輪廓表面20×202T02右手外圓偏刀1精車外輪廓表面20×203T03600外螺紋車刀1精車輪廓及螺紋20×204T04切槽刀1切4 mm槽、切斷B=4 20×20編制×××審核×××批準(zhǔn)×××共  頁(yè)第  頁(yè)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 =

17、 nf，計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度（計(jì)算過(guò)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2工序卡中。表2  軸的數(shù)控加工工藝卡片單位名稱×××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CK6140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T0120×208001002 2從右至左精車各面T0220&

18、#215;201500800.5 3切槽T0420×2040030  4車M18×1.5螺紋T0320×203001.5 / r4.4 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(lái)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； /*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； /*粗車C5倒角N