數(shù)控畢業(yè)設(shè)計

1、南 京 工 程 學 院 畢業(yè)設(shè)計作 者： 張賽健 學 號： 07 系 部： 機械制造系 專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù)與機械加工 題 目： 酒杯與葫蘆的設(shè)計及加工 指導者： 王磊 評閱者： 年 月 南 京畢業(yè)設(shè)計說明書摘要隨著社會的需要和科學技術(shù)的快速發(fā)展產(chǎn)品的競爭愈來愈激烈，學習數(shù)控技術(shù)的人不斷增長，而真正掌握這項技術(shù)的人必定是少數(shù)。科學水平的不斷發(fā)展，也使社會生產(chǎn)力得到了空前的進步，不斷催生而出的新的加工制造業(yè)越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)實踐之中，并對社會進步發(fā)揮著巨大的推進作用。數(shù)控加工就是其中最具代表性的技術(shù)之一。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)

2、略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標志。它的發(fā)展是信息技術(shù)(1T)與制造技術(shù)(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?，F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。本文主要介紹了數(shù)控加工工藝的概述。數(shù)控加工的切削基礎(chǔ)，數(shù)控加工工藝設(shè)計及數(shù)控加工工藝文件，數(shù)控加工的工具系統(tǒng)，數(shù)控加工夾具，數(shù)控切削等。設(shè)計內(nèi)容在表現(xiàn)形式上除了文字論述外，還附有圖片。在編寫形式上強調(diào)通俗易懂，由淺入深，并力求全面，系統(tǒng)和重點突出。通過本畢業(yè)設(shè)計，讀者可以掌握較完整的數(shù)控機床編程及簡單工藝知識，并適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需求。關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)，

3、機床，切削，加工工藝 目錄第一章 前言4第二章 零件圖的分析 、心軸二維圖的繪制5 21.2、心軸實體圖生成6 2.2、零件的結(jié)構(gòu)及其工藝性分析7第三章 毛坯的選擇 3.1、選擇毛坯時考慮的因素8 3.2、毛坯種類的選擇9 3.3、心軸毛坯的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸的選擇9第四章 加工心軸時定位與夾緊方式的選擇 4.1心軸定位基準的選擇9 4.2、心軸的設(shè)計基準10 4.3、心軸的工藝基準10 4.4、心軸的定位方法10 4.5、定位誤差的產(chǎn)生、計算11 第五章 擬定機械加工工藝路線 5.1、加工方法的確定11 5.2、機床與工藝設(shè)備的選擇12 5.3、切削用量的選擇.14第六章 完成心軸的加工 6

4、.1、心軸的切削加工.15 6.2、加工程序.15 6.3、工藝卡片17第七章 小結(jié)21 致謝.22 參考文獻22第一章 前言數(shù)控車床又稱為 CNC車床，即計算機數(shù)字控制車床，是目前國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的25%。數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品。是機械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。數(shù)控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置，幾

5、十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。 數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。它具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟效果。數(shù)控車床由數(shù)控裝置、床身、主軸箱、刀架進給系統(tǒng)、尾座、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排屑器等部分組成。數(shù)控車床分為立式數(shù)控車床和臥式數(shù)控車床兩種類型。立式數(shù)控車床用于回轉(zhuǎn)直徑較大的盤類零件車削加工。臥式數(shù)控車床用于軸向尺寸較長或小型盤類零件的車削加工。臥式數(shù)控車床按功能可進一步分為經(jīng)濟型數(shù)控車床、普通數(shù)控車床和車削加工中心。 1)經(jīng)濟型數(shù)控

6、車床：采用步進電動機和單片機對普通車床的車削進給系統(tǒng)進行改造后形成的簡易型數(shù)控車床。成本較低，自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。 (2)普通數(shù)控車床：根據(jù)車削加工要求在結(jié)構(gòu)上進行專門設(shè)計，配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車床。數(shù)控系統(tǒng)功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。這種數(shù)控車床可同時控制兩個坐標軸，即x軸和z軸。車削中心 (3)車削加工中心：在普通數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增加了C軸和動力頭，更高級的機床還帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標軸，聯(lián)動控制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和銑削動力

7、頭，這種數(shù)控車床的加工功能大大增強，除可以進行一般車削外，還可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。第二章 零件圖的分析2.1.1 酒杯造型酒杯二維圖（技術(shù)要求：未注倒角C0.5）酒杯實體圖 葫蘆造型葫蘆二維圖（技術(shù)要求：未注倒角C1）葫蘆實體圖2.2零件的結(jié)構(gòu)及其工藝性分析：1酒杯零件主要由直線、圓弧及曲線組成。酒杯零件屬于薄壁、細長的懸伸件。自身結(jié)構(gòu)剛性差，易產(chǎn)生振動變形；承受切削和加緊能力差，易引起熱變形。所以在切削過程中，必須采取適當?shù)拇胧?，如正確選擇刀具和切削余量，合理安排加工工序，以減小和補償形變，保證加工精度。酒杯零件的加工,可按先進行零

8、件內(nèi)表面的粗、精車加工,后進行外輪廓的粗、精車加工的方式進行切削加工。加工時,相關(guān)參數(shù)的選擇,直接關(guān)系零件的加工質(zhì)量。主要參數(shù)有主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進給速率、刀具切入時的S進給速率、步距寬度和切削深度等精度及技術(shù)要求分析：通過以上對零件的分析，初步確定酒杯的加工方案：機床采用CYNC-400TA數(shù)控車床，系統(tǒng)為FANUC Series oi Mate-TC。刀具選擇：外圓車刀、30°成形車刀、內(nèi)孔車刀、切槽刀及中心鉆、20mm鉆頭。夾具為三爪自定心卡盤。加工工序為先進行零件內(nèi)表面的粗、精車加工，后進行外輪廓的粗、精車加工。進給路線采用G00快速引刀，G01切點切入。內(nèi)表面加工結(jié)束采用軸徑向退刀

9、，避免撞刀；編程選擇手工編程。2葫蘆零件主要由直線，圓弧組成?？紤]到加工所使用的數(shù)控車床沒有曲線插補功能，所以設(shè)計時酒杯杯身的曲線部分采用圓弧相切的方式連接而成，各切點坐標已知。零件中各節(jié)點的坐標都已知，便于手工編程。葫蘆零件的加工可按外輪廓的粗、精車加工的方式進行切削加工。加工時,相關(guān)參數(shù)的選擇,直接關(guān)系零件的加工質(zhì)量。主要參數(shù)有主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進給速率、刀具切入時的S進給速率、步距寬度和切削深度等精度及技術(shù)要求分析：通過以上對零件的分析，初步確定葫蘆的加工方案：刀具選擇：外圓車刀、30°成形車刀、切槽刀。夾具為三爪自定心卡盤。加工工序為外輪廓的粗、精車加工。進給路線采用G00快速引刀，

10、G01切點切入。退刀注意工件的碰撞。第三章 毛坯的選擇3.1選擇毛坯時的考慮因素1） 、零件加工的工藝性能及心軸加工對材料組織和性能的要求;2） 、零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸;3） 、零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)；4）、 現(xiàn)有加工生產(chǎn)條件3.2毛坯種類的選擇 毛坯的種類分為四種，鑄件、鍛件、焊接件和型材。上述零件為形狀簡單，精度要求高，加工余量小，并且為單件小批生產(chǎn)、生產(chǎn)周期短的小型零件。綜合考慮，應(yīng)選擇型材作為加工零件的毛坯。3.3心軸毛坯的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸的選擇 為了盡量減少零件的機械加工切除量、勞動量和生產(chǎn)費用，節(jié)約能源與金屬材料，我們可以選擇一種與該心軸零件的外形尺寸相接近的毛坯，從上面的零件圖中我

11、們可以看出，酒杯可以選擇60的圓鋼做毛坯。因該工件最后要切斷，所以毛坯要長一點，毛坯長度尺寸為130mm。葫蘆可以選擇50的圓鋼做毛坯，該工件同樣要進行切斷，所以選擇毛坯長度為120 mm。綜上：酒杯毛坯為60×130mm的棒料。葫蘆毛坯為50×120mm的棒料第四章 加工心軸時定位與夾緊方式的選擇4.1 心軸定位基準的選擇： 粗基準選擇原則：（1）為了保證加工表面與不加工表面之間的位置要求，應(yīng)選擇不加工表面作為定位基準; （2）粗基準的選擇應(yīng)使各加工表面的余量合理分配； （3）粗基準應(yīng)避免重復使用，在同一尺寸方向上通常只允許使用一次； （4）用作粗基準的表面應(yīng)平整、光潔，

12、要避開鍛造飛翅和鑄造澆冒口、分型面等缺陷，以保證定位準確，夾緊可靠； 從加工酒杯選擇的毛坯來看，該毛坯結(jié)構(gòu)簡單，加工可在車床上利用三爪自定心卡盤裝夾外圓后來加工，因而粗基準可以選擇毛坯的左端外圓面或毛坯的右端外圓面，由酒杯的零件圖可看出，左端的加工量較小，而右端的加工量相對較多，容易產(chǎn)生較大的誤差，為了盡量減少誤差，可以選擇左端外圓為粗基準。而葫蘆同樣以上面的原則來定位。 精基準選擇原則：（1）基準重合原則 （2）基準統(tǒng)一原則 （3）自為基準原則 （4）互為基準原則4.2心軸的設(shè)計基準： 酒杯和葫蘆的設(shè)計基準為心軸的左端面。4.3心軸的工藝基準：酒杯和葫蘆的工藝基準為心軸的左端面。4.4心軸的

13、定位方法： 三爪卡盤定位。零件為簡單的軸類零件，加工面為外圓、端面、倒角，零件只在x，z二個方向上有加工精度要求，根據(jù)定位的基本原理可知，零件的毛坯在機床上用三爪卡盤定位時應(yīng)限制5個自由度，即沿x，y軸方向上的移動和繞x，y軸轉(zhuǎn)動的4個自由度和沿z軸方向移動的一個自由度。1）、限制x軸方向上的移動是為了減小心軸加工時，在切削力的作用下，由于心軸的定位基準面與三爪卡盤的限位基準面不重合而產(chǎn)生的基準位移誤差；2）、限制x軸方向上的轉(zhuǎn)動是為了減小心軸在車外圓面時，在切削力的作用下，各個外圓面之間的同軸度誤差；3）、限制z軸方向上的移動是為了減小心軸在車削時，由于心軸左右移動而產(chǎn)生的長度方向上的尺寸精

14、度誤差；4）、限制y軸方向上的移動是為了減小心軸在車削時，由于心軸上下移動而產(chǎn)生的圓度誤差和同軸度誤差；5）、限制y軸方向上的轉(zhuǎn)動是為了減小心軸在車削時，由于心軸繞y軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的同軸度誤差；零件加工時用安裝在數(shù)控車床上的機用三爪卡盤裝夾，裝夾時，毛坯的表面應(yīng)與三爪卡盤的內(nèi)爪面貼合，利用三爪卡盤的自定心特性定位，由此可知，毛坯的定位方式為：三爪卡盤限制毛坯的4個自由度，共限制工件的5個自由度。4.5心軸定位誤差的產(chǎn)生：該心軸的定位誤差是由基準不重合誤差和基準位移誤差兩部分組成的?；鶞什恢睾险`差是由于心軸的定位基準與設(shè)計基準不重合而產(chǎn)生的。零件的設(shè)計基準和定位基準均為左端面，因此，上述零件的定位

15、誤差主要為基準位移誤差。產(chǎn)生誤差的原因是由于心軸在夾具中定位時，心軸的定位基準面與三爪卡盤的限位基準面的制造公差和間隙配合的影響，導致定位基準與限位基準不能重合，從而使心軸的位置發(fā)生改變，給加工尺寸造成誤差。第五章 擬定機械加工工藝路線5.1 加工方法的確定酒杯加工方法加工方式刀具選擇切削量主軸轉(zhuǎn)數(shù)進給倍率切端面外圓刀/6000.4鉆孔中心鉆/700/20mm鉆頭/350/內(nèi)輪廓加工粗車內(nèi)孔刀15000.3半精車內(nèi)孔刀0.58000.15精車內(nèi)孔刀0.058000.05外表面加工粗車30度外圓刀1.56000.4半精車30度外圓刀0.510000.2精車30度外圓刀0.0512000.08切斷

16、切槽刀/4000.2工藝參數(shù)葫蘆加工方法加工方式刀具選擇切削量主軸轉(zhuǎn)數(shù)進給倍率切端面外圓刀/6000.4外表面加工粗車30度外圓刀1.56000.4半精車30度外圓刀0.510000.2精車30度外圓刀0.0512000.08切斷切槽刀/4000.2工藝參數(shù)5.2機床與工藝設(shè)備的選擇：加工機床的選用：根據(jù)心軸的加工精度和加工要求，以及現(xiàn)有的加工設(shè)備，可以選擇FANUC系統(tǒng)的數(shù)控車床；加工內(nèi)容機床銑削端面數(shù)控車床粗車數(shù)控車床半精車數(shù)控車床精車數(shù)控車床數(shù)控車刀的選擇：根據(jù)零件的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度、表面粗糙度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性等因素，可以選擇標準刀具。 加工中使用刀具夾具的選

17、擇：由于加工對象為軸類零件，加工時選三爪卡盤作夾具。 三爪卡盤量具、檢具和量儀的選擇：加工對象屬于單件小批生產(chǎn)，可以采用游標卡尺和千分尺作量具。游標卡尺 千分尺5.3 切削用量的選擇：1、切削速度的選擇： 在車削過程中，車刀在使用過程中發(fā)生磨損快慢主要取決于車削速度，為了保證車刀耐用度和使用壽命的要求，在車削時所用的車削速度不得超過其允許的最高車削速度。在心軸精加工時，為了提高加工質(zhì)量，應(yīng)使用較高的車削速度，但應(yīng)低于刀具允許的最高速度Vcmax。由于大多數(shù)車床的主運動都是由機床主軸旋轉(zhuǎn)完成的，因此，車削速度的確定實際上就是主軸轉(zhuǎn)速的確定，即 n=1000vc/d n-主軸轉(zhuǎn)速，r/min; v

18、c-切削速度，m/min; d-回轉(zhuǎn)體的直徑，mm即車刀的切削速度為600=1000vc/3.14×40 vc=75.36mm/min=1.256mm/min;由于車削該心軸所用刀具為硬質(zhì)合金刀具，查表可得切削速度取120m/min2、背吃刀量的選擇： 背吃刀量的選擇可根據(jù)切削速度來選擇，在該心軸零件的粗加工階段中，在機床剛度、功率和刀具強度以及切削速度允許的條件下，盡可能選取較大的背吃刀量，以減少進給次數(shù)，提高效率。在心軸零件的精加工階段中，為了保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，背吃刀量應(yīng)小一些。 粗車該心軸，背吃刀量選15mm； 半精車該心軸，背吃刀量選0.51mm； 精車該心軸，背

19、吃刀量選0.10.5mm；3、進給速度的確定： 進給速度與主軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：vf=nf粗車-f取0.30.8mm/r;精車-f取0.050.2mm/r;車削的進給速度為粗車vf=600×0.5=30mm/min 精車vf=600×0.1=60mm/min第六章 完成心軸的加工6.1心軸的切削加工1）、裝夾毛坯：松開三爪卡盤，放入毛坯，轉(zhuǎn)動毛坯，同時擰緊三爪卡盤，盡量使毛坯的外圓面與三爪卡盤的內(nèi)表面貼合，啟動主軸，調(diào)整毛坯與主軸的同軸度；2） 、程序輸入：通過手動輸入方式將心軸的數(shù)控加工程序輸入機床；3） 、裝刀：按照心軸的加工工藝過程，依次將數(shù)控刀具裝入機床；4） 、對刀：

20、利用試切法對刀；5） 、心軸加工：按下開始按鈕，加工心軸；6.2加工程序酒杯加工程序如下： 粗加工內(nèi)孔 O0001; N10 T0101； N20 M03 S500 F0.3； N30 G0 X100 Z100；N40 G0 X20 Z5； N50 G71 U1 R1；N60 G71 P70 Q130 U-0.4 F0.3； N70 G01 G42； N80 Z0； N90 X52.3867； N100 G02 X51.1196 Z-4.285 R6.25； N110 G03 X56.065 Z-26.2884 R116.7876； N120 G03 X26.0412 Z-61.8762 R4

21、1.852； N130 G01 X20； N140 G00 X100 Z100； N150 M30；精加工內(nèi)孔刪除N50，N60兩步驟，轉(zhuǎn)速800，倍率調(diào)為0.15即可。 粗加工外圓O0002; N10 T0303； N20 G99 M03 S600 F0.5；N30 G00 X100 Z100； N40 G00 X65 Z5； N50 G73 U26 R15； N60 G73 P70 Q190 U0.3 F0.5； N70 G01 X49.8； N80 Z0； N90 G03 X53.3 Z-3.5 R5.7； N100 G03 X59 Z-28.5 R113.8； N110 G03 X26

22、.9 Z-61.2 R42.6； N120 G02 X15.2 Z-88.7 R21.7； N130 G02 X25.2 Z-91.6 R5.7； N140 G01 X31.9； N150 G03 X35.2 Z-92.6 R1.9； N160 G02 X37.5 Z-93.5 R1.9； N170 G03 X46.6 Z-96.4 R5.7； N180 G01 X46 Z-97.5； N190 G01 X65 N200 G00 X100 Z100；N210 M30； 精加工外圓刪除N50，N60兩步驟，轉(zhuǎn)速1200，倍率調(diào)為0.15即可葫蘆加工程序如下：粗加工外圓O0003; N10 T01

23、01； N20 M03 S600 F0.4；N30 G00 X100 Z100； N40 G00 X50 Z5； N50 G73 U20 R20； N60 G73 P70 Q150 U0.4 F0.4； N70 G01 X4； N80 Z0； N90 X6 Z-1； N100 Z-3.67； N110 G02 X16 W-12.33 R10； N120 G03 X25.89 Z-35.59 R16； N130 G02 X26.69 Z-49.33 R10； N140 G03 X20 Z-90 R24； N150 G01 X50； N160 G00 X100 Z100；N170 M30；精加工外

24、圓刪除N50，N60兩步驟，轉(zhuǎn)速1200，倍率調(diào)為0.15即可6.3工藝卡片機械加工工序卡片南京工程學院機械加工工序卡片產(chǎn)品名稱酒杯零件設(shè)備名稱設(shè)備型號加工件數(shù)臥式數(shù)控車床CYNC-400TA1工步號工步內(nèi)容工藝裝備主軸轉(zhuǎn)速r/min進給倍率mm/r背吃刀量mm01切端面外圓刀6000.2/02中心鉆鉆孔中心鉆700/0320mm鉆頭鉆孔20mm鉆頭350/04內(nèi)表面粗加工內(nèi)孔刀5000.15105內(nèi)表面精加工內(nèi)孔刀8000.050.506外表面粗加工外圓刀6000.21.507外表面精加工外圓刀12000.05108切斷切槽刀4000.2/南京工程學院機械加工工序卡片產(chǎn)品名稱葫蘆零件設(shè)備名稱

25、設(shè)備型號加工件數(shù)臥式數(shù)控車床CYNC-400TA1工步號工步內(nèi)容工藝裝備主軸轉(zhuǎn)速r/min進給倍率mm/r背吃刀量mm01切端面外圓刀6000.2/02外表面粗加工外圓刀6000.21.503外表面精加工外圓刀12000.05104切斷切槽刀4000.2/機械加工工藝過程卡南京工程學院機械加工工藝過程卡工序號工序名稱工步工 序 內(nèi) 容設(shè) 備工藝裝備夾 具刃 具量 具01切端面1端面平整及方向?qū)Φ禖YNC-400TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤外圓刀/02中心鉆鉆孔2打定位孔 方便鉆頭鉆入CYNC-400TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤中心鉆/0320mm鉆頭鉆孔3鉆深度70mm的孔CYNC-400

26、TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤20mm鉆頭游標卡尺04內(nèi)表面加工4內(nèi)表面粗加工CYNC-400TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤內(nèi)孔刀千分尺游標卡尺05內(nèi)表面加工5內(nèi)表面精加工CYNC-400TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤內(nèi)孔刀千分尺游標卡尺06外輪廓加工6外表面粗加工CYNC-400TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤 外圓刀千分尺游標卡尺07外輪廓加工7外表面精加工CYNC-400TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤外圓刀千分尺游標卡尺08切斷8工件長度102處切斷CYNC-400TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤切槽刀游標卡尺南京工程學院機械加工工藝過程卡工序號工序名稱工步工 序 內(nèi) 容設(shè) 備工藝裝備夾 具刃 具量 具01切端面1端面平整及方向?qū)Φ禖YNC-400TA臥式數(shù)控車床三爪自定心卡盤外圓刀/02外輪廓加工2外