六安職業技術學院數控加工工藝與裝備課程設計設計說明書題目軸 類 零 件 加 工班 級 姓 名 組 別 學 號 成 績 指 導 老 師 2011年6月2日目錄第一章 任務書3第二章 設計內容4 一、零件圖分析4 二、工藝措施的擬定8 三、加工路線及進給路線10 四、刀具選擇13 五、數控加工刀具卡14 六、切削用量的選擇15第三章 數控工藝卡片17 一、數控加工工序卡17 二、數字處理18 三、數控加工程序單20第四章 小組總結22第五章 參考文獻26第六章 設計個人總結27第一章 任務書設計題目：軸類零件加工設計零件圖：材料為45鋼，熱軋，無熱處理及硬度要求及表面質量要求。第二章 設計內容一、 零件圖工藝分析： 1、零件成型組成表面：零件有圓柱、逆圓弧、圓錐面和螺紋等幾部分組成，系數控加工可選的內容。（首先，數控車床效率高于普通車床，數控做出來的螺紋精度高；普車要做螺紋精度就很難保證。普通車床一來設備投入較少，二來對刀具的要求相對沒那么高。數控車床的刀具要求較高（經常換刀的不但影響效率，且每次對刀都可能造成報廢），對編程及對刀的技術要求較高，但量產若配以合適的夾具效率可以是普車三倍以上。綜合考慮，還是選擇數控加工為宜。）2、通過對零件尺寸的圓錐面與圓弧面數字處理，該零件輪廓表達清晰、零件結構合理。最終計算結果如本設計書19頁(附圖1)所示。3、尺寸精度保證:圖形上尺寸均為IT8級，CAK型數控車床自身精度均可保證，編程時尺寸取基本尺寸即可。4、材料的選取:選用45熱軋鋼，無熱處理及硬度要求。材料切削加工工藝性良好。5、各成型表面連接復雜程度中等，加工連續時間不長，不須用可轉位刀片，用一般硬質合金焊接刀具即可。由零件圖分析，加工此零件擬定加工方案。加工方案一：加工方案：1、在普床上完成整外圓平端面：左端16，切槽164(夾持端槽)， 右端38。2、加工中，從右往左，右端設置中心孔。3、車R15圓弧。4、車28.49424的圓錐面。5、車22段的164槽。6、車M201.5螺紋。7、去夾持端。8、將對中點用油砂紙抹平。加工方案二：加工方案：1、在普通機床上整外圓平端面，完成軸段38100。2、加工中，從右向左。3、先車2230軸段。4、車2428.494的圓錐面。5、車R15圓弧。6、車164槽。7、車削M201.5螺紋。8、去夾持端。加工時選擇方案二二、工藝措施的擬定：1、具體加工策劃（1）圖樣上沒有特別的精度要求，一般取表面精度為八級精度，使用中等精度數控CAK620即可，保證零件的要求，編程時不用平均值編程，直接用基本尺寸代入。（2）選取毛坯，為符合加工要求，取40100的45熱軋鋼。（3）數控加工前先在普車上完成外圓的準備加工，先使之獲得38的外圓，從而獲得工件的回轉軸線；然后再平端面，獲得工件的長度基準。（4）裝夾方法：用三爪自定心卡盤夾持零件左端，并留有足夠的夾持長度及切割長度（12mm），右端用頂尖固定。如下圖所示：（裝夾示意圖）（5）定位基準：端面基準設為左端面，回轉基準設為軸線；設計基準、定位基準與工藝基準三者要重和，以防止基準不要重合，影響加工精度;在相應加工之前基準端面要先行加工。綜上所述，在普車上先平端面，加工外圓去除表面的余量達到要求，完成坯料;然后把工件在數控車床上用三爪自定心卡盤夾持左端，并留有足夠的夾持長度（12mm的夾持端），右端用頂尖固定在由工藝設計內容依次加工圓柱、圓錐、圓弧、退刀槽及螺紋，最后用割斷刀割斷即可完成。2、選擇設備數控機床主要規格的尺寸應與工件的輪廓尺寸相適應。即小的工件應當選擇小規格的機床加工，而大的工件則選擇大規格的機床加工，做到設備的合理使用。根據被加工零件的外形和材料等條件，選用CAK620數控車床。三、加工路線及進給路線：1.零件的加工順序：先車平面，然后遵守由粗到精，從左到右（先近后遠的加工原則）加工時從左到右粗車各面，粗車時留粗車加工余量0.25mm，由于螺紋系易損面，應后加工，最后用割斷刀切斷。2.進給路線：（1）CAK620車床具有粗車循環及螺紋的自動加工功能，加工時依據程序去自動完成。循環加工時，依零件外輪廓引入段及延伸尺寸要足夠。（2）對精加工，依零件外輪廓走刀一次完成精余量0.25的切除。（3）螺紋走刀次數的確定：分五次走刀，切削深度依次為：0.8，0.6，0.4，0.14，0.01（最后重復一次去光刀鐵屑）。3.走刀路線圖：（1）圖a為粗車外輪廓走刀路線圖。（2）圖b為精車外輪廓走刀路線圖。（3）圖c為切槽走刀路線圖。（4）圖d為螺紋切削走刀路線圖。（圖a）粗車外輪廓走刀路線圖（圖b）精車外輪廓走刀路線圖（圖c）切槽走刀路線圖（圖d）螺紋切削走刀路線圖四、刀具選擇：1. 粗車時循環車削輪廓粗車及平端面，選用91硬質合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉，副偏角Kr不宜太小，選kr=35，取刀桿直徑D=2020mm。硬質合金焊接刀具。2. 精 車 輪 廓 時取硬質合金91右偏角，取kr=35，取刀桿直徑D=2020mm，為保證刀尖圓角半徑r小于結構上最小圓弧半徑，取r=0.150.2。硬質合金焊接刀具。3. 切 槽 刀切削刃寬為4mm，取刀柄D=2020mm。4. 螺 紋 刀使用60外螺紋硬質合金刀，取刀柄D=2020mm。5. 切 割 刀切削刃寬為4mm，取刀柄D=2525mm；6. 將所選定的刀具參數填入數控加工刀具卡片（如下表所示）以便編程和操作管理。五、數控加工刀具卡：數控加工刀具卡產品名稱或代號啟動軸零件名稱啟動軸零件圖號A4序號刀具號刀具規格名稱數量加工表面備注1T010191硬質合金右偏刀1粗車外輪廓表面20202T0202切割刀1割斷25253T030360外螺紋車刀1車螺紋20204T0404切槽刀1切4mm槽B=4mm2020編制審核批準共 頁第 頁六、切削用量的選擇：1.背吃刀量的選擇：輪廓粗車循環時選=3mm，精車余量：=0.25mm。螺紋粗車時選=0.4mm，逐刀減小，粗車=0.16mm。2.主軸轉速的選擇：該零件的加工表面由圓柱、圓弧、圓錐、螺紋等表面組成，因為工件材料為45熱軋鋼，尺寸較小。為保證表面精度的要求選取切削范圍為：Vc=90120m/min。外輪廓加工：粗加工：取90m/minn=720r/min，取n=800r/min 精加工：取120m/minn=955r/min，取n=1000r/min螺紋加工：n=1200/p-k(參照數控加工工藝與裝備式（5-1）) n=720 r/min，取n=800r/min端面，切槽： 切割加工：n=500 r/min3.進給速度Vf的計算Vf=nf外輪廓：粗車：取f=0.4mm/r Vf=0.4800=320mm/min精車：取f=0.15mm/r Vf=0.151000=150mm/min螺紋加工：Vf=nf=8001.5=1200mm/min端面，切槽：n =500mm/min切端面時可適當加大，f取0.5mm/r，則端面Vf=250mm/min根據上面的計算可得結果，如下表所示：Ap（mm）n（r/min）Vc（m/min）f（mm/r）Vf（mm/min）車削粗車3800900.4320精車0.2510001200.15150螺紋粗螺紋0.48001200精螺紋0.168001200切割0.45000.4300切槽0.45000.4300切端面0.48000.43004綜合前面分析的各項內容，并將其填入如下所示的數控加工工序卡。第三章 數控工藝卡片一、數控加工工序卡數控加工工序卡單位名稱XXX產品名稱或代號零件名稱零件圖號XXX啟動軸XXX工序號程序編號夾具名稱使用設備車間001XXX三爪自定心卡盤CAK620數控車床數控中心工步號工步內容(尺寸單位：mm)刀具號刀具、刀柄規格/mm主軸轉速/rmin-1進給速度/mmmin-1背吃刀量/mm備注1平端面T01012020800300手動2從右到左粗車各面T010120208003003自動3從右到左精車各面T0101202010001500.25自動4切槽T020220205003001.5自動5粗車螺紋T030320208001200自動6精車螺紋T030320208001200自動7切割T04042525500300手動二、數字處理：1、將編程原點選在圖形的最右端A處，避免基準不重合時帶來的誤差，而且毋須進行尺寸鏈換算。2.由于精度要求不高，編程時直接用基本尺寸處理。3.確定M201.5mm螺紋牙底直徑及牙深。（1）計算螺紋牙底直徑及牙深的計算：牙深=0.6495p=0.64951.5=0.974mm螺紋牙底直徑=大徑-2牙深=20-20.64951.5=18.05mm（2）螺紋加工預留直徑=20-0.13P=20-0.13*1.5=19.8mm（3）螺紋走刀次數的確定：分五次走刀，切削深度依次為0.8，0.6，0.4，0.15（最后重復一次去光刀去鐵屑）（4）螺紋切削次數參考表（附表1）4.關于圓錐面與圓弧面的過渡。如(附圖1)所示，根據已知數據求得e段的長度為4.954， a段的長度為10.247，然后利用勾股定理a2+b2=c2得出b段的長度為10.954，最后完成圓錐面與圓弧面過渡的最終數字處理。附圖1附表1：普通螺紋切削深度及走刀次數參考表普通螺紋 牙深=0.6495 P：螺距螺距1.01.52.02.53.03.54.0牙深0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598切削深度及走刀次數1次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.64次0.160.40.40.40.60.65次0.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.39次0.2三、數控加工程序單：數控加工程序單零件號零件名稱啟動軸編制程序號O0530審核序號程序內容程序說明1O0530程序號2G50 X100 Z25 T0101設定工件坐標系建立刀具漲肚補償，換1號刀3G96 M03 S720恒線速，主軸正轉，速度為720r/min4G00 X45 Z3快速定位至循環起點A5G71 W3 R1每次背吃刀量3mm，退刀量1mm6G71 P10 Q20 U0.15 W0.05 F0.4粗車的進給量為0.4mm/r7W10 G00 Z0開始精車程序段，Z軸移至08G01 G42 X17 F0.15 S955定精車進給量，切削速度，建立刀尖半徑右補償9X21 Z-2車倒角10Z-20Z軸進刀至-20mm11G01X22車直徑為22的軸12Z-30Z軸進刀至-30mm13X24X軸進刀14X28.494 Z-53.469車圓錐面15Z-54.046Z軸進到至-54.046mm16G02 X38 Z-65 R15車順圓弧17N20 G40 Z3完成精車程序段，并取消刀尖半徑補償18X45 Z3刀具至循環起點A19G70 P10 G20精車循環20G00 X100 Z25 T0202刀具至起點，換第三把刀21G00 X25 Z-20快速定位至切槽點22G01 X16 F0.3切槽，進給量為0.3mm23X25X軸退刀24G00 X100 Z25 T0303刀具至起點，換第四把刀25S720設置切削螺紋轉速為720r/mm26G00 X23 Z10快速定位到B，Z10為進刀段27G92 X19.8 Z-18 F4用螺紋切削，循環螺紋第一次走刀28X19.2車螺紋第二次走刀29X18.6車螺紋第三次走刀3018.2車螺紋第四次走刀3118.05車螺紋最后精車3218.05光刀32G00 X100 Z25快速退到安全點33M30主軸停轉，程序結束并返回程序開頭第四章 小組總結經過了一周的學習和工作，我們終于完成了數控加工工藝課程設計。從開始思考本次課程的設計到系統的實現，再到設計的完成，每走一步對我們來說都是新的嘗試與挑戰，這也是我們在即將離開大學期間共同完成的最大的項目。在這段時間里，我們學到了很多知識也有很多感受。每一次改進都是我們學習的收獲。一、關于該工件數控加工內容的選擇，以及尺寸和形位精度處理1.數控加工內容的選擇數控加工前對工件進行工藝設計是必不可少的準備工作。無論是手工編程還是自動編程，在編程前都要對所加工的工件進行工藝分析擬定工藝路線、設計加工程序。因此，合理的工藝設計方案是編制加工程序的依據，工藝設計做不好是數控加工出差錯的主要原因之一，往往造成工作反復，工作量成倍增加的后果。編程人員必須首先搞好工藝設計，再考慮編程。數控加工是機械加工中最常用和最主要的數控加工方法之一。想要充分發揮數控機床的特點，實現數控加工中的優質、高產、低耗，編程是關鍵，而在編制數控機床程序過程中，編程思想是關鍵中的關鍵，故在編制程序前必須有一個清晰的編程思想。當選擇并決定對某個零件進行數控加工后，并非其全部加工內容都采用數控加工，數控加工可能只是零件加工工序中的一部分。因此，有必要對零件圖樣進行仔細分析，立足于解決難題、提高生產效率，注意充分發揮數控的優勢，選擇那些最適合、最需要的內容和工序進行數控加工。一般可按下列原則選擇數控加工內容：(1)普通機床無法加工的內容應作為優先選擇內容。(2)普通機床難加工，質量也難以保證的內容應作為重點選擇內容。(3)普通機床加工效率低，工人手工操作勞動強度大的內容，可在數控機床尚有加工能力的基礎上進行選擇。相比之下，下列一些加工內容則不宜選擇數控加工：(1)需要用較長時間占機調整的加工內容。(2)加工余量極不穩定，且數控機床上又無法自動調整零件坐標位置的加工內容。(3)不能在一次安裝中加工完成的零星分散部位，采用數控加工很不方便，效果不明顯，可以安排普通機床補充加工。此外，在選擇數控加工內容時，還要考慮生產批量、生產周期、工序間周轉情況等因素，要盡量合理使用數控機床，達到產品質量、生產率及綜合經濟效益等指標都明顯提高的目的，要防止將數控機床降格為普通機床使用。數控機床作為一種高效率的設備，欲充分發揮其高性能、高精度和高自動化的特點，除了必須掌握機床的性能、特點及操作方法外，還應在編程前進行詳細的工藝分析和確定合理的加工工藝，以得到最優的加工方案。2. 加工路線的確定：確定加工路線時，主要遵循以下幾點原則:A加工路線應必須保證工件加工精度和表面粗糙度。B 應盡量縮短加工路線，以減少空行程時間，提高生產率。C 應盡量簡化數學處理時的數值計算工作量，以減少編程工作量。二、關于坯料的下料方案的處理該零件坯料最優選擇方案是取40100的45熱軋，因為此次加工的零件為單件小批量生產，所以為便捷裝夾，應在左端留出夾持端，此方案應在普通機床上現車外輪廓，后平端面。三、數控工藝制定過程1.工藝措施選擇理由：根據圖樣給定的尺寸，沒有特別的精度要求。所以選取表面精度為8級精度，使用中等精度數控車床。為符合加工要求，留12mm的左夾持端，所以選取40100的45#模鍛。為保證加工精度在上數控車床前現在普通車床完成外圓的準備加工，使之獲得38的外圓。從而獲得工件的回轉軸線。根據走刀路線從右至左，所以選用三爪自定心卡盤夾持左端。2.工序劃分原則使用說明：由于本零件加工內容不多，按安裝次數劃分工序，即以一次安裝完成。3.編程時有關數據及指令選?。褐鬏S轉速為720r/min，粗車循環每次=3mm，進給量為0.4mm/r切槽，切螺紋時轉速為720 r/min。編程時主要用到的指令有：G50工件坐標系的設定，恒線速G96，粗車循環G71，刀尖半徑補償G42，車倒角切槽G01，車圓弧G02，精車循環G70，切螺紋G92。4.夾具選用處理：由于本加工零件為對稱軸類零件，采用三爪自定心卡盤，可自動定心，裝夾方便，夾緊力較小，便于夾持外形規則的工件。四、關于本次設計過程中遇到的難題及解決途徑1.問題的發現與解決：（1）由于本加工零件為軸類加工零件，裝夾時要左端留有12mm的裝夾余量。（2）由于使用G32螺紋切削指令在切削時很難保證加工精度，在編程時應選用G92指令。（3）加工路線中加工順序應遵循先平端面，先粗后精，從右至左的加工原則。由于螺紋系易損面，應后加工，以保證加工精度。第五章 參考文獻1) 李華志.數控加工工藝與裝備.清華大學出版社.2005第六章 設計個人總結經過這次的課程設計，我對所學專業有了重新的認識，在做課程設計的時間里，我查閱了一些相關的書籍來完善我的課程設計。對課程設計的格式以及零件的工藝編寫下了很大的功夫。數控加工工藝設計的主要任務是制定加工工藝規程，也是數控機床加工前的準備工作從開始的零件圖繪制，再根據零件圖分析工藝，以及程序的編寫。數控加工工藝設計的主要任務是制定加工工藝規程，也是數控機床加工前的準備工作。工藝規程是規定零件、走刀路線、刀具尺寸以及機床的相對運動過程。因此，是編程人員對數控機床的性能、制造工藝過程和操作方法具有指導性的工藝文件。數控機床加工的程序是數控機床的指令性文件。數控機床加工程序不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量的選擇、運動方式、刀具系統、切削規范以及工件的裝夾方法。工藝規程定的合理與否，對程序的編制、機床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響。因此，應遵循一般的工藝原則并結合數控機床的特點認真而詳細地制定數控加工工藝。本次課程設計我們選了五個可選的題目中的一個，該零件屬于軸類零件，由圓柱面、順圓弧面、圓錐面和螺紋等幾部分組成，是數控加工可選擇的內容。我們結合零件圖進行了零件圖分析，從加工設備、刀具、工裝的選擇、切削速度、進給量、背吃刀量等參數的選擇，制定了零件的數控加工工藝，并根據所選機床的指令系統編寫了零件的加工程序。因為我們小組所選擇的第三個圖形未做特殊的表面粗糙度要求，而一般零件取表面精度為八級精度，所以我們決定使用中等精度數控CAK620機床即可保證零件的加工要求。毛壞的選擇也很重要，零件村料的工藝特性和力學性能大致決定了毛坯的種類。零件的結構形狀與外形尺寸也是重要因素。大型且結構簡單的零件毛坯多用砂型鑄造或自由鍛；軸類零件的毛坯，若臺階直徑相