浅析数控机床的典型零件加工.doc

1、摘 要 从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 关键文字 传动轴 工艺 设计 编程目 录引言2第一章 数控机床的简介31.1 数控机床的发展趋势3

2、1.2数控机床的应用31.3数控机床的分类31.4机床精度41.5数控机床在我国的发展情况4 1.6传动轴的概念 6第二章工艺分析72.1工艺分析72.2切削顺序的选择82.3切削用量的选择9第三章 设备的选择103.1机床的选择103.2刀具的选择103.3刀具卡113.4夹具的选择113.5冷却液的选择123.6量具的选择12第四章 零件的编程134.1零件编程134.2工艺卡164.3工序卡 17总结19参考文献20致谢21 引言 毕业即将来临，在这个竞争激烈的现代社会，每一个年轻人都必须有一份自己的事业，只有这样我们才能在社会中生存，否则我们将会淘汰。因此我们就要努力学习自己专业。在数

3、控方面数控技术诞生后的50多年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G、M代码对加工过程进行描述，显然，这种面向过程的描述方法已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。为了跟上数控新时代的到临，我们要通过这次设计学习更多的数控技术，了解更多的专业知识，以至于我们在社会上更能很好的回报国家，第一章 数控机床的简介1.1数控机床的发展趋势 随着汽车、国防、航空、航天等

4、工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。 目前数控机床正在向 智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保的区域发展。1.2数控机床的应用 随着计算机技术的高速发展，现代制造技术不断推陈出新。在现代制造系统中，数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现自动化、集成化、智能化、起着举足轻重的作用。 数控机床发展至今已经有四十多年的历史了，它与电子技术，特别是计算机技术的发展密切相关,自世界上第一台数控机床于年在美国麻省理工学院研制出以来，数控机床在制造工业，特别是汽车航空航天以及军事工

5、业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件还是在软件方面，都有速度的发展随着现代经济和科学技术的飞跃发展，尤其是计算机数控系统的出现及微型计算机的迅速发展，再加上数控技术的普及和电子器件成本的降低，这些有利的条件都使得数控机床的适用应用范围越来越广泛，其加工成本不断降低，加工精度不断提高。数控系统除了用来控制金属切削机床外，还普遍用于控制诸如冲床线切割机气割机之类的简单机器直至机器人之类的复杂设备，在要求可靠性高柔性强和实现机电一体化等方面的生产加工中对数控机床都有广泛的需要,由于数控机床属于精密设备，致使成本较高，因此，目前多用于形状复杂精度要求高的中小批量零件加工1.3数控机床的分类（1） 按工

6、艺用途有切削加工类，成型加工类，特种加工类及其他类型。 （2） 按联轴分为2轴,3轴，4轴和5轴 .（3） 按控制功能分为点位控制数控系统和轮廓控制数控系统。 1.4机床精度（1）机械加工机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。（2）机床精度体系：目前我们国家内承认的大致是四种体系：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。（3）看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(ISO标准.、统计法),就是一台高精度机床，在0.005mm(ISO标准.、统计法)以下，

7、就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。（4）加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。1.5数控机床在我国的发展情况1产业规模日益扩大2001年，我国机床工业产值已进人世界前五名。2001年国内数控金切机床产量已达18万台，比上年增长285，金切机床行业产值数控化率从2000年的174 提高到2001年的227 。机床工具出口额从1998年的约5亿美元上升到2000年的785亿美元。出口的数控机床品种以中低档为主。广州数控设备厂是国家863“中档数控系统产业化支撑技术”项目承担企业，2002年产品销售额达13亿元。常州亚兴数控设备有限公司是民

8、营股份制企业，2002年共销售数控刀架7500台套，与上年度同比增长近80 。南京工艺装备制造厂认真实施品牌发展战略，“品牌是金，服务是心”是他们对所有用户的郑重承诺。该厂每年都以不少于1000万元的资金投入改造滚动功能部件生产线。现已建成滚珠丝杠副，滚动直线导轨副分品种、分规格、分精度的专业加工生产线，使产品质量有了一个长期稳定的保证，并大大缩短了生产周期。2技术开发进展神速“十五”期间，国家科技部将数控机床列为制造业信息化工程的三大重点之一，在863计划和科技攻关计划中分别安排了“精密制造与数控关键技术应用与示范”和“数控关键技术与装备产业化支撑技术及应用”项目。经过两年多的努力，现已取得

9、重要的阶段性成果，科技部先后安排了14台高、精、尖数控设备的研制，都是技术难度较大、进口价格很高的大型设备。其中10台为国际20世纪90年代中期的水平，4台为20世纪90年代末期水平。到2003年9月，已有7台交付使用。中国机械工业联合会的统计数据表明，科技部择优支持的六家机床企业去年共生产数控机床4 755台，产值103亿元，分别占2002年全国数控机床总产量和产值的19 和30 ，分别比2001年提高了6个和10个百分点。同时，研发的一些关键共性技术已应用于其他产品的开发中，并派生出数十种重大数控设备。北京机电院为东方汽轮机厂开发的五轴联动加工中心已在该厂进行了半年的应用，不仅可完全满足汽

10、轮机叶片加工的质量要求，加工效率可与瑞士进口同类机床媲美，且价格仅为进口机床的三分之一。沈阳机床股份公司为安彩集团成都电子玻壳有限公司研发的背投彩电玻壳数控压屏专用生产线已投产使用，其整体技术水平达到了国际同类产品领先水平，使我国成为继美、13之后世界第三个能生产此类专用设备的国家。此外，沈阳机床股份公司还为上海磁悬浮列车轨道梁加工开发了数控加工成套设备，为神舟号载人飞船燃烧室加工开发了特殊铣床，为核电锅炉加工开发了特高行程的数控立式车床。我国在高端数控机床关键技术研究方面取得的重大突破迫使国外一些公司在高档数控系统上对我国全面开放。目前，我国已基本掌握了多(五)座标联动的关键技术， 不仅打破

11、了国外的技术封锁，而且使该技术进入实用阶段。复合加工技术的研究也取得很大成绩，已研制完成的五轴联动车铣复合中心、五轴五面加工中心、双主轴车削中心等关键设备均已实现商品化。在2003年4月北京国际机床展上，就展出了各类国产五轴联动加工机床18台。高速加工技术(HSM)的研究与应用也取得重要进展。其中在直线电机应用技术的研究方面，基本掌握了负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等部分关键技术，填补了我国在直线电机应用技术领域的空白，使我国在这一领域与国外差距由l5年缩短为l0年。完成了800010000rmin机械式高速主轴单元和1000018000rmin高速主轴单元的产品开发和加工制造工艺的研究

12、，实现了在国产加工中心和数控机床上的应用。研制成功了适合高速机床加工的HSK工具系统，并已将其转化成国家标准。 1.6传动轴的概念 轴是组成机器的重要零件之一根据轴的承载性质不同可将轴分为转轴、心轴、传动轴三类。工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。转轴是机器中最常见的轴，通常称为轴。用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。心轴有固定心轴和旋转心轴两种。根据轴线的形状不同，轴又可以分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。后两种属于专用零件。 直轴按其外形的不同又可以分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单、加工容易，应力集中源少，主要用作传动轴。阶梯轴个轴段截面的直径不同，这种设计使个轴段的强度

13、接近，而且便于轴上零件的装拆和固定，因此阶梯轴在机器的应用中最为广泛。直轴一般都制成实心轴，但为了减轻重量或为了满足有些机器结构上的需要，也可以采用空心轴。 轴通常由轴头，轴颈、轴肩、轴环、轴端和不安装任何零件的轴段等部分组成，这次设计我主要是设计减速器当中的传动轴，传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，因此它的动平衡是至关重要的。传动轴是由轴管、伸缩套和万向节组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化，并实现两轴的等角速传动。一般万向节十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。传动轴万向节采用滚柱十字轴轴承，配合以短而粗的十字轴，可传递较大

14、的转距。在轴承端面设有蝶形弹簧，以压紧滚柱。十字轴的端面增加了具有螺旋槽的强化尼龙垫片，可防止大夹角或大转距传递动力时烧结。 第二章 工艺分析 图1 2.1工艺分析（1）该零件包括有槽、螺纹、圆弧、内孔、内螺纹、键槽、圆柱，其多个直径尺寸有较严的尺寸公差要求，但对于粗糙度并没有太严的要求表面粗糙度Ra值较大。为此这些表面的加工顺序为；夹左端车削右端外圆车槽车右端螺纹工件掉头并校正钻中心孔车孔车内槽加工内螺纹。（2）确定定位基面。该轴的几个主要配合表面和台阶面对基准轴线均有径向圆跳动和端面圆跳动要求，应在轴的两端加工B型中心孔作为定位基准面，此左端中心孔要在粗车之前加工好。（3）选择毛坯的类型。

15、该传动轴材料为45钢，各外圆直径相差不大，故毛坯选择直径60的45圆钢料。（4）拟订工艺过程。该轴的工艺过程中，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工和热处理要求，要求不高的外圆在精车时就可加工到规定尺寸，槽、倒角和螺纹应在精车后加工，键槽在精车后进行划线和车削，调质处理安排安排在粗车之后，调质后一定要修研中心孔，以消除热处理变形和氧化皮，磨之前，还要修研中心孔以提高定位精度。 （5） 确定零件毛坯尺寸根据零件材料、性能以及学校现有的设备要求选择零件的材料为45#铁铸件，并根据情况尽量使各个表面上的余量均匀，综上所选毛坯尺寸为160mm60mm。2.3切削顺序的选择根据零件图样，制定

16、以下工艺方案，方案：夹左端粗车外圆精车外圆切车螺纹夹右端手动钻孔镗孔加工内螺纹 车个台阶 工序1:备料工序2:热处理:正火工序3:平端面工序4:粗车右端外圆工序5:精车右端外圆工序6:切槽工序7:车螺纹工序8:工件掉头并校正同时螺纹加螺纹套工序9:平端面工序10:用钻头钻孔工序11:镗200+0.04孔工序12:加工内槽工序13:车内螺纹工序14:检验（2)加工方案分析以上方案是合理的,是通过仔细考虑(零件加工的技术要求,装夹次数,加工后)以及可能采取的加工手段之后,开加工的,符合先粗后精的原则,集中体现工序集中的原则.由于零件的加工精度要求较高,减少了装夹次数,能够装夹误差,使加工精度大大提

17、高。2.4切削用量的选择（1）平端面ap=3.5mm,f=0.2mm/r,vc=25m/minn=1000 vc /d=463.23r/s 因此选择n=500r/min p=p额=6kw8p需=kcapfvc/1000=2.4525kwp故机床功率够(2)粗车 查机械工程师简明手册表4-2-1 ap=2mm,f=0.3mm/r, vc=90m/min n=1000 vc/d=579.03r/min 因此选择n=650r/min p=p额=6kw p需=kapfvc /1000=3.53kwp 故机床功率足够(3) 半精车查机械工程师简明手册表4-2-2 ap=1.5mm,f=0.2mm/r,

18、vc=120m/min n=1000 vc/d=694.84r/min 因此选择n=800r/min p=p额=6kw p需=kapfvc/1000=2.35kwp 故机床功率足够.(4)精车查机械工程师简明手册表4-2-10 ap=1mm,f=0.1mm/r, vc=130m/min n=1000 vc /d=868.55r/min 因此选择n=1000r/min p=p额=6kw p需=kapfvc /1000p 故机床功率足够. (5)切槽ap =1mm,f=0.4mm/r, vc =80m/min n=1000 vc /d=463.23r/min 因此选择n=500r/min p=p额

19、=6kw p需=Fvc10=kapfvc /1000=1.3kwp故机床功率足够.第三章 设备的选择 （3.1）机床的选择 结合零件图分析，该零件构成复杂，以致加工工序复杂。数控车床易于加工复杂零件，易于保证加工精度，可实现软件精度补偿，加工效率高零件，加工周期短。结合我院机床的实际，采用数控车床进行加工。数控车床CAK-6140VA主要参数如下表、实图如图4-1；数控车床CAK-6140VA采用FNAUC系统机型CAK6140主轴最大孔径50mm工作最大回转直径400mm最大工作长度600mm-1500mm主轴最大转速2000r.p.m主轴电机功率5.5kw-8.5w刀架工位数4-8横向快速

20、移动速度0.0005mm纵向快速移动速度0.001mm机床形状尺寸1900*1200*1700机床重量2344kg （3.2）刀具的选择 数控加工时对刀具提出了很高的要求，不仅要求刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控机床的高效率，。在加工此零件时为避免刮伤圆弧现象所以1号刀为麻花钻用来钻中心孔2选择90度外圆车刀、材料为硬质合金，用来车削端面，外圆及圆弧。3号刀结合零件槽宽选用4mm外车槽刀4号刀为60度外螺纹刀；5号刀为内螺纹车刀6号刀为镗刀，用于内孔的加工。 3.3刀具卡刀具调整卡类别零件图号JXTM01-001零件名称轴套类零件设备

21、名称数控车 床设备型号CK6140程序号01 02 03材料名称牌号45#钢硬度HRC18-22工序名称数控车削加工工序号序号刀具序号刀具序号刀具参数刀补地址加工部位直径刀具规格半径长度1T01麻花钻5mmBT40ER32D1H1钻孔2T02外圆车刀90度外圆车刀BT40ER32D2H2车削外圆3T03切槽刀4mm刀宽BT40ER32D3H3切槽4T04外螺纹刀60度外螺纹刀BT40ER32D4H4加工螺纹5T05内螺纹刀60度内螺纹刀BT40ER32D5H5车螺纹6T06内孔车刀93度硬质合金BT40ER32D6H6车内孔 3.4夹具的选择 根据该零件形状规则、加工特点及加工精度较高，所以选

22、择三爪自定心卡盘。之所以选择三爪自定心卡盘是因为三爪自定心卡盘，是因为它是常用的车床通用夹具，它可以自定中心夹持范围大，装夹工件的效率高，适用于装夹中小型以外圆定位的零件 3.5冷却液的选择 在加工此轴类零件时根据该工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求及冷却液的作用和价格来考虑，加工此零件时选择乳化液比较合理。 3.6量具的选择 检验是测量和监控主轴加工质量的一个重要环节。除了工序间检验以外，在全部工序完成之后，应对主轴的尺寸精度形状精度位置精度和表面粗糙度进行全面的检查。以便确定主轴是否达到各项技术要求，还可以从检验是否达到各项技术要求，而且还可从检验的结果及时发现各道工序中存在的问题，以

23、便及时纠正，监督工艺过程正常进行。量具我们选用： （1）游标卡尺 （2）千分尺 （3）螺纹千分尺 （4）内孔千分尺 第四章 零件的编程 4.1零件编程程序1顺序号程序O0001N10M03 S800 T0101主轴正传切换到1号刀N20G00 X67 Z2刀具快速定位到点N30G71 U1.9 R1粗加工每刀进刀量和退刀量N40G71 P50 Q150 U0.8 W0 F0.2粗加工循环指令N50G00 X32加工外圆N60G01 Z0 F0.1N70G01 X36 Z-2N80Z-20N90X40N100X50 Z-24N110X56N120X60 Z-26N130Z-35N140G02 X

24、60 Z-85 R45车削外圆N150G01 Z-105直线切削外圆N160X65直线插补到X65N170M00程序暂停N180M03 S1100 T0101变换主轴转速N190G00 X67 Z2定位N200G70 P50 Q150精车循环指令N210G00 X100快速定位N220Z100快速定位N230M03 S450 T0303换转速 换刀N240G00 X38 Z-20快速定位N250G01 X32 F0.08切槽N260G01 X38退刀N270G00 X100 Z100快速定位N280M03 S600 T0404切换转速 换刀N290G00 X38 Z2快速定位N300G92 X

25、35.1 Z-17 F2螺纹循环切削N310X34.5N320X34N330X33.6N340X33.4N350G00 X100快速定位N360Z100N370M05主轴停止N380M30程序停止并返回程序2顺序号程序O0002N10M03 S500 T0101N20G00 X18 Z2快速定位N30G71 U1.5 R0.5粗加工每次进刀与退刀量N40G71 P50 Q110 U0.5 W0.1 F0.3粗加工循环指令N50G00 X20快速定位N60G01 G43 Z0 F0.1直线插补N70G01 X20 Z-2倒角N80Z-25车内孔N90G01 X28退刀N100Z-22切槽N110

26、G01 G49 X18退刀N120G00 Z100快速定位N130M00程序暂停N140M03 S1000 T0101换转速N150G00 X18 Z2快速定位N160G70 P50 Q110精加工N170G00 Z100退刀N180X100退刀N190M00程序暂停N200M03 S800 T0202换刀N210G00 X18 Z2定位N220G92 X22.8 Z-25 F1.5螺纹车削加工N230X23.4N240X23.8N250X23.96N260G01 X18退刀N270G00 Z100退刀N280M06主轴停止N290M05主轴正传N300M30程序结束并返回程序3顺序号程序O0

27、003N10M03 S500 T0101主轴正传，换刀N20G94 X0 Z0 F0.2端面循环切削N30G00 X67 Z2快速定位N40G71 U2 Z2粗车进刀量N50G71 O70 Q140 U0.8 W0 F0.3粗车循环指令N60G00 X65 快速定位N70G01 Z0 F0.1直线差补N80X40 Z-19切削圆柱N90G02 X56 Z-25 R6切圆弧N100G01 X60 Z-27倒角N110Z-43切削N120G00 X100快速定位N130M00程序暂停N140M03 S1000 Q120精加工N150Z100返回参考点N160M05主轴停止N170M30程序停止并返

28、回 4.2工艺卡工艺卡材料加工号程序号设备型号顺序号刀具LY12A200O0001CK6140 切 削 参 数刀号名称型号加工内容转速r/min进给mm/min切削速度vN1备料N2热处理N3T01090度外圆刀副偏角35度车削右端外圆600200N4T02切槽刀槽宽4mm切槽300100N5T03螺纹刀60度外螺纹刀车外螺纹600N6加工螺纹套N7T01麻花钻5mm钻中心孔300N8T02内控车刀镗内孔400300N9T03内螺纹刀60度内螺纹刀车削内螺纹300N10T0490度外圆刀90度副偏角车左端外圆500400N11卸工件N12测量尺寸 4.4工序卡单位名称产品名称零件名称零件图号车

29、工分析粥套类零件Lathe-01工序号程序号夹具名称使用设备车间001Latheprg-01三抓卡盘Ck6130数控中心工步好工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1平端面T0125*25450手动2粗车外圆T0125*255003000.4自动程序暂停，测量工件的尺寸加入刀具补正3精车外圆T0225*2510001000.25自动4切槽T03槽宽4mm40080自动5车螺纹T0425*25500自动拆卸工件测量工件尺寸单位名称产品名称零件名称零件图号车工分析粥套类零件Lathe-01工序号程序遍号夹具名称使用设备车间002Latheprg-01三抓卡

30、盘Ck6130数控中心工步好工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1平端面T0125*25450手动2钻中心孔T045300自动3粗车20的孔T0325*25300100自动4精车20的孔T0325*25300自动5车削内螺纹T0225*25300自动6粗车外圆T0125*25F5003000.4自动7精车外圆T0125*2510001000.25自动 总 结 经过了三年的大学学习，这期间我们学习了近二十门的专业技术课，数控技术方面，也有数控编程、CAD制图、CAXA制图、PLC方面。在大学专业学习中，既学了理论也参加过实践，感觉自己学到了不少东西。刚

31、接到设计，感觉就是一片空白，不知道从哪里考试弄，也不知道该怎么弄，后来，在我指导老师的帮助下。总算是有点头绪，我把设计所涉及到的课本都系统地翻了下，同时加上总结平时所学的东西联系在一起，整合到了设计上。通过对轴套类零件的加工加工艺及分析，使得“理论”与“实践”的整合，“技术”与“经验”的整合，到了最后做完设计才感觉，其实这份设计并不仅仅是分简单的设计，它的意义使得我对数控方面有了更进一步的了解，从做设计的过程中也同时使总结升上的不足之处暴露出来。经过不懈的努力，终于按照设计要求、结合所学设计理论一步一步，认认真真地分析、计算总算是完整的完成了设计。虽然在本次设计过程中，我们明显感觉到本次相对以

32、前，所做的课程设计难度较高，但我们还是把它完成了。 参考文献u 王志平主编，数控机床及应用，北京：高等教育出版社，2002.3u 李佳主编，数控机床及应用，北京：清华大学出版社，2001.7u 张建钢，胡大泽主编，数控技术，武昌：华中科技大学出版社，2000.8u 刘跃南主编，机床计算机数控及其应用，北京：机械工业出版社，2001.6u 王志平主编，数控编程与操作，北京：高等教育出版社，2003.7u 王洪主编，数控加工程序编制，北京，机械工业出版社，2003.6 致 谢 通过本次设计，使我们以前所学的多门知识得到了一次综合性地运用，也使我们进一步理解了各门学科之间的相互联系。通过零件的设计，

33、使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到结构构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、编写技术文件和查阅技术资料的等方面的综合训练，也使我们进一步树立了正确的设计思想，掌握了基本的设计方法。本次设计在提高我们解决实际问题能力的同时，也让我们认识到了自身或多或少在某些方面还有不足之处，有待提高。在以后的学习、工作中，我们会再接再励，努力学习新的现代设计理论,计算技术,力争做到理论与实际相结合，不断提高自己。当然，由于我们水平有限，整个设计中不妥之处，恳请老师不吝指正感谢三年来所有老师以及学校对我的教育，有了他们的辛勤劳动才有了我今天的成果。在本次设计过程中，我也遇到了自己解决不了的问题，还好有位不辞辛苦的葛老师精心的指导，如果没有葛老师的指导，我也是无法完成设计的。在此，还要同时感谢一下帮助过我解决设计过程中解决了我解决不了问题的同学，感谢学校多年来对我们的教导，让我们能在以后的工作中有了一定的基础。不至于像那些没有进过学习的人一样。使我在人生路上有上升了一个台阶。真心的谢谢帮住过我的同学及老师以及帮我阅卷的学校各领导,在这里我还要郑重的感谢我们的葛老师。21