毕业论文
题目典型轴套零件在数控车床中加工编程设计与工艺设计
系 部 机械工程系 专 业 机械设计与制造 班 级 学生姓名 指导教师 职 称
2017年5月
毕业设计(论文)任务书
姓名 题目 一、任务及要求 1.任务： 本人能够按时完成典型轴类零件在数控加工中的编程设计与工艺设计的相关选题工作、开题报告工作，以及对毕业论文的初稿完成及后期的修改，以及按时完成学校举行的毕业答辩要求等。 2.具体要求：（根据本专业的实际情况，填写对毕业论文的总体要求） 通过本人大学三年来对机械设计与制造专业的基础学习，包括数控、机械基础、机械工艺材料、CAD等方面的学习，为本论文的设计奠定了良好的基础。通过典型轴类零件在数控车床加工编程设计与工艺设计等的设计，使得本人对数控技术、相关的数控车床、零件的材料选择、热处理、以及工艺路线的设计等都有了更深刻的理解和认识等。 二、时间安排 1.选题：2016年 6月 25 日~ 2016 年 9 月10日 2.撰写与指导：2016年9月10日~ 2016年3 月1日 3.评审：2017 年4月10 日~ 2017年4月 28日 4.答辩：2017 年5月10 日~ 2017年5月 20日 闫东尧 指导教师 韩雪 职称 讲师 典型轴套零件在数控车床加工编程设计与工艺设计 三、主要参考文献（指导教师选定部分，没有则不填） [1] 邓英剑.细长轴车削刀具的设计［J］. 通用机械，2014，(01):76-77. [2] 李永祥.细长轴的车削车削加工方法［J］. 工程机械，2015，(11)：56-59. [3] 胡龙等. 车工技师手册［M］.北京：机械工业出版社，2008:277-284. [4] 王爱玲.数控机床操作技术[M].北京：机械工业出版社,2015:123-127. [5] 劳动和社会保障部教材办公室组织编写.数控编程[M].北京：中国劳动社会保障出版社,2014:23-28. [6] 邓建新,赵军主编.数控刀具材料选用手册[M].北京：机械工业出版社出版,2015:67-69. [7] 张柱银.数控原理与数控机床[M].北京:化学工业出版社,2013:78-79. [8] 吕士峰,王士柱.数控加工工艺[M].北京：国防工业出版社,2016:145-149. [9] 梁炳文.机械加工工艺与窍门精选[M].北京：机械工业出版社,2012:23-28. [10] 范进桢.数控加工技术与编程[M].北京：清华大学出版社,2015:44-49. [11] 林岩.数控车工技能实训[M].北京：化学工业出版社,2013:66-69. [12] 吴明友.数控车床考工实训教程[M].北京：化学工业出版社,2016:167-169. [13] 刘力健,牟盛勇.数控加工编程及操作[M].北京:清华大学出版社,2012:232-237. 指导教师 (签字) 教研室主任(签字)： 学生 (签字) 系主任(签章)： 教研室 意见 系部 意见 注：此任务书由指导教师填写，指导教师和接受任务的学生均应签字。
目 录
目 录 ...................................................................................................................................... I 摘 要 .................................................................................................................................... II 1．数控加工的准备工作 ..................................................................................................... 3
1.1数控加工的基本原理 .............................................................................................. 3 1.2相关机床的选用 ...................................................................................................... 3 2．加工零件工艺分析 ......................................................................................................... 5
2.1 数控加工工艺概述 ................................................................................................. 5 2.1．1 数控加工工艺的基本特点 ........................................................................... 5 2.1.2 数控加工工艺的主要内容 .............................................................................. 5 2.2 材料的选用、尺寸以及热处理分析 ................................................................... 6 2.3 零件图 ................................................................................................................... 6 2.4 实体建模图 ........................................................................................................... 7 2.5 结构工艺分析 ....................................................................................................... 9 2.6 数控加工工艺路线设计 ......................................................................................... 9 2.6．1 相关工序划分 ............................................................................................. 10 2.6.2 加工顺序安排 ................................................................................................ 10 2.7 零件的工艺步骤 ................................................................................................. 11 3．零件的图纸计算 ........................................................................................................... 11
3.1.数学处理的概念 .................................................................................................... 11 4．切削用量及刀具选择 ................................................................................................... 12
4.1.切削用量的选择 .................................................................................................... 12 4.2.刀具的选用 ............................................................................................................ 12 5．主要操作步骤及程序的编制 ....................................................................................... 13
5.1.加工顺序及路线 .................................................................................................... 13 5.2.机床的操作步骤 .................................................................................................... 13 5.3.零件的安装及装夹方式 ........................................................................................ 13 5.4.数控加工程序的编写 ............................................................................................ 14 5.5.典型轴类零件加工工艺 ........................................................................................ 18 5.6.加工成品实物图 .................................................................................................... 19 6．结论 ............................................................................................................................... 20 参考文献 ............................................................................................................................. 21 致 谢 ................................................................................................................................... 22
I
摘 要
随着我国科学技术的不断发展，数控技术也得到了相应的发展，因此，数控机床被广泛的应用到我国机械行业等。此外，由于企业对加工零部件的表面质量、加工精度等要求也是越来越高，而数控技术的出现恰好解决了这一现状。本论文通过对典型轴类零件在数控车床上面的加工进行相应的编程设计与相应的工艺设计，使得本人在大学里面学的知识得到加深与巩固，使我认识到数控机床在当今社会的重要性以及对我国机械等行业所起到的巨大贡献作用。 关键词：工艺设计 轴类零件 数控机床
II
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1．数控加工的准备工作
1.1数控加工的基本原理
随着我国科技的不断发展，涌现出许多先进的技术，其中，数字控制便是一项先进的技术，通常来讲，是把数字控制简称为数控的，它是一种比较先进的自动方面的控制技术，主要采用数字化信号来对加工控制对象进行准确、有效控制的一种方法。对于我国现代先进制造技术来讲，数控技术便是其核心。在我国，数控机床是最早应用数控技术的控制对象，它也是我国比较先进、比较典型的数控化设备。针对数控加工来讲，它主要就是按照提供的零件图样与相关加工工艺要求等原始数据信息，然后来进一步的编制有关零件数控方面的加工程序，并且把编制好的程序输入到数控机床的数控系统里面，这样便于更好的控制数控机床里面的刀具与工件的相对运动，从而准确的完成相关零件的加工。随着我国工业化的不断发展，对相关零部件的精密度要求越来越高，加工的零部件也是越来越复杂，鉴于此种情况，需要对我国的数据机床不断进行更新换代。下图1为机床数控系统的基本工作流程图。
图1 机床数控系统的基本工作流程图图
随着我国先进制造业不断追求柔性化生产、自动化生产、以及集成化生产，很显然，数控技术便是其最基础的一种技术。最近发展起来的CAM、CAD、CIMS、以及FMS、智能化生产制造、敏捷制造等相关的技术，它们都是有效建立在数据技术的基础上面的。
1.2相关机床的选用
对于下图2的零件来讲，它的主要组成部分包括：螺纹、圆弧面、相关的内孔、相关的圆柱面、相关的槽及锥度等来组成。如果采用普通的车床来对其进行加工，这样就会使得其加工精度很难得到控制，因此，需要采用数控机床来进行加工，这样才能够有效保证加工表面的质量等。本论文所设计的轴类零件主要是采用华中21T系统CK6136S高精密机床来进行准确的加工，该车床主要是呈一种卧式布局，它能够准
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确的对各种盘类工件以及各种轴类进行自动切削加工，包括端面、倒角、相关的切槽、内外圆柱面等诸多工序，此外，该车床不但能对英制及公制螺纹进行车削，还能够对模数以及径节螺纹进行有效的车削等。
图2轴类零件图
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2．加工零件工艺分析
2.1 数控加工工艺概述
针对机械加工工艺过程来讲，它主要是根据被加工零部件的相关结构特点、以及对工艺技术的相关要求，然后采用一个或者多个按照一定顺序来排列的数控机床来进行加工的工艺过程。如果在不同的条件下进行生产，其所需要的加工设备以及需要的加工方法都是存在差异的，并且，其也是由一系列的工序组合而成，而工序又由相应的工位、工步以及相应的进给、安装来进行有效的组成。在对一个零部件进行加工之前，相关的工艺人员必须要先做好一些准备工作，比如：要准确的把机床的运动过程、需要加工的零部件的工艺过程、相关刀具的形状、相关的切削用量以及有关的走到路线等都要恰当的编入程序。
2.1.1 数控加工工艺的基本特点
如果采用数控机床来对零件进行加工，那么，就需要把零件的全部加工工艺过程、全部的工艺参数以及相关的位移数据编制成准确的程序来执行，并且采用数字信息的方式把相关数据信息记录在控制介质上面（如磁盘等），通过它来良好的对机床加工过程进行控制。可见，数控机床的整个加工过程都是自动进行的，其也具有相关的特点：
（1） 数控机床的自动化程度是非常高的，也具有非常高的生产效率； （2） 数控机床的加工精密度是很高的，并且加工零件的质量也是非常稳定的； （3） 对相关加工零件对象的适应性也是非常强的；
（4） 非常容易与计算机建立通信网络，从而进一步的实现群控。
2.1.2 数控加工工艺的主要内容
一般来讲，数控加工工艺的主要内容包括如下几个方面：
（1） 要对工序内容进行准确的确定，要选择能够适合在数控机床进行加工的零
件；
（2） 要对被加工的零件图样进行准确的分析，对要加工的内容以及相关的技术
要求要进行明确，这样才能够确定准确的零件加工方案，以及制定合理、有效的零件加工工艺路线等； （3） 要准确的设计零件的数控加工工序； （4） 要合理制定和调整加工工序的相关程序； （5） 对数控加工里面的相关容差要进行合理的分配； （6） 对数控机床上面涉及到的部分指令要进行合理的处理等。
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2.2 材料选用、尺寸以及热处理分析
对相关零件材料进行选择的一般原则包括：零件材料的经济性、使用性能以及相关的工艺性能。针对零件材料的使用性能来讲，它主要是指要能够满足零件工作要求的最基本的一些条件，如零件的化学性能、物理性能等，这也是选择材料最先需要进行考虑的因素。在日常生活中，常用的材料包括：合金钢、碳钢等。由于碳钢具有许多优点，如价格比较低廉、供应很充足、具有高强度、便于进行各种热处理和热加工等，因此，其是被广泛使用的材料。对于普通机器里面的轴，可以采用许多牌号的优质中碳钢来进行制造，比如：45号钢通过相应的调质处理之后便经常使用。因此，采用45号钢作为材料。对于毛坯的尺寸是为ø170*60,为了有效的保证加工尺寸的精度要求，因此，采取单件进行全面积加工。
2.3 零件图
下图3、图4、图5为本论文所加工设计的零件图纸。
图3零件一
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图4零件二
图5零件三
2.4 实体建模图
下图6、图7、图8、图9是通过UG设计出来的三维零件图。
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图6零件一建模图
图7零件二建模图
图8零件三建模图
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图9装配后效果图
2.5 结构工艺分析
从图3结构上看，该轴类零件由外圆柱面、圆弧、外螺纹凹槽斜角等表面所组成； 从图4结构上看，该轴类零件由外圆柱面、平面、圆弧、斜角、内圆柱面、倒斜角等所组成；
从图5结构赏看，该套筒零件由外圆柱面、圆弧、凹槽、椭圆、倒角、内螺纹、内圆锥面内圆柱面等所组成。
该装配零件较复杂，都适合车削加工。另外，该零件的尺寸标注完整，轮廓描述清楚，且尺寸标注都有利于定位基准和编程原点的统一，符合数控加工尺寸标注的要求。其多个直径尺寸有较严的尺寸公差和表面粗糙度值要求。该零件材料为45钢，可以用Φ55x60mm、Φ50x62mm和Φ62 x85铸件毛坯，无热处理和硬度要求。
公差处理：尺寸公差按照图中所给公差要求设定。
2.6 数控加工工艺路线设计
为了确保数控加工工艺路线的设计是合理的，那么，就需要准确的找出所有零件的加工表面，并按照要求准确的确定各个加工表面所需要采用的加工方法，换言之，每一步都相当于一个工序。一般来讲，加工工艺路线需要注意如下几个方面的原则：
（1） 为了确保设计的工艺路线合理，那么，要能够有效的保证被加工工件的
表面粗糙度以及被加工工件的精度；
（2） 设计合理的加工工艺路线，要能够有效的减少空行程的时间，这样才能
够提高加工的效率；
（3） 要恰当的根据加工工件的加工余量、加工形状等，来确定合理的循环加
工次数；
（4） 对于刀具的切入以及切出方向要进行合理的设计；
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（5） 要准确、合理的采用铣削加工里面的逆铣或者是顺铣的方式。
2.6.1 相关工序划分
对于数控机床来讲，由于它的加工工序更加集中，因此，需要按照数控机床的具体加工特点，来进行相关工序的划分。通常来讲，有如下几种划分方式： （1） 按照装夹的定位来进行工序的有效划分； （2） 按照所采用的刀具来进行相关工序的划分； （3） 按照粗加工或者精加工来进行工序的划分。
2.6.2 加工顺序安排
一般来讲，在进行加工顺序安排的时候，要根据相关工件的毛坯状况以及工件的结构，来恰当、准确的选择工件的定位以及工件的安装方式，特别需要重点注意的是要能够有效的保证工件的刚度不能够被破坏，要尽量减少加工工件的变形，因此，在对工件的加工顺序的安排过程中要遵循如下方面的原则：
（1） 针对上道工序的加工来讲，它不能够对下道工序的定位以及夹紧造成影
响；
（2） 要尽量减少换刀的次数，要尽量减少重复进行定位；
（3） 要先对工件的内腔进行加工，然后再对工件的外轮廓进行加工； （4） 如果一次安装需要对多道工序进行加工，那么，就需要先安排加工工件刚
性破坏比较小的工序进行。
零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。由于本次加工的零件是旋转组合对配零件，则需分单个零件进行加工。我们先将这些零件分为零件一图2.1、零件二图2.2、零件三图2.3。
零件1：毛坯先夹持左端，粗车右端Φ46mm、Φ41mm的外圆，切退刀槽，M36mm×2mm的螺纹。精车右端Φ46mm、Φ41mm的外圆，切退刀槽，M36mm×2mm的螺纹。调头装夹已加工Φ46mm外圆，粗车Φ51mm、锥度为20度的外圆，Φ38mm、R3的外圆。精车Φ51mm、锥度为20度的外圆，Φ38mm、R3的外圆。
零件2：毛坯先夹持右端，粗镗左端Φ46mm、C1、的内圆，Φ41mmC1的内圆，精粗镗左端加工Φ46mm、C1、的内圆，Φ41mm、C1的内圆;粗车Φ60mm、锥度为20的外圆，精车Φ60mm、锥度为20的外圆；掉头夹左端Φ60 mm外圆，粗镗右端Φ48mm的内圆，精镗右端Φ48mm的内圆；粗车Φ60mm、R为2的外圆，Φ60mm、R为2的外圆。
零件3：毛坯先夹持右端，粗钻左端Φ25mm的内圆，粗车Φ36的内螺纹，精镗左端Φ25mm的内圆，精车Φ36的内螺纹；粗车左端Φ60、Φ48的外圆，切退刀槽，
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精车左端Φ60、Φ48的外圆；掉头夹Φ50 mm外圆，粗车椭圆，Φ60 mm、C2的外圆，切退刀槽，，精车车椭圆，Φ60 mm、C2的外圆。
2.7 零件的工艺步骤
1) 用93°外圆车刀车削ø50、锥度38°、Ｒ20圆弧ø38带槽外圆至精度要求,
先装夹毛坯左端，平右端面打中心孔；
2) 用ø18的麻花钻钻深度为34 mm的孔，用内孔刀按先粗后精的加工工序加工内孔ø34的孔和150°的斜度至精度要求； 3) 要退刀至安全点； 4) 掉头装ø50的外圆；
5) 针对平左端面来讲，要合理控制好其总长；
6) 对剩余的各个外圆，要采用一夹一顶的方式使其达到加工精度要求； 7) 对槽的加工，要采用刀宽大约为4mm的切槽到来进行加工，直到达到所要求
的精度要求；
8) 对M30X2-6g的螺纹，要采用螺纹刀来进行加工，直到规定的要求为止； 9) 要退刀至安全点；
10) 在卸零件后要进行精度的测量。
3．零件的图纸计算
3.1.数学处理的概念
在进行数控编程的过程中，可以通过数学处理的方式来准确的按照已经允许的数控编程误差以及已经准确确定的加工工艺路线，来有效的计算工件加工轨迹的准确尺寸，即加工工件节点的坐标等。针对某些不具备刀具补偿功能的数控系统来讲，还需要进一步的对刀具中心节点的坐标或者相关轨迹的基点进行计算。
对于基点来讲，它主要是指加工工件轮廓的各个几何元素间的相关切点或者是交点。
对于节点来讲，在对于某些具有非圆曲线轮廓的零件进行程序编制加工的时候，如果是采用的不具备非圆曲线方面的插补功能的数控机床来进行加工，那么，在具体的程序编制过程中就会采用圆弧或者是采用多个直线段来对非圆曲线进行近似的代替，这也被称为拟合处理。而对于拟合线段的相关切点或者交点，就把它称之为节点。
针对有关零件的图纸方面的计算，主要还是要看零件图纸的具体标注，针对不同种类的零件需要采用不同的方法来进行具体的计算。
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在针对某些采用圆弧或者采用直线拟合的非圆曲线进行相关程序编制的过程中，应该按照节点来有效的划分相关的程序段。如果逼近线段的相关近似区间越大，那么，它的切点数目就会越少，因而，有关的逼近误差就会越大。这样就会造成对节点进行拟合计算的工作量增加以及计算难度变大，鉴于这种情况，故采取计算机来完成是比较适合的。在某些时候，也可以采取人工的方式来完成，但这对相关编程者的数学处理能力要求是非常高的。
4．切削用量及刀具选择
4.1.切削用量的选择
在进行数控编程的时候，相关的编程人员必须对每一道工序的切削用量都很清楚，主要包括：进给的速度、主轴的转速、以及背吃刀量等，并且采用数控系统所规定的格式把这些参数准确度输入到程序里面。针对不同的加工方法而言，它们所采用的切削用量也是不一样的。因此，恰当、合理的选择切削用量，不但能够保证加工零件的表面质量及精度要求，而且还能够最大化的提高零件的加工效率。但在实际操作过程中是很难对切削用量进行精准掌握的，它需要通过不断的实践来进行经验的总结才能够确定比较合适的切削用量。在进行数控编程的过程中，往往只能够凭借编程人员的相关经验以及刀具切削用量的推荐者来进行一个初步的确定，而对于最终的刀具切削用量来讲，它将会根据零件的实际加工情况以及对零件的数控程序不断进行调式才能够最终进行确定。通常来讲，有关切削用量的选择是遵循如下原则的：在进行粗加工的时候主要是以提高生产效率为主，与此同时，也需要对加工的成本以及加工的经济性进行考虑；在对零件进行精加工或者半精加工的时候，除了考虑零件的加工效率及成本外，还需要考虑加工零件的质量等。特别需要注意的是，切削用量（即进给速度、主轴的转速、以及切削的深度）是一个完整的有机整体，只有当这三者之间相互配合、相互适应，才能够确定最合理的匹配值，这样才能够获得最好、最佳的切削用量。
4.2.刀具的选用
有关刀具的选用如下表1所示。
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表1 有关刀具的选用
序号 1 2 3 4 5 6 刀具号 T0101 T0202 T0303 T0404 T0505 T0606 刀具类型 93° 螺纹刀 切槽刀 93内孔刀 中心钻 麻花钻
刀具半径 0.4mm 4mm 0.4mm ø4 ø18 数量 1 1 1 1 1 1 加工表面 外轮廓 外螺纹 内轮廓 钻中心孔 钻孔 5．主要操作步骤及程序的编制
5.1.加工顺序及路线
平端面车削工件粗车外圆锥度圆弧精车外圆锥度圆弧调头平端面车槽车螺纹。
5.2.机床的操作步骤
一般来讲，机床的操作步骤如下所示：先把机床进行开机回零，然后再把刀具安装上架，并把相应的工件装夹好；接下来，输入准确的工件程序并对其进行验证；然后再进一步的按照加工步骤顺序进行对刀并且设定准确的刀具数据，当偏置原点单段进行加工运行的时候，就需要对程序进行修正，如果偏置原点连续加工运行。当程序运行结束，接下来，就把工件进行取下，然后再进行另端加工，具体的步骤与上述是相同的。
5.3.零件的安装及装夹方式
对于机床来讲，夹具是它的一种附加装置，对于数控机床与有关工件的夹装而言，它们通常采用三爪自动定心卡盘来对工件进行装夹。在进行零件的机械加工前，要让工件在机床上面占据恰当、准确的位置，当工件通过准确的定位之后，就要采用机构用外力把工件进行夹紧，目的是保持工件在加工过程中的定位位置不变，倘若工件出现过长的现状，那么，可以采用一夹一顶的工艺来进行安装。
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图10三爪卡盘
5.4.数控加工程序的编写
下表2是为零件图1的相应加工程序，它主要采用华中系统来进行编程的。
表2 零件图1 的加工程序表
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5.5.典型轴类零件加工工艺
下面的若干个图为典型轴类零件的加工工序图。
图11工序一简图
图12工序二简图
图13工序三简图
图14工序四简图
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5.6.加工成品实物图
下面的若干个图为加工成品实物图。
图15零件一加工实物图
图16零件二加工实物图
图17零件三加工实物图
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图18装配后实物图
6．结论
通过本次大专毕业论文的相关设计，使得我在大学三年学的机械理论知识得到了进一步的加深与巩固，并且能够有效的把理论知识应用到实践中，从而来发现相关的问题及自身知识存在的缺陷，也学习了怎样去思考问题以及把学到的知识合理应用到本次毕业论文的设计过程中，使本次设计的零件变得更好。与此同时，我也深刻认识到数控机床在我国整个机械加工工业中所占据的重要地位。由于数据机床作为一种先进、高精密的加工设备，因此，其被广泛应用到我国机械等相关工业里面，它对我国的经济发展起到了非常重要的作用。通过把理论知识应用到实践中，这样才能够更好的理解数控机床的作用原理等相关知识。
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参考文献
[1] 邓英剑.细长轴车削刀具的设计［J］. 通用机械，2014，(01):76-77.
[2] 李永祥.细长轴的车削车削加工方法［J］. 工程机械，2015，(11)：56-59. [3] 胡龙等. 车工技师手册［M］.北京：机械工业出版社，2008:277-284. [4] 王爱玲.数控机床操作技术[M].北京：机械工业出版社,2015:123-127.
[5] 劳动和社会保障部教材办公室组织编写.数控编程[M].北京：中国劳动社会保障出版社,2014:23-28.
[6] 邓建新,赵军主编.数控刀具材料选用手册[M].北京：机械工业出版社出版,2015:67-69.
[7] 张柱银.数控原理与数控机床[M].北京:化学工业出版社,2013:78-79. [8] 吕士峰,王士柱.数控加工工艺[M].北京：国防工业出版社,2016:145-149. [9] 梁炳文.机械加工工艺与窍门精选[M].北京：机械工业出版社,2012:23-28. [10] 范进桢.数控加工技术与编程[M].北京：清华大学出版社,2015:44-49. [11] 林岩.数控车工技能实训[M].北京：化学工业出版社,2013:66-69.
[12] 吴明友.数控车床考工实训教程[M].北京：化学工业出版社,2016:167-169. [13] 刘力健,牟盛勇.数控加工编程及操作[M].北京:清华大学出版社,2012:232-237.
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致 谢
经过辽宁工程职业学院三年的学习，本人不仅收获了科学文化知识，同时认识了一批良师益友，在大专论文完成之际，向我的老师、同学和朋友们致以诚挚的谢意!
我的导师是XXX教授，X教授治学严谨、学识渊博、为人和蔼可亲，他的言传身教激励着大家不断求知进取，同时也鼓舞了我们对生活的热爱， 他是我将来在学习、工作和生活中学习的榜样。得到X教授的指导，是我求学路上最大的幸运。
感谢XXX老师在我学习、研究和论文写作中给予我指导。他们帮助我开阔了视野，使我受益匪浅。
感谢伴随我一起成长的各位大学的同学朋友，谢谢他们在平时的学习和生活中给予我热心的帮助、支持和鼓励。
谢谢你们，我尊敬的老师和亲爱的同学！
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