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1、 畢業(yè)設(shè)計報告（論文） 課題名稱 階梯軸的加工工藝與編程 專 業(yè) 東南大學(xué)機電一體化 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 起訖日期 2012年8月--2012年12月 設(shè)計地點 徐州函授站 摘 要

2、 本文以加工典型軸類零件為例，說明數(shù)控車床的加工與編程。機床是人類進行生產(chǎn)勞動的重要工具，也是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志。經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，數(shù)控機床已是現(xiàn)代制造業(yè)的重要標志之一，在我國制造業(yè)中，數(shù)控機床的應(yīng)用也越來越廣泛，是一個企業(yè)綜合實力的體現(xiàn)。本文闡述了數(shù)控車床的組成及其特點，以及數(shù)控的加工工藝。另外，本文通過加工一軸類零件，闡述了零件加工過程，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﹑ 目 錄 1 引言 …………………

3、……………………………………………………………1 2 數(shù)控車床……………………………………………………………………………2 2.1 數(shù)控車床的定義…………………………………………………………………2 2.2 數(shù)控車床的特點…………………………………………………………………2 2.3 數(shù)控車床的組成…………………………………………………………………2 2.3.1 主機…………………………………………………………………………2 2.3.2 數(shù)控裝置……………………………………………………………………2 2.3.3 驅(qū)動裝置……………………………………………………………………3 2.

4、3.4 輔助裝置……………………………………………………………………3 2.4與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點………………………………………4 3 數(shù)控的加工工藝……………………………………………………………………3 3.1數(shù)控加工與通用機床加工工藝路線設(shè)計的區(qū)別………………………………6 3.2數(shù)控加工工藝路線設(shè)計中應(yīng)注意的問題………………………………………6 3.2.1 工序的劃分……………………………………………………………………4 3.2.2 順序的安排……………………………………………………………………4 3.2.3 切削條件的三要素……………………………………………

5、………………4 4 實例…………………………………………………………………………………5 4.1 零件圖工藝分析…………………………………………………………………6 4.2 刀具選擇…………………………………………………………………………6 4.3 確定切削用量……………………………………………………………………7 4.4 加工程序與路徑…………………………………………………………………8 結(jié)論…………………………………………………………………………………………9 參考文獻…………………………………………………………………

6、…………………9 致謝…………………………………………………………………………………………9 1 引言 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。 從20世紀中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)

7、較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關(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%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 2 數(shù)控機床 2.1數(shù)控機床定義 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。 2.2數(shù)控機床特點 從20世紀中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械

8、制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產(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、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關(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%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 2.3數(shù)控機床組成 2.3.1主機 主機：他是數(shù)控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。

9、2.3.2數(shù)控裝置 數(shù)控裝置：是數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）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、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 2.3.3驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置：他是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 2.3.4輔助裝置 輔助裝置：指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝

10、置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。 2.4與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點 圖1為一種普通車床的主軸結(jié)構(gòu) 圖2為NF520數(shù)控車床的主軸結(jié)構(gòu) 1、傳動短 由于數(shù)控車床刀架的兩個方向分別由兩臺伺服電動機驅(qū)動，所以它的傳動鏈短，不必使用掛輪、光桿等傳動部件，用伺服電動機直接與絲桿連接帶動刀架運動。伺服電動機絲杠間也可以用同步皮帶副或齒輪副連接。 2、剛度大 數(shù)控車床是直接采用直流或交流主軸，按控制指令做無級變速，主軸之間不必用多級齒輪副來進行變速、為擴大變速范圍，現(xiàn)在一

11、般還要通過一級齒輪副，一實現(xiàn)分段無級調(diào)速，即使這樣床頭箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)已比傳統(tǒng)車床簡單得多。數(shù)控車床得另一個結(jié)構(gòu)特點是剛度大，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。 3、輕拖動 數(shù)控車床的第三個結(jié)構(gòu)特點是輕拖動。刀架移動一般采用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副是數(shù)控車床得關(guān)鍵機械部件之一，滾珠絲杠兩端安裝得滾動軸承是專用軸承，它得壓力角比較常用的向心推力球輛承要大得多。這種專用軸承配對安裝，是選配的，最好是出廠時就是成對的。 4、功能多 數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護比較嚴密等特點，自動運裝時一般都處于全封閉或半封閉狀態(tài)。 5、自排屑 數(shù)控車床一般還配有自動排屑裝置。 6、高

12、精度、高穩(wěn)定 數(shù)控車床加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量，可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間； 機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3~5倍）； 機床自動化程度高，可以減輕勞動強度； 對操作人員要求高，對維修人員的技術(shù)要求更高。 3 數(shù)控的加工工藝 3.1數(shù)控加工與通用機床加工工藝路線設(shè)計的區(qū)別 數(shù)控加工工藝路線設(shè)計與通用機床加工工藝路線設(shè)計的主要區(qū)別,在于它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描

13、述。因此在工藝路線設(shè)計中一定要注意到，由于數(shù)控加工工序一般都穿插于零件加工的整個工藝過程中，因而要與普通加工工藝銜接好。 3.2數(shù)控加工工藝路線設(shè)計中應(yīng)注意的問題 3.2.1工序的劃分 根據(jù)數(shù)控加工的特點，數(shù)控加工工序的劃分一般可按下列方法進行： 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，加工完后就能達到待檢狀態(tài)。 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，會受到某些限制，如控制系統(tǒng)的限制（主要是內(nèi)存容量），機床連續(xù)工作時間的限制（如一道工序在一個工作班內(nèi)不能結(jié)束）等。此外，程序太長會增加出錯與

14、檢索的困難。因此程序不能太長，一道工序的內(nèi)容不能太多。 3)、以加工部位劃分工序。對于加工內(nèi)容很多的工件，可按其結(jié)構(gòu)特點將加工部位分成幾個部分，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。 4)、以粗、精加工劃分工序。對于經(jīng)加工后易發(fā)生變形的工件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形需要進行校形，故一般來說，凡要進行粗、精加工的都要將工序分開。 3.2.2 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考慮。順序安排一般應(yīng)按以下原則進行： 1)、上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床加工工序的也應(yīng)綜合考慮。 2)、先進行內(nèi)腔

15、加工，后進行外形加工。 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)與挪動壓板次數(shù)。 3.2.3 切削條件的三要素 切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產(chǎn)生機械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。 進給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 在三坐標的測量中工件的擺放很關(guān)鍵，雖然工件的擺放

16、對于最后的結(jié)論影響微戶其微，但是卻關(guān)系到在測量中程序的如何編制，以及在最后編制完后對要測測量數(shù)據(jù)的評值方式也不一樣。在本例中工件的擺放是按圖紙的主視圖方向來擺放的。 對于數(shù)控加工來說要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。如表一： 被切削材料名稱 輕切削 一般切削 重切削 切深0.5到1.0mm 進給量0.05到0.3mm/rev 切深1到4mm 進給量0.2到0.5mm/rev 切深5到15mm 進給量0.4到0.8mm/rev 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 10# 100-250 150-250 80-220 45# 60-

17、230 70-220 80-180 合金鋼 100-220 100-230 70-220 70-220 80-220 80-200 表一切削速度的選擇 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)定的磨損達到壽命才是理想的條件。 在實際作業(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，需要根據(jù)實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的個、刀具。 4 實例 如圖三為典型軸類零件，該零件材料為LY12，毛坯尺寸為Φ106㎜130㎜，無熱處理和硬度要

18、求。 圖三典型軸類零件 4.1 零件圖工藝分析 1）、該零件表面由圓柱、圓錐等表面組成。零件材料為LY12，毛坯尺寸為為Φ106㎜130㎜，無熱處理和硬度要求。 2）、選擇設(shè)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。 3）、確定零件的定位基準和裝夾方式：定位基準、確定坯料軸線和左端面為定位基準；裝夾方法、采用三爪自定心卡盤自定心夾緊。 4）、加工順序及進給路線：加工順序按先車端面，然后遵循由粗到精、由近到遠（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W18

19、Cr4V。 將所選定的刀具參數(shù)填入數(shù)控加工刀具卡片中（見表2）。 產(chǎn)品名稱或代號 零件名稱 典型軸 零件圖號 序號 刀具號 刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 備注 1 T01 右手外圓偏刀 1 粗車外輪廓表面 2020 2 T02 右手外圓偏刀 1 精車外輪廓表面 2020 3 T03 600外螺紋車刀 1 精車輪廓及螺紋 2020 4 T04 切槽刀 1 切4 mm槽、切斷 B=4㎜ 2020 編制 審核 批準 共 頁 第 頁 表2 數(shù)控加工刀具卡片 4.3 確定切削用量 根據(jù)被加工表面

20、質(zhì)量要求、刀具材料和工件材料，參考切削用量手冊或有關(guān)資料選取切削速度與每轉(zhuǎn)進給量，然后利用公式v c=πdn/1000和vf = nf，計算主軸轉(zhuǎn)速與進給速度（計算過程略），最后根據(jù)實踐經(jīng)驗進行修正，計算結(jié)果填入表3工序卡中。 單位名稱 產(chǎn)品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 軸2 工序號 程序編號 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 工步內(nèi)容 （尺寸單位 ㎜） 刀具號 刀具規(guī)格 / ㎜ 主軸轉(zhuǎn)速 /r.min 進給速度 /㎜.min 背吃刀量 / ㎜ 備注 1 從右

21、至左粗車各面 T01 2020 800 100 2 2 從右至左精車各面 T02 2020 1500 80 0.5 3 切槽 T04 2020 400 30 4 車M181.5螺紋 T03 2020 300 1.5 ㎜/ r 表3 軸的數(shù)控加工工藝卡片 4.4 加工程序與路徑 對圖中的零件可采用液壓卡盤裝夾一端來進行車削加工，編程原點設(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： 00005 N0G50X110.0Z20.0； /*設(shè)置工

22、件原點在右端面（相當于G92） N2G30U0W0； /*直接回第二參考點 N4G50S1200T0101M08； /*限制最高主軸轉(zhuǎn)速為1500r／min，調(diào)01號刀具 N6G96S200M03； /*設(shè)定恒切削速度為200mm/min N8G00X63.4Z3.0； /*快速走到外圓粗車始點(63.4，3.0) N10G01X75.4Z-2.86F0.3； /以進給率0.3mm/r粗車倒角 N12Z-34.8； /*粗車第一段外圓面 N14X77.0；

23、 /*粗車R4mm處臺階端面 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處臺階端面 N20X102.2Z-59.72； /*粗車C5倒角 N22Z-70.O； /*粗車第三段外圓面 N24G00X104.0 Z0.2； /*外圓面 N26G00X76.0； /*快速走到點(76.0,0.2) N2

24、8X-1.6； /*粗車右端面 N30G00Z2.0； /快速走到點(o，2．o) N32G30U0W0； /返回第二參考點以進行換刀 結(jié) 論 通過本文，我們可以對數(shù)控機床有更多的認識。通過這一零件的加工，我們可以更清楚的了解數(shù)控車床的加工過程和方法。目前，我們通過這些方法為生產(chǎn)節(jié)約了時間；也縮短了生產(chǎn)周期；提高了生產(chǎn)效率；并取得了很好的效果。還能很好的控制產(chǎn)品質(zhì)量、提高市場競爭力。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展是與現(xiàn)代計算機技術(shù)、電子技術(shù)發(fā)展同步的，同時也

25、是根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需要而發(fā)展的?，F(xiàn)在數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成熟，發(fā)展將更深更廣更快。未來的CNC系統(tǒng)將會使機械更好用，更便宜。 參考文獻： [1] 華茂發(fā).《數(shù)控機床加工工藝》.機械工業(yè)出版社.1999 [2] 黃毅宏.李明輝.《模具制造工藝》.機械工業(yè)出版社.1997 [3] 宋本基.《數(shù)控機床》.哈爾濱工程大學(xué)出版.1999年3月第1版 [4] 王潤孝.機床數(shù)控原理與系統(tǒng)[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社.1999 [5] 張耀宗.機械加工實用手冊編寫組.機械工業(yè)出版社，1997 [6] 李郝林.《機床數(shù)控技術(shù)》.機械工業(yè)出版社出版.2002年9月第1版 [7] 王愛玲.《現(xiàn)代數(shù)控原理及系統(tǒng)》.國防工業(yè)出版社出版.2002年 1月 [8] 王愛玲.《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)》. 國防工業(yè)出版社出版.2002年 1月 致 謝 本設(shè)計的完成是在我們的導(dǎo)師王書滿老師的細心指導(dǎo)下進行的。在每次設(shè)計遇到問題時老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計順利的進行。從設(shè)計的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計的修改的整個過程中，花費了王老師很多的寶貴時間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！