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1、#+ 学学 号：号： 毕毕业业设设计计说说明明书书 GRADUATE DESIGN 设计题目：设计题目：轴套类零件数控加工工艺及编程设计轴套类零件数控加工工艺及编程设计 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 学学 院：院： 指导教师：指导教师： 2017 年年 6 月月 9 日日 #+ 摘 要 车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。 车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削 加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面，大部分具 有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、 沟槽、螺纹和回转成
2、形面等，所用刀具主要是车刀。 本文主要论述了轴套类零件加工工艺及设计编程，通过 UG 画出零件图及 编写程序，利用数控车床软件仿真避免次品的产生和材料浪费，对零件进行工 艺分析，通过 CKA6150 机床进行加工实体，很好的利用仿真软件与机床的有机 结合，加工出合格产品。 此外本文还介绍了刀具的选择和运用以及在加工过程中的注意事项等，分 析了如何根据零件的几何形状特点设计加工工艺和操作步骤，以及操作过程中 的相关参数选择。实践证明，在数控加工中，根据零件的不同部位的技术要求， 合理安排不同的加工工艺，设置合理的加工参数，选择合理的加工道具，不仅 可以提高加工效率，保证质量，而且还减少工具损耗。
3、 关键词 车削加工 零件的工艺分析 编写程序 #+ Abstract Turning the workpiece in a lathe using method of tool rotation relative to the workpiece cutting. Cutting machining is mainly composed of workpiece instead of cutting tools available. Turning is the most basic machining method, the most common, occupies a very impo
4、rtant position in the production. Turning for processing rotary workpiece surface, most has the rotation surface can be processed with the method of turning, such as the external cylindrical surface, conical surface, and face, groove, thread and rotary forming surface, the tool is mainly used tools.
5、 This paper mainly discusses the sleeve parts machining process and program design, through the UG to draw the parts diagram and program, using the numerical control lathe simulation software to avoid the defective products and material waste, the process analysis to parts, processing entity through
6、 the wide number 980 machine tool, the organic combination of simulation software and the machine to good use, processing qualified product. In addition, this paper also introduces the selection and use of tools and in the process of attention, analyzes how to according to the part geometry characte
7、ristics of the design process and steps, select the relevant parameters and operating process. Practice has proved, in NC machining parts, according to the requirements of the different parts of the technology, reasonable arrangement of different machining process, setting processing parameters reas
8、onably, choose the reasonable processing tools, not only can improve the processing efficiency, ensure the quality, but also reduce the tool wear. Key Words: Turning Parts of the process analysis Write a program #+ 目 录 摘 要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪 论.1 第 2 章 数控机床的概念.2 2.1 数控机床的概念.2 2.1.1 机床本身技术参数.2 2.1.
9、2 数控系统.2 2.2 数控加工的概念.3 2.3 数控机床的分类.3 2.3.1 按加工工艺方法分类.3 2.3.2 按控制运动轨迹分类.4 2.3.3 按驱动装置的特点分类.4 2.4 数控车削加工工艺.5 2.4.1 合理选择切削用量.5 2.4.2 夹具安装要点.6 2.4.3 数控车床加工程序编程.6 2.5 数控车床的组成和工作原理.7 2.5.1 车床主体.7 2.5.2 数控装置和伺服系统.7 2.6 数控车床安全操作规程.7 2.7 数控车床坐标系的确定.8 2.5 运动方向确定.9 第 3 章 套筒类零件的结构特点及工艺分析.10 3.1 轴承套加工工艺.10 3.1.1
10、 轴承套技术条件和工程分析.10 3.1.2 轴承套的加工工艺.11 3.2 液压缸加工工艺分析.11 3.2.1 液压缸的技术条件和工程分析.11 3.2.2 液压缸的加工工艺.12 3.3 套类零件的加工.13 3.4 套类零件加工刀具的刃磨.13 3.5 麻花钻.14 3.5.1 麻花钻的组成（图 3-4）.14 3.5.2 麻花钻工作部分的几何形状.14 3.6 套类零件加工过程中的主要工艺问题.14 3.5.1 保证相互位置精度.15 第 4 章 套类零件的编程与分析.16 4.1 材料选择与分析.16 #+ 4.2 套类零件的装夹方案.17 4.3 刀具的选择.17 4.4 切削用
11、量的选择.17 4.5 切削液的选择.17 4.6 填写加工刀具和工艺卡.18 第 5 章 套类零件加工过程及结果分析.19 5.1 加工过程.19 5.2 零件加工结果.19 5.3 原因分析.19 5.4 解决方法.19 结 论.20 参考文献.21 谢 辞.22 附 录 A.23 附 录 B.24 附 录 C.25 附 录 D.26 #+ 第 1 章 绪 论 科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成 本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技 术措施之一。他不仅能够提高品质质量和生产率，降低生产成本，还能改善工 人的劳动条件，但是采用这种
12、自动和高效率的设备需要很大的初期投资，以及 较长的生产周期，只有在大批量的生产条件下，才会有显著的经济效益。 为了解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂精度要求高的 零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的，能够适应产品频繁变化的 “柔性”自动化机床。数控机床才得已产生和发展。 数控技术是数字控制（Numerical Control）技术的简称。它采用数字化信号 对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。利用数控技术可以 把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专 用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使 生产过程能
13、在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。采用数控 技术的控制系统称为数控系统（Numerical Control System）。根据被控对象的 不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各 种机床数控系统。 #+ 第 2 章 数控机床的概念 2.1 数控机床的概念 数控机床是一种用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。 主要分为立式和卧式两种。立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢；卧式装 夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。数控铣床分三坐标和多坐标 两种。三坐标机床（X、Y、 Z）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线 的轮廓和开敞曲面
14、的行切。多坐标机床是在三坐标机床的基础上，通过增加数 控分度头或者回转工作台，成为 4 坐标或者 5 坐标机床（甚至多坐标机床）。 多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须摆角加工的零件，如法向 钻孔，摆角行切等。摆角形式 4 坐标的主要为 A 或 B；5 坐标机床主要为 AB，AC，BC，可根据零件要求选用。摆角大小由加工的零件决定。 2.1.1 机床本身技术参数 （1） 工作台：零件加工工作平台，尺寸大小应根据加工零件的大小进行 选用。 （2） T 形槽：工作台上的 T 形槽主要用于零件的装夹，其中 T 形槽的槽 数、槽宽相互间距，需要根据加工工件的特点进行规定。 （3） 主轴：主轴
15、形式，主轴孔形式等。 （4） 进给范围：机床 X Y Z 三个方向的可移动距离（行程）、移动速度 的大小、摆角（A B C）的摆动范围、摆动的速度。 （5） 主轴的旋转：主轴的转速、主轴的功率、伺服电机的转矩等。 2.1.2 数控系统 数控系统是数控机床的核心。现代数控系统通常是一台带有专门系统软件 的专用， 微型计算机。它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受 控制介质上的数字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处 理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作。作 为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性和优越性。 （1）分辨率 分辨率越
16、高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。 （2）控制轴数和联动轴数应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况。 （3）标准（基本）功能项目功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一 些自动补偿、自适应技术模块等先进的检测、监控系统：红外线、温度测量、 功率测量、激光检测等先进手段的采用，将在一定程度上大大提高机床的综合 性能，保证机床更加可靠精确地自动工作。 #+ 2.2 数控加工的概念 数控机床工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的 松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的 形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字 信息
17、送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信 号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。 所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工 一般包括以下几个内容： （1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分。 （2）利用图形软件（PRO/E UG）对需要数控加工的部分造型。 （3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、 半精加工、精加工轨迹）。 （4）轨迹的仿真检验。 （5）生成 G 代码。 （6）传给机床加工。 2.3 数控机床的分类 2.3.1 按加工工艺方法分类 （1）金属切削类数控机床 与传统的车
18、、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控 铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工 工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动 都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工 中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、 钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装 置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序 进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加 工。加工
19、中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了 机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。 （2）特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、 数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激 #+ 光加工机床等。 （3）板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控 折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测 量机、自动绘图机及工业机器人等。 2.3.2 按控制运动轨迹分类 （1）点位控制数控机床 位置的精确定位，在移动和定位
20、过程中不进行任何加工。机床数控系统只 控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间 的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依 次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。 点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 （2）直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐 标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内 变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的 数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数
21、控进 给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一 种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进 给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这 类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。 （3）轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关 的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控 制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和 位移，将工件加工成要求的轮廓形状。常用的数控车床、数控铣床、数控磨床 就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割
22、机、电火花加工机床以及数控绘 图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为 复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 #+ 2.3.3 按驱动装置的特点分类 （1）开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常 为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令， 经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带 动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动 速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流 是单向的，即进
23、给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控 制数控机床。 （2）闭环控制数控车床 接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中， 与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际 需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环 系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因 此其控制精度高。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故 称为闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较 困难，系统复杂，成本高。 （3）半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴
24、或数控机床的传动丝杠上装有角 位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动 部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元 件 A 和光电编码盘 B 可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实 际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包 括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。半闭环控制数控系统的调试 比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设 计成一体，这样，使结构更加紧凑。 （4）混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合 控制数控机床特别适
25、用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要 较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环 控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。 2.4 数控车削加工工艺 数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装 #+ 夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。 2.4.1 合理选择切削用量 对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三 大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必 然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直 接引起刀具的损伤。伴
26、随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、 化学的、热的磨损。切削速度提高 20%，刀具寿命会减少 1/2。进给条件与刀具 后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。 它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量 大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。 用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择 使用的切削速度。 （1）合理选择刀具 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、 大进给量的要求。 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 为减少
27、换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 （2）合理选择夹具 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具。 零件定位基准重合，以减少定位误差。 （3） 确定加工路线 加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 应能保证加工精度和表面粗糙要求。 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。 （4）加工路线与加工余量的联系 目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余 量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车 床加工时，则需注意程序的灵活安排。 2.4.2 夹具安装要点 目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘
28、夹紧要点 如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再 用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。 #+ 2.4.3 数控车床加工程序编程 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、 盘类等回转类零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥 面、成形表面 、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以 及铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度 和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。 （1）数控程序编制的基本方法 分析零件图样和制定工艺方案。 数学处理。 编写零件加工程序。 程序检验。 （2）
29、数控程序编制的方法 手工编程和计算机自动编程。 2.5 数控车床的组成和工作原理 虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大 部分组成。 2.5.1 车床主体 车床主体是实现加工过程的实际机械部件，主要包括主运动部件（如卡盘、 主轴等）进给运动部件（如工作台、刀架等）、支承部件（如床身、立柱等）， 以及冷却、润滑、转位部件和夹紧、换刀机械手等辅助装置。 2.5.2 数控装置和伺服系统 （1）数控装置：它的核心是计算机及运行在其上的软件，它在数控车床中 起“指挥”作用。数控庄子接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后， 向驱动机构发现执行命令。在执行过程中，其驱动、检
30、测等机构同时将有关信 息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。 （2）伺服系统：它通过驱动电路和执行文件（如伺服电机）。准确地执行 数控装置发出的命令，成数控装置所要求的各种位移。数控车床的进给传动系 统常用进给伺服系统代替，因此也常称为进给伺服系统。 2.6 数控车床安全操作规程 （1）开机前应对数控机床进行全面细致的检查，内容包括操作面板、导轨 面、卡爪、尾座、刀架、刀具等，认无误后方可操作。 #+ （2）数控机床通电后，检查各开关、按钮和按键、机床有无异常现象。 （3）程序输入后，仔细核对代码、地址、数值、正负号、小数点进行认真 的核对。 （4）正确测量和计算工件坐标系。并对所得结果进行检查 （5）输入工件坐标系，并对坐标。坐标值、正负号、小数点进行认真的核 对。 （6）未装工件前，空运行一次程序，看程序能否顺利进行，刀具和夹具安 装是否合理，有无“超 （7）试切削时快速倍率开关必须打到最低挡位。 （8）试切削进刀时，在刀具运行至工件 3050处，必须在进给保持下， 验证 Z 轴和 X 轴坐标剩余值与加工程序是否一致。 （9）试切削和加工中，刃磨刀具和更换刀具后，要重新测量刀具位置并修 改刀补值和刀补号。 （10）程序修改后，要对修改部分仔细核对。 （11）必须在确认工件夹紧后才能启动机床，严禁工件