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1、毕业设计（论文）说明书 数控机床的分类及典型轴类零件的加工 专 业 机电一体化 指导老师 学生姓名 哈哈哈 提交日期 2011 年 8 月 26 日 电气工程 学院毕业设计（论文）课题任务书（2010-2011 学年）课题名称数控机床的分类及典型轴类零件的加工学生姓名机电专业机电一体化联系电话QQ指导教师课题概述： 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.适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零
2、件。数控机床的这些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。原始资料及主要参数：1、王中发.实用机械设计.北京：北京理工大学出版社 1998；2 、唐宗军.机械制造基础.大连：机械工业出版社 1997；3、吴祖育，秦鹏飞.数控机床.上海：上海科学技术出版社 2003；4、许翔泰，刘艳芳. 数控加工编程实用技术.北京：机械工业出版社2000；5、吴明友.数控机床加工技术 东南大学出版社.江苏：2000；参考资料及文献：于春生.韩旻 .数控编程及应用 北京:高等教育出版社,2001.7郑修文,机械制造工艺学 北京:机械工业出版社,1999.5乔世民,机械制造基础 北京高等教育出版社
3、,2003.8 董献坤 数控机床结构与编程 机械工业出版 1997； 曹琰 数控机床应用与维修 北京：电子工业出版社，1994； 李福生等 实用数控机床技术手册 北京：北京出版社，1993； 王爱玲等 实用数控与编程技术 北京：国防工业出版社，1993；设计（论文）成果要求（包括文献综述、开题报告、设计或论文正文的数量等要求）： 一、 毕业论文或设计报告必须按规定的时间完成并上交，否则会推迟取得独立本科毕业证书的时间。二、 毕业论文或设计报告的正文部分要求3千字以上，可以查阅网络或图书馆内的相关资料，但不准抄袭，否则不合格。三、 毕业论文或设计报告为打印稿，包括毕业设计（论文）说明书（4页）以
4、及论文或报告正文部分，建议正反打印。毕业设计（论文）说明书的格式见附件一，说明书内“课题概述”、“原始资料及主要参数”、“参考资料及文献”要填写完整。论文或设计报告的正文部分应包括：摘要、关键词、正文、结束语、参考文献以及附件（包括设计图纸或其它资料）。进度计划安排起止日期要求完成的内容及质量审核（系主任）批准部门（教务处）毕业设计（论文）评语： 毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）指导老师签字： 年 月 日 数控机床的分类及典型轴类零件的加工摘要： 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为
5、效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方
6、案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。关键词：数控机床 数控编程 加工工艺 实际生产正文：数控机床的分类一、按加工工艺方法分类 1金属切削类数控机床 与传统的车、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。 2特种加工类数控
7、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。 二、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。 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
8、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。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。三、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
9、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。 2闭环控制数控机床 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。 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。 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。混合控制系统又分为两种形式： （1）开环
10、补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。 （2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中A是速度测量元件（如测速发电机），B是角度测量元件，C是直线位移测量元件。典型轴类零件的加工1、 轴类零件加工工艺分析（1） 技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相
11、互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。 （2）毛坯选择 轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。 （3）定位基准选择 轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基准，
12、或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高。（4）轴类零件的预备加工 车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有:直-毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。 （5） 热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火火退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。能；（6） 加工工序的划分一般可按下列方法进行：刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。以粗、精加工分序法 对于
13、易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。 （7）工时在加,加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。在同一次安装中进行的多道工
14、序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。 在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。 （8）走刀路线和对刀点选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。2、典型轴类零件加工工艺 （1）确定加工顺序及进给路线加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。（2）选择刀具1）车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。2) 粗
15、、精车外圆：（因为程序选用 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.3)车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm）4)车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀. （3）选择切削用量 表3-5切削用量选择主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆 8000.11.5精车外圆8000.050.2粗车螺纹701.50.4精车螺纹701.50.1切槽1150.04数控加工刀具卡片 表3-1 刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序
16、号 刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金端面45度车刀1粗、精车端面2T02硬质合金90度放型车刀1粗、精车外轮廓左偏刀3T03硬质合金车槽刀1切槽4T0460度硬质合金外螺纹车刀1粗、精车螺纹用以上数据编制工艺卡如下：表3-2 数控加工工艺卡单位名称产品名称或代号零件名称零件图号典型轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间001 O1111三爪自定心卡盘Cjk6032数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm备注1车端面T0145度刀5000.1手动2粗车外轮廓T0290度防型刀8000.11.5自动3精车外圆轮廓T0290度防型刀8000.
17、050.2自动4切槽T03切槽刀1150.04自动工序号程序编号夹具名称使用设备车间00202222三爪自定心卡盘Cjk6032数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm备注1车端面T0145度刀5000.1手动2粗车外轮廓T0290度防型刀8000.11.5自动3精车外圆轮廓T0290度防型刀8000.050.2自动4切退刀槽T03切槽刀1150.04自动5粗车螺纹T0460度外螺纹刀701.50.4自动6精车螺纹T0460度外螺纹刀701.50.1自动编制审核批准年 月 日共 页 第页3 加工坐标系设置 （1）建立工件坐标系 图1-3坐标系设定（2）
18、试切法对刀在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右端面O为工件原点时，对刀输入为Z0，如图3-4（a）用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4（b）根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。 图3-4（a）
19、Z轴方向对刀图3-4（b） X轴方向对刀 （3）选择切削用量 表3-5切削用量选择主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆 8000.11.5精车外圆8000.050.2粗车螺纹701.50.4精车螺纹701.50.1切槽1150.04为了螺纹容易配合，螺纹M251.5在车削大径时，加工到直径24.7mm，总背吃刀量去0.65P=（0.651.5）mm=0.975mm. 结束语：通过对本毕业论文的设计，我们全面的了解了数控机床的分类和用数控机床加工加工各种轴类零件的全过程。在整个加工过程中我们注意到了加工工艺分析是整个加工过程中最重要的一部分，是决定能否加工出
20、符合要求的零件的重要因素。下面就加工工艺做简单总结供同学们参考。1） 选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。2） 分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序的划分加工顺序的安排与传统加工工序的衔接等。3） 设计数控加工工序。如工序的划分，零件的定位与夹具的选择，刀具的选择，切削用量的确定等。4） 调整数控加工工序的程序。如对刀点，换到点的选择加工路线的确定刀具的补偿。5） 分配数控加工中的容差。6） 处理数控工艺上的部分指令总之数控加工工艺的内容很多，有些与普通机床加工相似。以后在实际工作可具体分析。参考文献： 于春生.韩旻 .数控编程及应用 北京:高等教育出版社,2001.7郑修文,机械制造工艺学 北京:机械工业出版社,1999.5 乔世民,机械制造基础 北京高等教育出版社,2003.8 董献坤 数控机床结构与编程 机械工业出版 1997； 曹琰 数控机床应用与维修 北京：电子工业出版社，1994； 李福生等 实用数控机床技术手册 北京：北京出版社，1993； 王爱玲等 实用数控与编程技术 北京：国防工业出版社，1993；
