数控加工工艺毕业设计论文

江西工业贸易职业技术学院

毕 业 设 计

课题名称：

（20 15 年 2 学期）

系 部 机电技术系

专 业

班 级 13数控

姓 名

指导教师 周伟

2015 年 10 月 25日

独创性声明

本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研

究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得江西工业贸易职业技术学院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

设计作者签名： 贺亮 日期： 2015 年 10月 25日

版权使用授权书

本毕业设计作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交设

计的复印件和电子版，允许设计被查阅和借阅。本人授权江西工业贸易职业技术学院可以将本毕业设计全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业设计或与该设计直接相关的学术论文或成果时，单位署名为江西工业贸易职业技术学院。

设计作者签名： 贺亮 日期： 2015 年 10 月 25 日

指 导 教 师 签 名： 日期：

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，因为效率和质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大提高效率，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，确定切屑用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要做一些处理，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。

本文根据数控机床的特点。针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切屑用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度、加工效率、简化工序等方面的优势。

关键词 工艺分析 加工方案 进给路线 控制尺寸

目 录

第1章 前言-----------------------------------第5页

第2章 工艺方案的分析-------------------------第6页

2.1 零件图---------------------------第6页

2.2 零件图分析-----------------------第6页

2.3 零件技术要求分析-----------------第6页

2.4 确定加工方法---------------------第7页

2.5 确定加工方案---------------------第7页

第3章 工件的装夹-----------------------------第8页

3.1 定位基准的选择-----------------------第8页

3.2 定位基准选择的原则-------------------第8页

3.3 确定零件的定位基准-------------------第8页

3.4 装夹方式的选择-----------------------第8页

3.5 数控车床常用的装夹方式---------------第9页

3.6 确定合理装夹方式---------------------第9页

第4章 刀具及切削用量-------------------------第10页

4.1 选择数控刀具的原则-------------------第10页

4.2 选择数控车削刀具---------------------第10页

4.3 设置刀点和换刀点---------------------第11页

4.4 确定切削用量-------------------------第12页

第5章 轴类零件的加工-------------------------第12页

5.1 轴类零件加工工艺分析-----------------第13页

5.2 轴类零件加工工艺---------------------第17页

5.3 加工坐标系设置-----------------------第21页

5.4 保证加工精度方法---------------------第22页

第6章 数控加工程序---------------------------第23页

第7章 设计总结-------------------------------第26页 致谢词------------------------------------第28页

参考文献 ---------------------------------第29页

第1章 前 言

数控加工是机械制造中的先进的加工技术，也是一种高效率、高精度与高柔性特点的自动加工方法，数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要，制造自动化是先进制造技术的重要组成部分，其核心技术是数控技术，数控技术是综合计算机、自动技术、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它的出现及所带来的巨大利益，已经引起了世界各国技术与工业界的普遍重视，目前，国内数控机床使用越来越普及，如何提高数控加工技术水平已成为当务之急，随着数控加工的日益普及，越来越多的数控机床用户感到，数控加工工艺掌握的水平是制约的手工编程与CAD/CAM集成化自动编程质量的关键因素。

第2章 工艺方案分析

2.1 零件图

2.2 零件图分析

该零件表面有圆柱、顺圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。尺寸完整，选用毛坯为45#钢，￠37mmⅹ120mm,无热处理和硬度要求。

2.3 零件技术要求分析

中批量生产条件编程，不准用砂布及锉刀等修饰表面，这是对平面高精度的要求，未注公差尺寸按 GB1804-M，调质处理HRC 26~36，未注粗糙度部分光洁度按Ra6.3,毛坯尺寸￠37mmⅹ120mm。

2.4 确定加工方法

加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和行为公差要求等全面考虑。

图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，而取其基本尺寸。

通过上图数据分析，考虑加工效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为中批量加工，故加工设备采用数控车床。

根据加工零件的外形和材料以及环境条件，故选用CA6140数控机床。

2.5 确定加工方案

零件上比较精密的表面加工，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，还应正确的确定从毛坯到最终成形的加工方案。

毛坯先夹持右端，车至左端轮廓50mm处，左端加工￠16mm、倒角C1.5mm、螺纹M24mmⅹ2mm、￠32mm。调头加工装夹已加工￠32mm外圆，右端加工R9mm、￠15mm、倒角C2mm、R7mm、锥度为10度的外圆、切退刀槽、螺纹M24mmⅹ2mm。

该轴的加工顺序为：

预备加工---车端面---粗车左端轮廓---精车左端轮廓---粗精车螺纹---工件调头---车端面---粗车右边轮廓---精车右边轮廓---切退刀槽---粗精螺纹。

第

3.1 定位基准的选择 3章 工件的装夹

在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。

3.2 定位基准选择的原则

1）基准重合原则。 为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。

2）便于装夹原则。 所选择的定位基准应能保证定位的准确、可靠，定位夹紧机构简单、易操作、敞开性好，能够加工尽可能多的表面。

3）便于对刀的原则。 批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。

3.3 确定零件的定位基准

以左右端大端面为定位基准。

3.4 装夹方式的选择

为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率、加工成本及操作安都有直接影响。

3.5 数控车床常用的装夹方式

1) 在三爪自定心卡盘上装夹。 三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便，省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。

2）在两顶尖之间装夹。 对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件， 为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。

3）用卡盘和顶尖装夹。 当车削质量较大的工件时，要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准，应用较广泛。

4）用心轴装夹。 当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好轴向定位准确。

3.6 确定合理的装夹方式

装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯右端，加工左端达到工件精度要求，再工件调头加工，用三爪自定心卡盘卡住毛坯左端￠32，再加工左端达到工件精度要求。

第4章 刀具及切削用量

4.1 选择数控刀具的原则

刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。

选择刀具寿命时可考虑如下几点，根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选的比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产率，刀具寿命可选的低些，一般取15—30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选的高些，应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选的低些，当某些工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命应选的低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适用高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。

4.2数控车削用的工具

数控车床车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀等三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成形车刀有小小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线型切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖是由直线型的主副切削刃组成。尖形车刀几何参数的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑。并应兼顾刀尖本身的强度。

圆弧形车刀;圆弧形车刀是以一圆度或轮廓误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此,刀位点不在圆弧上,而在该圆的圆心上圆弧形车刀可以用于车削内外表面,特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面.选择车刀圆弧半径时应考虑两点，车刀切削刃的圆弧半径小于或等于零件凹型轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉。该半径不宜选 择太小，否则不但造 成困难，还会因为刀尖太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

4.3设置刀点和换刀点

刀具究竞从什么位置开始移动到指定的位置呢？所以在程序执行的一开始，心须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置 ，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起点或起刀点，此起始点一般通过对刀来确定，所以，该 点又称为起刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置，对刀点设置原则是：便于

数值处理的简化和简化程序编制，易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可以设置在零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应设置在零件的设计基准或工艺机床上，实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放在对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”重合。所谓刀位点是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点是刀尖或刀尖的圆弧中心。平底立铣刀是是刀具轴线与刀具底面的交点。球头铣刀是球的中心。钻头是钻尖。用于手动对刀操作，对刀精度较低。且效率低。有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等。以减少对刀时间。提高对刀精度。加工过程中需要换刀时应规定换刀点。所谓换刀点是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件以及其他部件为准。

4.4 确定切削用量

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

第5章 典型轴类零件的加工

5.1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IT7—IT8.几何形状精度主要圆度和圆柱度。一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一，图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。

（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件比较多，如图典型轴类直径相差不大，采用直径为37mm，材料45#钢，在锯床上按120mm下料

（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，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个外圆表面和端面，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时为了提高工作装夹刚性，可以采用轴的外圆表面作为定位基准，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。

数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确性。或为了端面余量均匀，工件轴向需要定为。采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限末支撑，以工件端面

或台阶面作为轴向定位基准。

（4）轴类零件的预备加工。车削之前常需要根据情况的具体安排预备加工，内容通常有：直—毛坯出厂时或在运输和保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。过量弯曲变形会造成加工余量不足及装夹不可靠。因此，在车削前需要增加校直工序。

切断——用棒料刀切得所需长度的坯料。切断可在弓形锯床、圆盘锯床等上面进行，也可以再普通车床上切断或在冲床上用冲模冲切。

车端面和钻中心孔---对数控车削而言，通常将他们作为预备加工工序安排。

（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淬火和退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能，性能要求较高的毛坯在粗加工后，精加工前应安排跳质处理， 以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨要求不高的零件，调质也常作为最终的热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。

(6) 加工工序的划分一般可按下列方法进行

1) 刀具集中分序法。 就是按照所用的刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部分。再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的所有部位。这样，可以减少换到次数，压缩空行程的时间，减少不必要的定位误差。

2) 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。一般先加工平面、定位面。后加工孔，先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状，先加工精度要求比较低的部位，后加工精度要求比较高的部位。

3) 以粗、精加工分序法。 对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和工艺性。机床的功能，零件的数控加工内容有多少，安装的次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来定，但一定要合理。

（7）工时安排。 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。顺序一般按照下列原则进行；

1) 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。

2) 先进行内形内腔加工工序，后进行外形加工的工序。

3) 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。

4） 在同一安装中进行多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。在数控车床上粗车、半精车分别用同一加工程序控制

（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