轴类零件的车削加工

四川职业技术学院

毕 业 设 计

题 目

轴类零件的车削加工

所属系部 机械工程系 所属专业 数控技术应用

所属班级 2012级数控2班 学 号 [1**********]103 学生姓名 起讫日期

黄鹏

指导教师

李进东

四川职业技术学院 毕业设计任务书

注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交所属系部毕业设计（论文）领导小组审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。

四川职业技术学院毕业设计中期检查表

系： 机械工程系 专业： 数控技术应用 填表日期：

注：1．本表由教师填写，交系保存备查；

2．本表仅供参考，各系根据检查需要，可对检查内容进行必要的调整。

教研室主任：

四川职业技术学院 学生毕业设计答辩情况记载表

四川职业技术学院 毕业设计综合评定表

摘要

数控技术和数控机床在当今机械制造业中的重要地位，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔软性、集成化生产的重要手段和标志，数控加工技术的整个过程也是目前许多制造人员的要掌握较为重要的知识。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程控制的技术。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，更使制造业成为工业化的象征。数控机床是集高、精、尖技术于一体，集机、电、光、液于一身的高技术产物。具有加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高、适应性强、灵活性好等众多优点，在各个行业受到广泛欢迎，在使用方面，也是越来越受到重视。但由于它是集强、弱电于一体，数字技术控制机械制造的一体化设备，一旦系统的某些部分出现故障，就势必使机床停机，影响生产，所以如

何正确维护设备和出现故障时能及时抢险就是保障生产正常进行的关键。本设计通过数控工艺分析、数控手动编程基础介绍、CAD/CAM软件自动编程、软件后处理文件制作、数控软件仿真、数控机床加工等一般步骤与方法。运用机械制造的相关知识进行严格的工艺分析与加工方式的制定，经过成本核算，该方案具有可行性。有效的利用CAD/CAM软件通过最合适的造型方式设计出零件模型，根据我们之前的工艺分析适用软件做出最佳的加工方式，采用铣削手工编程基础于FANUDoim 数控系统进行了程序后处理文件的编写。并在数控仿真软件和数控机床上进行了具体验证，最终加工出符合图纸要求的零件实体。经具体检验符合图纸标准。

关键词：工艺分析、CAD/CAM编程、后处理文件、软件仿真、机床加工

目录

1 零件图纸................................................................... 1 2 图样分析................................................................... 2 3 数控加工方案的制定 . ........................................................ 4 4 毛坯选择................................................................... 5

4.1毛坯分析 ............................................................. 5 4.2毛坯的选择 ........................................................... 5 5 工艺过程设计 . .............................................................. 6

5.1选择定位基准： ....................................................... 6 5.2选择毛坯各表面加工方法： ............................................. 6 5.3确定加工顺序： ....................................................... 6 6 工装的选择 . ............................................................... 12

6.1 机床的选择 . ......................................................... 12 6.2 刀具的选择 . ......................................................... 14 6.3 量具的选择 . ......................................................... 14 6.4 切削液的选择 . ....................................................... 14 7 工序加工余量、工序尺寸的确定 . ............................................. 17

8.1 切削用量的选择原则 . ................................................. 17 8.2 背吃刀量的确定 . ..................................................... 17 7.3 切削速度的确定 . ..................................................... 19 7.4 进给量的确定 . ....................................................... 19 7.5 主轴转速的确定 . ..................................................... 20 8 数控加工工艺卡 . ........................................................... 22 9 数控加工工序卡 . ........................................................... 24 10 数控加工刀具卡 . .......................................................... 27 11 利用手动或自动编程软件得到的加工程序（简略）及清单 ....................... 29 12 结束语................................................................... 31 13 参考文献 . ................................................................ 32

附A3图纸

1 零件图

2 图样分析

2.1零件图的用途

图中所设计的零件为一复杂的轴类组合零件，而轴类零件又是机器中经常遇

到的典型零件之一。它主要用来连接和支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，图示零件也不例外。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴、和曲轴等。图中所示零件的用途是连接其他配合件，起的作用是支承其他传动零部件，传递扭矩和承受载荷，可用于汽车、机械等行业。

2.2零件图工艺分析

加工出合格的零件，首先要对该零件图纸进行分析，如上图所示，该零件是有螺纹、圆柱、圆弧、椭圆弧、槽等表面组成，其中有严格的直径精度要求如34-0.05、320

+0.05

、220

+0.01

等，轴线长度的精度如57±0.05、52±0.05，粗糙度要求

表面1.5μm 。

经过以上分析，我可以采取以下几点工艺措施：

（1）椭圆轴外园轮廓的尺寸精度都是要求公差在0到-0.05范围之内，因此编程时可以按整数编，粗加工之前统一进行磨耗调整，使得零件精度得到保证，即在磨耗调整中输入-0.025. 若因加工误差导致零件加工出偏少则在磨耗中加以数值，若零件加工出偏大则建一个数值。总之根据实际情况调整尽量零件加工后尺寸处于公差范围中间值。

(2）在轮廓曲线上，有一椭圆弧与阶梯轴相连，为了保证其椭圆起点与阶梯轴的端部相连的准确性，通过图纸的条件可知椭圆的终点坐标为（13,21）。 (3）大零件的左端是由内螺纹、圆柱、圆弧、槽等组成，且每段圆柱轴的长度很少，显然不好装夹，所以应留在最后加工，先装夹毛培左端加工右端椭圆弧、圆锥及圆柱φ35。

2.3零件毛坯及材料选择

轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式及毛坯材料。对于外圆直径之间相差不大的阶梯轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。由于该零件的进行机械要求不是很高且阶梯轴外圆直径相差不大，故毛坯选用棒料。毛坯规格选为φ

φ50x55mm 。

50x95mm 和

3 数控加工方案的制定

3.1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，后切槽，加工内孔，最后车出内螺纹；上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧

工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓尽量减少重复定位与换刀次数。

3.2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、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）车椭圆：选用35度尖刀。

4) 车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm ，刀宽3mm ）。

5) 车内螺纹:选用60度硬质合金内螺纹车刀。

4 毛坯选择

4.1毛坯分析

根据零件的设计和运用领域等方面，零件形状尺寸、力学性能、批量大小以及学校现有的设备要求，选择零件的材料。

4.1.1：材料的力学性能：

退火刚抗拉强度：≥600（MPa);

屈服强度：≥355（MPa);

延长率：≥16％ 断面收缩率：≥40％；

布氏硬度：≤197（HB ）；

4.1.2：批量大小：小批量生产

4.1.3：零件形状尺寸：

零件大小φ46×97

4.1.4：学校现有的设备：

数控车床

4.2毛坯的选择

选择毛坯尺寸为φ50×100的45#钢 类型为型材。

5 工艺过程设计

5.1选择定位基准：

通常毛坯未经任何处理时，外表面有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，还有毛刺，装夹前应进行钳工去毛刺处理，再以面作为粗基准加工精基准定位面。 用车刀车削端面和外圆设臵为0点坐标，即为定位基准。

5.2选择毛坯各表面加工方法：

表面的加工顺序是先里后面，先粗后精，先面后孔的方法划分加工步骤，由于轮廓壁太薄，对其划分工序考虑要全面，先对受力大的部件先加工，对剩余部粗铣后就开始精加工。由于粗精加工同一个部位都用的不是同一把刀，所以选择加工方案要综合考虑。

5.3确定加工顺序：

1) 加工带孔轴

加工左端：

夹持右端→粗车外圆→精车外圆→切槽→钻孔→粗镗内孔→精镗内孔→车内螺纹。

加工右端：

夹持左端→粗车外圆→精车外圆。 2）加工配合轴

加工左端：

夹持右端→粗车外圆→精车外圆

加工右端：

夹持左端→粗车外圆→精车外圆→车螺纹

综合上面加工路线的原则及零件具体分析确定的加工路线有四部如下图所示：

零件轮廓

轴套

第一步：装夹左端，加工右端轮廓形状，棒料伸出卡盘外50mm ，找正后加紧。粗车右端面、椭圆、圆锥和外圆，用G73指令对右端外轮廓进行粗、精加工：

第二步：装夹右端，加工左端轮廓形状，粗车左端面、外圆、圆弧并钻φ20x40mm 孔，用G73指令对右端外轮廓进行粗、精加工，用G75指令切槽:

外轮廓

切槽

第三步：用G71指令从右到左依次粗车左端内轮廓：

第四步：装夹右端，依次用G70指令精加工左端内轮廓，在进行左端用G01指令内轮廓切槽，G92指令内螺纹加工，最后依次用G70指令进行左端外轮廓精加工。

螺纹配合轴

第一步：装夹右端，粗车左端面和外圆，用G73指令对左端外圆粗精加工，用G75指令切槽：

第二步：装夹左端，粗车右端面和外圆，用G92指令加工螺纹：

第三步：装夹右端外圆，用G03指令加工左端圆弧：

6

机床的选择

CK6140数控机床

6.1 机床的选择

①机床的选择原理

数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零件。其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。选择加工机床一般要考虑到机床的结构、载重、功率、行程和精度，还应依据加工零件的材料状态、技术状态要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床。

选择数控机床时，还应考虑以下几个方面：

①. 数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。即小的工件应当选择小规格的机床加工，而大的工件则选择大规格的机床加工，做到设备的合理使用。

②. 机床结构取决于机床规格尺寸、加工工件的重量等因素的影响。

③. 机床的工作精度与工序要求的加工精度相适应。根据零件的加工精度要求选择机床，如精度要求低的粗加工工序，应选择精度低的机床，精度要求高的

精加工工序，应选择精度高的机床。

④. 机床的功率与刚度以及机动范围应与工序的性质和合适的切削用量相适应。如粗加工工序去除的毛坯余量大，切削余量选得大，就要求机床有大的功率和较好的刚度。

⑤. 装夹方便、夹具结构简单也是选择数控设备需要考虑的一个因素。选择采用卧式数控机床还是立式数控机床，将直接影响所选择的夹具结构和加工坐标系，直接关系到数控编程的难易程度和数控加工的可靠性。

所以，在选择数控机床时应充分利用数控设备的功能，根据需要进行合理的开发，以扩大数控机床的功能，满足产品的需要。然后，根据所选择的数控机床进一步优化数控加工方案和工艺路线，根据需要适当调整工序的内容。 ②机床的选择类型

所以根据学校情况选择机床型号为CK6140A ，来加工各外圆、各端面、螺纹、锥面、圆弧面、以及各孔。其主要介绍如下：

● 结构特点：机床主传动系统采用集中传动方式。主电动机采用聚氨酯同步带。

● 应用范围：此机床主要用于单机自动车削加工，配上机械手也可以用于自动线，可以加工内外圆柱面，圆锥面，旋转表面，特别适用于机械制造业中比较复杂的轴，套，盘类零件的中小批量生产。 ● 选用原则：根据机床应用范围进行选用。

● 调整，使用和维护要求：调整主轴是先卸掉主轴前端法兰盘，松开螺母上的锁紧螺钉，旋转螺母，使轴承又窜动的余地，把螺丝刀插在轴承滚子与内环之间，使轴承部能随主轴转动，。一般情况下尽量调整前轴承，但当发生轴向窜动超差等问题时，就需要调质后轴承了，调整方法与前轴承大致相同。 主要技术参数：

CK6140A 主要技术参数

6.2 刀具的选择

因工件右端为半个椭圆，所以选择35°菱形机夹式车刀最大允许的副后角为55˚，因此能防止刀具与工件发生干涉。

数控加工刀具卡片

6.3 量具的选择

小批量生产时应采用通用量具，量具的精度应与加工精度相适应。

分析零件图可知，为达到尺寸精度需选用游标卡尺；零件的圆柱度需要千分表来保证。表面粗糙度检测使用样块。

所以，该零件加工需要的量具有游标卡尺、千分表、样块。

6.4 切削液的选择

合理选用冷却润滑液，可以有效地减小切削过程中的摩擦，改善散热条件，而降低切削力，切削温度和刀具磨损，提高刀具耐用度，切削效率和已加工表面质量及降低产品的加工成本。随着科学技术和机械加工工业的不断发展，特别足

大量的难切削材料的应用和对产品零件加工质量要求越来越高，这就给切削加工带来了难题。为了使这些难题获得解决，除合理选择别的切削条件外，合理选择切削液也尤为重要。 ①切削液的作用:

● 冷却作用

它可以降低切削温度，提高刀具耐用度和减小工件热变形，保证加工质量。一般的情况下，可降低切削温度50～150℃。

● 润滑作用

可以减小切屑与前刀面，工件与刀具后刀面的摩擦，以降低切削力，切削热和限制积屑瘤和鳞刺的产生。一般的切削油在200℃左右就失去润滑能力。如加入极压添加剂，就可以在高温(600～1000℃) 、高压(1470～1960MPa) 条件下起润滑作用。这种润滑叫做极压润滑。

● 清洗作用

可以将粘附在工件，刀具和机床上的切屑粉末，在一定压力的切削液作用下冲洗干净。

● 防锈作用

防止机床、工件、刀具受周围介质(水分、空气、手汗) 的腐蚀。 ②切削液的分类:

● 水溶液

其主要成分是水。由于水的导热系数是油的导热系数三倍，所以它的冷却性能好。在其中加入一定量的防锈和汕性添加剂，还能起到一定的防锈和润滑作用。

● 乳化液

乳化液是将乳化油用95%～98%的水稀释而成，呈乳白色或半透明状的液体，具有良好的冷却作用。但润滑、防锈的性能差。常加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液和防锈乳化液。

● 切削油

切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面形成坚固的润滑膜，润滑效果较差。实际使用中，常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈作用。

③选择原则

● 根据工件材料选择

铸铁、青铜在切削时，一般不用切削液；精加工时，用煤油；切削铝时，用煤油；切削有色金属时，不宜用含硫的切削液；切削镁合金时，用矿物油；切削一般钢时，采用乳化液；切削难切削材料时，应采用低压切削液。

● 根据工艺要求和切削特点选择

粗加工时，应选冷却效果好的切削液；精加工时，应选润滑效果好的切削液；加工孔时，应选用浓度大的乳化液或极压切削液；深孔加工时，应选用含有极压添加剂浓度较低的切削液；磨削时，应选用清洗作用好的切削液。

所以根据以上情况在此加工过程中所使用的切削液为乳化液, 主要起冷却作用。

7 工序加工余量、工序尺寸的确定

8.1 切削用量的选择原则

① 粗加工时切削用量的选择原则

粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量a p ，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f ，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度增大背吃刀量a p 可使走刀次数减少，增大进给量

② 精加工时切削用量的选择原则

精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。

所以，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。

v 。

c

f 有利于断屑。

8.2 背吃刀量的确定

背吃刀量的选择根据加工余量确定。切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工几道工序，各工序有不同的选择方法。

粗加工时（表面粗糙度Ra50～12.5μm ），在允许的条件下，尽量一次切除该工序的全部余量。中等功率机床，背吃刀量可达8～10mm 。但对于加工余量大，一次走刀会造成机床功率或刀具强度不够；或加工余量不均匀，引起振动；或刀具受到冲击严重出现打刀等几种情况，需要采用多次走刀，如分两次走刀，则第一次背吃刀量尽量取大，一般为加工余量的2/3～3/4左右。第二次背吃刀量尽量取小些，第二次背吃刀量可取加工余量的1/3～1/4左右。

半精加工时（表面粗糙度Ra6.3～3.2μm ），背吃刀量一般为0.5～2mm 。 精加工时（表面粗糙度Ra1.6～0.8μm ），背吃刀量为0.1～0.4mm 。 所以根据以上可得：

车外圆——粗车a p =2mm 精车a p =0.5mm

7.3 切削速度的确定

切削刃上的切削点相对于工件运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为（m/min）米/ 分。在各种金属切削机床中，大多数切削加工的主运动都是机床主轴的运动形成，即都是回转运动。切削速度与机床主轴转速之间进行转换的关系为：

v c =

πdn

1000

式中：v c ——切削速度 (m/min)、

d——工件直径 (mm)、 n——主轴转速 (r/min)

所以根据以上以及《数控技工工艺》中表6-7可得： 粗车切削速度v c =90 m/min，精车v c =130m/min。

7.4 进给量的确定

不同种类的机床，进给量的单位是不同的。对于普通车床，进给量为工件（主轴）每转过一转，刀具沿进给方向上相对于工件的移动量，单位为mm/r ；对于数控车床，由于其控制原理与普通车床不同，进给量还可以用进给速度 v f （单位为 mm/min）来表达，即：刀具在单位时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量。其它类型的机床则根据其结构不同，进给量的单位表达还可以为刀具或工件每转的位移量( mm/r ，使用多齿刀具的机床) 。在车削加工时，进给速度v f 是指切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度。它与进给量之间的关系

为：

v f =n ⨯f

式中的进给量

f ，粗车时一般取为0.2～0.8mm ／r ，精车时常取0.1～0.2mm

／r ，切断时常取0.05～0.2mm ／r 。

所以根据《数控技工工艺》中表2-7、表2-8可得： 粗车外圆及端面时

f =0.2mm ／r , 精车时f =0.1 mm／r 。

7.5 主轴转速的确定

①车外圆时主轴转速

只车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度确定后，用公式

n =

1000c

πd

计算主轴转速n(r／min) 。

②车螺纹时主轴转速

在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P 大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床车螺纹时的主轴转速记为:

n ≤

1200

式中：P ——被加工螺纹螺距，mm 。 -k

P

k ——保险系数，一般取为80。 计算得，车螺纹时主轴转速n=500r／min 。但是在实际加工螺纹时转速过高，所以粗车螺纹时n=320r／min ，精车时可提高转速到n=450r／min 。 综上要求，求得该零件在加工时的具体切削参数如下表：

8 数控加工工艺卡

上表面

9 数控加工工序

10 数控加工刀具卡

11 利用手动或自动编程软件得到的加工程序（简略）及清单

椭圆宏程序:

N70 X=2# Z=#2-20 N80 #1=13 #2=20

N90 N1 #1=13*SaRT[1-#2*#2/20*20] N100 #2=#2-0.1 N110 If #2 GE1 N120 GOTO N1

左端精车走刀程序：

N20 M03 S1200; N30 T0202; N40 G00 X60 Z2; N50 G73 U5.5 W0 R5;

N60 G73 P70 Q100 U1.2 W0.2 F0.3; N70 G00 X34; N80 G01 Z-2;F0.5;

N90 G02 X46 Z-11 CR=11 F0.3; N100 G01 Z-51; N110 G00 X100; N120 Z100; N130 M03 S800; N140 T0303; N150 G00 X55; N160 Z-22; N170 G01 X45 F0.05; N180 X55 F1;

N190 Z23; N200 X45 F0.05; N210 X55 F1; N220 G00 Z-33; N230 G01 X45 F0.05; N240 X55 F1; N250 Z34; N260 X45 F0.05; N270 G00 X100; N280 Z100; N290 M30； 小件圆：

N20 M03 S600 T0303 N30 G00 X30 Z2 N40 G73 U7.5 W0 R4

N50 G73 P70 Q110 U0.5 W0 F0.3 N70 G00 X15 Z2 N80 G01 X15 Z0 N90 G03 X15 Z-14 R10 N100X32

N110G70 R10 Q20 N120 G00 X100 Z100 N130 M30

12 结束语

本论文在李进东老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少相关资料，才使我的毕业设计工作顺利完成. 在此我要向学校的全体老师表示由衷的谢意。

13 参考文献

[1]刘立. 数控编程. 理工大学大学出版社,2008年

[2]陈子银. 徐鲲鹏. 数控加工技术[M].北京理工大学出版社,2006年 [6]余英良. 数控加工编程及操作[M].高等教育出版社,2004年第一版 [7]黄卫. 数控技术与数控编程[M].机械工业出版社,2004年

[3]眭润舟. 数控编程与加工技术[M].机械工业出版社,2006年第一版 [4]詹华西. 数控加工技术实训教程[M].电子科技大学出版社,2006年 [5]陈富安. 数控机床原理与编程[M].西安电子科技大学出版社,2004年第一版 [8]王爱玲. 数控机床操作技术. 机械工出业版社，2006年 [9]蔡厚道. 数控机床加工工艺. 北京理工大学出版社，2007年 [10]黄康美. 数控加工实训教程[M].电子工业出版社，2004年

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题 目

轴类零件的车削加工

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注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交所属系部毕业设计（论文）领导小组审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。

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注：1．本表由教师填写，交系保存备查；

2．本表仅供参考，各系根据检查需要，可对检查内容进行必要的调整。

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摘要

数控技术和数控机床在当今机械制造业中的重要地位，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔软性、集成化生产的重要手段和标志，数控加工技术的整个过程也是目前许多制造人员的要掌握较为重要的知识。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程控制的技术。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，更使制造业成为工业化的象征。数控机床是集高、精、尖技术于一体，集机、电、光、液于一身的高技术产物。具有加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高、适应性强、灵活性好等众多优点，在各个行业受到广泛欢迎，在使用方面，也是越来越受到重视。但由于它是集强、弱电于一体，数字技术控制机械制造的一体化设备，一旦系统的某些部分出现故障，就势必使机床停机，影响生产，所以如

何正确维护设备和出现故障时能及时抢险就是保障生产正常进行的关键。本设计通过数控工艺分析、数控手动编程基础介绍、CAD/CAM软件自动编程、软件后处理文件制作、数控软件仿真、数控机床加工等一般步骤与方法。运用机械制造的相关知识进行严格的工艺分析与加工方式的制定，经过成本核算，该方案具有可行性。有效的利用CAD/CAM软件通过最合适的造型方式设计出零件模型，根据我们之前的工艺分析适用软件做出最佳的加工方式，采用铣削手工编程基础于FANUDoim 数控系统进行了程序后处理文件的编写。并在数控仿真软件和数控机床上进行了具体验证，最终加工出符合图纸要求的零件实体。经具体检验符合图纸标准。

关键词：工艺分析、CAD/CAM编程、后处理文件、软件仿真、机床加工

目录

1 零件图纸................................................................... 1 2 图样分析................................................................... 2 3 数控加工方案的制定 . ........................................................ 4 4 毛坯选择................................................................... 5

4.1毛坯分析 ............................................................. 5 4.2毛坯的选择 ........................................................... 5 5 工艺过程设计 . .............................................................. 6

5.1选择定位基准： ....................................................... 6 5.2选择毛坯各表面加工方法： ............................................. 6 5.3确定加工顺序： ....................................................... 6 6 工装的选择 . ............................................................... 12

6.1 机床的选择 . ......................................................... 12 6.2 刀具的选择 . ......................................................... 14 6.3 量具的选择 . ......................................................... 14 6.4 切削液的选择 . ....................................................... 14 7 工序加工余量、工序尺寸的确定 . ............................................. 17

8.1 切削用量的选择原则 . ................................................. 17 8.2 背吃刀量的确定 . ..................................................... 17 7.3 切削速度的确定 . ..................................................... 19 7.4 进给量的确定 . ....................................................... 19 7.5 主轴转速的确定 . ..................................................... 20 8 数控加工工艺卡 . ........................................................... 22 9 数控加工工序卡 . ........................................................... 24 10 数控加工刀具卡 . .......................................................... 27 11 利用手动或自动编程软件得到的加工程序（简略）及清单 ....................... 29 12 结束语................................................................... 31 13 参考文献 . ................................................................ 32

附A3图纸

1 零件图

2 图样分析

2.1零件图的用途

图中所设计的零件为一复杂的轴类组合零件，而轴类零件又是机器中经常遇

到的典型零件之一。它主要用来连接和支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，图示零件也不例外。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴、和曲轴等。图中所示零件的用途是连接其他配合件，起的作用是支承其他传动零部件，传递扭矩和承受载荷，可用于汽车、机械等行业。

2.2零件图工艺分析

加工出合格的零件，首先要对该零件图纸进行分析，如上图所示，该零件是有螺纹、圆柱、圆弧、椭圆弧、槽等表面组成，其中有严格的直径精度要求如34-0.05、320

+0.05

、220

+0.01

等，轴线长度的精度如57±0.05、52±0.05，粗糙度要求

表面1.5μm 。

经过以上分析，我可以采取以下几点工艺措施：

（1）椭圆轴外园轮廓的尺寸精度都是要求公差在0到-0.05范围之内，因此编程时可以按整数编，粗加工之前统一进行磨耗调整，使得零件精度得到保证，即在磨耗调整中输入-0.025. 若因加工误差导致零件加工出偏少则在磨耗中加以数值，若零件加工出偏大则建一个数值。总之根据实际情况调整尽量零件加工后尺寸处于公差范围中间值。

(2）在轮廓曲线上，有一椭圆弧与阶梯轴相连，为了保证其椭圆起点与阶梯轴的端部相连的准确性，通过图纸的条件可知椭圆的终点坐标为（13,21）。 (3）大零件的左端是由内螺纹、圆柱、圆弧、槽等组成，且每段圆柱轴的长度很少，显然不好装夹，所以应留在最后加工，先装夹毛培左端加工右端椭圆弧、圆锥及圆柱φ35。

2.3零件毛坯及材料选择

轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式及毛坯材料。对于外圆直径之间相差不大的阶梯轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。由于该零件的进行机械要求不是很高且阶梯轴外圆直径相差不大，故毛坯选用棒料。毛坯规格选为φ

φ50x55mm 。

50x95mm 和

3 数控加工方案的制定

3.1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，后切槽，加工内孔，最后车出内螺纹；上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧

工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓尽量减少重复定位与换刀次数。

3.2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、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）车椭圆：选用35度尖刀。

4) 车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm ，刀宽3mm ）。

5) 车内螺纹:选用60度硬质合金内螺纹车刀。

4 毛坯选择

4.1毛坯分析

根据零件的设计和运用领域等方面，零件形状尺寸、力学性能、批量大小以及学校现有的设备要求，选择零件的材料。

4.1.1：材料的力学性能：

退火刚抗拉强度：≥600（MPa);

屈服强度：≥355（MPa);

延长率：≥16％ 断面收缩率：≥40％；

布氏硬度：≤197（HB ）；

4.1.2：批量大小：小批量生产

4.1.3：零件形状尺寸：

零件大小φ46×97

4.1.4：学校现有的设备：

数控车床

4.2毛坯的选择

选择毛坯尺寸为φ50×100的45#钢 类型为型材。

5 工艺过程设计

5.1选择定位基准：

通常毛坯未经任何处理时，外表面有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，还有毛刺，装夹前应进行钳工去毛刺处理，再以面作为粗基准加工精基准定位面。 用车刀车削端面和外圆设臵为0点坐标，即为定位基准。

5.2选择毛坯各表面加工方法：

表面的加工顺序是先里后面，先粗后精，先面后孔的方法划分加工步骤，由于轮廓壁太薄，对其划分工序考虑要全面，先对受力大的部件先加工，对剩余部粗铣后就开始精加工。由于粗精加工同一个部位都用的不是同一把刀，所以选择加工方案要综合考虑。

5.3确定加工顺序：

1) 加工带孔轴

加工左端：

夹持右端→粗车外圆→精车外圆→切槽→钻孔→粗镗内孔→精镗内孔→车内螺纹。

加工右端：

夹持左端→粗车外圆→精车外圆。 2）加工配合轴

加工左端：

夹持右端→粗车外圆→精车外圆

加工右端：

夹持左端→粗车外圆→精车外圆→车螺纹

综合上面加工路线的原则及零件具体分析确定的加工路线有四部如下图所示：

零件轮廓

轴套

第一步：装夹左端，加工右端轮廓形状，棒料伸出卡盘外50mm ，找正后加紧。粗车右端面、椭圆、圆锥和外圆，用G73指令对右端外轮廓进行粗、精加工：

第二步：装夹右端，加工左端轮廓形状，粗车左端面、外圆、圆弧并钻φ20x40mm 孔，用G73指令对右端外轮廓进行粗、精加工，用G75指令切槽:

外轮廓

切槽

第三步：用G71指令从右到左依次粗车左端内轮廓：

第四步：装夹右端，依次用G70指令精加工左端内轮廓，在进行左端用G01指令内轮廓切槽，G92指令内螺纹加工，最后依次用G70指令进行左端外轮廓精加工。

螺纹配合轴

第一步：装夹右端，粗车左端面和外圆，用G73指令对左端外圆粗精加工，用G75指令切槽：

第二步：装夹左端，粗车右端面和外圆，用G92指令加工螺纹：

第三步：装夹右端外圆，用G03指令加工左端圆弧：

6

机床的选择

CK6140数控机床

6.1 机床的选择

①机床的选择原理

数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零件。其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。选择加工机床一般要考虑到机床的结构、载重、功率、行程和精度，还应依据加工零件的材料状态、技术状态要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床。

选择数控机床时，还应考虑以下几个方面：

①. 数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。即小的工件应当选择小规格的机床加工，而大的工件则选择大规格的机床加工，做到设备的合理使用。

②. 机床结构取决于机床规格尺寸、加工工件的重量等因素的影响。

③. 机床的工作精度与工序要求的加工精度相适应。根据零件的加工精度要求选择机床，如精度要求低的粗加工工序，应选择精度低的机床，精度要求高的

精加工工序，应选择精度高的机床。

④. 机床的功率与刚度以及机动范围应与工序的性质和合适的切削用量相适应。如粗加工工序去除的毛坯余量大，切削余量选得大，就要求机床有大的功率和较好的刚度。

⑤. 装夹方便、夹具结构简单也是选择数控设备需要考虑的一个因素。选择采用卧式数控机床还是立式数控机床，将直接影响所选择的夹具结构和加工坐标系，直接关系到数控编程的难易程度和数控加工的可靠性。

所以，在选择数控机床时应充分利用数控设备的功能，根据需要进行合理的开发，以扩大数控机床的功能，满足产品的需要。然后，根据所选择的数控机床进一步优化数控加工方案和工艺路线，根据需要适当调整工序的内容。 ②机床的选择类型

所以根据学校情况选择机床型号为CK6140A ，来加工各外圆、各端面、螺纹、锥面、圆弧面、以及各孔。其主要介绍如下：

● 结构特点：机床主传动系统采用集中传动方式。主电动机采用聚氨酯同步带。

● 应用范围：此机床主要用于单机自动车削加工，配上机械手也可以用于自动线，可以加工内外圆柱面，圆锥面，旋转表面，特别适用于机械制造业中比较复杂的轴，套，盘类零件的中小批量生产。 ● 选用原则：根据机床应用范围进行选用。

● 调整，使用和维护要求：调整主轴是先卸掉主轴前端法兰盘，松开螺母上的锁紧螺钉，旋转螺母，使轴承又窜动的余地，把螺丝刀插在轴承滚子与内环之间，使轴承部能随主轴转动，。一般情况下尽量调整前轴承，但当发生轴向窜动超差等问题时，就需要调质后轴承了，调整方法与前轴承大致相同。 主要技术参数：

CK6140A 主要技术参数

6.2 刀具的选择

因工件右端为半个椭圆，所以选择35°菱形机夹式车刀最大允许的副后角为55˚，因此能防止刀具与工件发生干涉。

数控加工刀具卡片

6.3 量具的选择

小批量生产时应采用通用量具，量具的精度应与加工精度相适应。

分析零件图可知，为达到尺寸精度需选用游标卡尺；零件的圆柱度需要千分表来保证。表面粗糙度检测使用样块。

所以，该零件加工需要的量具有游标卡尺、千分表、样块。

6.4 切削液的选择

合理选用冷却润滑液，可以有效地减小切削过程中的摩擦，改善散热条件，而降低切削力，切削温度和刀具磨损，提高刀具耐用度，切削效率和已加工表面质量及降低产品的加工成本。随着科学技术和机械加工工业的不断发展，特别足

大量的难切削材料的应用和对产品零件加工质量要求越来越高，这就给切削加工带来了难题。为了使这些难题获得解决，除合理选择别的切削条件外，合理选择切削液也尤为重要。 ①切削液的作用:

● 冷却作用

它可以降低切削温度，提高刀具耐用度和减小工件热变形，保证加工质量。一般的情况下，可降低切削温度50～150℃。

● 润滑作用

可以减小切屑与前刀面，工件与刀具后刀面的摩擦，以降低切削力，切削热和限制积屑瘤和鳞刺的产生。一般的切削油在200℃左右就失去润滑能力。如加入极压添加剂，就可以在高温(600～1000℃) 、高压(1470～1960MPa) 条件下起润滑作用。这种润滑叫做极压润滑。

● 清洗作用

可以将粘附在工件，刀具和机床上的切屑粉末，在一定压力的切削液作用下冲洗干净。

● 防锈作用

防止机床、工件、刀具受周围介质(水分、空气、手汗) 的腐蚀。 ②切削液的分类:

● 水溶液

其主要成分是水。由于水的导热系数是油的导热系数三倍，所以它的冷却性能好。在其中加入一定量的防锈和汕性添加剂，还能起到一定的防锈和润滑作用。

● 乳化液

乳化液是将乳化油用95%～98%的水稀释而成，呈乳白色或半透明状的液体，具有良好的冷却作用。但润滑、防锈的性能差。常加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液和防锈乳化液。

● 切削油

切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面形成坚固的润滑膜，润滑效果较差。实际使用中，常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈作用。

③选择原则

● 根据工件材料选择

铸铁、青铜在切削时，一般不用切削液；精加工时，用煤油；切削铝时，用煤油；切削有色金属时，不宜用含硫的切削液；切削镁合金时，用矿物油；切削一般钢时，采用乳化液；切削难切削材料时，应采用低压切削液。

● 根据工艺要求和切削特点选择

粗加工时，应选冷却效果好的切削液；精加工时，应选润滑效果好的切削液；加工孔时，应选用浓度大的乳化液或极压切削液；深孔加工时，应选用含有极压添加剂浓度较低的切削液；磨削时，应选用清洗作用好的切削液。

所以根据以上情况在此加工过程中所使用的切削液为乳化液, 主要起冷却作用。

7 工序加工余量、工序尺寸的确定

8.1 切削用量的选择原则

① 粗加工时切削用量的选择原则

粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量a p ，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f ，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度增大背吃刀量a p 可使走刀次数减少，增大进给量

② 精加工时切削用量的选择原则

精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。

所以，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。

v 。

c

f 有利于断屑。

8.2 背吃刀量的确定

背吃刀量的选择根据加工余量确定。切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工几道工序，各工序有不同的选择方法。

粗加工时（表面粗糙度Ra50～12.5μm ），在允许的条件下，尽量一次切除该工序的全部余量。中等功率机床，背吃刀量可达8～10mm 。但对于加工余量大，一次走刀会造成机床功率或刀具强度不够；或加工余量不均匀，引起振动；或刀具受到冲击严重出现打刀等几种情况，需要采用多次走刀，如分两次走刀，则第一次背吃刀量尽量取大，一般为加工余量的2/3～3/4左右。第二次背吃刀量尽量取小些，第二次背吃刀量可取加工余量的1/3～1/4左右。

半精加工时（表面粗糙度Ra6.3～3.2μm ），背吃刀量一般为0.5～2mm 。 精加工时（表面粗糙度Ra1.6～0.8μm ），背吃刀量为0.1～0.4mm 。 所以根据以上可得：

车外圆——粗车a p =2mm 精车a p =0.5mm

7.3 切削速度的确定

切削刃上的切削点相对于工件运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为（m/min）米/ 分。在各种金属切削机床中，大多数切削加工的主运动都是机床主轴的运动形成，即都是回转运动。切削速度与机床主轴转速之间进行转换的关系为：

v c =

πdn

1000

式中：v c ——切削速度 (m/min)、

d——工件直径 (mm)、 n——主轴转速 (r/min)

所以根据以上以及《数控技工工艺》中表6-7可得： 粗车切削速度v c =90 m/min，精车v c =130m/min。

7.4 进给量的确定

不同种类的机床，进给量的单位是不同的。对于普通车床，进给量为工件（主轴）每转过一转，刀具沿进给方向上相对于工件的移动量，单位为mm/r ；对于数控车床，由于其控制原理与普通车床不同，进给量还可以用进给速度 v f （单位为 mm/min）来表达，即：刀具在单位时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量。其它类型的机床则根据其结构不同，进给量的单位表达还可以为刀具或工件每转的位移量( mm/r ，使用多齿刀具的机床) 。在车削加工时，进给速度v f 是指切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度。它与进给量之间的关系

为：

v f =n ⨯f

式中的进给量

f ，粗车时一般取为0.2～0.8mm ／r ，精车时常取0.1～0.2mm

／r ，切断时常取0.05～0.2mm ／r 。

所以根据《数控技工工艺》中表2-7、表2-8可得： 粗车外圆及端面时

f =0.2mm ／r , 精车时f =0.1 mm／r 。

7.5 主轴转速的确定

①车外圆时主轴转速

只车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度确定后，用公式

n =

1000c

πd

计算主轴转速n(r／min) 。

②车螺纹时主轴转速

在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P 大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床车螺纹时的主轴转速记为:

n ≤

1200

式中：P ——被加工螺纹螺距，mm 。 -k

P

k ——保险系数，一般取为80。 计算得，车螺纹时主轴转速n=500r／min 。但是在实际加工螺纹时转速过高，所以粗车螺纹时n=320r／min ，精车时可提高转速到n=450r／min 。 综上要求，求得该零件在加工时的具体切削参数如下表：

8 数控加工工艺卡

上表面

9 数控加工工序

10 数控加工刀具卡

11 利用手动或自动编程软件得到的加工程序（简略）及清单

椭圆宏程序:

N70 X=2# Z=#2-20 N80 #1=13 #2=20

N90 N1 #1=13*SaRT[1-#2*#2/20*20] N100 #2=#2-0.1 N110 If #2 GE1 N120 GOTO N1

左端精车走刀程序：

N20 M03 S1200; N30 T0202; N40 G00 X60 Z2; N50 G73 U5.5 W0 R5;

N60 G73 P70 Q100 U1.2 W0.2 F0.3; N70 G00 X34; N80 G01 Z-2;F0.5;

N90 G02 X46 Z-11 CR=11 F0.3; N100 G01 Z-51; N110 G00 X100; N120 Z100; N130 M03 S800; N140 T0303; N150 G00 X55; N160 Z-22; N170 G01 X45 F0.05; N180 X55 F1;

N190 Z23; N200 X45 F0.05; N210 X55 F1; N220 G00 Z-33; N230 G01 X45 F0.05; N240 X55 F1; N250 Z34; N260 X45 F0.05; N270 G00 X100; N280 Z100; N290 M30； 小件圆：

N20 M03 S600 T0303 N30 G00 X30 Z2 N40 G73 U7.5 W0 R4

N50 G73 P70 Q110 U0.5 W0 F0.3 N70 G00 X15 Z2 N80 G01 X15 Z0 N90 G03 X15 Z-14 R10 N100X32

N110G70 R10 Q20 N120 G00 X100 Z100 N130 M30

12 结束语

本论文在李进东老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少相关资料，才使我的毕业设计工作顺利完成. 在此我要向学校的全体老师表示由衷的谢意。

13 参考文献

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[3]眭润舟. 数控编程与加工技术[M].机械工业出版社,2006年第一版 [4]詹华西. 数控加工技术实训教程[M].电子科技大学出版社,2006年 [5]陈富安. 数控机床原理与编程[M].西安电子科技大学出版社,2004年第一版 [8]王爱玲. 数控机床操作技术. 机械工出业版社，2006年 [9]蔡厚道. 数控机床加工工艺. 北京理工大学出版社，2007年 [10]黄康美. 数控加工实训教程[M].电子工业出版社，2004年