数控技术毕业设计（论文）-螺纹轴的数控加工工艺设计.doc

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1、1 许许昌昌职业职业技技术术学院学院 毕毕 业业 论论文文 姓 名： 学 号： ： 专 业：数控技数控技术术与与应应用用 论文题目：螺螺纹轴纹轴的数控加工工的数控加工工艺设计艺设计 指导教师： 职 称：讲师讲师 2011 年年 4 月月 25 日日 2 目 录 1. 螺纹简述和工艺分析与设计.4 1.1 螺纹的简述 4 1.2 数控加工工艺分析与设计 4 2. 螺纹轴车削加工工艺及编程.6 2.1 螺纹加工概念及加工工艺 6 2.2 G32 螺纹切削指令应用10 2.3 螺纹切削单一固定循环 G9213 2.4 螺纹切削复合循环 G7614 2.5 内螺纹切削编程示例 .16 3. 典型轴类零

2、件（螺纹轴）的数控加工工艺分析18 3.1 零件图工艺分析 .18 3.2 选择设备 .19 3.3 确定零件的定位基准和装夹方式 .19 3.4 刀具选择 .19 3.5 确定加工顺序及进给路线 .19 3.6 切削用量选择 .20 4 结果分析 . 2222 4.1 零件的精度与尺寸检验22 4.2 产生误差的主要因素22 5 轴类零件（螺纹轴）加工过程中几点说明 .23 结 论.24 参考文献.25 致谢.26 3 螺纹轴的数控加工工艺设计螺纹轴的数控加工工艺设计 摘摘 要要 数控车削加工方案的拟订是制订车削工艺规程的重要内容之一，本设计是根据数 控车削加工的工艺方法，安排工序的先后顺序

3、，确定刀具的选择和切削用量的选择等 设计的。根据设计思想总结了数控车削加工工艺的一些综合性的工艺原则，结合螺纹 轴的设计加工，提出设计方案，并对比分析。 数控加工中经常遇到螺纹轴的加工，在对某螺纹轴零件进行加工工艺分析的基础 上，编写了数控加工程序，检验数控编程及各种工艺的正确性，为该类零件的数控加 工提供了很有意义的参考。 关键词：数控车床 数控车削加工工艺 螺纹加工 零件图的工艺分析 4 1.1.螺纹简述和工艺分析与设计螺纹简述和工艺分析与设计 1.11.1 螺纹的简述螺纹的简述 在圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的、具有特定截面的连续凸起部分。 螺纹按其母体形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；

4、按其在母体所处位置分为外螺纹、内 螺纹，按其截面形状（牙型）分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺 纹及其他特殊形状螺纹，三角形螺纹主要用于联接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要 用于传动；按螺旋线方向分为 左旋螺纹和右旋螺纹，一般用右旋螺纹；按螺旋线 的数量分为单线螺纹、双线螺纹及多线螺纹；联接用的多为单线，传动用的采用双 线或多线；按牙的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹等，按使用场合和功能不同，可分 为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹、专用螺纹等 。 1.21.2 数控加工工艺分析与设计数控加工工艺分析与设计 零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和 经济性。良好的结构工

5、艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件 零件工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，零件各加 工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。 分析零件，技术要求包括 5 个方面： （1）加工表面的尺寸精度，该零件图的表面尺寸精度要求较高； （2）主要加工表面的形状精度，该零件主要加工的形状为外圆弧表面； （3）主要加工表面的相互位置精度； （4）加工表面的粗糙度和机械物理性能； （5）热处理及其它要求。 该零件有端面、外圆、倒角、圆弧、螺纹、退刀槽等，故为典型轴零件，最适合 数控车床加工，选择 FANUNC 的 Oi 系列机床。 5 （1）确定工件的加工部位和具

6、体内容 确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序联系。 工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余 量等。 前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基 准孔等。 本工序要加工的部位和具体内容。 （2）确定工件的装夹方式 根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。数控车床 多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可以采用尾座顶尖支持工件。由于数控 车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂已通 过了严格的平衡，具有高转速（极限转速可达 40006000 r/min） 、高夹紧力（最大

7、推 拉力为 20008000 N） 、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。还可使用软爪 夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过调整油缸压力， 可改变卡盘夹紧力，以满足夹紧各种薄壁和易变形工件的特殊需要。为减少细长轴加 工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定 心中心架，定心精度可达 0.03 mm。 由于螺纹轴是一个普通轴类零件，所以采用三爪卡盘进行定位装夹。加工时以右 端面为定位基准，取工件的左端面中心为工件坐标系的原点。 （3）走刀路线的确定标准 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也 反映出工

8、步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点： 寻求最短加工路线； 最终轮廓一次走刀完成； 选择切入切出方向； 6 2.2. 螺纹轴车削加工工艺及编程螺纹轴车削加工工艺及编程 2.12.1 螺纹加工概念及加工工艺螺纹加工概念及加工工艺 螺纹加工是在圆柱上加工出特殊形状螺旋槽的过程，螺纹的常见的用途是连接紧 固、传递运动等。螺纹常见的加工方法有：滚丝或螺纹成型、攻丝、铣削螺纹、车削 螺纹等。CNC 车床可加工出高质量的螺纹，本章主要用 CNC 车床车削螺纹的工艺编程方 法。 车削螺纹加工是在车床上，控制进给运动与主轴旋转同步，加工特殊形状螺旋槽 的过程。螺纹形状主要由切削刀

9、具的形状和安装位置决定。螺纹导程由刀具进给量决 定。如图 2.1 所示的螺纹车削加工。 图 2.1 车削螺纹加工 CNC 编程加工最多的是普通螺纹，螺纹牙形为三角形，牙型角为 60，普通螺纹 分粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹。粗牙普通螺纹的螺距是标准螺距，其代号用字母 “M”及公称直径表示，如 M16、M12 等。细牙普通螺纹代号用字母“M”及公称直径 螺距表示，如 M241.5、M272 等。 普通螺纹加工刀具刀尖角通常为 60，螺纹车刀片的形状跟螺纹牙型一样，螺纹 刀切削不仅用于切削，而且使螺纹成型。 机夹式螺纹车刀如图 2.2 所示，分为外螺纹车刀和内螺纹车刀两种。可转位螺纹 车刀是弱支撑，

10、刚度与强度均较差。 7 图 2.2 车削螺纹加工 装夹外螺纹车刀时，刀尖应与主轴线等高 (可根据尾座顶尖高度检查)。车刀刀尖 角的对称中心线必须与工件轴线垂直，装刀时可用样板来对刀。 一个螺纹的车削需要多次切削加工而成，每次切削逐渐增加螺纹深度，否则，刀 具寿命也比预期的短得多。为实现多次切削的目的，机床主轴必需恒定转速旋转，且 必须与进给运动保持同步，保证每次刀具切削开始位置相同，保证每次切削深度都在 螺纹圆柱的同一位置上，最后一次走刀加工出适当的螺纹尺寸、形状、表面质量和公 差，并得到合格的螺纹。 图 2.3 螺纹加工路线 如图 2.3，编程中，每次螺纹加工走刀至少有 4 次基本运动(直螺

11、纹)。 运动：将刀具从起始位置 X 向快速（G00 方式）移动至螺纹计划切削深度处。 运动：加工螺纹轴向螺纹加工(进给率等于螺距)。 运动：刀具 X 向快速（G00 方式）退刀至螺纹加工区域外的 X 向位置。 运动：快速（G00 方式）返回至起始位置。 （1） 螺纹切削起始位置 8 螺纹切削起始位置，既是螺纹加工的起点，又是最终返回点，必须定义在工件外， 但又必须靠近它。X 轴方向每侧比较合适的最小间隙大约为 2.5mm，粗牙螺纹的间隙更 大一些。 Z 轴方向的间隙需要一些特殊考虑。在螺纹刀接触材料之前，其速度必须达到 100编程进给率。由于螺纹加工的进给量等于螺纹导程，所以需要一定的时间达到

12、编 程进给率。如同汽车在达到正常行驶速度以前需要时间来加速一样，螺纹刀在接触材 料前也必须达到指定的进给率，确定前端安全间隙量时必须考虑加速的影响，故必须 设置合理的导入距离。导入距离一般为螺纹导程长度的 34 倍。同理，螺纹切削结束 前，存在减速问题，故必须合理设置的导出距离。 在某些情况下，由于没有足够空间而必须减小 Z 轴间隙，惟一的补救办法就是降 低主轴转速(rmin)不要降低进给率。 （2） 从螺纹退刀 为了避免损坏螺纹，刀具沿 Z 轴运动到螺纹末端时，必须立即离开工件，退刀运 动有两种形式沿一根轴方向直线离开(通常沿 X 轴)，或沿两根轴方向斜线离开(沿 XZ 轴同时运动)，如图

13、2.4 所示。 （a)直线退出 (b)斜线退出 图 2.4 螺纹退刀 通常如果刀具在比较开阔的地方结束加工，例如退刀槽或凹槽，那么可以使用直 线退出，车螺纹 Z 向终点位置一般选在退刀槽的中点，使用快速运动 G00 指令编写直 线退出动作，如： N63 G32 Z-20 F2 （螺纹加工程序） N64 G00 X50 如果刀具结束加工的地方并不开阔，那么最好选择斜线退出，斜线退出运动可以 加工出更高质量的螺纹，也能延长螺纹刀片的使用寿命。斜线退出时，螺纹加工 G 代 码和进给率必须有效。退出的长度通常为导程，推荐使用的角度为 45，退出程序如 9 下： N63 G32 Z-20 F2；（螺纹加

14、工程序） N64 U4 W2； (斜线退出，螺纹加工状态) N65 G00 X50； (快速退出) （3）螺纹加工直径和深度 由于螺纹不能一次切削加工出所需深度，所以总深度必须分成一系列可操控的深 度，每次的深度取值，不仅要考虑螺纹直径，还要考虑加工条件：刀具类型、材料以 及安装的总体刚度。 螺纹加工中随着切削深度的增加，刀片上的切削载荷越来越大。对螺纹、刀具或 两者的损坏可以通过保持刀片上的恒定切削载荷来避免。要保持恒定切削载荷，一种 方法是逐渐减少螺纹加工深度。 每次切削深度的计算并不需要复杂的公式,但需要一些常识和经验。螺纹加工循环 在控制系统中建立了自动计算切削深度的算法，手动计算的逻

15、辑是一样的。有关螺纹 加工的一些数值可由下面列出经验计算方法得到： 外螺纹小径=外圆直径2牙高； 螺纹牙高=0.61343P0.6P 走刀次数=2.8P+4； 走刀次数 牙高 最大切深 刀刀刀刀 刀刀刀刀 刀刀刀刀 式中：P 为螺纹导程，单线螺纹导程与螺距相同 车三角形外螺纹时，由于受车刀挤压会使螺纹大径尺寸胀大，所以车螺纹前大径 一般应车得比基本尺寸小约 0.1P。车削三角形内螺纹时，内孔直径会缩小，所以车削 内螺纹前的孔径要比内螺纹小径略大些，可采用下列近似公式计算： 车外螺纹前外圆直径=公称直径 D0.1P； 车削塑性金属的内螺纹底孔直径公称直径 dP 车削脆性金属的内螺纹底孔直径公称直

16、径 d 一 1.05P （4）主轴转速以及进给率 10 螺纹加工时将以特定的进给量切削，进给量与螺纹导程相同，CNC 在螺纹加工模式 下控制主轴转速与螺纹加工进给同步运行。螺纹加工是典型高进给率加工，比如加工 导程为 3 mm 的螺纹，进给量则是 3mmr。 螺纹加工的主轴转速直接使用恒定转速（r/min）编程，而绝不是恒线速度(CSS)， 这就意味着准备功能 G97 必须与地址字 S 一起使用来指定每分钟旋转次数，例如“G97 S500 M03” ，表示主轴转速为 500rmin。那么如果加工导程为 3mm 的螺纹，其进给速 度计算如下： F700rmin3mmr2100mmmin 为保证正

17、确加工螺纹,在螺纹切削过程中，主轴速度倍率功能失效,进给速度倍率 无效。 2.22.2 G32G32 螺纹切削指令应用螺纹切削指令应用 G32 是 Fanuc 控制系统中最简单的螺纹加工代码，该螺纹加工运动期间，控制系统 自动使进给率倍率无效。 2.2.12.2.1 G32G32 螺纹切削指令螺纹切削指令 指令格式： G32 X(U)Z(W) F Q；(等螺距螺纹切削指令) X(U) Z(W) 为直线螺纹的终点坐标； F为直线螺纹的导程，如果是单线螺纹，则为直线螺纹的螺距； Q为螺纹起始角，该值为不带小数点的非模态值，其单位为 0.001，如果是 单线螺纹，则该值不用指定，这时该值为 0； 2

18、.2.22.2.2 G32G32 螺纹切削编程实例螺纹切削编程实例 试用 G32 指令,编写图 2.5 所示工件的螺纹加工程序。 11 图 2.5 螺纹加工工件 （1）相关工艺 设计螺纹切削导入距离 6mm；刀具退出的方式为 45斜线，长度为导程 1.5mm。如 图 2.6（a）所示。 图 2.6 示例工件螺纹加工相关设计 车外螺纹前外圆直径公称直径 D0.1P240.11.523.85； 螺纹牙高=0.61343P0.613431.50.92； 外螺纹小径=外圆直径2牙高23.8520.9222.01； 设计螺纹分五次切削加工出所需深度，第一刀切深 0.32mm，然后，每刀逐渐减少 螺纹加工

19、深度，最后精加工切深 0.045mm.。分层切削染余量分配如图 2.6（b）所示。 拟定主轴转速使用恒定转速 500r/min, 进给量则是导程 1.5mmr。 （2） 螺纹加工程序 编写螺纹加工程序 O2001 如下： O2001 G21 G99 12 T0404 (调用第 4 号外螺纹刀具) G97S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ；(起始点, 导人距离 5 mm) N21 G00 X23.21 ； （刀具从起始位置 X 向快速移动至螺纹计划切削深度处） N22 G32 Z-21 F1.5 ； （轴向螺纹加工，进给率等于螺距)。 N23 U4 W-2 ； （刀具退出的

20、方式为 45斜线，保持螺纹切削状态） N24 G00 X30 ； （刀具 X 向快速退刀至螺纹加工区域外的 X30 位置） N25 Z6 ； (快速 G00 方式返回至起始位置)。 (N21N25 完成螺纹的第一刀切削) N26 G00 X22.76 ； N27 G32 Z-21 F1.5 ； N28 U4 W-2 ； N29 G00 X30 ； N30 Z6 (N26N30 完成螺纹的第二刀切削) N40 G00 X22.01 N41 G32 Z-21 F1.5； N42 U4 W-2； N43 G00 X30； N44 Z6 (N40N44 完成螺纹的最后切削) G00 X100 Z100

21、 M09 M05 N41 M30 (程序结束) 13 2.32.3 螺纹切削单一固定循环螺纹切削单一固定循环 G92G92 （1）单一循环螺纹加工指令 G92 简介 由程序 O2001 可见，用 G32 编写螺纹多次分层切削程序是比较繁琐，每一层切削 要五个程序段，多次分层切削程序中包含大量重复的信息。FANUC 系统可用 G92 指令的 一个程序段代替每一层螺纹切削的五个程序段，可避免重复信息的书写，方便编程。 G92 指令称单一循环加工螺纹指令，如图 2.7，G92 螺纹加工程序段在加工过程中， 刀具运动轨迹为： 图 2.7 G92 螺纹切削路线 首先：刀具沿 X 轴进刀至螺纹计划切削深度

22、 X 坐标；第二步：沿 Z 轴切削螺纹； 第三步：启动 45倒角螺纹（斜线切出） ；第四步：刀具沿 X 轴退刀至 X 初始坐标；第 四步沿 Z 轴退刀至 Z 初始坐标。 在 G92 程序段里，须给出每一层切削动作相关参数，必须确定螺纹刀的循环起点 位置，螺纹切削的终止点位置。 （2） 单一循环螺纹加工指令 G92 格式 指令格式：G92 X(U)Z(W) FR； 格式说明： X(u)、Z(w)为螺纹切削终点处的坐标； F 为螺纹导程的大小，如果是单线螺纹，则为螺距的大小； 45斜线螺纹切出距离在 0.1 L 至 12.7 L 之间指定，指定单位为 0.1 L，可通 过系统参数进行修改。 （L

23、为导程） R 为圆锥螺纹切削参数。R 值为零时，可省略不写，螺纹为圆柱螺纹。 （3） G92 编程示例 螺纹加工程序 O2001 用 G92 编程可改写成程序 O2002 O2002 G21 G99 14 T0404 (调用第 4 号外螺纹刀具) G97 S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ； (外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离 6 mm) G92 X23.21 Z-23 F1.5 (完成第一层螺纹切削) X22.76；(完成第二层螺纹切削) X22.40；(完成第三层螺纹切削) X22.10；(完成第四层螺纹切削) X22.01；(完成螺纹的最后切削) G00 X10

24、0 Z100 M09 M05 N41 M30 (程序结束) 显然用 G92 编程的程序 O2002 比 O2001 简洁多了。 2.42.4 螺纹切削复合循环螺纹切削复合循环 G76G76 （1）复合循环螺纹加工指令 G76 简介 CNC 发展的早期，G92 单一螺纹加工循环方便了螺纹编程。随着计算机技术的迅 速发展，CNC 系统提供了更多重要的新功能，这些新功能进一步简化了程序编写。螺纹 复合加工循环 G76 是螺纹车削循环的新功能，它具有很多功能强大的内部特征。 图 2.8 G76 螺纹切削路线及有关参数 使用 G32 方法的程序中，每刀螺纹加工需要 4 个甚至 5 个程序段；使用 G92

25、 循环 15 每刀螺纹加工需要一个程序段，但是 G76 循环能在一个程序段或两个程序段中加工任 何单头螺纹。在机床上修改程序也会更快更容易。 如图 2.8 所示，表明 G76 指令的加工动作。G76 螺纹加工循环需要输入初始数据。 （2） 复合螺纹加工循环指令 G76 格式 G76 指令格式： G76 P（m r ） Q（最小切深）R(精加工余量)； G76 X(U) Z（W）P（牙高）Q（最大切深）R（锥螺纹参数）F（导程） ； FANUC 0i 复合螺纹加工循环指令 G76 格式分两个程序段，格式中各参数含义如下表 1： 表 1 G76 格式说明 第一程序段： G76 P（m r ） Q

26、R （m ） 精加工重复次数，为 199 的两位数 （r ） 倒角量，当螺距为 L，从 0.0L 到 99L 设定，单位为 0.1L，为 199 的 两位数 P （ ） 刀尖角度，选择 80、60、55、30、29、0六种中的一种， 由两位数规定。 Q为最小切深(用半径值指定) 切深小于此值时，切深钳在此值 R精加工余量（微米） 第二程序段： G76 X(U) Z（W）R P Q F X(U) Z（W） 螺纹最后切削的终端位置的 X、Z 坐标，X(U)表示牙底深度位置 Q 第一刀切削深度，半径值，正值， （微米） P 牙高，半径值，正值 （微米） R 锥螺纹半径差；圆柱直螺纹切削省 略。 F螺

27、距正值 （3） G76 外螺纹切削编程示例 螺纹加工程序 O2001 用 G76 编程可改写成程序 O2003 O2003 G21 G99 T0404 (调用第 4 号外螺纹刀具) G97S500 M03 16 N20 G00 X30 Z6 M08 ； (外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离 6 mm) N30 G76 P011060 Q100 R0.1；（螺纹参数设定） N40 G76 X22.01 Z-23. P920 Q320 F1.5； G00 X100 Z100 M09 M05 M30 (程序结束) 显然用 G76 编程的程序 O2003 比 O2001 和 O2002 又简洁多了。

28、 G76 程序段 N30，N40 说明： 程序段“N30 G76 P011060 Q100 R0.1；”中： P011060 表示：精加工次数是一次；倒角量为一个导程；刀尖角度 60。 Q100 表示：最小切深钳制在半径值 100 微米 R0.1：表示精加工余量 0.1mm 程序段“N40 G76 X22.01 Z-21. P920 Q320 F1.5；”中 X22.01 Z-23.表示：牙底深度 X 值为 X22.01；螺纹切削 Z 终点 Z-23. P920 表示：牙高为半径值 920 微米 Q320 表示：第一刀切深为半径值 320 微米 F1.5 表示：螺距 1.5mm 2.52.5

29、内螺纹切削编程示例内螺纹切削编程示例 试编写图 2.9 所示工件的内螺纹加工程序。 17 图 2.9 内螺纹示例工件及加工相关设计(单位:mm) 螺纹加工前的底孔直径公称直径 dP30228； 确定工件坐标系如图 2.9； 设计螺纹切削循环 G76 起点在（X24，Z6） ，选择 X24 不仅保证刀具 X 向与实体的 安全间隙，又避免螺纹刀退出时碰撞工件。Z6 是螺纹切削导入距离 6mm。如图 2.9。 设计螺纹最后一刀切削的终点（与起点相对形成矩形切削区域）坐标是 （X30，Z35） 。X30 为内螺纹的牙底直径。Z35 保证刀具足够切出距离，又不至于 让刀具碰撞到夹具。如图 2.9。 内螺

30、纹的其它切削参数计算如下： 螺纹牙高=0.61343P0.6134321.22(mm) 走刀次数=2.8P+49； (mm)4 . 0 9 22 . 1 刀刀刀刀 刀刀 刀刀刀刀 (mm)13 . 0 9 4 . 0 刀刀刀刀 刀刀刀刀 刀刀刀刀 拟定主轴转速使用恒定转速 400r/min, 进给量则是导程 2mmr。 设螺纹底孔已经加工完毕，内螺纹加工程序 O2004 如下： O2004； G21 G99； 18 T0404 (调用第 4 号外螺纹刀具) G97 S400 M03； N20 G00 X24 Z6 M08 ； (外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离 6 mm) N30 G76

31、P011060 Q130 R0.1；（注意：内螺纹精加工余量取负值） N40 G76 X30 Z-35. P1220 Q400 F2； G00 X100 Z100 M09； M05； M30； (程序结束) 19 3.3. 典型轴类零件（螺纹轴）的数控加工工艺分析典型轴类零件（螺纹轴）的数控加工工艺分析 典型轴类零件如图 3.1 所示，毛坯为 58100棒材，零件材料为 45 钢，数 控车削前毛坯已粗车端面、钻好中心孔。无热处理和硬度要求，试对该零件进行数控 车削工艺分析。 图 3.1 典型轴类零件 3.13.1 零件图工艺分析零件图工艺分析 该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面

32、组成。其中多个直径尺 寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面 S50的尺寸公差还兼有控制该球面 形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为 45 钢，无热 处理和硬度要求。 通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。 对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必 取平均值，而全部取其基本尺寸即可。 在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲 线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。 为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分） ，右端面也应先粗 车出并钻好中心孔。毛坯选 60棒料。 20 3.

33、23.2 选择设备选择设备 根据被加工零件的外形和材料等条件，选用 TND360 数控车床。 3.33.3 确定零件的定位基准和装夹方式确定零件的定位基准和装夹方式 定位基准 确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。 装夹方法 左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹 方式。 3.43.4 刀具选择刀具选择 选用 5中心钻钻削中心孔。 粗车及平端面选用 900 硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可 用作图法检验） ，副偏角不宜太小，选 =350。 精车选用 900 硬质合金右偏刀，车螺纹选用硬质合金 600 外螺纹车刀，刀尖圆 弧半径应小于轮廓最小圆角半径

34、，取 r=0.150.2。 将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表 2） ，以便编程和操作管理。 表 2 数控加工刀具卡片 产品名称或代 号 零件名称典型轴零件图号 序号刀具号刀具规格名 称 数量加工表面备注 1T01 5 中心钻 1 钻 5 mm 中 心孔 2T02 硬质合金 90外圆车 刀 1 车端面及粗车 轮廓 右偏刀 3T03 硬质合金 90外圆车 刀 1 精车轮廓右偏刀 4T04 硬质合金 60外螺纹 车刀 1 车螺纹 编制 审核 批准 21 3.53.5 确定加工顺序及进给路线确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗 车

35、（留 0.25精车余量） ，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。 TND360 数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床 数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人 为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定） 。该零件从右到左沿零件表面轮 廓精车进给，如图 3.2 所示。 图 3.2 精车轮廓进给路线 3.63.6 切削用量选择切削用量选择 背吃刀量的选择 轮廓粗车循环时选 ap=3 ，精车 ap=0.25；螺纹粗车时选 ap= 0.4 ，逐刀 减少，精车 ap=0.1。 主轴转速的选择 车直线和圆弧时，选粗车切削速度 vc=90m

36、/min、精车切削速度 vc=120m/min，然 后利用公式 vc=dn/1000 计算主轴转速 n（粗车直径 D=60 ，精车工件直径取平均 值）：粗车 500r/min、精车 1200 r/min。车螺纹时，计算主轴转速 n =320 r/min. 进给速度的选择 选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为 0.4 /r，精车每转进给量为 0.15/r，最后根据公式 vf = nf 计算粗车、精车进给速度分 别为 200 /min 和 180 /min。 表 3 典型轴类零件数控加工工艺卡片 产品名称或代号零件名称零件图号单位名 称 典型轴 工序号程序编 号 夹具

37、名称使用设备车间 001 三爪卡盘和活动顶TND360 数控车床数控中心 22 尖 工步号工步内 容 刀具号刀具规 格 / mm 主轴转速 /r.min-1 进给速度 /mm.mi-1 背吃刀 量 / mm 备注 1 平端面 T022525500 手动 2 钻中心 孔 T015950 手动 3 粗车轮 廓 T022525500200 综合前面分析的各项内容，并将其填入表 3 所示的数控加工工艺卡片。此表是编 制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内 容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。 23 4 4 结果分析结果分析 4.14.1 零件的

38、精度与尺寸检验零件的精度与尺寸检验 零件的加工质量对其工作性能和使用寿命有着较大的影响，现对加工后零件质量分析；零件的加工质量对其工作性能和使用寿命有着较大的影响，现对加工后零件质量分析； 零件的尺寸精度基本得到保证，零件的上下表面粗糙度值偏大。原因是其加工精 度与机床，夹具，刀具本身误差和使用中的调速误差及工件的装夹定位误差以及自己 的操作技能水平等多方面因素有关，这些原始误差反映到工件质量上，形成零件的加 工误差。 4.24.2 产生误差的主要因素产生误差的主要因素 从零件加工质量分析得出； （1） 零件出现误差或粗糙度值偏大与刀具，夹具的误差及工件的定位误差有关，机 床主轴或因为刀具的装

39、夹不当引起的径向或端面的圆跳动等因素，都会使工件 产生误差。 （2） 夹紧力对加工精度也有影响，工件在加紧时，由于工件的刚度较低加紧的作用 力或方向不当，均可造成定位端面不垂直。 （3） 切削用量对加工精度的影响，从零件的表面质量分析，这与合理选择切削用量 很有关系，选择较大的切削速度 V 适量减小进给量 f。 通过对零件的系统分析得知，零件表面粗糙度值，尺寸精度基本得到保证。之所以 出现这些问题与安排加工的工艺过程，刀具的质量，机床的定位，零件的装夹、定位 基准的选择以及自己的操作技术水平也有关系。可以通过合理的选择刀具的几何参数， 合理的选择切削用量，从而提高零件的加工精度。 24 5.5

40、.轴类零件（螺纹轴）加工过程中几点说明轴类零件（螺纹轴）加工过程中几点说明 1采用了二中心孔为定位基准，符合基准重合及基准统一原则。 2该零件先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以二中心孔为定位基准粗 车外圆，又以粗车外圆为定位基准加工锥孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比 一次精度更高的定位基准面。3 号莫氏圆锥精度要求很高。因此，需用 V 型夹具以 230js5 外圆为定位基准达到形位公差要求。车内锥时，一端用卡爪夹住，一端搭 中心架，亦是以外圆作为精基准。 3半精加工、精加工外圆时，采用了锥堵，以锥堵中心孔作为精加工该轴外圆面 的定位基准。 对锥堵要求： 锥堵具有较高精度，保证锥堵

41、的锥面与其顶尖孔有较高同轴度。 锥堵安装后不宜更换，以减少重复安装引起的安装误差。 锥堵外径靠近轴端处须制有外螺纹，以方便取卸锥堵。 4主轴用 20Cr 低碳合金钢渗碳淬硬，对工件不需要淬硬部分发（M301.56g 左、M301.56g、M126H、M66H）表面留 2.53mm 去碳层。 5.螺纹因淬火后，在车床上无法加工，如先车好螺纹后再淬火，会使螺纹产生变 形。因此，螺纹一般不允许淬硬，所以在工件中的螺纹部分的直径和长度上必需留去 碳层。对于内螺纹，在孔口也应留出 3mm 去碳层。 6.为保证中心孔精度，工件中心孔也不允许淬硬，为此，毛坯总长放长 6mm。 7.为保证工件外圆的磨削精度，

42、热处理后须安排研磨中心孔的工序，并要求达到 较细的表面粗糙度。外圆磨削时，影响工件的圆度主要是由于二顶尖孔的同轴度，及 顶尖孔的圆度误差。 8.为消除磨削应力，粗磨后安排低温时效工序（烘） 。 9.要获高精度外圆，磨削时应分粗磨、半精磨、精磨工序。精磨安排在高精度磨 床上加工。 25 结结 论论 本文详细地分析了螺纹轴零件中工艺规程的制订，螺纹轴零件中工 艺直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一零件可以有几种不同 的加工方法，但只有某一种较合理，螺纹轴车削加工时影响加工精度的几 项主要因素。在此基础上，提出了适合于螺纹轴车削加工中刀具的技术要 求，探讨了车削这种传统的切削方法在加工领域开

43、发、应用的可行性。在 车削螺纹轴的基础上，开展了螺纹车削技术的研究。精密车削这种传统的 切削方法，在螺纹轴的加工中具有加工精度高、加工时间短及加工效率高 等优点。并为精密、超精密车削结构和形状更为复杂的三维工件打下良好 的技术基 我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识 经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在 21 世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的 发展势头而共同努力奋斗！ 26 参参 考考 文文 献献 1. 董玉红.数控技术 ，高等教育出版社，2009.2 2. 周虹. 数控车床编程与操作实训教程 ，清华大学出版社，2

44、006.9 3. 文朴、李田.机械设计 ，北京.机械工业出版社，2008.7 4 机械设计手册.编写组机械设计手册 ，北京.化学工业出版社， 2008.4 5 王爱玲.现代数控编程技术及应用 ，国防工业出版社，2009.1 6 濮良贵.机械设计 ，西安西北工业大学出版社，1996.5 7 林栋梁.英汉机电工程词典 ，机械工业出版社，1997.7 8 王卫兵.Cimatron E 6.0 数控编程实用教程 ，清华大学出版社， 2005.7 27 致致 谢谢 本论文设计在韩冰老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选 择到具体的写作过程，无不凝聚着程老师的心血和汗水，在我的毕业论文 写作期间，韩

45、老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的 建议，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完毕业论文。在此向韩 老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予了我帮助和指导 的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以 至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很 好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。 同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向 有关的作者表示谢意。 我还要感谢各位同学，在毕业设计的这段时间里， 你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持， 在此我表示深深地感谢！ 28