毕业设计方案球头轴零件的加工基本工艺与编程.doc

数控技术专业毕业设计阐明书

设计题目 球头轴零件加工工艺与编程

摘 要
世界制造业转移，这中华人民共和国正在逐渐成为世界加工厂。
美国，德国，韩国等国家已经进入工业化发展高技术密集时代与微电子时代，钢铁，机械，化工等重工业正逐渐向发展中华人民共和国家转移。国内当前经济发展已通过了发展初期，正处在重化工业发展中期。将来将是中华人民共和国机械行业发展最佳时期。当代工业早已使用电脑数字化控制机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是咱们说“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工任何领域，更是模具加工发展趋势和重要和必要技术手段。本设计内容简介了数控加工特点，加工工艺分析以及数控编程普通环节。并通过一定实例详细简介了数控加工工
艺分析办法。

核心词：数控；加工；工艺；编程

目 录
1引 言 1
1.1数控技术发展 1
1.2数控车削加工工艺分析重要内容 2
2球头轴零件加工工艺设计 3
2.1加工内容及工艺分析 3
2.1.1球头轴加工内容 3
2.1.2球头轴加工工艺分析 4
2.2球头轴零件工艺路线拟定 4
2.2.1工艺路线拟定 4
2.2.2辅助工序安排 5
2.3数控机床及其工艺设备选取 5
2.3.1数控机床选取 5
2.3.2检测量具选取 5
2.4球头轴零件切削用量参数拟定 6
2.4.1拟定主轴转速 6
2.4.2拟定进给速度 6
2.4.3拟定背吃刀量 6
2.5拟定数控加工工艺卡 7
2.6刀具选取 7
2.6.1刀具 7
2.6.2拟定对刀点与换刀点 8
3球头轴零件夹具选用 10
3.1对球头轴零件夹具基本规定 10
3.2工件装夹办法选取 10
4球头轴零件数控加工编程 11
4.1数控坐标系拟定 11
4.2走刀路线拟定 11
4.3程序编制 12
5结论 16
6参照文献 17

1引 言
1.1数控技术发展
数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）技术是指用数字、文字和符号构成数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制技术。数控普通是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因而数控也称为计算机数控(Computerized Numerical Control )，简称CNC，国外普通都称为CNC，很少再用NC这个概念了。它所控制普通是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向关于开关量。数控产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算浮现。19，穿孔金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具备辅助功能控制系统被创造；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据迅速运算和传播，奠定了当代计算机，涉及计算机数字控制系统基本。数控技术是与机床控制密切结合发展起来。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代事件，推动了自动化发展。当前，数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Computerized Numerical Control），当前它是采用计算机实现数字程序控制技术。这种技术用计算机按事先存贮控制程序来执行对设备运动轨迹和外设操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机代替原先用硬件逻辑电路构成数控装置，使输入操作指令存贮、解决、运算、逻辑判断等各种控制机能实现，均可通过计算机软件来完毕，解决生成微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运营。
数控加工技术是什么呢？简朴说就是运用数字化控制系统在加工机床上完毕整个零件加工。并且和老式机械加工手段相比数控加工技术具备什么样长处。
老式机械加工都是用手工操作普通机床作业，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品精度。当代工业早已使用电脑数字化控制机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是咱们说“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工任何领域，更是模具加工发展趋势和重要和必要技术手段。
1.2数控车削加工工艺分析重要内容
①选取适合在数控机床上加工零件，拟定工序内容。
②分析被加工零件图样，明确加工内容及技术规定，在此基本上拟定零件加工方案，制定数控加工工艺路线，如工序划分、加工顺序安排、与老式加工工序衔接等。
③设计数控加工工序。如工步划分、零件定位与夹具选取、刀具选取、切削用量拟定等。
④调节数控加工工序程序。如对刀点、换刀点选取、加工路线拟定、刀具补偿。
⑤分派数控加工中容差。
⑥解决数控机床上某些工艺指令。
总之，数控加工工艺内容较多，有些与普通机床加工相似。

2球头轴零件加工工艺设计
2.1球头轴加工内容及工艺分析

球头轴车削加工如图2.1所示
图

2.1 球头轴零件图
2.1.1球头轴加工内容
数控车床与普通车床相比，具备加工精度高、加工零件形状复杂、加工范畴广等特点。但是数控车床价格较高，加工技术较复杂。球头轴零件可分为粗车、半精车和精车等阶段。普通分为：
①车削外圆。车削外圆是最常用、最基本车削办法使用各种不同车刀车削中小型零件外圆(涉及车外回转槽)办法。其中，左偏刀重要用于需要从左向右进给，车削右边有直角轴肩外圆以及右偏刀无法车削外圆。
②车削内圆。车削内圆(孔)是指用车削办法扩大工件孔或加工空心工件内表面。这也是惯用车削加工办法之一。常用车孔办法在车削盲孔和台阶孔时，车刀要先纵向进给，当车到孔根部时再横向进给，从外向中心进给车端面或台阶端面。
③车削平面。车削平面重要指是车端平面(涉及台阶端面)，常用办法是用左偏刀车削平面，可采用较大背吃刀量，切削顺利，表面光洁，大、小平面均可车削使用90·左偏刀从外向中心进给车削平面，合用于加工尺寸较小平面或普通台阶端面用90·左偏刀从中心向外进给车削平面，合用于加工中心带孔端面或普通台阶端面使用右偏刀车削平面，刀头强度较高，适当车削较大平面，特别是铸锻件大平面。
④车削锥面。锥面可分为内锥面和外锥面，可以分别视为内圆、外圆一种特殊形式。内外锥面具备配合紧密、拆卸以便、多次拆卸后仍能保持精确对中特点，广泛用于规定中精确和需要经常拆卸配合件上。在普通车床上加工锥面办法有小滑板转位法、尾座偏移法、靠模法和宽刀法等，小滑板转位法重要用于单件小批量生产，内外锥面精度较低，长度较短(≤100mm)；尾座偏移法用于单件或成批生产轴类零件上较长外锥面；靠模法用于成批和大量生产较长内外锥面；宽刀法用于成批和大量生产较短(≤20mm)内外锥面。
⑤车削螺纹。在普通车床上普通使用成形车刀来加工螺纹，加工普通螺纹、方牙螺纹梯形螺纹和模数螺纹时使用成形车刀。
⑥车削台阶、槽。
选取数控加工内容时，可按下列顺序考虑：
①普通机床无法加工内容应优先选取；
②普通机床难加工，质量难保证内容应重点选取
③普通机床加工效率低，手工操作劳动强度大内容。
虽然数控车床加工范畴广泛，但是因受其自身特点制约，某些零件仍不适合在数控车床上加工。
2.1.2球头轴加工工艺分析
①粗加工：重要是下料，下料规定是棒料直径55㎜，长度是150㎜，并且规定下料长度误差不能超过正负1㎜并在棒料两端钻中心孔，中心孔：A4/8.5，并且，规定中心应均匀一致，为下一步工序做准备。
②半精加工：半精车外圆，先粗车外圆然后，再半精车外圆，而其她各尺寸以及跳动规定都要符合图纸规定。
③精加工：精车外圆，先半精车外圆,最后精车外圆，而其她各尺寸以及跳动规定都符合图纸规定。
2.2球头轴零件工艺路线拟定
2.2.1工艺路线拟定
①加工办法选取
②加工阶段划分：
a.有助于保证加工质量；
b.有助于及早发现毛坯缺陷；
c.有助于设备合理使用。
③工序划分：
a.按所用刀具划分工序原则；
b.按粗、精加工分开，先粗后精原则；
④加工顺序安排，切削加工工序安排:
①基面先行原则；
②先粗后精原则；
③先主后次原则；
⑤装夹方案拟定（组合夹具应用）
⑥进给路线拟定；
走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件运动轨迹和方向。走刀路线确非常重要，由于它与零件加工精度和表面质量密切有关。拟定走刀路线普通原则是：
a、保证零件加工精度和表面粗糙度；
b、以便数值计算，减少编程工作量；
c、缩短走刀路线，减少进退刀时间和其她辅助时间；
d、尽量减少程序段数。
此外，在选取走刀路线时还要充分注意如下几种状况：
①避免引入反向间隙误差。数控机床在反向运动时会浮现反向间隙，如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影响刀具定位精度，增长工件定位误差。
②为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时痕迹，可采用多次走刀办法，减小最后精车时余量，以减小切削力。
2.2.2辅助工序安排
辅助工序普通涉及去毛刺、清洗、上油、检查等。检查工序是重要辅助工序，是合格证产品质量重要办法，零件每道工序加工完毕之后，和零件所有加工完毕之后都要进行检查工序。
2.3数控机床及其工艺设备选取
2.3.1数控机床选取
依照零件产量、加工规定选取生产设备（依照专业规定需要选取数控车床）。咱们选取CJK0640数控车床。
2.3.2检测量具选取
①游标卡尺
②数显测位尺
③外径千分尺
④螺纹塞规
2.4球头轴零件切削用量参数拟定
数控编程时，编程人员必要拟定每道工序切削用量，并以指令形式写人程序中。切削用量涉及主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同加工办法，需要选用不同切削用量。切削用量选取原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理刀具耐用度，并充分发挥机床性能，最大限度提高生产率，减少成本。
2.4.1拟定主轴转速
主轴转速应依照容许切削速度和工件(或刀具)直径来选取。其计算公式为：n=1000v/3.14×D
式中：v-切削速度，单位为m/m动，由刀具耐用度决定；n-主轴转速，单位为r/min，D-工件直径或刀具直径，单位为mm。
计算主轴转速n，最后要选用机床有或较接近转速为：
车外圆，粗车主轴转速为1300r/min ,精车主轴转速为1600r/min 。
2.4.2拟定进给速度
进给速度是数控机床切削用量中重要参数，重要依照零件加工精度和表面粗糙度规定以及刀具、工件材料性质选用。最大进给速度受机床刚度和进给系统性能限制。拟定进给速度原则：当工件质量规定可以得到保证时，为提高生产效率，可选取较高进给速度。普通在200——800mm/min范畴内选用；车外圆，进给速度为400㎜/r，精车时，进给速度为200㎜/r。刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定最高进给速度。
2.4.3拟定背吃刀量
背吃刀量依照机床、工件和刀具刚度来决定，在刚度容许条件下，应尽量使背吃刀量等于工件加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，普通0.2-0.5mm，总之，切削用量详细数值应依照机床性能、有关手册并结合实际经验用类比办法拟定。
同步，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能互相适应，以形成最佳切削用量。
切削用量不但是在机床调节前必要拟定重要参数，并且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要影响。所谓“合理”切削用量是指充分运用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量前提下，获得高生产率和低加工成本切削用量。
2.5拟定数控加工工艺卡
数控加工工艺如表2.1所示：
表2.1数控加工工艺卡片
单位名称
×××
零件名称
零件图号
球头轴
×××
工序号
程序编号
使用设备
车间
001
O0001
CJK0640数控车床
数控车间
工步号
工步内容
（尺寸单位 ㎜）
刀具号
主轴转速
/r.min
进给速度
/㎜.min
背吃刀量
/㎜
备注
1
平端面
1
1000
200
0.5

2
打中心孔
2
200
60

3
圆球SR50，8
3
1100
150

4
车φ52斜度
4
1000
50
0.3

5
车φ35，φ32槽
5
300
150
0.1

6
车φ30圆，M30×2-6g螺纹
6
450
100

2.6刀具选取
2.6.1刀具
刀具选取原则：刀具使用寿命和装夹与否很以便。在加工轴时普通都是批量生产，那就规定加工时候必要有效率，装夹要很以便，依照上面分析，我采用机夹式刀片，机夹式刀片材料是超硬质合金钢。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短,可以充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，普通取15-30min .数控机床所选用刀具常采用适应高速切削刀具材料（如高速钢、硬质合金）并使用可转位刀片。
依照以上分析，在加工轴所采用刀具是机夹式，超硬质合金钢刀片,选取数控车削刀具。
数控加工刀具必要适应数控机床高速、高效和自动化限度高特点，普通应涉及通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床刀架上，因而已逐渐原则化和系统化。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等规定，近几年机夹式可转位刀具得到广泛应用，在数量上达到整个数控刀具30%-40%，金属切除量占总数80%-90%。
而加工轴所用刀片超硬质合金钢，超硬质合金钢是以碳化钨(WC)，碳化钛(TiC)等,高熔点,高硬度碳化物粉末一起粘连作用金属钴粉末混合,加压成型,再烧结而制成一种粉末冶金制品。硬质合金具备高硬度(69-81HRC),高热硬性(可达900-1000度),高耐磨性和较高抗压强度.用它制造刀具,起切削速度,耐磨性与寿命都比高速钢高，超硬质合金钢制刀片,装夹在刀体上使用.使用以便,大大提高加工效率。
此外，对所选取刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格测量以获得精准数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完毕加工过程，从而加工出合格工件。依照以上分析,采用超硬质合金钢制刀片。依照加工规定,重要选用刀具。
刀具如下表：
表2.2数控加工刀具卡
产品名称或代号
9800N三用枪
零件名称
球头轴
零件图号
×××
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
900硬质合金端面车刀（负偏刀）
1
车端面

2
T02
Φ25㎜钻头
1
钻φ25㎜孔

3
T03
900硬质合金正偏刀
1
车外圆

4
T04
槽刀
1
开槽
刀口宽3.2mm 
5
T05
内孔刀
1
车内孔

6
T06
螺纹刀
1
车螺纹

2.6.2拟定对刀点与换刀点
对于数控机床来说，在加工开始时，拟定刀具与工件相对位置是很重要，它是通过对刀点来实现。“对刀点”是指通过对刀拟定刀具与工件相对位置基准点。在程序编制时，不论事实上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，都把工件看作静止，而刀具在运动。对刀点往往也是零件加工原点。选取对刀点原则是：
①以便数学解决和简化程序编制；
②在机床上容易找正，便于拟定零件加工原点位置；
③加工过程中便于检查；
④引起加工误差小。
对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必要与零件定位基准有已知精确关系。当对刀精度规定较高时，对刀点应尽量选在零件设计基准或工艺基准上。对于以孔定位零件，可以取孔中心作为对刀点。
对刀时应使对刀点与刀位点重叠。所谓刀位点，是指拟定刀具位置基准点。

3球头轴零件夹具选用
3.1对球头轴零件夹具基本规定
依照数控机床加工特点，协调夹具坐标系、机床坐标系与工件坐标系三者关系，此外还要考虑如下几点：
①小批量加工零件，尽量采用组合夹具，可调式夹具以及其他通用夹具。
②成批生产考虑采用专用夹具，力求装卸以便。
③夹具定位及夹紧机构元件不能影响刀具走刀运动。
④装卸零件要以便可靠，成批生产可采用气动夹具、液压夹具和多工位夹具。
3.2工件装夹办法选取
数控机床上零件安装办法与普通机床同样，要合理选取定位基准和夹紧方案，注意如下两点：
①力求设计、工艺与编程计算基准统一，这样有助于编程时数值计算简便性和精准性。
②尽量减少装夹次数，尽量在一次定位装夹后，加工出所有待加工表面。综合以上分析可选用：三爪自定心卡盘。

4车削零件数控加工编程
4.1数控坐标系拟定
建立坐标系是为了拟定刀具或工件在机床中位置，拟定机床运动部件位置及其运动范畴。统一规定数控机床坐标系各轴名称及其正负方向，可以简化程序编制，并使所编程序具备互换性。
数控机床上坐标系是采用右手直角笛卡儿坐标系，工件原点位置是由操作者自己设定，它在工件装夹完毕后，通过度中与对刀拟定。它反映是工件与机床原点之间距离位置关系。工件坐标系一旦固定，普通不再变化。
坐标系设定如图4.1所示：
图4.1坐标系设定图
4.2走刀路线拟定
①车端面。
②钻孔。将棒料运进另一种车间，工序是给棒料进行钻中心孔和车端面。这也是非常重要一步工序。由于，钻中心孔好坏将会直接影响下一道工序进行。规定也是很高，重要一步去毛刺，由于上一道工序是锯料，在锯掉地方会有毛刺，在把毛刺去掉后，要对每一种棒了进行测量，以防止上一道工序浮现废料。再进行认真测量，将要加工工件放在专门钻床上，对工件进行钻孔，是两头同步进行，并且规定钻孔在棒料中心位置。中心孔：A4/8.8，并且，规定中心孔应均匀一致。在进行好钻孔后，将料放到普通车床进行车两端面，对于车规定是很高，规定棒料长度是150㎜，正负0.5㎜，规定每一种工件都要进行检查。
②粗车外圆。
③精车外圆。上一道工序，将工件运进到另一种车间，重要数控车床车间，这道工序是最重要一步。是进行精车外圆，先精车外圆，然后，是进行精车外圆，在数控车床上进行加工。用到工装夹具是三爪液压卡盘，还需要顶针，顶针作用就是使加工棒料，保持同轴度，使加工零件精度可以达到更高，也使加工时更加安全。所用到测量工具是游标卡尺，外径千分尺。同理，再加工时加工规定和加工规定是同样，而其她各尺寸以及跳动规定都要符合图纸规定。
④割槽。端面进行定位割槽并去毛刺；还规定对每批次量生产槽轴向位置需结合内外球笼装配后之轴向窜动间隙以及总成压缩总长来定。同上同样，是在CNC车床上进行割槽，所用到工装夹具是三爪卡盘，顶针，用到测量检具是游标卡尺。
⑤车螺纹。
4.3程序编制
数控车床重要是加工回转体零件，典型加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。我所做工序是精车外圆，加工程序如下：
①加工路线拟定：按先主后次，先精后粗加工原则拟定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工、精加工，两头分别加工，先加工右端，再加工左端。
②拟定轴心线与球头中心交点为编程原点件加工程序如下：
主程序
O0001;
T0101;
M03 S800;
G00 X55.5 Z2.0;
G01 Z0.0 F200;
X0.0;
X55.50;
Z-0.5;
X55.50;
G00 X55.50 Z30;
T0202;
G00 X0.0 Z2.0;
G01 Z0.0 F200;
Z-26.00;
Z2.0;
G00 X55.50 Z30.0;
T0303;
M03 S1000;
G00 X55.50 Z1.0;
G73 U1.0 R0.1;
G73 P01 Q02 U0.5 W0.25 F300;
N01 G00 X30.0 Z0.5;
G01 Z0.0;
G03 X40.0 Z-49.50 R50;
G02 X32.0 Z-57.0 R8;
G01 X32.0 Z-65.0 F450;
X34.0;
G01 X52.0 Z-94.0 F450;
G01 Z-113.0;
N02 G01 X55.50;
G70 P01 Q02;
G00 X55.50 Z30;
T0404;
M03 S500;
G00 X55.50 Z-79.00;
G01 X50.0 F280;
U0.10;
X49.00;
U0.10;
X48.00;
U0.10;
X47.00;
U0.10;
X46.00;
U0.10;
X45.00;
U0.10;
G00 X55.50;
Z30.0;
T0505;
M03 S800;
G00 X25.50 Z1.0;
G01 Z0.0 F350;
Z-26.00;
X10.00;
Z0.50;
X26.50;
Z-26.00;
X10.00;
Z0.50;
X28.00;
Z-26.00;
X10.00;
G00 Z-0.50;
G00 X55.50 Z30.00;
M05;
M30;

O0002;
T0303;
M03 S1000;
G00 X55.50 Z-30.00;
G71 U1.0 R0.10;
G71 P10 Q20 U0.5 W0.25 F300;
N10 G00 X26.00 Z2.0;
G01 X26.00 Z0.0 F450;
X28.00 Z-2.0;
Z-25.00;
X30.00;
Z-33.00;
X50.00;
X52.00 Z-34.00;
N20 G01 W-1.0;
G70 P10 Q20;
G00 X55.50 Z30.0;
T0606;
M03 S800;
G00 X30.00 Z1.0;
G92 X29.50 Z-25.00 F2.0;
X29.00;
X28.65;
G00 X55.50 Z30.00;
M05;
M30;

5结论
毕业设计是咱们在校学习以及工作实践后努力出来成果。不但仅是对在校所学基本知识回顾，也是将理论与实践相结合一次尝试。这让我对之前理论知识有了更深一层次理解，为之后工作生活中增添了一笔宝贵财富。
因而，它同步也是是咱们大学所学、所用一次总结，代表着大学生时代结束。
通过了这一次设计，其中我所遇到种种疑问，困难得到教师解答同窗协助。最后完毕整个毕业设计。
我但愿借助本次毕业设计，对自己将来将在工作中添加一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题能力，为后来在工作当中打好结实基本 。

6参 考 文 献
[1] 数控技术丛书. 机械工业出版社. 第2版 ..8.1
[2]孙竹.数控机床编程与操作.机械工业出版社.1996.4
[3]吴明友.数控机床加工技术.东南大学出版社..9
[4]雄伟.数控机床与编程培训教程.北京机械工业出版社..5
[5]王昆.机械设计课程设计.武汉高等教诲出版社.1995.2
[6]王爱玲.当代数控原理及数控技术.北京.国防工业出版社..8
[7] 高等职业技能操作与实训教材. 化学工业出版社.第1版..9.4