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淺談數控零件加工
畢業了，必須要提交畢業論文，合格方可畢業。現在的畢業論文要求挺高的，需要有理論部分，實際應用部分。畢業生們最好需要有充分的時間做好準備，寫出有質量的論文。下面YJBYS給大家提供論文范文一篇——淺談數控零件加工，希望能夠幫到大家!
摘 要：此次設計是對典型軸套類零件加工技術的應用及數控加工的工藝性分析，主要是對零件圖的分析、毛坯的選擇、零件的裝夾、工藝路線的制訂、刀具的選擇、切削用量的確定、數控加工工藝文件的填寫、數控加工程序的編寫。選擇正確的加工方法，設計合理的加工工藝過程，充分發揮數控加工的優質、高效、低成本的特點。
關鍵字： 工藝分析，加工程序，切削用量，公差
前言
畢業設計是專業教學工作的重要組成部分和教學過程中的重要實際性環節。
畢業設計的目的是通過設計、培養我們綜合運用所學的基礎理論知識，專業理論知識和一些相關軟件的學習，去分析和解決本專業范圍內的一般工程技術問題的能力，培養我們建立正確的工藝設計思維，學會查找工具書，掌握數控工藝設計的一般程序，規范和方法。
本次設計選擇的課題為軸類零件的車削加工工藝設計設計及其數控加工程序編制。
這次畢業設計讓我們對數控加工的各種基礎知識有了進一步的了解，同時也為我們以后的工作奠定了一個良好的基礎。并鍛煉了自己的動手能力，達到了學以致用的目的。它是一次專業技能的重要訓練和知識水平的一次全面體檢，使學生畢業資格認定的重要依據，同時也為我們將來走向工作崗位奠定了必要的理論基礎和實踐經驗。
1 零件的加工工藝分析
1.1零件圖的工藝分析
圖1-1
技術要求：
(1)毛坯為φ55×58mm45號鋼 (2)銳邊倒鈍C0.5
(3)未注公差按GB/T1804-m。
數控車床加工的軸類零件一般由圓柱面、圓錐面、圓弧面、臺階、端面、內孔、螺紋和溝槽構成，材料為45#。如圖1-1所示的軸套配合件適合采用數控車床加工。通常軸類零件上的圓柱面用于支撐傳動零件(如帶輪、齒輪等)和傳遞扭矩，圓錐面有傳遞扭矩、高精度定心和裝卸方面等特點，端面和臺階用來確定裝在軸上的零件的軸向位置，螺紋常用于軸或軸上零件的鎖緊，溝槽的作用是使磨削外圓或車螺紋時退刀方便，還可以對軸上的傳動零件進行軸向定位。加工如圖1-1所示。
1.2分析零件圖紙中的尺寸標注
對數控加工來說，最傾向與以同一基準引注尺寸或直接給坐標尺寸，這就是坐標標注法。這種標注法，即便于編程，也便于尺寸之間的相互協調，保證設計、定位、檢測基準與編程原點設置的一致性方面帶來很大方便。由于零件設計人員往往在尺寸標注中較多的考慮裝配等使用特性要求。而不得不采取局部分散的標注方法，這樣會給工序安排與數控加工帶來很多不便，事實上，由于數控加工精度及重復定位精度都很高，不會因產生較大的累計誤差而破壞使用特性，因而改變局部的分散標注法為集中引注或坐標式尺寸、標注是完全可行的。圖1-1所示即為尺寸標注法,這是基本采
用數控設備制造并充分考慮數控加工特點所采取的一種設計原則。
1.3零件的結構工藝性分析
零件的結構工藝性是指在滿足使用要求的前提下制造、維修的可行性和經濟性。即所設計的零件結構應便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面廣，因此有必要對零件進行結構工藝性分析，找出技術關鍵，以便在擬定工藝規程時采用適當的加工措施加以保證
該零件的視圖符合國家標準的要求，位置準確，表達清楚;幾何元素之間的關系準確;尺寸標注完整、清晰。
1、尺寸精度
軸是軸類零件的主要表面，它影響軸的回轉精度及工作狀態。軸頸的直徑精度根據其使用要求通常為IT6～IT9，精密軸頸可達IT5。套的外徑精度相對于內徑精度來說邀相對高一些。
該零件總長度為55mm，Φ26的槽上偏差為0，下偏差為0.052精度要求非常高。Φ50外圓的上偏差為0,下偏差為-0.1。
2、表面粗糙度的要求
根據零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度。例如，普通機床主軸支承軸頸的表面粗糙度為Ra1.6～6.3μm。隨著機器運轉速度的增大和精密度 的提高，軸類零件表面粗糙度值要求也將越來越小。
該零件表面粗糙度除了配合處的公差為1.6μm，另外均為3.2μm。 3、位置精度的要求
位置精度主要是指裝配傳動件的配合軸頸相對于裝配軸承的支承軸頸的同軸度，通常是用配合軸頸對支承軸頸的徑向同軸度來表示。根據使用要求，規定高精度為0.001～0.005mm，而一般精度的軸為0.01～0.03mm。
如圖1-1所示，軸的跳動度公差為0.03mm。
1.4零件毛坯的選擇
毛坯材料為45#，強度、硬度、塑性等力學性能好，切學性能、沒有經過熱處理、等加工工藝性能好，便于加工，能夠滿足使用性能。軸毛坯下料長為Φ55mm×58mm。
合理的標注尺寸
零件圖上的重要尺寸直接標注，在加工時使用工藝基準與設計基準重合，并符合尺寸鏈最短的原則。
1.5零件的安裝
數控車床上零件的安裝方法與普通車床一樣，要合理選擇定位基準和夾緊方案，主要注意以下兩點：
(1)力求設計、工藝與偏程計算的基準統一，這樣有利于提高編程時數值計算的簡便性和精確性。
(2)盡量減少裝夾次數，盡可能在一次裝夾后，加工出全部待加工面。
根據零件的尺寸、精度要求和生產條件選擇最常用的車床通用的三爪自定心卡盤。三爪自定心卡盤可以自定心，夾持范圍大，適用于截面為圓形、三角形、六邊形的軸類和盤類上小型零件。
圖1-3
2 數控加工工藝方案的制定
2.1工序與工步的劃分
確定加工方案
經過分析零件的尺寸精度、幾何形狀精度、位置精度和表面粗糙度要求，作出以下加工方案。 1.先加工軸的左端，其走刀路線(如圖2-1)
2.然后加工軸的右端,其走刀路線(如圖2-2)
2.2加工機床的選擇
○1要保證加工零件的技術要求，能加工出合格的產品。 ○2有利于提高生產率。
○3盡可能降低生產成本即生產費用。
根據毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復雜程度、尺寸大小、加工精度、工件數量、現有的生產條件要求。選用CAK6150數控車床(如圖2-3)。
圖2-3
2.3刀具的選擇
數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則在編程時充分考慮數控加工的特點，能夠正確選擇刀具及切削用量。數控車床對刀具提出了更高的要求,不僅要求刀具精度高,剛性好,耐用度高,而且要求安裝、調整、刃磨方便,斷屑及排屑性能好。
在全功能數控車床上,可預先安裝8～12把刀具,當被加工工件改變后,一般不需要更換刀具就能完成工件的全部車削加工.為了滿足要求,刀具配備時應注意以下幾個問題.
①在可能的范圍內,使被加工工件的形狀、尺寸標準化,從而刀具的種類,實現不換刀或少換刀,以縮短準備和調整時間.
②使刀具規格化和通用化,以減少刀具的種類,便于刀具管理. ③盡可能草用可轉位刀片,磨損后只需更換刀片,增加了刀具的互換性. ④在設計或選擇刀具時,應盡量采用高效率、斷屑及排屑性能好的刀具.
車床主要用于回轉表面的加工,如內/外圓柱面、圓錐面、圓弧面、螺紋、內孔加工等的切削加工。
數控車削常用的車刀一般分為三類,即尖形車刀、圓弧車刀和成形車刀。如下圖(2-4)所示為常用車刀的種類、形狀和用途.
綜上分析該零件主要以外圓加工為主。選擇硬質合金車刀，需要45°車刀、75°外圓刀、切斷刀、螺紋刀、鉆頭。
加工零件為配合件，需要加工內孔，利用如圖(2-5)的鉆頭加工。 鉆頭直徑Φ20。
2.4量具的選擇
外圓柱和長度用規格為0～150mm游標卡尺進行測量外圓面、端面的圓跳動用百分表測量，其中圓弧用R規測量。如圖(2-6)
游標卡尺：測量范圍：0-150mm：分度值：0.02mm
2.5夾具的選擇
夾具用來裝夾被加工工件以完成加工過程，同時要保證被加工工件的定位精度，并使裝卸盡可能方便、快捷。數控加工時夾具主要有兩大要求：一是夾具應具有足夠的精度和剛度;二是夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時，通常考慮以下幾點：
(1)盡量選用可調整夾具，組合夾具及其它適用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產準備時間。
(2)在成批生產時，才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。 (3)裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間。
(4)夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。 (5)夾具是否使用方便、安全。 夾具的類型
數控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在可調卡爪的卡盤(三爪、四爪)中，由卡盤傳動旋轉;另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾座頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉。
綜上所述，三爪卡盤具有自動定心的特點，加工該零件選用三爪卡盤加工。
2.6冷卻液的選擇
金屬切削過程中，合理選擇切削液，可改善工件與刀具之間的摩擦狀況，降低切削力和切削溫度，減小刀具磨損和工件的熱變形，從而可以提高刀具的耐用度、加工效率和加工質量。
切削液的選擇應考慮下列幾點因素：
1.潤滑 具有良好潤滑能力的切屑液可減少刀具與工件或切屑間的直接接觸，減輕摩擦和粘結，因此，可減少刀具磨損，提高工件表面質量。
2.冷卻 具有良好冷卻作用的切屑液能從切削區域帶走大量切削熱，使切削溫度降低。 3.清洗 具有良好清洗能力的切屑液可以沖走切削區域與機床上的細碎切屑和脫落的磨粒，防止劃傷已加工表面和導軌。
4.防銹 切削液中加入防銹劑，如亞硝酸鈉、磷酸三鈉和石油磺酸鋇等，可在金屬表面形成一層保護膜，起防銹作用。
常用切削液的種類如表所示 常用冷卻液
在加工此軸類零件時根據該工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求及冷卻液的作用和價格來考慮，加工時選擇乳化液比較合理。冷卻液作用：冷卻、潤滑、清洗而且還有一定的防銹作用。
3 切削用量的選擇
3.1切削用量的選擇原則
數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，包括主軸轉速、背吃刀量、進給速度等，并以數控系統規定的格式輸入到程序中。切削用量對于不同的加工方法，需選用不同的切削用量。合理的選擇切削用量，對零件的表面質量、精度、加工效率影響很大。這在實際中也很難把握，要有豐富的實踐經驗才能夠確定合適的切削用量。在數控編程時只能憑借編程者的經驗和刀具的切削用量推薦值初步確定，而最終的切削用量將根據零件數控程序的調試結果和實際加工情況來確定。
切削用量的選擇原則是：粗加工時以提高生產率為主，同時兼顧經濟性和加工成本的考慮;半精加工和精加工時，應同時兼顧切削效率和加工成本的前提下，保證零件的加工質量。值得注重的是，切削用量(主軸轉速、切削深度及進給量)是一個有機的整體，只有三者相互適應，達到最合理的匹配值，才能獲得最佳的切削用量。
確定切削用量時應根據加工性質、加工要求，工件材料及刀具的尺寸和材料性能等方面的具體要求，通過查閱切削手冊并結合經驗加以確定，確定切削用量時除了遵循一般的原則和方法外，還應考慮以下因素的影響：
(1)刀具差異的影響——不同的刀具廠家生產的刀具質量差異很大，所以切削用量需根據實際用刀具和現場經驗加以修正。
(2)機床特性的影響——切削性能受數控機床的功率和機床的剛性限制，必須在機床說明書
規定的范圍內選擇。避免因機床功率不夠發生悶車現象，或剛性不足產生大的機床振動現象，影響零件的加工質量、精度和表面粗糙度。
(3)數控機床生產率的影響——數控機床的工時費用較高，相對而言，刀具的損耗成本所占的比重較低，應盡量采用高的切削用量，通過適當降低刀具壽命來提高數控機床的生產率。
3.2背吃刀量的選擇
1)確定背吃刀量ap(mm)
背吃刀量的大小主要依據機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統的剛度來決定，在系統剛度答應的情況下，為保證以最少的進給次數去除毛坯的加工余量，根據被加工零件的余量確定分層切削深度，選擇較大的背吃刀量，以提高生產效率。在數控加工中，為保證零件必要的加工精度和表面粗糙度，一般留少量的余量(0.2～0.5mm)，在最后的精加工中沿輪廓走一刀。粗加工時，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工藝系統剛性答應的條件下，應以最少的次數完成粗加工。留給精加工的余量應大于零件的變形量和確保零件表面完整性。
綜合考慮得到：粗加工時選取2.0mm的背吃刀量。 精加工余量取0.1～0.2mm
3.3確定主軸轉速
主軸轉速應根據允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。外圓車削及其計算公式為： n=1000v/πD 式中
v----切削速度，單位為m/min，由刀具的耐用度決定; n----主軸轉速，單位為 r/min; D----工件直徑或刀具直徑，單位為mm。 而車螺紋時的主軸轉速如下：
1200
n
式中：P—工件螺紋的螺距或導程(mm); k—保險系數，一般取75-85之間的值。
計算的主軸轉速n最后要根據機床說明書選取機床有的或較接近的轉速。
切削速度VC與刀具耐用度關系比較密切，隨著VC的加大，刀具耐用度將急劇下降，故VC的選擇主要取決于刀具耐用度。
主軸轉速n確定后，必須按照數控機床控制系統所規定的格式寫入數控程序中。在實際操作中，操作者可以根據實際加工情況，通過適當調整數控機床控制面板上的主軸轉速倍率開關，來控制主軸轉速的大小，以確定最佳的主軸轉速。
綜上所述：切削零件外圓時主軸轉速粗加工轉速為500 mm/r，精加工轉速為1200 mm/r。螺紋轉速為700 mm/r。
3.4進給量或進給速度的選擇
進給速度F是切削時單位時間內零件與銑刀沿進給方向的相對位移量，單位為mm/r或mm/min。 進給量或進給速度在數控機床上使用進給功能字F表示的，F是數控機床切削用量中的一個重要參數，主要依據零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料來確定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要求越低時，選擇的進給量數值就越小。實際中，應綜合考慮機床、刀具、夾具和被加工零件精度、材料的機械性能、曲率變化、結構剛性、工藝系統的剛性及斷屑情況，選擇合適的進給速度。
進給率數是一個非凡的進給量表示方法，即進給率的時間倒數——FRN(Feed Rate Number的縮寫)，對于直線插補的進給率數為：
式中F——進給量(m/min)。
L——程序段的加工長度，是刀具沿工件所走的有效距離(mm)。
程序段中編入了進給率數FRN，實際上就規定了執行該程序段的時間T，它們之間的關系是： 程序編制時選定進給量F后，刀具中心的運動速度就一定了。在直線切削時，切削點(刀具與加工表面的切點)的運動速度就是程序編制時給定的進給量。但是在做圓弧切削時，切削點實際進給量并不等于程序編制時選定的刀具中心的進給量。
在輪廓加工中選擇進給量F時，應注重在輪廓拐角處的“超程”問題，非凡是在拐角較大而且進給量也較大時，應用在接近拐角處適當降低速度，而在拐角過后再逐漸提速的方法來保證加工精度。
數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。為了獲得最高的生產率和單位時間的最高切除率，在保證零件加工質量和刀具耐用度前提下，應合理地確定切削參數。
所以，此處我們應當根據經驗和粗精加工而定,粗加工選取F2.0左右。精加工時選取較少的加工余量F0.2—F0.3。
4 數控加工工藝過程卡片
4.1確定加工路線
加工路線是指數控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。 1) 應能保證加工精度和表面粗糙要求; 2) 應盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。
3)選擇切入切出方向，盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停(切削力突然變化造成彈性變形)，以免留下刀痕。
4)應盡量簡化數學處理時的 數值計算工作量，以減少編程工作量。 加工路線如下： 1、平右端面;
2、用G71循環粗加工指令加工右輪廓到26;
3、用G70精加工指令進行精加工; 4、然后用G75指令切φ21的槽; 5、用G92指令加工M20的螺紋; 6、調頭加工左端軸、并且保證長度; 7、用G71循環粗加工指令加工左輪廓到46; 8、用G70精加工指令進行精加工左端外輪廓;
9、對工件進行測量，取下工件，收拾工具，進行總結;
4.2數控加工工藝過程卡片
數控加工工藝卡
4.3刀具卡
數控加工刀具卡
4.4編寫程序數控加工程序
車削軸左端 O0001
N1 M03 S400 T0101; N2 M08;
N3 G00 X57 Z2 ; N4 G01 Z-1 F0.3; N5 X0.0; N6 G00 X200 Z60; N7 T0202;
N8 G00 X56 Z2.0; N9 G71 u2.0 R1.0;
N10 G71 P11 Q19 u0.4 W0.1 F0.3; 循環粗車左端外圓 N11 G00 X21; N12 G01 Z0 F0.3; N13 X24 Z-1.5; N14 Z-17.5;
N15 X26 Z-18.5; N16 Z-24.95; N17 X48; N18 X49.9 Z-26;
N19 Z-35; N20 G00 X80 Z100; N21 M05; N22 M00;
N23 M03 S1200 T0202; N24 G00 X51 Z2;
N25 G70 P11 Q19 F0.2; N26 G00 X80; N27 Z100;
N28 M03 S450 T0303; N29 X27 Z-17.5; N30 G75 R0.1;
N31 G75 X21 Z-17.5 P500 Q1000 R0 F0.2; N32 G00 X80 Z100; N33 T0404; N34 G00 X25 Z2;
N35 G92 X23.4 Z-15.5 F2.0; N36 X22.8; N37 X22.2; N38 X22.05; N39 G00 X100; N40 Z100; N41 M09; N42 M05; N43 M30; %
車削軸右端 O0002
N01 M03 S450 T0101; N02 M08;
N03 G00 X57 Z2; N04 G01 Z-2 F0.3;
精車左端外圓切槽 車螺紋
N05 X0; N06 G00 X200 Z60; N07 T0202;
N08 G00 X56 Z2.0; N09 G71 u2.0 R0.5;
N10 G71 P11 Q15 u0.4 W0.1 F0.3; 粗車右端外圓 N11 G00 X24; N12 G01 Z0.0; N13 X36 Z-19.95; N14 X40
N15 G03 X50 Z-25 R5; N16 G00 X80 Z100; N17 M05; N18 M00;
N19 M03 S1200 T0202;
N20 G70 P11 Q15 F0.2; N21 G00 X100; N22 Z100; N23 M09; N24 M05; N25 M30; % 精車右端外圓
5 零件的加工及結果分析
5.1對刀
加工中,一般我們都采用試切法對刀。
首先對Z軸，當刀走到如下圖時，進入“offset setting” →坐標系，輸入Z0.按測量，Z軸就對好了(如圖5-1)。
圖5-1 圖5-1
再對X軸，當刀走到如下圖時，主軸停，用卡尺測
量d, 進入“offset setting” →坐標系,輸入側得的值，X軸也就對好了(如圖5-2)。
圖5-2
5.2加工零件
首先為了保證程序毫無差錯，一般都先用已經輸入的程序，試運行，即使程序有錯
也不會浪費毛坯件，也便于及時修改程序。這樣確定所有程序的路線、加工工藝都正確無誤后，便可對零件進行機械加工。點擊控制面板上的“PROG” →輸入要加工的程序名稱→ “自動”→“循環啟動”→“開冷卻液”完成一系列的操作后，數控機床對工件進行自動加工了(仿真如圖5-3)。
圖5-3
5.3零件加工結果
零件在加工好后，使用游標卡尺和R規進行測量，測量的結果顯示各項尺寸都在公差范圍之內，均合格，但是個別尺寸在公差中偏高或偏低，表面質量也不是非常好。
5.4原因分析
零件的輪廓粗糙度明顯達不到要求，其原因主要有：刀具的選擇、切削用量的確定、下刀點的選擇等。刀具的選擇，主要體現在加工零件時選用的刀具比較小，使零件的粗糙度沒有達到要求。切削用量，主要體現在加工圓弧時，有過切和超程現象。下刀點，主要體現在加工槽時，下刀點選擇沒有考慮到零件的實際輪廓。
另外，在加工時要求機床主軸具有一定的回轉運動精度。即加工過程中主軸回轉中心相對刀具或者工件的精度，當主軸回轉時，實際回轉軸線其位置總是在變動的，也就是說，存在著回轉誤差主軸的回轉誤差可分為三種形式：軸向竄動、徑向圓跳動角度擺角、主軸回轉誤差對加工精度的影響，切削加工過程中的機床主軸回轉誤差使得刀具和工件間的相對位置不斷改變，影響著成形運動的準確性，在工件上引起加工誤差。
5.5解決方法
根據零件加工的質量結果和原因分析，提出解決方法。一是刀具的選用，應盡可能選較大的刀具，以提高輪廓粗糙度。二是進給量的確定，應在圓弧和拐角處降低進給量，以免造成過切和超程。三是下刀點的選擇，應盡量避免與以加工表面形成干涉。四是加工余量的確定，X、Z軸的加工余量應該合理。
總結：本次畢業設計，是理論與實踐結合的一次應用。通過本次畢業設計讓我鞏固了大學三年的學習課程，機械設計、機械制圖、數控編程、等課程。還更加深入學習編程技巧，操作機床的實踐能力，并為今后工作打下堅實基礎。本設計根據我院實際情況設計而定。因學生水平有限，加之時間倉促，設計中不足之處和錯誤，懇請老師和專家批評指正。
值此論文完成之際，向我的指導老師致以深深的敬意和謝意。同時我還要感謝王老師對我悉心指導和多次給予的方向性的建議，并感謝同學給予了我支持和鼓勵。
致謝
在本次論文設計過程中，劉培躍老師對該論文從選題，構思到最后定稿的各個環節給予細心指引與教導,使我得以最終完成畢業論文設計。在此感謝老師在我學習中的指導與督促，同時感謝她的諒解與包容。在學習中,老師嚴謹的治學態度、豐富淵博的知識、敏銳的學術思維、精益求精的工作態度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，導師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意!
謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻給你們!
本文參考了大量的文獻資料，在此，向各學術界的前輩們致敬。
最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。
參考文獻：
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畢業設計是專業教學工作的重要組成部分和教學過程中的重要實際性環節。
畢業設計的目的是通過設計、培養我們綜合運用所學的基礎理論知識，專業理論知識和一些相關軟件的學習，去分析和解決本專業范圍內的一般工程技術問題的能力，培養我們建立正確的工藝設計思維，學會查找工具書，掌握數控工藝設計的一般程序，規范和方法。
本次設計選擇的課題為軸類零件的車削加工工藝設計設計及其數控加工程序編制。
這次畢業設計讓我們對數控加工的各種基礎知識有了進一步的了解，同時也為我們以后的工作奠定了一個良好的基礎。并鍛煉了自己的動手能力，達到了學以致用的目的。它是一次專業技能的重要訓練和知識水平的一次全面體檢，使學生畢業資格認定的重要依據，同時也為我們將來走向工作崗位奠定了必要的理論基礎和實踐經驗。
1 零件的加工工藝分析
1.1零件圖的工藝分析
圖1-1
技術要求：
(1)毛坯為φ55×58mm45號鋼 (2)銳邊倒鈍C0.5
(3)未注公差按GB/T1804-m。
數控車床加工的軸類零件一般由圓柱面、圓錐面、圓弧面、臺階、端面、內孔、螺紋和溝槽構成，材料為45#。如圖1-1所示的軸套配合件適合采用數控車床加工。通常軸類零件上的圓柱面用于支撐傳動零件(如帶輪、齒輪等)和傳遞扭矩，圓錐面有傳遞扭矩、高精度定心和裝卸方面等特點，端面和臺階用來確定裝在軸上的零件的軸向位置，螺紋常用于軸或軸上零件的鎖緊，溝槽的作用是使磨削外圓或車螺紋時退刀方便，還可以對軸上的傳動零件進行軸向定位。加工如圖1-1所示。
1.2分析零件圖紙中的尺寸標注
對數控加工來說，最傾向與以同一基準引注尺寸或直接給坐標尺寸，這就是坐標標注法。這種標注法，即便于編程，也便于尺寸之間的相互協調，保證設計、定位、檢測基準與編程原點設置的一致性方面帶來很大方便。由于零件設計人員往往在尺寸標注中較多的考慮裝配等使用特性要求。而不得不采取局部分散的標注方法，這樣會給工序安排與數控加工帶來很多不便，事實上，由于數控加工精度及重復定位精度都很高，不會因產生較大的累計誤差而破壞使用特性，因而改變局部的分散標注法為集中引注或坐標式尺寸、標注是完全可行的。圖1-1所示即為尺寸標注法,這是基本采
用數控設備制造并充分考慮數控加工特點所采取的一種設計原則。
1.3零件的結構工藝性分析
零件的結構工藝性是指在滿足使用要求的前提下制造、維修的可行性和經濟性。即所設計的零件結構應便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面廣，因此有必要對零件進行結構工藝性分析，找出技術關鍵，以便在擬定工藝規程時采用適當的加工措施加以保證
該零件的視圖符合國家標準的要求，位置準確，表達清楚;幾何元素之間的關系準確;尺寸標注完整、清晰。
1、尺寸精度
軸是軸類零件的主要表面，它影響軸的回轉精度及工作狀態。軸頸的直徑精度根據其使用要求通常為IT6～IT9，精密軸頸可達IT5。套的外徑精度相對于內徑精度來說邀相對高一些。
該零件總長度為55mm，Φ26的槽上偏差為0，下偏差為0.052精度要求非常高。Φ50外圓的上偏差為0,下偏差為-0.1。
2、表面粗糙度的要求
根據零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度。例如，普通機床主軸支承軸頸的表面粗糙度為Ra1.6～6.3μm。隨著機器運轉速度的增大和精密度 的提高，軸類零件表面粗糙度值要求也將越來越小。
該零件表面粗糙度除了配合處的公差為1.6μm，另外均為3.2μm。 3、位置精度的要求
位置精度主要是指裝配傳動件的配合軸頸相對于裝配軸承的支承軸頸的同軸度，通常是用配合軸頸對支承軸頸的徑向同軸度來表示。根據使用要求，規定高精度為0.001～0.005mm，而一般精度的軸為0.01～0.03mm。
如圖1-1所示，軸的跳動度公差為0.03mm。
1.4零件毛坯的選擇
毛坯材料為45#，強度、硬度、塑性等力學性能好，切學性能、沒有經過熱處理、等加工工藝性能好，便于加工，能夠滿足使用性能。軸毛坯下料長為Φ55mm×58mm。
合理的標注尺寸
零件圖上的重要尺寸直接標注，在加工時使用工藝基準與設計基準重合，并符合尺寸鏈最短的原則。
1.5零件的安裝
數控車床上零件的安裝方法與普通車床一樣，要合理選擇定位基準和夾緊方案，主要注意以下兩點：
(1)力求設計、工藝與偏程計算的基準統一，這樣有利于提高編程時數值計算的簡便性和精確性。
(2)盡量減少裝夾次數，盡可能在一次裝夾后，加工出全部待加工面。
根據零件的尺寸、精度要求和生產條件選擇最常用的車床通用的三爪自定心卡盤。三爪自定心卡盤可以自定心，夾持范圍大，適用于截面為圓形、三角形、六邊形的軸類和盤類上小型零件。
圖1-3
2 數控加工工藝方案的制定
2.1工序與工步的劃分
確定加工方案
經過分析零件的尺寸精度、幾何形狀精度、位置精度和表面粗糙度要求，作出以下加工方案。 1.先加工軸的左端，其走刀路線(如圖2-1)
2.然后加工軸的右端,其走刀路線(如圖2-2)
2.2加工機床的選擇
○1要保證加工零件的技術要求，能加工出合格的產品。 ○2有利于提高生產率。
○3盡可能降低生產成本即生產費用。
根據毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復雜程度、尺寸大小、加工精度、工件數量、現有的生產條件要求。選用CAK6150數控車床(如圖2-3)。
圖2-3
2.3刀具的選擇
數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則在編程時充分考慮數控加工的特點，能夠正確選擇刀具及切削用量。數控車床對刀具提出了更高的要求,不僅要求刀具精度高,剛性好,耐用度高,而且要求安裝、調整、刃磨方便,斷屑及排屑性能好。
在全功能數控車床上,可預先安裝8～12把刀具,當被加工工件改變后,一般不需要更換刀具就能完成工件的全部車削加工.為了滿足要求,刀具配備時應注意以下幾個問題.
①在可能的范圍內,使被加工工件的形狀、尺寸標準化,從而刀具的種類,實現不換刀或少換刀,以縮短準備和調整時間.
②使刀具規格化和通用化,以減少刀具的種類,便于刀具管理. ③盡可能草用可轉位刀片,磨損后只需更換刀片,增加了刀具的互換性. ④在設計或選擇刀具時,應盡量采用高效率、斷屑及排屑性能好的刀具.
車床主要用于回轉表面的加工,如內/外圓柱面、圓錐面、圓弧面、螺紋、內孔加工等的切削加工。
數控車削常用的車刀一般分為三類,即尖形車刀、圓弧車刀和成形車刀。如下圖(2-4)所示為常用車刀的種類、形狀和用途.
綜上分析該零件主要以外圓加工為主。選擇硬質合金車刀，需要45°車刀、75°外圓刀、切斷刀、螺紋刀、鉆頭。
加工零件為配合件，需要加工內孔，利用如圖(2-5)的鉆頭加工。 鉆頭直徑Φ20。
2.4量具的選擇
外圓柱和長度用規格為0～150mm游標卡尺進行測量外圓面、端面的圓跳動用百分表測量，其中圓弧用R規測量。如圖(2-6)
游標卡尺：測量范圍：0-150mm：分度值：0.02mm
2.5夾具的選擇
夾具用來裝夾被加工工件以完成加工過程，同時要保證被加工工件的定位精度，并使裝卸盡可能方便、快捷。數控加工時夾具主要有兩大要求：一是夾具應具有足夠的精度和剛度;二是夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時，通常考慮以下幾點：
(1)盡量選用可調整夾具，組合夾具及其它適用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產準備時間。
(2)在成批生產時，才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。 (3)裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間。
(4)夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。 (5)夾具是否使用方便、安全。 夾具的類型
數控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在可調卡爪的卡盤(三爪、四爪)中，由卡盤傳動旋轉;另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾座頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉。
綜上所述，三爪卡盤具有自動定心的特點，加工該零件選用三爪卡盤加工。
2.6冷卻液的選擇
金屬切削過程中，合理選擇切削液，可改善工件與刀具之間的摩擦狀況，降低切削力和切削溫度，減小刀具磨損和工件的熱變形，從而可以提高刀具的耐用度、加工效率和加工質量。
切削液的選擇應考慮下列幾點因素：
1.潤滑 具有良好潤滑能力的切屑液可減少刀具與工件或切屑間的直接接觸，減輕摩擦和粘結，因此，可減少刀具磨損，提高工件表面質量。
2.冷卻 具有良好冷卻作用的切屑液能從切削區域帶走大量切削熱，使切削溫度降低。 3.清洗 具有良好清洗能力的切屑液可以沖走切削區域與機床上的細碎切屑和脫落的磨粒，防止劃傷已加工表面和導軌。
4.防銹 切削液中加入防銹劑，如亞硝酸鈉、磷酸三鈉和石油磺酸鋇等，可在金屬表面形成一層保護膜，起防銹作用。
常用切削液的種類如表所示 常用冷卻液
在加工此軸類零件時根據該工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求及冷卻液的作用和價格來考慮，加工時選擇乳化液比較合理。冷卻液作用：冷卻、潤滑、清洗而且還有一定的防銹作用。
3 切削用量的選擇
3.1切削用量的選擇原則
數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，包括主軸轉速、背吃刀量、進給速度等，并以數控系統規定的格式輸入到程序中。切削用量對于不同的加工方法，需選用不同的切削用量。合理的選擇切削用量，對零件的表面質量、精度、加工效率影響很大。這在實際中也很難把握，要有豐富的實踐經驗才能夠確定合適的切削用量。在數控編程時只能憑借編程者的經驗和刀具的切削用量推薦值初步確定，而最終的切削用量將根據零件數控程序的調試結果和實際加工情況來確定。
切削用量的選擇原則是：粗加工時以提高生產率為主，同時兼顧經濟性和加工成本的考慮;半精加工和精加工時，應同時兼顧切削效率和加工成本的前提下，保證零件的加工質量。值得注重的是，切削用量(主軸轉速、切削深度及進給量)是一個有機的整體，只有三者相互適應，達到最合理的匹配值，才能獲得最佳的切削用量。
確定切削用量時應根據加工性質、加工要求，工件材料及刀具的尺寸和材料性能等方面的具體要求，通過查閱切削手冊并結合經驗加以確定，確定切削用量時除了遵循一般的原則和方法外，還應考慮以下因素的影響：
(1)刀具差異的影響——不同的刀具廠家生產的刀具質量差異很大，所以切削用量需根據實際用刀具和現場經驗加以修正。
(2)機床特性的影響——切削性能受數控機床的功率和機床的剛性限制，必須在機床說明書
規定的范圍內選擇。避免因機床功率不夠發生悶車現象，或剛性不足產生大的機床振動現象，影響零件的加工質量、精度和表面粗糙度。
(3)數控機床生產率的影響——數控機床的工時費用較高，相對而言，刀具的損耗成本所占的比重較低，應盡量采用高的切削用量，通過適當降低刀具壽命來提高數控機床的生產率。
3.2背吃刀量的選擇
1)確定背吃刀量ap(mm)
背吃刀量的大小主要依據機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統的剛度來決定，在系統剛度答應的情況下，為保證以最少的進給次數去除毛坯的加工余量，根據被加工零件的余量確定分層切削深度，選擇較大的背吃刀量，以提高生產效率。在數控加工中，為保證零件必要的加工精度和表面粗糙度，一般留少量的余量(0.2～0.5mm)，在最后的精加工中沿輪廓走一刀。粗加工時，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工藝系統剛性答應的條件下，應以最少的次數完成粗加工。留給精加工的余量應大于零件的變形量和確保零件表面完整性。
綜合考慮得到：粗加工時選取2.0mm的背吃刀量。 精加工余量取0.1～0.2mm
3.3確定主軸轉速
主軸轉速應根據允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。外圓車削及其計算公式為： n=1000v/πD 式中
v----切削速度，單位為m/min，由刀具的耐用度決定; n----主軸轉速，單位為 r/min; D----工件直徑或刀具直徑，單位為mm。 而車螺紋時的主軸轉速如下：
1200
n
式中：P—工件螺紋的螺距或導程(mm); k—保險系數，一般取75-85之間的值。
計算的主軸轉速n最后要根據機床說明書選取機床有的或較接近的轉速。
切削速度VC與刀具耐用度關系比較密切，隨著VC的加大，刀具耐用度將急劇下降，故VC的選擇主要取決于刀具耐用度。
主軸轉速n確定后，必須按照數控機床控制系統所規定的格式寫入數控程序中。在實際操作中，操作者可以根據實際加工情況，通過適當調整數控機床控制面板上的主軸轉速倍率開關，來控制主軸轉速的大小，以確定最佳的主軸轉速。
綜上所述：切削零件外圓時主軸轉速粗加工轉速為500 mm/r，精加工轉速為1200 mm/r。螺紋轉速為700 mm/r。
3.4進給量或進給速度的選擇
進給速度F是切削時單位時間內零件與銑刀沿進給方向的相對位移量，單位為mm/r或mm/min。 進給量或進給速度在數控機床上使用進給功能字F表示的，F是數控機床切削用量中的一個重要參數，主要依據零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料來確定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要求越低時，選擇的進給量數值就越小。實際中，應綜合考慮機床、刀具、夾具和被加工零件精度、材料的機械性能、曲率變化、結構剛性、工藝系統的剛性及斷屑情況，選擇合適的進給速度。
進給率數是一個非凡的進給量表示方法，即進給率的時間倒數——FRN(Feed Rate Number的縮寫)，對于直線插補的進給率數為：
式中F——進給量(m/min)。
L——程序段的加工長度，是刀具沿工件所走的有效距離(mm)。
程序段中編入了進給率數FRN，實際上就規定了執行該程序段的時間T，它們之間的關系是： 程序編制時選定進給量F后，刀具中心的運動速度就一定了。在直線切削時，切削點(刀具與加工表面的切點)的運動速度就是程序編制時給定的進給量。但是在做圓弧切削時，切削點實際進給量并不等于程序編制時選定的刀具中心的進給量。
在輪廓加工中選擇進給量F時，應注重在輪廓拐角處的“超程”問題，非凡是在拐角較大而且進給量也較大時，應用在接近拐角處適當降低速度，而在拐角過后再逐漸提速的方法來保證加工精度。
數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。為了獲得最高的生產率和單位時間的最高切除率，在保證零件加工質量和刀具耐用度前提下，應合理地確定切削參數。
所以，此處我們應當根據經驗和粗精加工而定,粗加工選取F2.0左右。精加工時選取較少的加工余量F0.2—F0.3。
4 數控加工工藝過程卡片
4.1確定加工路線
加工路線是指數控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。 1) 應能保證加工精度和表面粗糙要求; 2) 應盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。
3)選擇切入切出方向，盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停(切削力突然變化造成彈性變形)，以免留下刀痕。
4)應盡量簡化數學處理時的 數值計算工作量，以減少編程工作量。 加工路線如下： 1、平右端面;
2、用G71循環粗加工指令加工右輪廓到26;
3、用G70精加工指令進行精加工; 4、然后用G75指令切φ21的槽; 5、用G92指令加工M20的螺紋; 6、調頭加工左端軸、并且保證長度; 7、用G71循環粗加工指令加工左輪廓到46; 8、用G70精加工指令進行精加工左端外輪廓;
9、對工件進行測量，取下工件，收拾工具，進行總結;
4.2數控加工工藝過程卡片
數控加工工藝卡
4.3刀具卡
數控加工刀具卡
4.4編寫程序數控加工程序
車削軸左端 O0001
N1 M03 S400 T0101; N2 M08;
N3 G00 X57 Z2 ; N4 G01 Z-1 F0.3; N5 X0.0; N6 G00 X200 Z60; N7 T0202;
N8 G00 X56 Z2.0; N9 G71 u2.0 R1.0;
N10 G71 P11 Q19 u0.4 W0.1 F0.3; 循環粗車左端外圓 N11 G00 X21; N12 G01 Z0 F0.3; N13 X24 Z-1.5; N14 Z-17.5;
N15 X26 Z-18.5; N16 Z-24.95; N17 X48; N18 X49.9 Z-26;
N19 Z-35; N20 G00 X80 Z100; N21 M05; N22 M00;
N23 M03 S1200 T0202; N24 G00 X51 Z2;
N25 G70 P11 Q19 F0.2; N26 G00 X80; N27 Z100;
N28 M03 S450 T0303; N29 X27 Z-17.5; N30 G75 R0.1;
N31 G75 X21 Z-17.5 P500 Q1000 R0 F0.2; N32 G00 X80 Z100; N33 T0404; N34 G00 X25 Z2;
N35 G92 X23.4 Z-15.5 F2.0; N36 X22.8; N37 X22.2; N38 X22.05; N39 G00 X100; N40 Z100; N41 M09; N42 M05; N43 M30; %
車削軸右端 O0002
N01 M03 S450 T0101; N02 M08;
N03 G00 X57 Z2; N04 G01 Z-2 F0.3;
精車左端外圓切槽 車螺紋
N05 X0; N06 G00 X200 Z60; N07 T0202;
N08 G00 X56 Z2.0; N09 G71 u2.0 R0.5;
N10 G71 P11 Q15 u0.4 W0.1 F0.3; 粗車右端外圓 N11 G00 X24; N12 G01 Z0.0; N13 X36 Z-19.95; N14 X40
N15 G03 X50 Z-25 R5; N16 G00 X80 Z100; N17 M05; N18 M00;
N19 M03 S1200 T0202;
N20 G70 P11 Q15 F0.2; N21 G00 X100; N22 Z100; N23 M09; N24 M05; N25 M30; % 精車右端外圓
5 零件的加工及結果分析
5.1對刀
加工中,一般我們都采用試切法對刀。
首先對Z軸，當刀走到如下圖時，進入“offset setting” →坐標系，輸入Z0.按測量，Z軸就對好了(如圖5-1)。
圖5-1 圖5-1
再對X軸，當刀走到如下圖時，主軸停，用卡尺測
量d, 進入“offset setting” →坐標系,輸入側得的值，X軸也就對好了(如圖5-2)。
圖5-2
5.2加工零件
首先為了保證程序毫無差錯，一般都先用已經輸入的程序，試運行，即使程序有錯
也不會浪費毛坯件，也便于及時修改程序。這樣確定所有程序的路線、加工工藝都正確無誤后，便可對零件進行機械加工。點擊控制面板上的“PROG” →輸入要加工的程序名稱→ “自動”→“循環啟動”→“開冷卻液”完成一系列的操作后，數控機床對工件進行自動加工了(仿真如圖5-3)。
圖5-3
5.3零件加工結果
零件在加工好后，使用游標卡尺和R規進行測量，測量的結果顯示各項尺寸都在公差范圍之內，均合格，但是個別尺寸在公差中偏高或偏低，表面質量也不是非常好。
5.4原因分析
零件的輪廓粗糙度明顯達不到要求，其原因主要有：刀具的選擇、切削用量的確定、下刀點的選擇等。刀具的選擇，主要體現在加工零件時選用的刀具比較小，使零件的粗糙度沒有達到要求。切削用量，主要體現在加工圓弧時，有過切和超程現象。下刀點，主要體現在加工槽時，下刀點選擇沒有考慮到零件的實際輪廓。
另外，在加工時要求機床主軸具有一定的回轉運動精度。即加工過程中主軸回轉中心相對刀具或者工件的精度，當主軸回轉時，實際回轉軸線其位置總是在變動的，也就是說，存在著回轉誤差主軸的回轉誤差可分為三種形式：軸向竄動、徑向圓跳動角度擺角、主軸回轉誤差對加工精度的影響，切削加工過程中的機床主軸回轉誤差使得刀具和工件間的相對位置不斷改變，影響著成形運動的準確性，在工件上引起加工誤差。
5.5解決方法
根據零件加工的質量結果和原因分析，提出解決方法。一是刀具的選用，應盡可能選較大的刀具，以提高輪廓粗糙度。二是進給量的確定，應在圓弧和拐角處降低進給量，以免造成過切和超程。三是下刀點的選擇，應盡量避免與以加工表面形成干涉。四是加工余量的確定，X、Z軸的加工余量應該合理。
總結：本次畢業設計，是理論與實踐結合的一次應用。通過本次畢業設計讓我鞏固了大學三年的學習課程，機械設計、機械制圖、數控編程、等課程。還更加深入學習編程技巧，操作機床的實踐能力，并為今后工作打下堅實基礎。本設計根據我院實際情況設計而定。因學生水平有限，加之時間倉促，設計中不足之處和錯誤，懇請老師和專家批評指正。
值此論文完成之際，向我的指導老師致以深深的敬意和謝意。同時我還要感謝王老師對我悉心指導和多次給予的方向性的建議，并感謝同學給予了我支持和鼓勵。
致謝
在本次論文設計過程中，劉培躍老師對該論文從選題，構思到最后定稿的各個環節給予細心指引與教導,使我得以最終完成畢業論文設計。在此感謝老師在我學習中的指導與督促，同時感謝她的諒解與包容。在學習中,老師嚴謹的治學態度、豐富淵博的知識、敏銳的學術思維、精益求精的工作態度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，導師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意!
謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻給你們!
本文參考了大量的文獻資料，在此，向各學術界的前輩們致敬。
最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。
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