毕业设计说明书轴套类零件加工工艺及设计郭 星江西冶金技师学院姓 名： 数控技术与应用学 院： 何志昌专 业： 指导教师： 2010年 10 月江西冶金技师学院2010毕业设计目 录1 引 言12 数控机床的概述22.1 数控及自动编程的发展简介22.1.1 数控机床的发展过程：22.1.2 自动编程软件的发展、联系及优越性22.2 数控机床的基本组成及工作原理32.2.1 数控机床的基本组成32.2.2 数控机床的工作原理32.3 数控机床的分类32.3.1 按控制刀具与工件相对运动轨迹分类32.3.2 按加工方式分类32.3.3 按控制坐标轴数分类42.3.4 按驱动系统的控制方式分类42.4 数控机床的应用范围42.5 数控机床的特点4第三章 轴类零件的加工工艺5第四章 轴类零件实例加工（一）64.1 实体零件的生成64.2 加工工艺分析74.2.1 分析零件图纸和工艺分析74.2.2 确定装夹方案94.2.3 确定加工路线及进给路线94.2.4 刀具的选择104.3 选择切削用量124.3.1 主轴转速的确定124.3.2 进给速度的确定124.3.3 背吃刀量确定124.4 编程134.4.1编程技巧134.4.2编程特点154.4.3编程方法154.4.4编程步骤164.4.5实例分析165 典型实例分析（二）176 设计总结21附录A 加工程序 23参考文献30致 谢31 1 引 言科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。他不仅能够提高品质质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件，但是采用这种自动和高效率的设备需要很大的初期投资，以及较长的生产周期，只有在大批量的生产条件下，才会有显著的经济效益。随着消费向个性化发展，单件小批量多品种产品占到70%-80%，这类产品的零件一般采用通用机床来加工。而通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于进一步提高生产率和保证质量。特别是由曲线、曲面组成的复杂零件，只能借助靠模和仿行机床或者借助画线和样板用手工操作的方法来完成，其加工精度和生产率受到极大影响。为了解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂精度要求高的零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的，能够适应产品频繁变化的“柔性”自动化机床。数控机床才得已产生和发展。数控技术是数字控制（Numerical Control）技术的简称。它采用数字化信号对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。利用数控技术可以把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。采用数控技术的控制系统称为数控系统（Numerical Control System）。根据被控对象的不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统。所谓机床数控系统就是以加工机床为控制对象的数字控制系统。安装有数控系统的机床称为数控机床。它是数控系统与机床本体的结合体。数控车床是数控系统与车床本体的结合体；数控铣床是数控系统与铣床本体的结合体。除此之外还有数控线切割机床和数控加工中心等。数控机床是具有高附加值的技术密集型产品，是集机械、计算机、微电子、现代控制及精密测量等多种现代技术为一体的高度机电一体化设备。数控机床的产生使传统的机械加工发生了巨大的变化，这不仅表现在复杂工件的制造成为可能，更表现在采用了数控技术后使生产加工过程真正实现了自动化。- 6 - 2 数控机床的概述2.1 数控及自动编程的发展简介2.1.1 数控机床的发展过程 由于计算机科学技术的发展，1952年美国泊森斯公司（parsons）和麻省理工学院（M.I.T.）合作，研制成功了世界上第一台以数字计算机原理为基础的数字控制（Numerical Control简称NC）三坐标铣床，开创了机械加工自动化的新纪元。1955年数字控制（简称数控）机床进入使用化阶段，在发展曲面的加工中发挥了重要的作用。我国从1958年开始研制数控机床，60年代中期进入实用阶段。目前我国已有许多机床厂能够生产不同类型的数控机床。我国经济型数控机床的研究、生产和推广也取得了较大的发展，有力的推动了各行业的技术改造，取得了明显的经济效益和社会效益。未来数控机床的发展趋势主要表现在以下三个方面即数控技术水平方面、数控系统方面及驱动系统方面。2.1.2 自动编程软件的发展、联系及优越性 CAD/CAM技术是现代制造技术领域中的重要组成部分。经历半个多世纪的发展，至今已形成了比较完整的科学技术体系，并在高新技术领域占有很重要的位置。随着CAD技术的发展，CAD/CAM一体化成为可能。从20世纪90年代起，CAD/CAM技术向标准化、智能化的方向发展。为了实现系统集成，资源共享和产品生产与组织管理的高度自动化，提高产品的竞争CAD/CAM系统之间和各个子系统之间要进行统一的数据交换。从狭义上讲，NC编程就是CAM的同意词。利用NC加工技术，可以快速应对市场的变化，提高产品的竞争力。同传统机械加工相比，NC加工具有如下优势：1 缩短了产品加工是的辅助时间，提高了加工效率。利用数控机床，特别是数控加工中心进行NC加工，基本上一次装夹，减少了夹具设计与制造以及工件定位与装夹时间。2 加工精度高、安全可靠。利用数控机床和NC加工技术，可以在制造前进行加工路径的模拟和仿真，减少加工过程中的误差，并能进行干涉检查。能够及早发现加工过程中的问题并加以修正。3 可以加工复杂的零件。一般机床不能加工的零件，都可以在数控机床上进行加工并且加工精度高，可重复性好。随着CAD/CAM一体化技术的发展，很多著名的软件都具有很强的NC功能。在中国使用较为广泛的集成软件有Pro/ENGINEER、UGIL、Master CAM和CATIA等。Pro/ENGINEER是CAD/CAM/CAPP/POM于一体的，能够完成制造业所需的各个方面功能设计的软件包，Pro/ENGINEER集成了零件设计产品装配及NC加工，具有铣削、车削、点火花线切割等加工编程能力。2.2 数控机床的基本组成及工作原理2.2.1 数控机床的基本组成数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤实现：1、根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序；2、所编程序指令输入机床数控装置；3、数控装置将程序（代码）进行译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需的辅助动作，最后加工出合格的零件。由此可知，数控机床的基本组成包括加工程序、输入输出装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置、反馈系统、电器逻辑装置以及机床本体。由下图2.2.1可知机床数控系统的基本工作流程。 加工程序计算机数字控制装置(CNC）主轴电机机床本体进给电机位置检测速度控制单元主轴控制单元可编程控制器(PLC)图2.2.1：机床数控系统的基本工作流程2.2.2 数控机床的工作原理由上图可知，数控机床在加工时，是根据工件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及机床各部件的移动量、速度及动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向及冷却等要求，以规定的数控代码形式，编制成程序单，并输入到机床专用计算机中。然后，数控系统根据输入的指令，进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床各部分进行规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的工件。 2.3 数控机床的分类2.3.1 按控制刀具与工件相对运动轨迹分类点位控制（Point to Point Control ） 或位置控制（Positioning）数控机床 轮廓控制Contouring Control数控机床 2.3.2 按加工方式分类1.金属切削类：如数控车、钻、镗、铣、磨、加工中心等。2.金属成型类：如数控折弯机、弯管机、四转头压力机等。3 特殊加工类： 如数控线切割、电火花、激光切割机等。4 其他类：如数控火焰切割机、三坐标测量机等。2.3.3 按控制坐标轴数分类1 两坐标数控机床：两轴联动，用于加工 各种曲线轮廓的回转体，如数控车床。2 三坐标数控机床：三轴联动，多用于加工曲面零件，如数控铣床、数控磨床。3 多坐标数控机床：四轴或五轴联动，多用于加工形状复杂的零件。 2.3.4 按驱动系统的控制方式分类1 开环控制数控机床 2 闭环控制（Closed Loop Control）数控机床 3 半闭环控制（Semi-closed Loop Control）数控机床 2.4 数控机床的应用范围1 轮廓形状复杂，加工精度高的零件； 2 用普通机床加工时，需要制作复杂工艺装备的零件；3 用普通机床加工时，工艺路线过长、工装过多的零件；4 多品种、小批量生产的零件（100件以内）；5 新产品的试制零件；6 价值昂贵，加工中不许报废的零件；7 生产周期段的急需件；8 集铣、钻、镗、扩、铰、攻螺纹等多种工序于一体的零件。2.5 数控机床的特点1 适应性强，适应加工单件或中小批量复杂工件；2 加工精度高，产品质量稳定；3 自动化程度高，劳动强度低，改善劳动条件；4 生产效率高；5 良好的经济效益；6 有利于生产管理的现代化。为了达到机床的有效利用，获得较好的经济效益，一般轴套类零件的加工使用数控车床。在下面的章节里，我将围绕两种典型的数控车床来阐述轴套类零件的加工工艺。3 轴类零件的加工工艺轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。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。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，主要要求如下：1 尺寸精度比一般的