传动轴的数控加工工艺与编程设计

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6参考文献

以上三项我也不会弄，你再弄一下。其他的自己再检查一下。

毕业设计说明书

传动轴的数控加工工艺及编程设计

学生姓名：贾伟学号：0821210509

学院：软件学院

专业：数控技术

指导教师：马军

2010年 5 月 27日

摘要

轴类零件在整个制造工业中发挥着重要作用。在汽车领域起着连接动力装置和运动装置的部位，在重型机械领域，起着传动动力，吊卸重物的重要组成部分等。细长轴是传动轴类零件的特点，在整个

轴类零件中也扮演着重要角色。现根据其零件特性，对其加工过程作详细分析，确定其加工过程中所

选刀具的种类、型号及其注意事项，并总结出该轴类零件的加工过程。

关键词：工艺分析，刀具，工艺卡片，编程

summary

The summary axis parts throughout the manufacturing industry can play an important role.

In the automotive industry plays a connection to the power plant and exercise equipment parts,

in heavy machinery industry, plays a transmission power, lifting heavy objects, such as an important component of unloading. Slender shafts are driven shaft parts features throughout

the axles in also play an important role. On the basis of their characteristics, on the part

of its process for detailed analysis, to determine which process the selected type, model number and its considerations, and summarize the axles of the machining process. Tags: technology analysis tool process card programming 3。

目录

1

引言

................................

.....

................................

2

1、零件图

...............................

................................

1.1、零件图的工艺分析 (3)

1.2、数控车床加工方法的选择 (4)

1.3、装夹与定位 (5)

1.4、工步顺序 (6)

1.5、选择刀具 (7)

1.6、确定切削用量 (8)

1.7、选择机床和数控系统 (9)

1.8、数控加工工序卡 (10)

2、编制零件的加工程序 (11)

2.1、确定工件坐标系、对刀点及换刀点 (12)

2.2、编制零件加工程序 (13)

3、零件数控模拟仿真加工 (14)

致谢 (15)

参考文献 (16)

传动轴的数控加工工艺及编程设计

引言

数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

1、零件图

1.1、零件图的工艺分析

（1）、分析零件图中的尺寸标注方法

零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既要满足设计要求，又要便于加工、测量。

关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。该零件图说标注的尺寸均完整、无误，使加工者容易分析、测量、加工，根据这些尺寸精度，确定其毛坯为Φ95*250mm，材料为45钢。

（2）、分析零件轮廓的几何要素

该零件的轮廓主要由圆柱面、球面、沟槽及键槽、内孔等等。

（3）、分析零件的结构工艺性

该零件为细长轴，细长轴具有直径小、长度太长等特点，加工起来悬身长度太长了，容易出现震刀或加工的表面粗糙度值太低，所以加工时必须用辅助的跟刀架和辅助夹具。还有热处理时所注意的，因为冷作硬化后会变形，出现躬行或S型。

（4）、分析零件的精度及技术要求

①、该零件精度及各项技术要求齐全、合理

②、该工序中的数控切削加工精度要求较高，在数控机床中可以达到此要求，在加工中分为粗加工，半精加工，精加工三个步骤进行。

③、图中Φ90的外圆尺寸的左端均有较高的位置精度要求，此段所有工序应在一次装夹过程中完成，键槽除外。

④、对表面粗糙度要求较高的表面，应采用圆周恒线速度切削。

1.2、数控车床加工方法的选择

（1）、外圆表面加工方法的选择

①、外圆加工方法

外圆表面是轴类零件的主要表面，因此要能合理地制订轴类零件的机械加工工艺规程，外圆表面的加工方法主要包括车削加工、磨削加工等。

本题主要采用车削加工。

②、外圆加工方法的适用范围

（2）、内孔表面加工方法的选择

①、内孔表面加工方法

内孔表面加工方法较多，常用的有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、车孔、磨孔、拉孔、研磨孔、珩磨孔、滚压孔等。

②、内孔加工方法适用方法

钻孔：用钻头在工件实体部位加工孔称为钻孔。钻孔属粗加工，可达到的尺寸公差等级为IT13~IT11，表面粗糙度值为Ra50~12.5μm。是由于麻花钻长度较长，钻芯直径小而刚性差，又有横刃的影响。

扩孔：扩孔是用扩孔钻对已钻出的孔做进一步加工，以扩大孔径并提高精度和降低表面粗糙度值。扩孔可达到的尺寸公差等级为IT11~IT10, 表面粗糙度值为Ra12.5~6.3μm，属于孔的半精加工方法，常作铰削前的预加工，也可作为精度不高的孔的终加工。

铰孔：铰孔是在半精加工（扩孔或半精镗）的基础上对孔进行的一种精加工方法。铰孔的尺寸公差等级可达IT9~IT6，表面粗糙度值可Ra3.2~0.2μm。铰孔的方式有机铰和手铰两种。在机床上进行铰削称为机铰，用手工进行铰削的称为手铰。

镗孔：镗孔是用镗刀对已钻出、铸出或锻出的孔做进一步的加工。可在车床、镗床或铣床上进行。镗孔是常用的孔加工方法之一，可分为粗镗、半精镗和精镗。粗镗的尺寸公差等级为IT13~IT12，表面粗糙度值为Ra12.5~6.3μm；半精镗的尺寸公差等级为IT10~IT9，表面粗糙度值为Ra6.3~3.2μm；精镗的尺寸公差等级为IT8~IT7，表面粗糙度值为Ra1.6~0.8μm。

车孔：车床上车孔是工件旋转、车刀移动，孔径大小可由车刀的切深量和走刀次数予以控制，操作较为方便。车床车孔多用于加工盘套类和小型支架类零件的孔。

1.3、装夹与定位

细长轴的加工，在机床上有两种安装方式：

（1）、双顶尖法这种安装方法不会产生过定位状况，同时同轴度好，加工也方便，但如果顶尖顶的太紧，工件切削时受热伸长受阻，将引起弯曲变形。

（2）、卡顶法采用卡顶法时，由于顶尖孔与卡盘基面之间往往不同轴，形成的过定位，造成工件的弯曲变形。

以上两种安装方式，如果在受同样的径向力的作用下，后一种产生的最大弯曲变形要比前一种小。故细长轴的车削加工，在机床上的安装方式，应采用卡顶法，但在传统卡顶法的基础上，应做以下改善（图1）：

①、工件夹入卡盘的一端，卡爪面与工件间垫入Φ5mm*20mm的钢丝，夹入长度约15-20mm，使工件与卡爪间为线接触，起到万向调节作用。

②、尾座上改用弹性顶尖，方向车削正好把工件的热伸长量赶到尾座部分，弹性顶尖顶针的轴向伸缩，避免了工件的弯曲变形，改善切削性能。

1.4、工步顺序

（1）、工序的划分

①、工序划分原则

工序的划分可以采用两种不同原则，即工序集中原则和工序分散原则。

②、工序划分的方法

在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部的表面加工。根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。

（2）、加工顺序的安排

加工顺序的选择直接影响到零件的加工的质量、生产效率和加工成本。按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则结合图样分析，由于此次加工工序集中，所以按照一把刀一个工序进行了如下安排：

1）车外圆，确定初基准，长度车至为40mm，直径为Φ93mm,在数控车床上手动车削。

2）装夹初基准，尾座采用弹性顶尖顶住，粗车图上Φ90外圆以左的阶梯轮廓。

3）半精车图上Φ90外圆以左的阶梯轮廓。

4）精车图上Φ90外圆以左的阶梯轮廓。

5）切槽。

6）车M30*1.5螺纹。

7）调头装夹，车图上Φ90外圆以右的球面轮廓，切槽。

8）粗车图上Φ90外圆以右的球面轮廓。

9）精车图上Φ90外圆以右的球面轮廓。

10）钻中间的Φ16的孔，采用手动钻。

11）倒孔口的两个60°和120°角，控制好尺寸。

12）在钻床上钻Φ90外圆上的4个Φ9的孔。

13）在数控铣床上铣削键槽。

（3）、进给路线的确定

运用FANUC数控系统的循环功能进行粗精车，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。

1.5、选择刀具

切削加工离不开刀具。刀具是整个机械加工工艺系统中的一个重要环节。在各种刀具中，车刀的结构相对比较简单，具有代表性，下面以车刀为例予以介绍。车刀由夹持部分和切削部分组成。夹持部分称为刀柄，用来把刀具装夹在车床的刀架上，一般采用普通钢材料锻造而得；切削部分俗称为刀头，在车刀上一般为单个刀片。刀片材料一般有高速钢（俗称白钢刀条）和硬质合金两种，用于剥离金属材料。根据刀具切削部分与夹持部分（即刀片与刀柄）连接方式的不同，车刀可以分为焊接刀具和机夹刀具两大类。

车刀切削部分的主要构成为：

1）前刀面（Aγ）切削加工而得的切屑经过的刀片表面

2）主后刀面（Aα）刀具片上与过渡表面相对的表面

3）副后刀面（Aα`）刀具片上与已加工表面相对的表面

4）主切削刃（S）前刀面与主后刀面相交而得到的切削刃。用于

切出工件上的过渡表面，完成主要的金属切除，主切削刃是主要

的加工刃。

5）副切削刃（S`）前刀面与副后刀面相交而得到的切削刃。它的

主要作用是配合主切削刃，完成金属材料的剥离工作，形成工件已

加工表面

6）刀尖指主切削刃与副切削刃的连接处。根据刀具所使用的场合不同，

刀尖有倒角刀尖和倒圆刀尖两种。

从以上的分析中，我们可以了解到：车刀的各个组成部分之间都有着密切的联系。实际上，在十几

至几十平方毫米的区域内，若干个部分形成了一些角度。这些角度对加工质量和刀具的使用寿命有极

大的影响。对刀具进行角度的分析，是刀具设计者和使用者的重要工作内容。

数控加工刀具卡

1.6、确定切削用量（1）吃刀量Ap的确定

已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。在切削加工中，切削速度（Vc）、进给量（f）和切

深（ap）这三个参数是相互关联的。在粗加工中，为了提高效率，一般采用较大的切深（ap）。此时

切削速度（Vc）和进给量（f）相对较小；而在半精加工和精加工阶段，一般采用较大的切削速度（Vc）、

较小的进给量（f）和切深（ap），以获得较好的加工质量（包括表面粗糙度、尺寸精度和形状精度）。（2）进给量的确定

对于不同种类的机床，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，刀具沿进给方向与工件的相对移动量，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，进给量也可以定义为刀具在单位时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量（mm/min）。其他类型的机床则根据其结构不同，进给量的单位分别为刀具或工件每转的位移量（mm/min，车床等大部分机床；或mm/r，使用多齿刀具的机床）或每行程的位移量（mm/一个行程，刨床等机床）。

（3）切削素的的确定

切削刃上的切削点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为米/分（m/min）。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的，即都是回转运动。这样就需要在切削速度与机床主轴转速之间进行转换，两者的关系为：

Vc = dЛ/1000n

式中： Vc 切削速度（m/min）

d 工件直径（mm）

n 主轴转速（rpm）

1.7、选择机床和数控系统

数控机床通常最合适加工具有一下特点的零件

1）多品种、小批量生产的零件新产品试制中的零件。

2）轮廓形状复杂，或对加工精度要求较高的零件。

3）用普通机床加工时需用昂贵的工艺装备（工具、夹具和模具）的零件

4）需要多次改型的零件。

5）价格昂贵，加工中不允许报废的零件。

6）需要最短时间周期的急需零件。

该零件精度要求较高，在普通机床上无法达到其精度，因此选择使用数控机床进行加工，车削部分采用广州数控车进行车削，系统为FANUC-Oi，铣削部分采用FANUC-Oi系统的数控铣床进行加工。

1.8、数控加工工序卡

综合上述内容，制定该零件数控切削加工工序卡片

数控加工工序卡

号

2、编制零件的加工程序

2.1、确定工件坐标系、对刀点及换刀点

左端程序以左端轴对称中心为Z零点，以左端面为X轴零点；右端程序以右端轴对称中心为Z零点，以右端面为X轴零点。换刀点设在工件坐标系的X100Z100上。

2.2、编制零件加工程序

（1）、编程分析

数控编程方法可分为手工编程和自动编程两种。

①、手工编程的定义手工编程是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，都可以采用手工编程的方法。对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用手工编程既经济又及时，因而手工编程被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。

②、手工编程的意义手工编程的意义在于加工形状简单的零件(如直线与直线或直线与圆弧组成的轮廓)时，快捷、简便；不需要具备特别的条件(价格较高的硬件和软件等)；对机床操作或程序员不受特殊条件的制约；还具有较大的灵活性和编程费用少等优点。

③、手工编程的不足手工编程既繁琐、费时，又复杂，普通车床而且容易产生错误。其原因是：

A、零件图上给出的零件形状数据往往比较少，而数控系统的插补功能要求输入的数据与零件形状给出的数据不一致时，沈阳机床就需要进行复杂的数学计算，而在计算过程中可能会产生人为的错误。

B、加工复杂形面的零件轮廓时，图样上给出的是零件轮廓的有关尺寸，而机床实际控制的是刀具中心轨迹。因此，有时要计算出刀具中心运动轨迹的坐标值，这种计算过程也较复杂。对有刀具半径补偿功能的数控系统，要用到一些刀具补偿的指令，并要计算出一些数据，这些指令的使用和计算过程也比较繁琐复杂，容易产生错误。

C、当零件形状以抽象数据表示时，就失去了明确的几何形象，普通车床在处理这些数据时容易出错。无论是计算过程中的错误，还是处理过程中的错误，都不便于查找。

D、手工编程时，编程人员必须对所用机床和数控系统以及对编程中所用到的各种指令、沈阳机床代码都非常熟悉。这在编制单台数控机床的程序时，矛盾还不突出，可以说不大会出现代码弄错问题。但在一个编程人员负责几台数控机床的程序编制工作时，由于数控机床所用的指令、代码、程序段格式及其他一些编程规定不一样，普通车床所以就给编程工作带来了易于混淆而出错的可能性。

④、自动编程

自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，沈阳机床得到正确的程序。

按输入方式的不同，自动编制程序可分为语言数控自动编程、普通车床图形交互自动编程和语音提示自动编程等等。现在我国应用较广泛的主要是图形交互式编程。

⑤、编程方法的选择

在数控机床发展的过程中，在研制出各种数控机床的同时，也研制出了各种编程方法。至今，主要有手工编程和自动编程两种方法，其他方法可视为这两种方法的扩展，它们各有其适用范围。究竟选择哪一种编程方法，通常应根据被加工零件的复杂程度、数值计算的难度与工作量大小、现有设备(相应硬件与软件)以及时间和费用等进行全面考虑，权衡利弊，予以确定。一般而言，加工形状简单的零件，沈阳机床例如点位加工或直线切削零件，用手工编程所需的时间和费用与用自动编程所需的时间和费用相差不大，因此采用手工编程比较合适。而当被加工零件形状比较复杂，如复杂的模具，若不采用自动编程，不仅在时间和费用上不合理，普通车床有时甚至用手工编程方法无法完成。

本零件形状比较简单，采用手工编程即可完成所有程序的编制，无需自动编程。

（2）、数值计算

左端程序以左端轴对称中心为Z零点，以左端面为X轴零点。通过CAXA电子图版计算出改零件的点坐标值。以下坐标值中X为车床的Z坐标；Y为车床中的X坐标的半径值，所以在编程时应该把此值乘以2。

下图是右端程序的坐标零点，及各点坐标值。

（3）、加工程序清单

左端程序O0101

1

2

4

右端程序O0102

2

34(

铣键槽程序O0103，装夹时用V 型垫铁将工件定位于工作台上，用压板将工件压紧，以工件左端面的中心为工件坐标系零点。

9

2．3、零件数控模拟仿真加工

该零件经过mastercam的验证得知该零件程序和mastercam成的程序基本相符。

左端程序验证图如下：

右段程序验证如下图：

结束语：本次课题贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作技术，从分析设计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主选择，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用性等特点，本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操作的一次综合练习。传统的回转体工件设计是应用系统方法分析和研究产品生产的问题和需求。现代回转体类的数控加工设计理论已经不拘泥于系统论的理论基础，开始强调产品尺寸精度，工艺严格性，从而更加有得于学生装的数控编程及操作的创新精神和实践能力。随着毕业设计做完，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学专业的书籍。经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。

通过次此的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去复习以前的知识，在对以前学的知识进行初步系统回顾之后，大脑形成一初步的印象。各专业课之间相关联的知识也能很好的理解。

这次毕业设计，给我最大的体会就是熟练操作技能来源我们对专业的熟练程度。比如，我们想加快编程程度，除了对各编程指令的熟练掌握之外，还需要你掌握零件工艺方面的知识，对于夹具的选择，切削参数的设定我们必须十分清楚。在上机操作时，我们只有练习各功能键的作用，在编程时才得心应手。因此，我总结出一个结论“理论是指导实践的基础，只有不断在实践中总结验，并对先前的理论进行消化和创新，自己的水平会很快的提高”

本毕业的选题、设计内容、及设计的形成是在老师的悉心指导下完成的。在毕业论文的完成过程中倾注了老师大量的心血，因此，在论文完成之际，特向我尊敬的老师表示衷心的感谢。

通过此次设计使我掌握了科学研究的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，在以后的日子我将会继续保持这份做学问的态度和热情。

致谢

感谢辛勤帮助我的指导老师，感谢所有帮助我的同学朋友，还有参考资料的作者们，我谨以此设计来回报你们，回报你们的指导，支持，和无私的帮助，在此次设计中，我认真听取老师的指导，朋友

的建议，为使设计达到老师和学校的要求，我相信此次设计一定能够是回报你们的良作。同时，我还

要感谢三年来教我的所有老师，学生就要离开学校，没什么给你们的，就拿此次设计献给你们吧。

参考文献

1.任殿阁，张佩勤主编《设计手册》．辽宁科学技术出版社．1991年9月

2.付铁主编《计算机辅助机械设计实训教程》．北京理工大学出版社．

3.方世杰主编《机械优化设计》．机械工业出版社．2003年3月

4.曹桄高学满主编《金属切削机床挂图》．上海交通大学出版社．1984年8月

5.吴宗泽罗圣国主编《机械设计课程设计手册》．高等教育出版社．1982年12月

6.华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学．《机床设计图册》．上海科学技术出版社．

7.机械设计手册编写组．《机械设计手册》．机械工业出版社．1986年12月

8.邱宣怀主编《机械设计》高等教育出版社．2004年5月

9.李华，李焕峰副主编《机械制造技术》机械工业出版社出版

10.叶伟昌，林岗副主编《机械工程及自动化简明设计手册》机械工业出版社出版

11.卜炎主编《机械传动装置设计手册》机械出版社出版

12.徐锦康主编《机械设计》高等教育出版社出版

13.大连理工大学画教研室编《机械制图》高等教育出版社出版

14.隋明明主编史艺农审《机械设计基础》机械工业出版社出版

参考文献有点少，你再添加一些，注意参考文献的格式，