圆柱台阶轴数控加工及工艺分析 (毕业设计论文).docx

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1、2017 届毕业设计题目：圆柱台阶轴数控加工及工艺分析目录毕业设计前言 1 第一章 零件造型及工程图 2 1.1零件 UG8.5 造型设计的具体步骤 21.2 应用 UG8.5 软件绘制工程图 101.3 工程图尺寸标准 13 第二章 数控加工工艺 15 2.1 零件材料的分析 152.2 零件图纸及加工方案的工艺分析 152.3 加工工艺分析 152.4 技术要求分析 152.5加工顺序的分析 162.6 刀具使用分析 172.7切削用量的确定 192.8 制作刀具卡，工序卡 22第三章 数控加工及仿真 253.1 零件的编程 253.2 仿真模拟加工 51 总结 56 产品展示图片 57

2、致谢 58 参考文献 59前 言毕业设计是学生在校期间一个重要的综合实验教学环节，是在校期间的总结性报告，以提高学生的综合学习能力和专业知识素养，拓宽和深化学生的知识， 有利于培养学生们的设计思想设计和创新思维，开发我们的潜能，提高独立思考和动手能力，掌握工程设计的一般程序，准确使用技术资料、国家标准等手册。随着计算机技术的迅猛发展，绘图软件已广泛应用于各种领域，并成为提高产品与工程设计水平，缩短产品开发周期，增强产品的竞争力，提高劳动生产率的重要手段。通过两年多对数控专业知识的学习和一段时间的实习，在一定程度上掌握了一些基础知识和相关经验，可以设计出一帮性零件的加工工艺路线和程序，抓住这次机

3、会更好的锻炼自己的才能和磨砺自身的意志力，培养吃苦耐劳的精神和提升文化素养，复习和巩固所学知识，发现自己的不足和那些模糊不清的知识，深刻反省自己，然后再去通过学习弥补知识缺陷，培养积极向上的学时态度。在这次设计编写过程中，螺纹，锥度，台阶，外圆弧，外槽，倒角，等部分构成，此类零件用于数控车削加工工艺分析与编程，有利于数控技术学生得到充分的练习和实践，充分简述数控车削零件的加工工艺，参数计算，规程制作，加工质量分析等。本次设计过程中运用 UG8.5、Auto CAD、上海宇龙仿真软件还结合了数控加工工艺、车工工艺学、数控机床编程与操作、公差与配合等方面的知识，同时学以致用，在实践中检验真理，积累

4、经验知识。由于设计者水平有限，其中难免存在错误和不妥之处，恳请老师批评、指正.19第一章 零件造型及工程图1.1 UG8.5 造型设计的具体步骤设计的完成步骤如下：通过 UG8.5 特有的造型特征，按拉伸，旋转切割等步骤完成，具体步骤如下：首先打开 UG8.5 软件点击新建/建模/确定如图 1-1-1 所示。图 1-1-1第一步：建立基准坐标系如图 1-1-2图 1-1-2第二步：根据图纸图 1-1-3 进行建模。图 1-1-3第三步：点击回转-绘制截面-设定毛坯参数如下图 1-1-4图 1-1-4图 1-1-7图 1-1-8图 1-1-5第五步：点击回转-绘制如图 1-1-7；截面设置外轮廓

5、参数如图 1-1-8第四步：点击“孔”设置参数如图 1-1-5 制作如图 1-1-6 所示的沉头孔图 1-1-6得到外轮廓如图 1-1-9图 1-1-9图 1-1-10第六步：点击“边倒圆”如图 1-1-10 设置得到如图 1-1-11 所示图 1-1-11第七步：点击“倒斜角”如图 1-1-12 设置图 1-1-12得到如图 1-1-13 所示图 1-1-13第八步：点击设计特征-键槽-选择矩形槽如图 1-1-14图 1-1-14设置如图 1-1-15 参数图 1-1-15第九步：点击插入-设计特征-螺纹如图 1-1-16 设置参数图 1-1-16得到最后建模模型如图 1-1-17；图 1-

6、1-171.2 应用UG8.5 软件绘制工程图图 1-2-1第一步：点击开始-制图如图 1-2-1 所示图 1-2-2再点击新建图纸页如图 1-2-2 所示设置参数，点击确定。图 1-2-3第二步：点击选择活动草图视图如图 1-2-4 所示。图 1-2-4再点击基本视图如图 1-2-3 所示摆放图 1-2-5再点击艺术样条如图图 1-2-5 所示，设置参数。第三步：点击插入-视图-截面-局部剖;如图 1-2-6 所示图 1-2-8图 1-2-6再点击视图-自动判断点；如图 1-2-7 所示图 1-2-7再点击视图法向-选择曲线；如图 1-2-8 所示再点击应用得到剖视图如图 1-2-9；图 1

7、-2-91.3 工程图尺寸标准标注尺寸，得到工程图如下图所示：第二章 工艺分析2.1 零件材料的分析本次设计的零件材料为 45 号钢。为优质碳素结构钢，含碳 0.45%左右。有较好的机械加工性，价格便宜，广泛使用在机械加工领域。正火后可以有很好的切削性，正火是把零件的硬度降低。2.2 零件图纸及加工方案的工艺分析本次零件最长尺寸为 76，最大直径为 46，其中有 4 个部位带有公差。计算 时换换算成中间尺寸。外圆有 4x3 的螺纹退刀槽，表示槽宽为 4mm,槽深为 3mm。以及 M36x2-6g 的螺纹。螺纹公称直径为 36.螺距为 2.中径顶径公差代号同为6g。根据螺纹切削公式。螺纹大径=3

8、6-0.1x2=35.8螺纹小径=大径-1.0825*螺距=35.8-1.0825*2=33.6352.3 加工工艺分析本次设计有一个基准 A。本基准为中心要素，因为基准的箭头与尺寸直径30 的箭头对齐。即以左端中心轴为基准。右端有同轴度形位公差，同轴度形位公差的箭头与直径 25 的内圆尺寸对齐，代表该同轴度指的是中心要素。即直径为 25 的中心轴线。该轴线与左端中心轴线有同轴度要求，公差为 0.04，代表两轴线应该位于直径为 0.04 的圆内为合格。2.4 、技术要求分析本次设计的技术要求规定，未注公差按 GB01804-m 处理。该国标代表公差选用中等级m(中等级)0.5-33-66-30

9、30-120120-400400-1000根据以上标准，未注公差大于 30 的只有 38 一个，这个的公差查找对应的标准为0.3，其它的均为0.2.技术要求规定去除毛边飞刺，指的是所有菱角在加工完后手动用搓刀去除毛刺。技术要求还规定，零件表面不得有划痕，擦伤等损伤零件的缺陷。由于本次加工要掉头加工，就要考虑掉头装夹的技术要求，不能夹伤零件，为了不损伤零件，可以用紫铜皮包住零件的外表，而装夹的时候就夹在紫铜皮上，保护了零件的表面。同时注意同轴度。紫铜皮要分步均匀。否则不能保证同轴度在0.04 内。本次设计要求表面光洁度有 3 个要求，即 30 的外圆要求 1.6 的表面粗糙度， 25 的内孔和

10、46 的外孔表面粗糙度为 3.2.其它为 6.3。根据要求我们在加工 30 的外圆的时候可以提高机床转速，降低进给率，使用切削夜的方式来实现表面粗糙度 1.6 的要求，而 3.2 的要求是没有难度的，至于 6.4 的就更加可以做到。表面粗糙度的概念是零件表面经加工后，看起来很光滑，若用放大镜观察，则 会看到表面有明显高低不平的粗糙痕迹，零件加工表面上所存在的较小间距的峰谷组成的微观几何特性为表面粗糙度1.6指的是轮廓算术平均值Ra1.6微米3.2指的是轮廓算术平均值Ra3.2微米6.3指的是轮廓算术平均值Ra6.3微米2.5 、加工顺序的分析根据本次加工内容，加工步骤为先进行粗加工。其任务是切

11、除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品， 提高生产率。再进行精加工， 其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度要求。主要目标是全面保证加工质量。由于被零件有内孔，所以还要考虑内外交替加工，对于有内孔又有外圆的零件， 要使用内外交替的原则，即不能一次性把外面全部做完，也不能一次把内部全部做完。而是采用外粗-内粗-外精-内精的方式，这样会防止零件有较大的变形。根据以上原则，本次采用外粗-内粗-外精-内精的方式。加工思路：本次零件因为毛坯长度 80，而零件两头都需要加工，所以要考虑掉头加工。首先加工左端部分外圆，加工完成后掉头，夹住左端已加工部分，夹的时候采用紫铜皮包

12、住零件外表，以免零件有损伤。再来加工右端 R3 的圆角及其它外圆， 槽，螺纹部分；最后加工右端内孔。2.6 刀具使用分析加工本次零件的刀具要求：1）高硬度 刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度应在 60HRC 以上。对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在 62HRC 以上；高速钢硬度为 6370HRC；硬质合金刀具硬度为8993HRC。（2） 高强度与强韧性 刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力，车削45 钢，在背吃刀量4 ，进给量 f0.5 /r 的条件下，刀片所承受的切削力达到 4000N，所以，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。（

13、3） 较强的耐磨性和耐热性 刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。（4） 优良导热性 刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。另外，刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强。（5） 良好的工艺性与经济性 刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。此外，经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时， 要考虑经济效果，以降低生产成本。刀具材料选择：本次刀具

14、材料选择硬质合金材料。硬质合金材料有如下特点：硬质合金是由难熔金属碳化物（如 TiC、WC、NbC 等）和金属粘结剂（如 Co、Ni 等）经粉末冶金方法制成。1)硬质合金的性能特点硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，因此硬质合金常温硬度很高，达到7882 HRC，热熔性好，热硬性可达 8001000以上，切削速度比高速钢提高 47 倍。刀具主前角的选择：外圆粗精车，都采用 90 度的主偏角内孔粗精车业采用 90 度的主偏角刀具前角选择：前角 在主切削刃选定点的正交平面 p内，前刀面与基面之间的夹角。oo按下表：由表可知,前角选择 20 度合适。后角的选择：后角 在正交平面 p内，主后刀面与基

15、面之间的夹角oo选择后角的原则是，在不产生摩擦的条件下，应适当减小后角。刀片选择，粗加工选择刀片形状为等边不等角六边形，代号 W刀片后角选择 0 度，代号 N综上所述：本次刀具选择型号为; 外圆粗车：P2.7 主轴转速，切削速度，背吃刀量的分析主轴转速的确定（1）光车外圆时主轴转速光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。需要注意的是， 交流变频调速的数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。切削速度确定后，用公式 n =1000/d 计算主轴转速 n（r/min）。表

16、4-1 为硬质合金外圆车刀切削速度的参考值。确定加工时的切削速度，除了可参考表 4- 1 列出的数值外，主要根据实践经验进行确定常有人说:记性越来越差.，感觉没力气使不上劲，晚上睡不着.，掉头发严重.，腰疼.切勿小看这些问题大半是“肾”传达出来的信息，它想告诉:你要或者已经开始“肾虚”了.给大家推荐一个中医，学识非常渊博， 问的问题都能很清楚的解释给你听，大家可以加咨询一下，他的徽/杏是： msdf003(1) 切削速度 vc在进行切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度 ，也可理解为是主运动的线速度，单位为m/min。当主运动为旋转运动时， v可按下式计算cvDnc10

17、00a /p(0.3,2(2,6工件材料热处理状态f/（ .r-1）(0.08,0.3(0.3,0.6 （m.min-1）c式中: D 为工件待加工表面或刀具的最大直径（mm）； n 为主运动的转速（rpm 或 r/min）。低碳钢、易切钢热轧140-180100-120热轧130-16090-110中碳钢调质100-13070-90合金结构钢热轧100-13070-9020调质80-11050-70工具钢退火90-12060-80HBS19090-12060-80灰铸铁HBS=190-22580-11050-70高锰钢10-20铜及铜合金200-250120-180铝及铝合金300-6002

18、00-400铸铝合金（w 13%）100-18080-150si背吃刀量的分析:在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取 0.10.5 。212.8 根据以上分析，制作刀具卡，工序卡产品名称或代号零件名称典型轴零件图号刀具卡序号刀具号刀具规格名称数量加工表面1T01硬质合金 90外圆车刀1车端面及粗车轮廓2T02硬质合金 90外圆车刀1精车轮廓3T034mm 切槽刀1切槽及切断4T04硬质合金 60外螺纹车刀1切外螺纹5T04内孔车刀1粗、精镗内孔各表面22单位名称产品名称或代号零件名称工序号

19、夹具名称001程序编号典型轴使用设备三爪卡盘数控车床工艺工序卡工步工步内容刀具刀具规格主轴转速进给速度号号/ mm/r.min1/mm. min11平端面T0125256002粗车左端外轮廓，至 Z-55T0125256001003精车左端外轮廓，至 Z-55T0225251000705精车右端外轮廓至 R3 圆弧T0125256001006粗车右端外轮廓至 R3 圆弧T022525100070237切槽T032525320508切螺纹T042525600F29粗车右端内孔，至 Z-20T04(新装刀)25256007010精车右端外轮廓，至 Z-20T04(252580050新装刀)编制张波

20、审核批准年月24第三章 数控加工及仿真3.1 零件的编程26图 3-1-1首先点击击确定。然后选择加工；点击图标，设置如图 3-1-1；点点击图标设置坐标系如图 3-1-2 所示；图 3-1-2双击指定部件如图 3-1-3 所示；图 3-1-3点击图标，双击指定毛坯边界参数如图 3-1-4 所示； 显示毛坯如图 3-1-5 所示；图 3-1-4图 3-1-5点击图标创建刀具如图 3-1-6 所示；点击图标创建工序如图 3-1-7；图 3-1-6图 3-1-727点击设置图标指点切削区域如图 3-1-8；图 3-1-8点击 设置逼近和离开两点如图 3-1-9 所示；图 3-1-9点击生成刀路如图

21、 3-1-10 所示；图 3-1-1035经后处理程序如下：%0001T0202M3S500G01 Z3.F.1Z-54.5X50.X50.283Z-54.359F1.G94 G00Z3.2X47.381G95 G01Z3. F.1Z-54.5X48.69X48.973Z-54.359F1.G94 G00Z3.2X45.382G95 G01Z3. F.1Z-22.91X47.381Z-25.665X47.663Z-25.523F1.G94 G00Z3.2X43.383G95 G01Z3. F.1Z-20.154X45.382Z-22.91X45.664Z-22.768F1.G94 G00Z3.

22、2X41.384G95 G01Z3. F.1Z-17.399X43.383Z-20.154X43.666Z-20.013F1.G94 G00Z3.2X39.385G95 G01Z3. F.1Z-14.644X41.384Z-17.399X41.667Z-17.258F1.G94 G00Z3.2X37.386G95 G01Z3. F.1Z-14.5X39.28X39.385Z-14.644X39.668Z-14.503F1.G94 G00Z3.2X35.387G95 G01Z3. F.1Z-14.5X37.386X37.669Z-14.359F1.G94 G00Z3.2X33.388G95 G0

23、1Z3. F.1Z-14.5 X35.387X35.67 Z-14.359 F1.G94 G00Z.141X31.672G95 G01X31.389 Z0.0 F.1Z-14.5X33.388X33.671Z-14.359 F1.G94 G00X47.381X47.781Z-47.7G95 G01X47.381 F.1X47.372Z-47.867X46.677Z-54.5X47.381X47.663Z-54.359 F1.G94 G00X72.619 Z6.288M30%图 3-1-11精加工点击图标设置如图 3-1-11 所示图 3-1-12设置与粗加工相同参数得到刀路如图 3-1-12

24、所示经后处理程序如下：%0002T0202M3S1000 G0X37Z2G02X29.089Z0.0 R.4 F.1G03X29.989Z-.45 R.45G01Z-15.X37.249G03 X38.096 Z-15.297 R.45 G01 X45.927 Z-26.09 X45.987 Z-26.168X45.981 Z-26.244 Z-47.2X45.972 Z-47.367 X45.172 Z-55.X50.G02 X50.8 Z-54.6 R.4 F1. G94 G00 X51.354 Z-54.323 X77.724 Z15.299M30%掉头加工重新创建一个坐标系，首先点击图

25、标，设置如图 3-1-13；点击确定。图 3-1-13设置坐标系如图 3-1-14 所示；图 3-1-14指定部件如图 3-1-15 所示；图 3-1-15设置毛坯如图 3-1-16 所示；图 3-1-1636点击 图标创建刀具如图 3-1-17 所示；点击图标创建工序如图 3-1-18；图 3-1-17图 3-1-18点击设置图标指点切削区域如图 3-1-19；图 3-1-19点击设置逼近和离开两点如图 3-1-20 所示；图 3-1-20点击生成刀路如图 3-1-19 所示；图 3-1-2148经后处理程序如下：%0003T0101 S500 M03G00 X48.69 Z3.2G01 Z

26、3.F.1Z-34.5X50.X50.283Z-34.359F1.G94 G00Z3.2X47.381G95 G01Z3. F.1Z-34.5X48.69X48.973Z-34.359F1.G94 G00Z3.2X45.684G95 G01Z3. F.1Z-26.53G03 X47.381 Z-28.7 R3.2 G01 X47.663 Z-28.559 F1. G94 G00 Z3.2X43.987G95 G01 Z3. F.1 Z-25.875G03 X45.684 Z-26.53 R3.2 G01 X45.967 Z-26.388 F1.G94 G00 Z3.2 X42.29G95 G0

27、1 Z3. F.1 Z-25.568G03 X43.987 Z-25.875 R3.2 G01 X44.27 Z-25.734 F1.G94 G00 Z3.2 X40.594G95 G01 Z3. F.1 Z-25.5X40.981G03 X42.29 Z-25.568 R3.2 G01 X42.573 Z-25.426 F1. G94 G00 Z3.2X38.897G95 G01 Z3. F.1 Z-25.5X40.594X40.876 Z-25.359 F1.G94 G00 Z3.2X37.2G95 G01 Z3. F.1 Z-25.5X38.897X39.18 Z-25.359 F1.

28、G94 G00 Z3.2 X35.583G95 G01 Z3. F.1 Z-.809X37.2 Z-1.617 X37.483 Z-1.476 F1. G94 G00 Z.141 X34.249G95 G01 X33.966 Z0.0 F.1 X35.583 Z-.809X35.866 Z-.667 F1. G94 G00 X37.2 X37.6Z-22.705G95 G01 X37.2 F.1 X36.907 Z-25.5 X37.2X37.483 Z-25.359 F1. G94 G00 X79.837 Z5.36 M30%精加工点击图标设置如图 3-1-22 所示图 3-1-23图 3-

29、1-22设置与粗加工相同参数得到刀路如图 3-1-23 所示经后处理程序如下：%0004T0202 M03S1000G00 X30.393 Z1.04 Z.4G96 S0 M03G95 G02 X31.193 Z0.0 R.4 F.1 G03 X31.829 Z-.132 R.45G01 X35.536 Z-1.985 G03 X35.8 Z-2.304 R.45 G01 Z-21.95X35.799 Z-21.974 X35.377 Z-26.X39.581G03 X45.981 Z-29.2 R3.2 G01 Z-35.X50.G02 X50.8 Z-34.6 R.4 F1. G94 G0

30、0 X51.354 Z-34.323 X59.586 Z7.64M30%图 3-1-25图 3-1-24点击图标创建如图 3-1-24 所示刀具；点击图标创建工序如图 3- 1-25 所示；设置切削区域如图 3-1-26 所示；生成刀路如图 3-1-27 所示；图 3-1-26图 3-1-27经后处理程序如下：%0005T0303 M03S320G00 X46.381 Z-26.G95 G01 X45.981 F25.X29.8 F.5G04 X1 X30.2 F1.G94 G00 X80.966 Z-26.144M30%图 3-1-28图 3-1-29点击图标创建如图 3-1-28 所示刀具

31、；点击图标创建工序如图 3- 1-29 所示；设置切削区域如图 3-1-30 所示；生成刀路如图 3-1-31 所示；图 3-1-30经后处理程序如下：%0006M03S500 T0404 G00X37.Z4G82X35.2Z-24.F2.0 X34.5X34.0 x33.6 G00X100. Z100.M30点击图标创建如图 3-1-31 所示刀具；点击图标创建工序如图 3- 1-32 所示；图 3-1-31图 3-1-32设置切削区域;生成刀路如图 3-1-33 所示；图 3-1-33经后处理程序如下：%0007T0101 M03S500G00 X20.92 Z3.2 G01 Z3. F2

32、50.Z-19.8 X20.X19.717 Z-19.659 G00 X18.92Z3.2 X21.84 G01 Z3. Z-19.8 X20.92X20.637 Z-19.659 G00 X19.84Z3.2 X22.76 G01 Z3. Z-19.8 X21.84X21.557 Z-19.659 G00 X20.76Z3.2 X23.68 G01 Z3.Z-19.8 X22.76X22.477 Z-19.659 G00 X21.68Z.141 X24.317G01 X24.6 Z0.0 Z-19.8X23.68X23.397 Z-19.659 G00 X22.52 Z-18.76 X17.209 Z17.651 M30%点击工序如图 3-1-34 所示图 3-1-3449生成精加工刀路如图 3-1-35 所示.图 3-1-35经后处理程序如下：%0008T0101 M03S1000G00 X26.7 Z1.04 Z.4G96 S0 M03G03 X25.9 Z0.0 R.4 F