機械設計制造及其自動化

機械設計制造及其自動

化畢業論文完整版

文件管理序列號：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

目錄

摘要----------------------------------------------------------------

-------------3

關鍵詞--------------------------------------------------------------

------------3

第一章任務介紹-----------------------------------------------------

----3

1.1軸的零件圖---------------------------------------------------

----3

1.2零件圖的分析-------------------------------------------------

---3

1.3選擇加工設備（題目給定用數控車）-----------------3

第關于法治的手抄報 二章數控車床的簡介-----------------------------------------------

4

2.1概述-----------------支付寶提現手續費 ---------------------------------------

-----------4

2.1.1數控車床的特點及應用--------------------------------------

--4

2.1.2數控車床的發展前景----------------------------------------

---6

2.1.3數控車床加工軸類零件的優勢-----------------------------7

第三章軸類零件的分析------------------------------------------------

--7

3.1該零件的功能分析---------------------------------------------

-7

3.2該零件的結構分析---------------------------------------------

-7

3.3該零件材料及受力分析-----------------------------------------8

3.4該零件的精度分析--------------------------------------------

---9

第四章軸的加工工藝方案---------------------------------------------

9

4.1零件圖工藝分析-----------------------------------------------

-----9

4.2選擇毛坯-----------------------------------------------------

---------10

4.3確定加工順序-------------------------------------------------

------10

4.4選擇夾具及確定裝夾方案--------------------------------------11

4.5選擇加工刀具-------------------------------------------------

--11

4.6確定進給路線-------------------------------------------------

--12

4.7合理選著切削用量---------------------------------------------

12

4.8編寫工藝卡--周邊是什么意思 ------------------------------------------------

----13

4.9編寫加工程序------------------------------------------------

---14

4.10調試模擬運行程序，無誤后加工----------------------16

4.11完成零件加工并進行精度檢測--------------------------16

第五章總結---------------------------------------------------------

---------17

參考文獻------------------------------------------------------------

------------18

致謝----------------------------------------------------------------

----------------18

摘要

數控加工制造技術正逐漸得到廣泛的應用,對零件進行編程加工之前,工藝

分析具有非常重要的作用。本文通過對典型的軸類零件數控加工工藝分析,給

出了對于一般軸零件數控加工工藝分析的方法,對于提高制造質量、實際生產

具有重要意義。

關鍵詞數控系統數控車床軸類零件外圓車刀

第一章任務介紹

1.1軸的零件圖

設計選用的零件圖圖1-1

圖1-1加工零件圖

1.2零件圖的分析

該零件為典型軸類零件，零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋

等表面組成。其中多個直徑尺寸有較嚴的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面

S480.02㎜的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。尺

寸標注完整，輪廓描述清楚。零件材料為45鋼鍛件，無熱處理和硬度要求。

1.3、選擇加工設備（題目給定用數控車）

根據題目給定的要求，該零件是回轉體類，且有內外圓柱面、外圓槽、螺

紋。零件毛坯規格150*55是中小型零件，易于拆卸、安裝。該零件的精度等

級為7級，且形狀復雜。在普通車床上加工較為困難，因數控車床具有較好的

柔性加工性能，適合加工形狀復雜的回轉體類零件。該零件設計為中小批量生

產，結合實習車間的實際情況，故選用CK6140數控車床進行加工。

第二章數控車床的簡介

2.1概述

數控車床與普通車床一樣，也是用來加工回轉體零件的。但是由于數控車

床是自動完成內外圓柱面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，所以，數

控車床的別適合加工形狀復雜、精度要求較高的軸類或盤類零件。數控車床具

有加工靈活，通用性強，能自動適應產品的品種和規格頻繁變化的特點，能夠

滿足新產品的的開發和多品種、小批量、生產自動化的要求，因此被廣泛用于

制造業。

2.1.1數控車床的特點及應用

數控車床用于加工回轉體零件，它集中了臥式車床、轉塔車床、多刀車

床、仿形車床、自動和半自動車床的功能，是數控機床中產量最大的產品之

一。數控車床不需人工操作，而在保護罩的保護下自動工作。

結構：CK6140(圖2-1)數控車床切削速度很高，可充分發揮刀具的切

削性能。床身左端固定有主軸箱，床身中部為刀架溜板，分為兩層，底層為縱

向溜板，可沿床身軌道作縱向（z向）移動，上層為橫向溜板，可沿縱向溜板

的上軌道作橫向（x向）移動。刀架溜板上裝有轉塔刀架，刀架有4個工位，

可裝4把刀具。在加工過程中，可按照零件加工程序自動轉位，將所需的刀具

轉到加工位置。

傳動系統：主電動機可以是直流電動機，也可以是交流變頻調速電動

機。主電動機經帶輪副和四級變速機構驅動主軸。4個工位轉塔刀架的轉位由

液壓馬達經聯軸節驅動凸輪軸。軸上裝有圓柱凸輪機構，凸輪轉動時，撥動回

轉輪上的柱銷，使回轉輪、軸和轉塔旋轉。

數控車床全部工作循環是在微機數控系統控制下實現的，許多功能通

過軟件實現。車削對象改變后，只需改變相應的軟件，就可適應新的需要。

圖2-1CK6140臥式數控車床外觀圖

詳細簡介見表2-1：

表2-1車床規格表

型號ModelCK6140CK6240

床身上最大工件直徑

verbed

400mm400mm

刀架上最大工件直徑

ver

carriage

210mm210mm

馬鞍槽最大工件直徑

ngap

630mm

馬鞍槽有效長度

Effectivegaplength

210mm

最大工件長度Max.

Lengthofworkpiece

500mmor750mmor1000mm

or2000mm

床身寬度Widthof

bed

400mm

刀桿截面Sectionof

turningtool

25X25mm

主

軸

Sp

in

dl

e

主軸轉速范圍

Spindlespeeds

11—1600r/min(24steps)

主軸內孔Hole

thoughspindle

52mm(80mm)

主軸孔錐度

Spindletaper

MorNo.6(莫氏6號)

重復定位精度

Repeatabilityerror

0.01mm

快移速度X/Zrapid

traver

3/6m/min

床

尾

Ta

il

st

oc

k

床尾主軸最大行

程Maxtailstock

spindletravel

150mm

床尾主軸直徑

Tailstockspindle

diameter

75mm

床尾主軸孔錐度MorNo.5(莫氏5號)

主電機Mainmotor7.5KW(10HP)

外

形

尺

寸

Overall

dimensionsfor

500mm

2550*1120*1700mm

Overall

dimensionsfor

750mm

2800*1120*1700mm

Overall

dimensionsfor

1000mm

3300*1120*1700mm

Overall

dimensionsfor

2000mm

3800*1120*1700mm

2.1.2數控車床的發展前景

數控技術也叫計算機數控技術，目前它是采用計算機實現數字程序控制的

技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執行對設備的控制功能。由

于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，使輸入數據的存貯、

處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可通過計算機軟件來完成。

數控機床是一種技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備,是綜

合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密.加工精度高,質量容易保證,發展

前景十分廣闊,因此掌握數控車床的加工編程技術尤為重要。

隨著科學技術不斷發展，數控機床的發展也越來越快，數控機床也正朝著

高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發展。高性能：隨著數控

系統集成度的增強，數控機床也實現多臺集中控制，甚至遠距離遙控。高精

度：數控機床本身的精度和加工件的精度越來越高，而精度的保持性要好。高

速度：數控機床各軸運行的速度將大大加快。高柔性：數控機床的柔性化將向

自動化程度更高的方向發展，將管理、物流及各相應輔機集成柔性制造系統。

模塊化：數控機床要縮短周期和降低成本，就必然然向模塊化方向發展。圖2-

2

圖2-2九軸五聯動車銑復合加工中心

2.1.3數控車床加工軸類零件的優勢

數控車床較好地解決了復雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種

靈活的、高效能的自動化機床，尤其對于約占機械加工總量80%的單件、小批

量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來，采用數控機床有以下幾

方面的好處：提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產品質

量穩定；提高生產效率，一高中生綜合素質評價 般約提高效率3-5倍，使用數控加工中改善了勞動

條件；有利于生產管理和機械加工綜合自動化的發展。心機床則可提高生產率

5-10倍；可加工形狀復雜的零件；減輕了勞動強度。

第三章軸類零件的分析及加工工藝

3.1該零件的功能分析

根據零件圖1-1可知該零件左端有螺紋，中間部分是溝槽，右端為球形軸

頭。該零件能承受中等載荷，起支撐作用的階梯軸。用45號鋼制作，該軸有

良好的力學性能。

3.2該零件的結構分析

軸是組成機器的重要零件之一。用于支承作回轉運動或擺動的零件來實現

其回轉或擺動，使其有確定的工作位置。

按照軸線形狀分類：軸可分為直軸、曲軸和軟軸。

直軸：直軸按外形不同可分為光軸、階梯軸及一些特殊用途的軸，如

凸輪軸、花鍵軸齒輪軸及蝸桿軸等。

曲軸：曲軸是內燃機、曲柄壓力機等機器上的專用零件，用以將往復運動

轉變為旋轉運動，或作相反轉變。圖3-1

圖3-1曲軸

軟軸：軟軸主要用于兩傳動軸線不在同一直線或工作時彼此有相對運動的

空間傳動，也可用于受連續振動的場合，以緩和沖擊。圖3-2

圖3-2軟軸

按照所受載荷性質分類：軸可分為心軸、轉軸和傳動軸。

心軸：通常指只承受彎矩而不承受轉矩的軸。如自行車前、后輪軸，汽車

輪軸。

轉軸：既受彎矩又受轉矩的軸。轉軸在各種機器中最為常見。

傳動軸：只受轉矩不受彎矩或受很小彎矩的軸。車床上的光軸、連接汽車

發動機輸出軸和后橋的軸，均是傳動軸。

根據圖1-1零件圖可知，該零件圖尺寸標注完整清晰，分布均勻合理。軸

的右端是球形與圓弧相切，球形頭內有￠28的孔用于固定、支撐軸。中間部分

是有錐度的三個溝槽，尺寸相同均勻分布，用于安放固定件。左端是梯形軸

頭，帶有螺紋，用于固定軸的左端。該軸是異形軸，設計合理，用45號鋼制

作，有良好的力學性能。

3.3該零件的材料與受力分析

軸類零件可根據使用要求、生產類型、設備條件及結構，選用棒料、鍛件

等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑

相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節約材料又減少機械加工的

工作量，還可改善機械性能。

根據生產規模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產

多采用自由鍛，大批大量生產時采用模鍛。

軸類零件的材料軸類零件應根據不同的工作條件和使用要求選用不同的材

料并采用不同的熱處理規范（如調質、正火、淬火等），以獲得一定的強度、

韌性和耐磨性。45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經過調質（或正火）

后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，

淬火后表面硬度可達45～52HRC。40Cr等合金結構鋼適用于中等精度而轉速

較高的軸類零件，這類鋼經調質和淬火后，具有較好的綜合機械性能。

軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經調質和表面高頻淬火后，表面硬度可達

50～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度

的軸。

精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸）可選用38CrMoAIA

氮化鋼。這種鋼經調質和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能

保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形

很小，硬度更高的特性。

45號鋼廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳

鋼，淬火性能并不好，45號鋼可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬

度，又希望發揮45＃鋼優越的機械性能，常將45＃鋼表面滲碳淬火，這樣

就能得到需要的表面硬度。

從軸的受力分析可知，它受扭轉與彎曲復合土豆燜雞翅 作用力，由于其承受中等載

荷，工作又較平穩，沖擊力很小，所以材料可采用優質碳素結構鋼的45號

鋼，坯料用熱軋圓鋼。

3.4該零件的精度分析

該零件是異形階梯軸，如圖1-1。其加工精度設計的非常合理，易于加工

制造。軸的左端是M30*2-6g的螺紋，階梯形￠52表面粗糙度值1.6微米。中

間部分是在錐形軸上切三個溝槽，錐形段表面粗糙度值1.6微米。連接錐形段

與圓弧段的一段軸表面粗糙度值1.6微米。右端由兩段圓弧與球形組成，R8段

沒有公差要求，R9段公差范圍是0.02，S￠48段公差范圍是0.02。其余表

面粗糙度均為3.2微米，該軸公差等級介于6-8級藏獒幼犬 ，屬于較精密的軸。

第四章軸的加工工藝方案

4.1零件圖工藝分析

該零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成。其中多個

直徑尺寸有較嚴的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S480.02㎜的尺寸

公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。尺寸標注完整，輪廓描述

清楚。零件材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。左端是螺紋，精度等級為6

級，其余加工精度均在6-8級之間。表面粗糙度為1.6微米、3.2微米兩種。

該工件精度設計較為合理，易于加工制造。

通過上述分析，可采用以下幾點工藝措施；對圖樣上給定的幾個精度要

求較高的尺寸，因其公差數值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其基本

尺寸即可；在輪廓曲線上，有三處為圓弧，其中兩處為既過象限又改變進給方

向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確

性；車削時應預先車削對應的基準面，以保證加工精度。

4.2選擇毛坯

題目已給出零件圖1-1與零件的材料45號鋼。根據題目要求，該零件選

用45號鋼棒料￠150*55，可以滿足使用要求。

4.3確定加工順序

軸類零件，零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成。

其中多個直徑尺寸有較嚴的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S480.02

㎜的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。尺寸標注完整，

輪廓描述清楚。零件材料為45鋼鍛件，無熱處理和硬度要求。

首先加工零件右端：車工件右端面；車工件右端外圓與圓弧至圖紙要求；

手工鉆削內孔￠20mm；車工件右端內孔至圖紙要求。圖4-1

圖4-1右端刀具進給路線

掉頭加工工件左端：車工件端面至總長尺寸；車工件

外圓至圖紙要求；車螺紋；拆下工件檢驗。圖4-2

圖4-2左端刀具進給路線

4.4選擇夾具及確定裝夾方案

定位基準；確定坯料軸線和左右端大端面（設計基準）為定位基準。

裝夾方法；左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊時加工右端面，右端面用

三爪自定心卡盤定心夾緊時加工左端面。

4.5選擇加工刀具

選用刀具如圖；圖4-3、圖4-4、圖4-5、圖4-6、圖4-7.

圖4-345o外圓車刀

圖4-4切槽刀

圖4-5麻花鉆

圖4-675o內孔車刀

圖4-760外螺紋車刀

刀具選擇圖

刀具參數選擇

T0100——外輪廓加工：刀尖圓弧半徑0.8mm,切深2mm，粗加工時主軸轉速

800r/min,進給速度150mm/min；精加工時主軸轉速1000r/min,進給速度80mm/

min。

T0200——切槽：刀寬3mm，主軸轉速500r/min,進給速度20mm/min。

6[mBgg0——鉆孔：鉆頭直徑16mm，主軸轉速450r/min。

5l3uhSL0T0300——內輪廓加工：刀尖圓弧半徑0.8mm,切深1mm，粗

加工時主軸轉速600r/min,進給速度100mm/min，精加工時主軸轉速1000r/min,

進給速度50mm/min。

T0400——加工螺紋：刀尖角60，主軸轉速200r/min,進給速度2mm/r

（螺距）。

4.6確定進給路線

進給路線；

平右端面-->車右端外圓S￠48mm、￠9mm、￠42mm、￠35mm、￠35mm、￠

52mm-->切溝槽-->鉆孔￠20-->車削內孔￠28*26調頭；車外圓-->車螺

紋。

4.7合理選著切削用量

吃刀深度：粗車時ap=3mm；精車時ap=0.15mm

主軸轉速：車削直線和圓弧輪廓時，根據零件材料與加工要求，粗車切削

速度Vc=90m/min，精車切削速度Vc=120m/min，按公式Vc=dn/1000，計算粗

車主軸轉速n=800r/min，精車主軸轉速n=1000r/min。車削螺紋主軸轉速：按

公式n≤1200/p-k，計算主軸轉速n=320r/min，切槽刀主軸轉速n=200r/min。

“

進給速度：根據零件材料與加工要求，粗車時進給速度f=0.4mm/r，精車

時進給速度f=0.15mm/r,經換算得進給速度：粗車Vf=200mm/min，精車Vf=18

0mm/min。根據圖紙加工要求，螺紋車削進給速度f=2mm/，切槽刀進給速度Vf

=100mm/min。

4.8編寫工藝卡

工藝卡片如圖4-8；

工藝卡詳圖4-8

工序

號

工序名稱工序內容工藝裝備

1下料棒料￠150*55帶鋸

2裝夾用三抓自定心卡盤定心裝夾CK6140

3粗車外圓夾毛胚右端外圓，平端面見平即

可，粗車外圓至￠36.57mm

CK6140

4精車外圓精車右端外圓至圖紙要求，保證尺

寸S￠48mm、￠9mm、￠42mm、￠

35mm、￠35mm、￠52mm及圓錐20

度、各槽的尺寸與位置精度

CK6140

5切槽換寬度為3mm的切槽刀切槽，3

mm*3mm并保證位置精度

CK6140

6手動鉆孔￠20mm麻花鉆鉆孔至￠20mmCK6140

7粗車內孔粗車內孔至尺寸￠27.2mm、長度

25.7mm

CK6140

8精車內孔精車內孔至尺寸￠28mm、長度26mmCK6140

9調頭裝夾用三抓自定心卡盤定心裝夾CK6140

10粗車外圓粗車外圓至尺寸￠30.4mm、長度

32.6mm

CK6140

11精車外圓精車外圓至尺寸￠30mm、長度33mmCK6140

12車螺紋用螺紋車刀車螺紋M30*2-6g至圖

紙要求

CK6140

13檢驗按圖紙要求檢驗工件各部千分尺、

百分表、

游標卡尺

14入庫涂防銹油入庫

4.9編寫加工程序

毛坯（150*55）

一O0001（程序1車右端外圓、圓弧與切槽）

s800m03（設定主軸轉速與轉向）

T0101（選用1號刀具、45o外圓車刀）

G0x57

Z4

G

G73P10Q20U0.5W0F0.15

N10G0x37.47

G01Z0

G03X35.0796Z-31.3815R24.0

G02X36.4634Z-44.3334R9.0

G03X35Z-57R8.0

G01W-8

X44.5942

X51.985W-29

W-12

N20X57

G0Z20

S1000M03

T0101

G0X57

Z5

G70P10Q20F0.1（G70精車循環）

G0Z100

S500M03

T0202(切斷刀刀寬3mm)

G0X54

Z-75

G1X39F0.06

G0X54

W-7

G1X39F0.06

G0X54

W-7

G1X39F0.06

G0X54

Z100

M05

M30（程序結束）

二O0003（程序2車削內孔）

S600M3（設定主軸轉速與轉向）

T0303（選用3號刀具、75o內孔車刀）

G0X25

Z5

G71P10Q20U0.4W0F0.15

N10G0X32

Z1

G1X28.02Z-1

Z-26

N20X25

G0Z20

S1000M3

T0303

G0X57

G0Z3

G70P10Q20F0.1（G70精車循環）

G0Z100

M05

M30（程序結束）

三O0004（程序3調頭車外圓、外螺紋）

S800M3

T0101（選用1號刀具、45o外圓車刀）

G0X57

Z5

G71P10Q20U0.4W0F0.15

N10G0X24

Z1

G1X30Z-2

Z-33

X49.985

X51.985Z-34

Z-52

N20G0X57

S1000M3

T0101

G0Z20.

G0Z3

G70P10Q20F0.1（G70精車循環）

G0Z100

S300M3

T0404（選用4號刀具、60o外螺紋車刀）

G0X40

Z5

G76P021060Q60R0.05（G76螺紋車削循環）

G76X28Z-25P(543.1*2)Q200F2

G0Z100

M05

M30（程序結束）

4.10調試模擬運行程序，無誤后加工

程序調試

首先將程序調入仿真系統，利用仿真系統進行調試運行，以便及時發現程

序里面的錯誤，節約車床加工時間，提高加工效率。進行仿真加工時要注意選

用刀具必須與設計相同，加工主軸倍率選擇適當。

4.11完成零件加工并進行精度檢測

對加工好的零件進行檢驗，按照圖紙要求，對主要尺寸進行檢驗。檢驗外

圓直徑是否超差，圓弧過度是否連接光滑。零件表面是否有毛刺、車道痕跡，

倒角是否車出，倒角值是否符合圖紙要求。檢驗中使用的工具主要有千分尺、

游標卡尺（0-30cm、0-50cm）、塞規，百分表。

第五章總結

通過這次畢業設計我了解了數控車床設計、加工、軸類零件的生產工藝和

設計過程。熟悉了機械零件的設計方法和主要機械零件的加工方法。及其所用

主要設備的工作原理和典型結構。再次學習了夾具、量具的使用以及操作要

領。了解了機械制造工藝、工序卡的編寫，及加工用量、材料的選擇。

在數控車床軸類零件的加工方法和設計方面，具有了獨立操作技能。在了

解、熟悉和掌握數控車床基礎知識、操作技能過程中。培養、提高和加強了我

的工作實踐能力、創新意識和創新能力。

在寫作論文過程中，我遇到了很多難題。例如加工用量的選擇，刀具進給

量的選擇，我翻閱了很多書籍資料經過計算才得到的。由于加工環境不同難免

有不合理的地方。需要現場調試進給參數才能正常車削出工件。另外在程序編

寫方面考慮的是單件小批量生產。所以程序運行時間較長，對于大批量生產，

不太適合。對次希望老師給予合理的建議。

參考文獻

【1】《數控機床裝配、調試與故障排除》書籍作者:王海勇

【2】《數控機床編程與加工實用教程》書籍作者:劉建萍

【3】《數控車床加工工藝與編程》書籍作者:楊琳

【4】《數控車床編程與操作系統集錦》書籍作者:沈建峰

致謝

這次畢業設計是我經歷了四個月完成的，在寫作過程中出現了很多問題，

很多不懂得地方。在老師的幫助下都順利解決了，所以我要感謝我的指導教師

謝老師。沒有謝老師的幫助，我不可能順利的完成這次設計課題。我還要感謝

我的實習老師王師傅，他讓我學會了很多實際操作，讓我從一個學生順利轉

型，成為一名技術工人。最后我還要感謝幫助過我的老師、同學謝謝你們對我

的幫助！