机械设计制造及其自动化毕业论文完整版

目录
摘要
-----------------------------------------------------------------------------3
关键词
--------------------------------------------------------------------------3
第一章任务介绍---------------------------------------------------------3
1.1轴的零件图-------------------------------------------------------3
1.2零件图的分析----------------------------------------------------3
1.3选择加工设备（题目给定用数控车）-----------------3
第二章数控车床的简介-----------------------------------------------4
2.1概述
-------------------------------------------------------------------4
2.1.1数控车床的特点及应用----------------------------------------4
2.1.2数控车床的发展前景-------------------------------------------6
2.1.3数控车床加工轴类零件的优势 -----------------------------7
第三章轴类零件的分析--------------------------------------------------7
3.1该零件的功能分析
----------------------------------------------7
3.2该零件的结构分析
----------------------------------------------7
3.3该零件材料及受力分析-----------------------------------------8
3.4该零件的精度分析-----------------------------------------------9
第四章轴的加工工艺方案
---------------------------------------------9
4.1零件图工艺分析----------------------------------------------------9
4.2选择毛坯--------------------------------------------------------------10
4.3确定加工顺序-------------------------------------------------------10
4.4选择夹具及确定装夹方案--------------------------------------11
4.5选择加工刀具---------------------------------------------------11
4.6确定进给路线---------------------------------------------------12
4.7合理选着切削用量---------------------------------------------12
4.8 编写工艺卡------------------------------------------------------13
4.9 编写加工程序---------------------------------------------------14
4.10调试模拟运行程序，无误后加工----------------------16
4.11完成零件加工并进行精度检测--------------------------16
第五章总结------------------------------------------------------------------17
参考文献------------------------------------------------------------------------18 致谢
--------------------------------------------------------------------------------18
摘要
数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用,对零件进行编程加工之前,工艺分析具有非常重要的作用。

本文通过对典型的轴类零件数控加工工艺分析,给出了对于一般轴零件数控加工工艺分析的方法,对于提高制造质量、实际生产具有重要意义。

关键词数控系统数控车床轴类零件外圆车刀
第一章任务介绍
1.1轴的零件图
设计选用的零件图图1-1
图1-1 加工零件图
1.2零件图的分析
该零件为典型轴类零件，零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。

其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面Sφ48±0.02㎜的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。

尺寸标注完整，轮廓描述清楚。

零件材料为45钢锻件，无热处理和硬度要求。

1.3、选择加工设备（题目给定用数控车）
根据题目给定的要求，该零件是回转体类，且有内外圆柱面、外圆槽、螺纹。

零件毛坯规格150*55是中小型零件，易于拆卸、安装。

该零件的精度等级为7级，且形状复杂。

在普通车床上加工较为困难，因数控车床具有较好的柔性加工性能，适合加工形状复杂的回转体类零件。

该零件设计为中小批量生产，结合实习车间的实际情况，故选用CK6140数控车床进行加工。

第二章数控车床的简介
2.1概述
数控车床与普通车床一样，也是用来加工回转体零件的。

但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以，数控车床的别适合加工形状复杂、精度要求较高的轴类或盘类零件。

数控车床具有加工灵活，通用性强，能自动适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，因此被广泛用于制造业。

2.1.1 数控车床的特点及应用
数控车床用于加工回转体零件，它集中了卧式车床、转塔车床、多刀车床、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中产量最大的产品之一。

数控车床不需人工操作，而在保护罩的保护下自动工作。

结构：CK6140(图2-1)数控车床切削速度很高，可充分发挥刀具的切削性能。

床身左端固定有主轴箱，床身中部为刀架溜板，分为两层，底层为纵向溜板，可沿床身轨道作纵向（z向）移动，上层为横向溜板，可沿纵向溜板的上轨道作横向（x向）移动。

刀架溜板上装有转塔刀架，刀架有4个工位，可装4把刀具。

在加工过程中，
可按照零件加工程序自动转位，将所需的刀具转到加工位置。

传动系统：主电动机可以是直流电动机，也可以是交流变频调速电动机。

主电动机经带轮副和四级变速机构驱动主轴。

4个工位转塔刀架的转位由液压马达经联轴节驱动凸轮轴。

轴上装有圆柱凸轮机构，凸轮转动时，拨动回转轮上的柱销，使回转轮、轴和转塔旋转。

数控车床全部工作循环是在微机数控系统控制下实现的，许多功能通过软件实现。

车削对象改变后，只需改变相应的软件，就可适应新的需要。

图2-1 CK6140卧式数控车床外观图
详细简介见表2-1：
数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。

这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。

数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密.加工精度高,质量容易保证,发展前景十分广阔,因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。

随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。

高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。

高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。

高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。

高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。

模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然然向模块化方向发展。

图2-2
图2-2九轴五联动车铣复合加工中心
2.1.3 数控车床加工轴类零件的优势
数控车床较好地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，是一种灵活的、高效能的自动化机床，尤其对于约占机械加工总量80%的单件、小批量零件的加工，更显示出其特有的灵活性。

概括起来，采用数控机床有以下几方面的好处：提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使产品质量稳定；提高生产效率，一般约提高效率3-5倍，使用数控加工中改善了劳动条件；有利于生产管理和机械加工综合自动化的发展。

心机床则可提高生产率5-10倍；可加工形状复杂的零件；减轻了劳动强度。

第三章轴类零件的分析及加工工艺
3.1该零件的功能分析
根据零件图1-1可知该零件左端有螺纹，中间部分是沟槽，右端为球形轴头。

该零件能承受中等载荷，起支撑作用的阶梯轴。

用45号钢制作，该轴有良好的力学性能。

3.2该零件的结构分析
轴是组成机器的重要零件之一。

用于支承作回转运动或摆动的零件来实现其回转或摆动，使其有确定的工作位置。

按照轴线形状分类：轴可分为直轴、曲轴和软轴。

直轴：直轴按外形不同可分为光轴、阶梯轴及一些特殊用途的轴，如凸轮轴、花键轴齿轮轴及蜗杆轴等。

曲轴：曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器上的专用零件，用以将往复运动转变为旋转运动，或作相反转变。

图3-1
图3-1 曲轴
软轴：软轴主要用于两传动轴线不在同一直线或工作时彼此有相对运动的空间传动，也可用于受连续振动的场合，以缓和冲击。

图3-2
图3-2软轴
按照所受载荷性质分类：轴可分为心轴、转轴和传动轴。

心轴：通常指只承受弯矩而不承受转矩的轴。

如自行车前、后轮轴，汽车轮轴。

转轴：既受弯矩又受转矩的轴。

转轴在各种机器中最为常见。

传动轴：只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的轴。

车床上的光轴、连接汽车发动机输出轴和后桥的轴，均是传动轴。

根据图1-1零件图可知，该零件图尺寸标注完整清晰，分布均匀合理。

轴的右端是球形与圆弧相切，球形头内有￠28的孔用于固定、支撑轴。

中间部分是有锥度的三个沟槽，尺寸相同均匀分布，用于安放固定件。

左端是梯形轴头，带有螺纹，用于固定轴的左端。

该轴是异形轴，设计合理，用45号钢制作，有良好的力学性能。

3.3该零件的材料与受力分析
轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。

对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。

根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。

中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

轴类零件的材料轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HR C。

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。

这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。

与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。

但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC42~46。

所以如果需要表面硬度，又希望发挥45＃钢优越的机械性能，常将45＃钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

从轴的受力分析可知，它受扭转与弯曲复合作用力，由于其承受中等载荷，工作又较平稳，冲击力很小，所以材料可采用优质碳素结构钢的45号钢，坯料用热轧圆钢。

3.4该零件的精度分析
该零件是异形阶梯轴，如图1-1。

其加工精度设计的非常合理，易于加工制造。

轴的左端是M30*2-6g的螺纹，阶梯形￠52表面粗糙度值1.6微米。

中间部分是在锥形轴上切三个沟槽，锥形段表面粗糙度值1.6微米。

连接锥形段与圆弧段的一段轴表面粗糙度值1.6微米。

右端由两段圆弧与球形组成，R8段没有公差要求，R9段公差范围是±0.02，S￠48段公差范围是±0.02。

其余表面粗糙度均为3.2微米，该轴公差等级介于6-8级，属于较精密的轴。

第四章轴的加工工艺方案
4.1零件图工艺分析
该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。

其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面Sφ48±0.02㎜的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。

尺寸标注完整，轮廓描述清楚。

零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。

左端是螺纹，精度等级为6级，其余加工精度均在6-8级之间。

表面粗糙度为1.6微米、3.2微米两种。

该工件精度设计较为合理，易于加工制造。

通过上述分析，可采用以下几点工艺措施；对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可；在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性；车削时应预先车削对应的基准面，以保证加工精度。

4.2选择毛坯
题目已给出零件图1-1与零件的材料45号钢。

根据题目要求，该零件选用45号钢棒料￠150*55，可以满足使用要求。

4.3确定加工顺序
轴类零件，零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。

其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面Sφ48±0.02㎜的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。

尺寸标注完整，轮廓描述清楚。

零件材料为45钢锻件，无热处理和硬度要求。

首先加工零件右端：车工件右端面；车工件右端外圆与圆弧至图纸要求；
手工钻削内孔￠20mm；车工件右端内孔至图纸要求。

图4-1
图4-1 右端刀具进给路线
掉头加工工件左端：车工件端面至总长尺寸；车工件外圆
至图纸要求；车螺纹；拆下工件检验。

图4-2
图4-2 左端刀具进给路线
4.4 选择夹具及确定装夹方案
定位基准；确定坯料轴线和左右端大端面（设计基准）为定位基准。

装夹方法；左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧时加工右端面，右端面用三爪自定心卡盘定心夹紧时加工左端面。

4.5 选择加工刀具
选用刀具如图；图4-3、图4-4、图4-5、图4-6、图4-7.
图4-3 45o外圆车刀
图4-4 切槽刀
图4-5 麻花钻
图4-6 75o内孔车刀
图4-7 60°外螺纹车刀
刀具选择图
刀具参数选择
T0100——外轮廓加工：刀尖圆弧半径0.8mm,切深2mm，粗加工时主轴转速800r/m in,进给速度150mm/min；精加工时主轴转速1000r/min,进给速度80mm/min。

T0200——切槽：刀宽3mm，主轴转速500r/min,进给速度20mm/min。

6[ m Bg g0——钻孔：钻头直径16mm，主轴转速450r/min。

5l3u \/h S L0T0300——内轮廓加工：刀尖圆弧半径0.8mm,切深1mm，粗加工时主轴转速600r/min,进给速度100mm/min，精加工时主轴转速1000r/min,进给速度50mm/ min。

T0400——加工螺纹：刀尖角60°，主轴转速200r/min,进给速度2mm/r（螺距）。

4.6 确定进给路线
进给路线；
平右端面-->车右端外圆S￠48mm、￠9mm、￠42mm、￠35mm、￠35mm、￠52mm -->切沟槽-->钻孔￠20-->车削内孔￠28*26 调头；车外圆-->车螺纹。

4.7 合理选着切削用量
吃刀深度：粗车时a p =3mm；精车时a p= 0.15mm
主轴转速：车削直线和圆弧轮廓时，根据零件材料与加工要求，粗车切削速度Vc= 90m/min，精车切削速度Vc=120m/min，按公式Vc=πdn/1000，计算粗车主轴转速n=8
00r/min，精车主轴转速n=1000r/min。

车削螺纹主轴转速：按公式n≤1200/p-k，计算主轴转速n=320r/min，切槽刀主轴转速n=200r/min。

“
进给速度：根据零件材料与加工要求，粗车时进给速度f=0.4mm/r，精车时进给速度f=0.15mm/r, 经换算得进给速度：粗车Vf=200mm/min，精车Vf=180mm/min。

根据图纸加工要求，螺纹车削进给速度f=2mm/，切槽刀进给速度Vf=100mm/min。

4.8 编写工艺卡
工艺卡片如图4-8；
4.9 编写加工程序
毛坯（150*55）
一O0001（程序1车右端外圆、圆弧与切槽）s800m03（设定主轴转速与转向）
T0101（选用1号刀具、45o外圆车刀）
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精车循环）
G0Z100
S500M03
T0202(切断刀刀宽3mm)
G0X54
Z-75
G1X39F0.06
G0X54
W-7
G1X39F0.06
G0X54
W-7
G1X39F0.06
G0X54
Z100
M05
M30（程序结束）
二O0003（程序2车削内孔）
S600M3（设定主轴转速与转向）
T0303（选用3号刀具、75 o内孔车刀）G0X25
Z5
G71P10Q20U0.4W0F0.15
N10G0X32
Z1
G1X28.02Z-1
Z-26
N20X25
G0Z20
S1000M3
T0303
G0X57
G0Z3
G70P10Q20F0.1（G70精车循环）
G0Z100
M05
M30（程序结束）
三O0004（程序3调头车外圆、外螺纹）S800M3
T0101（选用1号刀具、45o外圆车刀）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精车循环）
G0Z100
S300M3
T0404（选用4号刀具、60o外螺纹车刀）
G0X40
Z5
G76P021060Q60R0.05（G76螺纹车削循环）
G76X28Z-25P(543.1*2)Q200F2
G0Z100
M05
M30（程序结束）
4.10 调试模拟运行程序，无误后加工
程序调试
首先将程序调入仿真系统，利用仿真系统进行调试运行，以便及时发现程序里面的错误，节约车床加工时间，提高加工效率。

进行仿真加工时要注意选用刀具必须与设计相同，加工主轴倍率选择适当。

4.11 完成零件加工并进行精度检测
对加工好的零件进行检验，按照图纸要求，对主要尺寸进行检验。

检验外圆直径是否超差，圆弧过度是否连接光滑。

零件表面是否有毛刺、车道痕迹，倒角是否车出，倒角值是否符合图纸要求。

检验中使用的工具主要有千分尺、游标卡尺（0-30cm、0-50cm）、塞规，百分表。

第五章总结
通过这次毕业设计我了解了数控车床设计、加工、轴类零件的生产工艺和设计过程。

熟悉了机械零件的设计方法和主要机械零件的加工方法。

及其所用主要设备的工作原理和典型结构。

再次学习了夹具、量具的使用以及操作要领。

了解了机械制造工艺、工序卡的编写，及加工用量、材料的选择。

在数控车床轴类零件的加工方法和设计方面，具有了独立操作技能。

在了解、熟悉和掌握数控车床基础知识、操作技能过程中。

培养、提高和加强了我的工作实践能力、创新意识和创新能力。

在写作论文过程中，我遇到了很多难题。

例如加工用量的选择，刀具进给量的选择，我翻阅了很多书籍资料经过计算才得到的。

由于加工环境不同难免有不合理的地方。

需要现场调试进给参数才能正常车削出工件。

另外在程序编写方面考虑的是单件小批量生产。

所以程序运行时间较长，对于大批量生产，不太适合。

对次希望老师给予合理的建议。

参考文献
【1】《数控机床装配、调试与故障排除》书籍作者: 王海勇
【2】《数控机床编程与加工实用教程》书籍作者: 刘建萍
【3】《数控车床加工工艺与编程》书籍作者: 杨琳
【4】《数控车床编程与操作系统集锦》书籍作者: 沈建峰
致谢
这次毕业设计是我经历了四个月完成的，在写作过程中出现了很多问题，很多不懂得地方。

在老师的帮助下都顺利解决了，所以我要感谢我的指导教师谢老师。

没有
谢老师的帮助，我不可能顺利的完成这次设计课题。

我还要感谢我的实习老师王师傅，他让我学会了很多实际操作，让我从一个学生顺利转型，成为一名技术工人。

最后我还要感谢帮助过我的老师、同学谢谢你们对我的帮助！。