毕业设计-内螺纹深槽椭圆手柄数控车削加工

黄石职业技术学院HUANGSHI VOCATIONAL TECHNICAL COLLEGE
毕业设计
10 级数控技术专业
机械工程系
2012 年 12 月 3 日
总目录
1、毕业设计任务书
2、毕业设计任务单
3、数控车削毕业设计说明书
4、数控铣削毕业设计说明书
5、毕业设计心得
6、附件（毕业设计成绩评定表）
黄石职业技术学院HUANGSHI VOCATIONAL TECHNICAL COLLEGE
毕业设计任务书
系（院）：机械工程系
专业：数控技术
班级：10级数控二班
日期 2010年12月25日
黄石职业技术学院
机械工程系综合设计任务书
综合设计题目： 1、内螺纹深槽椭圆手柄数控车削加工
2、方形底座数控铣削加工
系：机械工程系专业班级： 10级数控技术
学生姓名：刘松指导教师：熊斌海
1．综合设计的主要内容
（1）绘制零件图，并利用相关CAD软件进行三维造型
（2）零件图分析、工艺分析、制定零件的加工工艺方案
（3）数控加工工艺分析、程序设计（手工和自动编程）
（4）要求选择合理的各工序的装夹方法及切削刀具、合理的确定切削用量、加工余量、工序尺寸和工序公差、表面质量。

（5）首件加工仿真及实际加工，零件加工过程中出现的问题分析、编程心得等。

（6）撰写设计说明书（不少于16000字）并打印装订成册。

2．综合设计的目的要求
（1）培养综合运用所学职业基础知识、专业知识和操作技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化和提高所学的专业知识与技能。

（2）建立正确的科学思想，认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实的作风。

（3）培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，运用国家标准、手册、资料等工具书进行机械零件设计或加工（如设计计算，数据处理，
工程制图等）、编写技术文件等独立工作能力。

（4）为今后从事工作打好良好基础。

（5）设计过程中勇于创新、勤于实践。

（6）参与毕业设计的学生应在本小组内进行设计任务的分配，在教师的指导下，独立、自主地完成给定的设计任务。

3进度安排
4．其他情况说明
（1）题目开始实施后，每周至少集中一次，并且严格考勤，检查进度，协调事项，进行组内讨论，解答问题。

（2）制定出毕业设计工作计划，必须在规定时间内完成给定的毕业设计各项任务。

（3）主动接受指导教师的检查和指导，定期向指导教师汇报设计工作进度。

（4）毕业设计说明书的书写格式应按照毕业设计规范化要求撰写。

（5）毕业设计结束时，学生应将毕业设计说明书装订成册，连同其附件、毕业设计任务书等，一并放入学生毕业设计资料袋，按数控技术课题
的具体规定填写毕业设计资料目录，送交指导教师审阅。

（6）需提供电子文稿。

5．主要参考文献
[1] 《现代工程图学教程》编者:赵大兴湖北科学技术出版社；2009
[2] 《互换性与技术测量》编者：高晓康高等教育出版社；2008
[3] 《机械制造技术》编者：姜晶刘华军人民邮电出版社；2009
[4] 《工程力学》编者：刘思俊机械工业出版社；2010
[5] 《金属切削原理与刀具》编者：芦福桢机械工业出版社；2009
[6] 《机床夹具设计》编者
[7] 《机械制造技术基础》编者：孙学强机械工业出版社；2008
[8] 《数控加工工艺规划》编者：张明建清华大学出版社；2009
[9] 《数控加工曲型案例》编者：
[10] 《数控机床》编者：
[11] 《数控车床编程与操作》编者：朱明松机械工业出版社；2008
[12]《数控铣床编程与操作》编者：朱明松机械工业出版社；2008
[13]《CAD/CAM应用》编者：赵国增高等教育出版社；2008
[14]《数控技术毕业设计指导》编者：杨良根北京理工大学出版社 2009
6、毕业设计心得体会与总结
7、附件（设计图纸或流程图等相关资料）
黄石职业技术学院综合设计
题目：内螺纹深槽椭圆
手柄数控车削加工
班级： 10级数控2班
专业：机械工程系
学生姓名：刘松
指导教师：熊斌海
日期： 2012年10月15日
目录
前言 -------------------------------------------- （3）第一节零件分析-------------------------------------- （4）
一、零件图---------------------------------------- （4）
二、零件图完整性与正确性检查---------------------- （5）
三、零件结构分析---------------------------------- （5）
四、轮廓基点坐标运算------------------------------ （5）第二节工件的定位与装夹------------------------------ （6）
一、加工要求-------------------------------------- （6）
二、零件装夹与定位基准选择------------------------ （6）
三、数控机床选择与毛坯的确定---------------------- （7）
四、加工刀具分析与确定--------------------------- （9）
五、加工处理------------------------------------- （10）第三节数控车削加工工艺----------------------------- （11）
一、零件的装夹与安装方式------------------------- （11）
二、加工方法的选择------------------------------- （13）
三、划分加工阶段--------------------------------- （13）
四、划分加工工序--------------------------------- （13）
五、切削用量的选择与确定------------------------- （14）
六、数控车削加工工序卡--------------------------- （16）
七、数控车削加工刀具表--------------------------- （17）第四节机床刀具运行轨迹图--------------------------- （18）第五节数控车削加工程序单--------------------------- （21）第六节数控车削加工操作详情------------------------- （24）
一、数控编程和辅助参数的确定--------------------- （24）
二、数控加工刀具安装----------------------------- （24）
三、工件安装注意事项----------------------------- （25）
四、工件的检测与校验----------------------------- （26）
五、数控加工的对刀------------------------------- （26）
六、数控加工首件试切----------------------------- （27）
七、零件的生产加工------------------------------- （27）第七节结论----------------------------------------- （28）
前言
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。

数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。

它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。

现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。

掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。

数控车削是普通车削与现代先进的数控技术相结合的加工方法。

是指利用数字化信号多车床的运动及加工过程进行控制的一种方法。

数控车削的设备就是数控车床。

数控车床有很多类型，包括精密型数控车床、专用型数控车床和万能型车削中心。

无论在效率、加工范围和加工精度上数控车削都远远超过了普通车削，因而在全球加工中应用极为广泛。

车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。

车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。

车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有重要的地位。

然而数控加工工艺与编程是数控技术应用专业和机电类专业的主要专业必修知识之一。

通过学习及有关教学环节的配合，掌握数控加工工艺及程序编制的基本知识和基本理论;学会选择机床、刀具、夹具及零件表面的加工方法;掌握数控加工工艺设计方法和数控加工程序编制方法的能力;初步具备制定中等复杂程度的数控加工工艺及编程的能力;同时，还能分析解决生产中一般工艺问题。

基于以上几点看法，选择一对适应在数控车床上加工的轴类零件作为毕业设计课题，并以此来强化所学的知识。

第一节零件分析一、零件图：
图
二、零件图完整性与正确性检查
由于数控车削加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，每个图形几何要素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确；各几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸和影响工序安排的封闭尺寸；尺寸公差和技术要求是否齐全等（数控加工工艺规划P15）
经审查图纸本人认为该零件图纸尺寸标注完整、正确、符合数控加工要求、加工部位清楚明确。

三、零件结构分析
该零件结构如图，包括有有圆柱面、圆弧面、椭圆球头、内槽、内孔及内螺纹。

在数控车削加工中，零件
车削加工成形的结构形状并不
复杂，但零件的尺寸精度尤其
是零件的位置精度要求较高，
直径尺寸上也有尺寸公差和表
面粗糙度值等要求。

图内螺纹深槽椭圆手柄
四、轮廓基点坐标计算
生活中，我们对几何信息的认知有多种方法常用的有，数形结合法（解析法）。

但有时面对复杂的图形，解析法会带来繁重的数学计算。

而在实际生产中我们并不采用此类方法。

AUTO CAD作为一套专业的绘图软件，它强大的信息处理功能为图形中繁杂点的计算带来了可能。

我们在操作界面中绘制图形后就可以打开状态栏中的捕捉、对象捕捉按钮，在绘图区捕捉相关的点。

同时，在状态栏中就可以看到这些点的坐标，然后记录下其坐标。

第二节工件的定位与装夹
一、加工要求
参见图：在数控车削加工中，零件重要的径向加工部位尺寸精度要求有：Φ，根据查《互换性与测量技术》（P41表3-2标准公差数值）可得公差30和Φ24
分别为7和8级，轴向加工部位尺寸精度无特别要求；零件重要加工部位形位精
mm与Φ16mm的轴有同轴度的位置精度要求即M20×和度要求的有：M20×和Φ24
Φ24
mm的两轴线必须全位于直径为公差值Φ且与基准轴线Φ16mm同轴的圆柱面0
内.零件中间Φ16mm和Φ21mm的内圆柱面以及长度为4mm的内槽左端面有表面粗糙度要求，μμμm，零件左端面有μμm。

其他重要加工部位还有M20×的内螺纹，零件右端有椭圆球头。

由上述尺寸可以确定，零件的轴向加工尺寸该以左端面为基准。

二、零件装夹与定位基准选择
定位基准选择原则
（1）基准重合原则
（2）基准统一原则
（3）便于装夹原则
（4）便于对刀原则
根据定位基准选择原则，避免不重合误差，便于编程，以工序的设计基准作为定位基准，并使工序基准、定位基准、编程原点三者统一，因为当加工的工序基准与定位基准不重合且加工面与工序基准不再一次安装中同时加工出来时，会
mm的圆柱，右端为椭圆球头。

产生基准不重合误差。

参见图：该零件左端为Φ30
又根据便于安装与便于对刀原则，所选的定位基准应能保证定位准确、可靠，满足刀具的操作要求。

所以加工该零件时，先以右端毛坏外圆柱为定位基准加工出
零件的左端面所有尺寸，再以Φ30
mm的圆柱为定位基准加工零件的右端。

采用
三爪自动定心卡盘的装夹方式进行零件的装夹定位。

三爪自动定心卡盘是同步运动的，一般不需找正，但装夹时一般需要轴向支承面，否则所需夹紧力可能会过大而夹伤工件。

三爪自动定心卡盘装夹工件方便、省时，自动定心好，适用于装
夹外形规则的中、小型工件。

而图纸中24
mm与M20×的同轴度要求完全可以用三抓自定心卡盘装夹来达到。

因此我们将自动定心零件轴向的定位基准选择在圆
柱段Φ30 0
-0.024mm的左端面。

在用三爪自动定心卡盘装夹精加工过的圆柱段Φ30
mm
时，为了防止夹伤工件表面影响表面精度要求，我们在被夹住的工件表面包一层铜皮。

三、数控机床选择与毛坯的确定
数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。

它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。

具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。

合理选用数控车床，应遵循如下原则：
确定典型零件的工艺要求、加工工件的批量，拟定数控车床应具有的功能是做好前期准备，合理选用数控车床的前提条件满足典型零件的工艺要求典型零件的工艺要求主要是零件的结构尺寸、加工范围和精度要求。

根据精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求来选择数控车床的控制精度。

根据可靠性来选择，可靠性是提高产品质量和生产效率的保证。

数控机床的可靠性是指机床在规定条件下执行其功能时，长时间稳定运行而不出故障。

即平均无故障时间长，即使出了故障，短时间内能恢复，重新投入使用。

选择结构合理、制造精良，并已批量生产的机床。

一般，用户越多，数控系统的可靠性越高。

由上所述以及该零件加工工艺分析，确定加工使用的设备与辅具如下：（一）零件加工选择在FANUC数控系统的车床上进行；
选用规格不大的经济型数控车床：CK6140型卧式数控车床，该机床规格为
Φ400×1080，加工能力：床身上
最大回转直径为400mm，滑板上最
大回转直径210mm，最大加工长度
1000mm，床身宽度360mm。

行程：X
轴行程230mm，Z轴行程 1080mm。

主轴：主轴转速范围
80-400-2000r/min (高低2档)变
频调速，主轴端部尺寸C6，主轴内
孔锥度公制70，主轴通孔直径65 mm，刀架刀具数量4，刀柄尺寸25*25，换刀时间sec 2，进给 X轴快速进给3000mm/min，Z轴快速进给6000mm/min，-100 mm/r。

精度：最小设定单位mm，重复定位精度，。

尾架：尾座套筒锥度MT4，尾座套筒直径65mm，尾座套筒行程100mm。

电机：主电机功率 5 KW，，机床外形尺寸（长*宽*高）1000mm规格2310*1200*1500，净重1700KG 。

由上所述，该车床可满足零件的加工工艺要求，又因为此机床结构简单，价格低廉符合生产的经
济实用的要求。

（二）配备三爪自动定心卡盘等相关装
夹工具；
（三）毛坯和材料的选择
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。

该零件外圆直径相差不大，所以我们使用棒料这种毛坯形式。

零件的材料我们选择常用的轴类零件材料45钢，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45～52HRC。

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至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#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需要的表面硬度。

四、加工刀具分析与确定
参见图：在该零件的数控车削加工中采用硬质合金K
=900外圆车刀，副偏角
r
取为600，断屑性较好。

主要用来车削工件的外圆、端面。

它主偏角较大，车削外圆时作用于工件的径向力小，不易出现将工件顶弯的现象。

一般用于半精加工，甚至有时也可做精加工。

（由于机床刀架为四工位的以至刀具的数量受到了限制，又因为零件外圆面的尺寸，形位还有表面粗糙度要求不是很高，所以我们将零件外圆的粗精车两道工序，采用一把90°外圆车刀完成，零件中间圆柱槽部分使用宽度为4mm的切槽刀。

零件φ16mm孔部位用麻花钻，内螺纹部位使用刀柄宽度为10mm的内螺纹车刀，内槽部位则用刀柄宽度为12mm主切削刃宽度为4mm的内切槽车刀，其它内孔用镗孔车刀，就可以满足加工所需。

由零件加工的上述工艺分析与生产要求，确定加工使用的材料如下：
（一）配备零件毛坯1000件，毛坯材料为45#钢；毛坯尺寸Φ35mm×85mm；
（二）刀具配备：中心钻（B=）若1支；
Φ16钻头若干支；
=900）若干把；
外圆车刀（正刀、主偏角K
r
镗孔车刀若干把；
内切槽车刀（刀刃宽B=4mm）若干把；
内螺纹车刀若干把。

五、加工处理
由上述工艺分析确定，该零件为轴类回转体零件，毛坯材料为45钢，根据《机械制造技术》P159可知轴类零件可分为刚性轴和挠性轴（L/D≤12为刚性轴，L/D>12为挠性轴）而该零件为刚性轴这样抵抗变形的能力就强，又因为45钢为一种中碳钢这类刚的有害杂质较少其强度，塑性，韧性均比碳素结构钢好，硬度不高易切削，常用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，但是这类刚的淬火性能不好，至多淬硬至HRC46导致钢的硬度不够和软点，所以，为了改善钢的可加工性，消除火破碎过共析钢种的网状渗碳体即消除毛坯的内应力，均匀组织，改善切削加工性，并为最终热处理做组织准备。

我们将毛坯做正火的预备热处理，这样可以消除材料的内应力，降低材料硬度，为接下来的加工做准备（正火一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前）；调质作为最终热处理，调质的目的是使工件获得良好的综合机械性能（调质一般不安排在粗加工之前，是为了避免调质层在粗加工时大部分被切削掉，失去调质作用，通常安排在粗加工之后半精加工之前）。

热处理顺序：正火—粗加工—调质—精加工。

在生产实际中，零件的加工往往是以混合工艺的形式来进行编制的；有的加工工艺在数控车床上不能进行操作或操作比较繁琐。

所以在数控加工前要对零件的某些部位进行预加工，目的是为数控车削加工工序提供可靠的装夹工艺基准。

对于该零件在数控加工前的预加工就是在零件一端钻打直径为16mm深度为30mm的内孔。

第三节数控车削加工工艺
该零件有尺寸精度要求和粗糙度要求。

当零件的加工工艺和走刀路线确定后，就要正确地计算刀位点的编程坐标系，如果对刀点的坐标系计算错误或误差较大那么将直接导致零件尺寸误差较大甚至不合格。

有的零件都是有公差要求的，编程时一定要把公差考虑进去，否则，加工的零件有可能不符合公差要求。

要根据加工零件的材料、切削性和表面形状，合理地选择刀具的类型、牌号和刀具的几何参数，刀具的前角、后角和修光刃对提高零件的表面加工质量都有很大的作用。

在对零件加工进，切削用量的选择对零件表面的加工精度和表面粗糙度有直接的影响，为了达到加工要求，要合理地选择切削用量。

其加工工艺内容详见下述数控工艺文件。

一、零件的装夹与安装方式
该零件一端为圆柱另一端为椭圆球头，采用两顶尖装夹也不好装夹，所以分两次掉头装夹加工该零件。

零件左端外圆柱尺寸有精度要求，为了保证加工精度，装夹左端时用铜片垫起装夹。

加工时采用三爪自动定心卡盘装夹零件，工件加工安装和工件坐标原点设定卡见表。

表 数控加工工件安装和零点设定卡
2012年11月1日 零件图号 J01
数控加工工件安装和零点设定 工序号 零件名称
内螺纹深槽椭圆
球头心轴 装夹次数 2次
编制日期
批准（日期） 第 1 页 序号 夹具名称 夹具图号 共 1 页 三爪卡盘
二、加工方法的选择
选择数控车削加工方法是应重点考虑的方面包括：能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求;使走刀路线最短，即可简化编程程序段，又可减少道具空行程时间，提高加工效率；使编程节点数值计算简单、程序段数量少、以减少编程工作量。

一般零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零件的数控车削加工方法及加工方案。

而回转体零件的加工方法主要是车削、镗削和磨削。

根据《机械制造技术》P133面可知，车削和镗削既可满足此零件的形状要求
三、划分加工阶段
当数控加工零件的精度要求较高时，往往不可能一道工序来满足其加工要求，而是需要用几道工序逐步达到其所有要求的加工精度。

为保证加工质量和合理地使用设备及人力，我们加工阶段划分为两个阶段粗加工和精加工，粗加工包括粗车和粗镗，精加工包括精车和精镗。

整个加工不需要磨削，因为磨削加工主要是提高表面粗糙度，而此零件的表面粗糙要求不是很高，精车就能保证，所以不需要磨削加工这个阶段。

四、划分加工工序
数控加工分粗加工和精加工进行，其工序如下：
（一）使用主偏角K
r =900的外圆车刀，平左端面。

粗精车Φ30
mm的外圆至轴向
尺寸30mm，保证表面粗糙度Ra3.2。

数控加工工艺卡及选择切削用量见图表。

（二）使用B=2.5的中心钻钻出左端中心孔，再用φ16的麻花钻加工左端内孔至深度30保证表面粗糙度Ra6.3。

数控加工工艺卡及选择切削用量见图表（三）便用刀刃宽度B=4mm的内切槽车刀粗加工和精加工加工零件左端4的槽至
尺寸Φ21。

数控加工工艺卡及选择切削用量见图表。

（四）使用内孔镗刀粗加工和精加工加工零件左端Φ24
mm，φ17mm的内孔和斜角至尺寸保证表面粗糙度Ra3.2。

数控加工工艺卡及选择切削用量见图表。

（五）使用内螺纹车刀粗加工和精加工出M20×的内螺纹至尺寸。

数控加工工艺卡及选择切削用量见图表。

（六）掉头装夹另一端，由于左端有尺寸精度和表面粗糙度要求，在装夹时为了不夹伤左端，我们使用铜皮包裹左端装夹，车右端面至尺寸80，保证表面粗糙度Ra3.2，数控加工工艺卡及选择切削用量见图表。

（七）使用主偏角K
r
=900的外圆车刀粗精车椭圆至尺寸保证表面粗糙度要求Ra3.2，数控加工工艺卡及选择切削用量见图表。

五、切削用量选择与确定
（一）背吃刀量a
p
的确定
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，以减少进给次数。

一般当毛坯直径小于6mm时，根据加工2mm。

由上所述，该零件粗加工的背吃刀量a
p==1.0，精加工的背吃刀量a
p=
=0.2。

（二）主轴转速n的确定
光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度V
C
(m/min)来确定。

所以根据查（数控加工工艺规划）P62表1-15和P63表1-16以及主轴转速计算公式：
N=1000V
C
/(πD)
n—工件或刀具的转速，单位为r/min；
V
C
—切削速度，单位为m/min
d—切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，单位为mm 由上所得可知数控粗、精加工转速：
N
=1000*（70-90）/（π*35）=（637—900）取637r/min
粗加工
=1000*（90-130）/（π*35）=（900—1182）取900 r/min N
精加工
（三）进给速度F的确定
进给速度F是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离（单位为mm/min）。

进给速度的大小直接影响零件表面粗糙度值和撤车削效率，因此进给速度的确定应在保证表面质量的前提下，选择较高的进给速度。

mm mm/r。

工件材料较软时，可选用较大的进给量，反之，应选用较小的进给量。

再按如下公式
F=nf
式中：F—进给速度，单位为mm/min；
f—进给量，单位为mm/r；
n—工件或刀具的转速，单位为r/mim；
综合可得粗、精加工的进给速度：
=）*637=（191—254）取200mm/min
F
粗加工
F
=（-）*900=（72—180）取120mm/min
精加工
六、数控车削加工工序卡
表数控加工工艺卡 2012年 11 月 11日
七、数控车削加工刀具表
表数控刀具结构及明细表
第四节机床刀具运行轨迹图
数控加工左端的外形轨迹运行图见表，数控加工左端内孔轨迹运行图见表——。

数控加工右端的外形轨迹运行图见表
表机床刀具运行轨迹图
刀具号TI 零件左端外形曲线
刀具长
度
85
K r=90外圆车
刀平端面以
及车外圆的
轨迹示意图
（自动完成）
表机床刀具运行轨迹图
刀具号T1
零件右端外形轨迹曲线
刀长85 K r=90外圆车刀平端面以及车椭圆和圆弧的迹示意图（自动完成）。