CA6140车床主轴加工工艺及数控加工编制的程序

摘 要

本篇毕业设计是CA6140车床主轴加工工艺及数控编程，CA6140车床主轴零件的主

0.05?0.03要加工表面是各外圆面的车削加工及内孔?52?绞?0.02的车削加工以及2-?8?0.01直孔的钻、

削加工和M10螺纹孔的钻、攻加工等。一般化来讲，保证平面的加工精度相比较与保证孔系的加工精度，平面加工的精度相对来说还是比较容易的。该CA6140车床主轴零件通过数控机床对其进行车削、镗削、钻、铰削加工，由于数控机床的加工精度比普通机床要高，生产加工效率要好，所以能够满足设计要求。

文章的重点在于对CA6140车床主轴的工艺性和力学性能分析，对加工工艺规程进行合理分析，对CA6140车床主轴进行加工工艺的规程设计，包括了CA6140车床主轴的数控加工，并且介绍了数控加工工艺及数控编程，以此CA6140车床主轴进行数控的加工工艺编制和数控编程的设计，经过实践证明，最终可以加工出合格的CA6140车床主轴零件。

关键词：CA6140车床主轴、工艺规程、普通编程、零件

I

目 录

摘要 ......................................... 错误！未定义书签。

第一章 零件结构工艺分析 ......................................... 错误！未定义书签。 1.1 零件的分析 ........................................................................................ 2

1.1.1 零件的作用 .............................................................................. 2 1.1.2 零件的工艺分析 ...................................................................... 4

1.2 零件的主要技术要求 ........................................................................ 5

1.2.1 内孔的精度及位置精度 .......................................................... 6 1.2.2 外圆面的精度及位置精度 ...................................................... 7 1.2.3 其他要求 .................................................................................. 8

第二章 工艺规程设计 ................................................................................. 9 2.1 选择定位基准 .................................................................................. 9 2.2 制定工艺路线 ................................................................................ 10 2.3 选择加工设备和工艺设备 ............................................................ 11 2.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 .................................... 11 第三章 确定切削用量及基本工时 ............................. 12 3.1 工序10：粗铣A面至尺寸 .......................................................... 13 3.2 工序20：粗车左端φ72、φ75、φ85φ94外圆面 ................. 14 3.3 工序30：粗车左端A处沟槽 ....................................................... 15

?0.05?52 3.4 工序40：粗车左端?0.02内孔 .................................................... 16

3.5 工序50：粗镗直径24的孔至直径24，长度为67错误！未定义书签。 3.6 工序60：粗车右端D处沟槽 ...................... 错误！未定义书签。 3.7 工序70：精车左端φ72、φ75、φ85φ94、外圆面 .............. 17 3.8 工序80：精车左端A处沟槽 ...................................................... 17

?0.05?60 3.9 工序90：半精车右端φ133、φ77.02外圆面、?0.02内孔错误！未定义书

3.10 工序100：精车右端D处沟槽 .................... 错误！未定义书签。

?0.05?52 3.11 工序110：粗镗、精镗?0.02内孔 .............. 错误！未定义书签。

?0.05?60 3.12 工序120：粗镗、精镗?0.02内孔 ............. 错误！未定义书签。

3.13 工序130：铣10X50、10X25键槽 ............................................. 19 3.14 工序140：铣2-φ11凹台............................................................ 20

?0.03?8 3.15 工序150：钻、铰2-?0.01直孔 ................................................... 21

3.16 工序160：钻、攻11-M10螺纹孔 .............. 错误！未定义书签。

III

3.17 时间定额计算及生产安排 .............................................................. 24 第四章 零件编程 ........................................................................................... 25

?0.05?60 4.1 半精车右端?0.02内孔 ..................................................................... 26 ?0.05?52 4.2 粗镗、精镗?0.02内孔 ..................................... 错误！未定义书签。 ?0.03 4.3 钻、铰2-?8?0.01直孔 .......................................... 错误！未定义书签。 第五章 加工仿真 ............................................. 30 结论 ......................................................... 31 参考文献 ...................................................... 32 致谢 ......................................................... 33

IV

第一章 零件结构工艺分析

本文对CA6140车床主轴的零件进行分析，通过对CA6140车床主轴的研究和分析，描述了CA6140车床主轴的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸等的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，与指导老协商后，感觉用数控编程比较合适。

在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了数控编程与仿真加工设计。整个设计得指导思想“简便、效率高、非常经济”。

1.1 零件的分析

1.1.1 零件的作用

题目给出的零件是CA6140车床主轴。CA6140车床主轴主要是传递扭矩的作用，一个设备的正常运行离不开动力装置的执行以及一些传动零件，例如轴、轴承等一些传动零件和传动机构。故CA6140车床主轴零件的加工精度和表面光洁度影响着传动的精度和效率，可以说，一个加工精度高的CA6140车床主轴与加工精度的低的CA6140车床主轴相比，其传动效果很明显。 下图即为CA6140车床主轴的零件图和毛坯图:

1

图1 CA6140车床主轴零件图

图2 CA6140车床主轴毛坯图

1.1.2 零件的工艺分析

由CA6140车床主轴零件图可知，CA6140车床主轴的表面以及内孔都需要进行加工，此外还需要加工一个螺纹孔和键槽的加工。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：

（1）以主视图为主要加工面的加工表面，这组加工表面分别为左端φ72、φ75、φ

0.0585、φ94外圆面的车削加工，其表面粗糙度为Ra1.6?m。?52??0.02内孔的车削加工、镗

削加工，其表面粗糙度为Ra1.6?m等。

0.03 （2）以左视图为主要加工面的加工表面，包括2-?8??0.01直孔的钻、铰削加工，其加

工表面粗糙度为Ra1.6?m，11-M10螺纹孔的钻、攻加工，其加工表面粗糙度为Ra3.2?m等等。

1.2 零件的主要技术要求

由上面的分析可得，CA6140车床主轴零件的加工表面是外圆表面和孔系。因此，对CA6140车床主轴来说，加工中的主要问题是处理好孔和外圆面之间的关系。 1.2.1 内孔的精度及位置精度

0.050.05 以?52??52??0.02内孔为主要加工面的表面粗糙度要求分别为：?0.02内孔的表面粗糙度

2

0.012为Ra1.6?m，4??6?内孔的表面粗糙度为Ra1.6?m。 ?0 1.2.2 外圆面的精度及位置精度

0.03 以主视图为主要加工表面，?74.8??0.01外圆面的车削加工以及10X50、10X25键槽0.03的铣削加工，其中?74.8??0.01外圆面的表面粗糙度要求为Ra1.6?m，10X50、10X25键槽

的表面粗糙度为Ra3.2?m。 1.2.3 其它要求

CA6140车床主轴系加工方案，应该选择能够满足较为复杂类零件外圆表面加工的加工设备，例如数控机床。从加工精度和加工效率各方面考虑之外，还要考虑经济因素。依据零件图我们确定CA6140车床主轴的加工工艺及加工路线，对于关键工序，我们应该在数控机床上面进行加工比较合适，例如数控车床、数控铣床等设备。

第二章 工艺规程设计

2.1 选择定位基准

0.03 粗基准选择毛坯的外圆表面，精基准选择已经车削好的?74.8??0.01的外圆面。

2.2 制定工艺路线

本次设计的零件是CA6140车床主轴的加工工艺，根据先面后孔原则，本次先以内孔定位加工CA6140车床主轴零件的各个面，然后再是孔。后续工序安排应当遵

循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。对于CA6140车床主

轴，需要精加工的是支承孔前后端的平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中样安排不易于保证孔和端面相互垂直。加工工序完成以后，将工件清

洗干净。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等残留量

不大于200mg。

根据以上分析过程，现将CA6140车床主轴数控加工工艺路线确定如下： 工艺路线一：

1 粗车端面、外圆、打中心孔。

2 粗车左端φ72、φ75、φ85φ94外圆面 3 粗车左端A处沟槽

?0.05?52?0.02内孔 4 粗车左端

5 粗车右端φ133、φ77.02外圆面、φ60内孔

3

6 粗车右端D处沟槽

7 精车左端φ72、φ75、φ85φ94、外圆面 8 精车左端A处沟槽

?0.05?60?0.02内孔 9 半精车右端φ133、φ77.02外圆面、

10精车右端D处沟槽

?0.05?52?0.02内孔 11粗镗、精镗

?0.05?60?0.02内孔 12粗镗、精镗

13铣10X50、10X25键槽 14铣2-φ11凹台

?0.03?815 钻、铰2-?0.01直孔

16 钻、攻11-M10螺纹孔 17 终检

工艺路线二：

1 粗车端面、外圆、打中心孔。

2 粗车左端φ72、φ75、φ85φ94外圆面 3 粗车左端A处沟槽

?0.05?52?0.02内孔 4 粗车左端

5 粗车右端φ133、φ77.02外圆面、φ60内孔 6 粗车右端D处沟槽

?0.05?52?0.02内孔 7 粗镗、精镗

?0.05?60?0.02内孔 8粗镗、精镗

9 精车左端φ72、φ75、φ85φ94、外圆面 10 精车左端A处沟槽

?0.05?60?0.02内孔 11半精车右端φ133、φ77.02外圆面、

精车右端D处沟槽 13铣10X50、10X25键槽 14铣2-φ11凹台

?0.03?815 钻、铰2-?0.01直孔

16 钻、攻11-M10螺纹孔

4

17 终检 工艺路线三：

1 粗车端面、外圆、打中心孔。

2 粗车左端φ72、φ75、φ85φ94外圆面 3 粗车左端A处沟槽

?0.05?52?0.02内孔 4 粗车左端

5 粗车右端φ133、φ77.02外圆面、φ60内孔 6 粗车右端D处沟槽

7 精车左端φ72、φ75、φ85φ94、外圆面 8 精车左端A处沟槽

0.059 半精车右端φ133、φ77.02外圆面、?60??0.02内孔

10精车右端D处沟槽 11铣10X50、10X25键槽 12铣2-φ11凹台

0.0513粗镗、精镗?52??0.02内孔 0.0514粗镗、精镗?60??0.02内孔 0.0315 钻、铰2-?8??0.01直孔

16 钻、攻11-M10螺纹孔 17 终检

通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，

0.05?0.05由于?52??0.02、?60?0.02内孔面粗糙度达不到要求，综合选择方案一：

1 粗车端面、外圆、打中心孔。

2 粗车左端φ72、φ75、φ85φ94外圆面 3 粗车左端A处沟槽

?0.05?52?0.02内孔 4 粗车左端

5 粗车右端φ133、φ77.02外圆面、φ60内孔 6 粗车右端D处沟槽

7 精车左端φ72、φ75、φ85φ94、外圆面 8 精车左端A处沟槽

?0.05?60?0.02内孔 9 半精车右端φ133、φ77.02外圆面、

10精车右端D处沟槽

?0.05?52?0.02内孔 11粗镗、精镗

5

?0.05?60?0.02内孔 12粗镗、精镗

13铣10X50、10X25键槽 14铣2-φ11凹台

?0.03?815 钻、铰2-?0.01直孔

16 钻、攻11-M10螺纹孔 17 终检

2.3 选择加工设备和工艺设备

由图样分析，该图样需要车削各台阶外圆，镗内孔，钻孔，攻牙，铣键槽等，在这里我们在车削各台阶外圆时选用外圆车刀，镗刀，钻头，丝攻等等。而钻削加工时我们可以选用麻花钻头，量具可选用0--150mm为75-100mm的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺、螺纹塞规等。

2.4 机械加工余量和工序尺寸以及公差的确定

(1)毛坯种类的选择

由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用40Cr钢作为毛坯的制作形式，从而提高劳动生产率，降低成本。

(2)确定毛坯的加工余量

根据毛坯制造方法采用的锻造，查取《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5，“CA6140车床主轴”零件材料采用锻造。材料为40Cr，硬度HB为200—240，生产类型为大批量生产，用锻造毛坯。

第三章 确定切削用量及基本工时

工序10 粗车端面、外圆、打中心孔 机床：数控车床

本工序为粗车端面、外圆、打中心孔的工序，确定背吃刀量ap。由于粗加工单边余量为2.5mm可在一次走刀内完成，故

ap?0.75mm

2）确定进给量f。根据查《切削用量简明手册》得，刀杆尺寸为B?H?16mm?25mm，

ap?3mm以及工件直径为20mm~40mm时

f?0.2~0.5mm/r 按GS980TD车床说明书选择

6

f?0.3mm/r

确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据GS980TD车床说明书，其进给机构允许的进给力Fmax?3530N。

a?4mmf?0.75mm/rkr??45?vc?65m/min当钢的强度?b?680~810MPa，p，，，（预计）时，进给力为切削时

FfFf?1820N。 ，

的修正系数为

kvoFf?1.0k?sFf?1.0，

kkrFf?1.11故实际进给力为

可用。

Ff?1820?1.11N?202N0 由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选f?0.55mm/r的进给量

v3）确定切削速度c

a?3mmf?0.54mm/r 当用YT15硬质合金车刀加工?b?630~700MPa钢料，p，，切削速度vt?109m/min

4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命

根据查《切削用量简明手册》得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。 5）确定车削速度

?d0n1000vc和每分钟进给量

vf

根据《切削用量简明手册》表1.27与1.28中公式计算：

vc?=8.88m/min；

工序20：粗车左端φ72、φ75、φ85φ94外圆面

已知加工材料为40Cr钢，锻件，有外皮，机床为GS980TD型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。

（1）外圆φ72 粗车。

1）确定背吃刀量ap。由于粗加工单边余量为1.75mm可在一次走刀内完成，故 ap?1.75mm

7

2）确定进给量f。根据查《切削用量简明手册》得，刀杆尺寸为B?H?16mm?25mm，

ap?3mm以及工件直径为20mm~40mm时

f?0.4~0.7mm/r 按GS980TD车床说明书选择

f?0.55mm/r

确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据GS980TD车床说明书，其进给机构允许的进给力Fmax?3530N。

当钢的强度?b?680~810MPa，ap?4mm，f?0.75mm/r，kr??45?，

vc?65m/min（预计）时，进给力为Ff?1820N。

切削时Ff的修正系数为kvoFf?1.0，k?sFf?1.0，kkrFf?1.11故实际进给力为 Ff?1820?1.11N?202N0

由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选f?0.55mm/r的进给量可用。

3）确定切削速度vc

当用YT15硬质合金车刀加工?b?630~700MPa钢料，ap?3mm，

f?0.54mm/r，切削速度vt?109m/min

4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命

根据查《切削用量简明手册》得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。 5）确定车削速度vc和每分钟进给量vf

根据《切削用量简明手册》表1.27与1.28中公式计算：

?dnvc?0

1000 =8.88m/min；

工序30：粗车左端A处沟槽

本工序为粗车粗车左端A处沟槽的工序，已知加工材料为40Cr钢，锻件，有外皮，机床为CJK6140型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。

（1）粗车左端A处沟槽。

1）确定背吃刀量ap。由于精加工单边余量为0.3mm可在一次走刀内完成，故

8

ap?0.3mm

2）确定进给量f。根据查《切削用量简明手册》得，刀杆尺寸为B?H?16mm?25mm，

ap?3mm以及工件直径为20mm~40mm时

f?0.2~0.5mm/r 按CK6140车床说明书选择

f?0.3mm/r

确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据CJK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力Fmax?3530N。

当钢的强度?b?680~810MPa，ap?4mm，f?0.75mm/r，kr??45?，

vc?65m/min（预计）时，进给力为Ff?1820N。

切削时Ff的修正系数为kvoFf?1.0，k?sFf?1.0，kkrFf?1.11故实际进给力为 Ff?1820?1.11N?202N0

由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选f?0.55mm/r的进给量可用。

3）确定切削速度vc

当用YT15硬质合金车刀加工?b?63~钢料，ap?3mm，070M0Paf?0.54mm/r，切削速度vt?109m/min

4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命

根据查《切削用量简明手册》得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。 5）确定车削速度vc和每分钟进给量vf

根据《切削用量简明手册》表1.27与1.28中公式计算：

?dnvc?0

1000??75?3001000 =8.88m/min；

9

基本工时计算

根据一下公式，可得：

T机动=

Lf*n?20/0.35*109?0.23min;

?0.05?52工序40 粗车左端?0.02内孔

?0.05?52?0.02内孔的工序，已知加工材料为40Cr钢，锻件，有外皮，本工序为粗车左端

机床为CJK6140型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。

?0.05?52?0.02内孔 （1）粗车左端

1）确定背吃刀量ap。由于半精加工单边余量为1.3mm可在一次走刀内完成，故

ap?0.75mm

2）确定进给量f。根据查《切削用量简明手册》得，刀杆尺寸为B?H?16mm?25mm，

20mm~40mmap?3mm以及工件直径为

按CJK6140车床说明书选择

时

f?0.2~0.4mm/r

f?0.3mm/r

确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力Fmax?3530N。

当钢的强度?b?680~810MPa，ap?4mm，f?0.75mm/r，kr??45?，

vc?65m/min（预计）时，进给力为Ff?1820N。

切削时Ff的修正系数为kvoFf?1.0，k?sFf?1.0，kkrFf?1.11故实际进给力为 Ff?1820?1.11N?202N0

由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选f?0.55mm/r的进给量可用。

3）确定切削速度vc

当用YT15硬质合金车刀加工?b?630~700MPa钢料，ap?3mm，f?0.54mm/r，

10

切削速度vt?109m/min

4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命

根据查《切削用量简明手册》得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。

5）确定车削速度vc和每分钟进给量vf

根据《切削用量简明手册》表1.27与1.28中公式计算：

?dnvc?0

1000??75?3001000 =8.88m/min； 基本工时计算

根据一下公式，可得： T机动=L?20/0.3*109?0.6min;

f*n

?0.05?52工序110：粗镗、精镗?0.02内孔

机床：T613卧式镗床 刀具：硬质合金钢刀具YG3X (1)粗镗?52孔

通过查表可知，镗孔深度为ap?12mm；

查表可知，由于刀杆伸出长度为200mm，切削深度为2mm。所以我们可以知道，镗刀的进给量f?0.6mm/r；

切削速度V：通过查找相关设计手册和规范，可知：V?0.25m/s?15m/min 由表可知，机床主轴转速的计算公式为：n?n?60r/min?55.5mm

1000V1000?15??60.5r/min，有?d03.14?79于是就有机床的切削速度：V??=

?d0n1000?3.14?79?60?0.25m/s

1000?6036mm/min?0.6mm/r

60r/min11

计算每分钟进给量：fm?fn?0.6?60?36mm/min 切削的长度l的计算：l?19mm 计算刀具的切入长度l1：l1?aptgkr?(2~3)?2?2?5.4mm tg30?计算刀具的切出长度l2：l2?3~5mm 有l2?4mm 计算行程次数：i?1 计算机动时间：tj1?l?l1?l219?5.4?4??1?0.79min fm36?0.03?8 工序130 钻、铰2-?0.01直孔

工件材料为40Cr铸铁。孔的直径为8mm，表面粗糙度1.6。加工机床为数控铣床， 确定进给量f 根据参考文献[7]表28-10可查出f表?0.25~0.31mm/r，由于孔深度比l/d0?3/12?0.25，klf?1.0，故f表?(0.25~0.31)?1.0?0.25~0.31mm/r。查Z3050立式钻床说明书，取f?0.23mm/r。

根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量f'?1.75mm/r。由于机床进给机构允许的轴向力Fmax?15690N（由机床说明书查出），根据参考文献[7]表28-9，允许的进给量f\?1.8mm/r。

由于所选进给量f远小于f'及f\，故所选f可用。

确定切削速度v、轴向力F、转矩T及切削功率Pm 根据表28-15，由插入法得：

v表?17m/min，F表?4732N T表?51.69N?M，Pm表?1.25kW

由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。 由参考文献[7]表28-3，kMv?0.88，klv?0.75，故

v'表?17m/min?0.88?0.75?11.22(m/min) 1000v'表1000?11.22mm/minn???298r/min

?d0??12mm'查Z3050机床说明书，取n?195r/min。实际切削速度为

v?

?d0n1000???12mm?195r/min1000?7.35m/min

12

由参考文献[7]表28-5，kMF?kMT?1.0，故

F?4732N?1.0?4732(N) T?51.69N?m?1.0?51.69N?m

校验机床功率 切削功率Pm为

P（n/n')kMM m?Pm表 ?1.2k 05W?(195/2?98)?1.k0W机床有效功率

P'E?PE??4.5kW?0.81?3.65kW?Pm 故选择的钻削用量可用。即

d0?12mm，f?0.23mm/r，n?195r/min，v?7.35m/min 相应地

F?4732N，T?51.69N?m，Pm?0.82kW

工序130：铣10X50、10X25键槽

本工序为铣10X50、10X25键槽的工序,我们选择机床：数控铣床 NT850，功率P=11kw；刀具：选用高速钢圆镶齿三面刃外圆车刀 查 查相关资料可得39，刀具数据如下：d=20 z?20 dw?225

1)铣削进宽度的选择

根据实际工况，我们通过查相关资料可得27可知

ae?1—2 这里取1.5

2)选择进给量

经查表可知

af?0.3 ap?0.5

3)选择速度

经查表可知：

v?0.6m/s?36m/min

1000v1000?36??190r/min 所以：n??d3.14?604)计算切削时间

13

查相关计算切削时间的资料 可知：

T?Lfmzfmz?af.z.n?0.25?20?192?960 L?l?l1?l2?1590l1?ap?D?ap???1??3??7l2?2??5L?1580

所以，T?5)计算铣削力

L1590??1.65min fmz960 根据实际工况，我们通过《机械制造工艺设计简明手册》有 ： Fz?9.81CFzae0.83af0.65d0?0.83apz

式中：

CFz?30ae?1.5af?0.25d0?60z?20

ap?0.5

所以，Fz?9.81CFzae0.83af0.65d0?0.83apz

?9.81?30?1.50.83?0.250.65?60?0.83?0.5?20?93.9N

6)校核机床功率

查相关计算切削时间的资料有 P?F.v93.9?36??3.38kw?13kw 10001000 所以，机床的功率足够

工序70：粗铣零件的上端面至尺寸

机床：数控铣床

本工序为粗铣下端面的工序，所选刀具为硬质合金端外圆车刀。外圆车刀直径

14

d=80mm,宽度L=60mm，齿数z=10。根据文献12表3.2选择外圆车刀的几何形状。由于加工材料为40Cr#，?b=140CrMPa，硬度为160—180HBS，锻件，有外皮。故选择?0=8°，

?0=+5°。

已知铣削宽度?e=13mm，铣削深度ap?2.3mm。机床为数控铣床，工件装在虎口钳中。 （Ⅰ）确定每齿进给量fz

根据文献12表3.5，当使用YG6，铣床功率为7.5Kw（文献12表3.30）

fz?0.14—0.18mm/z，采用对称铣，故取fz?0.18mm/z

（Ⅱ）选择外圆车刀磨钝标准以及刀具寿命

根据文献12表3.7和表3.8，外圆车刀后刀面最大磨损量取为1.5mm，由于外圆车刀的直径d=80mm，故外圆车刀的寿命T=180min。

（Ⅲ）确定铣削速度vc和每分钟进给量vf 根据文献12表3.27中公式计算：

cvd0qv v?mxvyvuvpvkv

Tapafaωz

公式中 CV=240Cr ,qv=0.2，yv=0.35，xv=0.15，uv=0.2，pv=0，m=0.32，

d0=80,ae=50,ap=2.3,kv=1.0。

245?800.2?1 vc?0.30.150.350.20180?2.3?0.18?50?10 =91.16m/min n? =

1000vc ?d01000?91.16

80?? =326.90r/min

根据文献12表3.30，数控铣床主轴转速表，选择n=300r/min，纵向进给量

vf=235mm/min。

实际切削速度和每齿进给量分别为

vc? =

?d0n10001000

??80?300 =75.36m/min

15

fz? =

vfzncz

235

300?10 =0.08mm/z (Ⅳ)检验机床功率

根据文献12表3.24，当ae?52mm，ap?2.4mm，d0?80mm，z=10,vf?235mm/min，近似pcc?1.1kw。

根据数控铣床说明书机床主轴允许的功率为，pcw?7.5?0.75?5.63kw， 故pcc?pcw，因此选择切削用量采用，即

ap?2.3mm，vf?235mm/min，n=300r/min，vc?75.36m/min，fz?0.08mm/z。

2）基本工时计算

tm?L vf公式中L?l??l，l=140mm，根据文献12表3.26，对称安装外圆车刀入切量及超切量y???12mm，则L=152mm。

tm?152?0.65min 235?0.033.11 工序110：粗镗、半精镗、精镗至?35?0.05

机床：T613卧式镗床 刀具：硬质合金钢刀具YG3X (1)粗、精镗

粗镗

0.03?35??0.05孔

0.03?35??0.05孔

通过查表可知，镗孔深度为ap?2mm；

查表可知，由于刀杆伸出长度为200mm，切削深度为2mm。所以我们可以知道，镗刀的进给量f?0.6mm/r；

切削速度V：通过查找相关设计手册和规范，可知：V?0.25m/s?15m/min 由表可知，机床主轴转速的计算公式为：n?n?60r/min?55.5mm

16

1000V1000?15??60.5r/min，有?d03.14?79

于是就有机床的切削速度：V??=

36mm/min?0.6mm/r

60r/min?d0n1000?3.14?79?60?0.25m/s

1000?60计算每分钟进给量：fm?fn?0.6?60?36mm/min 切削的长度l的计算：l?19mm 计算刀具的切入长度l1：l1?aptgkr?(2~3)?2?2?5.4mm tg30?计算刀具的切出长度l2：l2?3~5mm 有l2?4mm 计算行程次数：i?1 计算机动时间：tj1?精镗

0.03?35??0.05孔

l?l1?l219?5.4?4??1?0.79min fm36通过查表可知，镗孔深度为ap?10mm；

查表可知，由于刀杆伸出长度为130mm，切削深度为1.5mm。于是就有：镗刀的进给量f?0.3mm/r；

切削速度V：通过查找相关手册可知V?0.25m/s?15m/min 由表可知，机床主轴转速的计算公式为：n?n?60r/min?55.5mm

1000V1000?15??60.5r/min，有?d03.14?79于是就有机床的切削速度：V???d0n?3.14?79?60?0.36m/s

10001000?60=

36mm/min?0.6mm/r

60r/min计算每分钟进给量：fm?fn?0.6?60?36mm/min 切削的长度l的计算：l?23mm

计算刀具的切入长度l1：l?ap?(2~3)?2?2?7mm

1tgkrtg30?计算刀具的切出长度l2：l2?3~5mm 有l2?6mm 计算行程次数：i?1

17

计算机动时间：t?l?l1?l2?19?5.4?4?1?0.97min

j1fm36工序150：钻4Xφ7，φ8的孔 机床：数控铣床。

刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～9选高速钢锥柄麻花钻头。 切削深度ap：ap?4mm

进给量f：根据相关资料，查[3]表2.4～38，取f?0.33mm/r。 切削速度V：参照参考文献[3]表2.4～41，取V?0.48m/s。 机床主轴转速n：

1000v1000?0.48?60n???539.53r/min，

?d3.14?9按照参考文献[3]表3.1～31，取n?630r/min 所以实际切削速度v：v?切削工时

被切削层长度l：l?42mm

刀具切入长度l1： D17l1?ctgkr?(1~2)?ctg120??1?5.9mm?6mm

22刀具切出长度l2：l2?1~4mm 取l2?3mm 走刀次数为1 机动时间tj1：tj1?L42?6?3??0.25min fn0.33?630?dn1000?3.14?9?630?0.56m/s

1000?60工序11:粗铣、半精铣6X15键槽至尺寸 机床：NT850铣床 刀具：硬质合金钢刀具YG3X 切削深度ap：ap?2mm

进给量f：根据实际工况，我们通过《实用机械工艺简明手册中》2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为2mm。因此确定进给量f?0.6mm/r

切削速度V：由《实用机械工艺简明手册中》，可以知道4-66，取V?0.25m/s?15m/min

机床主轴转速n：n?1000V1000?15??60.5r/min，取n?60r/min?55.5mm ?d03.14?79实际切削速度V?：V??

?d0n1000?3.14?79?60?0.25m/s

1000?6018

即

36mm/min?0.6mm/r

60r/min工作台每分钟进给量fm：fm?fn?0.6?60?36mm/min 被切削层长度l：l?19mm 刀具切入长度l1：l1?aptgkr?(2~3)?2?2?5.4mm tg30?刀具切出长度l2：l2?3~5mm 取l2?4mm 行程次数i：i?1 机动时间tj1：tj1?

工序160：钻、攻11-M10螺纹孔 机床：数控铣床。

刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～9选高速钢锥柄麻花钻头。 切削深度ap：ap?4mm

进给量f：根据相关资料，查[3]表2.4～38，取f?0.33mm/r。 切削速度V：参照参考文献[3]表2.4～41，取V?0.48m/s。 机床主轴转速n：

1000v1000?0.48?60n???539.53r/min，

?d3.14?9按照参考文献[3]表3.1～31，取n?630r/min 所以实际切削速度v：v?切削工时

被切削层长度l：l?42mm

刀具切入长度l1： D17l1?ctgkr?(1~2)?ctg120??1?5.9mm?6mm

22刀具切出长度l2：l2?1~4mm 取l2?3mm 走刀次数为1 机动时间tj1：tj1?L42?6?3??0.25min fn0.33?630l?l1?l219?5.4?4??1?0.79min fm36?dn1000?3.14?9?630?0.56m/s

1000?60 3.2 时间定额计算及生产安排

假设该零件年产量为9万件。设每天的产量为380件。

19

根据相关标准，当零件的加工批量为中小批量的时候，时间定额的计算公式为：

td?(tj?tf)(1?k%)?tzz/N （大量生产时tzz/N?0） 故，相对于大批量生产，其计算公式如下： td?(tj?tf)(1?k%)

其中： td—单件时间定额 tj—基本时间（机动时间） tf—辅助时间。

k—一些除了加工工件以外时间的总和。 工序：粗、精铣结合面 机动时间tj：tj?1.73min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5.43，取工步辅助时间为0.15min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为0.1min。则

tf?0.15?0.1?0.25min

k：根据相关计算切削时间的资料有，k?13

单间时间定额td：

td?(tj?tf)(1?k%)?(1.73?0.25)(1?13%)?2.24min?1.14min

因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时，

2.24?ttd?d??1.12min?1.14min

22 即能满足生产要求。 （1）、铣削宽度的选择

查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1—27有 半精铣ae?1—2 这里取ae?1.5

（2）、铣削每齿给量的选择

查《机械制造工艺设计手册》表3—28有 af?0.3 （3）、铣削深度的选择

查《机械制造工艺设计手册》表3—29有 ap?0.5 （4）、铣削速度的选择

查相关计算切削时间的资料有

20

v?0.6m/s?36m/min

所以：n?1000v1000?36??192r/min ?d3.14?60（5） 计算切削时间

查相关计算切削时间的资料》表1.4—15 可知：

LT?fmzfmz?af.z.n?0.3?16?192?921.6 L?l?l1?l2?1595l1?ap?D?ap???1??3??12l2?2??5L?1580

所以，T?L1595??1.73min fmz921.6（6）计算铣削力

相关计算切削时间的资料有 ：

Fz?9.81CFzae0.83af0.65d0?0.83apz 式中：

CFz?30ae?1.5af?0.3d0?60z?16

ap?0.5 所以，Fz?9.81CFzae0.83af0.65d0?0.83apz

?9.81?30?1.50.83?0.30.65?60?0.83?0.5?16?52N

第四章 零件编程

?0.05?60 4.1半精车右端?0.02内孔

本次是要对CA6140车床主轴相关工序进行编程，编程部件的加工处理顺序，刀具运动轨迹的尺寸，工艺参数（主要运动和进给运动速度，切削深度）和辅助操作（刀，

21

主轴反转，冷却液体开关，刀具等等。 1）普通编程的分类

普通编程又可分为手工编程和自动编程两种。

手动编程，在制备过程的整个过程由手工完成。这就要求程序员要熟悉常用的代码和编程规则，还要懂得机械加工工艺知识和数值计算。点或部分的几何形状的机械加工，常见的编程简单，程序并不多，且手动的编程，可以实现。

自动编程是使用计算机来把信息变成可以由普通机床的处理程序，这是说，大多数普通编程的工作来实现要执行的描绘信息到普通机床的一部分。 2）编程方法的选择

刀具路径的路径主要由直线，圆弧，并且点的坐标是方便的，所以加工程序是用手工编程。

3）编程原点的确定

该零件为规则的回转型零件，其坐标原点设在轴两端面中心上面，这样方便坐标的计算。其坐标原点如图3.1所示。

图3.1

?0.05?60 4.1 半精车右端?0.02内孔

N10 G54 G17 G94 G90 设定加工参数 N20 T0101 M06 换1号刀 N30 M03 S1000

N40 G00 X0 Y0 Z100 定退刀点) N50 Z10

N60 G01 Z-2.5F150 第一刀下刀量) N70 M98 P0001 调用O0001号子程序

22

N80 Z-5 F150 第二刀下刀量 N90 M98 P0001 调用O0001号子程序 O0001

N10 G0 G90 G54X-24.Y0 S1000 M3

N10 G54 G17 G94 G90 设定加工参数 N20 T01 M06 换T01号刀

?0.05?60?0.02内孔 N30 M03 S1000 粗车右端

N40 G00 X0 Y0 Z100 设定退刀点

?0.05?60?0.02内孔 N50 Z10 半精车右端

N60 G01 Z-2.5F150 第一刀下刀量 N70 M98 P0001 调用O0001号子程序 N80 Z-5 F150 第二刀下刀量 N90 M98 P0001 调用O0001号子程序 N100 Z-5 F100

N110 M98 P0002 N120 G00 Z100 主轴停止 N130 M05 M02 切削液关

?0.05?52 4.2 粗镗、精镗?0.02内孔

T0101 （65°内孔镗刀）换1号刀 M03 S500 主轴正转，转速500 M08

切削液开

快速运动至循环起点 建立G71车削循环

径向进刀

G00 X54 Z2 G71 U2 R2

G71 P100 Q200 U0.2 W0.2 F120 设定起终程序段，精车余量 N100 G00 X22.4 G01 Z0 F100

靠近工件

X26.4 Z-2 F80倒角 N200 W-7 粗镗内孔至?54 G00 Z-75 快速运动至下一切削点 G71 U2 R2 建立G71车削循环

G71 P300 Q400 U0.2 W0.2 F120 设定起终程序段，精车余量 N300 G00 X42.5

快速进刀

23

G01 Z-78 F100 切削进刀 X51.99 Z-105 车锥面 N400 Z-106 退刀 G00 X100 径向退刀 Z100 轴向退刀 T0202（65°内孔镗刀） G00 X54 Z2 G00 X29 Z2

换2号刀

M03 S800 主轴正转，转速800

快速运动至循环起点 快速运动至循环起点

?0.05?52?0.02 精车内孔至

G76 P010060 Q100 R100

G76 X24.4 Z-17 P1200 Q500 F2 设定参数 G00 X100 Z100 快速运动至换刀点 M05 M09

主轴停止 切削液关

?0.03?8 4.3 钻、铰2-?0.01直孔

N10 T0202 换?6.8mm钻头 N20 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 N25 M03 S600 N30 Z20 M08

N40 G98 G81 X55 Y40 Z-13 R10 F60 钻2??6.8孔的第一个孔 N50 X-55 Y40 N60 X-55Y-40

N70 X55 Y-40 N60 G00 Z100 M09 N80 T00303 换?8mm铰刀

0.03 N90 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 铰2??8??0.01孔

N100 M03 S60 N110 Z20 M08

0.03 N120 G98 G81 X-55 Y40 Z-13 F20 第1个?8??0.01孔 0.03 N130 X-55 Y40 第2个?8??0.01孔

N140 G00 Z100 M09

N150 M05 N160 M30

24

第五章 加工仿真

针对本主轴零件在数控仿真系统里面进行绘制，设置加工参数，本次设计采用了数控精车加工，如下图对精车的参数进行设置。

25

图5.1 精车加工参数

图5.2 进退刀方式参数

图 5.3 切削用量参数

26

图5.4 轮廓车刀的选择参数

通过以上的参数设置，对主轴零件进行轨迹仿真，仿真后的图形如下：

图5.5 精车外轮廓仿真图

27

结 论

在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度本文所设计的是CA6140车床主轴加工工艺及数控编程，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最后，发自内心地感谢我的老师和同学们的帮助，因为有了大家的帮助和支持，我才能够顺利地完成这次的毕业论文，最后，向大家表示深深的感谢和祝福。

28

参考文献

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[16] Subramanian V,Kumar Senthil A.Seow K C .A multi agent approach to fixture design[J]．Journal of Intelligent Manufacturing,2001,12(1):31~42

29

致 谢

时间如流水，经过几个月的努力和付出，我的论文总算完成了！感谢杨春花老师您在这一学期对我的谆谆教导，您不但在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想上给我无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成本科阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么，知道以后的人生目标是什么，通过这几年的学习，让我知道了我们亲爱的导师严谨求实的治学态度，以及认真对待每个同学毕设的工作态度和务实的行为规范。也让我懂得了对待任何事情都需要仔细，认真，不能有丝毫的马虎。经过近半年努力的设计与计算，通过查找了各类的夹具，编程手册论文终于可以完成了，我感到很开心，也很激动，因为这是我知识的积累。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学三年来对所学知识的应用和体现。三年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识。

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