毕业设计《轴类零件的加工工艺分析及实例》.docx
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毕业设计《轴类零件的加工工艺分析及实例》
轴类零件的加工工艺分析及实例
系别：
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前言
轴类零件的加工工艺分析与实例
摘要：
轴类零件为回转体零件，其长度远大于直径，其主要表面是同轴线的若干外园柱面，园锥面，孔和螺纹等。
轴类零件的功能多种多样，有的用来传递运动，扭矩，如传动轴：
有的用来装配，如心轴。
根据结构形状的不同，轴类零件可分为光滑轴，阶梯轴，空心轴和异形轴（如曲轴）等四大类。
光滑轴的毛胚一般用热轧圆钢；阶梯轴毛胚，根据各阶梯的直径差，可选用热轧，冷扎圆钢或锻件；对某些大型，结构复杂的轴，可采用铸件（球磨铸铁）；当要求毛胚具有较高的力学性能时，应采用锻件。
关键词：
轴类零件、零件图的工艺分析、工艺规程制订
前言
所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的一种方法。
数控加工与普通机床加工在方法和内容上很相似，但加工过程的控制方式却大相径庭。
在机械加工中小批零件为例，在通用机床上加工，就某工序而言，其工步的安排，机床运动的先后次序，进给路线及相关切削参数的选择等，虽然也有工艺文件说明，但操作上往往是有操作者自行考虑和确定的，而且是用手工方式进行的。
在数控机床加工时，将记录在控制介质上，描述加工过程所需的全部工艺信息，即原先在通用机床上加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输入数控机床的数控装置，对输入信息进行运算和控制，并不断向伺服机构——使机床实现加工运动的机电功能转换部件发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床按所编程序进行运动，便可加工出我们所需要的零件。
可见，实现数控加工，编程是关键。
但必须由编程前的数控工艺做必要准备工作和编程后的善后处理工作。
严格说来，数控编程也属于数控工艺的范畴。
1轴类零件的工艺分析
1.1零件图的工艺分析
内圆磨具主轴
针对上述要求，现举例说明如下。
一渗碳主轴（如上图），每批40件，材料20Cr，除内外螺纹外S0.9～C59。
渗碳件工艺比较复杂，必须对粗加工工艺绘制工艺草图（如图）。
主轴加工工艺过程
工 序
工种
工步
工序内容及要求
机床设备（略）
夹具
刀具
量具
1
车
按工艺草图车全部至尺寸
工艺要求：
（1）一端钻中心孔φ2。
（2）1：
5锥度及莫氏3＃内锥涂色检验，接触面＞60%。
（3）各需磨削的外圆对中心孔径向跳动不得大于0.1
CA6140
莫氏3号铰刀
莫氏3号塞规1：
5环规
检查
2
淬
热处理S0.9－C59
3
车
去碳。
一端夹牢，一端搭中心架
<1>
车端面，保证φ36右端面台阶到轴端长度为40
<2>
修钻中心孔φ5B型
<3>
调头
车端面，取总长340至尺寸，继续钻深至85，60°倒角
检查
4
车
一夹一顶
CA6140
<1>
车M30×1.5–6g左螺纹大径及ф30JS5处至
Φ30
<2>
车φ25至φ25
、长43
<3>
车φ35至φ35
<4>
车砂轮越程槽
5
车
调头，一夹一顶
<1>
车M30×1.5–6g螺纹大径及φ30JS5处至φ30
<2>
车φ40至φ40
<3>
车砂轮越程槽
6
铣
铣19
二平面至尺寸
7
热
热处理HRC59
8
研
研磨二端中心孔
9
外磨
二顶尖，（另一端用锥堵）
M1430A
<1>
粗磨φ40外圆，留0.1～0.15余量
<2>
粗磨φ30js外圆至φ30t
（二处）台阶磨出即可
<3>
粗磨1:
5锥度，留磨余量
10
内磨
用V型夹具（ф30js5二外圆处定位）
M1432A
磨莫氏3﹟内锥（重配莫氏3﹟锥堵）精磨余量
0.2～0.25
11
热
低温时效处理（烘），消除内应力
12
车
一端夹住，一端搭中心架
<1>
钻φ10.5孔，用导向套定位，螺纹不攻
Z–2027
<2>
调头，钻孔φ5攻M6–6H内螺纹
<3>
锪孔口60°中心孔
<4>
调头套钻套钻孔ф10.5×25（螺纹不改）
<5>
锪60°中心孔，表面精糙度0.8
60°锪钻
检查
13
钳
<1>
锥孔内塞入攻丝套
<2>
攻M12–6H内螺纹至尺寸
14
研
研中心孔Ra0.8
15
外磨
工件装夹于二顶尖间
<1>
精磨φ40及φ35φ25外圆至尺寸
<2>
磨M30×1.5 M30×1.5左螺纹大径至30
<3>
半精磨ф30js5二处至ф30
<4>
精磨1:
5锥度至尺寸,用涂色法检查按触面大于85%
1:
5环规
16
磨
工件装夹二顶尖间，磨螺纹
<1>
磨M30×1.5–6g左螺纹至尺寸
M33×1.5左环规
<2>
磨M30×1.5–6g螺纹至尺寸
M33×1.5环规
17
研
精研中心孔Ra0.4
18
外磨
精磨、工件装夹于二顶尖间
M1432A
精磨2-φ30
至尺寸,注意形位公差
19
内磨
工件装在V型夹具中，以1–ф30外圆为基准，精磨莫氏3号内锥孔（卸堵，以2–ф30js5外圆定位），涂色检查接触面大于80%,注意技术要求“1”“2”
MG1432A
检查
20
普
清洗涂防锈油，入库工件垂直吊挂
该轴类零件加工过程中几点说明：
1．采用了二中心孔为定位基准，符合前述的基准重合及基准统一原则。
2．该零件先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以二中心孔为定位基准粗车外圆，又以粗车外圆为定位基准加工锥孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。
3号莫氏圆锥精度要求很高。
因此，需用V型夹具以2－ф30js5外圆为定位基准达到形位公差要求。
车内锥时，一端用卡爪夹住，一端搭中心架，亦是以外圆作为精基准。
3．半精加工、精加工外圆时，采用了锥堵，以锥堵中心孔作为精加工该轴外圆面的定位基准。
对锥堵要求：
①锥堵具有较高精度，保证锥堵的锥面与其顶尖孔有较高同轴度。
②锥堵安装后不宜更换，以减少重复安装引起的安装误差。
③锥堵外径靠近轴端处须制有外螺纹，以方便取卸锥堵。
4．主轴用20Cr低碳合金钢渗碳淬硬，对工件不需要淬硬部分发（M30×1.5－6g左、M30×1.5－6g、M12－6H、M6－6H）表面留2.5－3mm去碳层。
5.螺纹因淬火后，在车床上无法加工，如先车好螺纹后再淬火，会使螺纹产生变形。
因此，螺纹一般不允许淬硬，所以在工件中的螺纹部分的直径和长度上必需留去碳层。
对于内螺纹，在孔口也应留出3mm去碳层。
6.为保证中心孔精度，工件中心孔也不允许淬硬，为此，毛坯总长放长6mm。
7.为保证工件外圆的磨削精度，热处理后须安排研磨中心孔的工序，并要求达到较细的表面粗糙度。
外圆磨削时，影响工件的圆度主要是由于二顶尖孔的同轴度，及顶尖孔的圆度误差。
8.为消除磨削应力，粗磨后安排低温时效工序（烘）。
9.要获高精度外圆，磨削时应分粗磨、半精磨、精磨工序。
精磨安排在高精度磨床上加工。
1.2定位基准和装夹方式的确定
工件的定位基准有各种形式，如平面，外圆柱面，圆孔，圆锥面，型面等等。
对于这些基准表面可以用各种不同的方法实现定位。
（1）工件以平面为定位基准常用支撑钉或支撑板作定位元件来实现定位。
1）工件以未经机械加工的平面定位，一般采用三点定位方式。
2）工件以已经机械加工的平面为定位基准平面时因其加工后误差较小，可以直接放在平面上定位。
3）工件以平面定位时用的定位元件通常称为支撑件。
（2）工件以外圆柱面定位常见的定位方式及定位件如下：
1）工件在圆柱孔中定位时，定位件通常作成定位衬套，镶在夹具体上，有时也可在夹具体上直接作出定位孔。
定位时把工件的定位基准面放入定位孔中即可实现定位。
2）用V形块定位。
V形块是由两个互成a角的平面组成的定位元件，用V形块定位装卸工件方便，并且在垂直的方向上误差等于0，因此适用于加工对称性要求较高的工件。
（3）工件以孔定位（是指工件的定位基准为内圆柱面的情况），常用的定位方式有圆柱销定位或心轴定位，锥销定位及自动定心装置。
随着批量的不同，加工精度要求的不同，工件大小的不同，工件的装夹方法也不同。
1.直接找正装夹此法是用划针和百分表或目测直接在机床上找正工件位置的装夹方法。
这种方法的生产效率低，对人工的技术水平要求高，所以一般用于单件小批量生产中。
2.划线找正装夹此法是在毛胚上线划出中心线，对称线及各待加工表面的加工线。
然后按照划好的线找正工件在机床上的位置。
对于形状复杂的工件，常常需要经过几次划线。
由于划线既费时，又需要技术水平高的划线工，划线找正的定位精度也不高，所以划线找正装夹只用于批量不大，形状复杂笨重的工件，或毛胚的尺寸公差很大，无法采用夹具装夹的工件。
3.专用夹具装夹专用夹具是根据工件某一工序的具体情况而专门设计，制造的。
利用其上的定位元件和夹紧机构可以迅速，准确地装夹工件。
用夹具装夹工件广泛用于成批大量生产。
1.3确定加工路线
设计好数控加工刀具进给路线是编制合理加工程序的条件之一。
另外在数控加工中要经常注意并防止刀具在运动中与工件，夹具等发生意外的碰撞，因此机床操作者要了解刀具运动路线（如从那里下刀，从那里抬刀等），了解并计划好夹紧位置及控制夹紧元件的高度，以避免碰撞事故发生。
1.4所用刀具的选择
与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。
尤其在刀具的刚性及耐用方面较传统加工更为严格。
因为刀具若刚性不好，会影响生产效率的提高，在加工中极易出现打刀的事故，也会降低加工精度。
若刀具耐用度差，则需经常换刀，对刀，从而增加服务时间，并且容易在工件轮廓上留下接刀痕迹，影响工件表面质量。
此外，还要求刀具精度高，尺寸稳定，安装调整方便。
所以刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，要注意对工件的结构及工艺性认真分析，综合机床加工能力，工件材料及工序内容等综合考虑。
在确定好刀具之后，要把刀具名称，规格，代号和该刀具所要加工的部位记录下来，并填入有关的工艺卡，供编程时适用。
1.刀具材料及刀片选择当代所使用的金属切削刀具材料主要有五类：
高速钢，硬质合金，陶瓷，立方氮化硼，聚晶金刚石。
1）根据数控加工对刀具的要求，选择刀具材料的一般原则是尽可能选用硬质合金刀具。
将切削用硬质合金按用途分为P,K,M三类。
P类主要用于加工钢件，包括铸件;
K类主要用于加工铸铁，有色金属和非金属材料；
M类用于加工钢，铸铁及有色金属。
2）陶瓷刀具不仅用于加工各种铸铁和不同钢料，也适用于加工有色金属和非金属材料。
使用陶瓷刀片，无论什么情况下都要使用负前角，为了不易崩刃，必要时可将刃口倒钝。
陶瓷刀具用于下列情况效果欠佳：
1）短零件的加工；2）冲击大的断续切削和重切削；3）铍，镁，铝和镁等的单质材料及其合金的加工（易产生亲合力，导致切削刃剥落或崩刃）。
3）金刚石和立方氮化硼都属于超硬刀具材料，它们可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙度值小。
4）从刀具的结构应用方面，数控加工应尽可能采用镶块式机夹可转位刀片以减少刀具耐磨损后的更换和预调时间。
5）选用涂层刀具以提高耐磨性和耐用度。
2.铣刀的选择选择铣刀时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。
1）粗铣平面时，因切削力大，故宜选较小直径的铣刀，以减小切削扭矩；精铣时，可选大直径铣刀，并尽量包容工件加工面的宽度，以提高效率和加工表面质量。
2）对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀，环形铣刀，鼓形刀，锥形刀和盘形刀。
3）曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。
4）加工平面零件周边轮廓（内凹或外凸轮廓），常采用立铣刀；加工凸台，凹槽时，可选用高速钢立铣刀；加工毛胚表面时可选镶硬质合金的玉米铣刀。
3.孔加工刀具的选择
1）数控钻孔一般无钻模，钻孔刚度差，应使砖头直径D满足了L/D《5（L为钻孔深度）。
钻大孔时，可采用刚度较大的硬质合金扁钻；钻浅孔时宜采用硬质合金的浅孔钻，以提高效率和加工质量。
2）应选用大直径钻头或中心钻先锪一个内堆坑，作为钻头切入时的定心锥面，再用钻头钻孔，所锪的内锥面也是孔口的倒角，有硬皮时，可用硬质合金铣刀先铣曲孔口表皮，再锪锥孔和钻孔。
3）精铰孔可采用浮动铰刀，但铰前孔口要倒角。
4）镗孔一般是悬臂加工，应尽量的采用对称的两刃或两刃以上的镗刀头进行切削，以平衡径向力，减轻镗削振动。
对阶梯孔的镗削加工采用组合镗刀，以提高镗削效率。
精镗宜采用微调镗刀。
选择镗刀主偏角接近90°，大于75°，精加工采用正切削刃（正前角）刀片，粗加工采用负——正切削刃刀片。
5）镗孔加工除刀片与刀具选择，主要的问题是镗杆的刚度，应尽可能选择较粗（接近镗孔直径）的刀杆，尽可能选短的刀杆臂，以防止或消除振动，当刀杆臂小于4倍刀杆直径时可用钢制刀杆，加工要求较高的孔时最好选用硬质合金制刀杆。
当刀杆臂大于4~~7倍刀杆直径时，小孔用硬质合金制刀杆，大孔用减震刀杆。
当刀杆臂为7~~10倍的刀杆直径时，需采用减震刀杆。
此外，在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定时进行选刀和换刀工作。
因此必须有一套连接普通刀具的刀柄或接杆，以便使钻，镗，，扩，铰，铣削等工序用的标准刀具，迅速，标准地装到机床主轴或刀库上。
2切削参数的确定
2.1切削用量的选择
数控加工切削用量包括主轴转速n（切削速度），背吃刀量ap和进给量f（或进给速度vf）。
其确定原则与普通机械加工相似。
对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。
合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高生产率为为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率，经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书，参考切削用量手册，并结合经验而定。
2.2背吃刀量的选择
确定背吃刀量ap（mm）主要根据机床，夹具，刀具和工件的刚度来决定。
在刚度允许的情况下，ap相当于加工余量，应以最少的进给次数切除这一加工余量，最好一次切净余量，以提高生产效率。
为了保证加工精度和表面粗糙度，一般都要留一点余量最后精加工。
在数控机床上，精加工余量可小于普通机床。
2.3主轴转速的确定
主要根据允许的切削速度vc（m/min）选取
N=1000vc/D
其中vc——切削速度；
D——工件或刀具的直径（mm）
切削速度高，也可能提高生产率，但是应先考虑尽可能采用大的背吃刀量来提高生产率。
因为切削速度与刀具耐用度关系密切，随着vc的加大，刀具耐用度将急剧降低，故vc的选择主要取决于刀具耐用度。
主轴转速n要根据计算值在编程中给予规定。
有的数控机床控制面板上备有转速倍率开关，由操作随时调整具体的主轴转速。
2.4进给速度的确定
f是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。
当加工精度要求高，表面粗糙度值要求低时，进给量数值应选择小些。
最大进给量则受机床刚度和进给系统性能限制，并与脉冲当量有关。
一般数控机床进给量是连续变化的，各档进给量可在一定范围内进行无级调整，也可在加工过程中根据控制面板上的进给速度倍率开关由操作者设定。
在选择进给速度时，还要注意零件加工中的某些特殊因素。
例如轮廓加工中，应考虑由于惯性或工艺系统的变形而造成轮廓拐角处的“超程”或“欠程”。
解决的办法是选择变化的进给速度。
编程时，在接近拐角前适当降低进给速度，过拐角后再逐渐增速。
3工艺文件
3.1工序的确定
1.按定位方式划分工序这种方法一般适合加工内容不多的工件，加工完后就能达到待检状态。
通常是以一次安装，加工作为一道工序。
2.按所用刀具划分工序有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但为了减少换刀次数，压缩空间时间，可按刀具集中工序的方法加工工件，在一次安装中尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换一把刀加工其它部位。
即以同一把刀加工的内容划分工序。
3.按粗，精加工划分工序考虑工件的加工精度，精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工后精加工。
此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。
一般来说，在一次安装中不允许将工件的某一表面粗，精加工不分地加工至精度要求后，再加工工件的其它表面。
4.按加工部位划分工序有些零件加工内容很多，构成零件轮廓的表面结构差异较大。
可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形，外形，曲面或平面等。
综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数以及生产组织状况等实际情况灵活掌握。
3.2加工工序卡的制定
数控加工工序卡与普通加工工序卡很相似，也表述了加工工艺内容。
同时还要反映使用的辅具，刃具切削参数，切削液等，它是操作人员配合数控程序程序进行数控加工的主要指导性工艺资料。
工序卡应按已确定的工步顺序填写。
若在数控机床上只加工零件的一个工步时，也可不填工序卡。
在工序加工内容不十分复杂时，可把零件草图反映在工序卡上，并注明编程原点与对刀点等，例如：
加工工序卡片
xxx机械厂
数控加工工序卡片
产品名称代号
零件名称
零件图号
js
0102-4
工艺序号
程序编号
夹具名称
编号
使用设备
车间
1
镗胎
工
步
号
工步作业内容
加
工
面
刀
具
号
规格
转速（r/min）
进给
量mm/r
切削
深度
备注
1
钻中心孔φ2
铰刀
150
1
2
2
车端面
外圆刀
90度
600
2
2
3
钻中心孔5B
4
5
6
7
8
9
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4．典型零件工艺及编程
4.1零件图
4.2零件图样分析
图示工件主要由圆弧、圆锥、螺纹、内孔等形状构成，是一个典型的综合型零件，最大外圆￠48mm尺寸要求较高，整体表面粗糙度要求较高Ra1.6um，圆弧弧度要求为0.02mm。
无公差要求的长度尺寸，可按一般0.2公差加工。
4.3零件加工工艺分析
工件右端有圆弧、锥度和螺纹，难以装夹，所以先加工好左端内孔和外圆再加工右端。
加工左端时，先完成内孔各项尺寸的加工，再精加工外圆尺寸。
调头装夹时要找正左右端的同轴度。
右端加工时，先完成圆弧和锥度的加工，再进行螺纹加工。
弧度和锥度都有相应的要求，再加工锥度和圆弧时，一定要进行刀尖半径补偿才能保证其要求。
该工件装夹采用标准的三爪卡盘，但加工右端时，要用铜皮或者C型套包住左端加工表面，防止卡爪夹伤表面。
4.4切削用量的选择
刀具号
刀具名称
背吃刀量
转速
进给率
T0101
外圆车刀（粗）
2
500
0.2
外圆车刀（精）
0.1
1000
0.08
T0202
切槽刀
350
0.1
T0303
外螺纹刀
800
T0404
内孔镗刀（粗）
2
500
0.15
内孔镗刀（精）
0.1
1000
0.08
4.5数控加工步骤
加工步骤如下：
1手工钻孔24底孔，欲切除内孔余量
2粗车左端端面和外圆，留精加工余量
3粗镗内孔，留加工余量
4精镗内孔，到达图纸各项要求；
5精车左端各表面，达到图纸要求，重点保证48外圆尺寸；
6调头装夹，找正夹紧；
7粗车右端外圆表面，留精加工余量
8精车右端锥度和圆弧表面，螺纹大径车小0.2，其余加工达到图纸尺寸和形位公差要求；
9车螺纹退刀槽并完成槽口倒角；
10螺纹粗、精加工达图纸要求；
11去毛倒刺，检测工件各项尺寸要求。
4．6数控加工程序的编制
工件左端程序
程序号
加工程序
程序是说明
O0711
程序名
N20
G28U0W0
刀具回换刀点
N30
T0101
换1号外圆刀,导入该刀具刀补
N40
M08
切削液开
N5O
M03S500
主轴正转，转速500
N60
G00X55.0Z0.0
快速进刀
N70
G01X25.0F0.1
平端面
N80
G00X55.0Z2.0
快速退刀
N90
G90X48.4Z-40.0
用外径切削固定循环粗加工48外圆
N100
G01X44.4Z0.0
进刀
N110
X48.4Z-2.0
倒角粗加工
N120
G00Z2.0
退刀
N130
M03S1000F0.8
换精加工转速及进给率
N140
N150
N160
N170
N180
N190
N200
N210
N220
N230
N240
N250
N260
N270
N280
N290
N300
N310
G00X44.0
G01Z0.0
X48.0Z-2.0
Z-40.0
X51.0
G28U0W0
T0404
G41GOOX24.0Z2.0
G71U2.0R1.0
G71P240Q280U-0.1F-0.15
G01X38.0
Z0.0
X28.0Z-20.0
Z-30.0
X25.0
M03S1000F0.08
G70P170Q210
G40G28U0W0
快速到达精加工起刀位置
开始精加工
倒角
精加工48的外圆
退刀
回换刀点
换内孔镗刀
快速定位到循环起点
粗加工内轮廓
内轮廓起点
精加工轮廓描述
升级会员 