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宝鸡技术学院预备技师
宝鸡技术学院
预备技师专业论文
题目：
典型轴类零件数控加工工艺设计
姓名：
赵文龙
职业：
数控机床操作与维修
鉴定等级：
预备技师
单位：
西电陕西陕开电气集团有限公司
2010年11月2日
典型轴类零件数控加工工艺设计
摘要
随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
而对于数控加工，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的道具，确定切削用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需做一些处理。
并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的产品。
本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，道具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。
通过整个工艺的过程制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。
关键词：
工艺分析、加工方案、进给路线、控制尺寸
1.前言
本文以切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，道具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。
在整个工艺过程的设计工程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位加紧方式，使得零件的加工方便、定位精准、刚性好，合理选用道具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、道具消耗最低。
2.工艺方案分析
2.1零件图
图1-1典型轴类零件图（详见附录）
零件技术要求：
1锐角倒钝；
2未注形位公差应符合GB1184-80的要求；
3未注长度尺寸运供需偏差±0.2mm；
4.不准使用锉刀、纱布进行修魔工件表面。
2.2零件图分析
该零件表面由圆柱、圆弧、圆锥、槽、螺纹、内孔等表面组成。
选用毛培为45#钢，Φ50×130mm，无热处理和硬度要求。
2.3确定加工方法
加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。
由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。
考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，采用数控车床。
2.4分析图样尺寸
考虑到采用数控车床，在图样中有几个点的坐标值要加以确定如图1-2所示：
需要确定的坐标有a点、b点、c点。
在确定三点坐标之前，先确定工件坐标系。
暂时以工件的右端面回转中心为工件坐标系的坐标原点o。
图1-2
A点的计算z值-13，x值23（半径值）
B点的计算z值（13+L1），x值13
L1值的计算：
462-132=L12L1=18.973
B点z值=（13+L1）=13+18.9763=31.973
B点坐标Z-31.973,X13
C点的计算Z值-42，X值（23-L2）
L2值的计算：
cos10。
=28/L2L2=28/10。
=4.9365
C点z值=46-2×4.965=36.127
C点坐标Z-42,X36.127
根据加工零件的外形和材料等条件，选用法兰克数控机床。
2.5确定加工方案
零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。
对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方案是不够的，还应正确地确定从毛培到最终成形的加工方案。
装夹毛坯2/1处车夹位，平两端面打一端中心孔，一夹一顶装夹
留100mm。
一次粗精车右端外部轮廓，可保证同轴度要求，但是对刀具要求较高，既要有足够强度，刀具角度有不能干涉加工。
详见刀具安排。
切槽，保证3mm正0.04公差，切槽深度依次渐深，有加工难度，保证切槽刀刀宽3mm正0.02。
钻孔φ30×25粗精车内孔。
掉头装夹夹住φ46外圆，垫铜皮装夹。
粗精车左端φ39外圆及螺纹外径，倒角。
粗精车螺纹。
检查尺寸，完成加工。
该典型轴加工顺序为：
预备加工——车两端面——钻中心孔——一夹一顶装夹——粗精车右端轮廓——切槽——钻孔——车孔——工件掉头——车端面——粗车左端轮廓——粗车螺纹——精车螺纹
3.工件的装夹
3.1定位基准的选择
在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。
定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。
合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。
3.2定位基准选择的原则
1）基准重合原则。
为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。
2）便于装夹的原则。
所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。
3）便于对刀的原则。
批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。
3.3确定零件的定位基准
以左右端大端面为定位基准。
3.4装夹方式的选择
为了工件不至于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保证正确的位置，需将工件压紧夹牢。
合理的选择加紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。
3.5数控车床常用的装夹方式
1）在三爪自定心卡盘上装夹。
三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。
该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。
2）在两顶尖之间装夹。
对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。
该装夹方式适用于多序加工或精加工。
3）用卡盘和顶尖装夹。
当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。
这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。
4）用心轴装夹。
当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。
这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。
3.6确定合理的装夹方式
综上所述，要完成零件的加工合理的装夹方式应为：
加工右端时选用一夹一顶装夹，以保证同轴度要求。
加工左端时采用三爪自定心卡盘装夹。
4.加工工艺
4.1典型轴类零件加工工艺
（1）确定加工顺序及进给路线加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。
（2）选择刀具
1）车端面：
45度车刀。
2）粗、精车外圆：
90度外圆车刀。
粗、精车圆球左端φ26深槽：
25。
尖刀（如图所示1-3）
A粗车尖刀b精车尖刀
图1-3
3）车槽：
切槽刀。
（如图所示1-4）
图1-4
4）钻头φ30
5）镗孔：
90度镗孔刀
6）车螺纹：
60度外螺纹开刀。
刀具的装夹方式确定，以传统四方刀架为例。
（如图所示1-5）
图1-5A图1-5b图1-5c图1-5A：
右端外轮廓粗精加工装刀示意图；
图1-5b：
右端镗孔刀装刀示意图；
图1-5c：
左端螺纹端装刀示意图。
（3）选择切削用量
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是：
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥道具切削性能，保证合理的道具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
切削用量选择
主轴转速s/（r/min）
进给量f/（mm/r）
背吃刀量ap/mm
粗车外圆
650
0.3
0.3
精车外圆
800
0.05
0.15
粗车螺纹
650
2
切槽
450
0.05
5数控加工刀具卡片
刀具卡片
产品名称或代号
零件名称
典型轴
零件图号
序号
道具号
道具规格名称
数量
备注
1
T01
90度车刀
1
粗、精车圆柱面
2
T02
25度车刀
粗车右圆球面φ26
WT15
3
T03
25度车刀
1
精车右圆球面φ26
WT30
4
T04
车槽刀
1
切槽
3mm
5
T05
镗孔刀
1
镗孔
90°
6
T03
60度外螺纹车刀
1
加工螺纹
数控加工工艺卡
单位名称
产品名称或代号
零件名称
零件图号
典型轴
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
01111
三爪卡盘顶尖
法兰克
数控车间
公布号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
1
粗车φ46
TO1
90度刀
650
0.1
自动
002
O0002
三爪卡盘顶尖
法兰克
数控车间
公布号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
1
粗车圆球外轮廓
TO2
25度尖刀
650
0.2
0.5
自动
2
精车圆球外轮廓
TO3
25度尖刀
800
0.15
0.25
自动
003
O0003
三爪卡盘顶尖
法兰克
数控车间
公布号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
粗精车锥面
TO1
90度偏刀
800
90度刀
自动
004
O0004
三爪卡盘顶尖
法兰克
数控车间
公布号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
切槽
TO4
切槽刀
450
0.05
自动
005
O0005
三爪卡盘顶尖
法兰克
数控车间
公布号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
镗孔
T04
镗孔
650
0.2
1
自动
006
O0006
三爪卡盘顶尖
法兰克
数控车间
公布号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
螺纹端大径
TO1
90度刀
650
0.15
1
自动
007
O0007
三爪卡盘顶尖
法兰克
数控车间
公布号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
备注
粗精车螺纹
TO3
60度刀
650
0.1
2
自动
5.3加工坐标系设置
（1）建立工件坐标系
（2）试切法对刀
在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀位点在工件坐标系中的位置，即通常说的对刀问题。
在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。
将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的道具将工件端面车一刀，然后保持道具在纵向（z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。
当取工件右端面0为工件原点时，对刀输入为ZO，如图3-4（a）用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持道具在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4（b）根据长度和直径，既确定刀具在工件坐标系中的位置。
其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。
图1-6（a）z轴方向对刀
程序单
O0001粗车φ47粗车右端圆球。
（一夹一顶）
S650MO3
G99G00X200Z5T0101MO8；
X52Z2;
G90X47Z-92;
GO1X43.5Z0F0.5;
G03X47Z-13R23F0.2;
G02X42Z0R23F0.2;
G01X38.94;
G03X47Z-13R23F0.2M09;
G00X200Z5;
M30;
加工简图1
O0002粗精车左圆球。
（一夹一顶装夹）
S500M03;
G99G00X200Z5T0202M08;
X52Z-13;
G73U9W0R10;（固定形状粗车循环）
G73P1Q2U1W0F0.2;U（X方向余量）W（Z方向余量）
N01G00X46.5Z-13.5;
G03X26Z-33R24F0.15;
G01Z-41.9
N02G00X46;
G00X200Z5M05;
M00;
S800M03T0303;
G00X47ZOM08;
G01X37.94F0.3
G03X46Z-13R23F0.15;
X26Z-31.973R23;
G01Z-42;
X50F0.3M09;
GOOX200Z2;
;M30;
加工简图2
O0003粗精加工锥度（一夹一顶装夹）
S650M03;
G99G00X200Z5T0101M08;
X50Z-41.5;
G90X47.1Z-70R-1.5F0.3;
R-3
R-4.5;
R-5;
G00X50Z-41S800M03;
M08;
G01X36.127Z-42F0.5;
X46Z-70F0.2;
Z-92F0.15;
G00X50M09;
X200Z2;
M30;
加工简图3
O0004切槽
S450M03;
G99G00X200Z5T0404M08;
X50Z-49;
G01X47Z-49F0.2;
M98030041;
G00X150Z2M09;
M30;
子程序
O0041;
G01X31.98F0.1;
X48F0.5;
W-8F0.5;
M99;
O0005镗孔
S650M03;
G99G00X50Z150T0404M08;
X28Z5;
G90X32Z-20F0.2;
X33;
G00X36Z5S750M03
M09;
G01Z0F0.3;
X34Z-1F0.15;
Z-20;
G00X29M09;
Z150;
M30;
O0006左端φ39螺纹大径
S650M03;
G99G00X100Z100TO1O1M08;
X52Z2;
G90X47Z-36F0.3;
X44;
X42;
X40;
G01X35Z0F0.5M08;
S800M03;
X39Z-2F0.1;
Z-36F0.15;
X47F0.3;
G00Z2M05;
M00;
G00X38.7M03;
G01Z-26F0.1;
GOOX47M09;
X100Z100;
M30;
O0007螺纹
S650M03;
G99G00X40Z150T0303;
X40Z5;
G92X38Z-26F2;
X37.5
X36.8;
X36.6;
G00Z150;
M30;
6.致谢词
本论文在张银权、巨瑞波老师的悉心指导和严格要求下已完成。
并经过实地验证，切实可行，在学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。
在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
不积跬步何以至千里，本毕业论文能够顺利的完成，也是平时不断学习，不断积累的结果，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。
7.参考文献
（1）华茂发.数控机床加工工艺［M］.北京：
机械工业出版社，2000年
（2）邹新宇.数控编程［N］.清华大学出版社，2006年
（3）余英良，数控加工编程及操作［M］.北京：
高等教育出版社，2004年第一版。
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