轴套类零件设计及其数控车加工程序编制Word格式.docx

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轮盘类零件：

轮盘类零件的直径大于长度，轮盘类零件的加工表面多是端面，端面的轮廓也可以是直线、斜线、圆弧、曲线或端面螺纹、锥面螺纹等。

其他类零件：

数控车床与普通车床一样．装上特殊卡盘就可以加工偏心轴或在箱体、板材上加工孔或圆柱。

（2）数控车床加工的主要对象

数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。

由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补，还有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插朴功能以及在加工过程中能自动变速等特点，因此其工艺范围较普通车床宽得多。

针对数控车床的特点，下列几种零件最适合数控车削加工。

①精度要求高的回转体零件：

由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，蹦及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿。

所以能加工尺寸精度要求较高的零件，在有些场合可以车代磨。

此外，数控车削的刀具运动是通过高精度捕补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚陛好和制造精度高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。

对于圆弧以及其他曲线轮廓．加工出的形状与图纸上所要求的几何形状的接近程度比用仿形车床要高得多。

对于精度要求高的零件用普通车床车削时，因机床制造精度低，工件装夹次数多，而达不到要求，只能在车削后用磨削或其他方法弥补。

若采用液压半自动车床和液压仿形车床加丁，需多次装夹，会造成较大的壁厚差，达不到图纸要求。

若采用数控车床加工一次装夹即可完成滚道和内孔的车削，壁厚差大为减小，而且加工质量稳串。

②表面粗糙度要求高的回转体零件：

在材质、精车余量和刀具已选定的情况下，表面粗糙度取奂于进给量和切削速度。

数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度值小而均匀的零件。

在普通车床上车削锥面和端面时．由于转速恒定不变，致使车削后的表面粗糙度不一致。

使用数控车床的恒线速切削功能，就可选用晟佳线速度来切削锥面和端面，使车削后的表面粗糙度值既小又一致。

数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。

粗糙度值要求大的部位选用大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。

③轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件：

由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲面插补功能，所以可以车削由任意直线和平面曲线组成的形状复杂的回转体零件。

难于控制尺寸的零件如具有封闭内腔的成型面，“口小肚大”，在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上很容易加工出来。

④带特殊螺纹的回转体零件：

普通车床所能车削的螺纹相当有限，它只能车等导程的直锥面公英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干种导程的螺纹。

数控车床不但能车削任何等导程的直锥面螺纹和端面螺纹，而且能车增导程、减导程及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹，还可以车高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圊弧蜗杆）和端面（盘形）螺旋零件等。

数控车床还可以配备精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质台金成型刀具以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高，表面粗糙度小。

程序编制、机床的加工教率和零件的加工精度都有重要影响。

因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细地制订好零件的数控车削加工工艺。

其主要内容有分析零件图纸、确定工件在车床上的装夹方式、各表面的加工顺序和刀具的进给路线以削用量的选择等。

及刀具、夹具和切

1.零件的分析

如图1.1所示为轴套零件三维模型图，图1.2所示为轴套二维零件图（图中有不清晰之处请参加CAD图），试制定出该零件的加工工艺方案，编制其数控加工程序，并对程序进行仿真加工。

图1.2零件三维图

图1.1零件二维图

1.1零件的尺寸标注分析

零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。

在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既要满足设计要求，又要便于加工、测量。

关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。

该零件图说标注的尺寸均完整，符合国家要求，位置准确，表达清楚。

1.2零件的几何要素分析

从图1.1分析得知，该零件的结构主要由圆柱面、圆弧面、圆锥面、螺纹头、螺纹孔、槽等特征组成，这些特征在普通车床上难以完成，需要在数控车上加工。

1.3零件的技术要求分析

该零件的尺寸精度要求有：

尺寸Ф52

的尺寸精度等级为IT7级、尺寸Ф35

的尺寸精度等级为IT7级、尺寸Ф36

的尺寸精度等级为IT10级、尺寸Ф20

的尺寸精度等级为IT7级、尺寸SФ50

的尺寸精度等级为IT8-9级、尺寸3-4

的尺寸精度等级为IT9级、尺寸3-3

的尺寸精度等级为IT9级，其余未注尺寸精度公差按IT12进行控制。

各轴段的位置精度有：

145

的精度为IT10级、73

的精度等级为IT9-10级、30

的精度等级为IT8-9级、26

的精度等级为IT9-10级、20

的精度等级为IT9-10级、19

的精度等级为IT9-10级。

表面粗糙度要求有：

Ф35

外圆、SФ50

圆弧面、20°

与45°

圆锥面、Ф20

内孔的表面粗糙度为Ra1.6um，其余未注表面粗糙度为Ra3.2um。

综上所述，该零件的加工精度较高，应设计比较合理的加工方案，选择合适的刀具，合适的切削参数等等。

2.毛坯及夹具的确定

2.1毛坯的确定

2.1.1常见的毛坯种类

（1）铸件

铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。

其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。

（2）锻件

锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。

其锻造方法有自由锻和模锻两种。

（3）型材

型材有热轧和冷拉两种。

热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；

冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。

（4）焊接件

焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件。

（5）冷冲压件

冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。

2.1.2毛坯选择时应考虑的因素

（1）零件的材料及机械性能要求

零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。

（2）零件的结构形状与外形尺寸

（3）生产纲领的大小

（4）现有生产条件

（5）充分利用新工艺、新材料

为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用。

2.1.3毛坯的确定

综合考虑，根据以上因素及零件的技术要求，确定该零件的毛坯为棒料，其尺寸为Ф55×

155mm，材料为45钢。

2.2夹具的选择

2.2.1数控车床工装夹具的概念

（1）数控车床夹具的定义和分类

在数控车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具。

车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。

通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的夹具，例如车床上的三爪卡盘、四爪卡盘、弹簧卡套和通用心轴等；

专用夹具是专门为加工某一特定工件的某一工序而设计的夹具。

（2）夹具作用

在数控车削加工过程中，夹具是用来装夹被加工工件的，因此必须保证被加工工件的定位精度，并尽可能做到装卸方便、快捷。

选择夹具时应优先考虑通用夹具。

使用通用夹具无法装夹、或者不能保证被加工工件与加工工序的定位精度时，才采用专用夹具。

专用夹具的定位精度较高，成本也较高。

专用夹具的作用为：

1）保证产品质量

2）提高加工效率

3）解决车床加工中的特殊装夹问题

4）扩大机床的使用范围

使用专用夹具可以完成非轴套、非轮盘类零件的孔、轴、槽和螺纹等的加工，可扩大机床的使用范围。

2.2.2零件基准与加工定位基准

（1）基准

1）设计基准

设计基准是设计工件时采用的基准。

例如轴套类和轮盘类零件的中心线。

轴套类和轮盘类零件都是属于回转体类，通常将径向设计基准设置在回转体轴线上，将轴向设计基准设置在工件的某一端面或几何中心处。

2）加工定位基准

加工定位基准即在加工中工件装夹定位时的基准。

数控车床加工轴套类及轮类零件的加工定位基准只能是被加工件的外圆表面、内圆表面或零件端面中心孔。

3）测量基准

被加工工件各项精度测量和检测时的基准。

机械加工工件的精度要求包括尺寸精度、形状精度和位置精度。

尺寸误差可使长度测量量具检测；

形状误差和位置误差要借助测量夹具和量具来完成。

在数控车削加工中尽量使得工件的定位基准与设计基准重合。

尽量使工件的加工基准和工件的定位基准与工件的设计基准重合，是保证工件加工精度的重要前提条件。

（2）数控车床定位基准的选择

定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工件定位面的选择。

在数控车削加工中，较短轴类零件的定位方式通常采用一端外圆固定，即用三爪卡盘、四爪卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面，此定位方式对工件的悬伸长度有一定限制，工件悬伸过长会在切削过程中产生变形，工件悬伸过长还会增大加工误差甚至掉活。

对于切削长度较长的轴类零件可以采用一夹一顶，或采用两顶尖定位。

在装夹方式允许的条件下，零件的轴向定位面尽量选择几何精度较高的表面。

2.2.3常见的夹具

（1）圆周定位夹具

在数控车削加工中，粗加工、半精加工的精度要求不高时，可利用工件或毛坯的外圆表面定位。

1）三爪卡盘

三爪卡盘是最常用的车床也是数控车床的通用卡具。

三爪卡盘最大的优点是可以自动定心。

它的夹持范围大，但定心精度不高，不适合于零件同轴度要求高时的二次装夹。

三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。

液压卡盘装夹迅速、方便，但夹持范围小，尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。

数控车床经常采用液压卡盘，液压卡盘特别适用于批量加工。

2）软爪

由于三爪卡盘定心精度不高，当加工同轴度要求较高的工件、或者进行工件的二次装夹时，常使用软爪。

通常三爪卡盘的卡爪要进行热过处理，硬度较高，很难用常用刀具切削。

软爪是改变上述不足而设计制造的一种具有切削性能的夹爪。

加工软爪时要注意以下几方面的问题：

①.软爪要在与使用时相同的夹紧状态下进行车削，以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差。

车削软爪内定位表而时，要在软爪尾部夹一适当的圆盘，以消除卡盘端面螺纹的间隙。

②.当被加工件以外圆定位时，软爪夹持直径应比工件外圆直径略小。

其目的是增加软爪与工件的接触面积。

软爪内径大于工件外径时，会造成软爪与工件形成三点接触,此种情况下夹紧牢固度较差，所以应尽量避免。

当软爪内径过小时，会形成软爪与工件的六点接触，不仅会在被加工表面留下压痕，而且软爪接触面也会变形。

这在实际使用中都应该尽量避免。

软爪有机械式和液压式两种。

软爪常用于加工同轴度要求较高的工件的二次装夹。

3）卡盘加顶尖

在车削质量较大的工件时，一般工件的一端用卡盘夹持，另一端用后顶尖支撑。

为了防止工件由于切削力的作用而产生的轴向位移，必须在卡盘内装一限位支撑，或者利用工件的台阶面进行限位。

此种装夹方法比较安全可靠，能够承受较大的轴向切削力，安装刚性好，轴向定位准确，所以在数控车削加工中应用较多。

4）芯轴和弹簧芯轴

当工件用已加工过的孔作为定位基准时，可采用芯轴装夹。

这种装夹方法可以保证工件内外表面的同轴度，适用于批量生产。

芯轴的种类很多。

常见的芯轴有圆柱芯轴、小锥度芯轴，这类芯轴的定心精度不高。

弹簧芯轴（又称涨心芯轴），既能定心，又能夹紧，是一种定心夹紧装置。

5）弹簧夹套

弹簧夹套定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位。

它特别适用于尺寸精度较高、表面质量较好的冷拔圆棒料的夹持。

它夹持工件的内孔是规定的标准系列，并非任意直径的工件都可以进行夹持。

6）四爪卡盘

加工精度要求不高、偏心距较小、零件长度较短的工件时，可以采用四爪卡盘进行装夹，如图3-12所示。

四爪卡盘的四个卡爪是各自独立移动的，通过调整工件夹持部位在车床主轴上的位置，使工件加工表面的回转中心与车床主轴的回转中心重合。

但是，四爪卡盘的找正烦琐费时，一般用于单件小批生产。

四爪卡盘的卡爪有正爪和反爪两种形式。

（2）中心孔定位夹具

1）两顶尖拨盘

两顶尖定位的优点是定心正确可靠，安装方便。

主要用于精度要求较高的零件加工。

顶尖作用是进行工件的定心，并承受工件的重量和切削力。

顶尖分前顶尖和后顶尖。

两顶尖装夹工件时的安装为：

先使用对分夹头或鸡心夹头夹紧工件一端的圆周，再将拨杆旋入三爪卡盘，并使拨杆伸向对分夹头或鸡心夹头的端面。

车床主轴转动时，带动三爪卡盘转动，随之带动拨杆同时转动，由拨杆拨动对分夹头或鸡心夹头，拨动工件随三爪卡盘的转动而转动。

两顶尖只对工件有定心和支撑作用，必须通过对分夹头或鸡心夹头的拨杆带动工件旋转。

使用两顶尖装夹工件时的注意事项：

①.前后顶尖的连线应该与车床主轴中心线同轴，否则会产生不应有的锥度误差。

②.尾座套筒在不与车刀干涉的前提下，应尽量伸出短些，以增加刚性和减小振动。

③.中心孔的形状应正确，表面粗糙度应较好。

④.两顶尖中心孔的配合应该松紧适当。

2）拨动顶尖

车削加工中常用的拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面拨动顶尖两种。

①.内、外拨动顶尖

这种顶尖的锥面带齿，能嵌入工件，拨动件旋转。

②.端面拨动顶尖

这种顶尖种用端面拨爪带动工件旋转，适合装夹工件的直径在ф50mm～ф150mm之间。

（3）其他车削工装夹具

数控车削加工中有时会遇到一些形状复杂和不规则的零件，不能用三爪或四爪卡盘装夹，需要借助其他工装夹具，如花盘、角铁等夹具。

1）花盘

被加工零件回转表面的轴线与基准面相垂直，且表面外形复杂的零件可以装夹在花盘上加工。

2）角铁

被加工零件回转表面的轴线与基准面相平行、且表面外形复杂的零件可以装夹在角铁上加工。

2.2.4夹具的确定

（1）定位基准的选择

粗基准的选择：

选择零件的毛坯外圆为粗基准。

精基准的选择：

以两端面中心孔为精基准。

（2）装夹方式的选择

通过对该零件的分析，确定该零件的装夹在粗车以及车左头时可直接用三爪卡盘装夹；

车右端及中间部位时，由于工件伸出卡盘外的长度较长，故需要选用卡盘加顶尖的方式装夹。

3.刀具的选择

数控车床一般采用机夹可转位刀具，所用的刀具，要求有可靠的断屑性能，足够的耐用，刀片转位后有精确的重复定位精度，刀片要有足够的夹紧可靠性，此外，由于数控车床功率比较大，刚性强，要求刀具寿命较长，质量相对稳定，因此，对刀片材料的要求高，以保证刀具寿命，一般情况下大多使用涂层刀片。

3.1刀具材料的选择

刀片材料要根据零件材料及热处理后的材料性能合理选用。

对与一般低碳钢，低碳低合金钢的加工刀片材料可以选择普通硬质合金或超微粒子硬质合金材料，在国际标准中（ISO），硬质合金通常分为三大类，即K、P、M分别相当与我国国标中的YG、YTYW类。

通常情况下又分别在K、P、M三种代号后附加上01、05、20、40、50等数字进行更进一步细分。

一般来讲数字越小者硬度更高，但韧性降低，数字越大韧性高但硬度降低。

一般情况下K类主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料；

P类主要用于加工普通钢；

M类主要用于加工难加工钢，铸铁及有色金属。

超微粒子硬质合金适合加工不锈钢、高锰高及耐热钢，选用时可结合具体加工工艺参数合理选择。

在数控车削中，为提高刀具寿命，实际应用中大多使用涂层刀具材料。

涂层刀具是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损，耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有硬而不易破损的性能。

涂层的方法分为两大类，一为物质涂层PVD，另为化学涂层CVD，一般来说，物理涂层是在550℃以下将金属和气体离子化后喷涂在工具表面；

而化学涂层则是将各种化合物通过化学反应来沉积在工具上形成表面皮膜，一般普遍采用中温涂层，温度控制在800℃左右。

用于涂层常见的材料有Tic、TiN、TiCN、AI2O3等陶瓷材料，涂层厚度为5?

15um。

由于这些陶瓷材料都具有耐磨损（硬度高），耐化学反应等性能。

所以涂层刀具是数控机床最为广泛使用的刀具类型，从非金属、铝合金、到铸铁钢以及高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钛合金等难加工材料的切削中均可使用，比普通较硬质合金的性能要好，性能价格比较高，是数控机床用刀具材料的首选。

对于普通钢材，优先选择涂层刀片，高速连续切削选用涂层厚度为5—15um多为CVD法制造刀片。

冲击较强的断续切削时，要求涂膜的附着强度以及涂层对工具的韧性不会产生太大的影响，所以选择涂层厚度为2?

3um左右采用PVD涂层的刀片。

对于普通灰铸铁加工来讲，线速度小于300m/min以下宜采用涂层硬质合金，线速度300?

500m/min以内可采用陶瓷刀具。

3.2常用的车刀选用

3.2.1外圆、端面车刀的选用

加工外圆及台阶是刀片的形状有刀尖角为80°

菱形刀片，55°

菱形刀片，圆形刀片，方形刀片，等边三角形刀片和35°

菱形刀片，其标准后角通常有0°

、7°

、11°

、25°

、30°

等几种规格。

主偏角主要有45°

、50°

、60°

、75°

、85°

、90°

、93°

、95°

等形式。

一般情况下加工台阶轴类零件宜采用装有80°

菱形刀片的95°

车刀，这种车刀的特点是前角和副偏角较大，摩擦小，消振散热性好，不易拉毛零件表面，加工外圆或端面都很好用。

粗加工外圆或端面则可采用装80°

菱形刀片的车刀，这时不用80°

刀尖而是用100°

刀尖的菱形刀片，这样不但进一步提高刀尖的强度，而且还提高了刀片的利用率有效提高粗加工时的加工效率。

重切削时应考虑选择圆形刀片，以满足切削要求，提高加工效率。

断屑槽形式选用应结合粗、精加工，切削用量，切削连续性等方面合性选用。

标准刀杆截面通常为矩形、正方形和圆性三种，从成本和使用方便性上考虑，应优先采用正方形截面刀杆，刀杆的标准长度32?

500mm，一般情况下，为提高切削过程的刀具刚度，在能够满足加工需要，又不会与零件其他部位产生干涉的情况下，刀杆长度不宜过长。

刀杆结构还要根据零件加工时的走刀方向，选择左手刀或右手刀。

选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件的结构特点，以避免零件加工时刀具与零件其他部位产生干涉。

刀片主要装夹形式同前所述，采用正方形刀片的刀具具有结构简单，制造工艺好等优点。

80°

---84°

角菱形刀片，刀尖和刀边抗破损的能力最强。

3.2.2孔加工刀具的选用

加工内孔时，最常采用装有80°

车刀或采用装有60°

三角形刀片的91°

车刀。

若加工内孔径比外空径大的台阶孔时宜采用装有55°

菱形刀片的110°

车刀，这样在加工大内径台阶孔时，可避免与零件直径小的内孔发生干涉（图3.1）。

为了防止切削拉毛零件加工表面，刀片断屑槽的选择一定要合理，要求选用槽性较窄有多级断屑槽或点式断屑槽等断屑性能好的刀片。

选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件内孔的结构特点，避免零件加工时刀具与零件发生干涉。

一般情况下，只要不影响排屑，应尽量选择刚性较好的车刀，由于圆形刀杆比方形刀杆截面积大些，刀具刚性好，并且刀尖还能与刀杆轴线在同一平面内，所以应优先选择圆形刀杆加工内孔。

对于一些精度要求高，变形要求小的零件加工，应考虑选用带冷却孔的刀杆，以降低加工过程中的切削热，减少零件变形。

图3.1

3.2.3切槽刀具的选用

标准切槽刀一般分为双刃单面结构、按工艺方法不同主要分为径向、轴向、切断三种类型。

通常情况下，切槽刀大多为成形刀，刀头形状根据零件上槽的形状可分为直切槽刀和圆弧切槽刀也可根据零件需要定做特殊槽型和复合刀具。

在使用切槽刀车削内槽时，为使排屑方便，防止切屑拉毛零件，应充分考虑断屑槽的形状。

切槽刀的刀杆结构形式较多，刀片夹紧形式主要有两种，即自夹式夹紧和螺钉上压式压紧结构。

采用螺钉上压式方式用与大直径零件的切断。

刀片深槽，采用螺钉上压式用于小直径零件的切断。

刀片主要形式有单头刀片和双头可转位刀片，刀杆形式要避免与零件发生干涉，降低振动的前提下，要满足加工质量，确保刚性，降低车削振动、经济实惠。

的原则合理选用。

3.2.4螺纹加工刀具的选用

车螺纹刀片按切削形式可以分为切顶槽型螺纹刀片和非切顶槽螺纹刀片；

按螺纹标准分为米制和英制两种形式，按加工特点可分为内、外螺纹刀片、按螺纹线方向分为正、反螺纹。

刀片结构主要分为两刃单面和三刃单面两种形式。

通常情况下应尽量选用可重磨底面带有120V形定位面的切顶型升刃单面式刀片，为减少切削刀和振动力，刀片应选择正面前角结构，刀片的其他角度要结合上述不同情况区别选用。

螺纹刀杆分方形和圆形截面两种类型，前者价格较低，后者刚性和加工精度较好，刀片与刀杆连接时需要增加力垫，刀杆按照螺纹旋线方向为标准型反向型，一定要根据零件螺纹旋线方向合理选用。

除以上刀具外，在一些特殊的形状车削时，还引用到成型车刀。

3.3该零件加工所用的刀具

根据其结构特性以及刀具的类型，确定该零件所需的刀具如表3-1所示。

表3-1数控车削加工刀具卡

待加工表面

刀具名称

刀具规格

刀具材料

端面

端面车刀

95°

车刀

硬质合金

粗车外圆

外圆车刀

90°

精车外圆

84°

车圆弧面

75°

切外槽

外槽刀

刀宽2.5mm

钻底孔

麻花钻

Ф18mm

高速钢

车内孔

车镗刀

60°

切内槽

内槽刀

刀宽4mm

车内螺纹

内螺纹车刀

4.工艺路线及其工艺卡片

4.1工艺路线的确定

4.1.1表面加工方法的选择

选择表面加工方法时，一般先根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，选定最终加工方法，然后再确定精加工前的准备工序的加工方法，即确定加工方案。

由于获得同一精度和同一粗糙度的方案