轴类零件加工工艺规程及编程Word文件下载.docx
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本文主要论述了普通轴加工工艺，有工艺分析定位基准的选择，加工阶段，机械加工工艺过程，轴的材料及热处理和检验等
第一章概述
机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。
通常，毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。
一个相同结构相同要求的机器零件，可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最经济、最合理的。
在现有的生产条件下，如何采用经济有效的加工方法，合理地安排加工工艺路线以获得符合产品要求的零件，最重要的就是要编制出零件的工艺规程。
1.1典型轴类零件的加工工艺：
1.1.1轴类零件的功用、结构特点
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。
它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。
按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。
它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。
轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。
根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。
轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间[1]。
本论文所加工的零件——典型轴类零件则属于阶梯轴。
一、轴类零件加工工艺规程注意点:
轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。
一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。
1）粗基准选择：
有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。
对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。
且选择平整光滑表面，让开浇口处。
选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。
2）精基准选择：
要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。
符合基准统一原则。
尽可能在多数工序中用同一个定位基准。
尽可能使定位基准与测量基准重合。
选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。
工艺规程制订得是否合理，直接影响工件的质量、劳动生产率和经济效益。
一个零件可以用几种不同的加工方法制造，但在一定的条件下，只有某一种方法是较合理的。
二、轴类零件加工的技术要求:
尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；
另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6~IT9。
几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。
其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。
该典型轴类零件长度为145mm，螺纹大径为30mm、长度为25mm，外圆锥面的锥度为20o、长度为29mm，圆弧总长为57mm、半径分别有24mm/9mm/8mm，所镗的孔直径为28mm、长度为26mm。
相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。
该典型轴类零件外圆相互位置精度为0.02～0.04之间，圆的径向跳动为0.02，端面与轴心线保持垂直，两端端面要保持平行。
孔的表面与外表面也应保持平行。
◆表面粗糙度:
轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。
该典型轴类零件的直径为52mm的外圆、外圆锥度及孔的内表面的粗糙度均为1.6，其它位置的粗糙度为3.2。
在加工该轴类零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工零件表面轮廓时，必须保证0.5mm的精加工余量，必要时需使用刀偏表，对刀具进给时进行误差的控制，有效地减小误差，方能确定该零件在加工精度方面的各种要求。
1.1.3轴类零件加工的工艺路线
外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。
①粗车—半精车—精车
对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。
②粗车—半精车—粗磨—精磨
对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。
③粗车—半精车—精车—金刚石车
对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。
④粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工
◆对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。
◆对于本文所加工的典型轴类零件，将采用“粗车—精车”的车削方式，即分别对本零件的两个端面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤进行粗加工和精加工。
1.2数控车床概述
1.2.1数控车床特点
数控车床与其他类型的车床相比有下列特点：
1）通用性强，生产率高，加工精度高且稳定，操作者劳动强度低。
2）适合于复杂零件的加工。
3）换批调整方便，适合于多种中小批柔性自动化生产。
4）便于实现信息流自动化，在数控车床基础上，可实现CIMS（计算机集成制造系统）。
1.2.2工作内容
根据零件图要求，工作人员进行数控编程，输入到数控车床数控系统；
将零件原料按规定要求放置在预定位置上；
等数控车床自动生产出产品后，使用测量检测仪器，对有精度误差的产品进行误差补偿；
日常的车床维护和保养及常用故障排除。
1.2.3本零件的加工所用机床型号、特点及数控系
CNC6140D：
该车床可以实现轴类、盘类的内外表面，锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔加工，也可以实现非圆曲线加工。
本零件将采用FANUC系统进行加工：
主要特点
FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点。
1.3镗孔工艺：
根据工件的加工要求，可选择三种镗削方案。
◆在一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的切除，镗孔后再倒角。
为了不影响生产节拍，两把粗、精切镗刀需同时工作。
由于是在镗杆上钻孔及攻丝，进一步削弱了镗杆的刚性及强度。
而镗削余量的不均匀分布使得切削力很大，两把镗刀同时工作使机床功率不足，因此不可避免地要引起切削振动，无法满足工件加工精度和表面粗糙度要求。
◆在同一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的去除：
其中任何两把刀都不得同时工作。
采用该方案虽然可降低切削力，但镗杆长度增加了两倍，造成镗杆刚性不足；
同时单件加工工时也增加了一倍，保证不了生产节拍。
◆安排两台机床，即增加一台半精镗床来分担余量的精加工。
该方案虽可解决问题，但工件加工成本太高。
◆对于本零件中的孔，将采用镗刀对其进行加工，并安排粗、精镗来分担余量的切除，镗孔后再倒角。
1.4螺纹加工工艺
1.4.1普通螺纹的尺寸分析
数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸，普通螺纹加工所需的尺寸计算分析主要包括以下两个方面：
◆螺纹加工前工件直径
考虑螺纹加工牙型的膨胀量，螺纹加工前工件直径D/d－0.1P，即螺纹大径减0.1螺距，一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。
◆螺纹加工进刀量
螺纹加进刀量可以参考螺纹底径，即螺纹刀最终进刀位置。
螺纹小径为：
大径－２倍牙高；
牙高=0.54P（P为螺距）
螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。
1.4.2普通螺纹的编程加工
在目前的数控车床中，螺纹切削一般有三种加工方法：
G32直进式切削方法、G76斜进式切削方法和G82直进式切削方法，由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。
我们在操作使用上要仔细分析，争取加工出精度高的零件。
◆G32直进式切削方法，由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。
在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；
但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。
由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；
由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。
◆G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。
但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。
因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。
由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。
在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用G76加工方法进行粗车，然后用G32加工方法精车。
但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。
◆G82直进式切削方法，螺纹切削循环同G32螺纹切削一样，在进给保持状态下，该循环在完成全部动作之后再停止动作。
螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施，当螺纹牙顶未尖时，增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大，增大量视材料塑性而定，当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小，根据这一特点要正确对待螺纹的切入量，防止报废。
本零件中螺纹的切削加工就采用G82直螺纹切削循环加工的方法，并且使用粗车与精车结合切削方式（精加工余量为0.5mm），须先倒角后车螺纹。
1.5分析加工对象（零件图样）
在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。
对于数控车削加工应考虑以下几方面：
1.5.1构成零件轮廓的几何条件
在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；
在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。
因此在分析零件图时应注意：
◆零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成；
◆零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；
◆零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。
◆零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。
1.5.2尺寸精度要求
分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。
在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。
在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。
1.5.3形状和位置精度的要求
零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。
加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。
1.5.4表面粗糙度要求
表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。
1.5.5材料与热处理要求
零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切削用量的依据。
第2章工艺过程卡/加工工序卡
2.1数控加工工艺内容的选择
一、在选择时，一般可按下列顺序考虑：
（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择的内容；
（2）通用机床难加工，质量也难保证的内容应作为重点选择的内容；
（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。
◆工艺规程是指导施工的技术文件。
一般包括以下内容：
零件加工的工艺路线，各工序的具体加工内容，切削用量、工时定额以及所采用的设备和工艺装备等。
◆工艺规程的主要内容
1）产品特征，质量标准。
2）原材料、辅助原料特征及用于生产应符合的质量标准。
3）生产工艺流程。
4）主要工艺技术条件、半成品质量标准。
5）生产工艺主要工作要点。
6）主要技术经济指标和成品质量指标的检查项目及次数。
7）工艺技术指标的检查项目及次数。
8）专用器材特征及质量标准[6]。
2.2工艺过程
在生产过程中，那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。
它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。
而为保证工艺过程正常进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维修等则属于辅助过程。
在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程[6]。
为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。
它们是工序、安装、工位、工步和走刀。
其中工序是工艺过程中的基本单元。
零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。
在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，每一个工步可能包括一个或几个走刀。
◆工序 一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。
划分工序的依据是工作地点是否变化和工作过程是否连续。
例如，在车床上加工一批轴，既可以对每一根轴连续地进行粗加工和精加工，也可以先对整批轴进行粗加工，然后再依次对它们进行精加工。
在第一种情形下，加工只包括一个工序；
而在第二种情形下，由于加工过程的连续性中断，虽然加工是在同一台机床上进行的，但却成为两个工序。
工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。
本论文中所加工的典型轴类零件将分五个工序来完成整个加工过程。
◆安装 在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。
有时，工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。
在数控车床上加工本零件将采用卡盘进行装夹，在加工必要时将采用钻头进行辅助加工。
◆工位 采用转位（或移位）夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工，工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。
简单来说，工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容，称为工位。
为了减少因多次装夹而带来的装夹误差和时间损失，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工。
◆工步 在加工表面不变，加工工具不变的条件下，所连续完成的那一部分工序内容称为工步。
生产中也常称为“进给”。
整个工艺过程由若干个工序组成。
每一个工序可包括一个工步或几个工步。
每一个工步通常包括一个工作行程，也可包括几个工作行程。
为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个加工表面的工步，称为复合工步，也可以看作一个工步，例如，组合钻床加工多孔箱体孔。
◆走刀 加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。
例如轴类零件如果要切去的金属层很厚，则需分几次切削，这时每切削一次就称为一次走刀。
因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成一次进给运动称为一次走刀。
2.3加工工序的划分
数控加工工序的划分一般可按下列方法进行。
（1）刀具集中分序法就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。
在用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。
这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。
（2）以加工部位分序法对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。
一般先加工平面、定位面，后加工孔；
先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；
先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。
（3）以粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。
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，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。
另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。
而本文中的零件则需采用第二种方法，即“以加工部位分序法”，该零件由螺纹、圆锥、槽、圆弧、镗孔五部分组成，分别用不同的加工刀具，所以用这种分序法最为合适。
运用编制加工工艺过程卡与工序卡的方式来叙述本零件的加工，显得简易明了，通俗易懂，是数控加工本零件的必然要求。
2-1编制工艺过程卡
现代制造技术系
机械加工
工艺卡
产品
名称
图号
零件名称
典型轴类零件
共1页
第1页
毛坯种类
圆钢
材料牌号
45号钢
毛坯尺寸
＆55mm*100mm
序号
工种
工步
工艺内容
备注
工具
夹具
刀具
量具
1
下料
55x100
卡盘
游标卡尺、千分尺
2
车
床
车端面、外圆、倒角
粗车一端面、外圆、倒角
中
心
钻
卡
盘
外圆刀
3
精车一端面、外圆、倒角
4
车圆锥
粗车圆锥
外圆车刀
5
精车圆锥
6
车螺纹
粗车螺纹
螺纹刀
7
精车螺纹
8
车槽
粗车车槽
切槽刀
9
精车车槽
10
圆弧插补
粗车圆弧
尖刀
11
精车圆弧
12
镗孔
镗孔（粗车）
镗刀
13
镗孔（精车）
2.5切削用量的确定
2.5.1背吃刀量ap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。
当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.1～0.5㎜。
本零件属于典型轴类零件，其中包含了螺纹、圆锥、切槽、圆弧、镗孔等工艺内容，其背吃刀量分别为：
粗加工表面为1.5、精加工表面为0.1，加工圆锥、切槽及圆弧的背吃刀量与加工表面时一样，粗镗孔为1.25、精镗孔为0.25,螺纹则为：
粗车1.25、精车0.1。
2.5.2进给量f（有些数控机床用进给速度Vf）
进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。
在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000㎜/min以下）。
在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。
当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。
粗车时，一般取f=0.3～0.8㎜/r，精车时常取f=0.1～0.3㎜/r，切断时f=0.05～0.2㎜/r。
本论文中加工该典型轴类零件采用的进给量为：
粗加工表面（圆锥、圆弧、切槽等）为0.14、精加工表面为0.04，粗镗孔为0.09、精镗孔为0.04，螺纹粗车为0.08、螺纹精车为0.03。
2.5主轴转速的确定
（1）光车外圆时主轴转速
光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
加工本零件时的主轴转速为：
粗加工时500、精加工时800。
（2）车螺纹时主轴的转速
在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。
大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为：
n≤（1200/P）－k
（2-1）
式中
P——被加工螺纹螺距，㎜；
k——保险系数，一般取为80。
加工该典型轴类零件时的主轴转速为：
粗车时500、精车时800。
第3章加工路线图
3.1刀具加工进给路线的确定
（1）合理安排“回零”路线在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”（即返回对刀点）指令，使其全都返回到对刀点位置，然后再进行后续程序。
这样会增加走刀路线的距离，从而大大降低生产效率。
因此，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足走刀路线为最短的要求。
（2）切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。
在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼
（3）图3-1为粗车工件时几种不同切削进给路线的安排示例。
其中，图3-1（a）表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀“沿着工件轮廓”进行走刀的路线；
图3-1（b）为利用其程序循环功能安排的“三角形”走刀路线；
图3-1（c）为利用其矩形循环功能而安排
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