数控专业毕业设计异形螺纹轴的加工工艺设计及编程综述Word文档下载推荐.docx
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3.用于传递较大力矩，能满足抗扭要求。
三、主要参考文献
[1]．机械加工设备与工装[2]．数控加工工艺
[3]．数控加工编程与操作[4]．机械制图[5]数控加工工艺与装备
[6]．机械制造基础[7]．公差配合与测量技术
系部审核意见
签名：
年月日
四川职业技术学院毕业设计中期检查表
系：
机械工程系专业：
数控专业填表日期：
2013年 月 日
毕业设计（论文）题目：
异形螺纹轴的加工工艺设计及编程
学号
班级
导师姓名
郑旭
教研室
数控教研室
起止时间
年月日至年月日
地点
校内
校外
文献、资料检索阅读：
篇；
是否具备独立查阅文献资料的能力 。
开题完成情况：
好（ ） 较好（ ） 一般（ ） 差（ ） 未完成（ ）
学习态度:
好（ ） 较好（ ） 一般（ ） 差（ ）
出勤情况：
出勤记载是否详实 ；
请假次数：
，缺席次数：
。
毕业设计（论文）的进度（与任务书进度相对照）：
正常（ ） 过快（ ） 偏慢（ ）
中期检查综合评价：
存在问题和改进措施：
中期检查结论：
好（ ） 较好（ ） 一般（ ） 差（ ）
注：
1．本表由教师填写，交系保存备查；
2．本表仅供参考，各系根据检查需要，可对检查内容进行必要的调整。
教研室主任：
学生毕业设计答辩情况记载表
答辩小组成员
姓名
专业技术职务或职称
所属单位或部门
本人签字
祝林
副教授
机械系
李进东
讲师
陈德航
刘帅
助教
答辩时间
2013.8.5
记录人
郑浩
答辩小组提出的主要问题及学生回答问题情况
组组长签名：
毕业设计（论文）综合评定表
姓名
郑旭
职称
学号
部门
指导教师评语
指导教师：
答辩小组评语
总评成绩：
答辩小组负责人：
前言
在机械加工工艺教学中，机械制造专业及数控技术专业都要学习数控车床操作技术。
了解相关的工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性；
在讲授数控知识的同时，学生要掌握基本的机械加工工艺，增强系统知识，理解动手操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成适应各工作环境和岗位的多面手。
数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、两句的识读和使用、刃具的刃磨使用、基准定位等。
本设计以切削用量的选择，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，分别进行加工工艺方案分析，机床的选择，夹具加工路线的确定和程序的编制，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过程中，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，合理的选用定位夹紧方式，是的零件加工方便、定位基准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。
最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。
附录：
A4零件图
1抄画零件图
技术要求：
1、不允许用纱布、锉刀等修整表面.
2、外观表面无缺陷.
3、锐边倒钝.
4、粗加工后进行调质处理.
2零件工艺分析
2.1零件结构分析
该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧、螺纹及孔等表面组成。
其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；
球面SΦ48mm、圆弧R9、R8等有控制球面形状和圆弧形状（线轮廓）的误差。
2.2零件图分析
1）零件精度及技术要求分析
对被加工零件的精度及技术要求进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，只有在分析零件精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方案、进给路线、刀具及切削用量等进行正确合理的选择。
零件的技术要求分析主要是指零件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度等的分析。
零件的这些要求应在保证零件使用性能的前提下经济合理。
过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高。
此零件的技术要求如下表：
检测表面
尺寸精度
形状精度
备注
基本尺寸
公差
公差等级
圆柱度
表面粗糙度
Φ52外圆
52
0.03
IT7
0.05
1.6
长度33
33
0.04
IT8
3.2
Φ35外圆
35
Φ28内孔
28
零件总长
145
0.16
2）尺寸标注方法分析
对于数控加工来说，零件图上应以同一基准引注或尺寸或直接给出坐标尺寸。
这就是坐标标注法。
这种尺寸标注法即便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准与编程原点设置的统一。
零件图上的尺寸标注方法有局部分散标注法、集中标注法和坐标标注法等。
所以，结合零件图分析零件图的尺寸标注，此零件在数控车床上加工，以同一基准标注，即坐标标注法。
这种标注方法即利于编程，也利于设计基准、工艺基准与编程原点的统一。
3）零件材料分析
选择零件材料时，在保证零件要求的前提下考虑零件加工成本，应选用廉价的加工材料，此零件主要是螺纹连接，无特殊的功能；
45钢能满足其零件的使用功能，况且45钢成本价格比较低。
4）零件轮廓的几何要素分析
在手工编程时要计算构成零件轮廓的每一个节点坐标，在自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分、正确。
由于设计等多方面的原因，可能在图样上出现构成加工轮廓的条件不充分，尺寸模糊不清及多余等缺陷，有时所给条件又过于苛刻或自相矛盾，增加了编程工作的难度，有时甚至无法编程。
因此，当审查与分析图样时，一定要仔细认真，发现问题应及时与零件设计者协调解决
所以，该零件的每一个节点坐标都在图纸上明确表示，圆柱度、尺寸精度以及表面粗糙度清晰明了。
故该零件轮廓的几何要素表达清晰完整。
2.3加工难点及处理方案
分析零件图可知，此零件的夹持部位短，右端的球面、圆弧以及3个槽是加工的难点，为了提高加工的顺利及保证零件的精度要求，采用以下加工：
1 为了满足零件图上的几个尺寸精度要求，在编程的时候应采用零件图上给定值的中间值。
2 此零件图上的零件轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工———精加工的加工方案，并且在精加工的时候应把进给值调小，主轴的转速也相应提高。
3 零件图中的球面和R8、R9圆弧是相互相切的，况且该零件的装夹部位短，因此是加工的难点，在刀具选择时要特别注意刀具的副偏角。
应作图分析作为选择刀具的依据。
4 工件左端在加工的时候，为防止装夹表面夹坏，故采用三爪卡盘+铜片装夹，同时背吃刀量也要适当降低。
所以，采用以上的加工难点处理方案，可以保证在加工零件的尺寸、形状的精度和粗糙度要求，加工的产品能满足要求。
3零件毛坯的设计及性能分析
选材的一般原则首先是满足使用性能的前提下，在考虑工艺性能和经济性。
使用性原则是指所选的材料制成零件后在正常情况下所应具备的性能要求，它是保证零件的设计能实现、安全耐用的必要条件，是选材的最主要的原则。
材料的使用性能包括力学性能、物力和化学性能等。
根据零件图的规定的材料及机械性能选择毛坯，45钢为最常用中碳钢，综合力学性能良好价格低廉，淬透性低，水淬时易生裂纹。
根据其力学性能要求较低可选圆柱型材，根据零件的工作条件、材料、结构特点三者综合考虑，对毛坯应增加一些热处理提高强度和硬度。
3.1零件毛坯种类
毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少、材料消耗越少，因此机械加工的生产效率提高，成本降低，但是毛坯的制造费用提高了，所以确定毛坯时应考虑零件的材料、力学性能、生产类型、零件的结构形状和尺寸外形等因素。
常用的毛坯种类有：
铸件
形状复杂或尺寸较大的毛坯宜采用铸造方法，铸件的材料一般为铸铁（常用的有灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）、铸钢、铜及铝合金，其中以灰口铸铁和铸钢最常用。
目前生产中以砂型铸造为主，在精度要求和生产效率较高的场合，可采用金属型铸造和压力铸造，对于一些尺寸较小、精度较高的特殊形状铸件可采用溶模铸造、离心铸造等特种铸造
锻件
加工余量小、精度高、性能好的毛坯宜采用锻造方法，锻造的材料一般为碳钢及合金钢。
常用的锻造方法有自由端和模锻。
自由锻锻件精度低，加工余量大，生产效率低，适用于单件小批生产及大型锻件；
模锻精度高，加工余量小，生产效率高，适用于产量较大的中小型锻件。
型材
型材有热轧和冷轧两类，热轧型材尺寸较大、精度较低，多用于一般零件的毛坯；
冷拉型材尺寸较小、精度较高，多用于精度要求高的中小型零件。
④焊接件
焊接件通过电焊、气焊、氩弧焊等焊接方式制造毛坯。
焊接会造成零件的变形和切削加工困难通常需通过时效热处理解决，一般用于大型零件的单件小批量生产中
⑤其他毛坯
其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。
根据上面分析我选择的是型材。
3.2毛坯尺寸的设计
毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象，毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及刀具的消耗，工时定额计算有很大影响。
确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：
首先选取毛坯的加工余量和毛坯公差；
其次将毛坯加工余量曡加在零件相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与公差，其余要求是：
减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。
因此毛坯要求接近成品形状，以减少机械加工的余量。
根据该零件的特征和形状，以及考虑到该零件为中批量生产，因此在选择毛坯时应该考虑到经济性，尽可能的减少加工余量，节约成本。
综合考虑，选择该零件的毛坯为Φ55×
147mm。
3.345#钢性能分析
轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。
精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。
这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。
与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。
在轴的设计中，首先要选择合适的材料。
轴的材料常采用碳素钢和合金钢。
碳素钢有35、45、50等优质中碳钢。
它们具有较高综合机械性能，因此应用较多，特别是45号钢应用最为广泛。
为了改善碳素钢的机械性能，应进行正火或调质处理。
不重要或受力较小的轴，可采用Q237，Q275等普通碳素钢。
合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
例如采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性；
汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温机械性能，常采用27Cr2Mo1V、38CrMoA1A等合金结构钢。
值得注意的是：
钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响甚小。
该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。
工件材料的可切削性能。
强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。
所以选择45钢为该轴类零件的材料。
45钢的化学成分中含C0.42%～0.50%，Si0.17%～0.37%，Mn0.50～0.80%，P≤0.035%，S≤0.035%，Cr≤0.25%，N≤0.25%,Cu≤0.25%.45钢在进行冷加工时硬度要求，热轧钢，压痕直径不小于3.9，布氏硬度不小于241HB，退火钢压痕直径不小于4.4，布氏硬度不小于207HB，45钢的机械性能：
δs≥335Mpa，δb≥600Mpa，∮≥40％，A≥47J。
45钢相对切削性硬质合金刀具1.0，高速钢刀具1.0，45钢经济合理对加工刀具的要求也合理，45钢用途广泛，主要是用来制造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。
根据以上数据适合该轴的加工。
因此该零件的加工材料为45#钢是能满足使用要求的。
4选择定位基准和装夹方式
4.1定位基准的确定
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。
本节先建立一些有关基准和定位的概念，然后再着重讨论定位基准选择的原则。
基准及其分类
零件都是由若干表面组成，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。
模具零件表面间的相对位置要求包括两方面：
表面间的距离尺寸精度和相对位置精度（如同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等）要求。
研究零件表面间的相对位置关系离不开基准，不明确基准就无法确定零件表面的位置。
基准就其一般意义来讲，就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。
基准按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。
●设计基准:
在零件图上用以确定其他点、线、面的基准，称为设计基准。
●工艺基准:
零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。
工艺基准按用途不同，又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。
a.工序基准：
是在工序图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。
b.定位基准：
是在加工中确定工件位置所用的基准。
c.测量基准：
是在测量工件的形状、位置和尺寸误差时所采用的基准。
d.装配基准：
是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。
精基准的选择
在最终工序和中间工序中，应采用已加工的表面定位，这种定位基面称为精基准。
精基准的选择不仅影响工件的加工质量，而且与工件安装是否方便可靠也有很大关系。
选择精基准的原则如下：
a.基准重合原则。
应尽可能选用加工表面的设计基准作为精基准，避免基准不重合造成的定位误差。
b.基准统一原则。
当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位。
采用统一基准能用同一组基面加工大多数表面，有利于保证各表面的相互位置要求，避免基准转换带来的误差，而且简化了夹具的设计和制造，缩短了生产准备周期。
c.自为基准原则。
对于某些精度要求很高的表面，在精加工和光整加工工序中要求加工余量小而均匀，以保证表面加工的质量并提高生产效率。
此时，应选择加工表面本身作为精基准，而该加工表面与其他表面之间的位置精度，则用先行工序保证。
d.互为基准原则。
对于有位置精度要求较高的表面，采用互为基准反复加工，更有利于精度的保证。
e.便于装夹原则。
所选择的精基准应保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便。
粗基准的选择
在起始工序中，工件只能选择未经加工的毛坯表面定位，这种定位表面称为粗基准。
粗基准选择得好坏，对以后各加工表面加工余量的分配，以及工件上加工表面和非加工表面间的相对位置均有很大的影响。
因此，必须重视粗基准的选择。
选择粗基准时要为后续工序提供必要的定位基面。
具体选择时应考虑下列原则：
●具有非加工表面的工件，为保证非加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般应择非加工表面为粗基准。
若工件有几个非加工表面，则粗基准应选位置精度要求较高者，以达到壁厚均匀、外形对称等要求。
●具有较多加工表面的工件在选择粗基准时，应按下述原则合理分配各加工表面的加余量：
a.应保证各加工表面都有足够的加工余量。
为保证此项要求，粗基准应选择毛坯上加余量最小的表面。
b.对于某些重要的表面（如滑道和重要的内孔等），应尽可能使其加工余均匀，加工余量要求尽可能小些，以便获得硬度和耐磨性更好且均匀的表面；
c.使工件上各工表面的金属切除余量最小。
为了保证该项要求，应选择工件上加工面积较大、形状比较杂、加工劳动量较大的表面为粗基准。
③粗基准应避免重复使用。
一般情况下，同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次，否则因重复使用所产生定位误差，会引起相应加工表面间出现较大的位置误差。
④粗基准的表面应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以使工件定位靠，夹紧方便。
所以，零件的定位基准选择为：
加工左端时夹紧右端毛坯外圆柱的表面为粗基准；
加工右端时选择ф52圆柱面为精基准自定心加工。
4.2工件的装夹方式
为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面，在机械加工前，必须使工件在机床上相对于工具占据某一正确的位置。
通常把这个过程称为工件的“定位”。
工件定位后，由于在加工中受到切削力、重力等的作用，还应采用一定的机构将工件“夹紧”，使其确定的位置保持不变。
工件从“定位”到“夹紧”的整个过程，统称为“安装”。
轴类零件装夹方式
●用外圆表面定位装夹
对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。
一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。
●一夹一顶定位装夹
对于工件长度伸出较长，重量较重，端部刚性较差的工件，可采用一夹一顶装夹进行加工。
利用三爪或四爪卡盘夹住工件一端，另一端用后顶尖顶住，形成一夹一顶装夹结构。
●两顶尖定位装夹
用于加工较长或必侦经多道工序加工才能完成的轴类工件。
用两顶尖装夹工件，是以轴类零件中心线作为定位基准，可多次审复使用，装夹方便，个需要校正。
们且定价精度很高，但地夹的必须先在工件的两端加工出合适的中心孔。
主要用于精度要求高的轴类工件精车阶段。
两顶尖装夹轴类零件时顶尖分为前顶尖和后顶尖。
使用两顶尖装夹一般都会用到鸡心夹头。
●用各种堵头或拉杆心轴定位装夹
加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工
件。
小锥孔时常用堵头；
大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴。
轴类零件夹具选择
数控车床上零件安装方法与普通车床一样，要尽量选用已有的通用夹具装夹，且应注意减少装夹次数，尽量做到在一次装夹中能把零件上所有要加工表面都加工出来。
零件定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。
●三爪卡盘
三爪卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，工件安装后一般不需要校正。
但若工件较长工件离卡盘较远部分的旋转中心不一定与车床主轴旋转中心重合，这时工件就需要校正。
如三爪卡盘使用时间较长而精度下降后，工件的加工部位精度较高时，也需要进行校正。
三爪卡盘装夹工件方便，省时，但夹紧力较小，所以适用于装夹外形铰规则的中小型零件。
三爪自动定心卡盘规格有：
150mm、200mm、250mm。
●四爪卡盘
四爪卡盘的四个卡爪各自独立运动，因此工件安装后必须将工件的旋转中心校正到与车床主轴的旋转中心重合，才能车削。
四爪卡盘校正工件比较麻烦，但夹紧力较大，所以使用于安装大型或不规则的工件。
●专用卡爪
专用卡爪可按零件的定位表面不同分为硬性卡爪（简称硬爪）与软性卡爪（简称软爪）两种。
a.硬爪——硬爪是按零件的定位表面外形不同而设计的专用卡爪，常用W、眄或20号钢渗碳，经淬火制成，其硬度一般达HRC5055，适用于以毛坯表面或粗基面的定位的零件。
在一般情况下，硬爪使用时不需要加工，必要时可修磨。
b.软爪——软爪适用于已加工表面作为定位夹紧，可以获得较高的定位加工精度，因此使用范围较广。
软爪常用低碳钢、铝合金、铜合金及夹布胶木等软性材料制成，一般安装在两爪卡盘或三爪卡盘上，按零件已加工表面配置定位表面。
若零件更换，只要将软爪按更换零件的表面再次配置即可使用。
●心轴
心轴是一种以已加工好的孔作为定位基准的夹具。
下面介绍轴套类零件常用的几种典型心轴。
圆柱面心轴——适宜于多种零件的加工（如薄圆片、短套等）。
采用零件已加工好的圆柱孔定位，并用螺母夹紧。
心轴用45号钢制成。
心轴必须两端中心孔保持同轴。
●螺纹套
螺纹套——适宜于多种零件的加工（如短轴、夹齿部位少的螺纹轴等）。
采用零件已加工好的外螺纹定位，并将螺纹套与要加工的螺纹轴旋紧。
螺纹套用45#钢制成。
所以结合零件分析，我选用夹具为三爪卡盘软爪装夹，已加工表面时包铜片以保护已加工表面。
就可以满足加工要求。
5工装的选择
5.1机床的选择
机床的选择原理
数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。
根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。
选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零件。
其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。
选择加工机床一般要考虑到机床的结构、载重、功率、行程和精度，还应依据加工零件的材料状态、技术状态要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床。
选择数控机床时，还应考虑以下几个方面：
.数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。
即小的工件应当选择小规格的机床加工，而大的工件则选择大规格的机床加工，做到设备的合理使用。
.机床结构取决于机床规格尺寸、加工工件的重
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