典型轴类零件的数控加工工艺编制.docx
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典型轴类零件的数控加工工艺编制
摘要
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。
本次设计就是进行数控加工工艺设计典型轴类零件，主要侧重于该零件的数控加工工艺和编程，包括完成该零件的工艺规程，主要工序工装设计，并绘制零件图、夹具图等。
通过本次毕业设计，对典型轴类零件的设计又有了深的认识。
从而达到了巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。
关键词：
数控技术典型轴类零件加工工艺毕业设计
1.引言
数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代先进制造技术的基础和核心。
数控车床己经成为现代企业的必需品。
随着数控技术的不断成熟和发展及市场日益繁荣，其竞争也越来越激烈，人们对数控车床选择也有了更加广阔的范围，对数控机床技术的掌握也越来越高。
随着社会经济的快速发展，人们对生活用品的要求也越来越高，企业对生产效率也有相应的提高。
数控机床的出现实现了广大人们的这一愿望。
数控车削加工工艺是实现产品设计、保证产品的质量、保证零件的精度，节约能源、降低消耗的重要手段。
是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、技术检测和健全劳动组织的重要依据。
也是企业对高品质、高品种、高水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。
这不但满足了广大消费者的目的，即实现了产品多样化、产品高质量、更新速度快的要求，同时推动了企业的快速发展，提高了企业的生产效率。
数控工艺规程的编制是直接指导产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件，它将直接影响企业产品质量、效益、竞争能力。
本文通过对典型轴类零件数控加工工艺的分析，对零件进行编程加工，给出了对于典型零件数控加工工艺分析的方法，对于提高制造质量、实际生产具有一定的意义。
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，刀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的制定，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。
本人以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平与实际经验有限。
在设计中会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请各位评审老师提出批评和指正。
2.零件分析
2.1毛坯的选择
本节主要对零件毛坯生产类型和如何选择毛坯的种类，跟零件图的尺寸确定毛坯尺寸。
在制订机械加工工艺规程时，正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工工时都有很大的影响。
显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但是毛坯的制造成本就越高，所以应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯，以求得最好的经济效益。
同时在选择时也应考虑一些因素：
（1）零件的材料及机械性能要求
（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
正确选择毛坯制造的方式，可以使整个工艺过程更加经济合理，故应慎重对待。
在通常情况下，主要应以生产类型来确定。
例如，毛坯种类有：
Ф70mm*132mm、Ф65mm*220mm的45钢等。
2.2机床的选择
根据本次设计零件尺寸的大小，精度要求和学校提供的机床等一系列条件，我选择华中世纪星HNC——21T系统数控车床。
数控车床又称数字控制机床，简称NC。
数控机床主要由输入输出装置、计算机数控装置（简称CNC单元）、伺服系统、可编程序控制器（PLC）、位置反馈系统和机床本体等组成。
它可以按事先编制的加工程序对工件进行加工。
数控机床集精密机械、电子技术、信息技术（包括传感检测）、计算机及软件技术和自动控制等技术于一体，具有高效率、高精度、高自动化、和高柔性的特点，是当代制造业的主流装备。
对一个制造企业来说，提高生产能力往往从生产管理、制造工艺、生产设备等方面入手进行技术改造，而这几部分内容又是互为影响和制约的。
在技术改造中对生产设备、数控机床的更新、维修、采购等的选择上必须考虑到要在什么样环境下使用、如何管理、怎样能达到最好的经济效果等问题。
选择制造设备是要为制造某一些产品服务的，选择的设备可能用于产品零件的一部分工序加工、也可能用于全部工序加工。
制造水平的高低首先取决于工艺过程的设计，它将决定用什么方法和手段来加工，从而也决定了对使用设备的基本要求，这也是对生产进行技术组织和管理的依据。
设备选择的基本要求确定后还要根据市场上能提供什么样技术水平的装备来选择，针对大部分中小批量生产的制造企业，选择数控机床来替代旧机床或增强生产能力已是发展趋势。
在选择加工机床的同时，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而定。
选用适宜、经济的数控机床，还要综合考虑以下应素的影响。
（1）机床的类别、规格、性能。
（2）数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围，刀具的配置情况。
（3）数控机床的定位精度和重复定位精度。
（4）零件的定位基准和装夹方式。
（5）机床坐标系和坐标轴的联动情况。
（6）控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿等相关的功能。
数控机床的优点
（1）对零件的适应性强，可加工复杂的零件表面；
（2）加工精度高，加工质量稳定；
（3）生产效率高；
（4）良好的经济效益；
（5）自动化程度高。
数控机床的缺点
（1）价格较高，设备首次投资大；
（2）对操作、维修人员的技术要求较高；
（3）加工复杂形状的零件时，手工编程的工作量大。
数控机床的应用范围
（1）多品种小批量零件；
（2）形状结构复杂的零件；
（3）需要频繁改型的零件；
（4）价格昂贵、不允许报废的零件；
（5）批量较大精度要求高的零件。
3.零件图加工艺分析
3.1零件的工艺分析
3.1.1毛坯设计
选材的一般原则首先是在满足使用性能的前提下，再考虑工艺性能和经济性。
使用性能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，它是能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。
使用性能是指材料在使用条件下所变现出来的性能，它包括物理性能（如密度、磁性、导电性等）、化学性能（如耐腐蚀性、热稳定性等）、力学性能（如强度、塑性、韧性等）；工艺性能是指材料在制造工艺过程中适应加工的性能，随制造工艺不同可分为铸造性、可锻性、焊接性及切削加工性等。
它直接影响零件加工后的工件质量，是选材和制定零件加工工艺路线时必须考虑的因素之一。
根据零件图规定的材料及机械性能选择毛坯，我选择的材料为45钢，45钢为最常用中碳调制钢，综合力学性能良好且价格低廉，淬透低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调制处理，大型件宜采用正火处理，根据其力学性能要求较低选圆柱型材料，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。
通过零件图可知加工的零件为轴类零件。
通过所学知识可知轴类零件的材料一般选择碳素钢、合金钢或铸铁。
根据零件的分析选择45钢。
毛坯尺寸和形状的选择要从机械加工和毛坯制造两方面考虑，毛坯的尺寸越接近成品零件，材料消耗就越少，机械加工的劳动量也就越少，因此会提高机械加工效率，降低成本，但要充分考虑毛坯的制造费用。
该零件毛坯是45钢对其尺寸要求是Ф65*220mm。
3.1.2零件的热处理技术
零件的材料是机械加工行业的重要物质基础，总舵的材料之所以获得广泛应用，是应为它们具备许多优秀性能。
通过适当的热处理，可以充分发挥钢材的潜力，显著提高钢的力学性能，延长零件的使用寿命；还可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，为后续工序做好准备。
45钢为最常用的中碳调质钢，综合性能良好，淬透性的，水淬时易生裂纹。
小件宜采用调质处理，大件宜采用正火处理。
零件的加工都是按一定的工艺路线进行的。
在生产过程中，由于零件选用的毛坯和工艺过程不同，热处理工序会有所增减。
因此，工序位置的安排必须根据具体情况灵活运用。
根据热处理的目的和工序位置不同，可将其分为预先热处理和最终热处理两大类。
预先热处理包括退火、正火等。
其工序位置一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前；或粗加工之后，精加工之前。
正火和退火的作用是消除热加工毛坯的内应力、细化晶粒、调整组织、改善切削加工性，为后面的热处理工序做好组织准备。
最终热处理包括各种淬火+回火、表面热处理及化学热处理。
零件经这类热处理后硬度较高，除可以磨削加工外，一般不适宜其他切削加工，故其工序位置一般安排在半精加工之后，精加工之前。
目的是为了获得良好的综合力学性能，为以后的表面淬火异变形的精密零件的整体淬火做好准备。
3.1.3定位基准的选择原则
工件在夹具中的定位基准选择上遵循基准统一原则，是同一工件进行不同内容的多道工序中，前后工序尽可能采用同一定位基准系统，即各个加工工序间的定位基准尽量统一。
前后工序尽可能采用同一基准可以减少不同定位基准表面较高精度加工的制造工作量。
从保证工件的加工精度的角度而言，不同工序采用统一的定位基准可以避免产生基准转换误差。
加工时是工件的定位基准与本工序的工艺基准尽量重合。
若不能保证定位基准与工序基准重合，会把二者之间的尺寸误差及相应的行位误差带到本工序的定位中来，造成本工序定位误差的不必要扩大。
3.1.4粗、精基准的选择原则
当工件只是毛坯的时候，进行第一道工序加工，这种定位为粗基准定位。
选择粗基准时，主要考虑两个问题：
一是保证加工面都能分配到合理的加工余量；二是保证加工面与非加工面之间的相互位置精度的要求，同时还要为后续工序提供可靠的精准度。
精基准的选择原则：
（1）基准重合原则
（2）基准统一原则
（3）自为基准原则
（4）互为基准原则
（5）保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则
粗基准的选择原则
（1）选择非加工面为基准
（2）合理分配加工余量
（3）粗基准应避免重复使用
（4）选择毛坯上精度较好的表面作粗基准
3.1.5工件的装夹
工件的安装需要遵循一些基本的原则，在数控机床机床上，工件安装的原则与普通机床相同，也要合理地选择定为基准和夹紧方案。
为了提高数控机床的效率，在确定定位基准和夹紧方案的同时应该注意一下两点：
（1）力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一；
（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位夹紧后就能加工出所有的内容；
此次加工采用的是华中世纪星HNC21—T系统数控车床，采用的夹具是三爪卡盘，并且在一次装夹的情况下能加工出所有的内容。
数控加工特点对夹具提出了两个要求：
一是保证夹具的坐标方向与机床等的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸关系。
除此之外，还要考虑以下几点：
（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短准备时间、节省生产费用；
（2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单；
（3）夹具要开敞，加工部位开阔，夹具的定位夹紧机构元件不能影响加工中的送给。
（4）装卸零件要快速、方便、可靠，以缩短准备时间，批量较大时应考虑采用气动或液压夹具、多工位夹具。
此次加工轴类零件，采用的是三爪卡盘，并且批量较小，不需要采用气动或者液压夹具、多工位夹具，三爪卡盘不仅结构简单，而且完全能满足生产的需要
3.1.6加工刀具的选择
切削工具由传统的机械工具实现向高科技产品的飞跃刀具的切削性有显著提高。
在数控车工中数控车床对刀具具有一定的要求，主要体现在以下几个方面；适应高速切削要求；具有良好的切削性能；有高的可靠性；具有较高的尺寸耐用度；高精度；具有可靠断屑及排屑措施；能精确而讯迅速的调整；能自动且快速的换刀；刀具标准化、模块化、通用化及复合化。
刀具的选择是数控加工工序设计的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响到加工质量。
与传统的方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度搞，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，这就要求选用优质材料的刀具，并合理选择刀具的结构和几何参数。
此次加工的是轴类零件，结合零件的实际情况，我们需要车外圆，所以要用到外圆车刀，但是鉴于零件的结构的特殊性，需要用到左偏刀和右偏刀；零件还包括一个退刀槽，所以要用到切槽刀；零件还包括切外螺纹，所以要用到螺纹车刀。
具体的刀具如图。
3.1.7加工顺序及进给路线的确定
加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔、配套加工的原则确定。
因此，应车平面确定基准平面，然后加工内外轮廓及其它平面。
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为走刀路线。
编程时，走刀路线的确定原则主要有以下几点：
（1）走刀路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；
（3）应使走刀路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。
（4）此外，确定走刀路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工等。
我所加工的零件主要是对外表面和螺纹的加工，当加工外表面时，应避免沿零件外轮廓的法向切入，应沿外轮廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入出产生刀具的划痕而影响表面的质量。
保证外轮廓曲线平滑过渡。
3.1.8刀具的选择及切削用量的选择
数控刀具材料：
高速钢、硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、金刚石、立方氮化硼、表面涂层。
选择数控加工刀具是数控加工工艺中心十分重要的内容，直接关系到零件加工的质量和加工效率，选择车刀应与工件材料和表面粗糙度的要求来选择。
加工表面质量一般的零件，用普通车床的刀即可，这样既能达到目的又比较经济。
如果零件表面的粗糙度要求较高则需要用专用的数控刀具。
我所加工的零件主要用菱形外圆车刀、外螺纹刀及切刀。
第一步对毛坯外表面加工时主要用菱形外圆车刀，菱形切刀的主切削刃分布在棱上，副切削刃分布在车刀的端面上。
选择切削用量时，一定要充分考虑切削的各种因素，正确选择切削条件，合理的确定切削用量，这些都可有效提高机械加工质量和产量。
影响切削条件的因素有：
机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件数量；机床的寿命等。
铣削加工切削用量包括进给速度、切削速度、背吃刀量和侧吃刀量，从刀具耐用度出发，切削用量选择原则是：
先选取背吃刀量或侧吃刀量其次在确定进给速度最后确定切削速度。
3.2零件的加工工艺设计
该零件属于典型轴类零件，加工内容包括圆柱面，倒角、内孔、键槽、及螺纹。
零件在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。
预加工包括校正、切断和切端面和钻中心孔。
1、校正：
校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产生的弯曲变形，以保证加工余量均匀及送料装夹的可靠。
校正可在各种压力机上进行。
2、切断：
当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度切断。
3、切端面钻中心孔：
中心孔是轴类零件加工最常用的定位基准面，为保证钻出的中心孔不偏斜，应先切端面后再钻中心孔。
如图1-1所示，该零件属于典型轴类零件，加工内容包括圆柱面，倒角、内孔、键槽、及螺纹。
该零件图尺寸完整，主要尺寸如下：
经查表可知加工精度等级为IT6
经查表可知加工精度等级为IT6
经查表可知加工精度等级为IT7
M24
1.5—6g经查表可知加工精度等级为IT6
M24
1.5—8g经查表可知加工精度等级为IT8
经查表可知加工精度等级为IT6
经查表可知加工精度等级为IT6
其它尺寸的加工精度等级为IT12
槽表面粗糙度为3.2
，其它外圆柱面轮廓表面粗糙度均为0.8
。
根据分析传动轴所有表面都可以加工出来，经济性能良好。
该零件的加工表面大多为回转体加工表面精度最高等级为IT6表面粗糙度为0.8
，采用加工方法有粗车—半精车—精车。
表外圆表面加工方案
加工方法
加工精度等级（IT）
表面粗糙度Ra/
粗车
11~12
50~12.5
半精车
8~10
6.3~3.2
。
精车
6~7
0.8~0.4
但该零件存在键槽，精度等级为IT8表面粗糙度为3.2
。
采用加工方法有粗铣—半精铣。
⒈编制传动轴机械加工过程卡，见表1
传动轴的机械加工工艺过程卡
机械加工工艺过程卡
产品名称
零件
名称
零件
图号
材料
毛坯规格
传动轴
C01
45
Ф65*220
工序号
工序名称
工序简要内容
设备
工艺装备
工时
5
下料
Ф65*220
锯床
10
车
车各表面
CK6140
三爪卡盘、外圆车刀、切槽刀、螺纹车刀。
15
钳
去毛刺
钳工台
20
检验
编制
XXX
审核
XXX
第1页
表—1
⒉编制数控加工工序卡，见表2、表3、表4。
传动轴的数控加工工序卡
数控加工
工序卡
产品名称
零件名称
零件图号
传动轴
C01
工序号
程序
编号
材料
数量
夹具名称
使用设备
车间
10
O0001
45
1
三爪卡盘
CK6140
数控加工
工步号
工步
内容
切削用量
刀具
量具
V
（m/min）
n
（r/min）
F
（mm/r）
（mm）
编号
名称
编号
名称
1
车端面
60
800
0.4
2
T0101
外圆车刀
1
游标卡尺
2
粗、半精车外圆
60
800
0.4
2
T0101
外圆车刀
1
游标卡尺
3
精车外圆
100
1200
0.2
0.2
T0101
外圆车刀
1
游标卡尺
4
车退刀槽
400
T0202
切槽刀
1
游标卡尺
5
车螺纹
300
T0303
螺纹刀
1
游标卡尺
编制
XXX
审核
XXX
批准
共1页
第1页
表2
传动轴的数控加工工序卡
数控加工
工序卡
产品名称
零件名称
零件图号
传动轴
C01
工序号
程序
编号
材料
数量
夹具名称
使用设备
车间
11
O0002
45
1
抬口钳
XH713A
加工中心
工步号
工步
内容
铣削用量
刀具
量具
V
（m/min）
n
（r/min）
F
（mm/r）
（mm）
编号
名称
编号
名称
1
铣键槽
600
500
0.2
T0101
立铣刀
1
游标
卡尺
编制
XXX
审核
XXX
批准
共1页
第1页
表3
传动轴刀具调整卡
产品名称或代号
零件名称
传动轴
零件图号
C01
序号
刀具号
刀具规
格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
90°硬质合金外圆车刀
1
粗车轮廓
右偏刀
2
T02
右端面外圆车刀
1
精车轮廓
右偏刀
3
T03
高速钢切槽刀
1
切槽
4
T04
外螺纹车刀
1
车削螺纹
表—4
拟定加工工艺路线
①按Ф65*220下料
②车削各表面
③去毛刺
④车螺纹
⑤铣削键槽
⑥去毛刺
⑦检验
刀具选择如下：
外圆车刀T0101:
车端面，粗车、半精车、精车外圆。
切槽刀T0303:
刃宽为3mm切定位槽。
外螺纹车刀T0202:
车螺纹。
平底立铣刀T0101:
铣键槽。
①车端面
②粗车外圆粗车三个台阶，调头粗车另外四个台阶
③热处理调质处理HRC24—38
④半精车半精车台阶面及退刀槽
⑤精车外轮廓
⑥车螺纹车一端M24
1.5—6g调头车另一端M24
1.5—8g
⑦铣键槽
⑧钳去毛刺
制定工艺路线
工序
车削轴的两端面，打中心孔
机床：
采用普通车床加专用夹具
刀具：
YG6硬质合金端车刀
粗车M24的两端面，，以M24端面作为粗基准
工序
粗车外圆大小端各外径
机床：
CK6140A型数控车床，转速n=400r/min
刀具：
选用YT6硬质合金外圆车刀，主偏角为90，后刀面最大磨损限度1.0~1.4,刀具寿命60min.
由n=1000vc/πd则
切削速度vc=πdn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min
进给量：
f=0.05mm/r
进给量f与背吃刀量有着密切的关系，粗车时一般取0.3—0.8mm/r，精车时一般取0.1—0.3mm/r。
端面加工（以小端端面为基准）
毛坯φ65段
加工φ46从φ65切削至φ50，背吃刀量ap=2.0mm;
切削长度L=120mm;
加工φ35从φ50切削至φ39，背吃刀量ap=2.0mm；
切削长度L=68mm
加工φ24从φ39切削至φ28，背吃刀量ap=2.0mm；
切削长度L=15mm
调头
毛坯φ65段
加工φ44从φ65切削至φ48，背吃刀量ap=2.0mm
切削长度L=99mm
加工φ35从φ48切削至φ39，背吃刀量ap=2.0mm
切削长度L=95mm
加工φ30从φ39车削至34段，背吃刀量ap=2.0mm
切削长度L=38mm
加工φ24从φ34切削到φ28段，背吃刀量ap=2mm
切削长度L=18mm
工序
半精车，倒角
加工φ46从φ50切削至φ48，背吃刀量ap=1.0mm
切削长度L=120mm
加工φ35从φ39切削至φ37，背吃刀量ap=1.0mm
切削长度L=68mm
加工φ24从φ28切削至φ26，背吃刀量ap=1.0mm
切削长度L=15mm
调头加工另一端
加工φ44从φ48切削至φ46，背吃刀量ap=1.0mm
切削长度L=99mm
加工φ35从φ45切削至φ37，背吃刀ap=1.0mm
切削长度L=95mm
加工φ30从φ36切削至φ32，背吃刀量ap=1.0mm
切削长度L=38mm
加工φ24从φ31切削至φ26，背吃刀量φ=1.0mm
切削长度L=18mm
车倒角车刀选用kr=45的直头通切车刀车45倒角
工序Ⅳ精车，切退刀槽
加工φ46从φ48切削至φ46，背吃刀量ap=0.2m
切削长度L=120mm
加工φ35从φ37切削至φ35，背吃刀量ap=0.2mm
切削长度L=68mm
加工φ24从φ26切削至φ24，背吃刀量ap=0.2mm
切削长度L=15mm
切退刀槽取a=1.5和a=2的切槽刀
进给量f为手动,查<<切削手册>>得v=0.17m/s
n=0.5
工序Ⅴ调质
淬火加回火叫调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到临界温度以下某个温度进行回火。
调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及
升级会员 