轴套类零件加工工艺分析.docx
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轴套类零件加工工艺分析
山东省水利技术学院
毕业论文
课题：
轴套类零件加工工艺分析
专业：
数控技术及应用
姓名：
XXX
班级：
数控08441
********
房伟
2011年9月10日
前言……………………………….…………………………3
第一章零件结构及毛坯分析……………………………….6
1.1零件结构及毛坯分析….…………………………….6
1.2材料分析……………….…………………………….6
1.3毛坯分析……………….…………………………….6
第二章零件结构工艺…………….………………………….8
第三章选择加工设备与刀、夹具….………………………10
3.1机床的选择…………………..……………………..10
3.2刀具的选择………………….……………………...11
3.3夹具的选择…………………………………………12
第四章加工工艺分析…………………………………….14
4.1夹紧方式……………………………………………14
4.2定位基准的选择……………………………………14
4.3加工顺序的安排……………………………………15
4.4切削用量的确定及功率的校核…………………….16
4.5切削液的选择……………………………………….18
第五章数控加工刀具卡…………………………………..20
第六章数控加工工序卡…………………………………..23
第七章程序的编制………………………………………..26
第八章加工步骤…...…………………………………….29
参考文献..................................................................................31
前言
毕业设计是我们结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥
梁。
毕业设计是我们大学生才华的第一次显露，是向祖国和人民所交
的一份有分量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报道书。
撰写毕业设计是我们在校最后一次知识的全面检验，是对基本知
识，基本理论和基本技能掌握程度的一次总测试。
撰写毕业设计中需要将理论运用于实际操作中，并通过自己对知
识的掌握和学习将零件的结构分析清楚。
并进一步对其进行工艺分
析。
精密主轴的加工涉及到我们数控知识的很多方面。
首先必须能够
作到1：
合理选用材料和规定的相应热处理。
2：
掌握基本指令的综
合使用能力。
3：
掌握综合轴类的加工工艺分析。
4：
能设计简单的
夹具并选择相应的机床。
5：
能确定各工序有关的切削因素，能对加
工质量进行分析处理。
6：
能熟练掌握基准的选择，掌握保证尺寸精
度的技能技巧。
此次设计的磨床主轴加工方案的技能点主要在于锥面的加工，带
凹槽零件的编程，深孔的加工，内螺纹的加工，外圆的铣扁，高精度
磨削。
这些都是我们学习三年数控必须掌握的基础知识，也是考验我
们是否能学以至用的时候。
通过对需要加工的零件，进行结构与技术要求的分析和加工工
艺的分析及刀具及机床的选择，使得自己对所学的知识做一次全面的
总结。
在这个过程中也了解到关于数控技能方面的一些操作规程。
零
件的结构关系着整个设计方案的设计思路和逻辑思维顺序，而技术要
求则是在零件加工过程中要求零件的完整性与正确性，对材料的选择
也是需要及其用心分析的。
结构工艺则包括精度分析，粗糙度分析，
尺寸标注应符号数控加工特点。
而工艺规程设计则包括：
1：
基准的选择。
2：
加工方法的选择。
3：
划分加工程序。
4：
热处理。
5：
辅助工序。
6：
工艺路线制定分析。
而在此过程中选择加工设备与刀，夹，量具是个十分重要的选择环节，加工为成品的零件若要达到预期的尺寸与精度，必须选择与其相应的精确的机床与刀具。
而加工之前必须将工件所需要的夹具选定好，并且装夹好。
而加工工艺设计则包括工序尺寸及公差计算，切削参数的计算，切削用量的计算，走刀路线的计算和时间定额计算。
我选择这个题目是因为此零件既包括了数控车床的又
含有数控铣床的加工。
用到了铣端面、铣凸台、钻通孔、扩孔、绞孔、攻螺纹。
对6我们学过的知识大致都进行了个概括总结。
这份毕业设计主要分为5个方面：
1.抄画零件图2.工艺分析3.切削用量选择4.工艺文件5.计算编程。
数控加工工艺分析，通过对零件的工艺分析，可以深入全面地了解零件，及时地对零件结构和技术要求等作必要的修改，进而确定该零件是否适合在数控机床上加工。
需要选择定位基准；零件的定位基准要能保证零件经多次装夹后其加工表面之间相互位置的正确性。
定位基准最好是表面已有的面或孔。
再确定所有加工表面的加工方法和加工方案；选择刀具和切削用量。
然后拟订加工方案确定所有工步的加工顺序，把相邻工步划为一个工序，即进行工序划分；先面后孔的加工顺序，因为平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面后加工孔。
最后再将需要的其他工序如普通加工工序插入，并衔接于数控加工工序序列之中，就得到了要求零件的数控加工工艺路线。
切削用量经过查表和计算求得，然后在填入工艺文件里面。
最后就是编程采用MASTERCAM软件自动编程。
最后，让我们在数控机床上加工出该零件达到要求。
数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。
也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。
通过本次毕业设计让我们毕业生更好的熟悉数控机床，确定加工工艺，学会分析零件，掌握数控编程。
为即将走上工作岗位打下良好的基础这些知识得到了充分的利用，也锻炼了我们三年来的运用数控的能力，当然还包括了对我们综合素质的考验，语言组织能力，逻辑思维能力等等。
通过这次设计明白了还有很多知识都需要自己去努力学习，所以诚心希望老师多多指导，忠心感谢！
第一章零件结构及毛坯分析
1.1零件完整性与正确性分析
1.11零件的完整性分析
机床主轴一般为精密主轴，它的功用为支承传动件（如齿轮、带轮、凸轮等）、传递转距，除承受交变弯曲应力和扭转应力外，还受冲击载荷作用，因此，对其要求有较高的综合力学性能，以保证装在主轴上的工件或切削工具（如刀具、钻头、砂轮等）具有一定的回转精度。
1.12零件的正确性分析
零件加工为成品时其用途是要达到预期效果的，而往往因为各方面的原因，零件的精确度总会受到一定的影响，所以零件的正确性需要在各个因素约束下才能达到。
通过加工工艺的调整使零件在加工过程中达到要求的精度，是设计内容中的一个重要部分。
1.2材料分析.
1.21材料分析：
毛坯材料为20Cr380x55mm,工件较长属细长轴的加工有一定的难度。
需选择合理的机床并采用相应的加工方案，选择合理的切削参数及刀具获得表面粗糙度Ra0.4.
零件切削所选择的材料是20Cr,经过正火可以：
1改善组织结构和切削加工性能。
2消除内应力。
该零件在毛坯锻造后正火可以消除其锻造时产生的内应力，细化晶粒，降低硬度，改善了加工性能。
由于粗加工后已切除大部分的余量，工件直径减小，容易淬透，经高温回火使中心层能得到韧性好耐冲击的回火索氏体组织。
调质处理又能消除一部分粗加工后引起的内应力，代替了时效处理，且调质后工件产生的变形可以在后道工序中消除。
精车后进行高频淬火以提高主轴的强度硬度和耐磨性，起淬火变形可以通过后续工序的磨削加工来消除，故该零件的选材及热处理要求合理。
1.22毛坯的制造方法
轴套类零件毛坯的形式有棒料，锻件和铸件三种。
光轴和直径相差不大的阶梯轴，毛坯一般以棒料为主外圆直径相差较大的轴或重要的（如主轴）宜选用锻件毛坯，既节省材料，减少切削加工的劳动量，又改善其力学性能。
结构复杂的大型轴类零件（如曲轴）可以采用铸件毛坯。
该零件为外圆直径相差较大的主轴，所以应该选用铸件毛坯。
第二章零件结构工艺
2.1、零件图如图所示：
（1）、未注倒角1×45°,锐角倒钝0.2×45°。
（2）、未注公差尺寸按GB1804-M。
（3）、端面允许打中心孔。
（4）、毛坯尺寸：
（φ55×150）。
（5）、材料：
45#,调质处理HRC26~36
2.2零件零件结构工艺
该零件表面由圆柱面、圆锥面、顺圆弧面、逆圆弧面、螺纹面、沟槽面及内孔面等表面组成.图示零件各几何元素之间关系表达清楚完整，其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度要求.450-0.03的外圆面、锥面、350-0.03的外圆表面粗糙度为Ra1.6um,450-0.03的外圆面轴线对280+0.04的内孔面轴线的同轴度公差为0.025.零件材料为45钢，调质处理26-36HRC,材料的切削加工性能好。
根据上述零件几何结构分析及技术分析，选择棒料，毛坯尺寸为Φ55×150。
在数控车床上按粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段进行加工。
粗加工时，为保证高的表面质量，留余量0.25mm待精加工。
依据基准统一原则与重合的原则，精加工时，以外圆为基准，加工轮廓的外形，按“先基准后其他”的加工顺序原则，先加工�280+0.04的内孔面。
由于工件有硬度要求，粗加工后、精加工之前进行调质处理，加工过程中，应穿插安排检验的辅助工序。
第三章选择加工设备与刀，夹具
3.1加工设备的选择
Φ500×1500mmZ2——42高频淬火机床技术参数：
淬火轴类件最大长度
mm
1500
淬火轴类件最大直径
mm
100
淬火工件旋转速度
r/min
10—80
工件旋转电动机功率
kw
1.1
工件旋转电动机转速
r/min
3000
工件上升速度
工件下降速度
mm/min
mm/min
10—15
0—7
工件上下移动电动机功率转速
kw
r/min
1.5
750
3.2刀具
刀具切削部分的材料，直接影响刀具的切削性能。
刀具的刀杆可以采用45#钢或40Cr钢等结构钢材制造，调制后硬度为30——40HRC。
而刀具的切削部分不仅要承担切削过程中的高温高压及冲击载荷，而且还要受到切屑及工件的强烈摩擦，因此作为刀具的切削部分的材料，必须具备下列性能：
1）硬度必须高于工件材料的硬度。
2）足够的硬度及韧性。
3）较高的耐热性能。
4）较高的耐磨性。
5）良好的工艺性。
其中高速钢及硬质合金是目前使用最广的两类刀具材料：
1）高速钢广泛用于各种刀具，特别是切削刃形状较复杂的刀具。
2）目前车刀大都采用硬质合金，其他如钻头.铣刀.丝锥.齿轮刀具等也可以采用镶片或整体结构形式使用。
钨钛钴类合金适用于加工钢材，钨钴类适用于加工铸铁及有色金属材料。
考虑到以上几个方面，联系到我们所加工的零件，我们选用硬质合金材料的外圆车刀、外圆切槽车刀、精车外圆内孔车刀，钻头、丝锥等可以采用高速钢材料。
3.3夹具
1.车床夹具的主要功能，就是在车削加工工件的过程中，照正确的位置和方向，稳定可靠的装夹工件。
即使工件在加工过程中受到切削力和其它外力影响，仍然始终保持工件被装夹在正确的位置和方向。
同时，车床夹具应该保持工件不因受夹紧力影响而造成尺寸精度或形状位置精度超过允许范围。
2.在设计机床使用夹具时，其结构应保证在一次定位后实现多面的加工，使工件加工部位都可以得以加工。
应力求使夹具结构简单，标准化，通用化和自动化。
以提高加工效率和降低成本.加工费用。
尽可能使用通用元件的拼装的组合可调夹具，以缩短生产准备周期。
通用元件重复使用，经济效益好。
3.夹具设计时，应保证工件装卸方便迅速，以减少工件的夹紧松开时间，机床所使用的夹具应具有足够的精度，并具有良好的精度保持性和足够的刚度，以防止受力变形而失去原有的精度。
考虑以上几点，我们的夹紧方案如下：
1粗车时：
采用一夹一顶装夹方式，其夹具前三爪卡盘和后顶尖。
2半精车时：
采用两顶尖间装夹方式。
第四章加工工艺分析
4.1装夹方式
零件没有较高的同轴度要求。
因此采用三爪自定心卡盘装卡。
零件右端为圆弧面不易装夹，所以应先加工右端，Φ36表面可以作为掉头装夹表面。
掉头加工接刀点位于10.25圆弧最高点Φ52处。
1）装卡零件毛坯外露120mm，车工艺卡口Φ53*25mm。
2）加工时，以毛坯的轴线为基准，左端用三爪自定心卡盘定心夹紧。
精加工时，以280+0.04的内孔面轴线为基准。
3）再调头装夹，将装卡零件毛坯外露40mm。
4.2定位基准的选择
零件各表面的加工顺序,在很到程度上与各工序定位基准的选择有关,因为各阶段开始总是先加工定位基准面,即先行工序必须为后续工序准备好定位基准,同时采用一定压锅措施来保证定位精度,倒角锥面作为定位基准而准备条件的,因为主轴调质后会变形,在加工孔口倒角时,不仅要车端面,而且要车内孔,使尾座上的顶尖与倒角锥面无论在外缘上或内边缘上部能准确定位。
轴类零件的定位基准,最常见的为两中心孔,因为轴类零件各外圆表面,锥孔,螺纹表面的同轴度,以及端面对旋转轴线的垂直度,均与主轴的轴线有关,而这些表面的设计基准都是轴的轴线,若用两中心孔定位,就能符合基准重合的原则,而且,用中心孔作定位基准,能够最大限度的在一次装夹中加工出多个外圆和端面,这也符合基准统一的原则,所以,只要有可能,就应尽量采用中心孔作轴加工的定位基准。
主轴的工艺过程中,半精车,精车,粗磨和精磨各部外圆和端面,车螺纹等工序,都是以中心孔作定位基准,在加工过程中,作为定位基准的中心孔,因钻出通孔而消失,为了在通孔加工之后还能使用中心孔作定位基准,故采用带有中心孔的锥套心轴。
精加工主轴外圆也可用外圆本身来定位,即安装工件时以支承轴颈表面来定位,找正.这时可用拆卸式锥套心轴,心轴和锥套的锥面与工件锥孔有很少间隙,心轴靠螺母和垫圈压紧在主轴的端面上,心轴安装机床前后顶尖上后,按工件支承轴颈找正,主轴大端锥孔磨削应以主轴颈为定位基面,主轴颈是主轴的装配几面。
也是测量基面,这样三重基面重合就不会产生定位误差,保证了锥孔相对与主轴颈的同轴度要求。
4.3加工顺序的安排
制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状.尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证.在生产纲领已确定为成批生产的条件下,可以考虑采用万能机床配以专用工装夹具,并尽量使工序集中来提高生产率.除此之外,还应当考虑经济效益用以降低成本,提高效益.。
1）工艺路线工序1:
备料工序2:
热处理:
正火工序3平端面工序4粗车右端大头外圆（除槽外）工序5半精车右段各外圆（除槽外）工序6精车右端各外圆（除槽外）工序7钻260+0.04的底孔工序8粗车280+0.04的内孔工序9精车280+0.04的内孔工序10切槽工序11:
调头,粗车左端各外圆（并手动保证其总长度）工序12:
精车左端各外圆工序13车螺纹M30工序14:
钳工去毛刺工序15检验
2）加工方案分析以上方案是合理的,是通过仔细考虑（零件加工的技术要求,装夹次数,加工先后）以及可能采取的加工手段之后,开加工的,符合先粗后精的原则,集中体现工序集中的原则.由于零件的加工精度要求较高,减少了装夹次数,能够减少装夹误差,使加工精度大大提高。
4.4切削用量的确定及功率的效核
1.在工件材料,刀具材料,刀具几何参数及其他切削条件已经确定的情况下,切削用量的选则关系到工件的质量,生产效率和加工成本.合理的切削用量应能满足以下要求:
（1）保证工件的表面粗糙度及加工质量。
（2）保证刀具有合理的耐用度。
（3）不超过工艺系统强度及刚度所允许的极限负荷。
切削用量的三要素:
背吃刀量ap,进给量f,切削速度vc
2.切削用量的确定
（1）平端面ap=3.5mm,f=0.2mm/r,vc=25m/minn=1000vc/πd=463.23r/s因此选择n=500r/minp=p额×η=6kwp需=kc×5ap×5f×5vc/1000=2.4525kw≤p故机床功率足够.20
（2）粗车查≤机械工程师简明手册≥表4-2-1ap=2mm,f=0.3mm/r,vc=90m/minn=1000vc/πd=579.03r/min因此选择n=650r/minp=p额×η=6kwp需=k×5ap×5f×5vc/1000=3.53kw≤p故机床功率足够.（3）半精车查≤机械工程师简明手册≥表4-2-2ap=1.5mm,f=0.2mm/r,vc=120m/minn=1000vc/πd=694.84r/min因此选择n=800r/minp=p额×η=6kwp需=k×5ap×5f×5vc/1000=2.35kw≤p故机床功率足够.（4）精车查≤机械工程师简明手册≥表4-2-10ap=1mm,f=0.1mm/r,vc=130m/minn=1000vc/πd=868.55r/min因此选择n=1000r/minp=p额×η=6kwp需=k×ap×5f×5vc/1000≤p故机床功率足够.（5）切槽ap=1mm,f=0.4mm/r,vc=80m/minn=1000vc/πd=463.23r/min21因此选择n=500r/minp=p额×η=6kwp需=F×5vc×610=k×5ap×5f×5vc/1000=1.3kw≤p故机床功率足够.
4.5切削液的选择
对于不同切削加工类型，金属的切除特性是不一样的，对切削液要求也不一样。
1.车削、镗削粗车：
粗车时加工余量较大，因而切削深度和进给量都较大，切削阻力大，产生大量切削热，刀具磨损也较严重，主要应选择用以冷却作用为主并具有一定清洗、润滑和防锈作用的水基切削液，将切削热及时带走，降低切削温度，从而提高刀具耐用度，一般选用极压乳化液效果更好。
精车：
精车时，切削余量较小，切削深度只有0.05～0.8mm，进给量小，要求保证工件的精度和粗糙度。
精车时由于切削力小，温度不高，所以宜采用高浓度（10%以上）的乳化液和含油性添加剂的切削液为宜。
镗削：
镗削机理与车削一样，不过它是内孔加工，切削是和切削速度均不大，但散热条件差，可采用乳化液作切削液，使用时应适当增加切削液的流量和压力。
2.螺纹加工：
切削螺纹时，刀具与切削材料成楔形接触，刀刃三面被切削材料所包围，切削力矩大排屑较困难，热量不能及时由切屑带走，刀具容易磨损，切屑碎片挤塞并且容易产生振动，所以要求切削液同时具备较低的摩擦系数和较高的极压性，以减少刀具的摩擦阻力和延长刀具使用寿命，一般应选用同时含有油性剂和极压剂的复合切削液。
3.钻孔:
使用一般的麻花钻钻孔，属于粗加工，钻削时排屑困难，切削热不易导出往往造成刀刃退火，影响钻头使用寿命及加工效率。
选用性能好的切削液，可以使钻头的寿命延长数倍甚至更多，生产率也可明显提高。
一般选用极压乳化液或极压合成切削液。
第五章数控加工刀具卡
刀具调整卡
型别
零件
零件名称
轴套类零件
设备名称
CA6140
设备型号
程序号
01
基本材料
45#钢
硬度
200
工序名称
工序号
序号
刀具序号
刀具名称
刀具参数
换刀
加工部位
直径
长度
1
T01
90°外圆车刀
刀偏角60°
45（厚）
加工零件右端外圆柱表面
2
T02
切槽刀
宽3mm
45
加工零件中端3mm直槽
3
T03
60°外螺纹刀
Φ12mm
150
加工30*2-6g螺纹
4
T04
外圆车刀
刀尖角35°
150
加工零件左端外圆柱表面和圆弧面
5
T05
麻花钻
Φ26mm
120
钻Φ26mm的底孔
6
T06
93°硬质合金内孔刀
Φ12mm
150
粗精车Φ28+0.040的内孔
第六章数控加工工艺卡
1．
单位名称
山东水利技师学院
产品名称
零件名称
零件图号
典型数控车工实例分析
轴套类零件
01
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
O0001
三爪卡盘与顶尖
CA6140
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格/mm
主轴转速/（r/mm）
进给速度/（mm/min）
背吃刀量/mm
备注
1
平断面
T04
25×25
650
200
手动
2
粗车右端外圆
T04
25×25
500
200
3
自动
3
精车右端外圆
T06
25×25
320
640
0.1
自动
4
钻中心孔
T01
Φ5
800
120
手动
5
钻Φ28+0.040的底孔
T02
Φ26
500
100
手动
6
精车Φ28+0.040的内孔
T08
25×25
1000
120
0.25
自动
7
切槽
T04
25×25
500
200
3
自动
8
精车轮廓
T05
25×25
800
120
0.25
自动
编制
审核
批准
11年9月27日
共2页
第1页
2．
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格/mm
主轴转速/（r/min）
进给速度/（mm/min）
背吃刀量/mm
备注
.1
平端面
T04
25X25
500
200
手动
2
粗车左端外圆
T04
25X25
650
200
3
自动
3
精车左端外圆
T06
25X25
1000
100
0.1
自动
4
车螺纹
T03
25X25
300
5
精车轮廓
T05
25×25
800
120
0.25
自动
编制
审核
批准
11年9月27日
共2页
第2页
第七章程序的编制
加工程序1（加工零件右端面）
顺序号
程序
01111
N10
M03S800
N20
T0101（90度外圆车刀）
N30
G00X60Z2
N40
G94X-1Z0F0.2（平端面）
N50
G73U15W3R8
N60
G73P70Q190U0.3F0.3
N70
G01X37.47
N80
Z0
N90
G03X35.08Z-31.38R48
N100
G02X36.46Z-44.33R9
N110
G03X35Z-57R8
N120
G01W-8
N130
X41.77
N140
X52W-29
N150
G01W-18
N160
G00X100Z150
N170
M00
N180
M03S1200T0101（90度外圆切刀）
N190
G00X60Z2
N200
G70P70Q190F0.1（精加工右端外圆）
N210
G00X100Z100
N220
M03S500T0202（3mm切槽刀）（切槽）
N2
升级会员 