轴类零件机械加工工艺规程设计.docx
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轴类零件机械加工工艺规程设计
摘要
本设计所选的题目是有关轴类零件的设计与加工，通过设计编程，最终用数控机床加工出零件，数控加工与编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，它是运用数控原理，数控工艺，数控编程，制图软件和数控机床实际操作等专业知识对零件进行设计，是对所学专业知识的一次全面训练。
熟悉设计的过程有利于对加工与编程的具体掌握，通过设计会使我们学会相关学科的基本理论，基本知识，进行综合的运用，同时还会对本专业有较完善的系统的认识，从而达到巩固，扩大，深化知识的目的。
此次设计也是我们走出校园之前学校对我们的最后一次全面的检验以及提高我们的素质和能力。
毕业设计和完成毕业论文也是我们获得毕业资格的必要条件。
设计是以实践为主，理论与实践相结合的，通过对零件的分析与加工工艺的设计，提高我们对零件图的分析能力和设计能力。
达到一个毕业生应有的能力，使我们在学校所学的各项知识得以巩固，以更好的面对今后的各种挑战。
此次设计主要是围绕设计零件图七的加工工艺及操作加工零件来展开的，我们在现有的条件下保证质量，加工精度及以及生产的经济成本来完成，对我们来说具有一定的挑战性。
其主要内容有：
分析零件图，确定生产类型和毛坯，确定加工设备和工艺设备，确定加工方案及装夹方案，刀具选择，切削用量的选择与计算，数据处理，对刀点和换刀点的确定，加工程序的编辑，加工时的实际操作，加工后的检验工作。
撰写参考文献，组织附录等等。
关键词
加工工艺、工序、工步、切削用量：
切削速度（m/min）、切削深度（mm）、进给量（mm/n、mm/r）。
前言
本设计书是根据数控加工与编程综合设计的，数控机床已成为国家先进制造技术的基础设备，并关系到国家发展的战略地位，从20世纪中叶数控技术出现以来。
数控机床给机械制造带来了革命性的变化，数控加工具有自动化，高效率，适应性强，精度高等特点。
现代数控加工正向高速化，高精度化，高柔性化，高一体化和智能化方向发展。
本毕业设计内容主要是详叙如何以数控加工相配件。
（选题为任务书第七题）大致包含了数控加工过程、工艺分析过程、机床操作与零件自检过程等，另外还分了设计任务书、设计说明书、毕业设计小结、致谢、附录、参考文献等版块。
数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们更深了解了相关学科中的基本理论、基本知识，以及理论实践相结合，同时对本专业有了较完整的、系统的认识，从而达到巩固、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造能力。
本毕业设计内容主要是如何设计加工轴类零件，包适了工艺分析过程、数控编程、机床操作与零件自检过程等，基本含概了我们所学到的所有专业知识，完成毕业设计对于我们来说是一种挑战。
我们以严谨务实的认真态度进行了此次设计的编写，但由于知识水平与实际经验有限，时间又较为紧迫。
在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请位评审老师能给于批评和指正。
设计说明书
1.零件图的分析
由零件图可知，该零件属于轴类回转体零件，零件表面有圆弧，切槽，倒角，简单螺纹，锥体，锥孔部分，是一个结构复杂的细长轴零件，零件的主体尺寸长度为145mm，最大位置直径为Φ53mm，最右端有一段长22mm公称直径为Φ33mm的普通螺纹，并有2×45º倒角，但零件中没有退刀槽，这就给零件的加工增加了一定的难度，再是一段由直径为Φ35mm和Φ44mm之间连接的半径为R24mm的圆弧，要计算出交点尺寸才可以编程，左端的孔加工也有一定的难度，最小直径部分要计算出尺寸，加工时要保证孔的锥度和表面粗糙度，中间要有大量的计算。
给整个设计带来了一定的挑战。
2.零件的工艺分析
无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工分析：
如零件毛坯的确定，零件的精度分析、选择加工方法、拟定加工方案、选择合适的刀具、确定切削用量。
在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需做一些处理。
因此程序编制中的零件的工艺分析是一项十分重要的工作。
2.1毛坯的尺寸大小、材料的热处理状态
从零件图分析，并考虑到加工效率和生产用料，在满足零件最大尺寸基础上再留些加工余量，凑整最接近零件尺寸的棒料，根据此原则选择加工零件的毛坯为：
Φ60×150，在选择毛坯材料上，首先考虑使用范围要广，综合性能较好的45#钢，查阅资料可知，45#钢为中碳钢，经调质过后，其硬度为170～240HBS，该硬度适中，是机加工的最佳切削范围，而且，经过调质后的45#钢具有良好的综合机械性能，完全能达到生产要求，故毛坯材料选择45#调质钢。
2.2加工精度及加工方案分析
影响该零件装配精度的主要尺寸有Φ53-0.030、Φ44，在调头时，要保证长度方向总尺寸145、在加工中应着重给予考虑。
在数控加工中，装夹时一定要考虑到：
上道工序的加工不能影响下道工序的定位，在车床上加工则具体体现在：
调头加工时要保证已加工端有足够的夹持面（圆柱面），以便于加工和不影响加工精度，数控加工适应于单件和中小批量生产，单个加工是应尽可能采取工序集中原则，即：
尽量减少装夹次数，并尽可能用同一把刀加工出所有部位，然后再换其它刀具加工，这样即能提高加工效率和加工精度，同时也避免了重复定位所带来的定位误差，另一方面还可减少辅助时间。
2.3刀具的选择
刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。
不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。
这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具几何参数。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。
根据零件的分析所选择的刀具有：
主偏角分别为75º、30º的外圆车刀，宽度为3.5mm的切槽刀，刀片材料为标准的60º螺纹车刀。
标准直径为Φ24的麻花钻，内圆车刀。
刀片材料为YT15或YT30。
2.4机床的选用
根据现有数控机床和零件的加工工艺可选用。
华中数控系统（HNC-21），机床型号为华中世纪星21TCK1640数控车床，功率：
4KW，可选用的加工的工件毛坯为Φ60×150,高速档为：
250～2500r/min,低速档为：
75～790r/min。
机床精度为0.001,机床辅住夹具有顶尖、尾座。
2.5夹具的选择
（1）车削夹具分为：
通用夹具、专用夹具和组合夹具。
一般的通用夹具有三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、中心架等。
通用夹具的适应性强，应用范围广,操作也比较简单，但效率和精度较低，一般用于单件小批量生产。
（2）专用夹具是针对某一种工件的某一道工序加工要求而专门设计制造的夹具，设计的要结构紧凑，操作也比较简单，但是夹具无通用性，成本较高，多用于大批量生产和必须采用专用夹具的工件。
（3）组合夹具采用预先制造好的标准夹具元件，根据设计好的定位夹紧方案组装而成的专用夹具。
此类夹具既有专用夹具的优点，又具有标准化、通用化的优点。
适用于新产品的试制和多品种小批量零件的生产。
根据夹具选择的原则，因该零件是单件生产，因此应尽量采用组合夹具，可调式夹具及其它通用夹具，对于轴类零件的加工，三爪卡盘即可满足加工的要求。
专用夹具成本高，组合夹具需定位组装比较麻烦,没有三爪卡盘、顶尖方便。
顶尖还可保证Φ47与Φ35的同轴度，且三爪卡盘与顶尖是现有夹具。
为了保证已加工面的表面质量，掉头加工时还用到铜皮。
以保证表面粗糙度。
夹具列表：
夹具号
夹具名称
01
三爪卡盘
02
顶尖
三爪卡盘 顶尖
2.6加工工序分析
分析零件图知所加工的零件属于细长轴零件，所以加工时容易晃动，工件装夹时可以采用一端用顶尖装夹，加工时先加工零件右表面。
2.6.1零件第一次装夹
第一次装夹时，毛坯伸出长度为110∽120mm。
右端用顶尖顶住，以便保证零件的同轴度，首先加工出端面与外圆，接着加工出切槽和螺纹，第一次装夹是加工到外圆直径为Φ53mm轴长为105mm处，并保证加工精度。
2.6.2零件第二次装夹
第二次装夹时，卡盘夹于外圆直径为Φ44mm处，为保证零件表面质量装夹是零件表面应用套筒装夹，准确计算出零件各加工点的坐标。
加工时考虑到加工顺序的选择，根据先面后孔，先主后次的原则，应先加工外圆柱面，切槽，螺纹，圆弧等等，再对左端进行钻孔，之后用镗刀进行精镗，对是先加工左端还是右端的问题，若先加工左端，则第二次装夹时不易装夹甚至是无法装夹，而先加工右端再调头的时候可以装夹在Φ44外圆柱面上，因此选择先加工右端再调头加工左边的方法进行加工零件。
结合上叙加工顺序拟订如下加工路线：
（1） 加工零件右端：
车2mm的端面→用G71循环指令加工各段轴径及圆弧→切断刀切槽→车M30×2-6g螺纹。
（2）加工零件左端：
车3mm的端面→用G71循环指令加工锥面R15的圆弧以及Φ47的外圆→钻孔→镗孔。
2.7零件的安装
定位和夹紧的基本原则
在数控机床上加工零件时，定位和夹紧的基本原则与普通机床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。
为了提高数控机床的加工效率，确定定位基准与夹紧方案时应注意以下三点：
（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一；（基准重合原则）
（2）减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工的表面（基准统一原则）
（3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。
2.8切削用量的分析
2.8.1切削用量的选择与计算
切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给速度等。
对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并相应编入程序单内。
合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
切削用量的选择与计算：
因选取YT类硬质合金车刀的硬度为125～175HBS经查阅《数控加工与编程》（第二版）表1-2数控车削用量推荐表
其部分如下：
工件材料
加工方式
背吃刀量（mm）
切削速度（m/min）
进给量（mm/r）
碳
素
钢
粗加工
5~7
60~80
0.2~0.4
粗加工
2~3
80~120
0.2~0.4
精加工
0.2~0.3
120~150
0.1~0.2
车螺纹
70~100
导程
钻中孔
500~800r/min
钻孔
~30
0.1~0.2
根据零件分析与刀具的选择以及查阅资料所计算的切削用量如下：
（1）粗车外圆时，选取VC=110m/minap=3mmf=0.3mm.
加工时选取加工直径为：
d=Φ60,
因：
VC=∏dn/1000F=f×n
故主轴转速：
n=（1000×110）/（3.14×60）=584r/min
进给速度：
F=f×n=0.3×584=175mm/min
考虑到刀具强度、机床刚度等实际情况，选择n=600r/minF=200mm/minap=3mm；
（2）精车外圆时，选取VC=130m/minap=0.2mmf=0.1mm.
加工时选取加工直径为:
d=Φ44,
故主轴转速：
n=（1000×130）/（3.14×44）=941r/min
进给速度：
F=f×n=0.1×941=94mm/min
根据实际情况，选择n=900r/minF=90mm/minap=0.2mm；
（3）车槽时，选取VC=100m/minf=0.1mm.加工直径为:
d=Φ36mm
故主轴转速：
n=（1000×100）/（3.14×36）=106r/min进给速度：
F=f×n=0.1×106=10mm/min
根据实际情况，选择n=100r/minF=20mm/min；
（4）车螺纹时，选取VC=80m/minf为导程加工直径为：
d=Φ30mm
故主轴转速：
n=（1000×80）/（3.14×30）=849r/min
根据实际情况，选择n=800r/min
（5）钻孔时，选取VC=30m/minf=0.1mm加工直径：
d=Φ24mm
故主轴转速：
n=（1000×30）/（3.14×24）=400r/min进给速度：
F=f×n=0.1×400=40mm/min
根据实际情况，选择n=400r/minF=40mm/min；
2.8.2零件右端加工步骤
（1）、准备好所须的工具和毛坯材料，打开机床，机床回零点;
（2）、装夹刀具，01号刀装在T001号刀位上;
（3）、使用手动三爪盘装夹工件毛坯，使工件露出约110mm;
（4）、MDI，调整主轴转速为S400，对好刀具;
（5）、将中心钻装在尾座上，手动加工工艺孔，加工完后取出钻头;
（6）、编辑工序一的程序，进行程序校验;
（7）、确定程序无误后既可进行加工;
（8）、加工完后,主轴停转琐住机床,卸下工件，零件右端加工完成。
第一次装夹零件加工时编程程序
零件右端程序
%0001；程序名
T0101；70º外圆车刀
M03S600；主轴正转，转速600r/min
M07；切削液开
G00X65Z3；快速定位到切削起点
G01Z-2F200；直线插补到切削起点
X0；切削零件右端面
G00X65Z0；快速定位到循环起点
G71U3R2P1Q2X0.2Z0.2F200；G71复合车削循环，循环N1∽N2段之间，
；粗车零件右端外轮廓，精加工余量为
；X：
0.2㎜Z：
0.2㎜
N1G01X26F100；精加工程序起始段
Z-2S1000；精加工转速1000r/min
G42G01X30Z-4D01；引入刀具右补偿，刀具接近工件
Z-29；倒角，工艺考虑，螺纹轴少车0.1mm
X35；加工端面
Z-45；车Ф35的轴外圆表面
G02X44Z-59R24；加工端面圆弧
G01Z-91；车Ф44的轴外圆表面
X53；车端面
N2Z-105；精加工程序结束段
G40G00X100Z100；取消刀具半径补偿，并快退到换刀点
T0202；换第2号刀，切槽刀，刀宽3.5mm
S100；转速100r/min
G00X48Z-67.5；快速定位到切槽起点处
G01X36F10；车槽进给量10mm/min
G04P3；暂停3S
G00X48；刀具退出槽底
Z-72.5；快速定位到第二个切槽起点处
G01X36；车槽
G04P3；暂停3S
G00X48；刀具退出槽底
Z-77.5；快速定位带第三个切槽起点处
G01X36；车槽
G04P3；暂停3S
G00X100Z100；快速退刀到换刀点
T0303；换第3号刀，螺纹车刀
G00X33Z1；定位到螺纹起点
G82X29.1Z-24F2；车长22㎜，导程为2㎜螺纹第一刀
G82X28.5Z-24F2；第二刀
G82X27.9Z-24F2；第三刀
G82X27.5Z-24F2；第四刀
G82X27.4Z-24F2；第五刀
G82X27.4Z-24F2；光整加工
M09；切削液关
G00X100；快速退刀
Z100
M05；主轴停止
M30；程序结束，并复位
工序卡一
工序号
程序编号
零件图号
零件名称
使用设备
产品名称
夹具名称
夹具编号
材料
一
0001
1-1
轴类零件
CK1640
手动四爪卡盘,备用顶尖
01
45钢
加工内容
刀具号
刀具名称
刀具规格/mm
切削三要素
加工余量/mm
备注
主轴转速
被吃刀量
进给速度
r/min
mm
mm/min
车端面
01
主偏角为75°的外圆车刀
0.15
600
2
200
0.5
续表一
加工内容
刀具号
刀具名称
刀具规格/mm
切削三要素
加工余量/mm
备注
主轴转速
被吃刀量
进给速度
r/min
mm
mm/min
车外圆
01
机夹式70°菱形外圆车刀
0.15
600
3
200
0.3
车槽
02
刀宽为3.5的切断刀
100
20
加工螺纹
03
标准60º螺纹车刀
800
0.1
2.8.3零件左端加工步骤
（1）、准备好所须的工具和毛坯材料，打开机床，机床回零点;
（2）、装夹刀具，01号刀装在T001号刀位上;
（3）、使用手动三爪盘装夹工件外圆直径为44，并用套筒套住；
（4）、MDI，调整主轴转速为S400，对好刀具;
（5）、编辑工序二的程序，进行程序校验;
（6）、确定程序无误后既可进行加工;
（7）、加工完后,主轴停转琐住机床,卸下工件，零件左端加工完成。
加工零件左端时,首先用Φ24的标准麻花钻加工深度为（29+3）mm的孔,左端加工左端程序编程如下:
%0001；程序名
T0101；70º外圆车刀
M03S600；主轴正转，转速600r/min
M07；切削液开
G00X65Z3；快速定位到切削起点
G01Z-3F200；直线插补到切削起点
X0；切削零件右端面
G00X65Z0；快速定位到循环起点
G71U3R2P1Q2X0.2Z0.2F200；G71复合车削循环，循环N1∽N2段之间，
；粗车零件右端外轮廓，精加工余量为
；X：
0.2㎜Z：
0.2㎜
N1G01X40F100；精加工程序起始段
Z-3S1000；精加工转速1000r/min
G42G01X47Z-43D01；引入刀具左补偿，刀具接近工件
Z-48；倒角，工艺考虑，螺纹轴少车0.1mm
X53；加工端面
G00X69Z-13；刀具快速退到圆弧切削起点
N2G02X69Z-43R15；加工R15的圆弧
G40；取消刀补
G00X100Z100；快退到换刀点
T0202；换2号刀，镗刀
S400；镗孔转速400r/min
G00X24Z0；快速定位到镗孔起点处
G71U2R1P1Q2X-0.2Z0.2F40；G71复合车削循环，循环N1∽N2段之间，
；粗车零件右端外轮廓，精加工余量为
；X：
-0.2㎜Z：
0.2㎜
N1G01X30Z-3；精加工程序起始段
Z-11；精加工转速1000r/min
X24.3575Z-27；镗内孔锥面
N2Z-32；镗孔
G00X69Z-13；刀具快速退到圆弧切削起点
M09；切削液关
G00X10；快速退刀
Z100
M05；主轴停止
M30；程序结束，并复位
工序卡二
工序号
程序编号
零件图号
零件名称
使用设备
产品名称
夹具名称
夹具编号
材料
二
0002
1-1
轴类零件图六
CK1640
四爪卡盘
01
45钢
加工内容
刀具号
刀具名称
刀具规格/mm
切削三要素
加工余量/mm
备注
主轴转速
被吃刀量
进给速度
r/min
mm
mm/min
车端面
01
主偏角为75°的外圆车刀
0.15
600
3
200
0.1
车外圆
01
主偏角为75°的外圆车刀
0.15
500
3
200
0.3
加工工艺孔
05
标准Φ24麻花钻
5
400
40
粗车内孔
04
内孔镗刀
0.15
600
1
40
0.2
精车内孔
04
内孔镗刀
0.15
400
0.2
40
0.2
.
工艺过程卡
序号
工序内容
定位基准
1
粗加工零件右端，打工艺孔
零件毛坯外圆柱面
2
粗、精加工零件右半部分
毛坯外圆柱面
3
粗、精加工零件左半部分
零件右端已加工外圆柱面Φ44处
4
检验
3.数控机床加工与自检数据分析：
3.1零件自检数据分析
3.1.1操作中影响加工尺寸的因素
在实际操作中影响加工尺寸的因素主要有：
①是否正确选择刀位点，在进行对刀操作时，必须要选择一对刀点，对刀点可以在工件表面，也可以在工件外面（如：
选在夹具或机床上）但必须与零件的定位基准哟明确的尺寸关系，这样才能确定机床坐标系和工件坐标系的位置，但为了提高加工精度和关键点的方便计算，对刀点应尽可能选在工件的设计基准或工艺基准上，如：
轴类零件可选在轴线上，加工完后用外径千分尺和内径百分尺检测零件的径向尺寸，零件的总长度尺寸要求145±0.08MM，由公差尺寸精度表可知该长度尺寸精度要求不高，在掉头加工时用试切端面的方法保证其精度。
3.1.2对刀数据的处理及加工方法
对刀数据的处理及加工方法，数控车床对刀的目的是为了调整每把刀的刀位点，这样在刀架转位后虽然各刀具的刀尖不在同一点上，但通过刀具补偿，将使每把刀的刀位点都重合在某一理想位置上，编程者只按工件的轮廓编制加工程序而不考虑不同刀具长度和刀尖半径的影响，数控车床对刀的方法较多，通常在单件小批量生产中以试切法对刀应用居多，其具体操作方法如下：
（1）试切端面后，保证Z轴方向不移动，将刀偏表中对应的刀具号后的“试切长度”栏设置为零。
（2）试切直径（外圆，内孔）用游标卡尺或刃径百分表量出试切值。
注意：
在加工过程中必须浇注切削液，以免因加工时切削热升高造成工件热变形，最终导致测量有误差，并将测量值输入到刀偏表相应的刀具栏中。
（3）刀具补偿，在刀偏表磨损栏中给定休整值，一般情况下外轮廓加工：
+0.3～0.5MM内孔加工：
-0.2～0.4MM。
（4）在粗加工后，再次测量，将实际测量值与图纸上相应的数据值进行比较，将差值填入到磨损值栏中，并注明+、-号。
（5）重新休整直到达到图纸尺寸精度的要求。
3.1.3影响表面粗糙度的因素
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