芯轴心轴3D模型及毕业设计.docx
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芯轴心轴3D模型及毕业设计
摘要
在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。
车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。
车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。
车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。
车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。
在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。
车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。
按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。
数控车削加工是现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域如航天、汽车、模具、精密机械、家用电器等各个行业有着日益广泛的应用，已成为这些行业不可或缺的加工手段。
为了子数控机床上加工出合格的零件，首先需根据零件图纸的精度和计算要求等，分析确定零件的工艺过程、工艺参数等内容，用规定的数控编程代码和格式编制出合适的数控加工程序。
编程必须注意具体的数控系统或机床，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。
但从数控加工内容的本质上讲，各数控系统的各项指令都是应实际加工工艺要求而设定的。
关键词：
车削加工刀具零件的工艺过程工艺参数程序编制
目录
摘要2
目录3
第一章绪论4
1.1数控车床加工的工艺特点5
1.2数控车床加工工艺内容5
第二章心轴零件的数控车床的加工工艺分析6
2.1加工产品的流程6
2.2图纸的分析及工艺处理8
2.3定位基准的选择及加工方案的确定8
2.4刀具的选择与切削用量的确定9
2.5工件的定位与装夹10
2.6心轴加工工艺过程卡片13
第三章数控的仿真刀具的安装对刀以及程序的编写13
3.1数控仿真加工操作15
3.2仿真示意图及UG实体图35
3.3实际的刀具安装及对刀操作35
3.4编写程序35
结论41
致谢42
参考文献43
第一章绪论
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式，从而产生数控技术。
数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。
它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。
随着中国加入世界贸易组织,全球制造业出现向中国转移的倾向,国内对数控加工的需求也呈现出持续增长的趋势,大批大量的生产加工逐渐普及，如汽交通工具与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。
但是应用这些专用设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，因而使产品的开发周期增长。
在机械产品中，但见于小批量产品占到70%~80%,这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证产品质量。
特别是一些曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用于手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。
由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密见车与新型机械机构等方面的技术成果，具有高柔型、高精度与高度自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量、特别是复杂性面零件的加工。
应用数控加工技术使机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。
目前应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。
1.1数控车床加工的工艺特点
数控车床加工与普通车床加工在许多方面遵循的原则基本上是一致的。
但数控车床加工自动化程度高，控制功能强，设备费用高，因此也就相应形成了数控车床加工工艺的自身特点。
1.2数控车床加工工艺内容
（1）选择并确定适合在数控车床上加工的零件并确定工序内容。
（2）分析被加工零件图纸的数控加工工艺，明确加工内容与技术要求。
（3）确定零件加工反感，制定数控加工工艺路线，如划分工序、安排加工顺序等。
（4）设计数控加工工序，制定定位夹紧方案，划分工步，规划走刀路线，选择刀辅具，确定切削用量，计算工序尺寸及工差等。
（5）数控加工专用技术文件的编写。
第二章心轴零件的数控车床加工工艺分析
2.1加工产品的流程
2.2图纸的分析及工艺处理
1、工艺分析
轴类零件是机械加工中不可缺少的一类零件，在机械装配中起着举足轻重的作用。
工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。
工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件加工精度都有重要影响。
该零件右端由SR9的球头面、R2mm的圆弧面、公称直径30mm螺距为1.5mm的外螺纹、两端分别有两个C2mm的倒角。
中间有一个8mm的槽及一个3mm的圆弧面左端由两段直径为32mm的外圆柱面和一段直径为38mm的外圆柱面及一个C2倒角组成。
左端内孔有两个C2mm的倒角、两段直径分别为24mm、20mm的内圆柱面、公称直径20mm螺距为1.5mm的内螺纹组成，如图（2-1）：
图2-1轴的零件图
零件对表粗糙度有较高的要求，表面粗糙度值为1.6µm。
工件总长为103mm，最大回转直径为38mm的轴类零件，上偏差为0mm,下偏差为-0.039mm。
轴的右端有球头面、圆弧面、外螺纹。
轴的左端有内孔，孔里有公称直径为20mm的内螺纹，右端有球头面和螺纹不易装夹，因此可用93°外圆车刀先加工左端外轮廓，然后加工内孔，用直径为18mm的钻头钻孔，用镗刀镗孔，用内螺纹刀加工内螺纹。
然后倒转工件加工右端外轮廓，再用60°外螺纹刀加工外螺纹。
在车削过程中先粗加工外轮廓，最后精加工时需要切削两次，以去除毛刺，提高表面质量。
2、工艺的处理
（1）毛坯选择
长度为103mm，最大回转直径为38mm，因此可选择Φ40X105mm，材料为45钢。
（2）数控加工前的零件预加工
零件毛坯在热处理前先进行粗车加工，为数控车削加工工序提供可靠的工艺基准：
用车床三爪卡盘装夹零件，零件的内孔、外圆以及所在端面均留0.8mm余量；数控编程任务书如下表1。
表2-1数控编程任务书
数控编程任务书
产品零件图号
07000-01
任务书编号
零件名称
心轴
CK-2010-01
使用数控设备
数控车床
共1页第1页
主要工艺说明及技术要求
1．数控车削加工零件的尺寸精度和表面质量均需达到图纸要求。
2．技术要求：
（1）未注尺寸公差按IT12级；
（2）去除毛刺飞边；
收到编程时间
年 月 日
经手人
编制
审核
编程
审核
批准
（3）数控车削加工安装方式
零件采用机床本身标准的三爪卡盘，找正并夹紧，需进行两次装夹。
第一次装夹夹住的部分为右端毛坯的外表面，加工左端外轮廓和内孔，第二次装夹夹住左端外圆柱面为防止划伤表面，在加工右端时，用铁皮或砂纸包住左端直径为32mm外圆柱面找正再进行加工。
夹紧时一定要注意夹紧力的大小要适当，在夹紧时要防止工件左端变形。
（4）数控车削加工工序
数控车削分两次装夹完成切削加工：
先使用93°外圆车刀先粗车再精车零件的左端处各部分尺寸，先加工外轮廓再加工内孔。
换端面加工另一端，，同样是先粗加工后精加工。
2.3定位基准的选择及加工方案的确定
（1）定位基准的选择
零件采用机床本身标准的三爪卡盘，找正并夹紧，需进行两次装夹。
第一次装夹夹住的部分为右端毛坯的外表面，加工左端外轮廓和内孔，第二次装夹夹住左端外圆柱面为防止划伤表面，在加工右端时，用夹套夹住左端直径为144mm外圆柱面找正再进行加工。
夹紧时一定要注意夹紧力的大小要适当，在夹紧时要防止工件左端变形。
（2）加工方案的确定
通过查阅数控加工工艺教科书和《实用机械加工工艺手册》P25，得出各表面的加工方案如下：
外圆粗车—精车
镗孔刀粗车—精车
内螺纹刀粗车—精车
外螺纹刀粗车—精车
切刀粗车—精车
2.4刀具的选择与切削用量的确定
刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。
现在，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。
因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。
本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。
（1）加工刀具的选择
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。
应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。
刀具选择总的原则是：
安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。
在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
在数控加工中，产品的加工质量和劳动生产率在很大程度上将受到刀、夹具的制约。
虽其大多数刀、夹具与普通加工中所用的刀、夹具基本相同，但对一些工艺难度较大或其轮廓、形状等方面较特殊的零件加工，所选用的刀、夹具必须具有较高要求，或需作进一步的特殊处理，以满足数控加工的需要。
一般优先采用标准刀具，必要时也可采用各种高生产率的复合刀具及其它一些专用刀具。
此外，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具，整体硬质合金刀具、陶瓷涂层刀具等。
刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。
数控加工所用刀具在刀具性能上应高于普通加工所用刀具。
所以选择数控加工刀具时，还应考虑以下几个方面：
数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：
◆刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小；
◆互换性好，便于快速换刀；
◆寿命高，切削性能稳定、可靠；
◆刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；
◆刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；
◆系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。
在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。
一般应遵循以下原则：
尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。
（2）数控车削加工刀具选择
1号刀：
93°外圆车刀（MCLNR2020K12刀杆）；
2号刀：
93°内孔镗刀（S16R-SCFCR09刀杆）；
3号刀：
60°内螺纹刀（SER2020K16T刀杆）
4号刀：
60°外螺纹刀（SER2020K16T刀杆）。
5号刀：
7mm切刀（乌钢刀）
（3）切削用量的选择
切削用量主要考虑加工的尺寸精度和加工表面质量的要求并兼顾提高刀具耐用度、机床寿命等因素。
确定主轴转速，粗车外轮廓600r/mm，精车外轮廓600r/mm，粗车内孔轮廓600r/mm，精车内孔轮廓600r/mm，车外螺纹300r/mm，车内螺纹300r/mm，钻孔600r/mm，车键槽600r/mm。
粗车进给速度为f=0.2mm/r，精车进给速度f=0.15mm/r或f=0.1mm/r。
（4）切削用量的确定（见机械加工工艺过程卡）
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，但也应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。
切削速度对刀具耐用度影响最大，其次是进给量，切削深度影响最小。
考虑到切削用量与刀具耐用度的关系，在选择粗加工切削用量时，应优先采用大的切削深度，其次考虑采用大的进给量，最后才选择合理的切削速度。
切削深度应根据工件的加工余量和机床-夹具-刀具-工件系统的刚性来确定。
在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切掉。
只有当总加工余量太大，一次实在切不完时，才考虑分几次走刀。
走刀次数多，从辅助时间来说，是不合算的。
粗加工时限制进给量提高的因素是切削力。
进给量主要根据机床-夹具-刀具-工件系统的刚性和强度来确定。
在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在切削细长轴类、铣削大平面薄板件等刚性差的零件时，首先要考虑怎样提高加工系统的刚性，切削用量的选择要使加工系统的变形、震动控制在不影响加工精度的范围内。
断续切削时为减少冲击，应降低一些切削速度和进给量。
车内孔时刀杆刚性差，应适当采用小一些的切削深度和进给量。
车端面时可适当提高一些切削速度，使平均速度接近车外圆时的数值。
加工大型工件时，机床和工件的刚性较好，可采用较大的切削深度和进给量，但切削速度则应降低，以保证必要的刀具耐用度，同时也使工件旋转时的离心力不致太大。
半精加工、精加工时首先要保证加工精度和表面质量，同时应兼顾必要的刀具耐用度和生产效率。
半精加工、精加工时切削深度根据粗加工留下的余量确定。
限制进给量提高的主要因素是表面光洁度。
为了减小工艺系统的弹性变形，减小已加工表面的残留面积高度，半精加工尤其是精加工时一般多采用较小的切削深度和进给量。
在切削深度和进给量确定之后，一般也是在保证合理刀具耐用度的前提下确定合理的切削速度。
为了抑制积屑瘤和鳞刺的产生，以提高表面质量，用硬质合金刀具进行精加工时一般多采用较高的切削速度；高速钢刀具则一般多采用较低的切削速度。
例如，硬质合金精车刀的切削速度一般在1.33~1.67m/s以上。
精加工时刀尖磨损往往是影响加工精度的重要因素，因此应选用耐磨性好的刀具材料，并尽可能使之在最佳切削速度范围内工作。
在车键槽的工序中，通常为了保证槽的位置精度和光洁度，先分两刀割，然后再一刀精车键槽。
加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度。
加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性有较大的影响。
余量过大会浪费原材料及机械加工工时，增加机床、刀具及能源等的消耗；余量过小则不能消除上道工序留下的各种误差、表面缺陷和本工序的装夹误差，容易造成废品。
数控加工加工余量的选用原则和方法与普通加工相同，可采用经验估算法、查表修正法和分析计算法等方法。
但要注意数控机床动力参数较高、速度参数范围较大的特点，合理选用加工余量。
切削深度t。
在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。
为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。
数控机床的精加工余量可略小于普通机床。
切削宽度L。
一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。
经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为：
L=（0.6～0.9）d。
切削速度v。
提高v也是提高生产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。
随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。
另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时，v可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m/min以上。
主轴转速n（r/min）。
主轴转速一般根据切削速度v来选定。
计算公式为：
v=πnd/1000。
数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
进给速度vf。
vf应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。
vf的增加也可以提高生产效率。
加工表面粗糙度要求低时，vf可选择得大些。
在加工过程中，vf也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。
2..5工件的定位与装夹
机床、夹具、刀具和工件组成了一个工艺系统。
工件加工面的相互位置精度是由工艺系统间的正确位置关系来保证的。
因此加工前，应首先确定工件在工艺系统中的正确位置，即是工件的定位。
而工件是由许多点、线、面组成的一个复杂的空间几何体。
当考虑工件在工艺系统中占据一正确位置时，是否将工件上的所有点、线、面都列入考虑范围内呢？
显然是不必要的。
在实际加工中，进行工件定位时，只要考虑作为设计基准的点、线、面是否在工艺系统中占有正确的位置。
所以工件定位的本质，是使加工面的设计基准在工艺系统中占据一个正确位置。
工件定位时，由于工艺系统在静态下的误差，会使工件加工面的设计基准在工艺系统中的位置发生变化，影响工件加工面与其设计基准的相互位置精度，但只要这个变动值在允许的误差范围以内，即可认定工件在工艺系统中已占据了一个正确的位置，即工件已正确的定位。
（1）工件定位的要求
工件定位的目的是为了保证工件加工面与加工面的设计基准之间的位置公差（如同轴度、平行度、垂直度等）和距离尺寸精度。
工件加工面的设计基准与机床的正确位置是工件加工面与加工面的设计基准之间位置公差的保证；工件加工面的设计基准与刀具的正确位置是工件加工面与加工面的设计基准之间距离尺寸精度的保证。
所以工件定位时有以下两点要求：
一是使工件加工面的设计基准与机床保持一正确的位置；二是使工件加工面的设计基准与刀具保持一正确的位置。
下面分别从这两方面进行说明：
为了保证加工面与其设计基准间的位置公差（同轴度、平行度、垂直度等），工件定位时应使加工表面的设计基准相对于机床占据一正确的位置。
为了保证加工面与其设计基准间的距离尺寸精度，工件定位时，应使加工面的设计基准相对于刀具有一正确的位置。
表面间距离尺寸精度的获得通常有两种方法：
试切法和调整法。
试切法是通过试切——测量加工尺寸——调整刀具位置——试切的反复过程来获得距离尺寸精度的。
由于这种方法是在加工过程中，通过多次试切才能获得距离尺寸精度，所以加工前工件相对于刀具的位置可不必确定。
调整法是一种加工前按规定的尺寸调整好刀具与工件相对位置及进给行程，从而保证在加工时自动获得所需距离尺寸精度的加工方法。
这种加工方法在加工时不再试切。
生产率高，其加工精度决定于机床、夹具的精度和调整误差，用于大批量生产。
（2）工件定位的方法
◆直接找正法定位
直接找正法定位是利用百分表、划针或目测等方法在机床上直接找正工件加工面的设计基准使其获得正确位置的定位方法。
这种方法的定位精度和找正的快慢取决于找正工人的水平，一般来说，此法比较费时，多用于单件小批生产或要求位置精度特别高的工件。
◆划线找正法定位
划线找正法定位是在机床上使用划针按毛坯或半成品上待加工处预先划出的线段找正工件，使其获得正确的位置的定位方法，此法受划线精度和找正精度的限制，定位精度不高。
主要用于批量小，毛坯精度低及大型零件等不便于使用夹具进行加工的粗加工。
◆使用夹具定位
夹具定位即是直接利用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的定位方法。
由于夹具的定位元件与机床和刀具的相对位置均已预先调整好，故工件定位时不必再逐个调整。
此法定位迅速、可靠，定位精度较高，广泛用于成批生产和大量生产中
（3）工件装夹
依据加工内容，该工件主要是外圆螺纹的加工，且精度很高。
由于工件规则，在车床上采用三爪夹持。
2.6心轴加工工艺过程卡片
数控车削加工工序
数控车削分两次装夹完成切削加工：
先使用93°外圆车刀先粗车再精车零件的左端处各部分尺寸，先加工外轮廓再加工内孔，然后用4mm的割槽刀割槽，然后在车内螺纹。
换端面加工另一端，，同样是先粗加工后精加工，数控加工工艺卡见表2。
表2数控加工工序卡
常州轻工职业技术学院
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
零件图号
轴的加工
轴套
07000-01
工艺序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
加工车间
P1234
三爪卡盘
P1000
数控车床
实训基地
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
背吃刀量mm
1
粗车左端外轮廓
T0101
93°外圆车刀
600
0.2
2
精车左端外轮廓
T0101
93°外圆车刀
600
0.15
3
钻φ3的中心孔定位
T0202
Φ3mm的钻头
600
0.15
4
钻φ18的孔至30mm处
T0303
φ16mm的钻头
600
0.15
5
粗车左端内孔轮廓
T0404
93°内孔车刀
600
0.15
6
精车左端内孔轮廓
T0404
93°内孔车刀
600
0.15
7
车内螺纹
T0505
60°螺纹车刀
300
1．5
（螺距）
8
粗车右端外轮廓
T0101
93°外圆车刀
600
0.2
8
精车右端外轮廓
T0101
93°外圆车刀
600
0.15
9
车右端外螺纹
T0606
60°螺纹车刀
300
1.5
（螺距）
编制
审核
批准
第1页
共1页
常州轻工职业技术学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
调度绞车齿轮架
零件名称
材料牌号
ZG310-570
毛坯种类
铸钢
毛坯外形尺寸
Φ40X105
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
10
毛坯Φ40X105mm
20
粗车左端外轮廓
93°外圆车刀
数控车间
30
精车左端外轮廓
93°外圆车刀
数控车间
CK6140
三爪卡盘
40
钻φ3的中心孔定位钻φ18的孔到30mm
Φ3mm的钻头，Φ18mm的钻头
数控车间
CK6140
三爪卡盘
50
粗镗左端φ22.5孔
以内孔找正，镗左端φ22.5孔，直径留0.2mm
数控车间
CK
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