典型轴类零件加工工艺.docx

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典型轴类零件加工工艺

甘肃广播电视大学职业技术学院毕业设计题目数控轴类零件加工工艺设计姓班专名：

王彦霞级：

09机电业：

机电一体化王丁丁学号指导教师：

年月日甘肃广播电视大学职业技术学院目录摘要………………………………………………………………………3摘要前言………………………………………………………………………………………………5第一章概述……………………………………………………………………61.1典型轴类零件的加工工艺………………………………………………61.2数控车床概述……………………………………………………………81.3镗孔工艺…………………………………………………………………91.4螺纹加工工艺……………………………………………………………91.5分析加工对象……………………………………………………………11工艺过程卡/第二章工艺过程卡/加工工序卡…………………………………………122.1数控加工工艺内容的选择………………………………………………122.2工艺过程…………………………………………………………………122.3加工工序的划分…………………………………………………………142.4编制工艺过程卡…………………………………………………………152.5切削用量的确定…………………………………………………………15第三章加工路线图…………………………………………………………213.1刀具加工进给路线的确定………………………………………………21数控刀具表/第四章数控刀具表/数控编程基础………………………………………234.1本零件加工所用刀具……………………………………………………234.2编程基础…………………………………………………………………23附录一………………………………………………………………………………28总结…………………………………………………………………………………30结束语……………………………………………………………………………32参考文献…………………………………………………………………………331甘肃广播电视大学职业技术学院摘要随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。

本次设计就是进行典型轴类零件的数控加工工艺与编程，侧重于该零件的工艺分析、加工路线的确定及加工程序的编制。

并绘制零件图、加工路线图。

用G代码编制该零件的数控加工程序，并附以编程尺寸的计算方法，其中零件工艺规程的分析是此次论文的重点和难点。

关键词：

关键词数控加工；工艺过程；加工工序；加工路线2甘肃广播电视大学职业技术学院前言机械制造业在国民经济中起着特殊重要的作用它为各个经济部门提供先进的技术装备，为人民生活提供所需的机械商品，为国防事业提供了现代化的武器，也为各个部门提供了各种机械设备，其中机械设备都是由不同的零件而组成的，这些零件是由不同的工种分别加工出来的。

随着科学技术的发展，尽管有一些零件已经用精密的铸造或冷压等方法来制造，但是，绝大多数零件的制造还离不开普通机床的加工。

轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件（如齿轮、蜗轮等），以实现回转运动并传递转距和动力，如齿轮，车轮，电动机，转子，铣刀等各种作回转运动的零件，都必须安装在轴上，才能实现它们的功用。

轴是代表性的零件之一，加工难度较大，工艺路线较长，涉及轴类零件的加工的许多基本工艺问题，下面通过对轴技术条件的分析和工艺过程的讨论，来说明轴类零件加工的一般规律。

本文主要论述了普通轴加工工艺，有工艺分析定位基准的选择，加工阶段，机械加工工艺过程，轴的材料及热处理和检验等3甘肃广播电视大学职业技术学院第一章概述机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。

通常，毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。

一个相同结构相同要求的机器零件，可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最经济、最合理的。

在现有的生产条件下，如何采用经济有效的加工方法，合理地安排加工工艺路线以获得符合产品要求的零件，最重要的就是要编制出零件的工艺规程。

典型轴类零件的加工工艺：

1.1典型轴类零件的加工工艺：

轴类零件的功用、1.1.1轴类零件的功用、结构特点轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。

它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。

按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。

它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。

轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。

根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。

本论文所加工的零件——典型轴类零件则属于阶梯轴1.1.2零件图技术要求1.去除毛刺.尖角倒钝2.未注倒角均为453.有热处理和硬度要求1×45°1×45°∠1:

5R11.5×45°1×45°?

200-0.02?

100-0.05M16?

280-0.02R12±0.026510528±0.02151876±0.024?

380-0.02?

28甘肃广播电视大学职业技术学院1.1.3零件图分析该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。

尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，Φ50mm×100mm，无热处理和硬度要求。

1.1.4确定加工方法加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。

由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。

图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，而取其基本尺寸。

通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。

根据加工零件的外形和材料等条件，选用CJK6032数控机床。

①加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。

②设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。

③简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量。

④据工件的外形、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数。

⑤合理设计刀具的切入与切出的方向。

采用单向趋近定位方法，避免传动系统反向间隙而产生的定位误差。

2.1确定加工方案零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。

对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况，选择工件定位和安装方式，重点保证工件的刚度不被破坏，尽量减少变形，因此加工顺序的安排应遵循以下原则：

（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧

（2）先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓（3）尽量减少重复定位与换刀次数（4）在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚性破坏较小的工序。

毛坯先夹持左端平端面保证长度76mm，加工外圆Φ20mm.Φ28mm.Φ38mm.再调头，车外圆Φ28mm.用螺纹刀加工螺纹，①加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。

②设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。

③简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量。

5甘肃广播电视大学职业技术学院④据工件的外形、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数。

⑤合理设计刀具的切入与切出的方向。

采用单向趋近定位方法，避免传动系统反向间隙而产生的定位误差。

该典型轴加工顺序为：

预备加工---车端面---粗车右端轮廓---精车右端轮廓---切退刀槽---工件调头---车端面---粗车左端轮廓---精车左端轮廓-----粗车螺纹--精螺纹。

◆轴类零件加工工艺规程注意点:

轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。

一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。

1）粗基准选择：

有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。

对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。

且选择平整光滑表面，让开浇口处。

选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。

2）精基准选择：

要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。

符合基准统一原则。

尽可能在多数工序中用同一个定位基准。

尽可能使定位基准与测量基准重合。

选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。

工艺规程制订得是否合理，直接影响工件的质量、劳动生产率和经济效益。

一个零件可以用几种不同的加工方法制造，但在一定的条件下，只有某一种方法是较合理的。

◆轴类零件加工的技术要求:

尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6~IT9。

几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。

其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

该典型轴类零件长度为145mm，螺纹大径为30mm、长度为25mm，外圆锥面的锥度为20o、长度为29mm，圆弧总长为57mm、半径分别有6甘肃广播电视大学职业技术学院24mm/9mm/8mm，所镗的孔直径为28mm、长度为26mm。

相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

该典型轴类零件外圆相互位置精度为0.02～0.04之间，圆的径向跳动为0.02，端面与轴心线保持垂直，两端端面要保持平行。

孔的表面与外表面也应保持平行。

◆表面粗糙度:

轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。

该典型轴类零件的直径为52mm的外圆、外圆锥度及孔的内表面的粗糙度均为1.6，其它位置的粗糙度为3.2。

在加工该轴类零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工零件表面轮廓时，必须保证0.5mm的精加工余量，必要时需使用刀偏表，对刀具进给时进行误差的控制，有效地减小误差，方能确定该零件在加工精度方面的各种要求。

3.1轴类零件加工工艺分析

（1）技术要求轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。

轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。

相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。

图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。

（2）毛坯选择轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。

如图典型轴类直径相差不大，采用直径为60mm，材料45#钢，在锯床上按150mm长度下料。

（3）定位基准选择轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。

用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。

当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基准，或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高。

7甘肃广播电视大学职业技术学院数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确性，或为了端面余量均匀，工件轴向需要定位。

采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。

以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限未支承，以工件端面或台阶儿面作为轴向定位基准。

（4）轴类零件的预备加工车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有:

直--毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。

过量弯曲变形会造成加工余量不足及装夹不可靠。

因此在车削前需增加校直工序。

切断---用棒料切得所需长度的坯料。

切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行，也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。

车端面和钻中心孔—对数控车削而言，通常将他们作为预备加工工序安排。

（5）热处理工序铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火火退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。

性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。

相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。

（6）加工工序的划分一般可按下列方法进行：

①刀具集中分序法就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。

再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。

这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。

②以加工部位分序法对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。

一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。

③以粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。

综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。

另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。

（7）工时在加,加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。

顺序一般应按下列原则进行：

①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。

②先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。

8甘肃广播电视大学职业技术学院③以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。

④在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。

在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。

工件调头装夹由程序中的M00或M01指令控制程序暂停，装夹后按“循环启动”继续加工。

（8）走刀路线和对刀点选择走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。

由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。

合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。

这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。

1.1.3轴类零件加工的工艺路线外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。

①粗车—半精车—精车对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。

②粗车—半精车—粗磨—精磨对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。

③粗车—半精车—精车—金刚石车对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。

④粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工◆对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。

◆对于本文所加工的典型轴类零件，将采用“粗车—精车”的车削方式，即分别对本零件的两个端面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤进行粗加工和精加工。

9甘肃广播电视大学职业技术学院1.2.3本零件的加工所用机床型号、特点及数控系本零件的加工所用机床型号、CNC6140D：

该车床可以实现轴类、盘类的内外表面，锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔加工，也可以实现非圆曲线加工。

本零件将采用FANUC系统进行加工：

主要特点FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点。

1.3镗孔工艺：

镗孔工艺：

根据工件的加工要求，可选择三种镗削方案。

◆在一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的切除，镗孔后再倒角。

为了不影响生产节拍，两把粗、精切镗刀需同时工作。

由于是在镗杆上钻孔及攻丝，进一步削弱了镗杆的刚性及强度。

而镗削余量的不均匀分布使得切削力很大，两把镗刀同时工作使机床功率不足，因此不可避免地要引起切削振动，无法满足工件加工精度和表面粗糙度要求。

◆在同一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的去除：

其中任何两把刀都不得同时工作。

采用该方案虽然可降低切削力，但镗杆长度增加了两倍，造成镗杆刚性不足；同时单件加工工时也增加了一倍，保证不了生产节拍。

◆安排两台机床，即增加一台半精镗床来分担余量的精加工。

该方案虽可解决问题，但工件加工成本太高。

◆对于本零件中的孔，将采用镗刀对其进行加工，并安排粗、精镗来分担余量的切除，镗孔后再倒角。

1.4螺纹加工工艺1.4.1普通螺纹的尺寸分析数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸，普通螺纹加工所需的尺寸计算分析主要包括以下两个方面：

◆螺纹加工前工件直径考虑螺纹加工牙型的膨胀量，螺纹加工前工件直径D/d－0.1P，即螺纹大径减0.1螺距，一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。

◆螺纹加工进刀量10甘肃广播电视大学职业技术学院螺纹加进刀量可以参考螺纹底径，即螺纹刀最终进刀位置。

螺纹小径为：

大径－２倍牙高；牙高=0.54P（P为螺距）螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。

1.4.2普通螺纹的编程加工在目前的数控车床中，螺纹切削一般有三种加工方法：

G32直进式切削方法、G76斜进式切削方法和G82直进式切削方法，由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。

我们在操作使用上要仔细分析，争取加工出精度高的零件。

◆G32直进式切削方法，由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。

在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。

由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。

◆G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。

但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。

因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。

由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。

在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用G76加工方法进行粗车，然后用G32加工方法精车。

但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。

◆G82直进式切削方法，螺纹切削循环同G32螺纹切削一样，在进给保持状态下，该循环在完成全部动作之后再停止动作。

螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施，当螺纹牙顶未尖时，增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大，增大量视材料塑性而定，当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小，根据这一特点要正确对待螺纹的切入量，防止报废。

本零件中螺纹的切削加工就采用G82直螺纹切削循环加工的方法，并且使用粗车与精车结合切削方式（精加工余量为0.5mm），须先倒角后车螺纹。

分析加工对象（零件图样）1.5分析加工对象（零件图样）11甘肃广播电视大学职业技术学院在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。

对于数控车削加工应考虑以下几方面：

1.5.1构成零件轮廓的几何条件在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。

因此在分析零件图时应注意：

◆零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成；◆零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；◆零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。

◆零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。

1.5.21.5.2尺寸精度要求分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。

在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。

在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。

1.5.31.5.3形状和位置精度的要求零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。

加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。

1.5.4表面粗糙度要求1.5.4表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。

1.5.51.5.5材料与热处理要求⑴轴类零件材料常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

⑵轴类毛坯常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。

毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

2．轴类零件的热处理12甘肃广播电视大学职业技术学院锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。

调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。

表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。

第二章工艺过程卡/加工工序卡2.1数控加工工艺内容的选择◆在选择时，一般可按下列顺序考虑：

（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择的内容；

（2）通用机床难加工，质量也难保证的内容应作为重点选择的内容；（3）通用机床加工效率低、工人手