轴套类零件加工工艺.docx
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轴套类零件加工工艺
轴套类零件加工工艺
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2011-07-15
目录
绪论2
第一章数控机床的发展过程3
第二章.数控机床基本组成和工作原理4
2.1数控机床的基本组成4
2.2数控机床的工作原理4
第三章轴类零件的加工工艺5
3.1轴套类加工介绍5
3.2轴套类加工工艺细节6
3.3确定装夹方案6
3.4轴套类零件的数控车削加工7
3.5刀具选择8
3.6轴套类数控加工刀具卡片8
3.7被吃刀量确定9
第四章零件工艺分析9
4.1零件加工分析9
4.2确定毛坯10
4.3机床设备选择10
4.4工件夹具10
第五章工艺路线的拟定11
5.1零件的加工顺序11
5.2进给路线11
5.3走刀路线图11
第六章确定切削三要素14
第七章总结16
绪论
数控技术是数字控制（NumericalControl）技术的简称。
它采用数字化信号对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。
利用数控技术可以把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。
采用数控技术的控制系统称为数控系统（NumericalControlSystem）。
根据被控对象的不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统。
所谓机床数控系统就是以加工机床为控制对象的数字控制系统。
安装有数控系统的机床称为数控机床。
它是数控系统与机床本体的结合体。
数控车床是数控系统与车床本体的结合体；数控铣床是数控系统与铣床本体的结合体。
除此之外还有数控线切割机床和数控加工中心等。
数控机床是具有高附加值的技术密集型产品，是集机械、计算机、微电子、现代控制及精密测量等多种现代技术为一体的高度机电一体化设备。
数控机床的产生使传统的机械加工发生了巨大的变化，这不仅表现在复杂工件的制造成为可能，更表现在采用了数控技术后使生产加工过程真正实现了自动化。
第一章数控机床发展过程
第一台数控机床是美国Parsons公司与美国麻省理工学院（MIT）于1952年合作研制成功的，当时是为了加工直升飞机螺旋桨叶轮廓的检查样板。
此后，其他一些国家都开展了数控机床的研制开发和生产。
1959年，美国克耐.杜列首次成功开发了加工中心，这是一种有自动换刀装置和回转工作的数控机床，可以在一次装夹中对工件的多个平面进行加工。
20世纪60年代末，出现了直接数控系统DNC及由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。
1967年，英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，这便是最初的柔性制造系统。
20世纪80年代，出现以加工中心或车削中心为主体，配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（flexiblemanufacturingcell，简称FMC）。
近几年，又出现了以数控机床为基础加工单元的计算机集成制造单元（computerintegratedmanufacturing,简称CIMS），实现了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管理和控制。
CAM系统之间和各个子系统之间要进行统一的数据交换。
从狭义上讲，NC编程就是CAM的同意词。
利用NC加工技术，可以快速应对市场的变化，提高产品的竞争力。
同传统机械加工相比，NC加工具有如下优势：
1缩短了产品加工是的辅助时间，提高了加工效率。
利用数控机床，特别是数控加工中心进行NC加工，基本上一次装夹，减少了夹具设计与制造以及工件定位与装夹时间。
2加工精度高、安全可靠。
利用数控机床和NC加工技术，可以在制造前进行加工路径的模拟和仿真，减少加工过程中的误差，并能进行干涉检查。
能够及早发现加工过程中的问题并加以修正。
3可以加工复杂的零件。
一般机床不能加工的零件，都可以在数控机床上进行加工并且加工精度高，可重复性好。
随着CAD/CAM一体化技术的发展，很多著名的软件都具有很强的NC功能。
在中国使用较为广泛的集成软件有Pro/ENGINEER、UGIL、MasterCAM和CATIA等。
Pro/ENGINEER是CAD/CAM/CAPP/POM于一体的，能够完成制造业所需的各个方面功能设计的软件包，Pro/ENGINEER集成了零件设计产品装配及NC加工，具有铣削、车削、点火花线切割等加工
第二章数控机床的基本组成及工作原理
2.1数控机床的基本组成
数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤实现：
1、根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序；2、所编程序指令输入机床数控装置；3、数控装置将程序（代码）进行译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需的辅助动作，最后加工出合格的零件。
由此可知，数控机床的基本组成包括加工程序、输入输出装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置、反馈系统、电器逻辑装置以及机床本体。
由下图2.2.1可知机床数控系统的基本工作流程。
2.2数控机床的工作原理
由上图可知，数控机床在加工时，是根据工件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及机床各部件的移动量、速度及动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向及冷却等要求，以规定的数控代码形式，编制成程序单，并输入到机床专用计算机中。
然后，数控系统根据输入的指令，进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床各部分进行规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的工件。
第三章轴套类零件的加工工艺
3.1轴套类加工介绍
轴套类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。
它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。
轴套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，轴套类零件可分为光轴、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。
轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。
轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，主要要求如下：
1尺寸精度比一般的零件的尺寸精度要求高。
轴套类零件中支承轴颈的精度要求最高，为IT5～IT7；配合轴颈的尺寸精度要求可以低一些，为IT6～IT9。
2形状精度高。
3位置精度高，其一般轴的径向跳动为0.01～0.03，高精度的轴为0.001～0.005。
4表面粗糙度比一般的零件高，支承轴颈和重要表面的表面粗糙度Ra常为0.1～0.8um，配合轴颈和次要表面的表面粗糙度Ra为0.8～3.2um。
轴套类零件一般常用的材料有45钢、40Cr合金钢、轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，还有20CrMoTi、20Mn2B、20Cr等。
轴套类零件最常用的毛坯是棒料和锻件，只有一些大型或结构复杂的轴，在质量允许时才采用铸件。
由于毛坯经过锻造后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，可获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。
所以除了光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧料棒料或冷拉棒料外，一般比较重要的轴大都采用锻件。
另外轴套类零件的毛坯还需要经过热处理。
轴的结构设计原则：
1节约材料，减轻重量尽量采用等强度的外形尺寸，或大的截面系数的截面形状。
2易于轴上零件的精确定位，稳固装配拆卸和调整。
3采用各种减少应力应用和提高强度的结构措施。
4便于加工制造和保证精度。
轴套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：
1零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。
2渗碳件加工工艺路线一般为：
下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。
3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。
4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。
3.2轴套类加工细节
1零件螺纹外径、圆锥、侧角、外圆和台阶可一次加工，圆弧已大于90°，加工是要注意保证加工不干涉。
2为便于装夹，坯件左端预车出加持部分，右端也应先车出并钻好中心孔，毛坯用料为直径70mm棒料。
3该零件在加工中只需要一次装夹加工，从图纸上进行尺寸标注分析：
工件坐标系的工件原点应选择定在零件装夹后的右端面圆心处O（0，0）点，
3.3确定装夹方案
由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。
因此数控机床的夹具应定位可靠、稳定，一般采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹头。
分析本工件为外轮廓加工，外表面可以依次加工，无内孔，可采用一次装夹完成粗、精加工。
为了保证在加工螺纹时确保工件不来回晃动,减少误差,一般以轴线和左端面为定位基准,左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧,右端采用活动顶尖支撑装夹方案。
3.4轴类零件的数控车削加工
软件职业技术学院
数控自动加工工序卡
型别
车削
零件图号
零件名称
轴套类零件
3—1
设备名称
车床
设备型号
CJK6032A
程序号
%0001
基本材料
45＃钢
硬度
HRC26-28
工序名称
区域车削
工序号
NC01
工步号
工步内容
夹刀具
量具
编号
名称
编号
名称
1
粗车外圆
01
外圆车刀
01
游标卡尺
2
精车槽
02
切槽刀
02
千分尺
3
精车螺纹
03
螺纹刀
01
游标卡尺
4
精车外圆
03
螺纹刀
02
千分尺
3.5刀具的选择
与普通机床相比，数控加工时对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控机床的高效率。
因此，刀具的选择是数控车削加工工艺中的重要内容之一,它不仅影响机床加工效率而且直接影响零件的加工质量。
在编程时选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、被加工零件材料等因素。
数控加工刀具材料要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选择硬质合金精密加工时还可选择性能更好、更耐磨的陶瓷立方氮化硼和金刚石刀具并优选刀具参数。
一般来说需将所选定的刀具参数填入表轴承套数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。
常见的轴套类数控加工刀具如下。
3.6轴承套数控加工刀具卡片
产品名称或代号
数控车工艺分析实例
零件名称
轴承套
零件图号
Lathe-01
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀尖半径mm
备注
1
T01
45°硬质合金端面车刀
1
车端面
2
T02
中心钻
1
钻中心孔
3
T03
割槽刀
1
割槽
4
T04
镗刀
1
镗内孔各表面
5
T05
90°外圆车刀
1
车外圆表面
6
T06
大钻头
1
钻底孔
7
T07
60°外螺纹车刀
1
车M45螺纹
注：
根据加工要求，选用三把刀具，Ⅰ号刀车外圆，Ⅱ号刀切槽，Ⅲ号刀车螺纹及进行精加工。
刀具应正确的选择换刀点，以便在换刀过程中，刀具与工作机床和夹具不会碰撞。
此设计中，换刀点为P（100，100）。
（1）粗车外轮廓选择硬质合金90度外圆刀，其副偏角应取大一些为防止干涉，现取副偏角为35度；
（2）切槽选择硬质合金切槽刀，刀尖宽度为5mm；
（3）精车倒角、外圆、圆锥、圆弧。
车M28Χ1.5螺纹，应选用硬质合金60°外螺纹刀，取刀尖半径为0.15～0.2mm。
刀具选择完毕、工件装夹方式确定后，即可通过确定工件原点来确定工件坐标系。
如果要运行这一程序来加工工件，必须确定刀具在工件坐标系开始运动的起点。
程序起始点或起刀点一般通过对刀来确定，所以，该点又称为对刀点。
在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。
对刀点设置原则是：
（1）便于数值处理和简化程序编制；
（2）易于找正并在加工过程中便于查找；
（3）引起的加工误差小。
对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具或机床上。
3.7背吃刀量确定
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量（除去精车量），这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2-0.4mm。
第四章零件工艺分析
4.1零件工艺分析
件成型组成表面；零件由圆柱面、逆圆弧、直线、内孔和锥面几部分组成。
是数控加工可选的内容。
2.零件尺寸标注完整、轮廓表达清晰、零件结构合理；
3.尺寸精度保证；图形上尺寸均为IT8级，用数控车床自身精度均可保证，编程时尺寸去基本尺寸即可。
4.材料的选取；选用45#钢（热轧），无热处理及硬度要求，材料且学加工工艺性良好。
5.各成型表面连接复杂程度中等，加工连续连续时间不长，不需用可转为刀片，用一般硬质合金刀即可。
6．生产纲领；批量生产30件。
4.2确定毛坯
1.毛坯尺寸的确定：
由零件图的工艺分析可得，零件图的最大的圆柱面积为φ61mm尺寸长度为95.5。
毛坯的表面不是光滑的，在加工前需要在普车上车表面，以保证圆柱表面的粗糙度。
所以，确定零件的毛坯尺寸为φ66x100mm。
2.毛坯材料的确定;
毛坯选45#钢（热轧），无热处理和硬度处理。
4.3机床设备选择
加工的零件材料是45#钢，无热处理和硬度的要求，选用CJK6140型号的机床既能满足加工的要求，机床带三爪自定心卡盘。
4.4工件夹具
1.装夹方法（采用两次装夹）；
（一）先加工左端，装夹右端，零件为圆柱型零件，选用三爪自定心卡盘夹持，并留有足够的的夹持长度（20毫米），如下图所示；
（一次装夹示意图）
（二）加工右端，装夹左端，零件为圆柱型零件，选用三爪自定心卡盘夹持，左端留有足够的长度，右端采用轴套，保证足够的刚度，如下图所示
（二次装夹示意图）
2.定位基准；
端面基准设为左基准，回转基准设为轴线；设计基准、定位基准与工艺基准三者重合，以防止基准不重合，影响加工精度；在相应加工之前基准端面要先行加工。
综上所述；在普车上先平端面，加工外圆去除表面的余量达到要求，完成坯料；然后把工件放在数控车床上采用三爪自定心卡盘分两次装夹，并留有足够的夹持长度和保证零件的刚度，依次完成加工的要求。
第五章工艺路线的拟定
5.1零件的加工顺序；
1.先加工左端，装夹右端，车平面，然后遵循由粗到精，从右向左（先近后远的加工原则），先孔后面的原则，加工时从右到左粗车各表面，粗车时留有精加工余量0.5mm，在加工螺纹孔时先采用φ8mm的钻，钻个中心孔，保证孔的垂直度，在葱孔，最后绞孔和攻丝。
2.在加工右端，装夹左端，平断面，依次加工圆弧，直线段，锥面。
先粗车加工，在精加工，粗车时留精加工余量0.5mm。
5.2进给路线；
1.选CJK6140车床具有粗车循环和深孔螺纹的自动加工功能，加工时一句程序去自动完成。
循环加工时，依零件外轮廓的引入段及延伸尺寸要足够。
2.对精加工，依零件外轮廓走刀一次完成精加工的切除。
3．深孔加工走刀次数的确定。
5.3走刀路线图；
1.图a为加工左端外轮廓走刀路线图
2.图b为加工左端精车走刀路线图
3.图c为深孔图的加工
4.图d为深孔加工螺纹图
5图e为加工右端外轮廓的走刀路线图
6.图f为加工右端精车路线图
（图a）加工左端外轮廓走刀路线图
（图b）加工左端精车走刀路线图
（图c）深孔图的加工
（图d）深孔加工螺纹图
（图e）加工右端外轮廓的走刀路线图
（图f）为加工右端精车路线图
第六章确定切削三要素
1.被吃刀量的选择ap：
（参考文献1：
p221表5-7中间值）
得ap=（2+6）/2=4mm
由图纸得，φmax=46mm，φmin=30mm
（46-30）/2=8mm
由表面粗糙度Ra1.6-6.3，得留取精加工余量ap精=0.25
所以ap粗总=8-0.25=7.75mm
7.75/4=2次
2.主轴转速：
（参考文献1p221表5-7，并参阅机床手册中“主轴转速”）
该零件的加工面由圆柱、圆弧、螺纹等表面组成。
因为工件材料为45#中碳钢，尺寸较小。
为保证表面精度要求选取切削速度范围为：
Vc=90—110m/min。
（1）、外轮廓加工:
粗加工：
取Vc=（90+110）/2=100m/min
考虑刀具耐用度，降20%，取Vc粗=80m/min
n粗=80x1000/Πx50=560r/min
精加工：
Vc取中间值Vc=100m/min
为保证表面粗糙度Ra，升20%。
取：
Vc精=120m/minn精=120x1000/Πxd均=1200x1000/3.14x40=1000r/min
考虑刀具走刀，取n精=800r/min
（2）、深孔螺纹加工：
（由参考文献1：
p221螺纹加工主轴转速公式n=1200/p-k
n=1200/3-80=320r/minf=3mm/r
Vf=nxf=320mm/min
（3）、端面：
n粗=n粗外，n精=n精外
（4）、外圆段加工时：
ap=4mm
端面用左偏刀倒吃刀ap=1mm，f=0.25mm/r
Ap
（mm）
N
（r/min）
Vc
（m/mm）
F
（mm/r）
Vf
（mm/min）
车削
粗车
3
560
80
精车
0.75
800
120
螺纹
粗加工孔
1.2
320
960
精加工孔螺纹
0．2
320
960
切削
0.05
560
0.15
切端面
0.1
560
0.15
轴套类零件加工工艺单
单位
名称
数控0801
产品名称或代号
零件名称
零件图好
零件轴
零件轴
A4
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
O1111
三爪字定心卡盘
CJK6140数控车床
数控加工中心
工号
工布内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
（r/min）
进给速度
（mm/min）
被吃刀量
（mm）
备注
1
车端面
T01
20x30
560
3
手动
2
车外圆
T01
20x30
560
3
自动
3
粗车外轮廓
T01
20x30
560
3
自动
4
精车外轮廓
T02
20x30
560
3
自动
5
钻中心孔
T03
φ8x40
320
0.75
自动
6
攻丝
T04
φ12x40
320
0.75
自动
二次加工；掉头加工右端
单位
名称
数控0801
产品名称或代号
零件名称
零件图好
零件轴
零件轴
A4
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
O2222
三爪字定心卡盘
CJK6140数控车床
数控加工中心
工号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
（r/min）
进给速度
（mm/min）
被吃刀量
（mm）
备注
1
车端面
T01
20x30
560
3
手动
2
车外圆
T01
20x30
560
3
自动
3
粗车外轮廓
T01
25X25
560
0.05
自动
4.
精车外轮廓
T02
20x20
320
960
1.2
自动
第七章总结
要实现数控加工，编程是关键。
本设计虽然只对两例数控车床加工零件的进行了编程分析，但它具有一定的代表性。
由于数控车床可以加工普通车床无法加工的复杂曲面，加工精度高，质量容易保证，发展前景十分广阔，因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。
同时，数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为其具有许多如下优越的特点。
1生产柔性大。
在数控机床上加工不同零件时，只需要改变加工程序而不需要特别制造或更换刀具和夹具。
2加工精度高，产品质量稳定性好。
数控机床采用了精密机械组件、灵敏的测量系统、精确的位置控制器和告警度的加工处理技术，所以具有很高的控制精度和加工精度。
其自动加工方法除了操作者的人为误差，提高了同一批零件加工尺寸的一致性，使加工质量稳定、产品合格率高。
3生产效率高。
具有较大的切削用量、自动更换刀具实现了多工序集中加工，快速移动和停止采用了加速、减速控制措施，大大节省工时；一般不用专用夹具，节省夹具设计、制造和更换的时间。
4较高的可靠性、较好的宜人性。
在数控系统中集成了对部件的监控和诊断功能。
5良好的经济效率。
采用数控机床可以提高产品质量、降低材料及其他资源损耗使生产成本降低，可以缩短新产品开发的生产周期，降低其他生产设备投资的费用，所以总体成本下降。
可获得很好的经济效益。
6减轻劳动强度，改善劳动条件。
其是按预先编好的程序自动完成加工的，操作者只操作键盘，装卸零件和监视加工过程，不需进行繁重的、重复性的手工操作。
7有利于生产管理的现代化。
数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息。
特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础。
制造业为人类创造着辉煌的物质文明，我国人民在各个历史年代在机械方面都有过自己的贡献，因此制造业是一个国家的立国之本。
而制造业已不再仅仅是以前的力学、切削理论为主要基础的一门学科而是涉及了机械科学、系统科学、信息科学和管理科学的一门综合科学。
数控机床又代表了当今制造也的发展方向。
因此，掌握好这门学科必须通过理论学习、自我设计及工厂实践来更好的体会加深理解。
通过此次设计，我初步具有了分析和设计零件轮廓的能力，为以后解决生产实际问题和技术改造工作建立基础，并了解了，现代制造技术与现代生产管理的结合，是制造技术发展的前沿与趋势。
但同时通过对比也发现了自己的缺陷，深刻的认识到知识和实践结合的重要性。
特别是在专业知识方面学习不够牢固，实践经验少，在技术设计方面考虑不够周全。
所以，在制造业这门科学中，光凭基本概念与理论根本无法全面理解掌握这门科学，还需要靠大量的实践经验。
因此，我体会最深的就是：
百看不如一练，全面学好这门科学，必须在不断的实践——理论——实践的循环中善于总结，才能达到令人满意的成绩。
总之，在本次设计中，我获得了许多新知识和新的学习方法，更多的实践经验，为以后工作生涯打下了坚定
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