轴类零件的加工工艺分析与编程设计.docx

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轴类零件的加工工艺分析与编程设计

引言1

第一章轴类零件的加工2

1.1机械制造工艺基础的研究对象2

1.2轴的类型及其功用2

1.3轴类零件的技术要求3

1.4轴类零件的材料、毛坯及热处理4

1.5轴类零件的加工工艺过程及工艺分析4

第二章零件图样及要求7

2.1设计技术要求7

2.2设计具体要求7

第三章零件图工艺分析8

3.1零件几何要素分析8

3.2精度分析8

3.3加工方案的拟订8

3.4工件的定位及装夹8

第四章编程尺寸的计算9

4.1上下偏差换算成平均尺寸9

4.2利用尺寸链解出图中未标注的尺寸9

第五章加工路线图10

5.1工序一10

5.2工序二10

5.3工序三11

5.4工序四13

第六章刀具调整图14

6.1加工左端台阶面及螺纹14

6.2调头加工工件右端锥面、曲面，钻孔并镗孔14

第七章数控刀具表15

第八章数控加工工序卡16

8.1数控加工工序卡

（一）16

8.2数控加工工序卡

（二）16

8.3数控加工工序卡（三）17

8.4数控加工工序卡（四）17

第九章数控加工程序的编写18

9.1工序一18

9.2工序二程序18

9.3工序三程序19

9.4工序四程序20

第十章仿真验证22

总结24

致谢语25

参考文献26

附：

A3图纸一张

轴类零件的加工工艺分析及编程设计

摘要本文主要针对轴类零件的加工进行工艺分析。

轴类零件通常由内外圆柱面、内外圆锥面、端面、台阶面、螺纹、圆弧等组成，主要用于支撑传动零件，承受载荷，传递转矩等，有较高的精度和粗糙度要求。

为保证轴类零件的高精度要求，本设计针对零件进行了工艺分析、尺寸计算、程序编写以及数控仿真，制定了正确的工艺方案，包括：

装夹方案和工艺路线，选择合理的刀具和夹具，并能利用数控仿真软件进行了验证。

实现了数控车床的自动化，智能化，高精度、快速度，短周期等功能。

数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用。

零件加工之前，进行工艺分析、编程设计具有非常重要的作用。

本文通过对典型的轴类零件数控加工工艺的分析，给出了一般零件设计加工工艺分析的方法，对于提高制造质量和实际生产，具有一定的指导意义。

关键词零件图纸分析加工工艺编程仿真

引言

数字控制机床（NumericalControlMachineTools）简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。

它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。

经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

制造自动化技术的广泛使用，给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来了深刻变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计。

数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。

因此，数控技术及数控装备是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。

在机械制造过程中，工艺技术水平不仅对企业的产品质量有至关重要的影响，而且影响着企业生产的物耗、能耗和效率等方面。

也就是说，企业的工艺技术水平直接决定着各种投入资源在生产过程中的变换效率，决定着企业经济效益的优劣。

在企业工艺技术不变的情况下，尽管可以通过强化管理及其他手段，在一定程度上提高企业的经济效益，但这种可能性是有限的。

一定的工艺技术水平决定了企业经济效益的大致区间，要持续不断地提高企业的经济效益，就必须不断地开展工艺创新。

目前，随着国内数控机床用量的剧增，急需培养一大批各种层次的数控人才，特别是应用型高级技术人才及能熟练操作数控设备的技能人才。

本课题以数控零件加工工艺的编制为主要内容，重点掌握零件图的分析以及工艺过程卡的制定和程序的编制。

难点是三个相交圆弧在加工过程中不能及刀具发生干涉，另外要保证同轴度零件同轴度的要求。

从此典型零件中能让我们对所学书本知识达到巩固及加强的目的，对数控零件的加工有一个全新的认识。

第一章轴类零件的加工

1.1机械制造工艺基础的研究对象

机械制造工艺，是指各种机械的制造方法和过程的总称。

机械制造工艺涉及的行业五花八门，产品的种类成千上万，但机械制造工艺基础所研究的问题可归结为质量、生产率和经济性3大类。

1.1.1保证和提高产品的质量

产品质量包括整台机器的装配精度、使用性能、使用寿命和可靠性以及零件的加工精度和加工表面质量。

现在，由于航空航天、精密机械、电子工业和军工的需要，对零件的精度和表面质量的要求越来越高，相继出现了新工艺和新技术。

如精密加工、超精密加工和微细加工等，加工精度由1

级提高到0.1

级～0.01

级，并正向纳米（nm）级（1nm=0.001

）精度迈进。

1.1.2提高劳动生产率

提高劳动生产率的方法如下。

一是提高切削用量，采用高速切削、高速磨削和重磨削。

例如，近年来出现的聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等新型刀具材料，其切削速度可达1200m/min，高速磨削的磨削速度可达200m/s。

重磨削是高速磨削的发展方向，包括大进给、深切深缓进给的强力磨削、荒磨和切断磨削等。

二是改进工艺方法、创造新工艺。

如利用锻压设备实现少无切屑加工，对高强度、高硬度的难切削材料采用特种加工等。

三是提高自动化程度，实现高度自动化。

如采用数控机床、加工中心、柔性制造单元（FMC）、柔性控制系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）和无人化车间或工厂等。

成组技术的出现，能解决多品种，尤其是中、小批生产中存在的生产周期长、生产效率低的问题，也是企业实现高度自动化的基础。

1.1.3降低成本

降低成本是要节省和合理选择原材料，研究新材料；合理使用和改进现有设备，研制新的高效设备等。

对上述3类问题，要辩证地、全面地进行分析，要在满足质量要求的前提下，不断提高劳动生产率和降低成本。

能以优质、高效、低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配，这样的工艺才是合理和先进的工艺。

工艺的发展不仅要依赖于生产的发展，还要进行实验研究，用科学的方法分析和研究工艺问题，解决工艺问题，提高工艺水平。

工艺的发展也促进了设备和工艺装备的改进和发展。

1.2轴的类型及其功用

轴类零件主要用于支承传动零件（齿轮、带轮等），承受载荷、传递转矩以及保证装在轴上零件的回转精度。

根据结构形状，轴的分类如图所示，根据轴的长度L及直径d之比，又可分为刚性轴（L/d≤12）和挠性轴（L/d>12）2种。

图1-1轴的种类

（a）光轴（b）空心轴（c）半轴

（d）阶梯轴（e）花键轴（f）偏心轴

1.3轴类零件的技术要求

装轴承的轴颈和装传动零件的轴头处表面，一般是轴类零件的重要表面，其尺寸精度、形状精度（圆度、圆柱度等）、位置精度（同轴度、及端面的重直度等）及表面粗糙度要求均较高，是在制订轴类零件机械加工工艺规程时，应着着重考虑的因素。

1.3.1尺寸精度和几何形状精度

轴的轴颈是轴类零件的重要表面，它的质量好坏直接影响工作时的回转精度。

轴颈的直径精度是根据使用要求通常为IT6，有时可达到IT5。

轴颈的几何形状精度（圆度，圆柱度）应配制在直径公差之内，精度要求高的轴则应在图上专门标注形状公差。

1.3.2位置精度

配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对支承轴（装配轴承的轴颈）的同轴度以轴颈及支承端面的垂直度通常要求较高。

普通精度轴的配合轴颈相对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01mm~0.03mm，精度高的轴为0.001mm~0.005mm，端面圆跳动为0.005mm~0.01mm。

1.3.3表面粗糙度

轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求。

一般说来，支承轴颈的表面精糙度要求最小，为

。

配合轴颈的表面精糙度次之，为

。

1.4轴类零件的材料、毛坯及热处理

1.4.1轴类零件的材料

轴类零件材料常用45钢，对于中等精度而转速较高的轴，可选用40Cr等合金结构钢；精度较高的轴，可选用轴承钢GCr15等，也可选用球墨铸铁，对于高转速、重载荷条件下工作的轴，选用20CrMnTi、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAL氮化钢。

低碳钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、心部强度和耐冲击韧度，但是热处理变形较大。

而氮化钢经调质和表面氮化后，有很高的心部强度、优良的耐磨性和耐疲劳强度，热处理变形却很小。

1.4.2轴类零件的毛坯

轴类零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件；有些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，从而获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度，故一般比较重要的轴，多采用锻件。

1.4.3轴类零件的热处理

轴类零件的使用性能除及所选钢材种类有关外，还及所采用的热处理有关。

锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理（含碳量大于

=0.7%的碳钢和合金钢），以使用材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。

对于精度要求较高的轴，在局部淬火和粗磨之后，还需安排低温时效处理，以消除淬火及磨削中产生的残余应力和残余奥氏体，控制尺寸稳定；对于整体淬火精密主轴，在淬火粗磨后，要经过较长时间的低温时效处理；对于精度更高的主轴，在淬火之后，还要进行定性处理，定性处理一般采用冰冷处理方法，以进一步消除加应力，保持主轴精度。

1.5轴类零件的加工工艺过程及工艺分析

轴类零件的加工工艺过程随结构形状、技术要求、材料种类、生产批量等因素有所差异。

日常工艺工作中遇到的大量工作是一般轴的工艺编制。

1.5.1零件加工的装夹方法和夹具选择

数控车床上零件安装方法及普通车床一样，要尽量选用已有的通用夹具装夹，且应注意减少装夹次数，尽量做到在一次装夹中能把零件上要加工表面都加工出来。

零件定位基准应尽量及基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。

数控车床多采用三爪自动定位中心卡盘夹持工件；轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。

由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因为它在生产厂已通过了严格平衡，具有高转速（极限转速可达4000～6000r/min）、高夹紧力（最大推拉力为2000-8000N）、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。

还可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。

通过调整缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足夹持各种薄壁和易变形工件的特殊需要。

为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定位中心架，其定心精度可达0.03mm。

此外，数控车床加工中还有其它的夹具，它们主要分为两大类，即用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具。

用于加工轴类零件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等。

数控车床加工轴类零件时，坯件装夹在主轴顶尖和尾座顶尖之间，由主轴上的拨盘或拨齿顶尖带动旋转。

夹具在粗车时可以传递足够大的转距，以适应于主轴的高速旋转车削。

1.5.2轴的加工工艺过程及工艺分析

以车床主轴加工为例

1）车床主轴加工工艺过程

通过对主轴的技术要求和结构特点进行深入分析，根据生产比量、设备条件、工人技术水平等因素，就可以拟订其机械加工工艺过程。

2）车床主轴加工工艺过程分析

⑴加工阶段的划分由于主轴是多阶梯带通孔的零件，切除大量金属后，会引起残余应力重新分布而变形，故安排工序时，一定要粗精分开，先粗后精