典型轴类零件加工工艺及程序设计.docx
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典型轴类零件加工工艺及程序设计
典型轴类零件加工工艺及程序设计
摘要
本小主轴加工工艺设计是参考《机械加工工艺》、《数控加工工艺》、《机械加工技术》等编写的。
对球头螺杆的工艺及加工进行了分析。
通过对一个中等复杂轴类零件的机械加工工艺规程的设计，对理论知识进行一次综合性，使用性，和实践性较强的应用。
小主轴是纺织机械中要紧的传动件，属于易损件，需要大批量加工，因此关于那个论题需要我试图找到一些既合适又能较高效率完成加工的方法，这正是我这次毕业设计力图解决的方法，由于自身专业水平的有限和自己阅历的不足，设计中难免有专门多不足之处，还期望各位老师和同学指正之。
如此的论题就要求我们在熟练把握已学只是的基础上，更要有一种运用所学知识的应用能力，同时还包括在自己知识面不及的地点，要求要有一种搜集选择有效信息的能力，而且同样，要求运用到整个设计的过程中。
这也正是学院安排毕业设计这一教学内容的初衷吧，而我在这篇小主轴的工艺设计中所表达的内容应该较完满地解决了这一问题。
关键词：
数控技术毕业设计轴类零件工艺分析小主轴
第一章图样的工艺分析
1.1零件的结构分析
小主轴要紧使用于纺织机械当中，起支撑作用，以传递扭矩，属于易损件。
在数控车削加工中，该零件属因此较典型的轴类零件。
第一，该零件轮廓是一个由外圆柱面、外三角形螺纹、球面以及内圆孔面等几何元素构成的外形较复杂的轴类零件。
Φ20的内孔加工精度要求较高，Φ32的外圆柱面和Φ20的内孔的表面的表面粗糙度要求均为Ra1.6。
关于该轴类零件的加工程序的编制，需要先依照该零件图样运算各几何元素的坐标点。
因此，该零件不仅加工难度大，而且轨迹精度要求高，该零件既要求准确的加工精度，而且要求保证正确的几何精度。
而且，通常，长度与直径之比（长径比）小于4（L/D<4）的轴称为短轴。
明显，该轴类零件长径比为10，较细长，因此在加工中我采纳一夹一顶的装夹方式进行车削加工。
1.2零件的材料分析
材料是人类社会所能够同意的经济地制造有用器件的物质。
其中，又以工程材料的代表性尤为突出，现在它早已广泛用于现代工业、农业以及科学技术等部门。
而在工程材料中，又钢铁为代表，应用最为广泛。
钢铁材料按含碳量可分为钢和铸铁两大类。
钢的韧性、塑性较好，强度、硬度较高。
强度要求较高、形状较复杂的零件能够用钢来制造。
针对小主轴材料在纺织机械中的功能和要求，同时要求保证良好的加工性和较高的强度，因此，选用45钢。
1.3零件的精度及表面粗糙度分析
机械加工精度是指机械加工后零件的实际几何参数与零件理想几何参数的符合程度。
符合程度越高，机械加工精度越高；符合程度越低，则机械加工精度越低。
机械加工精度包括尺寸精度、形状精度、和位置精度三个方面。
明显，依照该零件的零件图可知：
在该零件的数控车削中，该零件的重要径向加工部位有：
Φ32的圆柱段，Φ38的圆柱段，还有该零件的左支撑部位Φ35圆柱段，右支撑部位Φ40的圆柱段，SΦ45球体部，上述各部位的径向尺寸均有几何形位公差要求。
而该零件重要的轴向加工部位有：
Φ38、Φ40的圆柱段的轴向长度为83，Φ40的圆柱段距球心间的轴向长度为68，零件。
该零件以两端的B型中心孔为定位基准。
第二章加工设备及相应工艺设备的选用
2.1加工设备的选择
车床要紧用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面、圆锥表面、回转曲面和端面等，有些车床还能加工螺纹面。
由于多数机器零件具有回转表面，车床的通用性较广泛。
卧式车床的工艺范畴专门广，能进行多种表面的加工，如各种轴类、套类和盘类零件上的回转表面（如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及回转曲面），端面，螺纹，还能够进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工作。
数控机床又称数字操纵机床，是相关于模拟操纵而言的。
数控车床又称为CNC车床，即运算机数字操纵车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。
数控车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。
它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。
具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效用。
数控车床适合加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔。
明显，该零件的加工精度要求较高，更适合于在数控车床上加工。
2.2加工刀具的选择
机械加工刀具是机械制造过程中不可缺少的重要工具，也是切削加工中阻碍生产率、加工质量与成本的最活跃的因素，因此，在加工过程中针对相应的零件几何形状和加工要求选择合适的刀具进行加工，是相当重要的。
依照该零件的加工要求，我选择的加工刀具及刀具材料如下两表：
所选用刀具材料
承诺切削速度
硬度
耐热性
硬质合金
V允≤30（米/分）
63-70HRC
600-700℃
高速钢
V允＝80-100（米/分）
71-76HRC
800-1000℃
表1刀具材料表
名称及型号规格
刀具号
刀具材料
90度外圆车刀
T0101
硬质合金
切槽刀，刀宽3mm
T0202
硬质合金
60度螺纹车刀
T0303
硬质合金
90度外圆车刀主偏角93度，副偏角55度
T0404
硬质合金
盲孔镗刀
T0505
硬质合金
中心钻
T0606
高速钢
麻花钻
T0707
高速钢
表2选用的刀具表
2.3夹具的选择
在零件的数控加工过程中，夹具作为机械加工工艺系统的重要组成部分，占有十分重要的作用。
夹具的机械加工过程中起定位和夹紧的功用。
且机床夹具按其通用特性可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等。
良好的夹具关于以高效率、低成本保证零件的加工精度，起着专门重要的作用。
因此在该零件的加工中，我选用的是通用夹具。
利用FANUC数控车床上的三爪自动定心卡盘、双顶尖等相关装夹辅具以实现快速定位，提高该零件的精度。
2.4量具的选择
在数控加工中我们通常会在零件粗加工或是半径加工后对零件的尺寸以及精度进行检测，为了更好的保证精加工的质量，使加工出的零件的精度更高质量越好。
因此，关于合理选用量具进行精度的检测是不可或缺的一个环节。
选择量具时应使量具的精度与工件加工精度相适应，量具的量程与工件的被测尺寸大小相适应，量具的类型与被测要素的性质（孔或外圆的尺寸值依旧形状位置误差值）和生产类型相适应。
一样来说，小批量生产广泛采纳游标卡尺、千分尺等通用量具，大批量生产则采纳极限量规和高效专用量仪等。
依照以上选用量具的原则，关于该零件的加工过程，我选择如下量具进行测量：
游标卡尺0~150mm,0.02mm
0~300mm,0.02mm
万能角度尺0~270°，2′
外径千分尺0~25mm
25~50mm
内径千分尺5~30mm
2.5毛坯的选择
毛坯的确定，不仅阻碍毛坯制造的经济性，而且阻碍机械加工的经济性。
因此在选择毛坯时，既要考虑加工方面的因素，也要兼顾冷加工方面的要求，以便从确定毛坯这一环节中尽可能的降低零件的制造成本。
依照该零件的加工要求，由于该零件为批量加工，因此，毛坯采纳铸造成形，工件轮廓外的切削余量不平均，在切削过程中会产生变形。
因而要先进行粗车加工。
关于该小主轴的加工我选用毛坯尺寸为100X250mm，这点在下章的加工方法选择中有表达。
第三章工艺规程的设计
工艺规程是指在具体的生产条件下，将比较合理的工艺过程确定下来填写或表格，并规定强制执行的一种工艺文件形式。
其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件叫做机械加工工艺规程；而机械加工工艺路线又是制订机械加工工艺规程的核心。
其要紧内容包括：
选择定位基准、确定加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工序等
3.1定位基准的选择
基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线或面。
正确地选择定位基准对保证零件表面间的位置要求和安排加工顺序都有专门大阻碍。
用夹具装夹时还会阻碍夹具的结构。
从设计和工艺两个方面看，可把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。
设计基准是零件尺寸的起始位置，而工艺基准是在加工工艺过程中所采纳的基准称为工艺基准。
工艺基准又可分为：
工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。
关于定位基准的选用，轴类零件应遵循的原则是，尽量以零件两端的中心孔为定位基准。
该小主轴零件的各外圆表面，外螺纹等表面的设计基准差不多上该零件的中心轴线，以保证工件的圆柱度和同轴度形位误差。
3.2表面加工方法的选择
零件差不多上由一些最差不多的几何表面构成的，因此选用合适的零件表面加工方法，表面加工方法的选择，第一要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。
零件上内孔：
Ø16
R
1.6粗加工——半精加工——精加工，精加工之后也可采纳磨削都能达到所需精度
球：
SØ45R
3.2粗加工——半精加工——精加工
螺纹：
M30x1.5-6hR
3.2粗加工——半精加工——精加工
也可采纳磨削都能达到所需精度
外圆：
Ø32,Ø35,Ø38,Ø40,Ø45R
1.6和R
0.8粗加工——半精加工——精加工，精加工之后也可采纳磨削都能达到所需精度
以上选用的加工工序的划分，能够在最大的程度上，以最经济的方法，是零件加工达到其技术要求。
3.3加工时期的划分
当零件的精度要求较高时若将加工面从毛坯面开始到最终的精加工或周密加工都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的精度要求，或白费人力、物力资源。
划分加工时期的作用是：
幸免毛坯内应力开释而阻碍加工精度：
幸免粗加工时较大的夹紧力和切削力所引起的弹性变形和热变形对精加工的阻碍；粗精加工时期分开，可较及时地发觉毛坯的内在缺陷；适应加工过程中安排热处理的需要
依照该零件的要求达到的精度要求，我将该零件的加工时期划分如下：
粗加工时期——要紧是切除较多的加工余量；
半精加工时期——为要紧表面的精加工做好预备；
精加工时期——使各要紧表面达到规定的质量要求；
光整加工时期——对精度要求高的零件进行最终加工。
3.4工序顺序的安排
（1）“先基准后其他”原则，即基准先行的原则
（2）“先主后次”原则。
（3）“先粗后精”原则。
3.5加工工艺路线的合理选择
该小主轴零件属典型轴类零件，针对踢加工方法和工艺路线可有多种选择。
在此，我特选择两种方法进行比较分析，以探求一种关于该零件最经济及适用的方法。
加工方案一：
1、下料100X250mm
2、夹30外圆30mm长一端，车端面，打中心孔，得到基准D
3、调头，夹45外圆30mm长一端，取总长244mm，车端面，打中心孔，得到另一基准C
4、粗车
5、调质处理
6、一夹一顶。
夹45外圆25mm长，精车以上外圆的大径部分。
7、粗精车几处退刀槽，螺纹及各处倒角
8、精车螺纹
9、调头。
一夹一顶，夹30外圆25mm长一端，精车球体。
10、钻孔
11、精车内孔及孔口倒角
12、精磨内孔至零件要求尺寸。
加工方案二：
1、备料
2、夹30mm外圆毛坯30mm长一端，车端面，打中心孔。
3、一夹一顶。
粗车30外圆。
4、调质处理
5、一夹一顶。
夹45外圆25mm长，精车30mm外圆等。
6、粗、精车两处退刀槽，粗车螺纹处。
7、精车螺纹
8、精车内孔及孔口倒角
9、精磨内孔
10、一夹一顶。
夹30外圆，精车球体。
11、淬火和回火。
关于这两种加工方案进行比较分析后可知，
在方案二中，尽管调头次数少，省时。
然而不可能能够保证该零件上几个外圆处的圆跳动值在规定值之内，且加工完孔之后，再用一夹一顶的装夹方式时，不便于球体的工艺加工。
另外，最终的淬火和回火热工艺，会导致零件的变形，且45号钢调制后硬度达到了HBS229，而关于一样小型零件采纳调制处理即可。
不需要最终淬火及回火这一热工艺，尽管这一工序能够强化钢材性能，提高机械零件的使用寿命，但这也在无形中造成了对资源和设备的白费。
因此，在该零件的加工过程中，我采纳第一种加工方案。
3.6热处理工序的安排
热处理是依照零件的材料和热处理的目的安排的。
热处理分为预备热处理和最终热处理。
预备热处理要紧用来改善金属的可切削性能，排除毛坯制造中的应力。
一样安排在机加工之前进行退货与正火。
而最终热处理是为了提高零件的强度、表面硬度和耐磨性，常用淬火和调制处理，常用于半精加工后精加工之前。
关于该小主轴零件的加工，粗加工后，安排进行调质处理，改善毛坯的组织和应力状态，以获得一定的强度和韧性，且利于加工。
第四章切削用量的确定
金属切削过程是指通过切削运动，刀具从工件表面上切除金属、形成切削和已加工表面的过程。
那个过程中相伴着金属的弹性变形和塑性变形，阻碍了工件的加工精度。
同时，直截了当表现为产生积屑瘤，振动等现象。
因此，在机械加工过程中合理地选择切削用量，能够提高切削效率，降低成本，改善加工质量。
是进行现场加工之前专门重要的一个步骤。
切削用量包括切削速度v（m/min）或主轴转速n（r/min）、进给量f（mm/r）或进给速度v（mm/min）、切削深度（背吃刀量）a（mm）。
选择好切削用量是工艺处理的重要内容之一。
切削用量的选择原则。
一样地，粗加工时，应尽量保证较高的金属切削率和必要的刀具耐用度，故选择切削用量时应第一选取尽可能大的切削深度；其次依照机床功率和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量；最后依照刀具耐用度的要求，确定合适的切削速度。
精加工时，第一依照粗加工的余量确定切削深度；其次依照已加工表面的粗糙度要求，选取合适的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，选取较高的切削速度。
4.1切削深度的选择
切削深度要紧依照机床、刀具、夹具、零件的刚度而定。
粗加工时，在系统刚性承诺的条件下，尽可能选择较大的切削深度，以减少进给次数，提高生产率；精加工时，通常选取较小的切削深度，以保证加工精度及表面粗糙度。
切削表面有硬皮的锻铸件时，应尽量使切削深度大于硬皮层的厚度，以爱护刀尖。
于该小主轴零件的的切削深度选择，由于其精度要求不是专门高，因此我依照粗、精加工分别选择为αp=4mm、αp=0.8mm。
4.2进给量的选择
进给量（或进给速度）要紧依照零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料和性质选取。
粗加工时，一样选用尽可能大的进给量；精加工时，当表面粗糙度要求较高时，宜选用较小的进给量；在切断、车削深孔或用高速钢刀具车削时，也宜选择较低的进给量。
进给速度与进给量的关系式v=nf。
于该零件的加工，进给速度粗车时为f=0.4mm/r，精车时为f=0.1mm/r，车削螺纹时的进给速度则为f=60mm/r，车槽时的进给为f=0.2mm/r。
4.3切削速度的选择
要紧是主轴转速的选择，切削速度可依照差不多选定的切削深度、进给量以及刀具耐用度进行选取。
在确定主轴转速时，第一要确定切削速度。
切削速度与主轴转速的关系是v=πDn/1000（D是工件或刀具直径，单位为mm）.因此综上所述，再通过分析和查阅相关手册确定本次加工的用量如下：
粗车外圆时的背吃刀量αp=4mm，主轴转速n=450r/min，进给速度f=0.4mm/r。
精车时的背吃刀量αp=0.8mm，主轴转速n=910r/min，进给速度f=0.1mm/r。
车削螺纹是的背吃刀量αp依照进的次数和查阅的手册来定，主轴转速n=520r/min，进给速度f=60mm/r。
具体参见刀具工艺卡。
车槽的时的背吃刀量αp=4mm，主轴转速n=400r/min，进给速度f=0.2mm/r。
第五章工艺文件的填写
5.1数控加工刀具卡片
关于工艺文件的描述，数控加工刀具卡片是必不可少的工艺文件的一部分，下表确实是我关于该小主轴加工过程中所要使用的加工刀具卡片。
株洲职业技术学院
刀具调整卡
型别
零件图号
小主轴
设备名称
数控车床
设备型号
CAK6140
程序号
差不多材料
45钢
硬度
200
工序名称
工序号
序号
刀具
序号
刀具名称
刀具参数
刀补
换刀方式
加工
部位
直径
长度
直径
长度
1
T0101
90°外圆车刀
主偏角93°
自动
粗车和精车各外圆部分
2
T0202
切槽刀
刀刃宽3mm
自动
车槽
3
T0303
螺纹车刀
牙型角60°
自动
车螺纹
4
T0404
90°外圆车刀
主偏角93°副偏角50度
自动
车SΦ45±0.08的球弧
5
T0505
盲孔镗刀
主偏角93°
手动+自动
精车内孔
6
T0606
中心钻
B3
手动
钻中心孔
7
T0707
麻花钻
Φ20
手动
钻孔
5.2数控加工工艺卡片
数控加工工艺卡片是按照该小主轴的加工工艺过程而编制的，写明了我关于该小主轴加工的工序号、工序名称和工序内容等等，如下表所示：
株洲职业技术学院
数控加工工艺卡
材料
加工部位号
加工程序号
设备型号
45钢
CAK6140
刀具
切削参数
顺序号
刀号
名称
直径
加工内容
切削深度
（mm）
主轴转速
（r/min）
每转进给
（mm/r）
1
备料Φ100X200
mm
2
T01
90
60
平端面并粗车外圆
4
450
0.4
3
T01
90
60
精车外圆
0.8
910
0.1
4
T02
宽3mm
切槽
4
400
0.2
5
T03
60°
车螺纹
520
6
T04
90
60
车SΦ45±0.08
400
0.2
7
T05
精车内孔
300
0.1
8
T06
打中心孔
800
0.2
9
T07
钻孔
300
0.2
5.3数控加工工序卡
该小主轴的数控加工工序卡片是在上面的加工工艺卡片的基础上编制的，共分为1至7总共七张工序卡片，要紧描述了关于该小主轴车削部分的工序具体内容：
1
机械加工工序卡
产品型号
零件图号
共页
产品名称
零件名称
小主轴
第页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
毛坯种类
毛坯尺寸
每件毛坯可制件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工数
工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速/（r/min）
切削速度/（m/min）
进给量
/（mm/r）
背吃刀量/mm
进给次数
1
粗车端面及外圆
450
0.4
2
钻B型中心孔
800
0.2
设计日期
审核日期
会签日期
标记
处数
更换文件号
签字
日期
2
机械加工工序卡
产品型号
零件图号
共页
产品名称
零件名称
小主轴
第页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
毛坯种类
毛坯尺寸
每件毛坯可制件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工数
工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速/（r/min）
切削速度/（m/min）
进给量
/（mm/r）
背吃刀量/mm
进给次数
1
粗车Φ30外圆
450
0.4
4
2
粗车Φ32外圆
450
3
粗车Φ35外圆
450
4
粗车Φ38外圆
450
5
粗车Φ40外圆
450
6
粗车Φ45外圆
450
7
粗车Φ90外圆
450
设计日期
审核日期
会签日期
标记
处数
更换文件号
签字
日期
3
机械加工工序卡
产品型号
零件图号
共页
产品名称
零件名称
小主轴
第页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
毛坯种类
毛坯尺寸
每件毛坯可制件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工数
工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速/（r/min）
切削速度/（m/min）
进给量
/（mm/r）
背吃刀量/mm
进给次数
1
精车Φ30外圆
910
0.1
0.8
2
精车Φ32外圆
910
0.1
3
精车Φ35外圆
910
0.1
4
精车Φ38外圆
910
0.1
5
精车Φ40外圆
910
0.1
6
精车Φ45外圆
910
0.1
7
精车Φ90外圆
910
0.1
设计日期
审核日期
会签日期
标记
处数
更换文件号
签字
日期
4
机械加工工序卡
产品型号
零件图号
共页
产品名称
零件名称
小主轴
第页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
毛坯种类
毛坯尺寸
每件毛坯可制件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工数
工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速/（r/min）
切削速度/（m/min）
进给量
/（mm/r）
背吃刀量/mm
进给次数
1
精车退刀槽
400
0.2
2
精车退刀槽
400
0.2
3
精车退刀槽
400
0.2
设计日期
审核日期
会签日期
标记
处数
更换文件号
签字
日期
5
机械加工工序卡
产品型号
零件图号
共页
产品名称
零件名称
小主轴
第页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
毛坯种类
毛坯尺寸
每件毛坯可制件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工数
工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速/（r/min）
切削速度/（m/min）
进给量
/（mm/r）
背吃刀量/mm
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