轴类零件的加工及工艺分析.docx
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轴类零件的加工及工艺分析
第一章数控机床的产生与开展·······················································4
··························································4
第二章零件的工艺分析····································································5
2.1零件的用途··········································································5
2.2零件图的工艺分析······························································5
2.3零件的外表粗糙度·····························································6
2.4零件的尺寸精度··································································6
第三章零件加工过程·········································································6
·······················································7
3.2确定对刀点、换刀点及刀点位置······································7
第四章制定数控车削加工工艺方案················································8
4.1加工工序的划分····································································8
4.2.加工顺序确实定·····································································10
4.3加工路线确实定·····································································10
第五章工具的选择···············································································11
5.1毛坯的选择··············································································11
5.2机床的选择··············································································11
5.3刀具的选择··············································································13
5.4量具的选择···············································································14
5.5夹具的选择···············································································15
第六章切削参数确实定·········································································15
6.1确定主轴转速··············································································15
6.2确定进给速度··············································································16
6.3切削用量确实定··········································································16
6.4加工余量确实定··········································································18
6.5背吃刀量确实定··········································································18
第七章切削液的选择··············································································18
第八章装夹方式和定位基准的选择··················································19
装夹方式的选择···········································································19
8.2定位基准的选择··········································································20
第九章程序的编制及工艺文件的制定···············································21
9.1制定刀具卡··················································································21
9.2制定工艺卡··················································································24
9.3制定工序卡··················································································25
9.4数控加工程序的编制································································26
总结
参考文献
第一章数控机床的开展
1.1数控车床的开展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断开展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业〔IT、汽车、轻工、医疗等〕的开展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代开展的大趋势。
从目前世界上数控技术及其装备开展的趋势来看,其主要研究热点大致分为以下4个方面。
（1）高速、高精加工技术及装备的新趋势
（2）轴联动加工和复合加工机床快速开展
（3）智能化、开放式、网络化成为当代数控系统开展的主要趋势
（4）重视新技术标准、标准的建立
为了满足市场和科学技术开展的需要,为了到达现在制造技术对数控技术提出了更高的要求,数控未来仍然继续想开放式,基于PL的地六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向开展。
第二章零件的工艺分析
数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。
数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、开展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。
数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、外表状态等，使其成为成品或半成品的过程。
2.1零件的用途
图中所设计的零件为一复杂的轴类零件，而轴类零件又是机器中经常遇到的典型零件之一。
它主要用来连接和支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，图示的零件也不例外。
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，图示零件那么为阶梯轴。
所以，图中所示零件的用途是连接其它配合件，起的作用是支承其它传动零部件，传递扭矩和承受载荷，可用于汽车、机械等行业。
零件图的工艺分析
技术要求如下：
〔1〕、不准用砂布及锉刀等修饰外表。
〔2〕、未注倒角1×45o,锐角倒钝0.2×45°。
〔3〕、未注公差尺寸
结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型。
尺寸标注方法分析
零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点。
如下图，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。
这种标注方法既便于编程，又利于设计基准，工艺基准，测量基准。
零件的外表粗糙度
零件的外表工作部位的不同，可有不同的外表粗糙度。
例如，普通机床主轴支承轴颈的外表粗糙度为μm。
随着机器运转速度的增大和精密度的提高，轴类零件外表粗糙度值要求也将越来越小。
μm
。
。
。
零件的尺寸精度
该零件的总长度为143mm包括一个Φ26mm的镗孔。
mm的圆弧。
一个R20mm圆弧。
的一个长为Φ28mm宽为10mm的槽和一个长为Φ33mm宽为10mm的槽。
一个长为Φ20宽为36mm，导程为1.5的螺纹，加工的端面有长Φ40mm宽20mm，长Φ54宽10mm，长Φ50mm宽5mm，长Φmm宽8.7mm，长Φ46mm，长Φ35mm宽15mm。
还有一局部要倒角，其中M36的螺纹需倒角2mm，其余局部倒角为C1.5.
行位公差要求包括Φ28的槽上公差和下公差各要求为Φ
ΦΦ54的公差要求为0.03。
R25.8长度为31的圆弧上下公差各要求为0.03。
零件的总长度上下公差要求各为0.05.
第三章零件加工过程
通过加工工艺分析以及程序编写，开始对机床工艺参数进行设定，加工出零件，根据毕业设计要求，采用编程方式是手工编程，再将编写正确的程序输入数控系统FANUC中心进行零件加工；首先还要对机床工艺参数进行设定，包括设工件坐标原点、对刀点、换刀点等。
正确选择工件坐标原点
在数控车床CAK6140上建立工件坐标系〔也称编程坐标系〕，一般将工件坐标系的Z轴设成与机床主轴中心线重合，X轴设在工件的左端面或右端面。
确定对刀点、换刀点及刀点位置
对刀就是确定刀尖在工件坐标系中的位置，对刀的好坏将直接影响到车削零件的尺寸精度。
常用的对刀方法为试切法。
如以下图所示：
对刀点的选择原那么如下：
〔1〕所选的对刀点应使程序编制简单；
〔2〕对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；
〔3〕对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；
〔4〕对刀点的选择应有利于提高加工精度。
〔5〕引起的加工误差小。
在使用对刀点确定加工原点时，每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的根本位置。
“刀位点〞是指刀具的定位基准点。
其对工件对刀操作步骤如下：
开电源开关和数控车床上的电源开关和开机按钮，做好加工前的准备工作，把机床设置回原点,选用硬质合金毛坯一端为基准把毛坯件装在三爪卡盘上，在控制面板上选择主轴正转，转动手轮按钮，把手轮旋转钮对在Z上，用手轮将刀具移动到需要接近工件时打少移动速度慢慢的用刀去接触毛坯的边沿，直到有少量铁削出现为止，这时在控制面板上点击“编辑〞进入“POS〞界面→相对→操作→起源→输入Z0,再将刀具退出到工件的前侧下刀，使用相同的方法，计算当前屏幕上X轴完成了工件在X轴坐标系的设定。
用同样的方法完成对车槽刀、螺纹刀、的设定，即完成了刀尖在工件坐标系中的位置。
用镗刀加工内孔采用外圆定位，用三爪卡盘夹紧。
首先对Z轴，刀具的刀尖接近外外表，试切工件外端面，然后再工件补正界面内输入Z0测量，Z轴对刀完成，X轴对刀，沿Z轴切削工件内孔外表，沿Z轴切削深度控制在10mm左右，刀具沿Z自退刀，主轴暂停，测量工件内孔直径，在工件补正界面内输入X测量即完成X轴的对刀
换刀点〞是指刀架转位换刀时的位置。
该点可以是某一固定点〔如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的〕，也可以是任意的一点〔如车床〕。
换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部件为准。
其设定值可用实际测量方法或计算确定。
第四章制定数控车削加工工艺方案
4.1加工工序的划分
1.工序划分的原那么
在数控机床上加工零件时，工序可以比拟集中，一次装夹进可能完成全部工序。
常用的工序划分原那么有以下两种。
2.保持精度原那么
数控加工要求工序尽可能集中。
通常粗，精加工在一次装夹完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状，位置精度，尺寸精度和外表粗糟度的影响，将粗，精加工分开进行，轴类零件，先将端面粗加工，留少量余量精加工，来保证质量要求。
轴上的螺纹，孔，先加工外表后在加工。
数控加工中，为减少换刀次数，节省换到时间，尽量用同一把刀能加工的全部加工出来。
根据数控加工的特点，加工工序的划分一般可按以下方法进行：
〔1〕以一次安装、加工作为一道工序。
这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能到达待检状态。
〔2〕以同一把刀具加工的内容划分工序。
有些零件虽然能在一次安装加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制〔主要是内存容量〕，机床连续工作时间的限制〔如一道工序在一个班内不能结束〕等。
此外，程序太长会增加出错率、查错与检索困难。
因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。
〔3〕以加工局部划分工序。
对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个局部，如内形、外形、曲面或平面等。
〔4〕以粗、精加工划分工序。
对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生较大的变形而需要进行校形，因此一般来说凡要进行粗、精加工的工件都要将工序分开。
第一道工序在数控车床加工143mm的端面，保证总长尺寸为143mm
第二道工序在数控车床上进行零件端面左侧粗，精加工，采用两顶尖装夹，各局部尺寸在径方向留精加工余量0.3mm，轴向方向留精加工余量0.1mm。
第三道工序在数控车床上加工零件左端的长Φ28mm宽5mm的槽，尺寸精加工余量0.08mm。
第四道工序在数控车床上加工零件左端的长Φ36mm导程1.5mm的螺纹。
第五道工序掉头加工零件的右端面，在数控车床加工端面保证端面长度为83mm
第六道工序在数控车床上加工零件左端的长Φ33mm宽10mm的槽，尺寸精加工余量0.08mm。
第七道工序在数控车床右端加工宽Φ26mm长为31mm内孔，退刀量为1mm
背吃刀量为1mm，精加工余量为-0.3，进给量为
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。
什么零件宜采用工序集中的原那么还是采用工序分散的原那么，也要根据实际需要和生产条件确定，要力求合理。
4.2.加工顺序确实定
制定零件加工顺序是一般要遵循以下原那么。
机械加工顺序应遵循
先基准后其他的原那么用作精基准的外表应优先加工出来，因为定位基准的外表越精确，装夹误差就越小。
先面后孔的原那么当零件上有较大的平面可以用来作为定位基准时，先加工平面，在以平面定位加工其他外表，这样比拟好装夹。
先主后次的原那么位置精度要求较高的基准面和工作面应加工，便于及早发现毛坯缺陷；对整个精加工而言，次要外表加工一般安排在主要外表最终精加工之前。
先粗后精的原那么对精度要求较高的零件，加工应划分粗加工阶段和精加工阶段。
确实定
1〕手动平左端面；
2〕为了保证加工精度，采用三爪卡盘夹右端；
3〕用G71循环粗加工指令加工左端至Φ；
4〕用G70精加工指令精加工左端外形；
5〕用宽4mm切槽刀切5mm和10mm的退刀槽；
6〕G；
7〕调头加工右端，保证长度为143±；
8〕用G71循环粗加工指令加工右端至Φ；
9〕用G70加工指令精加工右端外形；
10用宽4mm切槽刀加工10mm的退刀槽；
11〕用Φ20的麻花钻钻个孔；
12〕用内孔切刀加工Φ26的孔；
第五章工具的选择
毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等而制成的供进一步加工用的生产对象。
根据工件材料、力学性能等特性等要求，选择毛坯的材料为φ60mm号钢，并尽量使各个回转外表上的余量均匀。
由于零件图样尺寸为143mm×φ54mm，为了使毛坯尽量最小化，所以选择毛坯尺寸为150mm×φ60mm的棒料，无需热处理和硬度要求。
如图2-2所示
根据加工图形分析：
该零件由外圆、槽，螺纹、圆弧，内孔构成，加工工序复杂。
并为减换刀和对刀时间，保证良好精度要求。
结合我院机床的实际情况，采用数控车床进行加工。
选定数控车床为CAK6140VA；其系统为FNAUC,如图3-1所示：
图3-1数控CAK6140VA
其机床主要性能如下:
1）主轴最大孔径：
52mm；2〕工作最大回转直径：
400mm;
3）最大工作长度：
750mm/1500mm;4）主轴最大转速：
2000r.p.m;
5）主轴转速级速：
无级调速；6〕主轴电动机功率：
5.5kw/7.5kw;
6）尾座套筒锥度：
莫氏4#；7〕横向最小设定值：
；
9〕纵向最小设定值：
；10〕刀架工位数：
4-8；
11）横向快速移动速度：
3000mm/min;12）纵向快速移动速度：
6000mm/min；
13〕微机：
全中文液精显示；14）尾座套筒移动量:
120mm;
15）机床外形尺寸〔长×宽×高〕:
1890×1150×1630;
16）机床重量:
2250kg
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。
刀具选择总的原那么是：
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
数控机床具有高效率、高精度、高柔性的性能，是现代机械加工的先进工艺装备，只有配置了与数控机床性能相适应的刀具，才能使其性能得到充分的发挥。
数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐性好等要求。
切削用刀具材料应具备的性能如表3-2所示：
表3-2刀具材料应具备的性能
希望具备的性能
使用时具备的性能
希望具备的性能
使用时具备的性能
高硬度
耐磨损
化学稳定性良好
耐氧化、耐扩散
高韧性〔抗弯强度〕
耐崩刃、耐破损
低亲和性
耐溶着、耐凝附〔粘刀〕
高耐热性
耐塑性变形
磨削成形性良好
提高刀具制造效率
热传导能力良好
耐热冲击、耐热裂纹
锋刃性良好
刃口锋利外表质量好
较高精度
外表粗糙度小
刀片快速更换
刀片可转位
较强卷屑，断屑能力
去屑能力强
调整尺寸
能实现机外预调或机内补偿
高寿命
磨损小
刀具切削局部的组成如以下图所示：
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。
在加工此零件时为防止连圆弧时产生过切现象所以1号刀选择大偏角刀在此选择900
外圆车刀、材料为硬质合金，用来车削端面，外圆及圆弧。
1号刀为900外圆车刀〔图a〕
2号刀为槽宽为4mm的切槽刀〔图b〕；
3号刀为600外螺纹刀〔图c〕；
4号刀为麻花钻〔图d〕；
5号刀为镗刀，用于内孔的加工〔图e〕。
（a）（b）（c）（d）
（e）
外端面长度用规格为0～150mm游标卡尺进行测量；内孔用规格25～50mm内径千分尺进行测量。
螺纹用0～150mm的游标卡尺进行测量，槽用高度尺测量。
量具的精度必须与加工精度相适应，以提高工件的测量精度。
游标卡尺内径千分尺
数控加工对夹具主要有两大要求：
一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。
选用夹具时，通常考虑以下几点：
1〕尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，防止采用专用夹具，以缩短生产准备时间。
2〕在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。
3〕装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。
4〕夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。
该零件要加工外端面，槽，圆弧，螺纹，孔,因此在数控车上采用三爪卡盘，把零件安装在三爪卡盘上。
在车床加工槽，可以采用槽的专用夹具。
采用顶尖，把零件安装主轴上，使夹具和车床主轴相连，来加工螺纹，这样可以防止加工螺纹时螺纹变形。
第六章切削参数确实定
主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
切削速度除了计算和查表选取外，还可根据经验确定，需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。
光车时，主轴的速度主要根据允许的切削速度Vc（m/min）选取，计算公式如下：
N=
〔6-1〕
其中Vc-切削速度
D-工件或刀具的直径〔mm〕
而车螺纹时的主轴转速如下：
n＜
-k〔6-2〕
式中：
P—工件螺纹的螺距或导程〔mm〕；
k—保险系数，一般取80。
根据切削原理可知，切削速度的上下主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。
从理论上讲，Vc的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以防止生成积屑瘤的临界速度，获得较低的外表粗糙度值。
但实际上由于机床、刀具、工件材料等因素的限制。
可参考表5-1选取
6-1车削时切削速度
刀具材料
工件材料
粗加工
精加工
切削速度〔m／min〕
进给量〔mm／r〕
背吃刀量〔mm〕
3
切削速度〔m／min〕
进给量〔mm／r〕
背吃刀量mm
硬质合金或涂层硬质合金
碳钢
220
3
260
低合金钢
140
3
220
铸铁
120
3
180
不锈钢
80
3
120
综合考虑，车轮廓时取：
粗车时Vc=140m/min
精车时Vc=220m/min
代入5-1式中：
=1000
140
60
=1000
220
60
得
=/min
=1100r/min
计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取
取
=700r/min
=1100r/min
根据工件图样得知P=1.5，由公式
n＜
-k
计算得n＜720，结合公式并根据加工经验车螺纹时取主轴转速为n=400r/min比拟适宜，同样根据加工经验取车槽时的主轴转速为n=500r/min。
镗孔时粗车选择600r/min，精车选择1000r/min。
进入刀具的速度
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