短轴的数控车削加工工艺及编程.docx
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短轴的数控车削加工工艺及编程
短轴的数控车削加工工艺及编程
摘要
轴类零件在整个制造工业中发挥着重要作用。
在汽车领域起着连接动力装置和运动装置的部位，在重型机械领域，起着传动动力，吊卸重物的重要组成部分等。
短轴作为轴类零件的一种，在整个轴类零件中也扮演着重要角色。
现根据其零件特性，对其加工过程作详细分析，确定了加工过程中所选刀具的种类、型号及其注意事项，并总结出该轴类零件的加工过程。
关键词：
数控车床工艺路线数控编程数控仿真
短轴的数控车削加工工艺及编程
1.绪论
随着科学技术的高速发展，制造业发生了根本性的变化。
由于数控技术的广泛应用，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替，形成了巨大的生产力。
专家们预言：
二十一世纪机械制造业的竞争，其实是数控技术的竞争。
数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAM/CAD，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率、提高企业的市场适应能力和竞争能力必不可少的物质手段；数控技术是国防现代化的重要战略物质，是国际技术和商业贸易的重要构成。
因而可以毫不夸张地说：
数控技术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，其水平高低和拥有量是衡量一个国家工业现代化的重要标志。
数控技术的广泛应用，给机械制造业生产方式、产品结构、产业结构带来深刻的变化。
随着我国工业现代化进程逐步加快，数控技术在制造业中越来越多地得到应用。
目前，我国制造工业中，从事数控机床制造和生产的科技人员以及数控机床的操作员、程序员和维修人员都非常缺乏。
特别是在我国的经济特区，数控人才非常抢手。
因此。
数控人才的缺乏是制约我国数控技术推广应用的极其重要的因素。
数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需做一些处理。
并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。
2.零件的分析
2.1零件的主要作用
图2.1所示为短轴零件图，该零件为数控车削零件中的典型零件，其主要作用是用来对在校知识的考验，并通过对该零件的分析让我们对零件的工艺过程有更深刻的理解。
图2.1零件图
2.2零件的主要加工面及技术要求
零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。
从图2.1中可以看出，该零件加工表面由圆柱面、圆锥面、球面及螺纹等形状特征组成。
圆柱面直径的精度要求较高，是主要加工表面，其尺寸公差最高达到0.02mm，在加工时需要合理的选用切削用量及注意刀具的锋利性；表面粗糙度最高为1.6，在数控车削中可以达到此要求。
2.3零件的材料
零件的材料为45钢，切削加工性能较好，并且无热处理要求。
毛坯尺寸为Φ30×65mm。
45钢属于中碳钢，这类钢的强度和韧度均较好，经过热处理，特别是调质处理后，性能可有显著提高，广泛用作各种重要机械零件，如主轴、齿轮、键、连杆等；也可以进行表面淬火处理，用作表面耐磨零件。
但因碳钢淬透性差，不宜用作形状复杂或大截面的重要工件。
3.定位基准
制定机械加工工艺规程时，定位基准的选择是否合理，将直接影响零件加工表面此处、形状精度和相互位置精度，同时对加工顺序的安排也有这重要的影响。
定位基准选择不同，工艺过程也将随之而异。
3.1粗基准的选择
该零件需要进行两次装夹才能完成所有工序，在第一次装夹时，所用到的基准，我们可将其定为粗基准，该零件的粗基准设为该零件的毛坯外圆，即Φ30外圆。
根据该基准加工Φ20外圆及Φ24外圆至图样尺寸。
3.2精基准的选择
在第二次装夹时，由于Φ15外圆对Φ20外圆有同轴度要求，又从图样上得知，Φ20外圆表面有基准符号标识，所以选择Φ20外圆表面为精基准（夹紧），然而为了控制该零件的位置，还缺少一个自由度，因此我们选择Φ24外圆左端面为基准定位，加工剩余的表面。
由上可知，该零件的精基准为：
Φ20外圆表面及Φ24外圆左端面。
4.拟定数控加工工艺路线
数控加工的工艺路线设计与普通机床加工的常规工艺路线拟定的区别主要在于它仅仅是几道数控加工工艺过程的概括，而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程。
由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的工艺过程中间，因而工艺路线设计中一定要兼顾常规工序的安排，使之与整个工艺过程协调。
4.1加工方法
该零件属于回转型零件，归于轴类，是典型的车削加工零件，所有工序都可以在车床上完成，根据前面所叙述的零件的结构工艺，确定该零件在数控车床上进行加工。
4.2加工阶段的划分
该零件精度要求较高，其粗、精加工应该分开，以保证零件的质量。
该零件划分为两个阶段，即粗车（粗车外圆、切槽、车螺纹）、精车（精车外圆、螺纹）。
4.3加工顺序的安排
加工顺序的安排应该根据零件的结构和毛坯状况，结合定位和夹紧的需要一起考虑，重点应保证工件的刚度下不被破坏，尽量减少变形。
加工顺序的安排应遵循下列原则：
（1）基准先行。
上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面。
制定零件的整个工艺路线时一般是从最后一道工序开始往前推，按照前工序为后工序提供机组和您的原则先大致安排。
（2）先面后孔，先简单后复杂。
先加工平面后加工孔，先加工简单的几何形状再加工复杂的几何形状。
（3）先粗后精，粗精分开。
（4）减少安装次数。
以相同定位、夹紧方式安装的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数、换刀和装夹次数。
4.4工序划分
数控机床上加工零件与普通机床加工相比，工序可以比较集中。
根据数控加工的特点，确定该零件的工序按照定位方式进行划分，即：
一次装夹作为一道工序，该零件需要两次装夹，因次该零件的工序分别为：
①装夹毛坯外圆，车削左端轮廓；②装夹Φ20外圆，车削右端外轮廓，切槽，车螺纹。
综上所述，制定该零件的机械加工工艺过程卡片如表4.1所示。
表4.1机械加工工艺过程卡片
序号
工序名称
工序内容
设备及工装
1
备料
制作毛坯Φ30×65mm棒料
2
车
夹毛坯外圆表面，车零件左端Φ20外圆、Φ24外圆。
数控车床
3
检验
自检上道工序尺寸Φ20、Φ24。
4
车
1夹Φ20表面，车右端外轮廓。
2切螺纹退刀槽。
3车螺纹。
数控车床
5
钳
去所有工序尖边毛刺
6
检验
5.工序的拟定
工艺路线拟定后，各道工序的内容已基本确定，接下来就要对每道工序进行设计。
工序设计包括为各道工序选择机床及工艺装备，确定进给路线，确定加工余量，计算工序尺寸及公差，选择切削用量，计算工时定额等内容。
5.1机床设备的选择
5.1.1机床的选择
随着批量的不同，应采用不同的机床进行加工。
当零件不太复杂、批量又较小时，宜采用通用机床；当生产批量很大时，宜采用专用机床；在多品种、小批量生产的情况下，对复杂零件使用数控机床能获得较高的经济效益。
选择机床时，主要考虑以下因素：
（1）机床规格应与工件的外形尺寸相适应，即大件用大机床，小件用小机床。
（2）机床精度应与工件加工精度要求相适应。
机床精度过低，不能保证加工精度；机床精度过高，又会增加工件的制造成本，应根据工件的精度要求合理选择。
（3）机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。
单件小批生产用通用设备或数控机床，大批大量生产应选高效专用设备。
（4）与现有条件相适应。
根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定机床，避免“闭门造车”。
在确定用数控机床加工时还应注意，不同类型的零件应在不同的数控机床上加工。
数控车床适于加工形状比较复杂的轴类零件及复杂曲线回转形成的模具内型腔。
5.1.2工艺装备的选择
工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济性。
应根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。
（1）刀具的选择
选择刀具时，一般优先采用标准刀具。
必要时，可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。
刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。
本题中所选择的刀具如表5.1所示。
表5.1数控加工刀具卡片
产品名称或代号
零件名称
短轴
零件图号
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀尖
半径
备注
1
T01
90°外圆粗车刀
1
粗车外圆轮廓
25×25
2
T02
90°外圆精车刀
1
精车外圆轮廓
25×25
3
T03
4mm切槽刀
1
切槽
25×25
4
T04
60°螺纹车刀
1
车螺纹M18×1.5
25×25
（2）夹具的选择
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：
一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。
除此之外，重点考虑以下几点：
①单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。
②成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。
③零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。
④夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀。
⑤为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工采用多工位、气动或液压夹具。
综上所述，本题中的零件采用通用夹具——三爪自定心卡盘，在第二次装夹时，避免夹伤第一次车削好的表面，因此在装夹时要在零件的表面垫上一层铜皮，以确保零件的表面质量及精度。
5.2切削用量的确定
正确的选择切削用量，对保证产品质量，提高效率，降低加工成本具有重要作用。
切削用量的选择主要根据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求进行，同时还要兼顾刀具的耐用度、工艺系统的刚度和机床功率等条件。
其基本原则是：
在工艺系统刚性允许时，应首先选择以个尽可能大的，其次选择以个较大的f，最后在刀具耐用度和机床功率允许下选择以个合理的Vc。
的选择主要根据加工余量和工艺系统的刚度确定。
粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。
第一刀应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。
当冲击载荷较大或工艺系统刚度较差时，可适当降低，使切削力减小。
精加工时，应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低的方法，逐步提高加工精度和表面质量。
f的选择粗加工时，f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。
工艺系统刚度好的，可用大些的f；反之，适当降低f。
精加工时，f应根据工件的表面粗糙度要求选择，粗糙度小的取较小的f，但又不能过小，因为f过小，切削厚度过薄，粗糙度反而会增大，且刀具磨损加剧。
Vc的选择Vc主要根据工件材料、刀具材料和机床功率来选择。
刀具材料好可选得高些。
粗糙度要求小的，要避开积屑瘤产生，高速钢刀取小的Vc，硬质合金取较高的Vc。
表面有硬皮或断续切削时，应适当降低Vc。
工艺系统刚性差的Vc应减小。
本题中的切削用量选择请参见数控加工工序卡片。
表5.2数控加工工序卡（工序2）
数控加工工序卡
产品名称
零件名称
零件图号
短轴
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
2
O0001
三爪自定心卡盘
数控车床
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速/（r/m
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