毕业设计论文轴套类零件加工工艺及夹具.docx
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毕业设计论文轴套类零件加工工艺及夹具
课题名称：
轴套类零件加工工艺设计
姓名：
游林峰
院系：
机电工程系
专业：
机制
班级：
机制1402班
指导老师：
陆全龙
二零一七年四月十五日
机电工程系
轴套类零件加工工艺及夹具
目录
第三章轴类零件的加工工艺
轴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。
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。
第四章轴类零件实例加工
（一）
4.1实体零件的生成
实体是利用Pro/E软件生成的：
首先打开Pro/E软件新建一个零件窗口，然后草绘出来零件的二维零件图，在利用软件中的实体把二维图转换成实体（如图2—1所示）。
先保存一下，然后在打开一个制造的窗口，这样会弹出一个对话框，先点装配，有回弹出一个子菜单，再点装配，把刚才保存的零件装配到制造这个窗口上，调一下约束，把零件调到完全约束状态。
然后点击完成。
点里面的创建按扭，在下面的菜单栏里点定义后会弹出一个窗口，然后在实体零件上选一个与轴长平行的基准面，在选一个与轴垂直的基准面，然后会自动弹出草绘界面，在那上面草绘出一个比实体零件大的圆（Φ70），然后点确定按扭，把生成的毛坯覆盖住零件长度146。
这样就完成了毛坯的生成（如图2—2所示）。
图2-1
图2-2
4.2加工工艺分析
如图4.2.1-1
4.2.1分析零件图纸和工艺分析
该轴类零件由圆柱、圆锥、圆弧、螺纹和槽等表面组成。
零件材料为45号钢，无热处理要求，该零件进行精加工，图4.2.1-1中Φ70不加工。
通过上述分析，可以采用下面的工艺措施：
选用具有直线、圆弧插补功能的数控车床加工，机床名称：
CJK6032A数控机床,如下图:
4.2.1-2所示。
如图:
4.2.1-2
相关参数如下：
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，如图4.2.1-1所示。
4.2.2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。
4.2.3确定加工路线及进给路线
加工顺序的确定按由内到外、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。
因此在本设计中加工路线是按先粗车（给精车留余量1mm），然后再精车，按先主后次的加工原则尽量使“刀具集中”，即用一把刀加工完相应的部位，在换另一把刀加工其他部位。
以减少空行程和换刀时间，因此：
1车外圆：
自右向左加工，起加工路线为：
先倒角——切削螺纹的实际外圆Φ28——侧角——切削锥度部分——撤消圆弧部分——车削Φ66。
2切槽：
考虑到槽不太宽，可采用一把刀一刀完成，选择刀具宽度与槽宽相等，分多刀步进切削。
步进深度为1mm。
3车螺纹：
分析螺纹深度不深，采用两刀完成螺纹加工。
4切断：
零件加工结束后，选择切断刀将工件从棒料上分离出来完成一个零件的加工。
加工路线如下图4.2.3所示（数控自动加工工序卡）：
如图4.2.3
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
4.2.4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。
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
编制
张忠祥
审核
批准
年月日
共1页
第1页
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）见图4.2.1-1。
（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。
4.3选择切削用量
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是：
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
4.3.1主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。
根据本次加工的实际情况选择主轴转速为：
车直线、圆弧和切槽时其粗车主轴转速为400r/min，精车时，主轴转速900r/min，车螺纹时的主轴转速为400r/min。
4.3.2进给速度的确定
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则，应选择较低的进给速度，得出下表
粗
精
外圆
0.15min/r
0.08min/r
内孔
0.05min/r
0.04min/r
槽
0.04min/r
在本例中选择进给速度为：
粗车时，选取进给量为0.14mm/r，精车时，选取进给量为0.08mm/r，车螺纹时，进给量等于螺纹导程，选为1.5mm/r。
4.3.3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
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