轴套类零件加工工艺分析设计.docx
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轴套类零件加工工艺分析设计
轴套类零件加工工艺分析设计
第一章前言……………………………………………………3
第二章摘要……………………………………………………5
第三章零件结构及毛坯分析…………………………………6
3.1零件完整性与正确性分析…………………………………6
3.2材料分析……………………………………………………6
3.3毛坯分析……………………………………………………6
第四章零件结构工艺……………………………………………8
第五章选择加工设备与刀、夹、量具…………………………10
5.1机床的选择…………………………………………………10
5.2刀具的选择…………………………………………………11
5.3夹具的选择…………………………………………………12
第六章加工工艺分析……………………………………………14
6.1夹紧方式……………………………………………………14
6.2定位基准的选择……………………………………………14
6.3加工顺序的安排……………………………………………15
6.4切削用量的确定及功率的效核……………………………16
6.5切削液的选择………………………………………………18
第七章数控加工刀具卡…………………………………………20
第八章数控加工工艺卡…………………………………………21
第九章数控加工工序卡…………………………………………23
第十章程序的编制………………………………………………26
第十一章加工步骤………………………………………………29
第十二章参考文献………………………………………………31
总结…………………………………………………………………32
后记…………………………………………………………………34
前言
毕业设计是我们结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。
毕业设计是我们大学生才华的第一次显露，是向祖国和人民所交的一份有分量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报道书。
撰写毕业设计是我们在校最后一次知识的全面检验，是对基本知识，基本理论和基本技能掌握程度的一次总测试。
撰写毕业设计中需要将理论运用于实际操作中，并通过自己对知识的掌握和学习将零件的结构分析清楚。
并进一步对其进行工艺分析。
精密主轴的加工涉及到我们数控知识的很多方面。
首先必须能够作到：
1：
合理选用材料和规定的相应热处理。
2：
掌握基本指令的综合使用能力。
3：
掌握综合轴类的加工工艺分析。
4：
能设计简单的夹具并选择相应的机床。
5：
能确定各工序有关的切削因素，能对加工质量进行分析处理。
6：
能熟练掌握基准的选择，掌握保证尺寸精度的技能技巧。
此次设计的磨床主轴加工方案的技能点主要在于锥面的加工，带凹槽零件的编程，深孔的加工，内螺纹的加工，外圆的铣扁，高精度磨削。
这些都是我们学习三年数控必须掌握的基础知识，也是考验我们是否能学以至用的时候。
通过对需要加工的零件，进行结构与技术要求的分析和加工工艺的分析及刀具及机床的选择，使得自己对所学的知识做一次全面的总结。
在这个过程中也了解到关于数控技能方面的一些操作规程。
零件的结构关系着整个设计方案的设计思路和逻辑思维顺序，而技术要求则是在零件加工过程中要求零件的完整性与正确性，对材料的选择也是需要及其用心分析的。
结构工艺则包括精度分析，粗糙度分析，尺寸标注应符号数控加工特点。
而工艺规程设计则包括
1：
基准的选择。
2：
加工方法的选择。
3：
划分加工程序。
4：
热处理。
5：
辅助工序。
6：
工艺路线制定分析。
而在此过程中选择加工设备与刀，夹，量具是个十分重要的选择环节，加工为成品的零件若要达到预期的尺寸与精度，必须选择与其相应的精确的机床与刀具。
而加工之前必须将工件所需要的夹具选定好，并且装夹好。
而加工工艺设计则包括工序尺寸及公差计算，切削参数的计算，切削用量的计算，走刀路线的计算和时间定额计算。
这些知识得到了充分的利用，也锻炼了我们三年来的运用数控的能力，当然还包括了对我们综合素质的考验，语言组织能力，逻辑思维能力等等。
通过这次设计明白了还有很多知识都需要自己去努力学习，所以诚心希望老师多多指导，忠心感谢！
摘要
通过轴类零件加工工艺分析设计，使我们在拟定工工艺分析方案过程中，得到方案分析、结构工艺性、机械制图、零件设计、编写技术文件和查阅技术资料的等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析、结构设计与计算能力，并阐述了在学校机械加工实习课中如何对轴类零件进行工艺分析，从而提高工件质量。
【关键词】：
轴类零件、零件图的工艺分析、数控加工工序卡
第三章零件结构及毛坯分析
3．1零件完整性与正确性分析
3.11零件的完整性分析
机床主轴一般为精密主轴，它的功用为支承传动件（如齿轮、带轮、凸轮等）、传递转距，除承受交变弯曲应力和扭转应力外，还受冲击载荷作用，因此，对其要求有较高的综合力学性能，以保证装在主轴上的工件或切削工具（如刀具、钻头、砂轮等）具有一定的回转精度。
3.12零件的正确性分析
零件加工为成品时其用途是要达到预期效果的，而往往因为各方面的原因，零件的精确度总会受到一定的影响，所以零件的正确性需要在各个因素约束下才能达到。
通过加工工艺的调整使零件在加工过程中达到要求的精度，是设计内容中的一个重要部分。
3．2材料分析.
3.21材料分析：
毛坯材料为20Cr380x55mm,工件较长属细长轴的加工有一定的难度。
需选择合理的机床并采用相应的加工方案，选择合理的切削参数及刀具获得表面粗糙度Ra0.4.
零件切削所选择的材料是20Cr,经过正火可以：
①改善组织结构和切削加工性能。
②消除内应力。
该零件在毛坯锻造后正火可以消除其锻造时产生的内应力，细化晶粒，降低硬度，改善了加工性能。
由于粗加工后已切除大部分的余量，工件直径减小，容易淬透，经高温回火使中心层能得到韧性好耐冲击的回火索氏体组织。
调质处理又能消除一部分粗加工后引起的内应力，代替了时效处理，且调质后工件产生的变形可以在后道工序中消除。
精车后进行高频淬火以提高主轴的强度硬度和耐磨性，起淬火变形可以通过后续工序的磨削加工来消除，故该零件的选材及热处理要求合理。
3.22毛坯的制造方法
轴套类零件毛坯的形式有棒料，锻件和铸件三种。
光轴和直径相差不大的阶梯轴，毛坯一般以棒料为主外圆直径相差较大的轴或重要的（如主轴）宜选用锻件毛坯，既节省材料，减少切削加工的劳动量，又改善其力学性能。
结构复杂的大型轴类零件（如曲轴）可以采用铸件毛坯。
该零件为外圆直径相差较大的主轴，所以应该选用铸件毛坯。
第四章零件结构工艺
4.1、零件图如图所示：
（1）、未注倒角1×45o,锐角倒钝0.2×45°。
（2）、未注公差尺寸按GB1804-M。
（3）、端面允许打中心孔。
（4）、毛坯尺寸：
（φ55×150）。
（5）、材料：
45#,调质处理HRC26~36
4.2.零件零件结构工艺
该零件表面由圆柱面、圆锥面、顺圆弧面、逆圆弧面、螺纹面、沟槽面及内孔面等表面组成.图示零件各几何元素之间关系表达清楚完整，其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度要求.¢520-0.03的外圆面、锥面、¢350-0.03的外圆表面粗糙度为Ra1.6um,¢520-0.03的外圆面轴线对¢280+0.04的内孔面轴线的同轴度公差为¢0.025.零件材料为45钢，调质处理26-36HRC,材料的切削加工性能好。
根据上述零件几何结构分析及技术分析，选择棒料，毛坯尺寸为¢55×150。
在数控车床上按粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段进行加工。
粗加工时，为保证高的表面质量，留余量0.25mm待精加工。
依据基准统一原则与重合的原则，精加工时，以外圆为基准，加工轮廓的外形，按“先基准后其他”的加工顺序原则，先加工¢280+0.04的内孔面。
由于工件有硬度要求，粗加工后、精加工之前进行调质处理，加工过程中，应穿插安排检验的辅助工序。
第五章选择加工设备与刀，夹，量具
5．1加工设备的选择
Φ500×1500mmZ2——42高频淬火机床技术参数：
淬火轴类件最大长度
mm
1500
淬火轴类件最大直径
mm
100
淬火工件旋转速度
r/min
10—80
工件旋转电动机功率
kw
1.1
工件旋转电动机转速
r/min
3000
工件上升速度
工件下降速度
mm/min
mm/min
10—15
0—7
工件上下移动电动机功率转速
kw
r/min
1.5
750
CA6140技术规格:
加工最大直径在床身上
在刀架上
400mm
210mm
加工最大长度
1400mm
中心距
1500mm
主轴转速级数
24级
主轴转速范围正
反
14～1580
0～1400
刀架最大回转角度
±60度
主轴每转刀架进给量纵横
0.08～1.950.04～0.79
主电动机功率
7.5KW
机床重量
2097KG
机床外形尺寸
3168×100×1190
5．2刀具
刀具切削部分的材料，直接影响刀具的切削性能。
刀具的刀杆可以采用45钢或40Cr钢等结构钢材制造，调制后硬度为30——40HRC。
而刀具的切削部分不仅要承担切削过程中的高温高压及冲击载荷，而且还要受到切屑及工件的强烈摩擦，因此作为刀具的切削部分的材料，必须具备下列性能：
1）硬度必须高于工件材料的硬度。
2）足够的硬度及韧性。
3）较高的耐热性能。
4）较高的耐磨性。
5）良好的工艺性。
其中高速钢及硬质合金是目前使用最广的两类刀具材料。
1）高速钢广泛用于各种刀具，特别是切削刃形状较复杂的刀具。
2）目前车刀大都采用硬质合金，其他如钻头.铣刀.丝锥.齿轮刀具等也可以采用镶片或整体结构形式使用。
钨钛钴类合金适用于加工钢材，钨钴类适用于加工铸铁及有色金属材料。
考虑到以上几个方面，联系到我们所加工的零件，我们选用硬质合金材料的车刀刀片，钻头.丝锥等可以采用高速钢材料。
（详细见
（图一）
注：
加工零件右端外圆柱表面；
（图二）
注：
加工零件右端3MM直槽
（图三）
注：
精车外圆车刀：
刀尖角为35°，螺钉压紧式刀尖圆弧半径为0.4mm.
（图四）
注：
精车内孔：
93°内孔车刀
5.3夹具
1.车床夹具的主要功能，就是在车削加工工件的过程中，按照正确的位置和方向，稳定可靠的装夹工件。
即使工件在加工过程中受到切削力和其它外力影响，仍然始终保持工件被装夹在正确的位置和方向。
同时，车床夹具应该保持工件不因受夹紧力影响而造成尺寸精度或形状位置精度超过允许范围。
2.在设计机床使用夹具时，其结构应保证在一次定位后实现多面的加工，使工件加工部位都可以得以加工。
应力求使夹具结构简单，标准化，通用化和自动化。
以提高加工效率和降低成本.加工费用。
尽可能使用通用元件的拼装的组合可调夹具，以缩短生产准备周期。
通用元件重复使用，经济效益好。
3.夹具设计时，应保证工件装卸方便迅速，以减少工件的夹紧松开时间，机床所使用的夹具应具有足够的精度，并具有良好的精度保持性和足够的刚度，以防止受力变形而失去原有的精度。
考虑以上几点，我们的夹紧方案如下：
1粗车时：
采用一夹一顶装夹方式，其夹具前三爪卡盘和后顶尖。
2半精车时：
采用两顶尖间装夹方式。
5．4量具
检验是测量和监控主轴加工质量的一个重要环节。
除了工序间检验以外，在全部工序完成之后，应对主轴的尺寸精度.形状精度.位置精度和表面粗糙度进行全面的检查。
以便确定主轴是否达到各项技术要求，还可以从检验是否达到各项技术要求，而且还可从检验的结果及时发现各道工序中存在的问题，以便及时纠正，监督工艺过程正常进行。
检验的依据是主轴工作图。
检验工作按一定顺序进行，先检验各级外圆的尺寸精度，素线平行度和圆度，用外观比较法检验各表面的粗糙度及表面缺陷，然后在专用夹具上测量位置偏差。
在成批生产时，若工艺过程比较稳定，且机床精度较好，有些项目常常采用抽检的办法，并不逐项检验。
主要配合表面的硬度应在热处理车间检验。
量具我们选用：
（1）游标卡尺
（2）主轴检测棒
（3）内径千分尺
第六章加工工艺分析
6.1装夹方式
零件没有较高的同轴度要求。
因此采用三爪自定心卡盘装卡。
零件右端为圆弧面不易装夹，所以应先加工右端，Φ36表面可以作为掉头装夹表面。
掉头加工接刀点位于10.25圆弧最高点Φ52处。
1）装卡零件毛坯外露120mm，车工艺卡口Φ53*25mm。
2）加工时，以毛坯的轴线为基准，左端用三爪自定心卡盘定心夹紧。
精加工时，以¢280+0.04的内孔面轴线为基准。
3）再调头装夹，将装卡零件毛坯外露40mm。
6.2定位基准的选择
零件各表面的加工顺序,在很到程度上与各工序定位基准的选择有关,因为各阶段开始总是先加工定位基准面,即先行工序必须为后续工序准备好定位基准,同时采用一定压锅措施来保证定位精度,倒角锥面作为定位基准而准备条件的,因为主轴调质后会变形,在加工孔口倒角时,不仅要车端面,而且要车内孔,使尾座上的顶尖与倒角锥面无论在外缘上或内边缘上部能准确定位。
轴类零件的定位基准,最常见的为两中心孔,因为轴类零件各外圆表面,锥孔,螺纹表面的同轴度,以及端面对旋转轴线的垂直度,均与主轴的轴线有关,而这些表面的设计基准都是轴的轴线,若用两中心孔定位,就能符合基准重合的原则,而且,用中心孔作定位基准,能够最大限度的在一次装夹中加工出多个外圆和端面,这也符合基准统一的原则,所以,只要有可能,就应尽量采用中心孔作轴加工的定位基准。
主轴的工艺过程中,半精车,精车,粗磨和精磨各部外圆和端面,车螺纹等工序,都是以中心孔作定位基准,在加工过程中,作为定位基准的中心孔,因钻出通孔而消失,为了在通孔加工之后还能使用中心孔作定位基准,故采用带有中心孔的锥套心轴。
精加工主轴外圆也可用外圆本身来定位,即安装工件时以支承轴颈表面来定位,找正.这时可用拆卸式锥套心轴,心轴和锥套的锥面与工件锥孔有很少间隙,心轴靠螺母和垫圈压紧在主轴的端面上,心轴安装机床前后顶尖上后,按工件支承轴颈找正,主轴大端锥孔磨削应以主轴颈为定位基面,主轴颈是主轴的装配几面。
也是测量基面,这样三重基面重合就不会产生定位误差,保证了锥孔相对与主轴颈的同轴度要求。
6.3加工顺序的安排
制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状.尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证.在生产纲领已确定为成批生产的条件下,可以考虑采用万能机床配以专用工装夹具,并尽量使工序集中来提高生产率.除此之外,还应当考虑经济效益用以降低成本,提高效益.。
1）工艺路线
工序1:
备料
工序2:
热处理:
正火
工序3平端面
工序4粗车右端大头外圆（除槽外）
工序5半精车右段各外圆（除槽外）
工序6精车右端各外圆（除槽外）
工序7钻¢260+0.04的底孔
工序8粗车¢280+0.04的内孔
工序9精车¢280+0.04的内孔
工序10切槽
工序11:
调头,粗车左端各外圆（并手动保证其总长度）
工序12:
精车左端各外圆
工序13车螺纹M30×2-6g
工序14:
钳工去毛刺
工序15检验
2）加工方案分析
以上方案是合理的,是通过仔细考虑（零件加工的技术要求,装夹次数,加工先后）以及可能采取的加工手段之后,开加工的,符合先粗后精的原则,集中体现工序集中的原则.由于零件的加工精度要求较高,减少了装夹次数,能够减少装夹误差,使加工精度大大提高。
6.4切削用量的确定及功率的效核
1.在工件材料,刀具材料,刀具几何参数及其他切削条件已经确定的情况下,切削用量的选则关系到工件的质量,生产效率和加工成本.合理的切削用量应能满足以下要求:
。
（1）保证工件的表面粗糙度及加工质量。
（2）保证刀具有合理的耐用度。
（3）充分发挥机床的潜力,但又不超过机床允许的动力及扭矩,不超过工艺系统强度及刚度所允许的极限负荷.。
根据切削用量的三要素:
背吃刀量ap,进给量f,切削速度vc对刀具耐用度的不同程度的影响,在保证刀具经济耐用度的条件下要取得最高的生产率,首先要考虑选则尽可能大的切削深度,其次选尽可能大的进给量,最后在保证刀具经济耐用度的条件下选尽可能大的切削速度.。
2.切削用量的确定
（1）平端面
ap=3.5mm,f=0.2mm/r,vc=25m/min
n=1000vc/πd=463.23r/s
因此选择n=500r/min
p=p额×η=6kw
p需=kc·ap·f·vc/1000=2.4525kw≤p
故机床功率足够.
（2）粗车查≤机械工程师简明手册≥表4-2-1
ap=2mm,f=0.3mm/r,vc=90m/min
n=1000vc/πd=579.03r/min
因此选择n=650r/min
p=p额×η=6kw
p需=k·ap·f·vc/1000=3.53kw≤p
故机床功率足够.
（3）半精车查≤机械工程师简明手册≥表4-2-2
ap=1.5mm,f=0.2mm/r,vc=120m/min
n=1000vc/πd=694.84r/min
因此选择n=800r/min
p=p额×η=6kw
p需=k·ap·f·vc/1000=2.35kw≤p
故机床功率足够.
（4）精车查≤机械工程师简明手册≥表4-2-10
ap=1mm,f=0.1mm/r,vc=130m/min
n=1000vc/πd=868.55r/min
因此选择n=1000r/min
p=p额×η=6kw
p需=k·ap·f·vc/1000≤p
故机床功率足够.
（5）切槽
ap=1mm,f=0.4mm/r,vc=80m/min
n=1000vc/πd=463.23r/min
因此选择n=500r/min
p=p额×η=6kw
p需=F·vc×10=k·ap·f·vc/1000=1.3kw≤p
故机床功率足够.
6.5切削液的选择
对于不同切削加工类型，金属的切除特性是不一样的，较难的切削加工对切削液要求也较高。
切削过程的难易程度，按从难到易的次序排列如下：
内拉削－外拉削－攻丝－螺纹加工－滚齿－深孔钻－镗孔－用成形刀具切削螺纹－高速低进给切削螺纹－铣削－钻孔－刨削－车削（单刃刀具）－锯削磨削。
6.51车削、镗削
粗车：
粗车时加工余量较大，因而切削深度和进给量都较大，切削阻力大，产生大量切削热，刀具磨损也较严重，主要应选择用以冷却作用为主并具有一定清洗、润滑和防锈作用的水基切削液，将切削热及时带走，降低切削温度，从而提高刀具耐用度，一般选用极压乳化液效果更好。
极压乳化液除冷却性能好之外，还具备良好的极压润滑性，可明显延长刀具使用寿命，提高切削效率，使用水基切削液要注意机床导轨面的保养，下班前要将工作台上的切削液擦干，涂上润滑油。
精车：
精车时，切削余量较小，切削深度只有0.05～0.8mm，进给量小，要求保证工件的精度和粗糙度。
精车时由于切削力小，温度不高，所以宜采用高浓度（10%以上）的乳化液和含油性添加剂的切削液为宜。
对于精度要求很高的车削，如精车螺纹，要采用菜籽油、豆油划其他产品作润滑液才能达到精度要求。
正如上面所提到的，由于植物油稳定发差，易氧化，有的工厂采用了15%JQ－1精密切削润滑剂+85%L－AN32全损耗系统用油作为精密切削油，效果很好。
镗削：
镗削机理与车削一样，不过它是内孔加工，切削是和切削速度均不大，但散热条件差，可采用乳化液作切削液，使用时应适当增加切削液的流量和压力。
6.52螺纹加工
切削螺纹时，刀具与切削材料成楔形接触，刀刃三面被切削材料所包围，切削力矩大排屑较困难，热量不能及时由切屑带走，刀具容易磨损，切屑碎片挤塞并且容易产生振动。
尤其车螺纹和攻螺纹时切削条件更苛刻，有时会出现崩刃和断丝锥，要求切削液同时具备较低的摩擦系数和较高的极压性，以减少刀具的摩擦阻力和延长刀具使用寿命，一般应选用同时含有油性剂和极压剂的复合切削液。
此外，攻螺纹时切削液的渗透性能很重要，切削液能否及时渗透到刀刃上，对丝锥的耐用度影响很大，切削液的渗透性与粘度有关，粘度小的油渗透性较好，必要时可加入少量的柴油或煤油来提高渗效果。
有的场合，如盲孔攻螺纹时切削液很难进入孔中，这时采用粘度大，附着力强的切削液效果反而更好。
下面列举几个攻螺纹用切削液的配方：
10%硫化脂肪油、10%氯化石蜡、8%脂肪油、72%L－AN15全损耗系统用油。
适用于钢、合金钢攻螺纹。
0%JQ－2极压润滑剂、10%JQ－1精密切削润滑剂、70%L－AN15全损耗系统油。
适用于钢、合金钢攻螺纹。
5%JQ－2极压润滑剂+20%柴油机机油+60%L－AN15全损耗系统用油。
适用于铝和铝合金攻螺纹。
30%JQ－2极压润滑剂+10%氯化石蜡+10%脂肪油+50%L－AN32全损耗系统油。
适用于不铱锈钢及盲孔攻螺纹。
20%极压乳化油＋80%水，适用于钢标准件螺纹加工。
6.53钻孔
使用一般的麻花钻钻孔，属于粗加工，钻削时排屑困难，切削热不易导出往往造成刀刃退火，影响钻头使用寿命及加工效率。
选用性能好的切削液，可以使钻头的寿命延长数倍甚至更多，生产率也可明显提高。
一般选用极压乳化液或极压合成切削液。
极压合成切削液表面张力低，渗透性好，能及时冷却钻头，对延长刀具寿命，提高加工效率十分有效。
对于产锈钢、耐热合金等难切削材料，可选用低粘度的极压切削油。
第七章数控加工刀具卡
刀具调整卡
型别
零件图号
零件名称
轴套类零件
设备名称
CA6140
设备型号
程序号
01
基本材料
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
加工部位
直径
长度
直径
长度
1
T01
90°外圆车刀
刀偏角60度
45（厚）
加工零件右端外圆柱表面
2
T02
切槽刀
宽3mm
45
加工零件端中间3mm直槽
3
T03
60º外螺纹车刀
Φ12mm
150
加工30*2-6g螺纹
4
T04
外圆车刀
刀尖角35度
150
加工零件左端外圆柱表面和圆弧面
5
T05
麻花钻
¢26mm
120
钻¢26mm的底孔
6
T06
93º硬质合金内孔车刀
¢12mm
150
粗精车¢280+0.04的内孔
第八章数控加工工艺卡
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
LY12
A200
O0200
CA6140
数控车床
顺序号
刀具
切削参数
刀号
名称
直径
（ømm）
加工内容
切削速
度（V）r/min
主轴转速（S）
每转
进给
（f）
N1
备料φ55×150mm45号钢
N2
完全正火热处理
N3
T01
90
升级会员 