孔轴零件加工工艺设计.docx
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孔轴零件加工工艺设计
【摘要】：
数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的。
数控加工的工序内容比普通机床的加工的工序内容复杂。
这是因为数控机床价格昂贵，若只加工简单的工序，在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至是在通用机床上难以完成的那些工序。
数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程编制复杂。
这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线的确定等问题，在数控加工时，这一切都无例外地都变成了固定的程序内容，正由于这个特点，促使对加工程序的正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错，否则加工不出合格的零件。
【关键词】：
轴类零件；数控车削；工艺设计
第一节序言
（一）数控技术的概念8
（一）数控技术的基本理论8
二、数控技术的发展方向8
第二节方案分析与论证
1.零件图分析9
2.工艺分析10
3.编程原点选择10
三、机床与刀具的选择12
（二）刀具的选择14
四、定位与夹紧方式的确定14
（一）定位与夹紧方式14
六、确定走刀路线和工步顺序15
（一）确定加工顺序和走刀路线15
1.工步顺序的确定15
七、切削用量的选择16
（二）数控加工工艺卡片拟订18
八、对刀点与换刀点的确定20
（一）对刀点20
（二）换刀点20
九、高速切削技术21
十、程序的编制22
（一）零件各结点尺寸计算就22
（二）程序的编制22
第三节结论
设计小结25
参考文献28
致谢语:
29
第一节序言
传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的。
现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。
这就是我们说的“数控加工”。
数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域，更是模具加工的发展趋势和重要和必要的技术手段。
一、数控技术的概念及理论
（一）数控技术的概念
数控（英文名字：
NumericalControl简称:
NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
也可以说成是数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。
数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控（ComputerNumericalControl），简称CNC，国外一般都称为CNC。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
（二）数控技术的基本理论
数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。
我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、进给量、背吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等），按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上（如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器），然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。
二、数控技术的发展方向
随着科学技术的发展，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发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）的发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发展的大趋势。
世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的各个组成部分提出了更高的性能指标当今的数控机床正在不断采用最新技术成就，朝着高速化、高精度化、多功能化、智能化、系统化与高可靠性等方向发展。
第二节：
方案分析与论证
一零件工艺分析
此图在未在绘图软件上绘制可能存在偏差，绘图比例为1：
10，材料为45刚，生产数量为50件。
（一）零件工艺分析
1.零件图分析
图1-1所示零件从结构图来看该零件包括内﹑外的加工。
内表面主要是孔，外表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。
其中多个直径以及宽度尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求，适合数控车削加工。
尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料为45钢，该材料具有较高的强度以及较好的韧性﹑塑性，可在供应状态和正火状态下使用，制照力学性能要求不高的零件；进行调质处理后，制造要求良好力学性能的零件。
无热处理和硬度要求。
零件生产批量为单件小批量。
2.工艺分析
（1）图样上给定的内孔直径φ24和φ15,圆柱尺寸φ50﹑φ60和φ32,宽度尺寸30和10,取中值作为编程的尺寸依据。
其他尺寸皆取基本尺寸作为编程尺寸依据；
（2）圆柱与孔有较高的同轴度要求,加工时必须以同一个定位基准进行加工；
（3）φ24和φ15的公差等级为IT8表面粗糙度Ra为1.6，宜采用扩进行加工以保证尺寸和表面粗糙度的要求；
（4）在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性；
（5）零件中有比较大的圆弧需要进行加工，为了不使加工过程中出现过切现象选择较大副偏角的车刀进行加工。
3.编程原点选择
零件在加工中从图纸上进行尺寸坐标分析,应设置一个编程原点。
工件坐标系的编程原点应选在零件装夹后的右端面（精加工面）,
（二）选择零件毛坯
该零件为45钢，生产类型为单件小批量生产。
根据上述原始资料以及加工工艺，确定毛坯尺寸如下：
该零件最大外圆直径为Ф60mm,毛坯直径应为Ф60mm。
长度尺寸为30mm
二、加工方法的选择
（一）数控车削加工方法拟订
加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。
由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。
1.数控车削加工外圆回转体零件与端面加工方法的选择
（1）φ56和φ50的尺寸精度等级为IT7，并且φ56和φ50外圆柱表面粗糙度Ra为1.6，参考《数控加工工艺简明教程》表3-14可知加工这些圆柱时宜采用粗车→半精车→精车三步加工；
（2）零件左端外圆尺寸精度以及表面粗糙度要求不高所以可以采用粗车→精车进行加工以缩短工时，由于零件左端有螺纹需要加工并且螺纹精度要求较高，而为了达到螺纹加工的精度要求所以在加工零件左端外圆时须将外圆尺寸加工为Ф56mm；
（3）对于圆锥面采用衡线速度进给切削，以保证圆锥尺寸精度。
2.数控车削加工内圆回转体加工方法的确定
Ф24+00.04半通孔:
孔的精度要求在IT8～IT9之间,参考《数控加工工艺简明教程》表3-16获知宜采用钻→扩进行加工,以保证尺寸和表面粗糙度的要求。
参考《工艺手册》表2.3-9以及2.3-12确定工序尺寸及余量为钻孔:
Ф22.0mm扩孔:
Ф23.8mm2Z=1.8mm铰孔:
Ф24+00.042Z=0.2mm。
3.数控车削加工螺纹加工方法的确定
由于该零件中螺纹加工精度要求较高,为了保证其螺距和牙深的精度故采用G92螺纹加工指令进行加工。
三、机床与刀具的选择
（一）机床的选择
数控车床,其型号为SSCK20/500，装配FANUC-OTC系统
1.SSCK20/500数控车床的用途
SSCK20/500数控车床主要用于加工轴类零件和盘类零件的内外圆柱表面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面，还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、镗孔和车端面、切槽、倒角等加工。
2.SSCK20/500数控车床布局
SSCK20/500数控车床为两坐标联动控制的卧式车床。
床身采用向后倾斜45°，使刀具的调整及操作更为方便安全。
导轨采用直线滚动导轨或镶钢导轨，因摩擦系数小，从而增加了耐磨性和精度的保持性，提高了刀架的快移速度并延长机床使用寿命。
主轴采用普通电动机、变频调速，主轴卡盘和尾座在结构设计上均采用液压控制，压力的大小可分别用减压阀进行调整。
倾斜滑板上安装有回转刀架，设有6个工位。
滑板上分别安装有X轴和Z轴的进给传动装置。
根据用户的要求，主轴箱前端面上可以安装对刀仪，用于数控车床的对刀。
3.SSCK20/500数控车床主要技术参数
机身上最大回转直径
Ф400mm
夹盘直径
Ф200mm
最大切削直径
Ф200mm
最大切削长度
500mm
主轴转速范围
24r/min~2400r/mm（连续无级）
主轴直径
Ф55mm
滑鞍最大纵向行程
550mm
滑板最大横向行程
200mm
快速移动速度
X轴6m/min;Z轴12m/min
刀架工位数
6工位
刀具规格
车刀20mm×20mm
工具孔直径
Ф32mm
选刀方式
顺时针方向
最小输入当量
X轴（直径）0.001mm；Z轴0.001mm
尾坐套筒直径
Ф70mm
尾座套筒最大行程
60mm
顶尖锥孔
莫式4号
主电动机功率
连续载荷11kw
进给伺服电动机功率
X轴AC0.6kw；Z轴AC0.6kw
液压站电动机功率
1.1kw
切削液电动机功率
0.0125kw
机床外形尺寸（长×宽×高）
2600mm×12400mm×1715mm
机床净质量
2300kg
（二）刀具的选择
产品名称或代号
零件名称
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
T0101
90°硬质合金外圆车刀
1
车端面及粗车外轮廓
0.5
刀具后角>43°
2
T1212
内孔精车刀
1
扩孔
3
T0808
内孔粗车刀
1
扩孔
4
T0505
扩刀
1
扩孔
5
T0202
90°硬质合金外圆车刀
1
半精车外轮廓
0.3
刀具后角为45°
6
T0404
93°硬质合金外圆车刀
1
精车外轮廓
0.2
刀具后角为56°
7
T0707
60°外螺纹车刀
1
车M30螺纹
0.1
刀尖角为59°30′
四、定位与夹紧方式的确定
（一）定位与夹紧方式
此工件必须分两次装夹。
由于左端外表面为螺纹，不适于做装夹表面，所以第一次装夹工件左端，加工右端，为了防止由于切削力的作用而产生轴向位移,必须在卡盘内装一限位支撑,或者利用工件的台阶面进行限位。
此处利用工件台阶面进行定位。
使用三爪自定心卡盘夹持，考虑到此工序需要加工的零件较长所以需要在右端面加一顶尖，采取一夹一顶的方式进行装夹，
五、加工顺序的安排
（一）加工顺序的安排
按照加工内容确定加工顺序如下:
第一步:
装夹φ60圆柱表面,端面车削；
第二步：
粗车扩孔（钻头直径φ23mm）；
第三步：
粗车外圆表面；
第四步：
内径粗加工；
第五步：
外圆精加工；
第六步：
内孔精加工；
第七步：
螺纹加工。
六、确定走刀路线和工步顺序
（一）确定加工顺序和走刀路线
1.工步顺序的确定
在第一次装夹时，工步顺序的确定按照由内到外﹑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。
结合本零件的结构特征，可以先粗、半精加工外圆各表面再加工内孔各表面至尺寸以及表面粗糙度要求，然后再进行外圆各表面的精加工。
最后再车M56╳1.5g螺纹。
2.走刀路线的确定
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为走刀路线。
编程时，走刀路线的确定原则主要有以下几点：
（1）走刀路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；
（3）应使走刀路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。
（4）此外，确定走刀路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工等。
由于该数控车床具有循环功能，只要编程正确，数控系统就会自动确定粗车以及螺纹车削路线。
因此，该零件的粗车以及螺纹车削路线不需要人为确定进给路线，由于该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线。
七、切削用量的选择
（一）切削用量的选择
切削用量的选择根据被加工表面质量要求﹑刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度和每转进给量然后根据式1-1和1-2计算主轴转速与进给速度，
VC=∏dn/1000（1-1）
n≤1200/p-k（1-2）
式中VC—切削速度，单位m/min;
d—切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回转直径,单位mm;
n—工件的转速,单位为r/min;
P—被加工螺纹螺距，单位为mm；
K—保险系数，一般为80。
计算过程如下：
钻孔Ф24+00.04mm
钻孔Ф22
（1）背吃刀量ap=13mm。
（2）进给量根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用f=0.4mm/r。
（3）切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用Vc=20m/min。
（4）主轴转速250r/min
（2）进给量根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用f=0.4mm/r。
（3）切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用Vc=20m/min。
（4）主轴转速由公式1-1得20=3.14*23.8n/1000
求得n=229r/min经查表取n=250r/min
铰孔Ф24+00.04mm：
（1）背吃刀量ap=14mm。
（2）进给量根据《数控加工工艺简明教程》表6-5，选用f=0.5mm/r。
（3）切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-5，选用Vc=4m/min。
（4）主轴转速由公式1-1得4=3.14*24n/1000
求得n=45r/min经查表取n=150r/min
粗车外轮廓
（1）进给量查有关方面表得出f=0.5mm/r。
半精车外轮廓
（2）进给量由于在粗车外轮廓时留了1.1mm的余量,考虑到还需要对零件进行精加工并取精加工余量为0.25mm,半精车外轮廓进给量为0.85mm,显然进给量过大。
综合加工效率方面问题考虑最后取进给量f=0.85/2=0.425mm/r。
精车外轮廓
进给量由于在半精车外轮廓时留了0.25mm的精加工余量，综合加工效率方面问题考虑最后取进给量f=0.25/2=0.125mm/r。
因该数控车床具有循环功能，只要编程正确，数控系统就会自动确定螺纹车削路线进给量以及切削速度以及车外圆时的主轴转速。
因此，该零件的螺纹车削路线不需要人为确定进给量和切削速度，外圆车削不需要给定每次进刀时的主轴转速。
将计算结果填入表7-1中。
注意：
背吃刀量的选择因粗﹑精加工而有所不同。
粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.1～0.4mm较为合适。
（二）数控加工工艺卡片拟订
将前面分析的各项内容综合成表7-1所示的数控加工工艺卡片，此表是数控加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件，主要内容包括：
工步顺序﹑工步内容﹑各工步所用的刀具及切削用量等。
表7-1数控加工工序卡
工厂
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
工序号
程序编号
夹具名
夹具编号
使用设备
专用夹具
车间
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格/
mm
主轴转速
/r·min-1
进给速度
/mm·min-1
背吃刀量/mm
备注
1
车削端面
01
255×2
500
5
手动
2
粗车外表面X方向留1.1mm余量
03
25×25
400
100
5
自动
3
半精车外表面X向留0.25mm的精加工余量
04
25×25
300
200
3
自动
4
扩孔
02
Ф27.8
250
40
7
自动
5
铰孔至尺寸要求
06
Ф28
300
20
2
自动
6
精车外表面至尺寸要求
05
25×25
400
300
0.25
自动
7
车削M30X2-6g螺纹
07
25×25
450
150
自动
编制
审核
批准
共1
第1页
八、对刀点与换刀点的确定
（一）对刀点
“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。
由于程序段从该点开始执行，所以对刀点心也叫做“程序起点”或“起刀点”。
选择对刀点的原则是：
（1）要便于数学处理和简化程序编制
（2）在机床上找正容易
（3）加工过程中检查方便
（4）引起的加工误差小
对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）。
但必须与零件的定位基准有一定的尺寸联系。
这样才能确定机床坐标系和工件坐标系的关系。
为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。
刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。
所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面的中心、球头铣刀的球头中心。
零件安装时，工件坐标系要与机床坐标系有确定的尺寸关系，在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值，为对刀点在机床坐标系中的坐标值。
对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。
因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值来校核。
所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。
例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。
（二）换刀点
由于在装夹中需要加工的工件毛坯尺寸为30Xφ60mm，为了避免换刀时发生刀架与毛坯相撞以及考虑到刀具的空行程问题所以工序一换刀点选定为（-50.0,-50.0）。
九、高速切削技术
高速切削的切削速度比常规切削速度高5~10倍以上。
高速切削加工技术体系是机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控、切削机理等诸多方面的有机集成。
特点：
切削力随着切削速度的提高而下降；
切削产生的热量绝大部分被切屑带走；
加工表面质量提高；
在高速切削范围内，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率范围。
优点：
1、有利于提高生产效率；
2、有利于改善工件的加工精度和表面质量；
3、有利于减少模具加工中的手工抛光；
4、有利于减小工件变形；
5、有利于使用小直径刀具；
6、有利于加工薄壁零件和脆性材料；
7、有利于加工较大零部件
应用：
加工材料
适于高速切削加工的工件材料包括铝合金、钢、铸铁、铅、铜及铜合金，此外还包括模具钢、钛合金、不锈钢、镍基合金、纤维增强合成树脂等难加工材料。
应用范围：
目前，高速切削加工技术主要应用于车削和铣削工艺，今后将涵盖所有的传统加工范畴，从粗加工到精加工，从车削、铣削到镗削、钻削、拉削、铰削、攻丝、滚齿等。
航空制造业、模具制造业、汽车制造业等行业均已积极采用高速切削加工技术。
十、程序的编制
（一）零件各结点尺寸计算
工件上个点的各点坐标机加工后个点的坐标在程序中以体现。
（二）程序的编制
O0004；
M41；
G50S1500；
N1；工序
（一）端面车削
G00S400T1010M04F0.1；
X62.0Z0；
G96S120；
G01X0；
G00G97Z50.0S500;
G28U0W0T0M05；
N2；工序
（二）扩孔（钻头直径ø23mm）
G00S250T0505M04F0.2；
X0Z2.0；
G74R0.5；
G74R0.5；钻孔时每次退刀量0.5mm
G74Z—15.0Q4.0；每次钻孔深度为4mm
G28U0W0T0M05；
N3；工序（三）外圆粗加工
G00S400T0202M04F0.25;
X64.0Z2.0;
G71U1.5R0.5;
G71P10Q11U0.4W0.1;
N10G00G42X0;
G01Z0;
X46.8;锥面小端直径为ø64.8mm
X50.0Z-6.0;
X56.0K-1.0;
Z-20.0;
X58.0;
X62.0Z-22.0倒角1*45°
N11G01G40X64.0;
G28U0W0T0M05;
N4;工序（四）内经粗加工
G00S300T0808Ｍ０３ F0.2;
X12.0Z2.0;刀具定为至粗加工循环点
G71U1.5R0.5;内孔粗车每次切深1.5mm,退刀量0.5mm
G71P12Q13U-0.4W0.1;内孔径向余精加工余量0.4mm,端面余精加工余量0.1mm
N12G00G41X32.0;刀尖R补偿方向切换为左刀补
G01Z0;
G02X24.0Z-8.0R10.0;
G01Z-15.0;
X17.0;
X13.0Z-17.0;
N13G01G40X12.0;
G28U0W0T0M05;
N5;工序五外圆精加工
G00S400T0404M04F0.1
X64.0Z2.0;刀具定位至外圆精车循环点
G96S1500
G70P10Q11;
G00G97Z50.0S400;
G28U0W0T0m05;
N6:
工序六内控精工
G00S300T1212M04F0.0
X12.0Z2.0刀具定位至内孔精车循环点
G96S120;
G70P12Q13;
G00G97Z50.0S400;
G28U0W0T0M05;
N7;工序（七）螺纹加工
G00S450T0707M04;
X58.0Z-1.0;刀具定位至螺纹车削循环点
G92X55.4Z-16.0F1.5;螺距为1.5mm
X54.9;
X54.5;
X54.2;
X54.05;
G28U0W0T0M05;
M30;程序结束
第三节结论
设计小结：
在开始做毕业设计前，我认真阅读了毕业设计指导书，对零件图进行仔细的分析，从而在设计前有一个清晰的思路，也为我的设计打下了基础，使我的开题报告能顺利的完成。
开题报告完成后，接着开始进行正文的撰写，设计也就正式开始了，首先我们对零件进行了工艺分析，如毛坯尺寸大小的确定和材料的确定，选择合适的加工方案法，拟定加工方案，选择合适的夹具、刀具与切削用量的确定等。
在工艺分析上，让我们巩固了所学的机械制造、机械制图、机械设计、公差与配合、CAD绘图等专业课程，是我更好把各专业课相结合起来去完成毕业设计。
我选择的毕业设计课程是：
孔轴零件加工工艺设计。
通过次此的分析，需要对刀具的切削参数进行计算等方面的问题给予考虑，这些方面的知识都需要我们去
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