轴类零件加工.docx
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轴类零件加工
轴类零件加工设计
目录
前言…………………………………………………………………………………2
第一章零件工艺分析………………………………………………………………5
1.1 零件图的分析……………………………………………………………………5
1.2 确定加工方法……………………………………………………………………6
1.3 工艺设备的选择…………………………………………………………………6
1.4 零件的安装………………………………………………………………………6
1.5 选择夹具…………………………………………………………………………7
1.6 刀具的选择……………………………………………………………………7
1.7 切削用量的选择…………………………………………………………………8
1.8 对刀点与换刀点的确定………………………………………………………11
1.9 工序与工步的划分……………………………………………………………11
1.10 加工路线的确定………………………………………………………………12
第二章 加工工序的设计……………………………………………………………13
2.1 工序一…………………………………………………………………………13
2.1.1 确定工件坐标系………………………………………………………………13
2.1.2 工件的装夹方式………………………………………………………………13
2.1.3 加工刀具的选择………………………………………………………………13
2.1.4 切削用量计算…………………………………………………………………14
2.1.5 工艺路线………………………………………………………………………15
2.1.6 加工程序………………………………………………………………………15
2.1.7 加工工序卡片…………………………………………………………………19
2.1.8 加工中的难点与解决方案……………………………………………………19
2.2 工序二…………………………………………………………………………20
2.2.1 尺寸链的计算…………………………………………………………………20
2.2.2 确定工件坐标系………………………………………………………………20
2.2.4 刀具选择………………………………………………………………………20
2.2.3 工件的装夹方式………………………………………………………………20
2.2.5 切削用量计算…………………………………………………………………21
2.2.6 工艺路线………………………………………………………………………21
2.2.7 加工程序………………………………………………………………………21
2.2.8 加工工序卡片…………………………………………………………………23
第三章注意事项……………………………………………………………………23
3.1 数控车床操作注意事项…………………………………………………………23
第四章成品自检数据………………………………………………………………24
参考文献…………………………………………………………………………25
附 录………………………………………………………………………………25
附录一 常用公制螺纹切削的进给次数与背吃刀量（双边）…………………25
附录二 数控机床设备安全操作规程……………………………………………26
设计小结………………………………………………………………………………27
前 言
数控加工作为一种高效率高精度的生产方式，尤其是形状复杂精度要求很高的模具制造行业，以及成批大量生产的零件。
因此数控加工在航空业、电子行业还有其他各行业都广泛应用。
然而在数控加工从零件图纸到做出合格的零件需要有一个比较严谨的工艺过程，必须合理安排加工工艺才能快速准确的加工出合格的零件来，否则不但浪费大量的时间，而且还增加劳动者的劳动强度，甚至还会加工出废品来。
由于数控加工整个加工过程都是自动完成的，因此要求我们在加工零件之前就必须把整个加工过程有一个比较合理的安排，其中不能出任何的差错，否则就会产生严重的后果。
本设计结合生产实例对数控加工的工艺进行分析研究，并编制出加工程序，并且已通过实际操作加工出了合格的零件。
由于编者水平有限，设计中难免存在一些错误，恳请老师和同学批评指正。
第一章零件工艺分析
1.1 零件图的分析
（1）零件图的完整性与正确性
零件属于短轴类，零件长度为145mm,从左到右依次为：
长23mm、公称直径为30mm、有2mm的45°倒角的普通螺纹；长22mm的20°锥面；长32mm直径为47的圆柱面，并在其表面切出3个间隔5mm的3.5mm深3.5mm的槽；长为13.77mm直径为35的圆柱面；直径为52mm的球面；直径为36mm的圆柱面。
该零件视图正确，表达直观、清楚，绘制符合国家标准，尺寸、公差、表面粗糙度以及技术要求的标注齐全、合理。
（2）零件的技术要求分析
分析零件图可知:
20°锥面、φ47mm圆柱面、φ35mm圆柱面和φ36mm圆柱面表面粗糙度Ra为1.6μm，其余表面粗糙度Ra为3.2μm。
大端为φ47mm锥面的轴线对基准A（轴线）的同轴度公差为φ0.025mm，外螺纹中径、顶径公差代号为6g，其余尺寸公差等级在IT7～IT10之间。
（3）零件的材料分析
毛坯材料为45#，强度、硬度、塑性等力学性能好，切削性能、热处理性能等加工工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。
毛坯下料为φ60mm×150mm。
1.2 确定加工方法
经过分析零件的尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，确定如下加工方法：
（1）外圆表面：
粗车——半精车——精车
（2）外螺纹：
在精车的外圆表面分数次进给加工
1.3 工艺设备的选择
（1）机床的选择
机床选择的原则：
①要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。
②有利于提高生产率。
③尽可能降低生产成本（加工费用）。
根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、生产条件等要求，选用CK380数控车床。
（2）量具的选择
加工过程中所需量具有：
游标卡尺、千分尺、百分表、表面粗糙度样板。
1.4 零件的安装
在数控机床上加工零件时，安装零件要合理选择定位基准和夹紧方案，为提高数控机床效率，确定定位基准与夹紧方案时应注意：
（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一（基准重合原则）；
（2）减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面（基准统一原则）；
（3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。
1.5 选择夹具
夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：
一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。
根据零件的尺寸、精度要求和生产条件，选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。
三爪自定心卡盘可以自动定心，夹持范围大，适用于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类中小型零件。
1.6 刀具的选择
数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。
数控刀具有以下特点：
①刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；②互换性好，便于快速换刀；③寿命高，切削性能稳定、可靠；④刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；⑤刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；⑥系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。
数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。
数控车床兼作粗精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够的强度，能一次进给车去较多的余量；精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度，车去的余量较少，要求车刀锋利，切削刃平直光洁，必要时还可磨出修光刃。
为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，便于实现机械加工的标准化，在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹片刀，机夹片刀常采用可转位车刀。
刀片材质的选择主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动，故加工此零件选择硬质合金刀片。
根据零件的外形结构，加工需要如下刀具：
硬质合金端面车刀、菱形外圆车刀、外切槽刀、外螺纹刀、30°外圆尖刀。
数控加工刀具卡片
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
45°硬质合金端面车刀
1
平端面
手动
2
T02
90°菱形外圆车刀
1
粗精车零件左端外圆轮廓
自动
3
T04
3mm外切槽刀
1
切槽
自动
4
T05
60°外螺纹刀
1
加工外螺纹
自动
5
T06
35°外圆尖车刀
1
粗精车零件右端外圆轮廓
自动
1.7 切削用量的选择
数控编程时，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、进给速度及背吃刀量等。
切削用量的选择原则是：
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具寿命，充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。
1）主轴转速的确定
（1）车外圆时主轴转速
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。
其计算公式为
n=1000v/πd
其中 v—切削速度（m/min），由刀具寿命决定；
n—主轴转速（r/min）；
d—工件直径或刀具直径（mm）。
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精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。
确定进给速度的原则是：
（1）当工件的质量要求能得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。
一般在100～200mm/min范围内选取。
（2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。
（3）当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些，一般在20～50mm/min范围内选取。
（4）当刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。
3）背吃刀量的确定
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，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，可以留少许加工余量，一般为0.2～0.5mm。
切削用量的选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具的切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。
车削用量的具体选择如下：
粗车时，首先选择一个尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度。
精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，因此选择较小的背吃刀量和进给量。
如何确定加工时的切削速度，除了可参考《数控加工技术》表2-1列出的数值外，主要根据实践经验进行确定。
表2-1数控车削用量推荐表
工件材料
工件材料
切削深度/mm
切削速度/（m.min-1）
进给量/（mm.r-1）
刀具材料
碳素钢 （δb >600Mpa）
粗加工
5～7
60～80
0.2～0.4
YT类
粗加工
2～3
80～120
0.2～0.4
精加工
0.2～0.3
120～150
0.1～0.2
钻中心孔
500～800
W18Cr4V
钻孔
～30
0.1～0.2
切断（宽度＜5mm）
70～110
0.1～0.2
YT类
铸铁
（200HBS以下）
粗加工
50～70
0.2～0.4
YG类
精加工
70～100
0.1～0.2
切断（宽度＜5mm）
50～70
0.1～0.2
此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。
1.8 对刀点与换刀点的确定
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，尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上。
换刀点是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。
换刀点往往设在工件的外部，以能顺利的换刀、不碰撞工件和其他部件为准。
本零件将对刀点设在装夹后右端面中心，换刀点设在离对刀点x、z方向分别为100，100的位置。
1.9 工序与工步的划分
在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序。
常用工序划分原则有：
（1）保证精度原则。
数控加工要求工序应尽可能集中，通常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。
（2）提高生产效率的原则。
在数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应在需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其他部位。
同时应尽量减少空行程，当用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。
按照上述划分原则，综合本零件的工艺性，装夹一次为一个工序，换一次刀为一个工步。
故加工此零件划分两个工序，加工左端为第一道工序，有5个工步；调头后加工为第二道工序，有7个工步。
1.10 加工路线的确定
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。
即刀具从对刀点开始运动起，直至结束，加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。
加工路线的确定原则主要有以下几点：
（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，且效率高。
（2）应尽量缩短加工路线，既可以减少程序段，又可以减少刀具空程移动时间。
（3）应使数值计算简单，以减少编程工作量。
此外，确定加工路线时，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，还是多次走刀完成加工。
按照上述原则，确定如下加工路线：
工序一：
①夹φ60mm毛坯，平端面；
②粗车φ30mm外圆柱面、20°锥面、φ47mm圆柱面；
③精加工上述轮廓；
④切槽；
⑤车M30×2螺纹。
工序二：
①调头夹φ47mm圆柱面；
②粗车φ36mm圆柱面、R10mm圆弧面、φ52mm圆球面和φ35mm圆柱面；
③精车上述轮廓。
2 加工工序的设计
经过零件的工艺分析，确定加工零件时采用调头加工，编程时尺寸公差取中间值。
编程所用尺寸说明：
20°锥面小端的直径为39.2416mm，φ36圆柱面长度为7.3726mm，R10圆弧面与Sφ52圆球面相交处直径为40.4444mm，此点距零件右端面距离为13.6580mm，Sφ52圆球面与φ35圆柱面相交处距右端面距离为49.2289mm。
第二章 加工工序的设计
2.1 工序一
2.1.1 确定工件坐标系
装夹毛坯φ60mm外圆，平端面，对刀，将工件原点设在右端面中心（此端面为精加工表面，以后不再加工）。
换刀点选在离对刀点x、z方向分别为100，100的位置。
2.1.2 工件的装夹方式
用三爪自定心卡盘夹毛坯φ60mm外圆，探出100mm左右，车零件左端至φ47mm与φ35mm外圆相交处。
2.1.3 加工刀具的选择
T0101——45°端面车刀，车端面，刀尖圆弧半径0.8mm。
T0202——90°菱形外圆右偏刀，粗精车外圆，刀尖圆弧半径0.8mm。
T0303——30°菱形外圆右偏刀，粗精车外圆，刀尖圆弧半径0.8mm。
T0404——3mm外切槽刀，车槽，刀尖圆弧半径0.8mm。
T0505——60°外螺纹刀，车螺纹，刀尖圆弧半径0.8mm。
2.1.4 切削用量计算
根据《数控车削用量推荐表》,选择合适的切削用量。
（1）车端面时选择主轴转速为500r/min；
（2）粗车外圆时，选取Vc=120m/min，f=0.2mm/r，ap=2mm，粗加工时直径为60mm。
则：
主轴转速：
n=1000Vc/πd
=[（1000×120）/（3.14×60）]r/min=636r/min
进给速度：
F=f×n=（0.2×636）mm/min=127mm/min
考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选择n=600r/min，F=150mm/min，ap=2mm。
（3）精车外圆时，选取Vc=150m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2mm，精加工时取直径40mm。
则：
主轴转速：
n=1000Vc/πd
=[（1000×150）/（3.14×40）]r/min=1194r/min
进给速度：
F=f×n=0.1×1194mm/min=119.4mm/min
考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选取n=1200r/min，F=100r/min，ap=0.2mm。
（4） 车槽时，选择Vc=70m/min，f=0.1mm/r，车槽时直径为47mm。
则：
主轴转速：
n=1000Vc/πd
=[（1000×70）/（3.14×47）]r/min=474r/min
进给速度：
F=f×n=（0.1×474）mm/min=47.4mm/min
考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选取n=400r/min，F=30r/min。
（5）车螺纹时，主轴转速n≤（1200/P）－k，k为安全系数，一般取80。
则：
n≤[（1200/2）-80]/r/min=520r/min
考虑刀具强度、机床刚度等实际加工情况，选取n=400r/min.
2.1.5 工艺路线
（1）用1号端面车刀手动平端面；
（2）用2号90°菱形外圆车刀使用G71、G70外圆粗精车复合循环粗精车零件左端外轮廓：
φ30mm圆柱面、20°锥面、φ47mm圆柱面；
（3）用3号3mm切槽刀切左端5mm及φ47mm圆柱面上的三个槽；
（4）用4号60°外螺纹刀车M30×2螺纹；
2.1.6 加工程序
O1234 ；程序头
G97G99M03S800F0.2;
T0202;90°外圆车刀
G00X62Z3;
G71U2R0.5;外圆粗车循环
G71P10Q20U0.5W0.;
N10G00X26;精车程序第一步
G01Z0;
X30Z-2;
Z-28;
X40;
X47W-22;
N20W-32.5;精车程序最后一步
G70P10Q20F1200F0.08;外圆精车循环
G00X100Z100;退刀到安全位置
T0303;3mm外圆切槽刀
G00X31Z-26;
G75R0.5;外圆切槽循环（切5mm槽）
G75X26Z-28P1000Q1000F0.1S420;
G00X48;
Z-58;
G75R0.2;切削第一个4mm槽
G75X43.5Z-59P500Q1000S420F0.1;
G00Z-67;
G75R0.2;切削第二个4mm槽
G75X43.5Z-68P500Q1000;
G00Z-76;
G75R0.2;切削第三个4mm槽
G75X43.5Z-77P500Q1000;
G00X100Z100;
T0404;60°外螺纹车刀
G00X31Z2;
G92X29.1Z-25F2S360;螺纹切削循环
X28.5;
X27.9;
X27.5;
X27.4;
G00X100Z100;回到换刀点
M30;程序结束返回程序头
2.1.7 加工工序卡片
工序号
程序编号
零件图号
零件名称
使用设备
产品名称
夹具 名称
夹具编号
材料
1
0001
数控车床
三爪卡盘
1
45#
加工
内容
刀具号
刀具名称
刀具规格/mm
切削三要素
加工余量/mm
备注
主轴转速
被吃刀量
进给 速度
r/min
mm
mm/r
车端面
T01
45°端面车刀
0.8
500
0.3
0
手动
粗车外圆
T02
90°菱形外圆车刀
0.8
800
1
0.2
0.5
自动
精车 外圆
T02
90°菱形外圆车刀
0.8
1200
0.25
0.1
0
自动
切槽
T03
外切槽刀
3
420
0.5
0.1
0
自动
车螺纹
T05
60°外螺纹刀
0.8
360
0
自动
2.2 工序二
2.2.1 尺寸链的计算
封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸减所有减环的基本尺寸，封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差减所有减环的下偏差，封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差减所有减环的上偏差。
通过尺寸链的计算，算出零件右端长度为63±0.12mm。
2.2.2 确定工件坐标系
测量总长，计算端面车削长度，调头夹φ47mm圆柱面，平端面，对刀，设置工件原点。
换刀点选在离对刀点x、z方向分别为100，100的位置。
2.2.3 工件的装夹方式
夹φ47mm圆柱面，探出80mm左右，用百分表测量同轴度，并校正。
2.2.4 刀具选择
T0101——45°端面车刀，平端面，刀尖圆弧半径0.8mm。
T0202——35°外圆车刀，粗精车外轮廓，刀尖圆弧半径0.8mm。
2.2.5 切削用量计算
根据《数控车削用量推荐表》,选择合适的切削用量。
（1）用端面车刀手动车端面时，主轴转速为500r/min；
（2）粗、精车外轮廓时，切削用量的选择与车左端时有所不同，因为车右端外圆时用的是尖车刀背吃刀量和进给量不能过大否则刀尖很容易磨损或崩刃：
粗车时，主轴转速为600r/min，进给速度为0.12mm/min，背吃刀量为0.5mm；精车时，主轴转速为1200r/min，进给速度为0.08mm/min,背吃刀量为0.2mm。
2.2.6 工艺路线
（1）用1号45°端面车刀手动车端面；
（2）用2号35°外圆尖车刀使用G71外圆粗车复合循
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