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1、模块1 轴类零件的数控加工工艺设计,正德职业技术学院,数控加工工艺项目化教程,任务1.1阶梯轴的数控加工工艺设计,正德职业技术学院,数控加工工艺项目化教程,学习目标,学习目标,1、知识目标 了解数控车床的主要加工对象； 熟悉数控外圆车刀的用法和注意事项； 掌握零件图的工艺分析方法； 掌握数控车削工艺设计的步骤和方法。,2、技能目标 能够对简单阶梯轴零件进行工艺分析； 能够进行简单轴零件的数控车削刀具和夹具的选择； 能够进行车削加工的切削用量选择； 能够填写数控加工工艺卡。,任务引入,任务引入,阶梯轴如图1-1所示，零件材料45钢，毛坯为45mm90mm，单件生产。设计该零件的数控加工工艺。,相
2、关知识,完成该任务将涉及到简单轴零件加工工艺的有关知识： 数控车床的主要加工对象 零件图纸工艺分析 数控车削加工工艺路线的拟定 轴类零件的定位与装夹 数控车刀介绍 数控车削用量的选择 工艺卡片的填写,相关知识,1）精度要求高的回转体零件,2）表面形状复杂的回转体零件,3）带特殊螺纹的回转体零件,4）淬硬回转体零件,1数控车床的主要加工对象,相关知识,2零件图纸工艺分析,1）零件图纸技术要求,尺寸精度,形状和位置精度,面粗糙度要求及表面质量,材料与热处理要求,2）选择并确定数控车削的加工内容,通用车床无法加工的内容应作为首先选择内容,通用车床难加工、质量难以保证的内容应作为重点选择内容,通用车床
3、加工效率低，工人手工操作劳动强度大的加工内容,相关知识,4）数控车加工时零件结构的合理性,是否漏掉某尺寸,几何条件是否不合理，造成数学处理困难或出现矛盾,尺寸标注应适应数控车床加工,3）分析构成零件轮廓的几何条件,相关知识,3数控车削加工工艺路线的拟定,数控车削加工工艺路线主要内容包括： 回转面加工方法的选择 加工阶段的划分 工序的划分与安排 加工顺序的安排 进给加工路线的确定,相关知识,1）回转面加工方法选择,相关知识,2）加工阶段的划分,（1）粗加工阶段,主要任务是切除各加工表面上的大部分余量，并加工出精基准，其目的是提高生产效率,（2）半精加工阶段,主要任务是减小粗加工留下的误差，使主要
4、加工表面达到一定的精度，并留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工（精车或磨削）做好准备,（3）精加工阶段,主要任务是保证各主要表面达到图纸规定的尺寸精度和表面粗糙度要求，其主要目标是保证加工质量,（4）精密、超精密加工、光整加工阶段,精度要求很高的零件（IT6级以上,表面粗糙度为Ra0.2以下）,相关知识,划分加工阶段的目的,（1）保证加工质量，使粗加工产生的误差和变形，通过半精加工和精加工予以纠正，并逐步提高零件的加工精度和表面质量,（2）合理使用设备，避免精加工设备用于粗加工，充分发挥机床的性能，延长使用寿命,（3）便于安排热处理工序，使冷热加工工序配合得更好，热处理变形可以通过精加工予
5、以消除,（4）有利于及早发现毛坯的缺陷，粗加工时发现毛坯缺陷，及时予以报废，以免继续加工造成资源的浪费,加工阶段的划分不是绝对的，必须根据零件的加工精度要求和零件的刚性来决定,相关知识,3）工序的划分与安排,（1）工序划分的原则,工序集中原则是指每道工序包括尽可能多的加工内容，从而使加工内容集中在少数的几个工序中,工序分散原则是指每道工序的加工内容很少，将加工内容分散在较多的工序内进行,工序划分合理与否将直接影响数控机床优势的发挥和零件的加工质量，在数控车床上加工的零件，应优先按工序集中原则划分工序，在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工,相关知识,（2）工序划分方法,安装次数分序法,
6、以连续加工的完整程序分序法,以刀具分序法,以粗、精加工分序法,相关知识,4）加工顺序的安排,（1）机械加工工序的安排原则,基面先行,先粗后精,先主后次,先面后孔,先内后外、内外交叉,相关知识,（2）数控加工顺序的安排原则,机械加工顺序的安排同样适于数控加工工序的安排，同时还需考虑以下原则,先近后远,保证工件加工刚度原则,同一把刀的加工内容尽量连续加工完成原则,以上切削加工顺序原则同样适用于其他数控加工工艺,相关知识,5）进给加工路线的确定,进给加工路线是指数控机床加工过程中刀具相对工件的运动轨迹和方向，也称走刀路线。它泛指刀具从对刀点（或机床参考点）开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过
7、的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。 它不但包括了工步的内容，也反映工步的顺序。,相关知识,（1）最短空行程路线,合理设置起刀点,合理设置换（转）刀点,合理安排“回零”路线,a）起刀点与对刀点重合 b）起刀点与对刀点分离,相关知识,（2）最短的切削进给路线,沿工件轮廓进行的进给路线,“三角形”循环进给路线,“矩形”循环进给路线,矩形循环进给路线的进给长度总和最短,相关知识,（3）精加工进给加工路线,完工轮廓的连续切削进给路线,换刀加工时的进给路线,切入、切出及接刀点位置的选择,各部位精度要求不一致的精加工进给路线,完工轮廓应由最后一刀连续加工而成,应选在有空刀槽或表面间有
8、拐点、转角的位置,各部位精度相差不大时，应以最严的精度为准，连续走刀加工所有部位,根据工步顺序要求决定各刀加工的先后顺序及各刀进给路线的衔接,相关知识,4轴类零件的定位与装夹,1）定位基准的选择,（1）精基准的选择原则,基准重合原则,基准统一原则,自为基准原则,互为基准的原则,便于装夹原则,便于对刀原则,相关知识,（2）粗基准的选择原则,重要表面原则,相互位置要求原则,加工余量合理分配原则,不重复使用原则,便于装夹原则,相关知识,2）装夹方式及特点,相关知识,（1）数控车床常用夹具,卡爪,三爪卡盘,a）理想软爪内径 b）软爪内径过大 c）软爪内径过小,相关知识,（2）数控车夹持长度,相关知识,
9、5数控车刀介绍,1）车刀的种类,a）75偏头外圆车刀 b）90偏头端面车刀 c）45偏头外圆车刀 d）90偏头外圆车刀,e）90偏头仿形车刀 f）QC系列切槽刀切断刀 g）机夹式切断刀 h）75内孔车刀,i）90内孔车刀 j）外螺纹车刀 k）内螺纹车刀,相关知识,车刀的结构和类型,a)整体式 b)焊接式 c)机夹式,d)可转位式 e)成形车刀,相关知识,2）数控车削刀具的基本要求,（1）粗车时为了提高效率，需要吃大刀、走刀快，要求粗车刀具强度高、耐用度好； （2）精车时为保证精加工质量，要求精车刀具精度高； （3）为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能多地采用机夹刀； （4）刀片应能可靠地断屑或卷
10、屑，如用三维断屑槽的刀片，以利于切屑的排除； （5）寿命高，切削性能稳定、可靠，或刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具寿命管理功能 。,相关知识,3）机夹可转位车刀及刀片,（1）可转位车刀的种类,a）外圆、端面车刀 b） 外圆车刀 c）内孔车刀,d）螺纹车刀 e）切断、切槽刀,相关知识,（2）数控车削可转位刀片的选择,数控车削可转位刀片的选择依据是被加工零件的材料、表面粗糙度、加工余量等。,刀片材料选择,高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、CBN、PCD，应用最多的是硬质合金刀片和涂层硬质合金刀片,刀片尺寸选择,刀片形状的选择,相关知识,（3）刀杆的选择,左右手刀杆的选择,弯头或直头刀杆按车
11、削方向可分为右手刀R（右手）、左手刀L（左手）和左右刀N（左右手）,相关知识,刀杆头部形式,刀杆头部形式按主偏角和直头、弯头分为1518种，各形式规定了相应的代码，国家标准和刀具样本中都一一列出，可根据实际情况选择,相关知识,（4）刀片夹紧方式选择,a）杠杆式 b)楔块式 c)楔块上压式,相关知识,6数控车削用量的选择,1）粗车时切削用量的选择原则,首先考虑选择尽可能大的切削深度ap， 其次选择较大的进给量f， 最后确定一个合适的切削速度vc。,2）精车时切削用量的选择原则,精车时应选用较小（但不能太小）的切削深度ap和进给量f，并选用性能高的刀具材料和合理的刀具几何参数，以尽可能提高切削速度
12、vc。,1）切削用量的选择原则,相关知识,2）切削用量的选择方法,（1）切削深度ap的选择,（2）进给速度F或进给量f的确定,（3）主轴转速n的确定,参考表1-5和表1-6,粗车时，在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的切削深度，以减少进给次数。,其中VC参考表1-7,相关知识,7数控加工工序卡和刀具卡的填写,1）数控加工工序卡,相关知识,2）数控加工刀具卡,相关知识,任务实施,1零件图纸工艺分析,2机床选择,3加工工艺路线设计,4装夹方案及夹具选择,5刀具选择,6切削用量选择,7 数控加工工序卡和刀具卡的填写,任务实施,（1）尺寸精度分析,（2）形位精度分析,（3）从结构上分
13、析,结论：整个零件适于在数控车床加工,1零件图纸工艺分析,任务实施,该任务为单件生产，且毛坯尺寸为45mm90mm。零件的表面粗糙度要求较高Ra.1.6，尺寸精度也较高，故选用规格不大的经济型数控车床CJK6132即可。,2机床选择,任务实施,（1）加工方案的确定,（2）加工工序的划分,（3）加工顺序的安排,（4）工艺路线拟定,加工进给路线为：粗加工路线为阶梯切削路线（G71指令），而精加工路线为从右至左的零件轮廓路线,3加工工艺路线设计,任务实施,该任务是典型回转体类零件，装夹方案选用普通三爪卡盘夹紧外径，注意夹持长度及力度适当。,4装夹方案及夹具选择,任务实施,右偏外圆车刀（右手刀） 割断刀,5刀具选择,任务实施,（1）切削深度（背吃刀量）ap,（2）每转进给量f,（3）主轴转速n,6切削用量选择,任务实施,7数控加工工序卡和刀具卡,（1）阶梯轴数控加工工序卡,任务实施,（2）阶梯轴数控加工刀具卡,任务实施,知识拓展：数控车刀的安装,1）刀片安装,2）刀杆的安装,知识拓展,
