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1、第一章绪论传统的机械加工都是用于工操作普通机床作业的，加工时用于摇动机械刀 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。1.1数控技术的概念及理论（1）、数控技术的概念数控（英文名字：Numerical Control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
2、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（Computer Numerical Control ），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。（2）、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
3、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。轴类零件加工工艺传动轴机械加工工艺实例轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同，一般 可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。它们在 机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本 规律。下面就以减速箱中的传动轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。图A-1传动轴图A-1所示零件是减速器中的传动轴。它属于台阶轴类零件，由 圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一 般
4、用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配 时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽 用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。根据工作性能与条件，该传动轴图样（图A-1）规定了主要轴颈M，N， 外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗 糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此， 该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。2. 确定毛坯该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其 要求。本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故 选择0 60mm的热轧圆
5、钢作毛坯。3. 确定主要表面的加工方法传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传 动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级（IT6）较高，表面粗糙度Ra值 （Ra=0.8 um）较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案（参考表A-3） 可为：粗车一半精车一磨削。4. 确定定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性 的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面（Q、P、N、M）及轴肩面（H、 G）对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴， 所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技 术要求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。
6、中心孔加工采用三爪自定心卡盘 装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能 用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先 加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准， 用三爪自定心卡盘装夹（有时在上工步已车外圆处搭中心架），车另一端 面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。5. 划分阶段对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车（粗车外圆、钻中心孔等），半 精车（半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等），粗、精磨（粗、 精磨各处外圆）。各阶段划分大致以热处理为界。6. 热处
7、理工序安排轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调 质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后， 半精车各外圆之前。综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：下料f车两端面，钻中心孔f粗车各外圆f调质f修研中心孔f半 精车各外圆，车槽，倒角f车螺纹f划键槽加工线f铣键槽f修研中心 孔f磨削f检验。7. 加工尺寸和切削用量传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸 可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确 定；一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。8. 拟定工艺过程定位精基准
8、面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前 各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的 热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的 精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主 要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半 精加工052mm、0 44mm及M24mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、 倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样 可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏 已精加工的外圆表面。在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法 的确定。综
9、上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表A-1。表A-1传动轴机械加工工艺卡机床、刀具和冷却液的选择往往决定所加工零件的尺寸精度和表面粗糙度，虽然说加工参数起决定性作用，但是它们的合理选择也不容忽视。所以，要加工 一个精度高的零件，正确合理地选择机床、刀具和冷却液是其前提。4.1机床的选择a）选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零 件。其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。选择加工机床一般要考虑到 机床的结构、载重、功率、行程和精度。还应依据加工零件的材料状态、技术状 态要求和工艺复杂程度，选用适宜、经济的数控机床，综合考虑以下因素的影响：（1）机床的类别（车、铣、
10、加工中心等）、规格（行程范围）、性能（加工 材料）等；（2）数控机床的主轴功率、转速范围、刀具以及刀具系统的配置情况；（3）数控机床的定位精度和重复定位精度；（4）零件的定位基准和装夹方式；（5）机床坐标系和坐标轴的联动情况；（6）控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿以及ATC等相 关的功能。图 4-1 数控 CAK6140该机床主要性能如下：1）主轴最大孔径：52mm；3）最大工件长度：1000mm；5）主轴电动机功率：7.5kw；7）X 轴行程：220mm；9）刀架形式：立式4工位；2）工作最大回转直径：400mm；4）主轴最大转速：2000r/min；6）快移速度 X/Z：
11、3.8/7.6m/min；8）Z 轴行程：1000mm；10）刀具安装尺寸：20X20mm；b）根据所设计的零件图分析：该零件由外圆、 槽、螺纹、圆弧和内孔构成，且加工工序较为复杂。 所以，为减少对刀和换刀时间，保证良好的精度要求， 并结合我院现有机床的实际情况，只有选用FANUC 系统的CAK6140数控车床，如图4-1所示：11）微机：全中文液精显示；12）机床重量：2250kg；13）机床外形尺寸（长X宽X高）：1890X1150X1630mm。4.2刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能 力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用
12、刀具及刀 柄。刀具选择的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加 工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。数控机床具有高效率、高精度、高柔性的性能，是现代机械加工的先进工艺 装备，但是只有配置了与数控机床性能相适应的刀具，才能使其性能得到充分的 发挥。数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐性好等要求，4.3冷却液的选择要想选择合适的冷却液，首先就需了解冷却液的作用。一般情况下，冷却 液在数控车削加工中有如下几种作用：1）降低温度。带走切削中产生的大量热能，降低工件温度，减小工件的 热变形。控制残余应力和微观裂纹的产生。2）润滑作用。切削时，刀具
13、与工件其实是一个挤压并摩擦的过程，在这 个过程里面冷却液起到了润滑作用，即减小了磨擦阻力（在刀具与工件之间形成 了一种润滑膜，降低刀具的磨损速度），又保证了加工面的光洁度（减少了积屑瘤， 鳞刺）。3）及时清理残屑的作用。在进行粗加工时，高速切削，冷却液强劲的冲 击车刀，使滞留的残屑得到及时的清理。4）防止零件被氧化。往往在加工过程中零件已经出现了不同程度的氧化。 温度的上升，各种不同的化学元素会变得突然活跃起来，产生化学反应，而冷却 液恰恰能够对这种活动起到一种限制作用。加工中冷却液一定要充分,过滤的比 较干净，另外还要注意冷却液的浓度。综合各方面的考虑，此次设计中冷却液选择为水溶性切削液。因
14、为它适宜 切削低/中碳钢、铸铁、铝合金、合会不锈钢等，且具有良好的润滑性能和防锈 性能。相比于非水溶性切削液，冷却效果更好；不会引起机床周围的污染，从而 保持操作环境在数控加工过程中，量具和夹具是绝对不可缺少的部分，否则无法 进行加工，而且选择合适的量具和夹具将会对数控加工起到积极的作用，例如： 节省加工时间，缩小尺寸误差及降低加工难度等。5.1量具的选择正确合理的选用量具是保证零件质量的重要条件之一。但选择量具要考虑 多方面的因素。例如，测量误差和加工误差之间的分配,被测对象的精度要求，结 构尺寸的大小、形状、和所用的材料，加工的工艺条件、使用测量器具的精确度 和经济性等。所以，综合考虑，此
15、次设计所选用的量具有：50分度游标卡尺的清洁；从 价格5.2夹具的选择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；二是要能保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关 系。依据零件毛坯的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足 加工需要的夹具。除此之外，还要考虑以下几点：（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹 具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。在成批生产时可以考虑采用专用夹具， 同时要求夹具的结构简单。（2）装夹零件要方便可靠，避免采用占机人工调整的装夹方式，以缩短辅助 时间，尽量采用液压、气动或多工位夹具，
16、以提高生产效率。（3）在数控机床上使用的夹具，要能够安装准确，能保证工件和机床坐标系 的相对位置和尺寸，力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重 合误差和数控编程中的计算工作量。（4）尽量减少装夹次数，做到一次装夹后完成全部零件表面的加工或大多数 表面的加工，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，达到充分提 高数控机床效率的目的。由于此次设计的零件加工批量不大，且根据零件装夹的需要，此次设计中仅 需三爪卡盘（如下图所示）即可完成零件的加工。上考6-1 装夹方式的选择定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹。选择合适的装夹方式是保证精度的前提。常用的装夹方式有悬臂支撑方 式、两端支撑方式、桥式支撑
