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1、典型轴类配合零件的数控加工工业设计摘要摘要：本课题主要针对典型轴类配合零件进行数控加工工艺设计及加工程序的编制，课题 来自于数控技师考题，配合零件主要由圆，椭圆，槽，内螺纹及孔具有一定典型性。设计 从零件图入手到零件的工艺分析。接着选择机床，确定装夹方式，然后工序工步的划分以 及合理的加工方案，选择刀具，然后选择合理的切销用量，所要留的加工余量，接着制定 加工零件所寄的卡片，最后编写了加工零件所寄的程序，通过该课题的撰写，能够对cad的 绘图，数控加工工业分析，数控车间零件加工等知识有了更为深刻的认识，为以后的顶岗 实习打下了坚实的基础。关键词: 数控加工 工件的装夹 刀具及切削的用量 工艺分
2、析前言机械制造业在国民经济中起着特殊重要的作用它为各个经济部门提供先进的 技术装备，为人民生活提供所需的机械商品，为国防事业提供了现代化的武 器，也为各个部门提供了各种机械设备，其中机械设备都是由不同的零件而 组成的，这些零件是由不同的工种分别加工出来的。随着科学技术的发展，2尽管有一些零件已经用精密的铸造或冷压等方法来制造，但是，绝大多数零 件的制造还离不开普通机床的加工。 轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，以实现回转运动并 传递转距和动力，如齿轮，车轮，电动机，转子，铣刀等各种作回转运动的 零件，都必须安装在轴上，才能实现它们的功用。 轴是
3、代表性的零件之一，加工难度较大，工艺路线较长，涉及轴类零件的加工的许多基本工艺问题，下 面通过对轴技术条件的分析和工艺过程的讨论，来说明轴类零件加工的一般规 律。 本文主要论述了普通轴加工工艺，有工艺分析 定位基准的选择，加工阶 段，机械加工工艺过程，轴的材料及热处理和检验等.一、绪论 （一）数控加工的概述 机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。通常，毛坯需要经过若干 工序才能转化为符合产品要求的零件。一个相同结构相同要求的机器零件，可以 采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最 经济、最合理的。 在现有的生产条件下，如何采用经济有效的加工方法，合理地安
4、排加工工艺路线以获得符合产品要求的零件，最重要的就是要编制出零件的工艺规程. （二）轴类零件的功用、结构特点 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带 轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥 度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。它主要用来支承传动 零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同3心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同,轴类零 件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为 细长轴，大多数轴介于两者
5、之间. （三）构成零件轮廓的几何条件 在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓 所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意： 零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成； 零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标 注不清，使编程无法下手； 零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。 零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出 坐标尺寸。二、工件的装夹 （一） 定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定 位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而
6、且对零件各表面的加工顺序也有很 大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工 效率。 （二） 定位基准选择的原则 1、基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准， 尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。 2、便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、 易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。 3、便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方 便性4（三）确定零件的定位基准 以左右端大端面为定位基准。 为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在 加工过程
7、始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件 的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响. （四） 装夹方式的选择 为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置， 需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且 对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。 （五）数控车床常用的装夹方式 1、在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一 般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小 型工件。 2、在两顶尖之间装夹。对于尺寸
8、较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的 装夹精度，可用两顶尖装夹。 3、用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。 这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。 4、用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方 式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确. （六）确定合理的装夹方式 装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头， 用三爪自定心卡盘毛坯右端 52，再加工左端达到工件精度要求三、刀具及切削用量 （一）选择数控刀具的原则 刀具寿命
9、与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，5而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具 寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定.选择刀 具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀 具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其 切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调 刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀 具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个
10、车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿 命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也应选得低些。 大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度 和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不 仅需要刚牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能同时要求安装调整方 便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的 刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片. （二） 选择数控车削用刀具 数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也
11、称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中， 常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少 用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形 的主副切削刃构成，如90内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小 的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基 本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾 刀尖本身的强度。 二是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃
12、每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在 圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种 光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于 或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不 但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏. （三）设置刀点和换刀点6刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢？所以在程序执行的一开始，必须确定 刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起 点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点
13、又称对刀点。 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：便于数值处理和简化程序编 制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件 上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件 的设计基准或工艺基准上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对 刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车 刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点。球头铣刀 是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂 采用光学对刀镜、对刀仪、
14、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程 中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设 在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。 （四） 确定切削用量 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。 切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的 切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削 性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。四、工艺方案分析 （一）零件图7（二）零件图分析 该零件表面由圆柱、顺圆
15、弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。尺寸标注完整， 选用毛坯为45#钢， 55mm150mm，无热处理和硬度要求。 （三）确定加工方法 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、 尺寸大小和形位公差具体要求等全面考虑。 图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，而取 其基本尺寸。 在轮廓线上，有个锥度10度坐标P1、 和一处圆弧切点P2，在编程时要求出其坐标， P1（45.29 ，75） P2（35，56.46） 通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工实际的
16、经济性，最理想的加工方式为车 削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。 根据加工零件的外形和材料等条件，选用CJK6032数控车床。8（四）确定加工方案 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对 这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到 最终成形的加工方案。 毛坯先夹持左端，车右端轮廓113mm处，右端加工 39mm、S 42mm、 R9mm、 35mm、 锥度为10度的外圆， 52mm调头装夹已加工 52mm外圆，左端加工 25mm33mm、切退刀 槽、加工螺纹M25mm1.5mm。 该典型轴加工顺序为： 备加工-车端面-粗车右端轮廓-精车右端轮廓-切槽
