轴类零件数控加工工艺的设计分析.docx

轴类零件数控加工工艺的设计随着世界贸易的兴旺便利，我国机械制造业迎来了空前地开展，为了进一 步增强核心竞争力，中国制造业开场广泛使用更加先进的数控技术，二十一世纪 机械制造业的竞争，归根结底是数控技术的竞争。随着数控技术的迅速开展及数 控机床的广泛使用，我国机械企业急需大批数控机床编程、操作、维修、模具设 计以及制造的人才，而目前劳动力市场这种技术应用型人才严重短缺。高等职业教育的 基本任务就是要从劳动力市场的实际需要出发，坚持以 就业为向导，以全面素质为根基，以能力为本，努力造就数以百万计的制造业和 现代服务业一线迫切需要的高素质技能型人才，用以缓解劳动力市场数控技能型 人才紧缺的现状。数控技术又称计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技 术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采 用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、 运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。此次设计主要是介绍运用数控机床来加工轴类零件的整个工艺过程及其工 艺分析，即从毛坯到所加工零件这一过程中的工艺及其相应的工艺分析，故此设 计便以这一过程而展开设计，从而完成此次设计任务。当然，由于能力有限，设计当中可能有缺乏之处，希望教师给予批评指正。 关键词：数控技术；工艺分析。削低/中碳钢、铸铁、铝合金、合金/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 持操作环境的清洁；从价格上考虑，在适用范围内，水溶性切削液可大幅度降低 切削液的成本。5量具和夹具的选择在数控加工过程中，量具和夹具是绝对不可缺少的局部，否则无法进展加 工，而且选择适宜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,构造 尺寸的大小、形状、和所用的材料，加工的工艺条件、使用测量器具的准确度和 经济性等。所以，综合考虑，此次设计所选用的量具有：50分度游标卡尺（图5.1和 规格2550mm内径千分尺（图5.2。图5.1图5.25.2 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。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 时要求夹具的构造简单。装夹零件要方便可靠，防止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，以提高生产效率。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。尽量减少装夹次数，做到一次装夹后完成全部零件外表的加工或大多数外表 的加工，以减少装夹误差，提高加工外表之间的相互位置精度，到达充分提高数 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（图5. 3）即可完成零件的加工。图5. 3三爪卡盘6装夹方式和定位基准的选择工件的装夹和定位不仅影响零件的加工质量，而且对生产率、加工成本及操 作安全都有直接的影响。所以，选择正确的装夹方式和定位基准是很有必要的。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。选择适宜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、桥式支撑法、专用夹具装夹法。对一般无特殊要求的零件，我们 力求装夹方便，通常会选用两端支撑方式或桥式支撑法，可以抑制由于悬臂支撑 方式引起的工件变形。当要求批量生产时，为保证精度，提高效率，通常可选择 专用夹具装夹法。另外还应注意的是，装夹时工件基准面应清洁，无毛刺。经过 热处理的工件一定要去除热处理留下的渣物及氧化皮。此次设计所选用的装夹方式是悬臂支撑方式，即采用三爪卡盘直接装夹，因 为装夹工件方便，省时省力，且工件安装后一般不需要校正，适用于装夹外形规 则的中小型零件。6. 2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，而且对零件各外表的 加工顺序也有很大的影响。基准，指零件上用来确定其它点、线、面所依据的点、线、面。定位基准的选择分为粗基准和精基准。粗基准为用未加工过的外表所作的定位基 准。精基准为用已加工过的外表所作的定位基准。选择粗基准时，主要考虑的问题是若何使各道工序均有足够的加工余量以及工件 安装的稳定性。选择精基准时，主要考虑的问题是若何保证零件的加工精度以及安装可靠。此次设计所选用的是以工件的中心孔定位，因为轴类零件各外圆外表、螺纹外表 的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要工程，而这些外表的设计 基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于 多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这 也符合基准统一原则。7切削参数确实定在切削加工中，切削速度、切削深度、进给量等切削参数的合理选择对于保 证加工质量、降低加工成本、提高生产效率具有重要意义。在机床、刀具、工件 等工艺条件一定的情况下，切削参数的选择具有一定的灵活性和能动性，如切削 参数选择适当，则可最大限度地发挥生产潜力。7. 1切削用量确实定切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量 （切削深度）。合理选择切削用量对于发挥数控机床的最正确效益有着至关重要的关系。 选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性 和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、 经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、刀具说明书、切削用量手册， 并结合经历而定。本设计的所选择的切削用量是：切削速度vc=50100mm/min,进给量f=0. 10. 2mm/r,背吃刀量 ap=l. 5mm07. 2加工余量确实定加工余量是指加工过程中在工件外表所切去的金属层厚度。余量有总加工余 量和工序余量之分。由毛坯转变为零件的过程中，在某加工外表上切除金属层的 总厚度，称为该外表的总加工余量（亦称毛坯余量）；一般情况下，总加工余量 并非一次切除，而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称 为该工序加工余量（简称工序余量）。工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差， 毛坯余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。确定加工余量的方法如下。计算法一一采用计算法确定加工余量对比准确，但需掌握必要的统计资料和 具备一定的测量手段。查表法一一利用各种手册所给的表格数据，再结合实际加工情况进展必要的 修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。经历法一一由一些有经历的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经历 确定加工余量。此法多用于单件小批生产。采用经历法可得此次设计中精加工余量为0. 3mmo7. 3走刀路线确实定走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内 容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高 加工效率；为保证工件轮廓外表加工后的粗糙度要求，最终轮廓一次走刀完成； 选择切入切出方向；选择使工件在加工后变形小的路线。确定本次设计零件加工走刀路线为：先用G71加工出零件左端外轮廓；再用 G01和G02键出零件左端的内孔；接着用G71加工出零件右端外轮廓；再接着用 G01切出零件上的槽；最后用G92加工出零件右端的螺纹。目 录1绪论11.1 数控技术的概念及理论11.1.1 数控技术的概念11.1.2 数控技术的 基本理论11.2 数控技术的开展方向12零件的工艺分析及规程22. 1零件的用途23. 2零件的构造形状24. 3零件的外表粗糙度25. 4零件的尺寸精度36. 5工艺规程的定义37. 6加工工序的划分38. 6. 1首先,先明确一下加工工序划分的原则39. 6. 2具体加工工序划分如下43毛坯的选择410. 1毛坯材料的选择4材料选择的一般标准如下43. 1. 2选择毛坯材料的 基本过程43.1. 3毛坯材料的选择结果43. 2毛坯形状及尺寸确实定54机床、刀具及冷却液的选择54. 1机床的选择54.2刀具的选择64. 3冷却液的选择65量具和夹具的选择75.1 量具的选择75.2 夹具的选择76装夹方式和定位基准的选择86. 1装夹方式的选择87. 2定位基准的选择97切削参数确实定98. 1切削用量确实定97. 2加工余量确实定107.3走刀路线确实定10结论错误!未定义书签。1绪论1.1 数控技术的概念及理论1.1.1 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机械运动和工作过程进展控制的技 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。1.1.2 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展加工。 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。1.2 数控技术的开展方向随着科学技术的开展，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开展和应用领域的 扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT.汽车、轻工、医疗等）的开展起着越 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开展的大趋势。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、超精细加工等技术的应用，对数控机床的各个组成局部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开展。2零件的工艺分析及规程2.1 零件的用途图中所设计的零件为一复杂的轴类零件，而轴类零件又是机器中经常遇到 的典型零件之一。它主要用来连接和支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，图 示的零件也不例外。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的 外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据构造形状的不同，轴 类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等，图示零件则为阶梯轴。所以，图 中所小零件的用途是连接其它配介件，起的作用是支承其它传动零部件、传递扭 矩和承受载荷，可用于汽车、机械等行业。2. 2零件的构造形状图2.1如图2.1所示，此零件为构造较为复杂的不规则轴类零件，且右端最小， 左端次之，中间最大，包含着曲面、内孔、螺纹及槽等一些较难加工的局部。零件的右端是一个半球面，其左边是一个螺纹台阶，再接着是一个槽。零 件的左端含有一内孔，且内孔外沿倒有圆角。左端的第一个台阶上含有一个内凹 圆弧面。整体上说，此零件由左向右呈中、大、小构造分布。2. 3零件的外表粗糙度定义：外表粗糙度是指加工外表具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或 两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它 属于微观几何形状误差。外表粗糙度越小，则外表越光滑。外表粗糙度的大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响，因此，要在满足零件外表功能的前提下， 合理选用外表粗糙度参数。由零件图所示可知，所示零件的外表粗糙度大局部需要控制在以内，即轮廓 的算术平均偏差Ra的上限值为1.6 口限除了零件右端的半球面、螺纹及槽等要 控制在Vq以外，其余的局部都要控制在V以内。2. 4零件的尺寸精度由图2-1可知，此零件的总长是88mll1,最大直径是042-8,039,即0=4241. 961mm；左端最大直径是036_g,o3s,即0=3635. 961mm；孔的长为2。十即，即 0=20. 1020mll1；直径为这4+产6,即。=24. 03624mm。由以上几个尺寸可以得 知此零件有几处的尺寸精度要求是相当高的，这也给此零件的加工带来了一定的 难度，这就需要加工者选择适宜的加工方法和熟练的加工技巧等。2. 5工艺规程的定义机械加工工艺规程简称工艺规程，是规定零件加工工艺过程和操作方法等 的工艺文件。它是在具体的生产条件下，将最合理或较合理的工艺过程和操作方 法，按规定的形式制成工艺文本，经审批后用来指导生产并严格贯彻执行的指导 性文件。一般包括以下内容：工件加工工艺路线及所经过的车间和工段；各个工 序的内容及采用的机床和工艺装备；工件的检验工程及检验方法；切削用量；工 时定额及工人的技术等级等。2. 6加工工序的划分2. 6. 1首先，先明确一下加工工序划分的原则按工序集中划分工序的原则；按粗，精加工划分工序的原则；按刀具划分工 序的原则；按加工部位划分工序的原则。2. 6. 2具体加工工序划分如下先加工零件的右端，切端面；粗车外圆；精车外圆；切槽；车螺纹；再掉头 加工零件的左端，切端面；用麻花钻钻孔；粗车外圆；精车外圆；键孔；检验。3毛坯的选择零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的。毛坯种类的选 择不仅影响毛坯的制造技术及费用，而且也与零件的机械加工技术和加工质量密 切相关。为此需要毛坯制造和机械加工两方面的技术人员密切配合，合理地确定 毛坯的材料、构造形状及尺寸。3.1 毛坯材料的选择3.1.1 材料选择的一般标准如下材料的力学性能。根据零件的工作条件、损坏（或失效）形式，选择满足力 学性能的材料。材料的工艺性能。对零件加工生产有直接的影响，甚至是决定性的。材料的经济性。主要是价格比。3.1.2 选择毛坯材料的基本过程首先得从毛坯材料的服役条件开场，通过对失效形式的分析从而完成材 料的预选，然而失效形式的分析又得从材料的力学性能、工艺性能和经济性着 手。完成材料的预选过后就需设计计算，强度校核，主要是从材料的耐用性、 构造尺寸的合理性及材料的变形和抗断裂能力三个方面考虑，进而最终选定毛 坯材料。1.1. 3毛坯材料的选择结果综合上考虑，加工此零件所选用的毛坯材料为45号钢，因为45号钢为优 质碳素构造用钢，硬度不高，易切削加工，常用来做模板、连杆、螺栓、齿 轮及轴类等，且需进展热处理（推荐热处理温度：正火850久，淬火840。口回 火 600。3. 2毛坯形状及尺寸确实定毛坯是根据零件所要求的形状、力学性能及工艺尺寸等而制成的供进一步 加工用的生产对象。此次设计根据工件材料、零件形状、力学性能及工艺尺寸等 特性的要求，应中选择的毛坯材料为e 50mm的45号钢，并要尽量使各个回转外 表上的余量分布均匀。由于零件图样尺寸为88mmX所以，为了使毛坯 尽量的最小化，毛坯材料应中选择尺寸为120niniX 4）50mm的棒状材料。综上所述, 此次设计的零件毛坯材料应当是尺寸为120mmX 4）50mm的棒状45号钢，且需进 展过热处理。如图3. 1）图3.14机床、刀具及冷却液的选择机床、刀具和冷却液的选择往往决定所加工零件的尺寸精度和外表粗糙度， 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无视。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 的构造、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。机床的类别（车、铳、加工中心等）、规格（行程范围）、性能（加工材料） 等；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；数控机 床的定位精度和重复定位精度；零件的定位基准和装夹方式；机床坐标系和坐标 轴的联动情况；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。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。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展的。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。4. 3冷却液的选择要想选择适宜的冷却液，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。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。 控制剩余应力和微观裂纹的产生。润滑作用，切削时，刀具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）。及时清理残屑的作用，在进展粗加工时，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。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泼起来，产生化学反响，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,过滤的对比干 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。因为它适宜切