毕业设计---轴套配合件的加工工艺分析.doc

毕业设计（论文） 标 题： 轴套配合件的加工工艺分析 学生姓名： 鞠波 系 部： 机电 专 业： 数控技术 班 级： 数控 0801 班 指导教师： 何永华 目 录 摘 要3 1 零件的加工工艺分析4 1.1 零件图的工艺分析.4 1.2 分析零件图纸中的尺寸.5 1.3 零件的结构工艺性分析.5 1.4 零件毛坯的选择.6 1.5 零件的安装.6 2 数控加工工艺方案的制定8 2.1 工序与工步的划分.8 2.2 加工机床的选择.9 2.3 刀具的选择.9 2.4 量具的选择11 2.5 夹具的选择11 2.6 冷却液的选择12 3 切削用量的选择.13 3.1 切削用量的选择原则13 3.2 背吃刀量的选择13 3.3 确定主轴转速14 3.4 进给量或进给速度的选择15 4 数控加工工艺过程卡片.16 4.1 确定加工路线16 4.2 数控加工工艺过程卡片17 4.3 刀具卡18 4.4 编写程序数控加工程序18 5 零件的加工及结果分析.23 5.1 对刀23 5.2 加工零件24 5.3 零件加工结果24 5.4 原因分析24 5.3 解决方法25 总 结.26 参考文献：.27 摘 要 本文是对典型轴套类零件加工技术的应用及数控加工的工艺性 分析，主要是对零件图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路 线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、数控加工工艺文件的填 写、数控加工程序的编写。选择正确的加工方法，设计合理的加工 工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。还重 点对轴套零件的加工艺进行了分析，最后对零件自检数据进行分析， 和加工的结果分析。 关键字： 工艺分析 加工程序 切削用量 公差 1 零件的加工工艺分析 1.1 零件图的工艺分析 技术要求： (1)曲面光滑连接 (2)未注倒角 c1 (3)未注尺寸公差按/t12 轴套是各种机器中最常见的零件之一。数控车床加工的轴类零件一般由圆 柱面、圆锥面、圆弧面、台阶、端面、内孔、螺纹和沟槽构成，材料为 45#。 如图 1-1、1-2 所示的轴套配合件适合采用数控车床加工。通常轴类零件上的圆 柱面用于支撑传动零件（如带轮、齿轮等）和传递扭矩，圆锥面有传递扭矩、 高精度定心和装卸方面等特点，端面和台阶用来确定装在轴上的零件的轴向位 置，螺纹常用于轴或轴上零件的锁紧，沟槽的作用是使磨削外圆或车螺纹时退 刀方便，还可以对轴上的传动零件进行轴向定位。加工如图 1-1、1-2 所示轴套 配合件为该零件未进行热处理前的零件工序图。 该零件属于轴套配合件，其主要技术要求为：曲面光滑连接。该配合件中， 两个轴与套之间的同轴度公差均为 0.02mm，49 的套端面圆跳动为 0.02mm。 1.2 分析零件图纸中的尺寸标注 对数控加工来说，最倾向与以同一基准引注尺寸或直接给坐标尺寸，这就 是坐标标注法。这种标注法，即便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，保证 设计、定位、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件 设计人员往往在尺寸标注中较多的考虑装配等使用特性要求。而不得不采取局 部分散的标注方法，这样会给工序安排与数控加工带来很多不便，事实上，由 于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的累计误差而破坏使 用特性，因而改变局部的分散标注法为集中引注或坐标式尺寸、标注是完全可 行的。图 1-1、1-2 所示即为尺寸标注法,这是基本采用数控设备制造并充分考 虑数控加工特点所采取的一种设计原则。 1.3 零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下制造、维修的可行性和经 济性。即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面广， 因此有必要对零件进行结构工艺性分析，找出技术关键，以便在拟定工艺规程 时采用适当的加工措施加以保证 该零件的视图符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素之间 的关系准确；尺寸标注完整、清晰。 1、尺寸精度 轴是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径 精度根据其使用要求通常为 it6it9，精密轴颈可达 it5。套的外径精度相对 于内径精度来说邀相对高一些。 该零件总长度为 150.5mm，最左端外圆直径为 24，上偏差为 0,下偏差为- 0.02。最右端外圆直径为 24，上偏差为+0.03，下偏差为 0。套的总长度为 80mm，套的小径为 24，上偏差为+0.03，下偏差为 0。套与轴的配合处的公差为 +0.06。 2、表面粗糙度的要求 根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度。例如，普通机 床主轴支承轴颈的表面粗糙度为 ra1.66.3m。随着机器运转速度的增大和 精密度 的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。 该零件表面粗糙度除了配合处的公差为 1.6m，另外均为 3.2m。 3、位置精度的要求 位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同 轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向同轴度来表示。根据使用要求，规 定高精度为 0.0010.005mm，而一般精度的轴为 0.010.03mm。 1.4 零件毛坯的选择 毛坯材料为 45#，强度、硬度、塑性等力学性能好，切学性能、没有经过 热处理、等加工工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。轴毛坯材料分别 为长为 50mm60mm、5080mm，套毛坯材料长为 50mm85mm。 合理的标注尺寸 零件图上的重要尺寸直接标注，在加工时使用工艺基准与设计基准重合， 并符合尺寸链最短的原则。 1.5 零件的安装 数控车床上零件的安装方法与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧 方案，主要注意以下两点： （1）力求设计、工艺与偏程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值 计算的简便性和精确性。 （2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。 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（图 1-3） 。三爪自定心卡盘可以自定心，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上小型零件。 图 1-3 2 数控加工工艺方案的制定 2.1 工序与工步的划分 确定加工方案 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， 作出以下加工方案。 1.先加工轴，然后对套进行加工； 2.加工套的外圆，然后加工内孔； 3.先加工轴的右端； 4.然后加工轴的左端； 5.然后再加工轴套。 2.2 加工机床的选择 要保证加工零件的技术要求，能加工出合格的产品。 1 有利于提高生产率。 2 尽可能降低生产成本即生产费用。 3 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、现有的生产条件要求。选用 cak6140 数控车床（如图 2-4） 。 图 2-4 2.3 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，能够正确选择刀具及切削用量。数控车床对刀具提出了更高的要求, 不仅要求刀具精度高,刚性好,耐用度高,而且要求安装、调整、刃磨方便,断屑 及排屑性能好。 在全功能数控车床上,可预先安装 812 把刀具,当被加工工件改变后,一般 不需要更换刀具就能完成工件的全部车削加工.为了满足要求,刀具配备时应注 意以下几个问题. 在可能的范围内,使被加工工件的形状、尺寸标准化,从而刀具的种类,实 现不换刀或少换刀,以缩短准备和调整时间. 使刀具规格化和通用化,以减少刀具的种类,便于刀具管理. 尽可能草用可转位刀片,磨损后只需更换刀片,增加了刀具的互换性. 在设计或选择刀具时,应尽量采用高效率、断屑及排屑性能好的刀具. 车床主要用于回转表面的加工,如内/外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹、 内孔加工等的切削加工。 数控车削常用的车刀一般分为三类,即尖形车刀、圆弧车刀和成形车刀。如 下图（2-5）所示为常用车刀的种类、形状和用途. 图 2-5 综上分析该零件主要以外圆加工为主。选择硬质合金车刀，需要 45车刀、 80外圆刀、切断刀、螺纹刀、钻头、内孔车刀。 加工零件为配合件，需要加工内孔，利用如图（2-6）的钻头加工。 钻头直径 20。 图 2-6 2.4 量具的选择 外圆柱和长度用规格为 0150mm 游标卡尺进行测量外圆面、端面的圆跳动 用百分表测量，其中圆弧用 r 规测量。如图（2-7） 游标卡尺：测量范围：0-150mm：分度值：0.02mm 图 2-7 2.5 夹具的选择 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。数控加工时夹具主要有两大要求：一是夹 具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通 常考虑以下几点： （1）尽量选用可调整夹具，组合夹具及其它适用夹具，避免采用专用夹具， 以缩短生产准备时间。 （2）在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 （3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 （4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 （5）夹具是否使用方便、安全。 夹具的类型 数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装 夹在可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零 件，毛坯装在主轴顶尖和尾座顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。 综上所述，三爪卡盘具有自动定心的特点，加工该零件选用三爪卡盘加工。 2.6 冷却液的选择 金属切削过程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之间的摩擦状况， 降低切削力和切削温度，减小刀具磨损和工件的热变形，从而可以提高刀具的 耐用度、加工效率和加工质量。 切削液的选择应考虑下列几点因素： 1.润滑 具有良好润滑能力的切屑液可减少刀具与工件或切屑间的直接接 触，减轻摩擦和粘结，因此，可减少刀具磨损，提高工件表面质量。 2.冷却 具有良好冷却作用的切屑液能从切削区域带走大量切削热，使切 削温度降低。 3.清洗 具有良好清洗能力的切屑液可以冲走切削区域与机床上的细碎切 屑和脱落的磨粒，防止划伤已加工表面和导轨。 4.防锈 切削液中加入防锈剂，如亚硝酸钠、磷酸三钠和石油磺酸钡等， 可在金属表面形成一层保护膜，起防锈作用。 常用切削液的种类如表所示 常用冷却液 冷却液名称主要成份主要作用 水溶液水，防锈剂冷却 乳化液水、乳化油、乳化剂冷却、润滑、清洗 切削油 矿物油、动植物油、 复合油 润滑 在加工此轴类零件时根据该工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求及冷却 液的作用和价格来考虑，加工时选择乳化液比较合理。冷却液作用：冷却、润 滑、清洗而且还有一定的防锈作用。 3 切削用量的选择 3.1 切削用量的选择原则 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，包括主轴转速、背 吃刀量、进给速度等，并以数控系统规定的格式输入到程序中。切削用量对于 不同的加工方法，需选用不同的切削用量。合理的选择切削用量，对零件的表 面质量、精度、加工效率影响很大。这在实际中也很难把握，要有丰富的实践 经验才能够确定合适的切削用量。在数控编程时只能凭借编程者的经验和刀具 的切削用量推荐值初步确定，而最终的切削用量将根据零件数控程序的调试结 果和实际加工情况来确定。 切削用量的选择原则是：粗加工时以提高生产率为主，同时兼顾经济性和 加工成本的考虑；半精加工和精加工时，应同时兼顾切削效率和加工成本的前 提下，保证零件的加工质量。值得注重的是，切削用量（主轴转速、切削深度 及进给量）是一个有机的整体，只有三者相互适应，达到最合理的匹配值，才 能获得最佳的切削用量。 确定切削用量时应根据加工性质、加工要求，工件材料及刀具的尺寸和材 料性能等方面的具体要求，通过查阅切削手册并结合经验加以确定，确定切削 用量时除了遵循一般的原则和方法外，还应考虑以下因素的影响： （1）刀具差异的影响不同的刀具厂家生产的刀具质量差异很大，所以 切削用量需根据实际用刀具和现场经验加以修正。 （2）机床特性的影响切削性能受数控机床的功率和机床的刚性限制， 必须在机床说明书规定的范围内选择。避免因机床功率不够发生闷车现象，或 刚性不足产生大的机床振动现象，影响零件的加工质量、精度和表面粗糙度。 （3）数控机床生产率的影响数控机床的工时费用较高，相对而言，刀 具的损耗成本所占的比重较低，应尽量采用高的切削用量，通过适当降低刀具 寿命来提高数控机床的生产率。 3.2 背吃刀量的选择 1）确定背吃刀量 ap（mm） 背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度 来决定，在系统刚度答应的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工 余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提 高生产效率。在数控加工中，为保证零件必要的加工精度和表面粗糙度，一般 留少量的余量（0.20.5mm） ，在最后的精加工中沿轮廓走一刀。粗加工时，除 了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工艺系统刚性答应的条件下，应以 最少的次数完成粗加工。留给精加工的余量应大于零件的变形量和确保零件表 面完整性。 综合考虑得到：粗加工时选取 2.0mm 的背吃刀量。 精加工余量取 0.10.2mm 3.3 确定主轴转速 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。外圆车削 及其计算公式为： n=1000v/d 式中 v-切削速度，单位为 m/min，由刀具的耐用度决定； n-主轴转速，单位为 r/min； d-工件直径或刀具直径，单位为 mm。 而车螺纹时的主轴转速如下： n p 1200 -k 式中：p工件螺纹的螺距或导程（mm） ； k保险系数，一般取 75-85 之间的值。 计算的主轴转速 n 最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。 切削速度 vc 与刀具耐用度关系比较密切，随着 vc 的加大，刀具耐用度将 急剧下降，故 vc 的选择主要取决于刀具耐用度。 主轴转速 n 确定后，必须按照数控机床控制系统所规定的格式写入数控程 序中。在实际操作中，操作者可以根据实际加工情况，通过适当调整数控机床 控制面板上的主轴转速倍率开关，来控制主轴转速的大小，以确定最佳的主轴 转速。 综上所述：切削零件外圆时主轴转速粗加工转速为 500 mm/r，精加工转速 为 1200 mm/r。螺纹转速为 700 mm/r。 3.4 进给量或进给速度的选择 进给速度 f 是切削时单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单 位为 mm/r 或 mm/min。 进给量或进给速度在数控机床上使用进给功能字 f 表示的，f 是数控机床 切削用量中的一个重要参数，主要依据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以 及所使用的刀具和工件材料来确定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要 求越低时，选择的进给量数值就越小。实际中，应综合考虑机床、刀具、夹具 和被加工零件精度、材料的机械性能、曲率变化、结构刚性、工艺系统的刚性 及断屑情况，选择合适的进给速度。 进给率数是一个非凡的进给量表示方法，即进给率的时间倒数 frn（feed rate number 的缩写） ，对于直线插补的进给率数为： 式中 f进给量（m/min） 。 l程序段的加工长度，是刀具沿工件所走的有效距离（mm） 。 程序段中编入了进给率数 frn，实际上就规定了执行该程序段的时间 t，它 们之间的关系是： 程序编制时选定进给量 f 后，刀具中心的运动速度就一定了。在直线切削 时，切削点（刀具与加工表面的切点）的运动速度就是程序编制时给定的进给 量。但是在做圆弧切削时，切削点实际进给量并不等于程序编制时选定的刀具 中心的进给量。 在轮廓加工中选择进给量 f 时，应注重在轮廓拐角处的“超程”问题，非 凡是在拐角较大而且进给量也较大时，应用在接近拐角处适当降低速度，而在 拐角过后再逐渐提速的方法来保证加工精度。 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 入程序中。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