典型零件加工方法探讨论文设计

商丘工学院毕业论文（设计）编号： 商 丘 工 学 院 毕业论文（设计）题 目：典型零件加工方法探讨 系 别： 机电工程学院 班 级： 09数控技术2班 成 绩： 姓 名： 邓占锋 指导老师： 侯学民 2012年4月13摘 要数控加工技术作为现代制造技术的典型代表，使得机械机械制造方法和过程已经发生和正在发生着显著变化。现代数控加工技术与传统加工技术相比，无论在加工工艺，加工过程的控制，还是在加工设备等诸多方面均有明显不同。机械类专业，特别是机械制造专业的学生掌握数控加工技术非常必要，多数高校均把“数控加工技术”列为机械类及相关专业的一门主干课程。实践性、技术性和综合性是数控加工技术的显著特点，针对该特点，常把数控加工技术的实践教学列为重点教学内容。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。同时本文还应用数控宇龙仿真软件进行手动编程程序效验、用pro/e三维建模、autoCAD2008等相关软件作为计算机辅助设计，很好的完成本次毕业设计。关键词 ： 工艺分析 加工方案 进给路线 pro/e三维目 录摘 要I绪 论1一 轴类零件的功用、结构特点及技术要求21.1 尺寸精度21.2 几何形状精度21.3 相互位置精度2二 轴类零件的毛坯和材料22.1 轴类零件的毛坯22.2 轴类零件的材料3三 轴类零件一般加工要求及方法33.1 轴类零件加工工艺规程注意点33.2 轴类零件加工的技术要求33.3 轴类零件的热处理4四 轴类零件典型工艺路线4五 细长轴加工工艺特点55.1 改进工件的装夹方法55.2采用跟刀架55.3采用反向进给55.4采用车削细长轴的车刀5六 实例56.2 零件图分析66.3 确定加工方案66.4零件加工工艺76.5 加工坐标系设置96.6 手工编程10结 论12参考文献13商丘工学院毕业论文（设计）绪 论本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。同时本文还应用数控宇龙仿真软件进行手动编程程序效验、用pro/e三维建模、autoCAD2008等相关软件作为计算机辅助设计，在车削轴的基础上，开展了螺纹车削技术的研究。精密车削这种传统的切削方法，在螺纹轴的加工中具有加工精度高、加工时间短及加工效率高等优点。并为精密、超精密车削结构和形状更为复杂的三维工件打下良好的技术基础很好的完成本次毕业设计。一 轴类零件的功用、结构特点及技术要求 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 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：1.1 尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。1.2 几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。1.3 相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。二 轴类零件的毛坯和材料2.1 轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。2.2 轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。三 轴类零件一般加工要求及方法3.1 轴类零件加工工艺规程注意点 在学校机械加工实习课中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，但学生最后完工工件的质量总是很不理想，经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析工艺规程制订不够合理。 轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。1）零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。2）渗碳件加工工艺路线一般为：下料锻造正火粗加工半精加工渗碳去碳加工（对不需提高硬度部分）淬火车螺纹、钻孔或铣槽粗磨低温时效半精磨低温时效精磨。3）粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。且选择平整光滑表面，让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。4）精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。3.2 轴类零件加工的技术要求1）尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6IT9。2）几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。3）相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。4）表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。3.3 轴类零件的热处理1）锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。2）调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。3）表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。四 轴类零件典型工艺路线 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。 对于7级精度、表面粗糙度Ra0.80.4m的一般传动轴，其典型工艺路线是：正火车端面钻中心孔粗车各表面精车各表面铣花键、键槽热处理修研中心孔粗磨外圆精磨外圆检验。 轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。 中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。所以必须安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。 对于空心轴（如机床主轴），为了能使用顶尖孔定位，一般均采用带顶尖孔的锥套心轴或锥堵。若外圆和锥孔需反复多次、互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时，必须按外圆找正或重新修磨中心孔。 轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。 在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。淬火工序则安排在磨削工序之前。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。五 细长轴加工工艺特点 由于细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质量影响很大。为此，生产中常采用下列措施予以解决。5.1 改进工件的装夹方法粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。5.2采用跟刀架跟刀架是车削细长轴极其重要的附件。采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响，从而减少切削振动和工件变形，但必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一致。5.3采用反向进给车削细长轴时，常使车刀向尾座方向作进给运动（此时应安装卡拉工具），这样刀具施加于工件上的进给力方向朝向尾座，因而有使工件产生轴向伸长的趋势，而卡拉工具大大减少了由于工件伸长造成的弯曲变形。5.4采用车削细长轴的车刀车削细长轴的车刀一般前角和主偏角较大，以使切削轻快，减小径向振动和弯曲变形。粗加工用车刀在前刀面上开有断屑槽，使断屑容易。精车用刀常有一定的负刃倾角，使切屑流向待加工面六 实例6.1 零件图 图6-1 阶梯轴零件图6.2 零件图分析 该零件表面由圆柱,顺圆弧，锥体，槽，螺纹等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，90mm260mm，无热处理和硬度要求。6.3 确定加工方案毛坯首先是经过在普通车床加工出来的半粗车零件，如图图6-2 阶梯轴零件图 在数控车床上采用G71车削固定循环，按如图所示轮廓，采用一把刀完成粗、精车。用宽度为3mm的切断刀切槽及切断，然后用60的高速钢车削螺纹。技术要求分析6.3.1尺寸精度配合轴颈尺寸公差等级通常为IT8-IT6，该轴配合轴颈80 的公差等级为IT7.支撑轴颈一般为IT7-IT6，精密的约为IT5，该轴支撑轴颈85为IT6.6.3.2位置精度。配合轴颈对支撑轴一般有径向跳动和同轴度要求，装配定位用的轴肩对支撑轴颈一般有端面园跳动或垂直度要求。径向园跳动和端面园跳动公差通常为0.01-0.04mm，高精度轴为0.001-0.005mm,该轴均为0.02mm.6.3.3表面粗糙度轴颈的表面粗糙度值Ra应与尺寸公差等级相适应。装配定位用的轴肩的Ra值为0.5-0.3m；公差等级为IT6的Ra值通常是0.7-0.4m；公差等级为IT7-IT8的Ra值为1.6-0.8m。装配定位的轴肩Ra值通常为1.6-0.8m；其余的为6.3m。该轴的80的Ra值为1.6m；85的轴肩Ra值为0.9m；M48轴肩的Ra值为3.2m6.4零件加工工艺6.4.1确定加工顺序及进给路线加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；，粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。6.4.2选择刀具1）粗、精车外圆：（因为程序选用 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.2) 车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm）3)车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀.6.4.3选择切削用量表6-1切削用量选择工序主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆8000.11.5精车外圆8000.050.2粗车螺纹701.50.4精车螺纹701.50.1切槽1150.04表6-2 刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金90度外圆车刀1粗、精车外轮廓右偏刀2T02硬质合金车槽刀1切槽3T0360度硬质合金外螺纹车刀1粗、精车螺纹用以上数据编制工艺卡如下单位名称产品名称或代号零件名称零件图号典型轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间001O1111三爪自定心卡盘Cjk6032数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm备注1粗车外圆轮廓T0190度外圆车刀型刀5000.1自动2精车外圆轮廓T0190度外圆车刀型刀8000.11.5自动4切槽T02切槽刀1150.1自动5车削螺纹T0360度螺纹刀750.04自动编制审核批准年 月 日表6-3 数控加工工艺卡 6.4.4工艺规程 零件名称：阶梯轴 材料：45#（钢） 表6-4 工艺路线卡工序号工序名称机床类别备注05下料备料车床10正火（热处理）热处理车间15建立绝对坐标编程数控车床机加车间20下刀数控车床机加车间25粗车削固定循环数控车床机加车间30调质（热处理）热处理车间35精车削固定循环数控车床机加车间40换二号切断刀数控车床机加车间45车削退刀槽数控车床机加车间50换三号螺纹刀数控车床机加车间55螺纹车削固定循环数控车床机加车间60换二号切断刀数控车床机加车间65切断工具数控车床机加车间70检测检验台机加车间75去毛刺钳工台机加车间80磨外圆磨床机加车间85检验检验台机加车间90清洗机加车间95入库机加车间6.5 加工坐标系设置6.5.1建立工件坐标系图6-3 坐标的设定6.5.2试切法对刀在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右端面O为工件原点时，对刀输入为Z0，如图用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。图6-4 Z/X轴方向对刀6.5.3选择切削用量 表6-5切削用量选择主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆8000.11.5精车外圆8000.050.2粗车螺纹701.50.4精车螺纹701.50.1切槽1150.04为了螺纹容易配合，螺纹M481.5在车削大径时，加工到直径47.8mm，总背吃刀量去0.65P=（0.651.5）mm=0.975mm. 6.6 手工编程工件右端加工：主程序：O1234N10 G98； 建立绝对坐标编程N20 M03 S600;N30 T0101;N40 G00 X100 Z50;N50 Z5N60 GO1 X41.8 Z5 F100 mm/minN65 G71 U1 R0.5 粗车 每次单边背吃刀量为1mm，退刀量0.5mmN70 G71 P80 Q180 U0.5 W0.1 F0.2 S00; G71车削固定循环 N80 G01 X45.8 Z2;N90 X47.8 Z-1N100 Z-40;N110 X50;N120 X62 Z-115;N130 X78;N140 X80 Z-116;N150 Z-135;N160 G03 X80 Z-195 R70; N170 G01 X80 Z-205;N180 X85 Z-245;N181 G0 X100N182 Z100N183 M00 程序暂停M03 S800 精车转速N190 G70 P80 Q180; 粗、精车循环结束G00 X100Z-135G01X80 进到圆弧起点G03 X80 Z-195 R70N200 G00 X100 Z50;N210 T0100; N220 T0202; 换2号刀N230 M00; N240 G00 X80 Z5;N250 G01 Z-40;N260 X45; 车削直径45的退刀槽N270 G04 X2;N280 G01 X80 Z-40;N290 G00 X100 Z50;N300 T0200; N310 T0303;N320 M00 N330 G00 X47.8 Z5;