毕业设计（论文）-传动轴数控加工工艺规程设计

1 前 言 大学生活即将结束 ,我们将迎接的最后一次考验和竞争就是毕业设计。毕业设计是培养我们工科学生实际工作能力的最后一个实践性学习环节，它不但是对所学专业知识的一次综合应用和实际考查，也锻炼了我们从理论走向实践的能力，同时也是为以后从事专业技术工作做准备。 这次毕业设计中，我的设计题目是：传动轴数控加工工艺规程设计。 由于设计的需要，我仔细研究了零件图，但在设计过程中，因自己经验不足，遇到了很多实际问题，使我体会到了在现场实习调研仅证明可不可以实干，而不能代表能不能干好。所以我 积极与设计指导老师、操作指导老师沟通，在各位老师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到各位老师优良工作品质的影响，培养出了我缓中求稳、虚心求教、实事求是、一丝不苟的工作作风，并树立了明确的生产观、经济观和全局观，为今后从事工作打下了良好的基础。 通过毕业设计，我真正认识到理论和实践相结合的重要性，并培养了我综合运用所学理论知识和实际操作知识去理性的分析问题和解决实际工作中的一般技术工程问题的能力，使我建立了正确的设计思想，掌握了工艺设计的一般程序、规范和方法，并进一步巩固、深化地吸收和运用了所学的基 本理论知识和基本操作技能。还有，它提高了我设计计算、绘图、编写技术文件、编写数控程序、数控机床操作、实际加工零件和正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独立工作能力，更培养了我勇于创新的精神及严谨的学风及工作作风。 由于本人能力有限，缺少设计经验，设计中漏误在所难免，敬请各位老师指正批评，以使我对自己的不足得到及时的发现并修改，也使我在今后的工作中避免再次出现。 在这里，向在这次毕业设计中给予过我鼓励、指导及帮助的每位老师表示我虔诚和衷心的感谢！ 2 第一 章 零件设计图的分析 一 零件的结 构工艺性分析 （一）零件的结构分析 传动轴总体看来，本工件是以回转面为主，也有平面上的轮廓，结构简单，径向、轴向尺寸较多，最大径向尺寸约为 120mm，最大轴向尺寸 82mm，除一些基本表面外，其中一端面有花型、六方及内孔，另一端面有成型表面、切槽及螺纹，两端面用宽 4mm 的槽连接。磨削的外圆及大端面 C 有位置精度要求，螺纹的加工精度要求也较高。由零件图样看，加工时除用外圆作基准外，可靠两顶尖夹紧定位，定心正确可靠，装夹方便，车削的各档表面之间同轴度好。 （二）零件的工艺性分析 1. 主要加工表面的分析 根据零件图 要求其主要加工表面为： (1) 005.046外圆，表面粗糙度 Ra 值 0.4，并且需经过渗碳处理和保证渗碳层深度0.6-0.9mm 硬度； (2) M24 1.75-5g6g 外螺纹； (3) 大端面 C，表面粗糙度 Ra值 1.6，并且圆柱面绕基准孔作无轴向移动回转时，在任一测量平面内的径向圆跳动不大于 0.04mm。 2. 次要加工表面的分析 因为次要加工表面没有配合进度要求，只要求在保证零件硬度，耐磨性等使用性能的前提下尽量采用一次加工达到图样要求尺寸。 3. 技术要求 (1) 渗 碳 005.046外圆，深度 0.6-0.9mm； (2) 渗碳区硬度 HRC55-60； (3) 非渗碳区硬度 HRC35-40； (4) 未注圆角 C0.3； (5) 未注倒角 C0.5； (6) 未注公差按 HB5800-82。 4.零件的设计基准与定位基准 通过对零件图的分析可以看出零件有如下几个基准： 3 (1) 径向尺寸的设计基准为两中心孔。 (2) 轴向尺寸设计基准为零件大端面 C。 由以上分析可知本零件采用三种基准原则：一是基准重合原则，它是以两中心孔为定位基准也是设计基准， 适合用于零件的外圆、切槽、螺纹、以及内孔的定位；另一种是基准统一原则，它是多个加工表面都以一个基准作基准面加工定位的；最后一种是互为基准原则，为了使加工面间有较高的位置精度可采用反复加工。 5. 工件加工保证方法 (1) 保证工件的形状精度 工件的位置精度主要是通过在加工过程中，控制切削用量中的 ap 的大小和 vc的大小及刀具、夹紧力等因素来保证。 (2) 保证工件的表面质量 在设计工件的工艺规程时，本工件回转表面及各端面通过数控车加工保证表面粗糙度 6.3。 通过以上分析，可以得出本零件结构较为简单，易于加工 ，各部分尺寸分布较为合理，具有一定的可行性。 二 零件的材料分析 （一）零件的材料分析 1. 零件的材料选择 机械零件选材的一般原则是：首先满足使用性能要求，同时兼顾工艺性、经济性和环保性。对于轴类零件应具有： (1) 优良的综合力学性能，即要求有高的强度和韧性，以防由于过载和冲击而引起的变形和断裂。 (2) 高的疲劳极限，防止疲劳断裂。 (3) 良好的耐磨性。 (4) 在特殊条件工作时，还应有特殊要求。本零件为传动轴，工作条件及要求的力学性能如表 1-1 所示 : 表 1-1 零件的工作条件及要求的力学性能 零件名称 工 作 条 件 常见的失效 形 式 要求的主要力学性能 应力种类 载荷性质 受载状态 传动轴 弯应力、 扭应力 循环冲击 轴颈摩擦、 振 动 疲劳断裂、 过量变形、 轴颈磨损 综合力学 性 能 4 由上所述，本零件采用优质合金渗碳钢，牌号为 12Cr2Ni4A。这类钢的选用原因及特点如下： (1) 性能特点 经渗碳，淬火 低温回火后，钢的表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有足够强度，塑性和韧性。 (2) 成分特点 碳含量低（cw 0.25%），以确保零件的心部具有足够的塑性和韧性，同时也是为了能进行表面渗碳。加入的合金元素有 Cr、 Ni、 Mn、 B、 W、 Mo、 V、 Ti 等，可提高钢的淬透性并起到细化晶粒的作用。 (3) 热处理特点 预先热处理经常采用正火处理，最终热处理采用渗碳、淬火 -低温回火工艺。 2. 材料的切削加工性 12Cr2Ni4A 的切削加工性较差，切削时刀具易磨损，加工硬化现象严重，切削温度高，切削力大，切屑不易切断，容易损伤加工表面，易产生积屑瘤，降低表面质量。因此在切削加工前需进行正火的预先热处理。 （二）零件的加工过程 首先 对锻件毛坯进行正火的预先热处理，因为材料 12Cr2Ni4A 的硬度达不到技术要求硬度 HRC35-40，所以要经正火处理提高硬度。 其次进行数控车削和渗碳处理。渗碳是在工件表面形成渗碳层，提高工件表面硬度，耐磨性疲劳强度及抗蚀能力。除渗碳表面外的非渗碳区域需保持原低碳硬度状态，不允许渗碳的区域采取防渗碳处理。根据生产条件，生产经济等综合考虑，采用余量保护防渗法。但螺纹不在此时车削，为后序的淬火做防变形保护。如果在此时加工螺纹，淬火后要磨削修正螺纹，这样则会提高加工成本。 在数控铣床上铣轮廓至图样要求。 进行淬火 +低温回火的最终热处理。淬火后中心孔会随工件产生氧化变形，且表面形成较厚的氧化层，所以要对中心孔进行研磨修正，以保证其硬度、耐磨性、支承能力等使用性能。前面以中心孔作基准车削外圆，此处以外圆作基准研修中心孔，符合互为基准原则。热处理后按零件图样要求车削螺纹。 由于渗碳表面为工作表面，尺寸精度和表面粗糙度要求较高，所以还要对渗碳区进5 行磨削加工。外圆的磨削余量一般为 0.3-0.5mm，用查表法确定为 0.3mm。 注：未注圆角 R0.3 及未注倒角 C0.5 的作用：为防止加工过程中引起应力集中使连接处产生微裂痕。 第二章 零件毛坯的确定 一 确定零件的生产纲领及生产类型 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期常定为 1年，所以也称年产量。生产类型由生产纲领和零件型别决定。它对零件工艺规程有重要影响，所以编制工艺规程之前必须先确定生产类型。根据指导老师要求和零件生产类型设计任务书，生产类型为中批生产。 二 确定零件的毛坯类型 在确定零件机械加工之前，还要确定毛坯。毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。正确选择毛坯的制造形式具有重大的技术经济意义，选择不同类型的毛坯不仅影响毛坯的制造工艺设备，对零件的机械性能及工时定额计算也有影响。在选择毛坯种类时应考虑的因素如下： (1) 零件材料及其力学性能； (2) 零件的形状和尺寸； (3) 生产类型； (4) 具体生产条件； (5) 充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。 1. 毛坯的种类 (1) 铸件：成本低。铸件用于受力不大或以承压为主的零件或要求减振耐磨的零件。铸钢件用于承受重载而形状复杂的零件，以砂型铸造时表面质量差。通常用于机架、床身、底座、工作台、导轨、齿轮等。 (2) 锻件：成本较低。用于承受重载，动载或复合载荷的重要零件，用自由锻单件 小批量生产时表面质量较低，用模锻大批量生产时表面质量较好。通常用于连杆、螺栓、弹簧、模具、轴类零件等。 (3) 焊接件：生产成本中等。用于制造金属结构件或组合件和零件的修补。 精度较 6 低，接头处表面质量很差。一般用作锅炉、车身、飞机、管道、支架、压力容器、工作台等。 (4) 冲压件：生产批量越大，成本越低，用于板料成型的型件。精度高，表面质量好。通常用于汽车车身覆盖件、仪表、电器以及仪器、外壳及零件、油箱、水箱等各种薄金属件。 (5) 型 材：成本较低。一般用于中、小型简单件。由于此材料适用于多种加工方法， 所以表面质量跨越很大。通常用于制造光轴、螺母、销子等。 从零件图中可以看出零件形状并不复杂，各表面间直径尺寸相差较大，生产类型为中批生产，考虑到工厂的设备和技术水平等各方面还不能制成模锻件，而自由锻件是在各种锻锤和压力机上由手工操作而锻出的毛坯，这种锻件尺寸精度低，加工余量大，生产率低，工艺灵活，所用工具、设备简单，通用性大不需专用模具，成本低。所以本零件的毛坯采用自由锻件毛坯。 2毛坯形状，尺寸其公差的选择 (1) 确定毛坯形状：由 于零件各加工表面间直径尺寸相差较大，所以毛坯形状要采用台阶状。 (2) 确定毛坯尺寸及其公差：首先选取毛坯加工余量和毛坯公差，其次将毛坯加工余量叠加在零件的相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸及其公差。毛坯形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少。 第三章 零件工艺规程的设计 工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。它一般应包括下列内容：零件的加工基准、加工工艺路线、各工序的具体加工内容及所用的设备和工艺装备等。它是指导工人操作和用于 生产、工艺管理工件的主要技术文件，是新产品投产前进行生产准备和技术准备的依据，是新建、扩建车间或工厂的原始材料，是交流和推广先进经验的重要手段。它也是生产中的工艺纪律，必须严格执行。制订零件工艺规程的基本要求是，在保证产品质量的前提下，尽可能提高劳动生产率和降低加工成本，并在充分利用企业现有的生产条件的基础上，尽可能采用国内外先进工艺技术和经验，还应保证操作者具有良好的劳动条件。 7 一 定位基准的选择 定位基准分为工艺基准和设计基准。其中，工艺基准又分为： (1) 工序基准； (2)定位基准； (3) 测量基准； (4) 装配基准。我们应尽量采用设计基准为定位基准。定位基准的选择直接影响零件加工精度、能否保证其加工顺序的安排以及夹具结构的复杂程度等，所以它是在制定工艺规程中的一个十分关键的问题。各工序定位基准的选择，应先根据工件定位基准能保证，再按基准选择原则来选定每个定位基准。为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利的进行，通常应先考虑如何选择精基准加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准，把它作为精基准先加工出来。 基准的选择是否合理直接影响工件的位置精度，换言之，基准的选择主要是研究加工过程中表面的相 对位置，精度及其保证方法。所以，选择定们基准应遵循以下原则： 1. 精基准的选择原则 (1) 基准重合原则； (2) 基准统一原则； (3) 自为基准原则； (4) 互为基准原则； (5)保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。 2. 粗基准的选择原则： (1) 应选非加工面； (2) 毛坯余量小或重要加工面； (3) 应避免重 (1)复使用； (4) 作粗基准的表面应平整光洁，不应有飞边、毛刺等缺陷，以保证定位准确、夹 紧可靠。 对本零件来讲，车加工部分不能一次安装就完成全部加工，因此定位基准在加工过程 中产生转换问题。定位基准转换以后要引起余量不均，从而影响加工表面的位置精度及质量。 为了解决这样的问题在工艺规程编制中采用两中心孔作定位来保证各表面间的位置精度，这样符合精基准选择的基准统一和基准重合原则。具体分析如下： (1) 分析零件设计图，外圆、切槽、螺纹及内孔的加工都以径向设计基准两中心孔 作定位来保证其位置精度，它符合基准统一和基准重合原则； (2) 采用轴向设计基准大端面 C 作定位，可以较方便地加工出工序中的所需表面， 8 它体现了基准重合原则。 二 工序集中与分散的选择 1. 工序集中的特点 (1) 采用高效专用设备及工艺装备，生产效率高； (2) 工件装夹次数少，易于保证表面间位置精度，缩短生产周期； (3) 工序数目少，可减少机床数量、操作工人数和生产面积； (4) 投资大，调整和维修复杂，不易于产品更换。 工序分散的特点则与之相反。 2. 工序集中与分散的选用 在制定工艺路线、确定工序数目时，必须根据生产类型、现有生产条件、工件结构特点和技术要求等实际生产条件进行全面的综合分析。 本零件属中批生产，采用专业数控机床加工，在生产任务时，可多台、多个人同时加工以减少机床数目、工人数目和生产面积，因此 我采用工序适当集中原则。 三 制定数控加工工艺路线 零件工艺路线的拟定是制定工艺过程、总体布局非常关键的一步。制定工艺路线的出发点是使零件上各尺寸精度、位置精度、表面粗糙度和各项技术要求均能得到保证，并提高生产效率 , 降低生产成本，从而获得好的经济性。其主要内容为选择各加工表面的加工方法、安排工序的先后顺序以及选择设备和工艺装备等。 1. 选择表面加工方法 选择零件表面加工方法应同时满足质量、生产率和经济性方面的要求，一般应遵循下列原则： (1) 加工经济精度和表面粗糙度； (2) 工件材料的性质及热处理； (3) 工件的形状和尺寸； (4) 生产类型； (5) 现有设备； (6) 充分考虑新工艺、新技术； (7) 特殊要求。 2. 划分加工阶段 9 在加工过程中，为保证加工质量，合理使用设备，便于安排热处理工序，及时发现和处理毛坯缺陷，减少磕碰损坏，需要划分加工阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。 粗加工阶段是从坯料上切除较多余量，目的是提高生产效率； 半精加工阶段加工主要面是为精加工做准备，对于次要面可完成加工； 精加工阶段是从工件上切除较少余量，保证较高的精度和表面质量，并完成所有加工。 由于 本零件切除大量的余量后会引起残余应力而变形，因此在安排工序时，应将粗、精加工分开，先完成各表面的粗加工，再完成各表面的半精加工与精加工，主要表面的精加工放在最后进行。 3. 零件加工顺序的安排 加工顺序通常包括切削加工工序和辅助工序。 (1) 机械加工工艺顺序的安排 由零件设计图可知，零件上的表面不仅本身有一定精度要求，且各表面间还有一定的位置精度要求，所以必须遵循前工序为后工序准备基准的原则： 基面先行； 先粗后精； 先主后次； 先面后孔。 (2) 热处理工序的安排 热处理工序在零件工艺过程中有重要作用，通过热处理可提高材料的力学性能，发送金属的切削加工性能，消除毛坯制造中产生的残余应力，稳定零件尺寸，有利于以后的机械加工。热处理有预备热处理和最终热处理两种。最常用的预备热处理有正火、退火，在实际生产应用中如何选择，应注意如下几方面： 切削加工性能：碳的质量分数低于 0.5%的钢，通常采用正火； 碳的质量分数为 0.5%-0.75%的钢，一般采用完全退火； 碳的质量分数高于 0.75%的钢或高合金钢均采用球化退火。 使用性能：由于正火处理比退火处理具有更好的力学性能， 因此，若正火和退火都能满足使用性能要求，应优先采用正火。对于形状复杂或尺寸较大的工件，因正火可10 能产生较大内应力，导致变形和裂纹，故宜采用退火。 经济性：由于正火比退火生产周期短，效率高，成本低，操作简便，因此尽可能地优先采用正火。 综上所述，材料 12Cr2Ni4A 采用正火作为预备热处理。其目的是：降低碳和其他合金元素的成分偏析；方便在以后的热处理中提高碳化物的溶解；改善了切削性能，加工性好。 根据材料 12Cr2Ni4A 的热处理特点选用渗碳淬火作为最终热处理，因产生的变形较大安排在磨削前进行。 (3) 辅助工序的安排 辅助工序包括检验、去毛刺、清洗、防锈、去磁等。去毛刺工序是机械加工前进行的，清洗工序安排在热处理工序的前后。除此之外，检验工序也相当必要，它对保证质量防止产生废品起到重要作用。它的安排场合如下： 粗加工阶段结束后； 送往外车间加工的前后； 费工和重要工序前后； 全部加工工序完成后。 4. 设备与工艺装备的选择 (1) 机床设备的选择原则： 机床规格与工件的外形尺寸相适应； 机床精度与工件精度相适应； 与现有加工条件相适应； 根据上述原则，本零件加工时采用 数控机床进行。 (2) 工艺装备的选择 夹具的选择 在机床对零件进行机械加工时，为了保证工件的加工精度，首先要保证工件在机床上占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件的正确位置固定不动，这一任务就是由夹具完成的，一个良好的夹具必须满足下列基本要求： a. 选择合适的定位方式，定位基准和定位原件，必要时进行误差的分析计算； b. 确定合适的夹紧方式，考虑夹紧方案时，要注意夹紧力的作用点和方向。夹紧力11 应力求通过或靠近主要支撑点或在支撑点组成的三角形内，力求靠近切削部位或在工件刚性较好的地方； c. 夹具机构要 与零件的生产纲领相适应，力求高效的结构缩短辅助时间，提高生产率； d. 操作方便，省力和安全。 e. 便于排屑，排除切削热对工艺系统的不良影响； f. 结构工艺性好，有足够的刚度便于制造、检验、装配、调整、维修、提高夹具的可靠性及实用性。 本零件为中批生产，为保证工件的加工精度，提高生产率，用数控车床加工时夹具选用三爪卡盘及两顶尖，在数控铣床上加工时夹具选用软三爪卡盘，以避免夹紧力过大而产生夹痕，影响所加工工件的表面质量。 刀具的选择 刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料所要 求的精度及表面粗糙度、生产率和经济性等。 本零件外形结构简单，考虑到车间的实际情况，在采用标准刀具的同时，也采用了成形刀具，这样就有效的提高了生产率，保证了产品的质量，同时延长使用寿命，缩短了零件的生产时间。 刀具的耐用度问题，也是批量生产中的重要问题，因此安排了粗精加工采用不同的刀具，这样在保证了质量的前提下，又有效地提高了生产率，降低了生产成本。 由于材料 12Cr2Ni4A 切削加工性较差，所以刀具材料应选耐磨损、硬度高、导热性好的，另外在精加工时应有充足的切削液，目的是为了降低温度，防止变形，降低刀具的 磨损。 YG 类刀具宜于加工铸铁、有色金属及其合金、非金属等脆性材料， YT 类宜于高速加工钢料。因此车外圆时，选用耐磨性、耐热性较好的硬质合金 YT15 右偏的 90车刀。铣削加工时，铣刀选用 10mm 的高速钢立铣刀。 刀具的结构分析： a车刀的结构分析： YT15，密度 11.0-11.7g/cm，硬度 HRC78。工件材料 12Cr2Ni4A的强度和硬度较高，故不宜选择较大的 o、 o 。由于工件表面上有较大的弧度，为避免刀具划伤已加工表面，应选择较大的 Kr 。车削粗加工时， o=10 -15 , o=6 -812 Kr=90， Kr =10 -15 s=0 -5，精加工时， o=5 -10， o=6 -10 Kr=90，Kr =5 -10 S=0。 b铣刀的结构分析：铣刀应选用粗齿，可改善切屑卷曲情况，有较大的容屑空间和单齿强度，最好采用顺铣加工方法，以减小加工硬化，且可提高刀具耐用度和已加工表面的表面质量。 c 钻孔时钻头应选用 18mm 的直柄麻花钻。钻削加工时应多次退刀，以利于排屑，并充分冷却。 d磨外圆砂轮的磨料选用白刚玉 WA，特征代号为 1-300 50 75-WA60K6V-35m/s 。 量具的选择 量具要根据生产类型和所检验的精度来选择，优先选用通用量具，对于尺寸精度要求高，测量不方便的均选用专用量具，这样测量准确直观方便，提高了生产效率，保证了加工质量，且结合技术测量分析零件的加工工艺性积极采用预防措施，避免废品的产生。 鉴于上述要求，本件为了在机加过程中保证零件的加工尺寸精度和提高测量效率的要求，需适当选用各种通用及专用量具，方案设计如下： 尺寸 R3.3 选用 R3.3 的凹形样板 尺寸 R23 选用 R23 的凹形样板 尺寸 R7 选用 R7 的凹形样板 尺寸 R12 选用 R12 的凹形样板 尺寸 R20 选用 R20 的凹形样板 尺寸 R100 选用 R100 的凹形样板 尺寸 60 选用 R60角度尺 尺寸 18 选用 R18角度尺 尺寸 C1 选用 C1 样板 尺寸 C2 选用 C2 样板 尺寸 M24 1.75-5g6g 选用 M24 环规 其余尺寸选用游标卡尺和千分 尺即可。 5. 拟定工艺路线 13 工 序 号 工 序 名 称 设 备 00 锻件毛坯 05 预先热处理：正火 电炉 10 数控车削 1 数控车床 15 车削渗碳表面 数控车床 20 去毛刺 钳工工作台 25 清 洗 清洗间 30 中间检验 1 检验平台 35 渗 碳 电 炉 40 数控车削 2 数控车床 45 数控车削 3 数控车床 50 数控铣削 数控铣床 55 去毛刺 钳工工作台 60 清 洗 清洗间 65 中间检验 2 检验平台 70 淬火 +低温回火 电 炉 75 研修 中心孔 数控车床 80 车削外螺纹 数控车床 85 磨削渗碳表面 砂 轮 90 去毛刺 钳工工作台 95 清 洗 清洗间 100 最终检验 检验平台 第四章 零件工艺尺寸计算 一、确定机械加工余量、工序尺寸及其公差 1. 确定机械加工余量 机械加工余量数值的确定需考虑其制造工艺方法、材料、生产类型等因素， 余量的大小对零件的加工质量和生产率有较大影响。本零件的形体为减少变形，采用多次切削。本设计采用查表法与经验估算法相结合的办法选取加工余量。 14 (1)加工余量的确定 机械加工余量对 工艺过程有一定的影响，因为余量不够不能保证零件的加工尺寸精度的要求，余量过大会造成材料与工时的浪费，所以必须合理安排加工余量。 (2)选择工序加工余量的主要原则 应采用最小的加工余量，以求缩短加工工时，降低费用； 加工余量应满足正本图纸上规定的表面粗糙度及精度要求； 考虑加工方法，设备以及在加工过程中零件可能产生的变形； 考虑被加工零件尺寸大小，尺寸越大加工余量越大。 (3)影响加工余量的因素 前工序的表面质量 在前一工序加工后表面粗糙度的最大高度和表面缺陷层的深度，应在本工序加 工时切 除。 前工序加工的尺寸公差 由于在前一个工序加工中，加工后的表面存在着尺寸和形状误差，这些误差的总和一般不超过前工序的尺寸的公差。所以当考虑加工一批工件时，为了纠正这些误差，本工序的加工余量应计入上道工序的尺寸的公差内。 前工序的位置关系误差 在前工序加工后的某些位置关系误差，并不包括在尺寸公差范围内在考虑确定余量时，应计入这部分误差，误差的数值与加工方法有关，可根据资料或近似计算的确定。 安装误差 本工序的安装的误差包括定位误差和夹紧误差，由于这部分误差要影响被加工表面和切削工具的相对位置，因 此也应计入加工余量。定位误差可以进行计算，夹紧误差可根据有关资料查阅。 由于以上原则和因素来确定加工余量，本设计采用查表法和经验法来选取加工余量，而毛坯余量的确定，根据机械加工去除余量，采用从后往前推的方法。被加工表面经加工后，不留有上道工序加工过的痕迹和缺陷。 具体确定方案如表 4-1 所示： 表 4-1 确定机械加工余量 加工表面 加工方案 加工余量 15 82mm 轴端面 粗 车 3.0 半精车 1.0 460 -0.05外圆 粗 车 2.0 半精车 1.5 精 车 0.4 磨 削 0.3 20 内孔 钻 孔 2.0 铣轮廓 粗 铣 1.2 精 铣 0.4 2、确定工序尺寸及其公差 选择工序尺寸的公差应根据下列原则： (1)公差不应超出经济的加工精度范围； (2)选择公差时应考虑到加工余量的大小，因为公差的界限决定加工余量的最大 尺寸与最小尺寸； (3)选择公差时根据零件的最后精度； 由于根据以上原则：对于本零件在设计过程中的工序尺寸公差按 HB5800 2000 标准公差值的 IT12 等级去查表， 而且还应考虑基准重合和基准不重合时的情况： (1) 基准 重合时 先确定各工序余量的基本尺寸，再由后往前逐个工序推算，即由零件上的设计尺寸开始，由最后一道工序开始向前推算，直到毛坯尺寸。工序尺寸的公差则都按各工序的经济精 (1)度确定，并按“入体原则”确定上、下偏差。 (2) 基准不重合时 磨削要保证外圆尺寸 460 -0.05及渗碳层深度 0.6-0.9mm，属多尺寸保证，需进行工艺尺寸链来分析计算，算出实际渗碳层深度。 16 0.6=23+t-23.15 t=0.75 +0.3=0+es-(0.0125) es=+0.2875 0=-0.05+ei-0 ei=+0.05 t=0.75+0.2875 +0.05 二、确定切削用量与时间定额 (一 ) 确定切削用量 确定切削用量就是确定它的三要素，即切削深度 ap，进给量 f 和切削速度 vC。正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证合理的刀具耐用度，保证加工质量，降低成本都具有重要的作用。 1、粗加工时切削用量的选择原则 粗加工时高生产效率是追求的基本目标，在机床和刀具满足要求的情况下，限制粗加工切削用量提高的主要约束条件是刀具使用寿命，由公式 T=CT/vC5f2.25ap 0.75可以看出，对刀具使用寿命影响最大 的是切削速度 vC，其次是进给量 f，影响最小的 ap是背吃刀量ap 。因此，为了保证合理的刀具使用寿命，在选择切削用量时，应首先选择最大的 ap ，其次要在机床动力和刚度允许的前提下，选用较大的 f,最后再计算出合理的 vC值。 2、精加工时切削用量的选择原则 精加工时要保证加工精度和表面质量，同时兼顾必要的刀具使用寿命和生产效率。所以，精加工时在选择切削用量时，应采用较小的背吃刀量 ap 和进给量 f，以减小切削力及工艺系统弹性变形，减小已加工表面残留面积高度。 ap通常根据加工余量或 Z=dM-dW/2而定， f的提高则主 要受表面粗糙度的制约。在 ap 和 f 确定之后，在保证合理刀具使用寿命的前提下，确定合理的切削速度。 示例如下： 车削 460 -0.05外圆及端面时切削用量的选择： 17 1000v d 1000 0.6 60 3.14 48.2 1000 3.14 48.2 300 1000 60 dn 1000v d 1000 0.6 60 3.14 46.7 1000 3.14 46.7 460 1000 60 dn 1000v d 1000 1.5 60 3.14 46.3 1000 3.14 46.3 755 1000 60 dn =238(r/min) = nW =300(r/min) = =0.76(m/s) = =409(r/min) nW =460(r/min) =1.12(m/s) = =619(r/min) = nW =755(r/min) =1.83(m/s) = (1) 粗车时： ap=3mm f=0.5mm/r v=0.6m/s 确定机床主轴转速 nS= 取机床实际转速 确定实际切削速度 nS= (2) 半精车时： ap=0.75mm f=0.45mm/r v=1.0m/s 确定机床主轴转速 nS= 取机床实际转速 确定实际切削速度 nS= (3) 精车时： ap=0.2mm f=0.14mm/r v=1.5m/s 确定机床主轴转速 nS= 取机床实际转速 确定实际切削速度 nS= (二 )确定时间定额 时间定额不仅是衡量劳动生产率的指标，也是安排生产计划、计算生产成本的重要依据。为了正确地确定时间定额，通常把工序消耗的时间分为基本时间 Tb、辅助时间 Ta、布置工作地时间 TS、休息与生理需要时间 Tr及准备和终结时间等 Te 。 1基本时间 Tb 基本时间是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对机械加工 而言，就是直接切除工序余量所消耗的时间（包括刀具的切入的切出时间）。基本时间可由计算公式求出。车削时的基本时间 Tb为 Tb=ljZ/nfap，铣削时的基本时间为 Tb=l/fMzi。 18 式中 Tb 基本时间（ min） lj 工作行程的计算长度，包括加工表面的长度、刀具切入和切出长度（ mm） Z 工序余量（ mm） n 工件的旋转速度（ r/min） f 刀具的进给量（ mm/r） ap 切削速度（ m/s） 2. 辅助时间 Ta 辅助时间是为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。它包括装卸工件、开 停机床、引进或退出刀具、改变切削用量、试切和测量工件等所消耗的时间。辅助时间的确定方法随生产类型而异。单件小批生产则常用基本时间的百分比进行估算。基本时间和辅助时间的总和称为作业时间 TB，它是直接用于制造产品或零、部件所消耗的时间。 3. 布置工作地时间 TS 布置工作地时间是为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间。一般按作业时间的 2%-7%（以百分比率表示）计算。作业时间 TB=Ta+Tb。 4. 休息与生理需要时间 Tr 休息与生理需要时间是工人在 工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。一般按作业时间的 2%-4%（以百分率表示）计算。以上四部分时间的总和称为单件时间 Tp即 TP=Tb+Ta+TS+Tr=TB+Ts+Tr=（ 1+ +） TB。 5. 准备与终结时间 Te（简称准终时间） 准终时间是工人为了生产一批产品或零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间。单件和成批生产的单件计算时间 TC应为 TC=TP+Te/n=Tb+Ta+TS+Tr+Te/n。 第五章 数控加工程序的编制 一、数控机床的选择 19 数控机床是严格按照从外 部输入的程序来自动地对被加工零件进行加工的，特别适合于加工小批量且形状复杂、要求精度高的零件。 数控加工是根据加工零件和工艺要求编制成为数码表示程序输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和刀具的相对运动，使之加工出合格零件的方法。数控机床是数控装置控制机床，零件加工时，先制定出加工工艺，按一定格式的信息代码编制出程序记录在信息载体上，将此信息通过载体装置送到数控装置中，进行数控处理和运 算，成为机床执行元件的指令脉冲，并通过传动装置控制机床运动部件的工作。 由于该零件形状比较简单、尺寸要求精度高、 加工质量较稳定、生产效率高、但是生产条件有限，所以通过“工艺保证”和“工具保证”的加工方法即可完成。因此，加工该零件只需要选用数控车床、数控铣床即可完成零件加工。 二 数控机床的加工特点 1. 数控加工的特点： (1) 采用搂控机床加工零件可以提高加工精度，稳定产品的质量。 (2) 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工； (3) 采用数控机床比普通机床可以提高生产效率 2-3 倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十几倍，甚至几十倍； (4) 可以实现一机多用； (5) 采 用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。 3. 数控编程的步骤 主要包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制备控制介质、程序校验及首件试切。 4. 数控编程的方法： 数控编程可分为手工编程、自动编程和计算机高级语言编程三种方法。 手工编程是由分析图样，确定工艺过程，数值计算，编写零件加工程序单，程序的输入和检验都是由人工完成的。特点：对于加工形状简单的零件，计算比较简单，程序不是很多，采用手工编程较容易完成，而且经济，及时，因此在点位加工及直 线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用，但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲面的零件，用手工编程就有一定的难度，出错的几率增大，有的无法编程。 20 自动编程：用计算机编制数控加工程序的过程。特点：由计算机自动识图编程，编程准确，不易出错，安排走到路线合理，从而使加工准确。 5. 坐标系的设定 在编写零件的加工程序时，首先是设定坐标系。 (1) 机床坐标系的设定 数迭机床通电后，必须首先使各轴均返回各自参考点，从而确定了机床坐标系后，才能进行其他操作，机床坐标系是机床固有的坐标系，运动正方向规定 为刀具远离工件的方向。 (2) 工件坐标系的设定 工件坐标系是编程时使用的坐标系，是人为设定的，设定的依据是符合图样要求，从理论上讲，工件原点选在任何位置都是可以的，但实际上，为了编程方便以及各尺寸较为直观，应尽量把工件原点的位置选择合理些。 对车床来说，工件原点一般选择在工件的轴线上并在工件的一端；对铣床来说，工件原点一般选择在工件表面上的中心位置。 数控车床， 工件坐标系用 G92 指令告诉系统，刀尖点相对工件原点的位置。 数控铣床，工件坐标系一般使用 G54 指令告诉系统工件的坐标系原点所在的位置。 6. 对刀点 的设定 数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀具相对零件运动的起始点。根据本零件的形状确定对刀点为端面上的中心点。 7. 数控车床加工 本零件大部分为回转圆柱体，所以在数控车床上加工。数控车床的编程具有如下特点： (1) 坐标系的确定：横向为 X 轴，刀架远离工件的方向为 X 轴的正方向；纵向为 Z轴，尾座方向为 Z轴正方向。因此， X轴方向与刀架的安装部位有关。 (2) 在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或混合编程。 (3) 被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，一般用直径值表示。 (4) 由于车削加工采用锻件作为毛坯，加工余量较大，为简化编程，数控装置常具备不同形式的固定循环，可进行多次重复循环切削。 21 8. 数控铣床加工 本零件的平面部分在数控铣床上加工。数控铣床的编程应注意以下几点： (1) 铣削平面零件轮廓，一般采用立铣刀切削，要遵守从切向切入，切向切出的原则，一般留 0.2-0.5mm 的精加工余量。 (2) 尽量采用顺铣方式，加好刀补。 (3) 尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间，以提高生产效率。 (4)应使数值计算简单，程序段数量少，程序短。 二、数控加工程序的编制： 工序 10： 数控车削 刃具： 90车刀 (1) 车端面 12.0056mm (2) 车外圆 01.042mm O1111 T0101 M03 S460 F100 G00 X52 Z2 G71 U1 R2 P01 Q02 X0.5 Z0.2 F100 N01 G01 X42 Z0 N02 Z-56 G00 X52 Z50 M05 M30 (3) 钻中心孔 GB/T4459.5-B2/6.3 (4) 掉头车端面保证总长 82mm (5) 钻中心孔 GB/T4459.5-B2/6.3 22 工序 15 数控车削 刃具： 90车刀 O2222 T0101 M03 S755 F100 G00 X52 Z-56 G71 U1 R2 P03 Q04 X0.5 Z0.2 F100 N03 G01 X46.3 N04 W-14 G00 X52 Z50 M05 M30 工序 45 数控车削 刃具： 90车刀、镗内孔刀 (1)车外圆 O3333 M03 S300 F100 G00 X130 Z2 G71 U1 R2 P05 Q06 X0.5 Z0.2 F100 N05 G01 X50 Z0 Z-4 X80 W-3 X120 23 N06 W-5 G00 X130 Z50 用 18mm 的钻头钻 Z-16mm 的孔 用镗内孔刀镗 Z-16mm 孔 M06 T0202 M03 S755 F100 G00 X15 Z2 G71 U0.5 R0.5 P07 Q08 X-0.2 Z0.2 F100 N07 G01 X22.31 Z0 X20 Z-2 N08 Z-16 G00 X15 Z50 M05 M30 工序 50 数控铣削 刃具 : 10mm 立铣刀 铣最大外轮廓 O1212 G54 Z50 X0 Y0 M03 S900 F100 G00 X-70 Y-70 M98 P1313 G00 X-70 Y70 24 G68 X0 Y0 P-90 M98 P1313 G69 G00 X70 Y70 G68 X0 Y0 P-180 M98 P1313 G69 G00 X70 Y-70 G68 X0 Y0 P-270 M98 P1313 G69 M05 M30 O1313 G00 Z2 G01 Z-12 G41 D01 X-65 Y63.8044 G03 Y63.8044 R100 G00 Z50 G40 X0 Y0 M99 O1414 G54 Z50 X0 Y0 M03 S900 F100 G00 X-70 Y-70 M98 P1515 25 G00 X-70 Y70 G68 X0 Y0 P-90 M98 P1515 G69 G00 X70 Y70 G68 X0 Y0 P-180 M98 P1515 G69 G00 X70 Y-70 G68 X0 Y0 P-270 M98 P1515 G69 M05 M30 O1515 G00 Z2 G01 Z-12 G41