典型轴类配合件的工艺设计与数控编程.doc

1 绪论绪论 随着计算机、通信、电子、检测、控制和机械等各相关技术的发展，特别是计算 机控制在机床上的应用。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基 础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。 因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 现代数控技术的发展日新月异，社会上对掌握数控技术的应用技能型人需求越来 越大。提倡培养技术型人才的基本理念更是符合当前国情的发展需求，为达到这一目 标，我们更要将理论知识和实际操作紧密联系起来。 工业上使用大量的圆柱形零件配合，如轴承配合、衬套配合、螺纹配合等，都要 求零件有较高的精度和配合公差才能满足机械的需要。本课题设计的零件为轴类配合 件，零件有较复杂的曲面，需要数控机床来完成。零件的表面粗糙度、尺寸精度和形 位公差要求较高，配合精度也要求较高。适合我们大专学生去研究和探索，在下面的 章节中将详细介绍零件的工艺分析和程序的编制。 2 零件介绍零件介绍 该零件为轴类配合件。它由轴（附图 1） 、锥形轴套（附图 2） 、锥形外套（附图 3） 、 螺母（附图 4）零件组成，零件材料选用 45 钢。轴由圆柱面、椭圆弧、螺纹组成，加 工困难，普通的车床难以加工，选择数控车床来加工轴。轴套类零件由内、外圆柱面， 内、外圆锥面，内螺纹等组成，结构形状简单，加工容易，可由普通机床加工，也可 由数控机床加工。螺母由抛物线、圆柱面、内螺纹组成，加工困难，选择数控车床来 加工。 图图 2 2-1 1 装配图装配图 3 工艺设计工艺设计 3 3.1 1 轴的工艺分析轴的工艺分析 3.1.13.1.1 轴的图样分析轴的图样分析 该零件表面由圆柱、椭圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸 精度和表面粗糙度要求。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。 根据零件图的公差等级为（IT8-IT10） ，表面粗糙度为 3.2，因其公差数值较m 小，所以在编程时不必取平均值，全部取基本尺寸。 图图 3-13-1 轴轴 3.1.23.1.2 毛坯的选择毛坯的选择 轴类零件的材料一般为碳素结构钢和合金结构钢两类，以中碳钢 45 钢应用最多， 该零件材料为 45 钢，轴类零件的常用毛坯是型才圆棒料和锻件，直径相差不大的阶台 轴常采用热轧或冷拉的圆棒料。此零件为阶梯轴，各台阶直径相差不大，因此选择圆 棒料。由于毛坯大小主要考虑加工余量、 加工面及加工情况来选择，所以毛坯大小定 为 50mm122mm。 3.1.33.1.3 定位基准的选择定位基准的选择 定位基准是工件在定位时所依据的基准。它的选择原则是：尽量选择零件上的设 计基准作为定位基准，一次装夹就能够完成全部关键精度部位的加工。为了保证加工 表面与其设计基准间的相对位置精度（即同轴度） ，工件定位时应使加工表面的设计基 准相对机床占据一个正确的位置。 粗基准的选择： 在起始工序中，工件定位只能选择未经加工的毛坯表面，称为粗基准。粗基准选 择总的要求是为后续工序提供必要的定位基面。它的选择原则有： （1）对于具有不加工表面的工件，为保证不加工表面之间的相对位置要求，一般 选不加工表面为粗基准。 （2）对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加 工余量。 为保证第一项要求，粗基准应选择毛坯上加工余量最小的表面。 为保证第二项要求，应选择那些重要表面为粗基准。 应选择工件上那些加工表面较大，形状比较复杂，加工劳动量较大的表面为粗准。 综上述，该零件的粗基准应选择为毛坯的左端面。 精基准的选择： 在最终工序和中间工序中，应采用已加工表面定位，这种定位基面称为精基准。 它的原则如下： （1）应选择加工表面的设计基准为定位基准； （2）定位基准的选择应便于工件的安装与加工； （3）当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能 在多数工序中采用此同一组精基准定位，这是“基准统一”原则； （4）某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工表面本身作为定位基 准。 根据精基准的选择原则，该零件的精基准为右端面为精基准。 3.1.43.1.4 确定装夹方案确定装夹方案 在确定装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位夹持 方式，并选择合理的夹具。对于此轴类零件，轴心线为工艺基准，采用三爪自定心卡 盘夹紧。尽量一次装夹完成粗精加工。但此零件右端为椭圆，所以需两次装夹完成粗 精加工。两次装夹方案如图 3-2 所示: 图图 3-23-2 3.1.53.1.5 确定加工顺序及进给路线确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精，由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗 车（留 0.5mm 精车余量） ，再从左到右进行精车，然后粗、精车削螺纹；然后在调头装 夹，粗精车外轮廓。 在数控加工中，刀具相对于工件的运动轨迹和方向的加工路线就是进给路线。因 为数控车床具有粗精车循环和车螺纹循环的功能，只要正确使用编程指令，机床数控 系统就会自行确定其进给路线。 根据该零件的公差等到级（IT8IT10）和表面粗糙度为 3.2，确定外圆柱面加m 工方法为：粗车-半精车-精车。 首先车端面，然后粗车外圆 22mm-24mm，半精车，精车至尺寸；然后切 52 的退刀槽，粗、精车螺纹； 调头装夹，车端面保证总长；然后粗车椭圆-40mm-46mm,半精车，精车至 粗基准精基准 尺寸。 3.1.63.1.6 刀具的选择刀具的选择 （1）粗车及平端面选用 90硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副 偏角不宜太小，选副偏角为 35。 （2）车螺纹选用硬质合金 60外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径， 取=0.15-0.2mm。r 将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。 表表 3-13-1 数控加工刀具卡片数控加工刀具卡片 产品名称或代号数控车工工艺分析 零件 名称 轴零件图号 1 序号刀具号刀具规格名称数量加工面刀具半径备注 1 T01 硬质合金 90外圆车刀 车端及粗车轮 廓 2 T02硬质合金 93外圆车刀1精车外轮廓 3T03 硬质合金 60外螺纹车 刀 1粗精车螺纹 015右偏刀 4T04刃宽为 5mm1切槽、切断 编制周星星审核张德红批准张德红共 1 页第 1 页 3.1.73.1.7 加工余量的确定加工余量的确定 加工余量是指加工过程中所切去的金属厚度。加工余量的大小对于工件的加工质 量和生产率均有较大的影响。加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量，降低了生 产率，而且增加材料、工具和电力消耗。若加工余量过小，则既不能消除上工序的各 种表面缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时工件 的装夹误差，造成废品。因此，应 当合理地确定加工余量。确定加工余量的基本原则是：在保证加工质量的前提下越小 越好。该零件表面的粗糙度值要求均为 Ra3.2，粗车后，留余量 0.5mm,精车完成。m 3.1.83.1.8 切削用量的选择切削用量的选择 切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著 影响。数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度前提下，充分 发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。 要达到高的生产率，应按背吃刀量、进给量、切削速度的顺序来选择切削用量， 即应首先考虑尽可能大的切削背吃刀量，其次选用尽可能大的进给量，最后在保证刀 具合理耐用度的条件下，选取尽可能大的切削速度。 粗、精加工时切削用量的选择。 （1）粗加工时切削用量的选择如下： 首先尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可 能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度； （2）精加工时切削用量的选择如下： 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选 取较小的进给量，最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。 1.背吃刀量的确定 背吃刀量的选择要根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的情况下， 就尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量。这样可以减少走刀次数，提高生产效率。 因此轮廓粗车循环时选背吃刀量为 3mm,精车循环时选背吃刀量为 0.25mm,螺纹粗车 循环时选背吃刀量为 0.2mm，螺纹精车循环时选背吃刀量为 0.1mm。 2.主轴转速的确定 (1) 车外圆时的主轴转速 车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料及性质 等条件所允许的切削速度来确定。 切削速度是切削用量中对切削加工影响最大的因素。要综合考虑切削条件和要求， 选择适当的切削速度。当切削速度确定后，用度以下公式计算主轴转速： （3-1） d v n c 1000 车圆弧和直线时，选粗车切削速度=90 m/min，精车切削速度=120m/min，然cVcV 后利用公式（3-1）计算主轴转速， （粗车工件直径 D=50mm，精车工件直径取平均值） 。 粗车： d v n c 1000 =57325（r/min）600(r/min) 精车： d v n c 1000 = 3014 . 3 1201000 =1200(r/min) (2) 车螺纹时主轴转速 在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电动机 的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，大多数普通车床数控系统车螺纹 时的主轴转速为： 80 1200 p n 注：k 为保险系数，一般取 80。 =720r/min80 5 . 1 1200 n 根据机床的不同转速是可以改变的，在学院的车床上一般取 400r/min。 3.进给速度的确定 进给速度是指切削单位时间内工件与进给方向相对位移，单位为 mm/min。进给速 度的大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率。主要根据零件的加工精度和表面粗糙 度以及刀具、工件的材料性质参考用量手册选取。 确定进给速度的原则： （1）当工件的质量要求能够得到保证时，可选择较高的进给速度。一般在 100200mm/min 范围内选取； （2）在切断、加工深孔时，宜选较低的进给速度，一般在 2050mm/min 范围内选 取； （3）在加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些，一般在 2050mm/min； （4）刀具空行程时，特别是远距离回零时，可以选择机床数控系统给定的最高速 度。 一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查阅切削用量手册选取。 每转进给量，进给速度的计算公式： （3-2）fnvf 注：精车时常取,每转进给量 f，粗车时一般选取为（0.30.8）mm/r，精车时 （0.10.3）mm/r，切断常取（0.050.2）mm/r。 选择粗车、精车每转进给量分别为 0.4mm/r 和 0.15mm/r，再根据公式（3-2） 粗车： fnvf =0.4600 =240(mm/min) 精车： fnvf =0.151200 =180(mm/min) 将上面分析的各项内容综合为以下所示的数控加工工艺过程卡片中。 表表 3-23-2 机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡 工序号工序名称工序内容设备 1备料 毛坯为50mm122mm 砂轮机 2数车加工零件内外轮廓数控车床 3钳工去毛刺，矫正死角钳工工具 4钳工精修全面按图纸要求 5检测 测量各部分尺寸、形状精 度检测 3.23.2 锥形轴套的工艺分析锥形轴套的工艺分析 3.2.13.2.1 零件图样分析零件图样分析 图图 3-33-3 锥形轴套锥形轴套 该零件表面由内外圆柱面、外圆锥面组成。其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高 的尺寸精度、表面粗糙和形位公差要求。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标 注要求，轮廓描述清楚完整。 根据零件图样，该零件图的内孔的公差等级为 IT7，它的表面粗糙度 3.2；零件m 图的外圆的公差等级为（IT7IT8） ，表面粗糙度为 3.2。其余的表面粗糙度为 6.4m 。由于他尺寸因公差值较小，因此编程时取基本尺寸即可。m 3.2.23.2.2 毛坯选择毛坯选择 套类零件的毛坯选择与零件的材料、结构及尺寸等因素有关。材料为 45 钢，毛坯 大小主要考虑加工余量、夹持长度及加工情况来选择。所以毛坯大小定为 50mm70mm。 3.2.33.2.3 确定装夹方案确定装夹方案 定位基准是工件在定位时所依据的基准。在加工内孔时以外圆定位。用三爪自动 定心卡盘夹紧。加工外轮廓时，为保证同轴度要求和便于装夹，以坯件左端面和轴心 线为定位基准。用三爪卡盘夹持左端，如图 3-4 所示： 图图 3-43-4 3.2.43.2.4 确定加工顺序及走刀路线确定加工顺序及走刀路线 加工顺序的确定由内到外、由粗到精、由远到近的原则确定。在一次装夹中尽可 能加出多的工件表面。结合本零件的结构特征，可先粗、精车加工内孔各表面，然后 粗、精加工外轮廓表面。由于该零件为单件生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路 线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行车削。 根据该零件的内孔的公差等级和表面粗糙度，可以确定加工内孔的方法为：钻孔- -车孔-铰孔，外圆的加工方法为粗车-半精车精车。 首先车右端面，钻中心孔；孔至 23mm,粗车孔到 23.5mm，精车内孔到尺寸； 粗车外圆至 37mm33mm，半精车，然后精车外圆 37mm 至尺寸，33mm 至 尺寸。 3.2.53.2.5 刀具的选择刀具的选择 （1）车削端面选用 90硬质合金端面车刀、车外轮廓-T01 （2）精车削外圆-T02 （3）车内孔至 23.5mm-T03 （4）切断-T04 （5）4 中心钻，钻中心孔以利于钻削底孔时刀具找正-T05 （6）22mm 高速钢钻头，钻内孔底孔-T06 将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。 内孔定位基准 外圆定位基准 表表 3-33-3 数控加工刀具卡片数控加工刀具卡片 产品名称或代号零件名称锥形外套零件图号2 序号刀具号刀具规格 数量加工表面刀具半径备注 1T01外圆车刀1车端面粗车外轮廓0.15 2T0293外圆 车刀 1精车外轮廓0.15自动 3T03内孔车刀1车内孔自动 4T04刃宽 5mm1切断 5T05 A3.15 1钻 3.15mm 中心 孔 手动 6T06 30mm 1钻 30mm 的通孔手动 编制周星星审核张德红批准张德红共 1 页第 1 页 3.2.63.2.6 确定切削用量确定切削用量 根据被加工表面质量要求，刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料 选取切削速度与每转进给量。然后根据公式（3-1）和公式（3-2）计算主轴转速和进 给速度。 (1) 被吃刀量的选择 粗车外圆表面时选背吃刀量 3mm,精车背吃刀量 0.25mm；粗车内孔时背吃刀量 1mm，精车内孔时背吃刀量 0.1mm； (2) 主轴转速的选择 粗车外圆时，取切削速度 90mm/r； 精车外圆时，切削速度取 120mm/r； 粗车： d v n c 1000 = 5014. 3 901000 =57325（r/min）600(r/min) 精车： d v n c 1000 = 3014. 3 12001000 =1200（r/min） （2）进给速度的确定 根据在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 2050mm/min 范围内选取。 根据公式（3-2）来计算进给速度： 粗车时 f 一般选取为（0.30.8）mm/r,精车时一般取（ 0.10.3）mm/r。 粗车： fnvf =0.4600 =240(mm/min) 精车： fnvf =0.21200 =240(mm/min) 3.2.73.2.7 填写工艺文件填写工艺文件 将上面分析的内容填入机械加工工艺过程卡 表表 3-43-4 机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡 工序号工序名称工序内容设备 1备料 毛坯为55mm70mm 砂轮机 2数车加工零件内外轮廓数控车床 3钳工去毛刺，矫正死角钳工工具 4钳工精修全面按图纸要求 5检测 测量各部分尺寸、形状 精度检测 3.33.3 锥形外套的工艺分析锥形外套的工艺分析 图图 3-53-5 锥形外套锥形外套 3.3.13.3.1 零件图样分析零件图样分析 该零件由内外圆柱面、内圆锥面、顺圆弧组成，其中一些尺寸有同轴度和平行度 的形位公差，表面粗糙度，锥度的要求。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标 注要求； 该零件的外圆的公差等级为 IT10，表面粗糙度为 3.2 ，其余为 6.4 ；内孔的公差 等级为 IT8，表面粗糙度为 3.2 。 左端面为多个尺寸的设计基准，应该先将左端面车出来。 3.3.23.3.2 毛坯的选择毛坯的选择 该零件的材料为 45 钢，因为零件的结构形状及其外形尺寸是影响毛坯的重要因素， 对于回转体零件，可采用型材圆棒料；因此，此零件选用圆棒料。根据零件图的尺寸， 确定毛坯的大小为：50mm75mm。 3.3.33.3.3 确定装夹方案确定装夹方案 在加工内孔时以外圆作为定位基准，用三爪自动定心卡盘夹紧。因为三爪自定卡 盘的三只卡爪均匀分布在卡盘的圆周上，能同步沿径向移动，实现对工件 夹紧或松开， 并能实现自动定心，装夹工件时一般不需要找正，使用方便。在加工外轮廓时，为保 证同轴度要求，以坯件左端面和轴心线为定位基准。如图 3-8 所示： 图图 3-63-6 3.3.43.3.4 确定加工顺序及走刀路线确定加工顺序及走刀路线 加工顺序可以粗精先加工出外圆表面，然后再加工内孔，再加工圆锥形内孔。外 轮廓的车削走路线沿零件的轮廓顺序进行。首先车削左端面，然后粗车削外轮廓至 47mm，再精车外轮廓 47mm 至尺寸；然后以外轮廓为定位基准，钻中心孔，钻孔 30mm，车孔 35.5mm 至 20mm，车孔 31.5mm 至 43mm。最后切断。 3.3.53.3.5 刀具的选择刀具的选择 （1）选主偏角=90的偏刀，这种刀可以车外圆、端面。由于主偏角很大，切削r 时背向分力较小，不易引起工件弯曲和振动，但刀尖强度较低，散热条件差，容易磨 损-T01 （2）选硬质合金 93的外圆车刀精车外轮廓-T02 内孔定位基准 外圆定位基准 （3）粗、精车内孔选用内孔车刀-T03 （4）切断，选用切槽刀-T04 （5）选择 4mm 中心钻，钻中心孔以利于钻削底孔时刀具找正-T05 （6）30mm 高速钢钻头，钻内孔底孔-T06 将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中，以便编程和操作管理。 表表 3-53-5 数控加工刀具卡片数控加工刀具卡片 产品名称或代号零件名称锥形外套零件图号 3 序号刀具号刀具规格 数量加工表面刀具半径备注 1T01 外圆车刀 1 车端面粗车外轮廓 0.15 自动 2T02 93外圆 车刀 1 精车外轮廓 0.15 自动 3T03 内孔车刀 1 车内孔0.15自动 4T04 刃宽 5mm 1 切断 5T05A3.151 钻 3.15mm 中心 孔 手动 6T0630mm1 钻 30mm 的通孔手动 编制周星星审核张德红批准张德红共 1 页第 1 页 3.3.63.3.6 加工余量的确定加工余量的确定 加工余量的大小对于工件的加工质量和生产率有较大的影响。根据经验估计法来 估算加工余量，一般情况下，为防止因余量过小而产生废品，经验估计的数值总是偏 大。 在粗车外圆后留 0.5mm 的精车余量，车孔后留 0.5mm 的精加工余量。 3.3.73.3.7 切削用量的选择切削用量的选择 切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数，包括切削速度、进给量 和背吃刀量。 （1）背吃刀的选择： 粗车外轮廓时3mm，精车外轮廓时0.15mm；车内孔时的0.2mm。papapa 主轴转速的确定： 粗车外轮廓时，切削速度取 90mm/r； 精车外轮廓时，切削速度为 120mm/r； 再根据公式（3-1） ，计算得： 粗车： d v n c 1000 =100090/3.1450 =57325（r/min）600(r/min) 精车： d v n c 1000 =10001200/3.1430 =1200（r/min） 由于车内孔比车外圆困难，内孔车刀刀杆细而长，刚性差，车削时弹性变形大。 因此主轴转速应比车外圆时稍慢，车内孔时的主轴转速定为 300r/min。 （2）进给速度的确定： 进给速度的确定根据公式（3-2）来计算，首先确定每转进给量，粗车时一般选取 为（0.30.8）mm/r，精车时常取（0.10.3）mm/r。 粗车时： =0.4600=240(mm/min)fv 精车时： =0.21200=240(mm/min)fv 3.3.83.3.8 工艺文件工艺文件 将上面分析的内容填入数控加工工艺过程卡中： 表表 3-63-6 机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡 工序号工序名称工序内容设备 1备料 毛坯为55mm75mm 砂轮机 2数车加工零件内外轮廓数控车床 3钳工去毛刺，矫正死角钳工工具 4钳工精修全面按图纸要求 5检测 测量各部分尺寸、形状 精度检测 3. .4 螺母的工艺分析 3. .4. .1 零件图样分析零件图样分析 图图 3-73-7 螺母螺母 该零件由内螺纹、外圆柱面、内圆柱面、抛物线等组成。其中的一些尺寸有表面 粗糙度要求。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸要求。外圆表面的公差等级为 IT9，内孔的公差等级也为 IT9，表面粗糙度为 3.2。m 零件图样上的尺寸公差值较小，因此编程时不必取平均值，取基本尺寸即可，内 孔加工完成，再加工螺纹。 3.4.23.4.2 毛坯选择毛坯选择 零件的材料为 45 钢。在确定毛坯的形状和尺寸时应注意：要使加工时工件安装稳。 因此毛坯的大小为 50mm60mm。 3.4.33.4.3 确定装夹方案及定位基准确定装夹方案及定位基准 以工件的左端面及 46mm 为安装基准，内孔加工以外圆定位基准，以三爪自动 定心卡盘夹紧，伸出卡盘 31mm。如图所示然后调头装夹左端，加工抛物线轮廓。如 图 3-8 所示 图图 3-83-8 3.4.43.4.4 确定加工工艺路线及加工余量确定加工工艺路线及加工余量 首先车端面，钻 4mm 的中心孔，钻 18mm 的孔，粗精加工外轮廓，车 26mm 的孔，车 20mm 的孔，车内螺纹。 外轮廓在粗加工之后留 0.5mm 的精车余量，螺纹粗加工后留 0.1mm 的精车余量， 粗车内孔后留 1mm 的精车余量。调头装夹左端面，保证总长 53mm，粗加工抛物线轮 廓，留 0.5mm 余量，最后精加工抛物线轮廓。 3.4.53.4.5 刀具的选择刀具的选择 （1）根据加工要求选用=90的偏刀车外圆，车端面，车阶台-T01；r （2）选用 93硬质合金的右偏刀精车外轮廓-T02； （3）选不通孔车刀车内孔-T03； （4）内螺纹切削选用 60内螺纹车刀-T04 （5）切断选用 5mm 的切断刀-T05 （6）选用 4mm 的中心钻钻中心孔-T06 （7）选用 20mm 的高速钢钻头，钻内孔至底孔-T07 将所选刀具的参数填入数控加工刀具卡。 外圆定位基准 内圆定位基准 外圆定位基准 表表 3-73-7 数控加工刀具卡片数控加工刀具卡片 产品名称或代号零件名称螺母零件图号 4 序号刀具号刀具规格数量加工表面备注 1T01外圆车刀1车端面及外圆 2T0293外圆车刀1精车外轮廓 3T03内孔车刀1车内孔自动 4T04内螺纹车刀1车内螺纹自动 5T055mm 宽1切断 6T0641钻中心孔手动 7T07201钻孔手动 编制周星星审核张德红共 1 页第 1 页 3.4.63.4.6 切削用量的确定切削用量的确定 （1）背吃刀量的确定 根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使切削深 度等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。 在粗加工外轮廓时的背吃刀量为 3mm，精加工外轮廓时的背吃刀量 0.25mm，车 内孔时的背吃刀量 1.5mm，粗车螺纹时的背吃刀量 0.2mm，精车螺纹时的背吃刀量为 0.1mm。 （2）主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件直径来选择：根据公式（3-1）可以计算主 轴转速。 在粗加工时，切削深度为 3mm，因此它的切削速度为 90m/min； 精加工时，切削深度为 0.25mm,它的切削速度为 120m/min； 粗加工时： d v n c 1000 =100090/3.1450 =57325（r/min）600(r/min) 精加工时： d v n c 1000 =1000120/3.1433 =1200(r/min) 车螺纹时，根据 80 1200 p n 注：k 为保险系数，一般取 80。 =720r/min80 5 . 1 1200 n 根据机床的不同转速是可以改变的，在学院的车床上一般取 400r/min。 （3）进给速度的确定 根据公式(3-2)可以计算出进给速度。 在粗加工时，切削深度为 3mm，因此它的进给量为 0.4mm/r； 在精加工时，切削深度为 0.25mm，它的进给量为 0.2mm/r； 粗加工时： fnvf =0.4600 =240(mm/min) 精加工时： fnvf =0.21200 =240(mm/min) 在钻中心孔时的切削速度为 500800r/min ，钻孔时的切削速度为 30m/min，进 给量为 0.2mm/r。 3.4.73.4.7 填写工艺文件填写工艺文件 将以上分析的内容填入数控加工工艺过程卡。 表表 3-83-8 机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡 工序号工序名称工序内容设备 1备料 毛坯为55mm60mm 砂轮机 2数车加工零件内外轮廓数控车床 3钳工去毛刺，矫正死角钳工工具 4钳工精修全面按图纸要求 5检测 测量各部分尺寸、形状精 度检测 3.53.5 编写工序卡编写工序卡 (1)轴 表表 3-93-9 数控加工工序卡数控加工工序卡 工序卡片产品名称或代号零件名称材料程序号 宜宾职业 技术学院轴45O0001、O0002 工序号工序名称夹具使用设备车间 三爪自定心卡盘数控机床数控基地 工步号工步内容刀具号 进给速度 (mm/min) 主轴转速 (r/min) 背吃刀量 （mm） 1车端面T012005003 2 粗车右端外轮 廓 T012406003 3 精车右端外轮 廓 T0218012000.25 4切 5mm 的槽T04505003 5 粗车 M221.5 外 T032004003 螺纹 6 精车 M221.5 外 螺纹 T03100 5000.1 7 调头装夹车左 端面保证总长 T01100 5003 8 粗车左端外轮 廓 T011006003 9 精车左端外轮 廓 T025012000.25 编制周星星审核张德红共 1 页第 1 页 (2)锥形轴套 表表 3-103-10 数控加工工序卡数控加工工序卡 工序卡片产品名称或代号零件名称材料程序号宜宾职业 技术学院锥形轴套45O0003 工序号工序名称夹具使用设备车间 三爪自定心卡盘数控机床数控基地 工步号工步内容刀具号进给速度 (mm/min) 主轴转速 (r/min) 背吃刀量 (mm) 1精车右端面T011005000.25 2钻中心孔T05500800 3钻孔，深度 43mm T0630300 4自右向左粗 车内轮廓 T03200 5003 5自右向左精车内 轮廓 T0310010000.5 6粗车外圆T012008001.5 7精车外圆T0210012000.5 8切断T04503003 编制周星星审核张德红共 1 页第 1 页码 （3）锥形外套 表表 3-113-11 数控加工工序卡数控加工工序卡 工序卡片产品名称或代号零件名称材料程序号宜宾职业 技术学院锥形外套45O0004 工序号工序名称夹具使用设备车间 三爪自定心卡盘数控机床数控基地 工步号工步内容刀具号背吃刀量 （mm） 主轴转速 (r/min) 进给速度 (m/min) 1精车左端面T010.251000100 2钻中心孔T05300 3钻孔，深度 43mm T0630030 4粗车外轮廓T011.5 800200 5精车外轮廓T020.51200100 6粗车内轮廓T030.5500200 7精车内轮廓T030.51200100 8切断T0430050 编制周星星审核张德红共 1 页第 1 页 （4）螺母 表表 3-123-12 数控加工工序卡数控加工工序卡 工序卡片产品名称或代号零件名称材料程序号宜宾职业 技术学院螺母45O0005、O0006 工序号工序名称夹具使用设备车间 三爪自定心卡盘数控机床数控基地 工步号工步内容刀具号背吃刀量 （mm） 主轴转速 (r/min) 进给速度 (m/min) 1精车端面T020.251000100 2钻中心孔T06300 3钻孔T07300 4粗车外轮廓T011.5 800200 5精车外轮廓T020.51200100 6自左向右粗车 内轮廓 T033500200 7精车内轮廓T030.51200100 8粗车内螺纹T040.232080 9精车内螺纹T040.132060 10调头车左端面， 保证总长 T053300120 11粗车抛物线T011500200 12精车抛物线T020.51200180 编制周星星审核张德红共 1 页第 1 页 3.63.6 零件装配零件装配 机械装配是产品制造的最后阶段，装配过程中不是将合格零件简单地连接起来， 而是通过一系列工艺措施，才能最终达到产品质量要求。 在装配前用清洗剂清除零件表面的防锈油、灰尘、切屑等污物，防止装配时划伤、 磨损配合表面。 装配时，首先将锥形轴套装到轴上，然后再将锥形外套套在锥形轴套上，最后将 螺母拧紧。锥形外套套上去后，与轴之间会存在 0.20.4mm 的间隙，轴与锥形轴套之 间采用基轴制配合；在装配螺纹件通常采用各种扳手拧紧，拧紧力矩应适当，太大则 可能扭断螺纹件。 3.73.7 量具和切削液的选择量具和切削液的选择 零件的几何参数的测量包括：长度、角度、表面粗糙度及形位公差。 用来测量零件长度的有： （1）钢直尺：用来测量长度的一种最常用的简单量具； （2）游标卡尺：可以用来测量内、外尺寸、孔距、高度和深度； （3）千分尺：这类量具是一种较为精密的量具。可以用来测量外圆直径、长度、 厚度。 测量螺纹的有： （1）用螺纹千分尺测量，在测量杆上安装了适用于不同螺纹牙形和不同螺距的、 成对配套的测量头。 （2）测量内螺纹采用螺纹塞规，塞规用来控制内螺纹小径的极限尺寸。 测量表面粗糙度采用比较法，将零件表面与表面粗糙度样块比较，用目测或手摸 判断被加工表面粗糙度；用比较法评定表面粗糙度虽然不精确，但由于器具简单，使 用方便，迅速。 为了刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条件，使用 切削液可以有效的降低温度还可以防止切削层金属的变形，减少切削与刀具前面的摩 擦和工件与刀具后面的摩擦。 常用的冷却液主要有以下三种，见表 3-13 表表 3-133-13 常用冷却液常用冷却液 冷却液名称主要成份主要作用 水溶液水、防锈添加剂冷却 乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗 切削油 矿物油、动植物油、极压添加剂或油 性 润滑 从工件材料考虑，切削 45 钢时不得使用切削油，考虑到冷却液作用和价格，选择 乳化液可以满足要求。 从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。 综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。它的主要作用：冷却、 润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。 4 重点、难点分析重点、难点分析 本课题的重点和难点在于宏程序的编制，椭圆和抛物线属于非圆二次曲线，宏程 序与普通程序相比较，普通程序的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状， 所以缺乏灵活性和适用性。而在用户宏程序的本体中，可以使用变量进行编程，还可 以用宏指令对这些变量进行赋值、运算等处理。通过使用宏程序能执行一些有规律变 化的动作。 1宏程序编程思想 在用户宏程序中， 由于可以使用变量来代替具体数值， 因而在加工同一类零件时， 如能有一个通用宏程序， 用户只需将实际加工零件的值赋予变量即可，而不需要对每 一个零件都编一个程序，这样可以极大地提高工作效率。 (1) 椭圆宏程序编程思路。 由于椭圆轮廓是根据椭圆方程的对应坐标决定的，因此在手工编程时，需要按照椭圆 方程，找出变量间的关系和循环跳转条件，就可以在起点和终点问找出一系列的点了。 这就是手工编程中宏程序的思路。 （2）解决的方法为： 对于该椭圆，其公式为X2/202+Z2/252=1，现在把X作为变量，即X=#1，那么 Z=SQRT625-625*#1*#1/400，每次步进的距离为#1=#1+0.08，即0.08为X轴方向的变 化量。即程序为: N10 #1=0 X轴变量 #2=SQRT625-625*#1*#1/400 Z轴变量 G90 G01 X#1 Z#2-25 F500 直线插补到点 #1=#1+0.08 X轴每步进给0.08 N20 IF #1 LE 20 G0TO 10 当X小于或等于20时返回N10程序段，继续执行 M05 M30 程序结束 (3)抛物线宏程序编程思路。 抛物线编写的思路与椭圆思路一致，主要区别在于变量赋值等过程，其中在变量赋值 进将#1=0为X轴的变量，#2=0为Z轴的变量，WHILE语句中表达式是以Z轴的起始变量 和抛物线终点坐标进行比较进行加工，WHILE下一句我们写#2=抛物线方程，拟合加工 时也有抛物线在工件不同的三种位置，其思路与椭圆一致。#1=#1+005，每次步进的 距离为005是x轴方向的变化量，将循环语体结束EMDm，结束抛物线的宏程序编写。 2.椭圆和抛物线在编程时注意事项 手工编程加工圆锥曲线时，G代码指令没有加工圆锥曲线的插补指令，所以很难编写 利用用户宏程序编制编程，在装夹允许下，即可以加工任意圆锥曲线。但在编制用户 宏程序时由于参数变量和加工质量达不到图纸要求，所以在编写宏程序时要注意以下 几点： (1)FANUC Series 0i Mate-TC数控车系中使用用户宏程序，内、外径粗车循环G71 中不能编写用户宏程序，只能在封闭切削复合循环G73中进行应用宏程序：也可以利用 子程序编写用户宏程序。 (2)步进的大小与加工出零件的粗糙有关，步进越小加工出来的表面质量越好，但步进 小会让系统工作量增大，影响加工效率，所以在满足图纸的要求下，尽量增大步进。 (3)椭圆圆心、抛物线轴线与工件回转中心不同时，则需要将实际工件原点偏移到理论 原点上，拟合加工时再偏回实际坐标原点，这样有利于手工编程。 (4)加工不同的椭圆和抛物线，只需将变量值和条件更改，即要加工不同的椭圆和抛物 线。 (5)加工在某一角度范围内的椭圆或双曲线，我们只是把变量赋值成起始角度和终止角 度，条件的比较只是比较是不是到达终止角度，x和z的变量用参数方程编制，即角函 数。之后用G01拟合加工。 (6)当我们编写完宏程序时，我们可以对程序进行验算，即把参数起始变量的数值和终 始数值代入循环语句体中，检验是不是图纸上的起始点与终止点(Z向)。 (7)WHILE语句中Dom和ENDm是成对出现，在编写过程中它们不可以交叉出现。 5 5 零件程序编制零件程序编制 (1)轴的加工程序清单 右端加工程序: 程序名：O0001 程序段号程序内容程序段解释 N10G54 G00 X100 Z100 G98；建立工件坐标系 N20T0101；换 1 号刀选择 1 号刀补 N30M03 S600；主轴正转，转速为 500r/min N40X50 Z10；定位，粗车外轮廓 N50G73 U28 W10 R14 定位，粗车外轮廓 N60G73 P70 Q140 U0.5 W0.1 F240 N70GOO X20 N80G01 Z0 N90X22 Z-1 N100Z-21 N110X24 N120Z-64 N130X46 N140Z-80 粗车循环 N150G00 X100 Z100快速退刀 N160T0202换 2 号精车刀，选择 2 号刀补 N170M03 S1200主轴正转，转速为 1200r/min N180G00 X30 Z10快速移动到 X30 Z10 N190G70 P70 Q140精车循环 N200G00 X100 Z100快速退刀 N210T0404；换 4 号切槽刀，选择 4 号刀补 N220M03 S320；主轴正转，转速为 320r/min N230G00 X25 Z-21；定位，切槽 N240G01 X18 Z-21 F150；切 4mm 的槽 N250G00 X30；快速移到 X30 N260G00 X100 Z100；快速移到 X100 Z100 N270T0303；换 3 号螺纹车刀，选择 3 号刀补 N280M03 S320；主轴正转，转速为 320r/min N290G00 X25 Z2；定位，螺纹循环点 N300G92 X21.2 Z-18 F1.5； N310X20.4； N320X20.3； N330X20.2； 螺纹循环 N340G00 X100 Z100；快速退刀 N350M05；主轴停止 N360M30；程序结束并返回到程序头 左端加工程序： 程序名：O0002 程序段号程序内容程序段解释 N10G54 G00 X100 Z100 G98；建立工件坐标系 N20M03 S600 T0101； 主轴正转，转速为 500r/min 换 1 号刀选 择 1 号刀补 N30G00 X50 Z10；定位，粗车外轮廓 N40G73 U50 W0 R25；定位，粗车外轮廓 N50G73 P60 Q160 U0.5 W0.1 F150； N60G00 X0； N70G01 Z0； N80G01 X50 Z10； N90#1=0； N100#2=SQRT625-625*#1*#1/400； 粗加工循环 N110G90 G01 X#1 Z#2-25 F500； N120#1=#1+0.08 ； N130IF #1 LE 20 G0TO 90； N140G01 X40 Z-35； N150X42； N160Z-45； 粗加工循环 N170G00 X100 Z100；快速退刀 N180T0202；换 2 号刀 2 号刀补 N190M03 S1200 ；主轴转速 1200r/min N200G70 P60 Q160；精加工轮廓 N240G00 X100 Z100；快速退刀 N250M05；主轴停止 N260M30；程序结束并返回到程序头 (2)锥形轴套的加工程序清单 程序名:O0003 程序段号程序内容程序解释 N10G54 G00 X100 Z100 G98；建立工件坐标系 N20M03 S600 T0101；转速为 500r/min,1 号刀 1 号刀补 N30G00 X55 Z5；定位，精车端面 N40G01 X0 F100；精车端面 N50G00 X35；退刀 N60G00 X100 Z100；快速移到 X100 Z100 N70T0404；换 4 号内孔车刀 N80G00 X22 Z5；定位，粗车内孔 N90G01 X23 Z-43 F150；粗车 24 内孔，留 1mm 的精车余量 N100G00 Z5；退刀 N110S1200；主轴转速为 1200r/min N120G01 X24 Z-43 F100；精车 24 内孔 N130G00 Z5；退刀 N140G00 X100 Z100；快速移动到 X100 Z100 N150T0101；换 1 号刀 N160G00 X55 Z5；定位，粗车外轮廓 N170G71 U1 R1； N180G71 P190 Q220 U0.5 W0.1 F300； N190G00 X0； N200G01 Z0； N210X32 Z-23； N220X36 Z-43； 粗车循环 N230G00 X100 Z100；快速退刀 N240T0606；换 6 号精车刀 N250M03 S1200；主轴正转，转速为 1200r/min N260G00 X40 Z5；快速移动 X40 Z5 N270G70 P190 Q220；精车循环 N280G00 X100 Z100；退刀 N290M05 M30；主轴停止，程序结束并返回到程序 头 (3)锥形外套的加工程序清单 程序名:O0004 程序段名程序内容程序解释 N10G54 G00 X100 Z10 G98；建立工件坐标系 N20T01011 号刀 1 号刀补 N30M03 S600；主轴正转，转速为 500r/min N40G00 X55 Z5；定位，粗车循环 N50G71 U2 R1； N60G71 P60 Q120 U1 W1 F150； 粗车循环 N70G00 X46； N80G01 Z-5.38； 粗车循环 N90G02 X46 Z-16.13 R6粗车 R6 圆弧 N100G01 X46 Z-26.88粗车循环 N110G02 X46 Z-37.63 R6粗车 R6 圆弧 N120X46 Z-43；粗车循环 N130G00 X100 Z100； 快速移到 X100 Z100 N140M03 S1200 T0202；换 2 号外圆精车刀 N150G00 X50 Z5；定位，精车循环 N160G70 P60 Q120；精车外轮廓循环 N170G00 X100 Z100；快速移到 X100 Z100 N180T0505；换 5 号内孔车刀 N190G00 X30 Z5；定位，粗车内孔 N200G01 X31 Z-43 F