盘套类零件数控车削加工工艺设计.doc

毕 业 设 计课 题 盘套类零件数控车削加工工艺设计 学生姓名 贺 学 号 系 别 机械工程系 专业班级 机械设计制造及其自动化 指导教师 余 二 0 一 二 年 五 月盘套类零件数控车削加工工艺设计摘 要随着科技和经济的高速发展，我国的制造业及其相关行业已越来越普遍地研制和使用数控机床，因为数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高自动化的特点，能够生产出高质量、多品种及高可靠性的机械产品。由于数控技术有提高产品的生产效率和提高产品的质量和档次并且能缩短生产周期的能力，使得数控技术对一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。本设计根据数控机床的特点，针对具体的盘套类零件，进行了加工工艺的设计，包括工装方案的确定、刀具和切削用量的选择、加工路线的确定以及数控加工程序的编制等。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控机床在保证加工精度、加工效率、简化工序等方面的优势。通过本次设计中轴套零件的数控车削加工，也为一些盘套类零件的数控车削加工提供了一个很好的借鉴。关键词：数控技术；盘套类零件；工艺设计Disk sets of parts CNC machining process designAbstractAlong with the science and technology and the high speed development of economy, Chinas manufacturing industry and the related industries to more and more general already developing and using numerical control machine tool, for nc machine tool comprehensive application of computer, automatic control, servo drive, precision testing and the new type of mechanical structure of technical achievements, has the high flexibility, high precision and high automation features, can produce the high quality, many variety and high reliability of the mechanical products. Because of the numerical control technology has improve the production efficiency and improve the quality and grade of the products and can shorten the production cycle of ability, make numerical control technology for some important industry (IT, automobile, light industrial, medical and so on) development plays a more and more important role.This design according to the characteristics of the numerical control machine, the specific dish set of parts, the processing technology design, including tooling scheme determination, cutting tool and selection of cutting parameter, and the determination of processing route and for CNC programming, etc.Through the whole process of the formulation of process, fully embodies the numerical control machine tool in the guarantee machining precision, processing efficiency, simplified procedure of advantages. Through this design collar components of the numerical control turning processing, and for some dish set of parts of the numerical control turning processing provides a very good reference.Key words：Numerical control technology; Disk sets of parts; Process design目 录摘要Abstract第一章 概述11.1 数控加工在机械制造领域中的地位和作用11.2 数控加工的特点11.3 数控加工的发展21.3.1 数控机床的发展与分类21.3.2 自动编程系统的发展21.3.3 自动化生产系统的发展3第二章 数控车削加工工艺62.1 数控车床的加工特点和主要加工对象62.1.1 数控车床的加工特点62.1.2 数控车床的主要加工对象62.2 数控车削加工工艺的制定72.3 数控车床的加工程序编制9第三章 盘套类零件的结构特点及其工艺性103.1 盘套类零件的结构特点103.1.1 盘类零件的结构特点103.1.2 套类零件的结构特点103.2 盘套类零件制造工艺特点113.2.1 盘类零件113.2.2 套类零件113.3 盘套类零件加工中的主要工艺问题123.3.1 保证相互位置精度123.3.2 防止变形13第四章 典型盘套类零件的工艺设计及编程154.1 零件图的分析154.2 制定加工工艺154.2.1 确定装夹方案154.2.2 夹具及量具的选择164.2.3 确定加工工序及进给路线164.2.4 刀具的选择174.2.5 切削用量的选择174.2.6 切削液的选择184.2.7 填写工艺文件184.3加工程序的编制18参考文献21致谢22插图清单图3-1 各类常见盘类零件10图3-2 各类常见套类零件10图3-3 轴向夹紧工件13图4-1 轴套15图4-2 镗孔走刀路线16图4-3 镗锥孔走刀路线17第一章 概述1.1 数控加工在机械制造领域中的地位和作用随着科学技术的高速发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化，因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。一些需要大批生产的机械产品，例如汽车与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺设备、专用的自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。但是应用这些专用生产设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，因而使产品的开发周期增长。在机械产品中，单件与小批量产品占到80%左右，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作出相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证加工质量，特别是一些有曲面轮廓的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率都受到很大的限制。由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量、特别是复杂零件的加工。应用数控加工技术是机械制造领域的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。目前应用数控加工技术的领域已从当初的航天工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已经取得了巨大的经济效益。1.2 数控加工的特点数控机床工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工与常规加工相比具有以下的特点：1.自动化程度高在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都由机床自动完成。在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都由机床自动完成，这样减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。2.加工精度高而且加工质量稳定数控加工的尺寸精度通常在0.005-0.1mm之间，而且不受零件形状复杂程度的影响，加工中消除了操作者的认为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定。3.对加工对象的适应性强数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。当加工对象改变时，除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外，只要重新编写并输入该零件的加工程序，便可自动加工出新的零件，不必对机床作任何复杂的调整，这样缩短了生产准备周期，给新产品的研制开发以及产品的改进、改型提供了捷径。4.生产效率高数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时间短。目前，数控车床的主轴转速已达到5000-7000r/min，数控高速磨削的砂轮线速度达到100-200m/s，加工中心的主轴转速已达到20000-50000r/min，各轴的快速移动速度达到18-24m/min。5.易于建立计算机通信网络由于数控机床是使用数字信息，易于与计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统联接，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。当然，数控加工在某些方面也有不足之处，这就是数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺和编程要求较高，加工中难以调整，维修困难。为了提高数控机床的利用率，取得良好的经济效益，需要切实解决好加工工艺与程序编制、刀具的供应、编程与操作人员的培训等问题。1.3 数控加工的发展1.3.1 数控机床的发展历程与分类1.数控机床的发展历程自1952年第一台数控铣床在美国诞生以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制技术和精密测量技术的发展，数控机床得到了迅速的发展和更新换代。数控机床的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机（1974年）等五代数控系统。前三代系统采用专用电子线路实现的硬件式数控系统，一般称为普通数控系统，简称NC。第四代和第五代系统是采用微处理器及大规模或超大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称CNC（第四代）和MNC（第五代）。由于现代数控系统的控制功能大部分是由软件技术来实现，因而使硬件进一步得到了简化，系统可靠性提高，功能更加灵活和完善。目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。随着数控系统的不断更新换代，数控机床的品种也得以不断地发展，产量也不断地提高。目前，世界数控机床的品种已超过1500种，几乎所有品种的机床都实现了数控化。数控机床的年产量近15万台，产值超过200亿美元，数控机床总拥有量达到100万台以上。我国数控机床的研制始于1958年，由清华大学研制了最早的样机。1966年我国诞生了第一台用直线-圆弧插补的晶体管数控系统。1970年初研制成功集成电路数控系统。1980年以来，通过研究和引进技术，我国数控机床发展很快，现已掌握了5-6轴联动、螺距误差补偿、图形显示和高精度伺服系统等多项关键技术。目前已有几十个单位在从事不同层次的数控机床的生产与开发，形成了具有小批量生产能力的生产基地。数控机床的品种已超过500种，其中金属切削机床品种数控化率已达20%。2.数控机床的分类1）按加工工艺方法分类（1）金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。（2）特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。（3）板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。2）按控制运动轨迹分类（1）点位控制数控机床位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。（2）直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。（3）轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。3）按驱动装置的特点分类（1）开环控制数控机床这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。（2）闭环控制数控车床接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。（3）半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。（4）混合控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。1.3.2 自动编程系统的发展在上世纪50年代后期，美国首先研制成功了APT系统。由于它具有语言直观易懂、加工精度高等优点，很快就成为广泛使用的自动编程系统。到了上世纪60年代和70年代，又先后发展了APT和APT系统，主要用于轮廓零件的编程，也可以用于点位加工和多坐标数控机床程序的编制。APT语言系统很庞大，需要大型通用计算机，不适用于中小用户。为此，还发展了一些比较灵活、针对性强的可用小型计算机的自动编程系统，如用于两坐标轮廓零件编程的ADAPT系统等。在西欧和日本，也在引进美国技术的基础上发展了各自的自动编程系统，如德国的EXAPT系统、法国的IFAPT系统、英国的2CL系统以及日本的FAPT和HAPT系统等。我国的自动编程系统发展较晚，但进步很快，目前主要有用于航空零件加工的SKC系统以及ZCK、ZBC和用于线切割加工的SKG等系统。1.3.3 自动化生产系统的发展随着CNC技术、信息技术、网络技术以及系统工程学的发展，为单机数控化向计算机控制的多机制造系统自动化发展创造了必要的条件，在上世纪60年代末期出现了由一台计算机直接管理和控制一群数控机床的计算机群控系统，即直接数控系统DNC，1967年出现了由多台数控机床联接成可调加工系统，这就是最初的柔性制造系统FMS。上世纪80年代初又出现了以1-3台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸的可交换工作台及监控检测装置的柔性制造单元FMC。近10多年来FMC、FMS发展迅速，在1989年第八届欧洲国际机床展览会上，展出的FMS超过200条。目前，已经出现了包括生产决策、产品设计及制造和管理等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS，以实现工厂自动化。自动化生产系统的发展，使加工技术跨入了一个新的里程，建立了一种全新是生产模式。我国已开始在这方面进行了探索与研制，并取得了可喜的成果，已有一些FMS和CIMS成功地用于生产。第二章 数控车削加工工艺数控车床是数控机床中应用最为广泛的一种机床。数控车床在结构及其加工工艺上都与普通的车床类似，但由于数控车床是通过电子计算机数字化信号控制的机床，其加工是通过事先编制好的加工程序来控制，所以在工艺特点上又与普通车床有所不同。本章将介绍数控车削相关知识。2.1 数控车床的加工特点和主要加工对象2.1.1 数控车床的加工特点数控车床由于本身的特点，使其在生产加工的过程中有着与普通车床不同的加工特点，具体表现为以下几点：1.适应性强，适用多品种小批量零件的加工 在一般的自动或者半自动车床上要加工一个新零件，一般需要调整机床或机床附件，以便于机床适应被加工零件的要求，而使用数控机床加工不同形状的零件时，只要重新编制或修改加工程序就可以迅速达到加工新零件的要求，大大缩短了更换机床硬件的技术准备时间，因而数控机床适用多品种、小批量零件的加工。2.加工精度高，加工质量稳定 由于数控机床是集机、电等高科技技术为一体，加工精度普遍高于普通机床。数控机床的加工过程是由计算机根据预先输入的程序进行控制的，这就避免了因操作人员技术水平的差异而引起产品质量的不同。对于一些具有复杂形状的工件，普通机床几乎是不可能完成的，而数控机床只是编制较复杂的程序就可以达到目的，必要时还可以用计算机辅助编程或者计算机辅助加工。另外数控机床的加工过程不收体力、情绪、环境变化的影响，能保证加工工件的一致性，具有稳定的质量。3.具有较高的生产效率和较低的加工成本 机床的生产效率主要是指加工一个零件所需要的时间，其中包括机动时间和辅助时间。数控机床的主轴转速和进给速度变化范围很大，并可实现无极调速，加工时可选用最佳的切削速度和进给速度，可实现恒转速和恒切速，以使切削参数最优化，从而有效的缩短机动时间。数控车床的自动换刀、快熟空行程、循环加工功能及装夹简单等特点，可大大缩短辅助时间。数控机床的生产效率一般为普通机床的2至6倍。应用数控机床，可降低加工成本，同时减少普通机床的类型和台数，有效节省设备投资，有利于公司更好的发展再生产。4.改善劳动条件，减轻操作者的劳动强度 数控机床的加工，除了装卸零件、操作键盘、观察机床运行外，其他机床动作都是按加工程序要求自动、连续地进行切削加工，操作者不需进行繁重的重复手工操作。所以普通机床需要人工全过程进行手工操作，包括工件装夹、切削进给等，而数控车床加工时不需要人工手动操作，使操作过程简化，生产环境比较舒畅整洁，既改善了劳动条件，又减轻了操作者的劳动强度。2.1.2 数控车床的主要加工对象 由于数控机床具有加工精度高、能直线和圆弧插补以及在加工过程中能自动变速的特点，因此，其工艺范围较普通机床的多，凡是能在普通机床上装夹的零件都能在数控机床上加工，针对数控车床的特点，下面几种零件最适合数控车削加工。1.精度要求高的零件 零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面粗糙度等精度的要求，其中的表面精度主要是指表面粗糙度。由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，并能方便、精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工尺寸精度要求较高的零件，有些场合能达到以车代磨的效果。另外，由于数控车床的运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现，所以它能加工直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。由于数控车床一次能装夹能完成加工的内容较多，所以它能有效的提高零件的位置精度，并且加工质量稳定。数控车床具有恒线速度切削功能，所以它不仅能加工出表面粗糙度值小而均匀的零件，而且还适合车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。一般数控车床的加工精度可达0.001mm，表面粗糙度Ra可达0.16um（精密数控车床可达0.02um）。2.表面粗糙度要求高的零件 数控车床能加工出表面粗糙度很小的零件。在材质、精车余量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给量和切削速度。在普通车床上车锥面和端面时，由于转速恒定不变，致使车削后的表面粗糙度不一致，致使某一直径处的粗糙值最小。使用数控车床的恒线速切削功能，就可选用最佳线速度来切削锥面和端面，使车削后的表面粗糙度值既小又一致。数控车削还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度值要求大的部位选用大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。3.表面形状复杂的零件由于数控机床具有直线和圆弧插补功能（部分数控车床还有某些非圆弧曲线插补功能），所以可以车削由任意直线和曲线组成的形状复杂的零件，包括通过拟合计算处理后的、不能用方程式描述的列表曲线。对于由直线和圆弧组成的轮廓，直接利用机床的直线和圆弧插补功能，对于非圆弧组成的轮廓应先用直线或圆弧去逼近，然后利用直线或圆弧插补功能进行插补切削。4.带一些特殊类型螺纹的零件 普通车床所能车削的螺纹相当有限，它只是车削等导程的直锥面米制、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干中导程。数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面和端面螺纹，而且能车削增导程、减导程以及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹。数控车床可以配备精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀片，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度很高、表面粗糙度很小。2.2 数控车削加工工艺的制定工艺分析是数控车削编程前期的一项重要准备工作。工艺制定得合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度等都有十分重要的影响。因此，编制加工程序前，应结合数控车床的特点，遵循一般的工艺规则，认真而详细的制定好零件的数控车削加工工艺。其主要的内容有：确定工序和工件在数控车床上的装夹方式、确定刀具走刀路线，以及刀具、夹具和切削用量的选择等等。1.分析零件图 在制定车削工艺之前，必须首先对被加工零件的图样进行分析，分析零件图的结果将直接影响到加工程序的编制及加工效果，它主要包括以下内容：1）构成零件轮廓的几何要素 由于设计等各种原因，在图纸上可能出现加工轮廓的数据不充分、尺寸模糊不清及尺寸封闭等缺陷，从而增加了编程的难度，有时甚至无法编写程序，例如在某些图纸中，圆弧与斜线的关系要求为相切，但经过计算后的结果却为相交割关系，而非相切，这样由于图样上的图线位置模糊或尺寸标注不清，使编程工作无从下手，如果出现这种缺陷时，应向图样的设计人员或技术管理人员及时反映，解决后方可进行程序的编制工作。2）尺寸公差要求 在确定控制零件尺寸精度的加工工艺时，必须分析零件图样上的公差要求，从而正确选择刀具及确定切削用量等。 在尺寸公差要求的分析过程中，还可以同时进行一些编程尺寸的简单换算，如中值尺寸及尺寸链的解算等。在数控编程时，常常对零件要求的尺寸取其最大和最小的极限尺寸的平均值（中值）作为编程的尺寸依据。3）形状和位置公差要求 图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要要求。在工艺准备过程中，除了按其要求确定零件的定位基准和检测基准，并满足其设计基准的规定外，还可以根据机床的特殊要求进行一些技术性处理，以便有效地控制其形状和位置误差。4）表面粗糙度要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择机床、刀具及确定切削用量的重要依据。5）材料要求零件的毛坯材料及热处理要求，是选择刀具（材料、几何参数及使用寿命）及确定加工工序、切削用量和选择机床的重要依据。6）加工数量零件的加工数量对工件的装夹与定位、刀具的选择、工序的安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。2.制定工艺方案1）确定工序与装夹方式(1)工序的划分 一般数控车床都可装412把刀，有些甚至20把刀，所以无论轮廓怎么复杂，也无论毛坯是棒料还是铸、锻件，一般都能用两道工序完成车削加工。在数控车床上加工零件应按工序集中的原则划分工序，在批量生产中，常按照粗、精加工划分和所用刀具划分。(2)工件的装夹在数控车床上零件的安装方式与普通车床相似，在确定装夹方式时，力求在一次装夹中尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。工件的装夹应根据零件图样的技术要求和数控车削的特点来选定。根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面或内孔端面装夹工件，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。2）进给路线的确定 刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为进给路线，即刀具从对刀点开始运动起，直至加工结束所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等切削空行程。 在数控车削加工中，因精加工的进给路线基本上都是沿零件轮廓的顺序进行，因此确定进给路线的工作重点主要在于确定粗加工及空行程的进给路线。加工路线的确定必须在保证被加工零件的尺寸精度和表面质量的前提下，按最短进给路线的原则确定，以减少加工过程的执行时间，提高工作效率。在此基础上，还应考虑数值计算的简便，以方便程序的编制。常用的数控车削加工零件的加工路线有轮廓粗车进给路线、空行程进给路线、轮廓精车进给路线等。3）切削用量的选择切削用量选择是否合理，对于能否充分发挥数控车床的潜力与刀具的切削性能，实现优质、高产、降低成本和安全操作具有很重要的作用。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。4）刀具的选择 在数控加工过程中，刀具选择是否合理，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响工件的加工质量。与普通车削相比，数控车削对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要采用新型优质材料制成的刀具，并优选刀具参数。选择数控车削刀具通常要考虑数控车床的加工能力、工序内容及工件材料等因素。根据与刀体的连接方式不同，常用的数控车刀有焊接式车刀和机械夹固式可转位车刀（机夹刀）两大类。2.3 数控车床的加工程序编制数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转类零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面 、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以及铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。1.数控程序编制的基本流程：1）分析零件图样和制定工艺方案。2）数学处理。3）编写零件加工程序。4）程序检验。2.数控程序编制的方法：1）手工编程。2）计算机自动编程。第三章 盘套类零件的结构特点及其工艺性3.1 盘套类零件的结构特点3.1.1 盘类零件的结构特点盘类零件在机器中一般用于传递动力、改变速度、转换方向或起支承、轴向定位或密封等作用。一般盘类零件主要由端面、外圆、内孔等组成，一般零件直径大于零件的轴向尺寸，如齿轮、带轮、法兰盘、端盖、模具、联轴节、套环、轴承环、螺母、垫圈等。一般盘类零件上常有轴孔；常设计有凸缘、凸台或凹坑等结构；还常有较多的螺孔、光孔、沉孔、销孔或键槽等结构；有些还具有轮辐、辐板、肋板以及用于防漏的油沟和毡圈槽等密封结构。各类常见盘类零件见图3-1(a）(b）所示：（a） （b）图3-1 各类常见盘类零件（a）法兰盘（b）支承盖图3-2各类常见套类零件（a）（b）滑动轴承 （c）钻套 （d）轴承衬套 （e）气缸套 （f）液压缸3.1.2 套类零件的结构特点套类零件是一种应用范围很广的常见机械零件。在机器中主要起支承和导向作用，例如，支承回转轴的各种形式的滑动轴承、钻套、液压系统中的液压缸以及内燃机上的气缸套等，如图3-2所示。套类零件由于功用不同，其结构和尺寸有较大差别，但也有共同之处：零件结构不太复杂，主要由有较高同轴要求的内外圆表面组成，零件的壁厚较小，易产生变形，轴向尺寸一般大于外圆直径，长径比大于5的深孔比较多。3.2 盘套类零件制造工艺特点3.2.1 盘类零件1.毛坯选择盘类零件常采用钢、铸铁、青铜或黄铜制成。孔径小的盘一般选择热轧或冷拔棒料，根据不同材料，亦可选择实心铸件，孔径较大时，可作预孔。若生产批量较大，可选择冷挤压等先进毛坯制造工艺，既提高生产率，又节约材料。2.基准选择根据零件不同的作用，零件的主要基准会有所不同。一是以端面为主（如支承块）其零件加工中的主要定位基准为平面；二是以内孔为主，由于盘的轴向尺寸小，往往在以孔为定位基准（径向）的同时，辅以端面的配合；三是以外圆为主（较少），与内孔定位同样的原因，往往也需要有端面的辅助配合。3.安装方案1）用三爪卡盘安装用三爪卡盘装夹外圆时，为定位稳定可靠，常采用反爪装夹（共限制工件除绕轴转动外的五个自由度）；装夹内孔时，以卡盘的离心力作用完成工件的定位、夹紧（亦限制了工件除绕轴转动外的五个自由度）。2）用专用夹具安装以外圆作径向定位基准时，可以定位环作定位件；以内孔作径向定位基准时，可用定位销（轴）作定位件。根据零件构形特征及加工部位、要求，选择径向夹紧或端面夹紧。3）用虎钳安装生产批量小或单件生产时，根据加工部位、要求的不同，亦可采用虎钳装夹（如支承块上侧面、十字槽加工）。4.表面加工零件上回转面的粗、半精加工仍以车为主，精加工则根据零件材料、加工要求、生产批量大小等因素选择磨削、精车、拉削或其它。零件上非回转面加工，则根据表面形状选择恰当的加工方法，一般安排于零件的半精加工阶段。5.典型工艺路线与轴相比，盘的工艺的不同主要在于安装方式的体现，当然，随零件组成表面的变化，牵涉的加工方法亦会有所不同。因此，该“典型”主要在于理解基础上的灵活运用，而不能生搬硬套。一般盘类零件的加工工艺路线为：下料（或备坯）去应力处理粗车半精车平磨端面（亦可按零件情况不作安排）非回转面加工去毛刺中检最终热处理精加工主要表面（磨或精车）终检。3.2.2 套类零件1.毛坯选择套类零件的毛坯主要根据零件材料、形状结构、尺寸大小及生产批量等因素来选。孔径较小时，可选棒料，也可采用实心铸件；孔径较大时，可选用带预孔的铸件或锻件，壁厚较小且较均匀时，还可选用管料。当生产批量较大时，还可采用冷挤压和粉末冶金等先进毛坯制造工艺，可在提高毛坯精度提高的基础上提高生产率，节约材料。2.套类零件的基准与安装套类零件的主要定位基准毫无疑问应为内外圆中心。外圆表面与内孔中心有较高同轴度要求，加工中常互为基准反复加工保证图纸要求。零件以外圆定位时，可直接采用三爪卡盘安装；当壁厚较小时，直接采用三爪卡盘装夹会引起工件变形，可通过径向夹紧、软爪安装、采用刚性开口环夹紧或适当增大卡爪面积等方面解决；当外圆轴向尺寸较小时，可与已加工过的端面组合定位，如采用反爪安装，工件较长时，可采用“一夹一托”法安装。零件以内孔定位时，可采用心轴安装（圆柱心轴、可胀式心轴）；当零件的内、外圆同轴度要求较高时，可采用小锥度心轴和液塑心轴安装。当工件较长时，可在两端孔口各加工出一小段60度锥面，用两个圆锥对顶定位。当零件的尺寸较小时，尽量在一次安装下加工出较多表面，既减小装夹次数及装夹误差，并容易获得较高的位置精度。零件也可根据工件具体的结构形状及加工要求设计专用夹具安装。3.主要表面的加工套类零件的主要表面为内孔。内孔加工方法很多。孔的精度、光度要求不高时，可采用扩孔、车孔、镗孔等；精度要求较高时，尺寸较小的可采用铰孔；尺寸较大时，可采用磨孔、珩孔、滚压孔；生产批量较大时，可采用拉孔（无台阶阻挡）；有较高表面贴合要求时，采用研磨孔；加工有色金属等软材料时，采用精镗（金刚镗）。4.典型工艺路线一般套类零件的加工工艺路线为：下料去应力处理基准面加工孔粗加工外圆等粗加工组织处理孔半精加工外圆等半精加工其它非回转面加工去毛刺中检零件最终热处理孔精加工外圆等精加工清洗终检。3.3 盘套类零件加工中的主要工艺问题一般盘套类零件在机械加工中的主要工艺问题是保证内外圆的相互位置精度（即保证内、外圆表面的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求）和防止变形。3.3.1 保证相互位置精度要保证内外圆表面间的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求，通常可采用下列三种工艺方案：1.在一次安装中加工内外圆表面与端面。这种工艺方案由于消除了安装误差对加工精度的影响，因而能保证较高的相互位置精度。在这种情况下，影响零件内外圆表面间的同轴度和孔轴线与端面的垂直度的主要因素是机床精度。该工艺方案一般用于零件结构允许在一次安装中，加工出全部有位置精度要求的表面的场合。为了便于装夹工件，其毛坯往往采用多件组合的棒料，一般安排在自动车床或转塔车床等工序较集中的机床上加工。2.全部加工分在几次安装中进行，先加工孔，然后以孔为定位基准加工外圆表面。用这种方法加工套筒，由于孔精加工常采用拉孔、滚压孔等工艺方案，生产效率较高，同时可以解决镗孔和磨孔时因镗杆、砂轮杆刚性差而引起的加工误差。当以孔为基准加工套筒的外圆时，常用刚度较好的小锥度心轴安装工件。小锥度心轴结构简单，易于制造，心轴用两顶尖安装，其安装误差很小，因此可获得较高的位置精度。3.全部加工分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以外圆表面为定位基准加工内孔。这种工艺方案，如用一般三爪自定心卡盘夹紧工件，则因卡盘的偏心误差较大会降低工件的同轴度。故需采用定心精度较高的夹具，以保证工件获得较高的同轴度。较长的套筒一般多采用这种加工方案。3.3.2 防止变形盘套类零件一般在加工过程中，往往由于夹紧力、切削力和切削热的影响而引起变形，致使加工精度降低。需要热处理的盘套类零件，如果热处理工序安排不当，也会造成不可校正的变形。防止盘套类零件的变形，可以采取以下措施：1.减小夹紧力对变形的影响1）夹紧力不宜集中于工件的某一部分，应使其分布在较大的面积上，以使工件单位面积上所受的压力较小，从而减少其变形。例如工件外圆用卡盘夹紧时，可以采用软卡爪，用来增加卡爪的宽度和长度，同时软卡爪应采取自镗的工艺措施，以减少安装误差，提高加工精度。2）采用轴向夹紧工件的夹具。如图3-3所示，由于工件靠螺母端面沿轴向夹紧，故其夹紧力产生的径向变形极小。3）在工件上做出加强刚性的辅助凸边，加工时采用特殊结构的卡爪夹紧。当加工结束时，将凸边切去。2.减少切削力对变形的影响，常用的方法有下列几种：1）减小径向力，通常可借助增大刀具的主偏角来达到。2）内外表面同时加工，使径向切削力相互抵消。图3-3 轴向夹紧工件3）粗、精加工分开进行，使粗加工时产生的变形能在精加工中能得到纠正。3.减少热变形引起的误差工件在加工过程中受切削热后要膨胀变形，从而影响工件的加工精度。为了减少热变形对加工精度的影响，应在粗、精加工之间留有充分冷却的时间，并在加工时注入足够的切削液。热处理对套筒变形的影响也很大，除了改进热处理方法外，在安排热处理工序时，应安排在精加工之前进行，以使热处理产生的变形在以后的工序中得到纠正。第四章 典型盘套类零件的工艺设计及编程4.1 零件图的分析该零件为轴套类零件，零件由外圆柱面、圆弧、内螺纹及内圆锥面等所组成，轴套类零件较复杂，但都适合车削加工。另外，该零件的尺寸标注完整，轮廓描述清楚，且尺寸标注都有利于定位基准和编程原点的统一，符合数控加工尺寸标注的要求。零件材料为45号钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。零件如图4-1所示：图4-1 轴套套类零件是机械加工中常见的一类加工零件，套类零件的要求除了尺寸、形状精度外，内孔一般作为配合和装配基准，孔的直径尺寸公差等级一般为IT7，精密轴套可取IT6，孔的形状精度应控制在孔径公差以内。对于长度较长的轴套零件，除了圆度要求以外，还应注意内孔面的圆柱度，端面内孔轴线的圆跳动和垂直度，以及两端面的平行度等项要求。4.2 制定加工工艺4.2.1 确定装夹方案 套类零件的内外圆、端面与基准轴线都有一定的形位精度要求，套类零件精基准可以选择外圆，但常以中心线及一个端面为精加工基准。根据套类零件的结构特点，数控车加工中可采用三爪卡盘、四爪卡盘或花盘装夹，由于三爪卡盘一般会造成定心误差，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。对于能一次加工完成内外圆端面、倒角、切断的套类零件，可采用三爪卡盘装夹；较大零件经常采用四爪卡盘或花盘装夹；对于精加工零件一般可采用软卡爪装夹，也可以采用心轴上装夹；对于较复杂的套类零件有时也采用专用夹具来装夹。4.2.2 夹具及量具的选择1.夹具的选择在零件工艺分析中，已确定零件机床加工部分和加工时用的定位基准只需适合的夹具即可，这里可以选用的三爪自定心卡盘，软爪，圆锥心轴，顶尖等。2.量具的选择量具的选择应考虑与被测工件的外形，位置，被测尺寸的大小，尺寸公差相适应，每份量具一把（或一套）其选择如下：游标卡尺（0200mm）：测量具轮廓的基本尺寸。外径千分尺（025mm，2550mm）：测量轴套的基本尺寸。内径千分尺（025mm，2550mm）：测量孔的直径。内径百分尺（025mm，2550mm）：测量各内孔尺寸。圆弧样板（R10，R50，R5mm）：测量圆弧半径。4.2.3 确定加工工序及进给路线确定加工工序按先粗后精、由内到外的原则确定，并在一次装夹中应尽可能的加工较多的工件表面。根据本工件的结构特征，可以按下列步骤进行。1.先采用手动方式平左端面。用三爪自定心卡盘固定工件右端对工件左部分进行端面和孔等加工。2.钻中心孔为后绪工作钻孔做准备，以提高钻头的对中性。3.钻通孔，粗精镗内孔30mm并倒角C1.5，走刀路线如图4-2所示：图4-2 镗孔走刀路线4.粗精车外螺纹M301.5mm。5.调头校正加紧，手动平右端面，保证轴向尺寸50mm。6.粗精镗36mm，1：10内锥孔并倒