数控专业毕业设计教材

1、毕业设计是高等职业教育教学计划的重要组成部分，是加强理论 与实际相结合的实践性教学环节，是各专业的必修课程，在学生完成 所有专业课程学习、结合毕业实习进行。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，

2、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。 本设计以熟练掌握数控车床，铣车加工为主要目的，在认真分析 零 件工 艺的基础上，综合运用 公 差、机 械制造技术、数控

3、加 工 与 编程 、数控加工工艺等 专业 知识 ，结 合数控加工实 际操作， 按 照机械加工工艺规程的内容，制定出的轴类零件数控加工工艺说明书 及数控加工程序。 本设计说明书包括零件的工艺分析、零件的加工程序、零件加工 过程、加工注意事项、成品自检数据等内容。并详细介绍零件工艺分 析的内容，重点阐述了零件的加工过程，认真分析和解释零件加工的 程序的意义。 关键词：典型轴类零件，加工工艺，工序，编程 目录 前 言 1 1 抄画零件图 1 2 零件工艺分析 2 2.1 零件的作用 2 2.2 图纸分析 2 2.3 零件的结构工艺性分析 4 2.4 加工难点及处理方案 4 3 零件毛坯的确定 5 3

4、.1 零件毛坯种类 5 3.2 轴类零件材料分析 6 4 选择定位基准 8 4.1 定位基准的确定 8 4.2 工件的夹紧 10 5 工艺路线设计 13 5.1 加工方法的确定 13 5.2 加工阶段的划分 16 5.3 工序的划分 17 5.4 加工顺序的安排 19 6 工装的选择 21 6.1 机床的选择 21 6.2 夹具的选择 23 6.3 刀具的选择 23 6.4 量具的选择 24 6.5 切削液的选择 25 7 工序加工余量、工序尺寸及偏差的确定 . 26 7.1 切削用量选择原则 27 7.2 背吃刀量的确定 27 7.3 切削速度的确定 29 7.4 进给量的确定 30 7.5

5、 主轴转速的确定 30 7.6 螺纹加工余量计算 31 8 数控加工工艺过程卡 32 9 数控加工工序卡 33 10 数控加工检验卡 34 11 数控程序单 35 11.1 孔端程序单 35 11.2 螺纹端程序单 40 致 谢 41 参考文献 42 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 1 抄画零件图 技术要求： 1外观表面无裂痕、锈蚀、黑点、碰伤、划伤、及其他缺陷 2装配前全部零件必须两次仔细清洗。 3加工前必须进行淬火处理 消除内应力。 4锐角倒钝。 第 1 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 2 零件工艺分析 2.1 零件的作用 该零件为轴套类零件，轴套套在转动轴上，在机械

6、使用过程中， 主要起支撑 定位，导向或保护轴的作用。 在运动部件中， 因为长期的磨擦而造成零件的磨损， 当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件， 因此设计者在设计的时 候选用硬度较低、 耐磨性较好的材料为轴套或衬套， 这样可以减少轴和座的磨损， 当轴套或衬套磨损到一定程度进行更换， 这样可以节约因更换轴或座的成本， 一 般来说， 衬套与座采用过盈配合， 而与轴采用间隙配合， 因为无论怎么样还是无 法避免磨损的，只能延长寿命， 而轴类零件相对来说比较容易加工； 也有一些新 的设计人员不喜欢这样设计， 认为这样是在制造的时候增加成本， 但经过一段时 间使用后，维修时还是要按这种方法改造，

7、 但改造容易造成设备的精度降低， 原 因很简单，二次加工是无法保证座孔中心的位置的，轴套在一些转速较低， 径向 载荷较高且间隙要求较高的地方（如凸轮轴） 用来替代滚动轴承 （其实轴套也算 是一种滑动轴承），材料要求硬度低且耐磨，轴套内孔经研磨刮削，能达到较高 配合精度，内壁上一定要有润滑油的油槽，轴套的润滑非常重要，干磨的话，轴 和轴套很快就会报废， 这里推荐安装时刮削轴套内孔壁， 这样可以留下许多小凹 坑，增强润滑。一般起滑动轴承作用， 为了节约材料根据轴承需要的轴向载荷设 计轴套的壁厚。一般选用铸铜和轴承合金材质。 轴套有开口和不开口之分， 这要 根据结构的需要。一般轴套不能承受轴向载荷，

8、 或只能承受较小的轴向载荷。 轴 套一般起轴向定位作用， 端部与齿轮轴承等零件以压应力接触。 有时因轴要与密 封圈等标准件配合， 又要保证中部零件能穿过轴端， 就做轴套与密封圈配合轴可 以做细以保证零件穿过。轴套用在不同的场合会有不同的用途 , 可以轴向定位 , 可以减磨减振 , 也可以用于将轴与有害介质隔离使轴增寿耐用等。 2.2 图纸分析 在选择并决定数控加工零件及其加工内容后， 应对零件的数控加工工艺工艺 性进行全面、认真、 仔细的分析。 主要包括零件结构工艺性分析与零件图样分析 两部分。 工作轴零件一种特殊结构的滑动轴承。它的结构比滚动轴承简单， 其主 要是由一个有外球面的内圈和一个有

9、内球面的外圈组成， 能承受较大的负荷， 根 第 2 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 据其不同的类型和结构，可以承受径向负荷、 轴向负荷或径向、 轴向同时存在的 联合负荷。关节轴承一般用于速度较低的摆动运动（即角运动） ，由于滑动表面 为球面形，亦可在一定角度范围内作倾斜运动（即调心运动） ，在支承轴与轴壳 孔不同心度较大时，仍能正常工作。 关节轴承的特点：关节轴承能承受较大的 负荷。根据其不同的类型和结构，可以承受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同 时存在的联合负荷。 由于在内圈的外球面上镶有复合材料， 故该轴承在工作中可 产生自润滑。一般用于速度较低的摆动运动， 和低速旋转

10、， 也可在一定角度范围 内作倾斜运动，当支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工作。 自润滑关节 轴承应用于水利、专业机械等行业。 关节轴承的应用：关节轴承广泛应用于工 程液压油缸 ,锻压机床 ,工程机械,自动化设备，汽车减震器，水利机械等行业。 1）零件图的完整性与正确性分析 首先应熟悉零件在产品中的作用、 位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项 技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的、关键的技术要求， 然 后对零件图样进行分析。 该零件为轴套类零件， 仅用此一个视图即可将零件表达 清楚，视图足够、正确。尺寸及相关的技术要求标注齐全，其中内孔的角度大小 为 15，轴套两端的同轴度公

11、差。 2）零件精度及技术要求分析 对被加工零件的精度及技术要求进行分析，是零件工艺性分析的重要内容， 只有在分析零件精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方案、 进给 路线、刀具及切削用量等进行正确合理的选择。 零件的技术要求分析主要是指零 件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度等的分析。零件的这些要求应 在保证零件使用性能的前提下经济合理。 过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺 过程复杂、加工困难、成本提高。 3）尺寸标注方法分析 对于数控加工来说，零件图上应以同一基准引注或尺寸或直接给出坐标尺 寸。这就是坐标标注法。 这种尺寸标注法即便于编程， 也便于尺寸之间的相互协 调，又有

12、利于设计基准、工艺基准、测量基准与编程原点设置的统一。零件图上 的尺寸标注方法有局部分散标注法、 集中标注法和坐标标注法等。 此零件在数控 车床上加工，以同一基准标注，即坐标标注法。这种标注方法即利于编程，也利 第 3 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 ( 论文) 于设计基准、工艺基准与编程原点的统一。 4) 零件的材料分析 选择零件材料时， 在满足零件功能的前提下应选用廉价的材料。 此零件主要 是支撑传动零件、传递扭矩，无其他特殊的功能。 45 钢能满足其使用功能，成 本比较低，所以选用 45 钢。 5) 零件轮廓的几何要素分析 在手工编程时要计算构成零件轮廓的每一个节点坐标， 在自动

13、编程时要对构 成零件轮廓的所有几何元素进行定义， 因此在分析零件图时， 要分析几何元素的 给定条件是否充分、正确。 由于设计等多方面的原因， 可能在图样上出现构成加 工轮廓的条件不充分， 尺寸模糊不清及多余等缺陷， 有时所给条件又过于苛刻或 自相矛盾，增加了编程工作的难度，有时甚至无法编程。因此，当审查与分析图 样时，一定要仔细认真，发现问题应及时与零件设计者协调解决。 2.3 零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指零件在满足其使用要求的前提下制造的可行性和经 济性。主要由为外圆、圆弧、锥面、内孔、螺纹等组成，加工比较容易，结构工 艺性比较好，零件车削加工成形轮廓结构形状复杂，需要两头加工

14、，零件的加工 精度和表面质量要求都很高。通过对该零件图的重新绘制，对设计尺寸， 尺寸公 差、技术参数进行了深入的分析后发现在零件的某些地方需要较细的表面粗糙 度，各装配基面要求有一定的尺寸精度， 否则会影响机械设备的传动性能和精度。 因零件的结构比较简单， 大部分工序在车床加工时只需要三爪卡盘， 并加载 适当的力即可定位。 但是对于孔的加工要设计较复杂的夹具才能准确的定位， 并 保持适当的夹紧力。 同时基准面的选择也是很重要的。 在加工小轴端面时应选择 大轴端面做粗基准， 用车刀车出小轴表面， 加工完后再用小轴端面作精基准加工 大轴端面。注意在整个加工过程中， 应尽量减少安装的次数， 以减少安

15、装时带来 的安装误差。 2.4 加工难点及处理方案 分析图纸可知， 此零件左端有内轮廓加工，为提高零件质量， 采用以下加工 1) 零件图样上带公差的尺寸， 因工差值较小，故编程时不必去其平均值，而 第 4 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 取基本尺寸即可。 2）本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工 - 精加 工加工方案，并且在精加工的时候将进给量调小些，主轴转速提高。 3）因为螺纹加工难，且易被破坏，所以放在最后。螺纹加工时，为保证其 精度，在精车时应适当提高转速， 加工螺纹时利用螺纹千分尺或螺纹环规进行检 验。 4）R5 圆弧加工时对加工刀具副偏角要求较

16、高，以避免对工件已加工面造成 干涉。 5）工件加工右端时，为保证左端刚性，需采取三爪卡盘、顶尖的方式装夹。 选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度。 3 零件毛坯的确定 选材的一般原则首先是满足使用性能的前提下，在考虑工艺性能和经济性。 使用性原则是指所选的材料制成零件后在正常情况下所应具备的性能要求， 它是 保证零件的设计能实现、安全耐用的必要条件， 是选材的最主要的原则。 材料的 使用性能包括力学性能、 物力和化学性能等。 根据零件图的规定的材料及机械性 能选择毛坯， 45 钢为最常用中碳钢，综合力学性能良好价格低廉，淬透性低， 水淬时易生裂纹。 根据其力学性能要求较低可选圆柱型材

17、， 根据零件的工作条件、 材料、结构特点三者综合考虑，对毛坯应增加一些热处理提高强度和硬度。 3.1 零件毛坯种类 毛坯的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、材料消耗越少，因此机械加工的生产效率提高，成本降低，但是毛坯 的制造费用提高了，所以确定毛坯时应考虑零件的材料、力学性能、生产类型、 零件的结构形状和尺寸外形等因素。 产品从原材料加工到成品一般要经过多道工 序才能完成，对于金属制品， 虽然可以应用少无切削加工新工艺直接从原材料制 成成品。但目前大多数是通过铸造、锻造、冲压或焊接等加工方法制成毛坯，在 经过切削加工制成。毛坯的质量之机影响成品的质量。

18、毛坯的选择是否合适， 影 响到成品的制造周期、成本、性能、以及使用寿命。因此正确的选择毛坯是机械 设计与制造当中的首要问题。毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用， 第 5 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。 为此需要毛坯制造和机械加 工两方面的工艺人员密切配合，合理地确定毛坯的种类、结构形状， 并绘出毛坯 图。 常用的毛坯种类有： 1）铸件 形状复杂或尺寸较大的毛坯宜采用铸造方法， 铸件的材料一般为铸铁 （常用 的有灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁） 、铸钢、铜及铝合金，其中以灰口铸铁和 铸钢最常用。目前生产中以砂型铸造为主，在

19、精度要求和生产效率较高的场合， 可采用金属型铸造和压力铸造， 对于一些尺寸较小、 精度较高的特殊形状铸件可 采用溶模铸造、离心铸造等特种铸造。 2）锻件 加工余量小、 精度高、性能好的毛坯宜采用锻造方法，锻造的材料一般为碳 钢及合金钢。常用的锻造方法有自由端和模锻。 自由锻锻件精度低， 加工余量大， 生产效率低，适用于单件小批生产及大型锻件；模锻精度高，加工余量小，生产 效率高，适用于产量较大的中小型锻件。 3）型材 型材有热轧和冷轧两类， 热轧型材尺寸较大、精度较低，多用于一般零件的 毛坯；冷拉型材尺寸较小、精度较高，多用于精度要求高的中小型零件。 4）焊接件 焊接件通过电焊、 气焊、氩弧焊

20、等焊接方式制造毛坯。焊接会造成零件的变 形和切削加工困难通常需通过时效热处理解决， 一般用于大型零件的单件小批量 生产中。 5）其他毛坯 其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。 根据上面分析我选择的是热轧型材。 3.2 轴类零件材料分析 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 第 6 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 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

21、表面硬度可达 45 52HRC。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。 在轴的设计中，首先要选择合适的材料。轴的材料常采用碳素钢和合

22、金钢。 碳素钢有 35、45、50等优质中碳钢。 它们具有较高综合机械性能， 因此应 用 较 多 ，特别是 45 号钢应用最为广泛。为了改善碳素钢的机械性能，应进行正火或 调质处理。不重要或受力较小的轴，可采用 Q237，Q275等普通碳素钢。合金钢 具有较高的机械性能，但价格较贵， 多用于有特殊要求的轴。 例如采用滑动轴承 的高速轴，常用 20Cr、20CrMnTi 等低碳合金钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨 性；汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作， 必须具有良好的高温机 械性能，常采用 27Cr2Mo1V、 38CrMoA1A等合金结构钢。值得注意的是：钢材的 种类和热处理对其弹性

23、模量的影响甚小。 该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。工件材料的可切削性能。 强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。所以选择 45钢为该轴类零件的材料。 45钢的化学成分中含 C0.42%0.50%， Si0.17% 0.37%，Mn0.500.80%，P 0.035%， S0.035%，Cr0.25%，N0.25%,Cu 0.25%.45钢在进行冷加工时硬度要求，热轧钢，压痕直径不小于 3.9 ，布氏硬度 不小于 241HB，退火钢压痕直径不小于 4.4 ，布氏硬度不小于 207HB，45钢的机械 性能： s335Mpa，b600Mpa， 40， Ak47J。

24、 45钢相对切削性硬质 合金刀具1.0 ，高速钢刀具 1.0 ，45钢经济合理对加工刀具的要求也合理， 45钢用 途广泛，主要是用来制造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等 零件。根据以上数据适合该轴的加工。 根据对零件的分析该工件应选用 45 钢。毛坯尺寸为 80X110mm棒料。 第 7 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 ( 论文) 4 选择定位基准 4.1 定位基准的确定 在制定零件加工的工艺规程时， 正确地选择工件的定位基准有着十分重要的 意义。定位基准选择的好坏， 不仅影响零件加工的位置精度， 而且对零件各表面 的加工顺序也有很大的影响。 本节先建立一些有关基准和定

25、位的概念， 然后再着 重讨论定位基准选择的原则。 零件都是由若干表面组成， 各表面之间有一定的尺 寸和相互位置要求。 模具零件表面间的相对位置要求包括两方面： 表面间的距离 尺寸精度和相对位置精度(如同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等)要求。研究 零件表面间的相对位置关系离不开基准，不明确基准就无法确定零件表面的位 置。基准就其一般意义来讲，就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据 的点、线、面。基准按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。 4.1.1 基准及其分类 零件都是由若干表面组成， 各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。 模具 零件表面间的相对位置要求包括两方面： 表面间的距

26、离尺寸精度和相对位置精度 (如同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等)要求。研究零件表面间的相对位置关 系离不开基准， 不明确基准就无法确定零件表面的位置。 基准就其一般意义来讲， 就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。基准按其作用 不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。 1)设计基准 在零件图上用以确定其他点、线、面的基准，称为设计基准。 2)工艺基准 零件在加工和装配过程中所使用的基准， 称为工艺基准。 工艺基准按用途不 同，又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 (1) 工艺基准：是在工序图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、 形状、 位置的基准。 (2) 定位基

27、准：是在加工中确定工件位置所用的基准。 (3) 测量基准：是在测量工件的形状、位置和尺寸误差时所采用的基准。 (4) 装配基准：是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的 基准 第 8 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 ( 论文) 4.1.2 粗精基准的选择 设计基准已由零件图给定， 而定位基准可以有多种不同的方案。 一般在第一 道工序中只能选用毛坯表面来定位， 在以后的工序中可以采用已经加工过的表面 来定位。有时可能遇到这样的情况：工件上没有能作为定位基准用的恰当表面， 此时就必须在工件上专门设置或加工出定位的基面， 称为辅助基准。 辅助基准在 零件工作中并无用途， 完全是为

28、了工艺上的需要， 加工完毕后如有必要可以去掉 辅助基准。 一般起始工序所用的粗基准和最终工序 (含中间工序) 所用的精基准的选择 原则如下： 1) 粗基准的选择 在起始工序中， 工件只能选择未经加工的毛坯表面定位， 这种定位表面称为 粗基准。 粗基准选择得好坏， 对以后各加工表面加工余量的分配， 以及工件上加 工表面和非加工表面间的相对位置均有很大的影响。 因此，必须重视粗基准的选 择。选择粗基准时要为后续工序提供必要的定位基面。 具体选择时应考虑下列原 则： (1) 具有非加工表面的工件， 为保证非加工表面与加工表面之间的相对位置 要求，一般应择非加工表面为粗基准。 若工件有几个非加工表面，

29、 则粗基准应选 位置精度要求较高者，以达到壁厚均匀、外形对称等要求。 (2) 具有较多加工表面的工件在选择粗基准时， 应按下述原则合理分配各加 工表面的加余量： 应保证各加工表面都有足够的加工余量。为保证此项要求，粗基准应选 择毛坯上加余量最小的表面。 对于某些重要的表面 (如滑道和重要的内孔等) ，应尽可能使其加工余均 匀，加工余量要求尽可能小些，以便获得硬度和耐磨性更好且均匀的表面； 使工件上各工表面的金属切除余量最小。为了保证该项要求，应选择工 件上加工面积较大、形状比较杂、加工劳动量较大的表面为粗基准。 (3) 粗基准应避免重复使用。 一般情况下， 同一尺寸方向上的粗基准表面只 能使用

30、一次， 否则因重复使用所产生定位误差， 会引起相应加工表面间出现较大 的位置误差。 第 9 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 ( 论文) (4) 粗基准的表面应尽量平整， 没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以 使工件定位靠，夹紧方便。 2) 精基准的选择 在最终工序和中间工序中， 应采用已加工的表面定位， 这种定位基面称为精 基准。精基准的选择不仅影响工件的加工质量， 而且与工件安装是否方便可靠也 有很大关系。选择精基准的原则如下： (1) 基准重合原则。 应尽可能选用加工表面的设计基准作为精基准， 避免基 准不重合造成的定位误差。 (2) 基准统一原则。 当工件以某一组精基准定位，

31、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同一组精基准定位。 采用统一基准能用同 一组基面加工大多数表面， 有利于保证各表面的相互位置要求， 避免基准转换带 来的误差，而且简化了夹具的设计和制造，缩短了生产准备周期。 (3) 自为基准原则。 对于某些精度要求很高的表面， 在精加工和光整加工工 序中要求加工余量小而均匀，以保证表面加工的质量并提高生产效率。此时， 应 选择加工表面本身作为精基准， 而该加工表面与其他表面之间的位置精度， 则用 先行工序保证。 (4) 互为基准原则。 对于有位置精度要求较高的表面， 采用互为基准反复加 工，更有利于精度的保证。 (5) 便于装夹原则

32、。 所选择的精基准应保证定位准确、 可靠，夹紧机构简单， 操作方便。 所以，零件的定位基准选择： 加工左端时夹紧右端毛坯外圆柱的表面以轴心 线为定位基准，自定心加工；加工右端时选择左端的 50 外圆柱表面，以百分 表找正轴心线，满足工件同轴度要求 0.02 。 4.2 工件的夹紧 为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面，在机械加工前， 必须使工件在机床上相对于工具占据某一正确的位置。 通常把这个过程称为工件 的“定位”。工件定位后，由于在加工中受到切削力、重力等的作用，还应采用 一定的机构将工件“夹紧” ，使其确定的位置保持不变。工件从“定位”到“夹 紧”的整个过程，统称为“安装”

33、 。 第 10 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 1）轴类零件安装方式 轴类零件的安装方式主要有以下四种： （1）用外圆表面定位装夹 对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、 夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、 四爪卡盘等通用夹具， 或各种高精度的自 动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。 （2）一夹一顶定位装夹 对于工件长度伸出较长， 重量较重，端部刚性较差的工件，可采用一夹一顶 装夹进行加工。利用三爪或四爪卡盘夹住工件一端，另一端用后顶尖顶住， 形成 一夹一顶装夹结构。 （3）两顶尖定位装夹 用于加工较长或必侦经多道工序加工才能完成

34、的轴类工件。 用两顶尖装夹工 件，是以轴类零件中心线作为定位基准，可多次审复使用，装夹方便，个需要校 正。们且定价精度很高， 但地夹的必须先在工件的两端加工出合适的中心孔。 主 要用于精度要求高的轴类工件精车阶段。 两顶尖装夹轴类零件时顶尖分为前顶尖 和后顶尖。使用两顶尖装夹一般都会用到鸡心夹头。 （4）用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工 件。小锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴。 2 ） 轴类零件夹具选择 数控车床上零件安装方法与普通车床一样，要尽量选用已有的通用夹具装 夹，且应注意减少装夹次数， 尽量做到在一次装夹中能把

35、零件上所有要加工表面 都加工出来。 零件定位基准应尽量与设计基准重合， 以减少定位误差对尺寸精度 的影响。 （1）三爪卡盘 三爪卡盘的三个卡爪是同步运动的， 能自动定心， 工件安装后一般不需要校 正。但若工件较长工件离卡盘较远部分的旋转中心不一定与车床主轴旋转中心重 合，这时工件就需要校正。 如三爪卡盘使用时间较长而精度下降后， 工件的加工 部位精度较高时，也需要进行校正。 第 11 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 三爪卡盘装夹工件方便， 省时，但夹紧力较小，所以适用于装夹外形铰规则 的中小型零件。三爪自动定心卡盘规格有： 150mm、 200mm、250mm。 （2）四爪

36、卡盘 四爪卡盘的四个卡爪各自独立运动， 因此工件安装后必须将工件的旋转中心 校正到与车床主轴的旋转中心重合，才能车削。 四爪卡盘校正工件比较麻烦， 但夹紧力较大， 所以使用于安装大型或不规则 的工件。 （3）专用卡爪 专用卡爪可按零件的定位表面不同分为硬性卡爪 （简称硬爪 ）与软性卡爪 （简 称软爪 ） 两种。 硬爪硬爪是按零件的定位表面外形不同而设计的专用卡爪，常用W、 眄或 20 号钢渗碳，经淬火制成，其硬度一般达 HRC505，5 适用于以毛坯表面或 粗基面的定位的零件。在一般情况下，硬爪使用时不需要加工，必要时可修磨。 软爪软爪适用于已加工表面作为定位夹紧，可以获得较高的定位加 工精度

37、，因此使用范围较广。软爪常用低碳钢、铝合金、铜合金及夹布胶木等软 性材料制成， 一般安装在两爪卡盘或三爪卡盘上， 按零件已加工表面配置定位表 面。若零件更换，只要将软爪按更换零件的表面再次配置即可使用。 （4）心轴 心轴是一种已加工好的孔作为定位基准的夹具。 下面介绍轴套类零件常用的 几种典型心轴。 圆柱面心轴适宜于多种零件的加工 （如薄圆片、短套等 ） 。采用零件 已加工好的圆柱孔定位，并用螺母夹紧。心轴用 45 号钢制成。心轴必须两端中 心孔保持同轴。 圆锥面心轴心轴定位部分带有 1：5000 的圆锥面。适用于加工公差 较小、同轴度要求较高的零件。圆锥面心轴不需要夹紧装置，而是靠锥度自锁，

38、 因此适宜于精加工。 结合零件分析，选用夹具为三爪卡盘，顶尖，以外圆表面装夹即可。 第 12 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 5 工艺路线设计 设计工艺路线的主要内容包括选择各加工表面的加工方法、划分加工阶段、 划分工序以及安排工序的先后顺序等。加工顺序的确定按由内到外、由粗到精、 由近到远的原则确定， 在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。 结合本零件 的结构特点， 可先加工内孔表面， 然后加工外轮廓表面。 由于该零件小批量生产， 走刀路线设计考虑最短进给路线或最短行程路线， 外轮廓表面车削走刀路线可沿 零件轮廓顺序进行。 5.1 加工方法的确定 1）车削 车削中工件旋

39、转， 形成主切削运动。 刀具沿平行旋转轴线运动时， 就形成内、 外园柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动， 就形成锥面。 仿形车床或数控车床上， 可以控制刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。采用成型车刀， 横 向进给时，也可加工出旋转曲面来。 车削还可以加工螺纹面、 端平面及偏心轴等。 车削加工精度一般为 IT8IT7，表面粗糙度为 6.31.6 m。精车时，可达 IT6 IT5，粗糙度可达 0.40.1 m。车削的生产率较高，切削过程比较平稳，刀具较 简单。 2）铣削 主切削运动是刀具的旋转。 卧铣时， 平面的形成是由铣刀的外园面上的刃形 成的。立铣时， 平面是由铣刀的端面刃形成的。

40、提高铣刀的转速可以获得较高的 切削速度，因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切削过 程容易产生振动，因而限制了表面质量的提高。 这种冲击， 也加剧了刀具的磨损 和破损， 往往导致硬质合金刀片的碎裂。 在切离工件的一般时间内， 可以得到一 定冷却， 因此散热条件较好。按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反， 又分为顺铣和逆铣。 （1）顺铣 铣削力的水平分力与工件的进给方向相同， 工件台进给丝杠与固定螺母之间 一般有间隙存在， 因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动， 使进给量突 然增大，引起打刀。 在铣削铸件或锻件等表面有硬度的工件时， 顺铣刀齿首先接 第 13

41、 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 触工件硬皮，加剧了铣刀的磨损。 （2）逆铣 可以避免顺铣时发生的窜动现象。 逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增大，因 而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段， 加速了刀具 的磨损。同时，逆铣时，铣削力将工件上抬， 易引起振动， 这是逆铣的不利之处。 铣削的加工精度一般可达 IT8IT7，表面粗糙度为 6.31.6 m。普通铣削一般 只能加工平面， 用成形铣刀也可以加工出固定的曲面。 数控铣床可以用软件通过 数控系统控制几个轴按一定关系联动， 铣出复杂曲面来， 这时一般采用球头铣刀。 数控铣床对加工叶轮机械的叶片、 模具的模芯

42、和型腔等形状复杂的工件， 具有特 别重要的意义。 3）刨削 刨削时，刀具的往复直线运动为切削主运动。因此，刨削速度不可能太高， 生产率较低。刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8 IT7，表面粗糙度为 Ra6.31.6 m，精刨平面度可达 0.02/1000，表面粗糙度为 0.80.4 m。 4）磨削 磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工， 其主运动是砂轮的旋转。 砂轮的磨 削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、 刻削和滑擦三种作用的综合效应。 磨削 中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大。当切削力超过 粘合剂强度时，圆钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，形成砂轮的 “自锐性 ”。

43、但 切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而， 磨削一定时间后， 需用金刚石车刀等对砂 轮进行修整。磨削时，由于刀刃很多，所以加工时平稳、精度高。磨床是精加工 机床，磨削精度可达 IT6IT4，表面粗糙度 Ra 可达 1.250.01 m，甚至可达 0.10.008 m。磨削的另一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。因此，往往 作为最终加工工序。磨削时，产生热量大，需有充分的切削液进行冷却。按功能 不同，磨削还可分为外园磨、内孔磨、平磨等。 5）钻削与镗削 在钻床上， 用钻头旋转钻削孔，是孔加工的最常用方法。钻削的加工精度较 低，一般只能达到 IT10，表面粗糙度一般为 12.56.3 m在钻削后常常

44、采用扩孔 和铰孔来进行半精加工和精加工。扩孔采用扩孔钻，铰孔采用铰刀进行加工。 铰 第 14 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 ( 论文) 削加工精度一般为 IT9IT6，表面粗糙度为 Ra1.60.4 m。扩孔、铰孔时，钻 头、铰刀一般顺着原底孔的轴线， 无法提高孔的位置精度。 镗孔可以较正孔的位 置。镗孔可在镗床上或车床上进行。在镗床上镗孔时，镗刀基本与车刀相同，不 同之处是工件不动，镗刀在旋转。镗孔加工精度一般为IT9 IT7 ，表面粗糙度 为 Ra6.3 0.8mm。 6) 齿面加工 齿轮齿面加工方法可分为两大类： 成形法和展成法。 成形法加工齿面所使用 的机床一般为普通铣床，刀

45、具为成形铣刀， 需要两个简单成形运动： 刀具的旋转 运动和直线移动。展成法加工齿面的常用机床有滚齿机、插齿机等。 7) 复杂曲面加工 三维曲面的切削加工， 主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法 (见 本节八)。仿形铣必须有原型作为靠模。加工中球头仿形头，一直以一定压力接 触原型曲面。仿形头的运动变换为电感量， 加工放大控制铣床三个轴的运动， 形 成刀头沿曲面运动的轨迹。 铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀。 数控技术的 出现为曲面加工提供了更有效的方法。 在数控铣床或加工中心上加工时， 是通过 球头铣刀逐点按坐标值加工而成。 采用加工中心加工复杂曲面的优点是： 加工中 心上有刀库，配备几

46、十把刀具。曲面的粗、精加工，可用不同刀具对凹曲面的不 同曲率半径，也可选用适当的刀具。同时，可在一次安装中加工各种辅助表面， 如孔、螺纹、槽等。这样充分保证了各表面的相对位置精度。 8) 特种加工 特种加工方法是指区别于传统切削加工方法，利用化学、物理 (电、声、光、 热、磁 )或电化学方法对工件材料进行加工的一系列加工方法的总称。这些加工 方法包括：化学加工 (CHM) 、电化学加工 (ECM) 、电化学机械加工 (ECMM) 、电 火花加工 (EDM) 、电接触加工 (RHM) 、超声波加工 (USM) 、激光束加工 (LBM) 、 离子束加工 (IBM) 、电子束加工 (EBM) 、等离

47、子体加工 (PAM) 、电液加工 (EHM) 、 磨料流加工 (AFM) 、磨料喷射加工 (AJM) 、液体喷射加工 (HDM) 及各类复合加工 等。 该零件的结构形状主要由外圆柱面、内圆柱面、圆弧表面、螺纹组成。根据 数控加工工艺中根据各表面的表面质量要求确定加工方法如下： 第 15 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 ( 论文) 此工件必须分两次装夹。由于工件右端外表面为螺纹，不始于做装夹表面， 52 圆柱面较短，也不适于做装夹表面，所以第一次装夹工件右端，加工左端， 使用三抓卡盘夹持，如图 1 所示。第一次装夹完成左端面、 2X45倒角、 50 外圆、 58台阶、 R5圆弧、 2X4

48、5倒角、 78外圆的粗、精车；钻通孔； 32 内圆的粗、精加工。第二次装夹如图 2 所示，完成工件右端面、 2X45倒角、螺 纹、 45退刀槽、 42退刀槽、 52外圆、轴肩、 2X45倒角的粗、精加工。 图 5-2 零件第二次装夹 5.2 加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时， 往往不可能用一道工序来满足其要求， 而需 要用几道工序逐步达到所需要的加工质量。 按工序的性质不同， 零件的加工通常 可以分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。 为保证加工质量， 合理使用设备并及时发现毛坯缺陷， 根据该零件的加工质 量要求，将该零件的加工划分为：粗加工、半精加工、精加工三个阶段。 对

49、于那些加工质量要求较高或较复杂的零件， 通常将整个工艺路线划分为以 下几个阶段： 1) 粗加工阶段 主要任务是切除各表面上的大部分余量，其关键问题是 提高生产率。 2) 半精加工阶段 完成次要表面的加工， 并为主要表面的精加工做准备。 3) 精加工阶段 保证各主要表面达到图样要求，其主要问题是如何保证 加工质量。 第 16 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 4）光整加工阶段 对于表面粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的表面， 还需要进行光整加工阶段。 这个阶段的主要目的是提高表面质量， 一般不能用于 提高形状精度和位置精度。常用的加工方法有金刚车 （镗）、研磨、珩磨、超精加 工

50、、镜面磨、抛光及无屑加工等。 划分加工阶段的原因： 1） 保证加工质量 粗加工时，由于加工余量大，所受的切削力、夹紧力也大，将引起较大的变 形，如果不划分阶段连续进行粗精加工， 上述变形来不及恢复， 将影响加工精度。 所以，需要划分加工阶段， 使粗加工产生的误差和变形， 通过半精加工和精加工 予以纠正，并逐步提高零件的精度和表面质量。 2）合理使用设备 粗加工要求采用刚性好、 效率高而精度较低的机床， 精加工则要求机床精度 高。划分加工阶段后，可避免以精干粗，可以充分发挥机床的性能，延长使用寿 命。 3）便于安排热处理工序，使冷热加工工序配合的更好粗加工后，一般要安排 去应力的时效处理，以消除

51、内应力。 精加工前要安排淬火等最终热处理， 其变形 可以通过精加工予以消除。 4）有利于及早发现毛坯的缺陷 如铸件的砂眼气孔等， 粗加工时去除了加工表面的大部分余量， 若发现了毛 坯缺陷，及时予以报废，以免继续加工造成工时的浪费。 加工阶段的划分不是绝对的， 必须根据工件的加工精度要求和工件的刚性来 决定。一般说来，工件精度要求越高、刚性越差，划分阶段应越细；当工件批量 小、精度要求不太高、 工件刚性较好时也可以不分或少分阶段； 重型零件由于输 送及装夹困难，一般在一次装夹下完成粗精加工， 为了弥补不分阶段带来的弊端， 常常在粗加工工步后松开工件， 然后以较小的夹紧力重新夹紧， 再继续进行精加

52、 工工步。 5.3 工序的划分 工序的划分采用工序集中和工序分散原则，可按所用刀具、安装次数、粗精 加工和加工部位划分。 编制精准的机械制造加工工艺， 首先需要对所加工的产品 第 17 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 结构进行分析。在机械制造中， 通常按零件结构和工艺过程的相似性， 将各类零 件大致分为轴类零件、套类零件、箱体类零件、齿轮类零件和叉架类零件等。不 同类型的零件需要按照不同的加工工艺来完成产品的加工。 编制精准的机械制造加工工艺，其次需要对所加工产品的技术要求进行分 析。技术要求分析包括： 1）加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面 质量。 2）工件的热

53、处理要求、表面处理要求和其他要求，如动平衡、静平衡、 去磁等等。零件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，对确定机 械加工工艺方案和生产成本影响很大。因此， 必须认真审查， 以避免过度精密加 工使加工工艺复杂化和增加不必要的费用。 分析了产品的结构和技术要求后， 需要对产品的加工工序进行编排。 加工工 序的划分应该以工序集中为原则，在一次装夹过程中尽可能完成最多的加工步 骤。工序集中就是零件的加工集中在少数工序内完成， 而每一道工序里加工的内 容却比较多。工序分散则相反， 整个工艺过程中工序数量多， 而每一道工序的加 工内容则比较少。 1）工序集中的特点： （1）有利于采用高生产率的

54、专用设备和工艺装备，如采用多刀多刃、多轴 机床、数控机床和加工中心等，从而大大提高生产率。 （2）减少了工序数目，缩短了工艺路线，从而简化了生产计划和生产组织 工作。 （3）减少了设备数量，从而减少了操作工人和生产面积。 （4）减少了工件装夹次数，不仅缩短了辅助时间，而且在一次装夹下能加 工较多的表面，也易于保证这些表面的相对位置精度。 （5）专用设备和工艺装置复杂，生产准备工作和投资比较大。 2）工序分散的特点： （1）加工设备和工艺装备结构都比较简单，调整方便，对工人的技术水平 要求低。 （2）可采用最有利的切削用量，减少机动时间。 （3）容易适应生产产品的变换。 （4）设备数量多，操作工

55、人多，占用生产面积大。 第 18 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 工序集中和工序分散各有特点，在拟订工艺路线时，工序是集中还是分散， 取决于生产规模和零件的结构特点以及技术要求。 在一般情况下， 单件小批量生 产时，多将工序集中；大批量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效率机床将工 序集中，也可将工序分散后采用流水线生产。 目前的发展趋势是倾向于工序集中。 5.4 加工顺序的安排 零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序。 1）切削加工工序 安排切削加工工序一般遵循以下原则： （1）基面先行原则 : 应首先安排被选作精基准的表面的加工， 再以加工出的 精基准为

56、定位基准，安排其它表面的加工。 该原则还有另外一层意思，是指精加 工前应先修一下精基准。例如， 精度要求高的轴类零件， 第一道加工工序就是以 外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔， 再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工； 精 加工开始前首先要修整顶尖孔， 以提高轴在精加工时的定位精度， 然后再安排各 外圆面的精加工。 （2）先粗后精原则 : 即要先安排粗加工工序， 再安排精加工工序， 粗车将在 较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉， 一方面提高金属切削效率， 另一方 面满足精车的余量均匀性要求， 若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求 时，则要安排半精车，以此为精车做准备。 （3）先主后次原则

57、: 主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。 这 些表面是决定零件质量的主要因素， 对其进行加工是工艺过程的主要内容， 因而 在确定加工顺序时， 要首先考虑加工主要表面的工序安排， 以保证主要表面的加 工精度。 在安排好主要表面加工顺序后， 常常从加工的方便与经济角度出发， 安 排次要表面的加工。 （4）内外交叉原则 : 对既有内表面内型、腔），又有外表面需加工的零件， 安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工， 后进行内外表面精加工。 切不可将 零件上一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后，再加工其他表面（内表面或 外表面）。 2） 热处理工序 零件的材料是机械加工行业的重要物质基础，

58、众多的工程材料之所以获得广 第 19 页 共 42 页 西南科技大学毕业设计 （ 论文） 泛的应用，是因为它们具备许多优异的性能。 这些性能可分为两类： 一类为使用 性能，反映材料在使用中所表现出来的特征，如力学性能（强度、硬度、塑性、 韧性等）、物理性能（导电性、导热性、热膨胀性和磁性等）和化学性能（抗氧 化性、耐腐蚀性）等；另一类为工艺性能， 反映材料在加工中所表现出来的特征， 如铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性和热处理性等。 热处理用高频感应淬火， 淬火方法是将工件加热到临界温度 Ac3（亚共析钢） 或 Ac1 （过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化， 然后以大

59、于临界冷却速度的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms 附近等温）进行马氏体 （或贝氏体）转变的热处理工艺。 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏 体转变， 得到马氏体或贝氏体组织， 然后配合以不同温度的回火， 以大幅提高莫 氏四号锥面的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种滑块的 使用要求。 对其他工序尺寸进行类似的计算， 对于加工要求较高的工序尺寸及公差进行 校核。 零件的加工都是按一定的工艺路线进行的。 合理安排热处理的工序位置、 改 善切削加工性能具有重要意义。 根据热处理的目的和工序位置的不同， 常用热处 理工艺可分为预先热处理和最终热处理两大类。 预先热处理是消除坯料、

60、 半成品 中的某些缺陷， 为后续的冷加工和最终热处理作组织准备。 最终热处理是使工件 获得所要求的性能。其工序位置的一般规律如下： （1 ）退火、正火的工序位置。通常退火、正火都安排在毛坯生产之后、切削 加工之前，以消除毛坯的内应力， 改善切削加工性， 并为最终热处理做组织准备。 对于精密零件， 为消除切削加工中残余应力， 在切削加工工序之间还应安排去应 力退火。 （2 ）调质处理的工序一般安排在粗加工之后，精加工或半精加工之前。目的 是为了获得良好的综合力学性能， 或为以后的表面淬火， 或易变形的精密零件的 整体淬火做好准备。 调质处理一般不安排在粗加工之前， 是为了避免调质处理在 粗加工时