项目五轴类零件编程及仿真加工(一)

1、数控编程及仿真加工数控编程及仿真加工 了解轴类零件的主要技术指标、典型工艺路线的安排；了解轴类零件的主要技术指标、典型工艺路线的安排； 理解轴类零件加工中刀具及切削用量的选择；理解轴类零件加工中刀具及切削用量的选择； 能合理安排典型轴类零件的加工工艺路线，能正确选择加工刀具能合理安排典型轴类零件的加工工艺路线，能正确选择加工刀具及切削用量及切削用量 培养学生具有一定的自学能力培养学生具有一定的自学能力 培养学生勤于动脑，勇于探索的良好习惯培养学生勤于动脑，勇于探索的良好习惯 轴类零件是机器中的常见零件，也是重要零件，其主要功用是用于支承轴类零件是机器中的常见零件，也是重要零件，其主要功用是用于

2、支承传动零部件（如齿轮、带轮等），并传递扭矩。轴的基本结构是由回转体传动零部件（如齿轮、带轮等），并传递扭矩。轴的基本结构是由回转体组成，其主要加工表面有内、外圆柱面、圆锥面，螺纹，花键，横向孔，组成，其主要加工表面有内、外圆柱面、圆锥面，螺纹，花键，横向孔，沟槽等。沟槽等。 1、尺寸精度及几何形状精度、尺寸精度及几何形状精度轴上支承轴颈和配合轴颈是轴的重要表面，其尺寸精度通常为轴上支承轴颈和配合轴颈是轴的重要表面，其尺寸精度通常为IT5IT9级，级，形状精度（圆度、圆柱度）控制在直径公差之内，形状精度要求较高时，应在形状精度（圆度、圆柱度）控制在直径公差之内，形状精度要求较高时，应在零件图样

3、上另行规定其允许的公差。零件图样上另行规定其允许的公差。 2、相互位置精度、相互位置精度轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）对于支承轴颈的同轴度轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）对于支承轴颈的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。是其相互位置精度的普遍要求。普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.010.03mm，高精度轴为高精度轴为0.0010 . 005mm。此外，相互位置精度还有内外圆柱面间的同。此外，相互位置精度还有内外圆柱面间的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。

4、3、表面粗糙度、表面粗糙度 根据机器精密程度的高低，运转速度的大小，轴类零件表面粗糙度要求根据机器精密程度的高低，运转速度的大小，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。支承轴颈的表面粗糙度也不相同。支承轴颈的表面粗糙度Ra值一般为值一般为0.160. 63m，配合轴颈，配合轴颈Ra值为值为0.632.5m。 三、典型轴类零件工艺路线三、典型轴类零件工艺路线 轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也是常见的特殊形表面轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也是常见的特殊形表面,因因此针对精度等级和表面粗糙度，按经济精度选择加工方法：此针对精度等级和表面粗糙度，按经济精度选择加工方法： 对普通精度的轴类零件，其典

5、型的工艺路线如下：对普通精度的轴类零件，其典型的工艺路线如下： 毛坯及热处理毛坯及热处理预加工预加工车削外圆车削外圆铣键槽铣键槽热处理热处理磨削磨削终检终检例：如下图所示的轴类零件，由外圆、轴肩、螺纹及螺纹退刀槽、砂轮例：如下图所示的轴类零件，由外圆、轴肩、螺纹及螺纹退刀槽、砂轮越程槽等组成。中间直径越程槽等组成。中间直径38MM的外圆表面粗糙度的外圆表面粗糙度Ra值为值为0.4m。（材。（材料：料：45号钢号钢 调质调质200280HBS） 传动轴传动轴序序号号工序名称工序名称工作内容工作内容设备设备1 1备料备料下料：下料：4545钢，钢， X118X118锯床锯床2 2粗车右端粗车右端夹

6、持毛坯夹持毛坯 50X6050X60的外圆，粗车的外圆，粗车 3838、 4848的的外圆，直径留余量外圆，直径留余量2mm2mm，数控车床数控车床3 3调头粗车左端调头粗车左端夹持夹持40X3240X32的外圆，手动车左端面，保证总长的外圆，手动车左端面，保证总长114mm114mm，粗车，粗车3838的外圆及的外圆及M20X2M20X2的螺纹外圆，的螺纹外圆，直径留余量直径留余量2mm2mm。数控车床数控车床4 4热处理热处理调质：调质：200200250HBS250HBS5 5精车右端精车右端精车精车3838、4848的外圆至尺寸，倒角，切槽，保的外圆至尺寸，倒角，切槽，保证长度证长度3

7、232+ +0.10.1数控车床数控车床6 6精车左端精车左端精车精车 3838的外圆至尺寸及的外圆至尺寸及M20X2M20X2的螺纹加工前的螺纹加工前的外圆，倒角、切槽两处的外圆，倒角、切槽两处3X23X2、切螺纹、切螺纹M20X2M20X2数控车床数控车床7 7磨磨磨磨3838的外圆的外圆外圆磨床外圆磨床8 8检验检验传动轴的加工顺序安排如下：传动轴的加工顺序安排如下：刀具的选择刀具的选择:1、车刀的种类、车刀的种类 由于工件的材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不由于工件的材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不同，车刀的种类也异常繁多，根据与刀体的联结固定方式的不

8、同，车刀主同，车刀的种类也异常繁多，根据与刀体的联结固定方式的不同，车刀主要可分为焊接式车刀和机夹可转位车刀。要可分为焊接式车刀和机夹可转位车刀。（1）焊接式车刀）焊接式车刀 将硬质合金刀片用烛接的方法固定在刀体上称为焊接式车刀。根据工将硬质合金刀片用烛接的方法固定在刀体上称为焊接式车刀。根据工件加工表面以及用途的不同，焊接式车刀又分为切断刀、外圆车刀、端面件加工表面以及用途的不同，焊接式车刀又分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成型车刀等。（如下图所示）车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成型车刀等。（如下图所示） 常用焊接式车刀的种类常用焊接式车刀的种类（2）机夹可转位车刀）机夹

9、可转位车刀 简称机夹可转位车刀。是将标简称机夹可转位车刀。是将标准的硬质合金可换刀片通过机械夹准的硬质合金可换刀片通过机械夹固方式安装在刀杆上的一种车刀固方式安装在刀杆上的一种车刀.。机夹可转位车刀由刀杆、刀片、刀机夹可转位车刀由刀杆、刀片、刀垫以及夹紧元件组成（如图所示）。垫以及夹紧元件组成（如图所示）。刀片每边都有切削刃，当某切削刃刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可以继续使用。将刀片转一个位置便可以继续使用。 机架可转位车刀结构形式机架可转位车刀结构形式刀具选择刀具选择 选择刀具时应注意以下四点：使用刀具标准化和通

10、用化，以减少刀具种选择刀具时应注意以下四点：使用刀具标准化和通用化，以减少刀具种类，便于刀具管理；尽可能采用可转位刀片；采用高效率切削的刀具；尽量使类，便于刀具管理；尽可能采用可转位刀片；采用高效率切削的刀具；尽量使工件的形状、尺寸标准化，以减少刀具的种类，实现不换刀或少换刀，缩短准工件的形状、尺寸标准化，以减少刀具的种类，实现不换刀或少换刀，缩短准备和调整时间。备和调整时间。 在实际生产中，数控车刀主要根据数控车床回转刀架的刀具安在实际生产中，数控车刀主要根据数控车床回转刀架的刀具安装尺寸、工件材料、加工类型、加工要求及加工条件从刀具样本中查表确定，装尺寸、工件材料、加工类型、加工要求及加工

11、条件从刀具样本中查表确定，其步骤大致如下：其步骤大致如下：1、确定工件材料和加工类型（外圆、孔或螺纹）、确定工件材料和加工类型（外圆、孔或螺纹）2、根据粗、精加工要求和加工条件确定刀片的牌号和几何形状、根据粗、精加工要求和加工条件确定刀片的牌号和几何形状3、根据刀架尺寸、刀片类型及尺寸选择所需刀杆、根据刀架尺寸、刀片类型及尺寸选择所需刀杆切削用量的选择切削用量的选择所谓切削用量是指背吃刀量、主轴转速、进给速度所谓切削用量是指背吃刀量、主轴转速、进给速度(进给量进给量)三者的总称。三者的总称。1、切削用量的选用原则、切削用量的选用原则 合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加

12、工合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前担下，获得高生产率和低加工成本的切削用量。不同的加工性质，对质量的前担下，获得高生产率和低加工成本的切削用量。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也有所切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也有所不同。不同。 粗加工时，选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量，其次根据机粗加工时，选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量，其次根据机床动力和刚度的限制条件，选取尽可能性大的进给量，最后根据刀具使用寿命床动力和刚度的限制条件，选取尽可能性大的进给量，最后根

13、据刀具使用寿命要求，确定合适的切削速度。要求，确定合适的切削速度。 精加工时，首先根据粗加工的余量确定背吃量；其次根据已加工表面的精加工时，首先根据粗加工的余量确定背吃量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取合适的进给量；最后在保证刀具使用寿命的前提下，尽可粗糙度要求，选取合适的进给量；最后在保证刀具使用寿命的前提下，尽可能选取较高的切削速度。能选取较高的切削速度。2、切削用量的选取方法、切削用量的选取方法1）背吃刀量的选择）背吃刀量的选择粗加时，除留下精加工余量时，一次走刀尽可能切除全部余量。在加工粗加时，除留下精加工余量时，一次走刀尽可能切除全部余量。在加工余量过大、工艺系统刚度较低、机床

14、功率不足、刀具强度不够等情况下，可余量过大、工艺系统刚度较低、机床功率不足、刀具强度不够等情况下，可分多次走刀。分多次走刀。 精加工的加工余量一般较少，可一次切除。精加工的加工余量一般较少，可一次切除。 在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达810mm；半精加工的背；半精加工的背吃刀量取吃刀量取0.52mm；精加工的背吃量取；精加工的背吃量取0.10.5mm.2） 进给速度（进给量）的确定进给速度（进给量）的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及

15、刀具、工件的材料性质选取，最大进给速度受机床刚和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取，最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。度和进给系统的性能限制。 粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚度、刀杆的强度和刚度、刀具材料、刀杆和工件尺寸以进给机构的强度和刚度、刀杆的强度和刚度、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及

16、工件材料等因素来选取进给速度。3）切削速度的确定）切削速度的确定 切削速度可根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具使用寿命进行选切削速度可根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具使用寿命进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和采用查表的方法来选取。取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和采用查表的方法来选取。 粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度确定后，可根据刀具或工件直径按公

17、式切削速度确定后，可根据刀具或工件直径按公式n=1000Vc/(ND)来确定主来确定主轴转速轴转速n(r/min)。切削用量推荐表切削用量推荐表 常用的零件装夹方式常用的零件装夹方式1、三爪自定心卡盘装夹、三爪自定心卡盘装夹 三爪自定心卡盘是最常用的通用车床夹具三爪自定心卡盘是最常用的通用车床夹具,其特点是对中性好，其特点是对中性好，适合装夹较短的回转体类工件适合装夹较短的回转体类工件.但由于夹紧力不大但由于夹紧力不大,一般只适宜于重一般只适宜于重量较轻的工件。量较轻的工件。四爪单动卡盘的特点是四个方向夹四爪单动卡盘的特点是四个方向夹持工件，因此它不仅适宜夹持外圆不规持工件，因此它不仅适宜夹持

18、外圆不规则的工件，同时也适宜夹持圆形和棒料则的工件，同时也适宜夹持圆形和棒料工件，所以外圆与端面的车削也多用它工件，所以外圆与端面的车削也多用它来进行装夹，但必须用划线盘找正。来进行装夹，但必须用划线盘找正。2、四爪单动卡盘装夹工件、四爪单动卡盘装夹工件对于质量较大对于质量较大/加工余量较大的轴类零件，一般采用工件前端用三爪加工余量较大的轴类零件，一般采用工件前端用三爪卡盘装夹，工件后端用尾座顶尖顶紧的方法。这种方法较安全，能承受卡盘装夹，工件后端用尾座顶尖顶紧的方法。这种方法较安全，能承受较大的轴向切削力，因此应用很广泛。较大的轴向切削力，因此应用很广泛。3、一夹一顶装夹、一夹一顶装夹对于工

19、件长度尺寸较大或工序较多的轴类零件，为保证每一次装对于工件长度尺寸较大或工序较多的轴类零件，为保证每一次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹，两顶尖装夹定心准确，安装方便。夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹，两顶尖装夹定心准确，安装方便。前后顶尖对工件只有定心和支承作用，必须通过鸡心夹头的拨杆带动前后顶尖对工件只有定心和支承作用，必须通过鸡心夹头的拨杆带动工件旋转。用两顶尖装夹工件，必须先在工件端面钻出中心孔，夹紧工件旋转。用两顶尖装夹工件，必须先在工件端面钻出中心孔，夹紧力较小。适用于形位公差要求较高的工件，和大批量生产力较小。适用于形位公差要求较高的工件，和大批量生产。4、两顶尖装夹、两顶尖装夹

20、数控车床加工轴类零件外形轮廓常用的测量量具主要有游标卡尺、千数控车床加工轴类零件外形轮廓常用的测量量具主要有游标卡尺、千分尺、万能角度尺、分尺、万能角度尺、R规、百分表等。（如下图所示）规、百分表等。（如下图所示）常用的测量工具常用的测量工具 游标卡尺在工厂中广泛使用，它可以直接测量出工件的内径、外径、游标卡尺在工厂中广泛使用，它可以直接测量出工件的内径、外径、长度、深度等。它是由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。如果长度、深度等。它是由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。如果按游标的刻度值来分，游标卡尺又分按游标的刻度值来分，游标卡尺又分0.1、0.05、0.02mm三种。游标卡尺三种。游标卡尺在测量工件时，手感要求较高，测量工件时卡尺夹持工件的松紧程度对测在测量工件时，手感要求较高，测量工件时卡尺夹持工件的松紧程度对测量结果影响较大，因此，其实际测量精度不是很高。量结果影响