螺纹轴零件的数控加工工艺及程序设计

螺纹轴零件的数控加工工艺及程序摘要：数控加工可以说是一个国家的工业发展的利器，这个句话说出来一点都不夸张。在看国家工业发展的数据可以看到，在工业发展的同时数控加工的发展也在同时发展，而且相互之间密不可分。零件的形状是轴类的回旋零件其用途广泛，零件以阶梯的形状要求在使用时有一定的强度和刚性而且零件需要有较高的耐磨性这样才能长时间工作，零件与其他零件是有部分的装配关系，所以有部分的装配尺寸要求会高些。通过本次的毕业设计我们要基本掌握机场的基本参数、其每一类的优点和缺点，来为我们选用合适的设备提提高加工线路，如何可以合理的选用切削量，这样可以保证零件的精度和表面的光洁度同时可以保证刀具可以有更长的使用寿命由于刀具一般价格较高这可以可以大大地降低成本。关键词：工艺分析；加工方案；进给路线NCmachiningtechnologyandprogramofthreadedshaftpartsAbstract：Numericalcontrolprocessingcanbesaidtobeasharptoolfortheindustrialdevelopmentofacountry,whichisnotexaggerated.Lookingatthedataofnationalindustrialdevelopment,wecanseethatthedevelopmentofnumericalcontrolprocessingisdevelopingatthesametimewiththeindustrialdevelopment,anditisinseparablefromeachother.Theshapeofthepartistherevolvingpartoftheshaft,whichhasawiderangeofuses.Theshapeofthepartwiththeladderrequirescertainstrengthandrigidityinuse,andthepartneedshighwearresistancesothatitcanworkforalongtime.Thepartandotherpartshaveapartialassemblyrelationship,sotheassemblydimensionrequirementsofsomepartswillbehigher.Throughthisgraduationproject,weneedtobasicallymasterthebasicparametersoftheairport,theadvantagesanddisadvantagesofeachcategory,soastoimprovetheprocessinglineforustoselecttheappropriateequipment,howtoselectthecuttingamountreasonably,soastoensuretheaccuracyofthepartsandthesurfacefinish,andalsoensurethatthetoolcanhavealongerservicelifeduetothehighgeneralpriceofthetoolItcangreatlyreducethecost.Keywords：processanalysis；processingplan；feedroute目录第一章绪论…………1第二章零件的工艺分析及规程……………………22．1零件的用途………………22．2零件的结构形状…………22．3零件的表面粗糙度………32．4零件的尺寸精度…………42．5工艺规程的定义…………42．6加工工序的划分…………4第三章毛坯的选择…………………53．1毛坯材料的选择…………52毛坯形状及尺寸的确定………………6第四章机床、刀具及冷却液的选择………………74．1机床的选择……………74．2刀具的选择……………84．3冷却液的选择…………10第五章量具和夹具的选择………115．1量具的选择……………115．2夹具的选择……………11第六章装夹方式和定位基准的选择……………126．2定位基准的选择………13第七章切削参数的确定…………137．1切削用量的确定………147．2加工余量的确定………147．3走刀路线的确定………15第八章程序的编制及工艺文件的制定…………158．1数控加工程序的编制…………………158．2制定工艺卡……………188．3制定刀具卡……………198．4制定工序卡…………20总结………………21致谢………………22参考文献…………23附录附录一零件图夹具总装图夹具各零件图附录二工艺过程卡附录三刀具卡附录四程序清单刀路图需要全套图纸、工艺卡、程序等资料联系QQ：1047713170第一章绪论我国自主设计的商用飞机到现在已经是接到很多的外国订单这个是代表着高端的制造业，我国被外国称为基建狂魔很多世界级的工程如三峡发电站、港珠澳大桥等等能够顺利地完成都离不开工装设备和机械装备所起到的作用，中国自主研发的全球定位系统北斗系统并且以很大的优势在不断取代美国的GPS系统。不敢想象在改革前我国很多人口都是活在贫穷以下的连简单的温饱都是很难去解决，到现在我国实现了工业现代化的进程，这与数控加工的强劲发展密不可分。并且我国的中国制造基本上很多国家都是离不开的。为什么说数控加工在工业中如此巨大呢？如果制造工业要发展数控加工一定要发展那个是大前提。而且必须要有自己的核心技术才能让工业走得更远，在以前我国技术落后有部分数控加工不能自己设计和制造这个是我国的基本国情也是务必了接受的，所以只能靠外国进口来补救。但在高端数控加工上也不能只依靠外国进口来解决问题，因为上段时间中国和美国的贸易战中就是一个很好的例子，中兴就是一个很好的例子，中兴的芯片没有自主研发和自主生产的能力只能靠在美国进口，在贸易战中，美国就是看到这个弱点。不卖芯片给中国，这个小小不起眼的芯片可以说是整个手机的核心没了他基本上是没办法生产手机出来的，一时间中兴陷进了严重的危机，最后只能接受美国苛刻的条款来挽救中兴。在这件事上我们也是很清楚明白到数控加工要应该掌握自己的核心技术，不然就会受制于人严重的可能一夜之间就会走进严重的危机。我国在改革开放后数控加工上的发展和取得的成绩也是可以看到的。新技术的不断创新而且不断在普及，在过去我们设计好产品后就会去生产数控加工，设计的产品我们都是多角度去考虑其可行性，但这种方法只能停留在理论上和可能遇到的问题。这种方式还是有所欠缺的，在某些地方我们也进行风险评估但有时都会预测错误从而设计产品上的有缺陷，产品上有缺陷后期要修复的时候，只能对数控加工进行改模来到达其使用效果。这样对数控加工进行改模的不但对数控加工制造周期加长不利于生产成本，同时对数控加工进行改模的会对其原有的最优结构的数控加工进行改造，在改模时部分为了达到要求只能降级使用，对数控加工的使用寿命有较大的影响。而且部分改了的数控加工结构会有点不合理的情况出现，所以会有时衍生其他问题的出现又要解决其出现的问题。在这个条件的情况下，3D打印的出现对这个情况有很好的解决，而且打印出来的产品与数控加工生产出来的产品无论物理特性还是化学特性都是有较高的相似度。这样我们设计出来的产品可以通过3D打印把产品制造出来，而且可以在产品上模式使用环境、使用效果、是否很好装配对后期生产有没有影响，这对产品有一个很系统的验证，有问题的可以前期修改或修复，在数控加工生产前已经把缺点尽量去处理。大大减少了数控加工后期修改的次数。无论对数控加工的制造周期和数控加工的使用寿命都起到很大的作用。第二章螺纹轴工艺分析针对零件的外形形状通过对机床设定的走刀线路、转速、进给量等参数的变化来加工零件的外形轮廓。这样加工出来的效率较高，而且随着技术的进步加工的零件有原来的简单和单一也不断向复杂化、高精度化、高效率化去进步，而加工出来的线路也不断增多，需要我们有一定的专业技术去判断。2.1零件的用途零件的形状是轴类的回旋零件其用途广泛，零件以阶梯的形状要求在使用时有一定的强度和刚性而且零件需要有较高的耐磨性这样才能长时间工作，零件与其他零件是有部分的装配关系，所以有部分的装配尺寸要求会高些。2.2零件的结构形状图2-1螺纹轴零件图上面的各个尺寸的尺寸精度加工设备能不能满足其精度的要求都要考虑清楚，上面的光洁度的要求刀具能不能加工出来等等都需要综合考虑取分析并且根据特点选用合适的刀具去配合加工。从本次的零件分析上零件为中等难度，且部分地方是有圆弧过渡的地方，一般普通的车床是不可以满足的，所以需要使用数控车床才能满足其加工的特点2.3零件的表面粗糙度表面的粗糙度是在高倍数的放大镜下表面不是完全平滑的，而且像山脉一样有高峰和低峰高低不平的，粗糙度表达的是高与低之间的平均值，数值越低表面越接近平面。零件图是精度尺寸上，零件的精度公差要求属于中等的要求，除了部分尺寸是有装配关系的这部分尺寸需要在工艺路线编制时要注意保护。从表面的公差要求上，都是粗糙度在1.6内，选用基本的刀具就可以满足。2.4零件的尺寸精度零件图上的公差都是在IT7~IT10范围内的公差基本上是可以满足的，部分有些是有装配关系的尺寸要求高所以在加工时加工线路需要合适的路线来保护。这个范围内的要求基本可以满足。有两个同心度的公差，在加工线路的装夹上要从注意考虑。2.5工艺规划的定义对同一个零件其加工方法可以说是多种多样的但其大体的原侧上都是不变的就是要达到工件上的表面光洁度的要求和零件尺寸公差范围的要求，所以我们要对每一个零件的实物情况去具体分析问题在零件的外形的结构特点、图纸上零件图的技术要求如公差范围、表面的光洁度等等。从工件的精度方向分析和工件的生产批量分析，结构特点等等，由于本次的工件为轴类的零件，最优的加工方法是使用数控车床加工，可以在保证尺寸精度的情况下能大大提高生产的效率能最有效地提高经济效益。按工件的直径尺寸的大小，尺寸长度，精度等基本要数作为考虑的条件2.6加工工序的划分1.首先，先明确一下加工工序划分的原则：A、基面先行原则，常说基准精确后面的加工尺寸才会准由于在第一次的初次加工时都是以毛坯表面为加工的基准，而毛坯表面都是可以不作为重复定位的，这时需要先把工件的后面加工基准先加工出来提供后面一个精准的加工基准，这样为后面工序的精度起到很大的作用，常说基准精确后面的加工尺寸才会准确。B、先主后次原则，首先也是分析零件上的尺寸一般分两类对一些有装配和配合要求曲面或者是需要光亮的外面表面为主要曲面应该需要先行处理和加工，另外是对一些次要的表面相对要求低些如退刀槽、钻孔等等，这个可以在处理好主要的表面尺寸精度后再进行加工出来。这样可以更好地控制各个地方的尺寸精度和更优化线路。C、先粗后精原则，我们加工零件时由粗加工到半精加工再到精加工这样的顺序是最好的，粗加工由于预留了下一工序的余量对表面没要求这样在加工时可以设置更大的吃刀量，这个对提高加工的效率很重要，基本上可以缩减很多的加工时间我们在提高效率时这个时最优的地，其次时半精加工我们设置这个工序主要是提供后面的精加工时可以有一个很稳定的余量，由于在精加工时余量与均匀加工时刀具的切削量会很均匀，避免出现跳刀的现象而影响精度，部分要求不高的工件为了提高效率可以直接到精加工，但对于要求高的工件这个需要设置的，对工件的精度和工件批量生产时的稳定起到很大的作用。

D、先面后孔原则，对于有些工件需要加工孔的零件，为了在初次切削时刀具的受力尽量均衡这样刀具不容易跑位对孔的同心度比较有好的保证，这样我们需要先把端面加工出来保证端面的平整性可以让刀具更好地进行切削，刀具容易跑偏对刀会更准确。2.具体加工工序划分如下：1.零件的右端面→2.粗加工→3.精加工→4.切槽→5.车螺纹→6.掉头加工端面→7.钻孔→8.粗加工→9.精加工→10.检查第三章毛坯的选择毛坯的尺寸大小、预留的余量、质量的稳定性、外形特点等等都会直接关联着加工的效率快慢、经济效率是否高低、生产时的损耗率高度等等都有着很大的关系要根据零件的加工工艺和选用的设备选取好的毛坯会起到很重要的作用，3.1毛坯材料的选择毛坯选取的依据是：A.零件进行生产时的工艺和类型。B.零件选取的材料的化学特性和物理特性的要求，甚至其力学特性。C要根据实际的生产条件确定的毛坯是否可以进行高效率的批量生产并且要有足够的稳定性。最优方案是其制造工艺不高这样才比较符合经济效益的角度。D零件的外形特点不复杂且尺寸简单，零件需要偏向于较简易的中等零件。选择毛坯材料的基本过程：图3-1工艺流程3.2毛坯形状及尺寸的确定毛坯的外形尺寸尽量要少留余量这样可以降低废料的产生提高经济效率，且形状要简单这样可以容易获得,要根据零件的加工工艺和选用的设备选取好的毛坯会起到很重要的作用，会让我们对保证零件的尺寸精度、光洁度等重要的参数相对用简单的工艺就可以得到并且生产加工时工件的稳定性高可靠。分析本次的零件为回旋体为了能简化前工艺的要求选用45#的圆料，在生产批量有较大的提升时再考虑用锻造的工艺来图3-2毛坯图3-2俯视图第四章机床、刀具及冷却液的选择4.1机床的选择由于本次的加工工序较多且有定的生产批量，在考虑到生产的连续性的同时又要保证工件的精度，就需要选用合适的车床来加工保证可以能高效率的运转的同时降低成本，所以需要从下面几点来考虑：车床的各个切削参数，如主轴的转速范围，进给量的范围，都需要对工件和工艺、加工线路匹配。车床的精度问题，由于车床的精度范围往往决定了工件的精度，所以车床的精度要比工件的精度高这样才可以加工合格范围的尺寸精度。车床的功率，由于每一种零件其选用的材料其物理特性都不一样故切削力也是不会一样的，所以车床提供的最大切削力要大于零件的切削力这样才能保证一次加工可以有效顺利地完成。车床经济效益性，在原侧上能满足工件的尺寸要求下选取其购买成本低的类型可以降低成本。车床的总体结构刚性是否足够，其车床刚性较好的情况下可以加大切削量后都不容易出现震动的情况，如果出现震动时就容易崩刀，一般刀具都是比较贵重的，这样就增加了损耗降低了经济效率，甚至容易损坏车床设备。车床的允许加工行程，这个很重要我们选用工艺加工路线时需要核对这个行程两者是否匹配不然是最优良的加工线路都是没办法加工出来的。车床经济效益性，在原侧上能满足工件的尺寸要求下选取其购买成本低的类型可以降低成本。按上面的分析方向为考虑，从工件的精度方向分析和工件的生产批量分析，结构特点等等，由于本次的工件为轴类的零件，最优的加工方法是使用数控车床加工，可以在保证尺寸精度的情况下能大大提高生产的效率能最有效地提高经济效益。按工件的直径尺寸的大小，尺寸长度，精度等基本要数作为考虑的条件，本次选用CAK6140数控机床作为加工设备。表4-1数控CAK6140机床参数4.2刀具的选择可以根据实际情况来作人工的调整或人工的补偿来到达相关的要求，这时刀具的使用寿命可以短些来提高生产效率。另一种是使用在数控机床上的刀具一般都是加工精密的零件，对刀具的材料要求、刚性、尺寸的稳定性都要较高的要求，所以偏向于使用一些高寿命的刀具。我们在合理选用刀具的工作寿命长短时，可以在刀具的成本、刀具的精度、刀具的磨刀难易情况来考虑。刀具使用的寿命长短与我们设定选用的切削量大小有直接的关系，当我们选用大的切削量时由于刀具受到的切削力大刀具产生较大的磨损其工作寿命会偏短，当我们选用的切削量少的时候刀具在工作时受到的切削力小磨损也较小，所以其寿命就长。但同时也是切削量大的时候其加工效率就高，切削量小时其加工效率就慢，所以三者间都是互相影响同时也是互相对立的，所以我们要在三者间取一个合理的平衡点，保证三者都可以发挥到最后的状态。合理的刀具寿命是一最优化的目标而选用，一般分两种情况一种是相对较低的成本的刀具寿命，另一种是高效率的刀具寿命，都是需要根据工序的内容而选定的。图a图b图c图d图e图f图4-2刀具选用综合上述因素选择刀具如下：图f是镗刀加工内圆。图e是麻花钻钻孔用。图d外螺纹车刀。图c切槽刀。图b外圆车刀（90度）图a车端刀（45度）4.3冷却液的选择选取的注塑液是否合适对提高生产效率、控制精度、保证零件起到一定的作用，其作用可以分为：1.润滑作用，在切削加工时是一个相对摩擦的过程，其冷却液是起到降低摩擦的润滑作用，降低刀具的磨损，提高刀具的寿命起到一定的作用。2.冷却的作用，其主要作用是冷却由于在加工过程中会产生大量的热量，如果热量不能及时传递出去的情况下工件容易变形，刀具的磨损会很严重大大降低了刀具的使用寿命。3.保证作用，加工后工件的表面容易氧化或者与空气中的成分发生化学反应，表面的切削液起到保证工件的作用。4.清洗的作用，在加工过程中会产生铁销有部分会缠腰在工件的表面对加工产生一定的影响，切削液在高压喷出的过程可以冲去零件表面的铁销。考虑到成本和使用性、实际效果等因数，本次的切削液使用水溶性的液体就可以满足要求。第五章量具和夹具的选择5.1量具的选择精度要求高的我们常常会用到千分尺测量精度高但效率会稍慢，如果测量的精度稍为低些的可以使用游标卡尺，测量时间的速度高而且快速可靠能大大提高测量的效率。如果是针对部分是有螺纹部分的我们可以使用螺纹环规，并且结合游标卡尺测量后使用数学公式来计算，这样的进度会较高，但也是一个问题是效率会较为低下。如果是部分是有弧度链接的曲面，由于测量难度较大，故可以考虑使用三维坐标去测量，但缺点是测量效率慢同时设备价格昂贵，但优点是测量的精度是最高的，也是最能反映出工具的精度。部分是批量较为大的可以考虑设置测量夹具，测量效率最高测量的精度也是高考虑到工件的大小和精度要求，本次选用长度350mm的游标卡尺和行程25-50mm的内径千分尺。图一游标卡尺图二千分尺图5.1测量工具5.2夹具的选择常用的装夹方式可以使用下面的几种装夹，由于每个装夹方式都有其优点和缺点，所以我们要结合工件的外形结构特点来选用。A.使用两个顶尖的方式装夹，其优点是可以一次性把所有的工序加工出来对一些有同心度要求的工件是一个比较有保证的，对加工工序多且工件长的结构特点工件其方案最能体现，但其调整轴线相对会困难且麻烦，对一些大批量生产的工件时效率相应较为低下。B.套芯装夹，这类的装夹是属于用于壁薄的工件而且对工件的形状也是有要求的。C.四爪卡盘的装夹，其优点是可以对一些异性不规则的面都可以装夹不受工件的外形特点而影响对工件的形状是没有要求的，而且由于是四面都压紧了其夹紧力很大，对一些切削量大的工件是一个很好的保证避免出现震动的情况出现，但其缺点也是一个通病来的就是找正中心比较耗时间，而且受人为因数较多对精度的控制不利。D.使用的装夹方式是一夹一顶这类方式是最常用，其优点是由于两头都有固定方式避免加工时出现震动的现状可以进行大刀量的切削加工，这样对提高生产效率和保证工件的尺寸精度起到很大的作用，这类在装夹尤其适合对一些细而长的工件容易出现震动，可以有效地降低这种情况出现，但缺点是当工件端面是孔的情况下就没办法选用。E.使用三爪卡盘来装夹对于常规的车床来说是主要的装夹的方式，其优点是可以快速地找到中心，无需要打表来校正基准这样耗时间效率更高效。但其缺点是由于其本身的结构特点决定的就是夹紧力相对较小些，对一些较大的吃刀量没办法保证，所以在确定吃刀量的时候要注意，这个一般是对圆柱型的工件来装夹的对一些异性的工件是没办法装夹的，这个对工件的型状是有要求的。由于本次加工的零件都是一个回旋体有一定的生产批量故选用三爪卡盘可以满足快速装夹在保证加工精度的同时有可以提高生产效率，且对生产操作者的技术水平要求不高，从而人为因数的而影响工件的精度较少，所以最适合本次的加工方案。图5.2三爪卡盘第六章装夹方式和定位基准的选择6.1定位基准的选择定位基准是可以有效地保证工件的尺寸精度而且对加工的路线和方面也是起到关键的作用，对其线路是否可以简化或或者优化起到很重要的作用，其考虑的依据为可以一次装夹的就一次装夹，加工线路能减少一次装夹的就减少一次装夹，这样可以大大减少定位误差，减少对尺寸不稳定性的因数。图纸上的基准和加工准备能重合的情况下尽量重合，这样可以大大降低误差，较容易保证工件图上的尺寸，制定的工艺时相对可以简单些。能可以方便对刀原侧，如果是大批量生产的工件这个原侧非常重要，一般情况下会把工件的坐标原点会设定好，对刀时会很方便和对刀更加简易，可以最优限度地降低人为错误或者是人为判断出错，有些对刀是通过人为的经验去判断，对于没经验的情况下尺寸的精度浮动较大而容易生产出不合格的产品。能可以最方便的装夹，其装夹的基准能满足加工的精度要求、表面光洁度等技术文件的要求下，要尽可能地选取方便装夹的，不要选择那些要装夹半天还没可以正常装夹好大大降低了生产生产效率，同时要选取一些对工人技术水平不高的，我们通常说是傻瓜操作，人为因数干预少不容易出错。而且尽可能有较多的装夹表面这样可以大大提高装夹力，对加工的稳定性有比较好的条件，不容易出现震动和跳动。尽可能在选取的基准面和设计基准可以重合，这样可以更好地去编程序，避免基准不重合而出现误差的情况，在三大基准中（编程的原点、设计基准、定位基准）都尽量统一，对尺寸精度的控制会比较容易实现。分析工件的外形结构、各个地方的光洁度、尺寸的公差，和相关的技术文件为考虑因数，选取一右端的大端面为本次零件的定位基准。第七章切削参数的确定7.1切削用量的确定主轴的速度、背吃刀量、进给量等等我们在需用切削用量时主要考虑两个方向粗加工时由于预留了下一个工序的余量，而且加工的效率在提高效率就在这里，这里主要考虑加工的合理性其次就考虑最快速地加工，所以粗加工时切削量在设备的负荷下和刀具的承受问题下能承受下能最大的一定要以最大量的来切削，这样可以以最高效率的路线。在精加工时由于是最后工序的加工其加工的质量直接反应在工件上，工件上的零件是否可以到到图纸上的要求，就是体现在这里。所以我们这里目标是以质量为主要的前提和考虑的方向，务必以加工质量和尺寸精度的控制为主要的考虑因数，所以我们这里设置的切削量以小和合理为主，本次按经验和综合零件的实际情况各个参数的选取为背吃刀量ap=1.5mm，切削速度vc=50～100mm/min，进给量f=0.1～0.2mm/r。7.2加工余量的确定零件的加工余量就是零件图纸上的实际设计尺寸上增加了一个厚度来，来保证可以得到加工后的尺寸，这个余量可以大也可以小，但在经济效益上的角度越小越好，但在加工上的角度看要合理不易过小。确定余量的合理性可以从下面的角度上考虑：A经验方式，就是按技术人员根据工艺线路、零件的选用材料特性、和使用的机床精度为依据来确定余量的大小，这个方法适合的是小小批量的生产。B查表方法，就是按手册上的设定的余量来确定，这样可以快速确定，但需要结合实际情况会有所调整。C计算法，确定的余量相对上面的两种方法较为准确，加工余量的大小较为适中，但需要一些统计的资料和一定的测量工具。本次余量的确定使用经验的方法可以得到其精加工的余量控制在0.3~0.5mm范围内。7.3走刀路线的确定走刀线路就是刀具安排的路线和轨迹安排，精加工时以零件的外表面为依据就可以，粗加工增加适当的余量就可以，但刀具的进入点不适合切削力突然增大这样刀具容易突然增大而产生振动而影响零件的尺寸精度。对刀点可以是零件上、也可以是车床上甚至是夹具上，对刀时主要对刀点是否有磨损或尺寸问题，而影响工件的质量。需要以下的几个方面去考虑：1.确定切入和切出的地方和方向。2.选取路线交短的线路。3.降低空刀的情况出现提高生产效率。4.要尽量一刀走完保证零件的精度和粗糙度。第八章程序的编制及工艺文件的制定8.1螺纹轴数控加工程序的编制制定工艺卡每一个零件