【螺纹轴的数控加工工艺分析7000字（论文）】

螺纹轴的数控加工工艺研究目录TOC\o"1-2"\h\u5368引言 124783一、螺纹零件加工简述 223276（一）螺纹轴 22076（二）螺纹轴类加工注意点 220641二、螺纹轴数控加工工艺分析 324259（一）零件工艺分析 313692（二）毛坯的确定 417764（三）零件定位基准的选择 521282三、数控机床的选择 717520（一）选择条件 726654（二）数控车床的选择 7189四、装夹方案的确定 911417（一）工件的装夹方案 91488（二）工件坐标系的建立 927128五、刀具及切削用量的选择 117051（一）刀具选择 119315（二）切削加工顺序的安排 1118964（三）确定加工顺序及进给路线 123455（四）切削用量的选择 121591结论 1429143参考资料 15

摘要随着制造水平的提高，数控机床在现代制造业中起着越来越重要的作用，为保证零件加工量，除了数控机床自身的精度外，还与数控加工中的工艺有着密切关联。数控加工中经常遇到螺纹轴的加工，螺纹轴是现代用途很广，是很多机器当中不可缺少的部分，因此螺纹轴的精度直接影响到机器的运作好坏。本文在从某螺纹轴零件的数控加工实用角度出发,详细地分析了螺纹轴零件中工艺规程的制订，螺纹轴零件中工艺直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。在此基础上，提出了适合于螺纹轴车削加工中刀具的技术要求，探讨了车削这种传统的切削方法在加工领域开发、应用的可行性。分析数控加工工艺目标的基础上，编写了数控加工程序，检验数控编程及各种工艺的正确性，为该类零件的数控加工提供了很有意义的参考。关键字：螺纹轴；数控车床；加工工艺螺纹轴的数控加工引言随着信息化产业的高速发展，数控机床的功能日趋完善，数控机床已经完全取代了普通机床，而数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高、低关系到国家战略地位、国民经济水平和体现国家综合实力的系统化，自动化，智能化，集体化水平。今后数控技术又将向着高精化，高速化，高效化，方向发展，并注重工艺适用性和经济性。数控机床的加工工艺技术是一种在我国数控机械制造工艺行业中的先进数控加工工艺技术，它采用的是一种能够实现高效率，高自动精度与优良的高自动柔性各种具有特征和优势的自动数控加工工艺技术，这种数控机床的加工工艺技术就是其能够有效地解决复杂，精密，小批多变的加工零件所带来的数控加工工艺的问题，充分地适应了当今我国现代化工业生产的进步和需要，制造工艺设备自动化技术作为先进的机械制造和加工技术中最重要不可分割组成部分的一个组成部分，其中核心技术主要包括工业数控技术，数控技术主要指的是一种被广泛应用于计算机，自动控制技术，自动检测及其他各种精密机器与设备等多种高新技术的集成和综合生产产物，它的不断涌现及所可能给我们带来的巨大经济利益，已逐渐地引起了国内外来自全球各国人民对于数控机床的加工制造技术和设备制造工艺界普遍的高度重视。数控机床已成为先进制造技术的基础装备，关系到国家的战略地位开发。CNC机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有自动化、高效率、高适应性和高精度的特点。现代数控加工正朝着高速、高精度、高柔性、高集成度、高精度方向发展。数控加工与编程毕业设计是数控专业教学体系中数控加工技术的重要组成部分。通过本次毕业设计，我们对相关学科的基础理论、基础知识以及理论与实践的结合有了更深的了解。同时，我们对这一先进的科技有了更全面、更系统的认识，以便巩固、扩大和发展，促进和提高了综合分析能力、解决问题能力和科研创新能力一、螺纹零件加工简述（一）螺纹轴在圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的、具有特定截面的连续凸起部分。螺纹按其母体形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按其在母体所处位置分为外螺纹、内螺纹，按其截面形状（牙型）分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹及其他特殊形状螺纹，三角形螺纹主要用于联接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动；按螺旋线方向分为左旋螺纹和右旋螺纹，一般用右旋螺纹；按螺旋线的数量分为单线螺纹、双线螺纹及多线螺纹；联接用的多为单线，传动用的采用双线或多线；按牙的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹等，按使用场合和功能不同，可分为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹、专用螺纹等。（二）螺纹轴类加工注意点该零件先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以二中心孔为定位基准粗车外圆，又以粗车外圆为定位基准加工锥孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。采用了二中心孔为定位基准，符合基准重合及基准统一原则。车内锥时，一端用卡爪夹住，一端搭中心架，亦是以外圆作为精基准。半精加工、精加工外圆时，采用了锥堵，以锥堵中心孔作为精加工该轴外圆面的定位基准。为保证工件外圆的磨削精度，热处理后须安排研磨中心孔的工序，并要求达到较细的表面粗糙度。外圆磨削时，影响工件的圆度主要是由于二顶尖孔的同轴度，及顶尖孔的圆度误差。螺纹一般不允许淬硬，所以在工件中的螺纹部分的直径和长度上必需留去碳层。对于内螺纹，在孔口也应留出3mm去碳层。二、螺纹轴数控加工工艺分析（一）零件工艺分析零件结构分析，制订零件的机械加工工艺规程之前，对零件进行工艺性分析。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，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。如图2-1所示零件便面由柱面，圆锥面，顺圆弧，逆圆弧及外螺纹构成，外螺纹复杂其中多个直径尺寸由较高的精度，表面粗糙，零件图尺寸编注完整，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45钢，毛胚为ф50mm×80mm。图2-1螺纹轴加工样图（45#棒材Φ50×80）该工件尺寸标注完整、正确、尺寸、基准统一、有利于定位基准与编程原点的统一。零件轮廓描述清楚，无热处理及硬度要求。零件技术要求分析，小批量生产条件编程，不准用砂布和锉刀修饰平面，这是对平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB01804-m处理，零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷，锐边倒角为C0.5未注粗糙度部分光洁度按Ra6.3。加工难点及处理方案，分析图纸可知，此零件对平面度的要求高，左端更有内轮廓加工，为提高零件质量，在对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间值。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方案。在轮廓曲线上，有圆弧，因此在加工时应进行刀具半径补偿，以保证轮廓曲线的准确性。（二）毛坯的确定对于轴类零件的毛坯主要根据零件的材料、形状结构、尺寸大小、及生产批量等因索来选择。直径较小的情况下，应该选择棒料，也可以选择实心铸件。当需要大批量成产是，还可采用冷挤压和粉末冶金等先进毛坯制造工艺，可在毛坯精度的提高基础上提高生产率。选材时的一般工艺和使用性能的基本原则首先是材料选择时需要充分地满足所有材料的一般工艺和使用性能的必须要求和前提下,同时还需充分地考虑到材料在选择时的一般工艺和使用性能及其选择时的经济性。使用性能设计基本原理一般认为是指一个企业对于零件加工所选择的一种为主体所需要使用的材料或者零件,它们应该是在正常加工中制成某一种为主体的零件后才能够正常地加工或者使用下来的情况下进行并且这样才能与我们所应必须的零件所具备的基本使用性能完全相符合的设计原理,它通常被认为就是一个企业为了确保一个为主体所需要零件的基本使用设计性和生产制造的使用技术能力被基本实现、安全耐用所需要的必备条件,这也是现代化企业对于零件的选择最主要基本设计原理。材料实际综合利用的性能主要有以下几种类型,包括物力学和化学性质、物力与物理化学性质。根据所需要的零部件图形所规定的各种材料及其具体的机械运动特性可以选择碳钢作为毛坯.45钢是最常见中的低碳钢,综合热力学性能良好而且产品的价格低廉,淬透性较低,水淬时易于在空气中产生变形或者裂纹。根据其整体动力学特点和性能情况而在要求其强度相对较低时也可以选择成型圆柱毛坯或者其他类型的零件,根据其毛坯零部件的实际使用条件、材质、结构特点三者来进行综合衡量考虑。对于圆柱毛坯零部件应适当地增加一些改性的热处理剂以及提高其零部件的强度与增加其硬度。通过以上的分析可以选定需要加工这种螺纹轴的零部件的最大材质为45#,毛坯类型为棒料,螺纹轴的最大轮廓尺寸为φ56x105mm，设计毛坯尺寸为φ60x110mm（如图2.2）。图2-2螺纹轴零件的设计毛坯尺寸（三）零件定位基准的选择不当选择材料基面板的选用很可能导致其在生产和加工零件的制作工艺生产中所遇到的质量事故发生了一千万计,更有甚者,还很可能直接导致其造成生产和加工的零件发生大批量报废,使得零件制作生产的过程不能正常地进行。基准尺寸是目前机械制造中已经应用十分广泛的一个技术概念,机械制造产品从开始设计时要求零件需要尺寸的正确标注,制造时需要工件的正确定位,校验时工件尺寸的正确测量,一直到产品装配时需要零部件的的正确装配以及位置等的确定等,都是需要用来找到作为基准的这个概念。基准衡量就是我们用来衡量确定用在生产一个对象上面的几何空间关系所需要依据的一个点,线或者平面。（1）粗基准的选用能够保证这个面积具有足够的加工余量。（2）对于粗糙的基准，我们认为应该尽量避免在机械工程中使用，因为这些粗糙的基准在机械工程应用中的物体有一些不规则的表面，通过各个物件的相对位置来精确定位精度。三、数控机床的选择（一）选择条件数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。小工件选择小规格数控机床；相对应的，大工件选择大规格机床加工，保证资源效率优先的原则。机床结构取决于机床规格尺、加工工件的重量等相关因素的影响。主轴转速的确定以及主轴转速应根据允许的切削速度和工件以及刀具直径来选择。机床的工作精度与工要求的加工精度相适应。如精度要求低的加工零件就粗加工；要求精确度较高的零件，应选择精度高的机床。（二）数控车床的选择此毕业设计要求加工图所示的零件，此零件必须使用数控机床进行加工，在加工过程种不需要更换机床和加工工作地点，该零件可以在车床上通过一次装夹就能完成加工。本文选择操做系统为SINUMERIK-802S型号为CK6140数控加工机床。机床的主要规格和参数见表:床身上最大回转直径mm360400进给X轴快速进给mm/min3000滑板上最大回转直径mm190210Z轴快速进给mm/min6000最大加工长度mm1000每转切削进给量mm/r0.005-100换刀时间sec2床身宽度mm360行程X轴行程mm230精度mm0.001Z轴行程1080刀柄尺寸20*2025*25主轴转速范围r/min80-400-2000刀具数量6主轴端部尺寸C6主轴通孔直径mm65重复定位精度mm0.01表面粗糙度Ra1.6尾座套筒直径mm65尾座套筒行程mm100主电机功率KW45.5净重1700KGX轴伺服电机N.m6机床外形尺寸2060*1200*1500Z轴伺服电机N.m6主轴内孔锥度(公制)70图3-1CK6140数控加工机床规格参数四、装夹方案的确定（一）工件的装夹方案在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率，为了充分发挥数控机床的工作特点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素：1.尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具；2.结构设计要满足精度要求；3.易于定位和装夹；4.易于切削的清理；5.抵抗切削力由足够的刚度；（二）工件坐标系的建立本零件以切削端面和轴线交点为原点建立工件坐标系。加工零件左端部分时，工件坐标系的建立位置如下图4-1。图4-1建立左端切削点工作坐标系工件的定位与基准应与设计基准保持一致，应防止过定位，定位基准在数控机床上要仔细找正。由于这个工件是个轴，因轴的长度不是很长，所以采用普通三爪卡盘夹紧工件。加工零件右端部分时，工件坐标系的建立位置如下图4-2。图4-2建立右端切削点工作坐标系五、刀具及切削用量的选择（一）刀具选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。使用硬质保金涂层刀片时，必须注意涂层并不能改善刀片的基体的强度，应防止编程不当导致的碰撞，以免引起刀片破损。涂层刀片特别是进吕涂层刀片的价格一般都较高，因此不适合在首件试切削时使用。此外在使用时须注意防止被刀片锐利的边缘划伤。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。表5-1数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01φ5中心钻1钻φ5mm中心孔2T02硬质合金90°外圆车刀1车端面及粗车轮廓右偏刀3T03硬质合金90°外圆车刀1精车轮廓右偏刀4T04硬质合金60°外螺纹车刀1车螺纹编制审核批准（二）切削加工顺序的安排①先粗后精。先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。②先主后次。先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。③先面后孔。对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。④基面先行。用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。（三）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0.25㎜精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。CK6140数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线。该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给，如图5-1所示。图5-1精车轮廓进给路线（四）切削用量的选择背吃刀量的选择，与普通机床相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、，精确度高，而且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调郑方便，满足数控机床的高效率。轮廓粗车循环时选ap=3㎜，精车ap=0.25㎜；螺纹粗车时选ap=0.4㎜，逐刀减少，精车ap=0.1㎜。在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为：n≤（1200/P）－k式中P——被加工螺纹螺距，mm；k——保险系数，一般取为80。主轴转速的选择，车直线和圆弧时，选粗车切削速度vc=90m/min、精车切削速度vc=120m/min，然后利用公式vc=πdn/1000计算主轴转速n（粗车直径D=60㎜，精车工件直径取平均值）：粗车500r/min、精车1200r/min。车螺纹时，计算主轴转速n=320r/min。主轴转速应根据已经选定的背吃力量、进给量及刀具耐用度来选择切削速度。一般可根据经验公式计算，了可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查阅有关切削用量手册选取。需要注意的是交流变频调速数数控机床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。实际编程中，切削速度VC确定后，可按照公式n=1000vc/eD计算出主轴转速n。进给速度的选择，进给速度的大小直接影响到表在粗糙值和车削效率，因此应在保证表在质量的前提下，选择较高的进给速度。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。选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.4㎜/r，精车每转进给量为0.15㎜/r，最后根据公式vf=nf计算粗车、精车进给速度分别为200㎜/min和180㎜/min。表5-2典型轴类零件数控加工工艺卡片单位名称产品名称或代号零件名称零件图号典型轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间001三爪卡盘和活动顶尖CK6140数控车床数控中心工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/r.min-1进给速度/mm.min-1背吃刀量/mm备注1平端面T0225×25500手动2钻中心孔T01φ5950手动3粗车轮廓T0225×25500200综合前面分析的各项内容，并将其填入表3所示的数控加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。结论本文详细地分析了螺纹轴零件中工艺规程的制订，螺纹轴零件中工艺直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。在此基础上，提出了适合于螺纹轴车削加工中刀具的技术要求，探讨了车削这种传统的切削方法在加工领域开发、应用的可行性。在车削螺纹轴的基础上，开展了螺纹车削技术的研究。精密车削这种传统的切削方法，在螺纹轴的加工中具有加工精度高、加工时间短及加工效率高等优点。参考资料[1]张敏.数控车床编程与操作教学中不能忽视的几个问题[J].现代制造技术与装备，2017(5):187-188.[2]范峰.宏程序在数控车床编程中的应用[J].职业，2017(18).[3]禹涌，张铁昌，张定华.回转类零件表面特征多轴数控加工编程技术研究[J].西北工业大学学报，1997(1):21-25.[4]刘衍益.基于FANUC0i的螺纹轴加工策略与路径优化改进[J].设备管理与维修，2020(23):3.[5]谭晓郃.输入轴螺纹端部裂纹分析[J].汽车零部件，2020.[6]吕偿，曹玉华，李林，等.异形件转动体多轴联动加工工艺及编程技术研究[J].航空精密制造技术，2020，56(3):5.[7]孟维、黄龙、马黎丽.起重机梯圆螺纹轴的车削加工[J].