数控基础及工艺 10

数控加工工艺新编21世纪高等职业教育精品教材·装备制造类项目五

轴套件的数控加工工艺及夹具设计

项目导读：本项目介绍了常见轴套件结构工艺特点、毛坯和材料，以某轴套件加工为对象；分析了该轴套件图纸工艺，设计了该轴套件数控加工工艺和装夹工艺，围绕该轴套件数控加工涉及的孔加工要求，着重介绍了钻孔工艺特性及常见麻花钻刀具结构，铰孔工艺特性及铰刀结构，以及镗孔工艺特性及常见镗孔刀具结构；针对该轴套件圆柱表面孔加工要求，介绍了常见轴套件定位方案及其定位元件、夹紧方案及其常见的夹紧元件；结合该轴套件图纸工艺分析，设计其数控加工工艺相关工序、刀具卡片，并设计比较两套钻孔专用夹具；在知识拓展部分增加有限元分析该轴套件钻孔装夹变形问题，供学生在专业技术能力提升方面提供未来学习和研究的方向。一、问题提出

某轴套件批量生产时，材料为HT200，毛坯为铸件预制中心孔为Ø25mm；零件小批量生产时，材料为45#，毛坯选择Ø55×65mm；零件未注表面粗糙度值为12.6μm。利用已学习的数控加工工艺基础知识，设计该零件加工工艺，并对Ø13孔加工进行夹具设计。

某轴套件零件图

某轴套件实物图二、某轴承套的数控加工工艺分析及夹具设计1、轴套类零件工艺分析

在对零件图纸工艺分析前，首先必须弄清楚该类零件的结构特点，从而合理选择此类零件的加工所使用的机床、装夹方式、刀具等，进而选择正确的加工路线，设计其数控加工工艺规程和关键工序的夹具。1.1轴套类零件概述

轴套类零件结构特点:1）零件的最大长度L与其回转体部分的最大直径D的比例，即L/D=1~5之间的回转体结构件；2）部分轴套类零件的壁较薄，对于精密轴套件采用三爪卡盘装夹容易变形，故需要设计芯轴类等专用夹具装置；3）轴套类零件一般外圆柱面与内孔面的回转中心线具有同轴度要求；4）此类零件结构比较简单，一般是通孔的回转体件。（2）轴套类零件毛坯与材料

轴套类零件通常起到支承或导向作用，如滑动轴承套、轴承衬套等起到对其配合的回转轴支承作用，为此，这类零件的毛坯可选择棒料、锻件、铸件。当孔径D<20mm时，常采用棒料材料如35#、45#等，也可以选用实心铸件，材料如HT190、HT200；当孔径D>20mm（含20mm）时，常采用带孔铸件，材料可选用HT190、HT200等牌号。

钻套在钻孔夹具中可起到引导麻花钻、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具正确钻孔的作用，通常采用热轧或冷拔棒料，常用采用有20#、35#或GCr15等材料。

汽缸套、液压缸套筒等零件，其内部孔精度达到IT6级以上，表面粗糙度Ra为0.1~0.63μm，既取得良好的导向作用，也起到一定的支承作用，有时为了便于安装，可在缸套的外部设计凸台地脚或法兰结构，由于该类件尺寸较大，通常采用铸件为主，材料通常选用球墨铸铁、高磷铸铁、合金铸铁等材料。某些油缸常用35#钢焊接缸头、法兰、凸台地脚、耳轴等，无须焊接时用45#钢材料。1.2某轴套件图纸工艺分析1.3装夹工艺方案的设计

在单件小批量加工类型的模式下，采用工序集中原则，要最大限度减少装夹次数及使用机床设备和夹具装置的数量，例如，充分利用了数控车铣复合中心机床的车、铣、钻和镗孔功能，利用三爪卡盘对棒料毛坯所预留工艺凸台进行一次装夹，待工件所有表面加工预留了磨削余量后，再利用另一头三爪卡盘装夹，通过切断车刀切断工艺凸台和镗孔后，即可在磨床上进行第2次装夹，整个加工工艺路线短、效率高。具体装夹工艺规划方案如表5-3所示，可见，该件的加工工艺路线由2道工序组成。2、钻孔工艺及刀具2.1钻孔工艺

钻孔加工是一般是作为（无孔实体毛坯）零件加工的首道工序，若零件上孔有位置精度要求，在钻孔之前需采用中心钻头打定位孔，然后采用麻花钻进行钻孔加工。钻孔加工工艺具有以下几方面特点：（1）钻孔属于粗加工工序。钻孔通常能达到的尺寸公差等级为IT13～IT11，表面粗糙度值约为Ra50～12.5μm。（2）工件材料切除率较高。工件钻孔的被吃刀量ap等于所使用麻花钻刀具的半径，在粗加工钻孔切削的情况下，可以去除较多的工件材料。（3）钻孔容易偏斜。麻花钻头具有横刃，定心困难，钻孔的定位精度不够，本身仅有两条棱带导向，钻孔的轴线容易偏斜，导致工件孔的轴线倾斜，因此，钻孔工序的形位误差较大。（4）孔径容易扩大。钻削过程中，由于切削刃的径向力不相等，会引起孔径扩大，例如在卧式车床钻孔时，切入偏差也可能导致孔径扩大。

（5）钻头容易磨损。钻孔切削过程中产生的切削热量不易传散，切削温度高，切削轴向力大，尤其是深孔切削加工过程中，排屑也十分困难，种种原因都导致钻头容易磨损，刀具的耐用度较低。2.2钻孔刀具图5-4麻花钻的结构组成

群钻与普通麻花钻相比，其钻削有以下特点：

1）由于群钻平均前角增大，钻削轻快，轴向抗力可下降35%～50%，钻削扭矩下降10%~30%。

2）由于钻削力下降，且分屑、排屑效果好，可采用比普通麻花钻高近三倍的进给量，从而使钻削效率显著提高。

3）群钻钻削顺畅，摩擦减小，而且切削液易进入切削区，冷却润滑效果较好，钻削温度较低。减轻了钻头磨损，比普通麻花钻寿命提高2～3倍。

4）钻孔的尺寸精度、形状位置精度及表面质量都有所提高；钻削条件不同时，可修磨出不同类型的群钻。3、铰孔工艺及刀具3.1铰孔工艺铰孔具有以下几方面特点：（1）铰孔工艺简单。铰孔可在普通铰床、钻床等设备上都可以完成加工，只需选择合适的铰刀即可。（2）铰孔加工精度高。铰孔是铰刀从工件已有的孔壁上切除微量金属层，使工件孔径加工达到规定尺寸，且尺寸精度和表面精度高。（3）铰孔加工适用性好。铰孔可以加工各种材质的工件，适用性强，且加工效率较高，但铰孔一般对孔径在30mm以下的高精度孔进行加工，较大的孔径一般选择镗孔加工。（4）铰孔不能够提高孔的形位精度。铰孔可以提高孔的尺寸精度和表面精度，但因铰刀特点，铰孔不能够提高孔的圆柱度等形状精度、以及孔的垂直度等位置精度。3.2铰孔刀具4、镗孔工艺及刀具4.1镗孔工艺镗孔工艺具有以下几方面的特点：

（1）镗孔能精确地保证孔系的尺寸精度和形位精度，可纠正上道工序的孔加工误差。

（2）镗孔既可以是镗刀旋转作为主运动，也可以是工件旋转作为主运动（如车床上对工件进行车镗孔）。

（3）镗孔既可以加工通孔和台阶孔，也可以加工盲孔；既可以加工圆柱孔，也可以加工圆锥孔。

（4）镗孔宜加工直径较大的孔，对应塑性好的金属材料因不能磨孔，可采用金刚镗孔加工，且加工精度与磨削精度相当。

（5）镗孔排屑效果好，刀具容易调整，但镗深孔时因镗杆过长可能导致刚性不足，故镗深孔时可通过增加镗模支承来提高刚性。4.2镗孔刀具

镗孔刀具的种类很多，按照刀刃数来分，有单刃镗刀，即只有一个切削刃，结构紧凑简单，体积小，制造容易，适用于镗削各类小孔、不通孔和台阶孔；双刃镗刀，有两个分布在中心两侧对称的刀齿，能增加切削用量和提高生产效率；多刃镗刀，包含两个或者三个切削刃，当材料去除率是首选因素时，适用于粗加工工序。5、常见轴套件夹具的选用（1）定位基准的选择

轴套件的主要定位基准通常为内孔或外圆面中心线，若内孔中心与外圆表面有同轴度要求，在加工过程中采用互为基准装夹方式。轴套件根据加工要求，除了主要定位基准以外，还选择轴套件的端面作为其他基准，具体定位方式根据轴套件加工部位的要求来设计。（2）常见夹具的选用薄壁轴套件的外圆表面装夹方式：

内胀式装夹薄壁轴套件也是一种常用装夹方式，主要采用可胀或弹性芯轴，这种芯轴相比刚性芯轴来说，既具有定心能力也起到夹紧作用，由于工件内孔整个定位面与内胀芯轴外圆柱面接触，从而避免应力集中而导致的装夹变形。6、某轴套件的数控加工专用夹具设计芯轴式装夹方案V形块式装夹方案7、数控加工工序及刀具卡片编制某轴套件的第Ⅷ道数控加工工序卡见表5-4。某轴套件的第Ⅷ道数控加工刀具卡见表5-5。课后习题1.简述轴套件的结构特点有哪些？并举例有哪些类似的零件。2.举例说明有哪