《数控加工工艺编制与实施》-项目三

3.1零件图纸中的尺寸标注轴套是各种机器中最常见的零件之一。数控车床加工的轴类零件一般由圆柱面、圆锥面、圆弧面、台阶、端面、内孔、螺纹和沟槽构成，材料为45钢。通常轴类零件上的圆柱面用于支撑传动零件(如带轮、齿轮等)和传递扭矩;圆锥面有传递扭矩、高精度定心和装卸方便等特点;端面和台阶来确定装在轴上的零件的轴向位置;螺纹常用于轴或轴上零件的锁紧，沟槽的作用是使磨削外圆或车螺纹时退刀方便，还可以对轴上的传动零件进行轴向定位。对数控加工来说，最倾向于以同一基准标注尺寸或直接给坐标尺寸，这就是坐标标注法。这种标注法，既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保证设计、定位、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员往往在尺寸标注中较多的考虑装配等使用特性要求，而不得不采取局部分散的标注方法，这样会给工序下一页返回3.1零件图纸中的尺寸标注安排与数控加工带来很多不便。事实上，由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的累计误差而破坏使用特性，因而改变局部分散标注法为集中标注或坐标式尺寸标注是完全可行的。如图3一1所示即为尺寸标注法，这是基本采用数控设备制造并充分考虑数控加工特点所采取的一种设计原则。上一页返回3.2零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下制造、维修的可行性和经济性。即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面广，因此有必要对零件进行结构工艺性分析，找出技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的加工措施加以保证。

1.尺寸精度轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6一IT9，精密轴颈可达ITS。轴套的外径精度相对于内径精度来说要相对高一些。

2.表面粗糙度的要求根据零件的表面工作部位不同，可有不同的表面粗糙度。例如，普通机床主轴支撑轴颈的表面粗糙度Ra为1.6一6.3μm。随着机器运转速度的增大和精度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。下一页返回3.2零件的结构工艺性分析

3.位置精度的要求位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支撑轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支撑轴颈的径向同轴度来表示。根据使用要求，规定高精度为0.001~0.005mm，而一般精度的轴为0.01一0.03mm上一页返回3.3刀具的选择数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀具及切削用量。数控车床对刀具提出了更高的要求，不仅要求刀具精度高、刚性好、耐用度高，而且要求安装、调整、刃磨方便，断屑及排屑性能好。在所选数控车床上可预先安装六把刀具，当被加工工件改变后一般不需要更换刀具就能完成工件的全部车削加工。为了满足要求，刀具配备时应注意以下几个问题。

(1)在可能的范围内使被加工工件的形状、尺寸标准化，实现不换刀或少换刀以缩短准备和调整时间。

(2)使刀具规格化和通用化，以减少刀具的种类，便于刀具管理。

(3)尽可能采用可转位刀片，磨损后只需更换刀片，增加了刀具的互换性。下一页返回3.3刀具的选择

(4)在设计或选择刀具时应尽量采用高效率、断屑及排屑性能好的刀具。车床主要用于回转表面的加工，如内/外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹、内孔等的切削加工。数控车削常用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧车刀和成形车刀。【项目实施】

项目引入:轴套配合件零件图如图3一1所示，对其进行加工工艺文件的编制，并填写相关工艺文件表格。上一页返回3.4轴套配合件工艺分析3.4.1轴套配合件工艺分析

1.结构及工艺性分析如图3一1所示轴套配合件，主要由圆柱、圆锥、顺圆弧及逆圆弧、螺纹等表面组合而成。其主要技术要求为:曲面光滑连接。尺寸标注完整，先加工锥套，并以此为基准加工小轴，加工时必须保证轴套配合件的尺寸精度和几何精度。毛坯材料为45钢;尺寸为小50mmx35mm和小50mmx105mm的棒料。零件形状虽不复杂，但要保证相互配合，必须有严格的尺寸要求，因此，加工难度较大。要注意配合件的加工顺序，通常情况下先加工较小的零件，后加工较大的零件，以便在加工过程中及时适配。因此，在本项目中可先加工轴套，并以此为基准加工小轴，必须保证轴套配合件的尺寸精度和几何精度。下一页返回3.4轴套配合件工艺分析2.尺寸及精度分析(1)尺寸精度分析。如图3一1所示轴件总长度为最左端外圆尺寸为最右端为R10mm的球面。套的总长度为33mm，套的小径尺寸为

套的大径尺寸为套与轴配合面积不小于70%，对刀时，尺寸测量一定要保证准确无误。

(2)表面粗糙度的要求分析。如图3一1所示零件外圆和内孔多处表面粗糙度Ra为1.6μm，其余Ra为3.2μm。为保证其表面粗糙度要求，精车时，应采用精车刀片，并适当提高机床主轴转速。

(3)位置精度的要求分析。如图3一1所示轴的同轴度为0.03mm

上一页下一页返回3.4轴套配合件工艺分析3.4.2选择毛坯如图3一1所示轴套配合件零件，毛坯材料为45钢，强度、硬度、塑性等力学性能好，切削性能好，没有经过热处理，加工工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。轴毛坯材料为φ50mmx105mm，轴套毛坯材料为φ50mmx35mm。尺寸标注合理，零件图上的重要尺寸直接标注，在加工时使用工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则。3.4.3选择设备根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、现有的生产条件要求，选用CAK6140数控车床，FANUCOiMate-TC数控系统。上一页下一页返回3.4轴套配合件工艺分析3.4.4确定零件的定位基准和装夹方式1.基准确定(1)轴套。该零件重要的径向加工部位依次为:零件重要的轴向加工部位是:由上述尺寸可确定零件的轴向尺寸基准为零件的右端面。

(2)小轴。该零件重要的径向加工部位依次为:重要的轴向加工部位依次为:因此，小轴加工时以圆柱左端面为尺寸基准。2.零件安装根据零件的尺寸、精度要求和生产条件，加工如图3一1所示锥套的内孔时，可选择最常用的三爪自定心卡盘;加工锥套的外圆时，可采用“双顶尖方式”装夹，以保证同轴度要求。

上一页下一页返回3.4轴套配合件工艺分析3.4.5确定加工顺序及进给路线经过分析如图3一1所示零件的尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，作出以下加工方案。

(1)先加工轴套，然后再对小轴进行加工。

(2)先加工轴套内孔，再加工轴套的外圆。

(3)先加工小轴的左端，再加工小轴的右端至尺寸要求(注意同轴度要求)。3.4.6刀具及量具选择1.刀具选择如图3一1所示零件主要以外圆加工为主。选择硬质合金车刀，需要外圆车刀、切槽刀、螺纹刀、钻头、内孔车刀。加工零件为配合件，需要加工内孔，利用直径为φ23mm的钻头加工，具体如下:上一页下一页返回3.4轴套配合件工艺分析(1)T0101:内孔车刀，用于配合件内孔的粗、精加工。(2)T0202;93°外圆车刀，用于轴和套外圆表面的粗、精加工。(3)T0303;4mm切槽刀，用于4mm退刀槽的加工。(4)T0404;60°螺纹车刀，用于M30x1.5螺纹的加工。(5)T0505;φ23mm钻头，用于钻通孔，刀杆直径为φ20mm2.量具选择(1)游标卡尺:0~150mm/0.02mm(2)外径千分尺:0~25mm/0.01mm(3)外径千分尺:25~50mm/0.01mm(4)内径百分表:18~35mm上一页下一页返回3.4轴套配合件工艺分析(5)钢直尺:0~200mm(6)螺纹塞规:M30x1.5(7)凹R规:R4,R10(8)凸R规:R2(9)表面粗糙度仪。3.4.7切削用量选择

1.背吃刀量的选择综合考虑得到，粗加工时选取2.0mm的背吃刀量。精加工余量取0.1~0.2mm2.确定主轴转速综合考虑，加工如图3一1所示零件外圆时主轴转速:粗加工主转速为600r/min，精加工主轴转速为1200r/min，车螺纹主轴转速为700r/min

上一页下一页返回3.4轴套配合件工艺分析3.进给量或进给速度的选择粗加工时，进给量选取f=0.2mm/r，精加工时选取较小的f=0.1mm/r上一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制3.5.1工作要求及工作条件1.工作要求(1)合理编制轴套配合件的加工刀具卡片。(2)合理编制轴套配合件的加工工艺卡片。(3)正确执行安全操作规程。(4)按企业有关文明生产规定，做到现场整洁，零件、刀具、量具等摆放整齐。2.工作条件(1)生产纲领:单件。(2)工作地点:数控实训中心。(3)时间定额:8学时。下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制3.5.2实训内容填写轴套配合件加工刀具卡片(见表3一1)2.填写轴套配合件加工工艺卡片(见表3一2、表3一3)【项目测试】(1)项目导入。如图3一2所示为配合件零件图，该零件材料为45钢，无热处理和硬度要求，完成对该零件数控车削加工工艺分析(单件小批量生产)，并填写工艺文件。学生实训单如表3一4所示。(2)零件加工工艺分析。①零件图纸工艺分析;②选择毛坯;③选择加工设备;上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制④确定零件的加工基准和装夹方式;⑤确定加工顺序及进给路线;⑥选择刀具及量具;⑦确定切削用量。(3)填写[附表1]数控加工刀具卡和[附表2]数控加工工序卡。(4)填写[附表3]项目测试评价表。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制【知识拓展】1.配合件加工时应考虑的因素和解决方案

1)考虑因素零件的表面粗糙度明显达不到图纸要求时，将影响工件间配合的紧密度，进而达不到配合的要求。其原因主要有刀具和切削用量的选择等。刀具的选择，主要体现在刀具的质量和适当的选刀，对球形刀具行距选择过大，使零件的粗糙度达不到要求。切削用量的选择，主要体现在加工不同材料时，铣削三要素的选择有很大的差异，因此选择切削用量时，要根据机床的实际情况而定。此外，在加工时，要求机床主轴具有一定的回转运动精度，即加工过程中主轴回转中心相对刀具或者工件的精度。当主轴回转时，实际回转轴线的位置总是在变动，也就是说存在回转误差。主轴的回转上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制误差可分为三种形式:轴向窜动、径向圆跳动和角摆角。在切削加工过程中的机床主轴回转误差使得刀具和工件间的相对位置不断变化，影响成形运动的准确性，在工件上引起加工误差。

2)解决方案

(1)刀具的选择，应尽可能选择较大的刀具，避免刀具振动，以改善表面粗糙度。

(2)铣削用量的确定，在加工中，粗加工时主轴转速慢一些，进给速度慢一些，铣削深度大一些(D<刀具半径)，精加工时转速快一些。

(3)尽量避免接刀痕产生。

(4)尽量避免装夹误差，主要是夹紧力和限制工件自由度要做到合理。

(5)加工余量的确定要合理，主要是X,Y轴的加工余量选择应合理。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

2.零件质量分析产品在加工后应进行检验，产品的基本尺寸必须保证，配合要求必须达到图纸要求。但是用现在的技术来加工，可能还会存在许多不足之处，比如零件精度不够，表面粗糙度偏大，或者零件表面有明显刀具痕迹。造成诸多不足的原因有很多，就一般的加工而言:

(1)夹具和刀具是影响零件加工精度的主要原因之一。零件出现误差或表面粗糙度偏大与刀具、夹具有关。刀具的工作条件，如刀具在加工中发热会造成加工精度的误差;机床主轴因刀具的装夹不当引起的径向或端面跳动等因素，都会使工件产生误差。

(2)对刀的准确性也是影响加工精度的原因。采用手工对刀，凭眼睛去观察，并且因为刀具太多，换刀次数多。这其中难免产生误差，从而影响零件的精度。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制(3)加工时的冷却效果也是影响零件加工精度的重要因素。在切削过程中，由于工件与刀具之间摩擦产生的切削热会引起零件的热变形，所以冷却液和冷却方式的合理选择对零件表面精度的影响非常大。另外，机床振动等也是影响零件加工精度和表面粗糙度的原因。

3.定基准及其分类基准是零件上用来确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。

1)设计基准设计基准是在零件图上所采用的基准，它是标注设计尺寸的起点。如图3一3(a)所示的支撑块设计基准是平面1和平面4，而孔8的设计基准是孔7的中心和平面4。在零件图上不仅标注的尺寸有设计基准，而且标注的位置精度同样具有设计基准，如图3一3(b)所示的钻套零件，轴心线00‘是各外圆和内孔的设计基准，也是两项跳动误差的设计基准，端面A是端面B,C的设计基准。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

2)工艺基准工艺基准是在工艺过程中所使用的基准。工艺过程是一个复杂的过程，按用途不同，工艺基准可分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。工艺基准是在加工、测量和装配时所使用的，必须是实在的。然而作为基准的点、线、面有时并不一定具体存在(如孔和外圆的中心线，两平面的对称中心面等)，往往通过具体的表面来体现，用以体现基准的表面称为基面。如图3一3(b)所示钻套的中心线是通过内孔表面来体现的，内孔表面就是基面。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

(1)定位基准:在加工中用作定位的基准，称为定位基准。它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。如图3-3(a)所示零件，加工平面3和6时是通过平面1和4放在夹具上定位的，所以，平面1和4是加工平面3和6的定位基准;如图3一3(b)所示的钻套，用内孔装在芯轴上磨削φ40h6mm外圆表面时，内孔表面是定位基面，孔的中心线就是定位基准。定位基准又分为粗基准和精基准。用作定位的表面，如果是没有经过加工的毛坯表面，称为粗基准;若是已加工过的表面，则称为精基准。

(2)工序基准:在工序图上，用来标定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基准，称为工序基准。它是某一工序所要达到加工尺寸(即工序尺寸)的起点。如图3-3(a)所示零件，加工平面3时按尺寸H2进行加工，则平面1即为工序基准，加工尺寸H2叫做工序尺寸。工序基准应当尽量与设计基准相重合，当考虑定位或试切测量方便时也可以与定位基准或测量基准相重合。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

(3)测量基准:零件测量时所采用的基准，称为测量基准。如图3一3fib)所示，钻套以内孔套在芯轴上测量外圆的径向圆跳动，则内孔表面是测量基面，孔的中心线就是外圆的测量基准;用卡尺测量尺寸L和L，表面A是表面B,C的测量基准。

(4)装配基准:装配时用以确定零件在机器中位置的基准，称为装配基准。如图3一3(b)所示的钻套，φ40h6mm外圆及端面B即为装配基准。

4.定位基准的类型

1)粗基准和精基准用未经加工的表面作为定位基准，称为粗基准。用工件上已加工过的表面作为定位基准面，称为精基准。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

2)辅助基准零件设计图中不要求加工的表面，有时为了工件装夹的需要，而专门将其加工;或者为了定位需要，加工时有意提高了零件设计精度的表面，这种只是由于工艺需要而加工的基准，称为辅助基准或工艺基准。如图3-4所示为车床小刀架的形状及加工底面时采用辅助基准定位的情况。加工底面时用上表面定位，但上表面太小，工件呈悬臂状态，受力后会有一定的变形，为此，在毛坯上专门铸出工艺搭子(工艺凸台)，和原来的基准齐平。工艺凸台上用作定位的表面即是辅助基准面，加工完毕应将其从零件上切除。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

5.粗基准选择原则粗基准的选择要保证用粗基准定位所加工出的精基准具有较高的精度，使后续各加工表面通过基准定位具有较均匀的加工余量，并与非加工表面保持应有的相对位置精度。粗基准的选择原则如下。

1)相互位置要求原则若工件必须首先保证加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应选不加工表面为粗基准，以达到壁厚均匀、外形对称等要求。若有多个不加工表面，则粗基准应选取位置精度要求较高者。如图3-5所示的套筒毛坯，在毛坯铸造时内孔2和外圆1之间有偏心。以不加工的外圆1作为粗基准，不仅可以保证内孔2加工后壁厚均匀，而且还可以在一次安装中加工出大部分要加工表面。如图3一6所示的拨杆零件，为保证内孔ф20H8mm与外圆科ф40mm的同轴度要求，在钻ф20H8mm内孔时，应选择ф40mm外圆为粗基准。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

2)加工余量合理分配原则若工件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准，以保证各加工表面有足够的加工余量。如图3-7所示的阶梯轴毛坯大小端外圆有3mm的偏心，应以余量较小的φ55mm外圆表面作为粗基准。如果选拟08mm外圆作为粗基准加工小55mm外圆，则无法加工φ55mm外圆。

3)重要表面原则为保证重要表面的加工余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。如图3一8所示的床身导轨面的加工，铸造导轨毛坯时，导轨面向下放置，使其表面金相组织细致均匀，没有气孔、夹砂等缺陷。因此希望在加工时只切去一层薄而均匀的余量，保留组织细密耐磨的表层，且达到较高的加工精度，故而应先选择导轨面为粗基准加工床身底平面，然后再以床身底平面为精基准加工导轨面。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

4)不重复使用原则应避免重复使用粗基准，在同一尺寸方向上粗基准只准使用一次。因为粗基准是毛坯表面，定位误差大，两次以同一粗基准装夹下加工出的各表面之间会有较大的位置误差。如图3-9所示的轴套零件加工中，如第一次用不加工表面φ30mm定位，分别车削φ18H7mm和端面;第二次仍用不加工表面φ30mm定位，钻4xφ8mm孔。由于两次定位的基准位置误差大，则会使担φH7mm孔的轴线与4xφ8mm孔位置(即小46mm中心线之间)产生较大的同轴度误差，有时可达2~3mm。因此，这样的定位方案是错误的。正确的定位方法应以精基准φ18H7mm孔和端面定位，钻4xφ8mm孔上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制

5)便于工件装夹原则作为粗基准的表面应尽量平整光滑，没有飞边、冒口、浇口或其他缺陷，以便使工件定位准确，夹紧可靠。

6.精基准选择原则选择精基准应从保证工件的位置精度和装夹方便两方面来考虑。精基准选择原则有如下几个。

1)基准重合原则应尽可能选择零件设计基准为定位基准，以避免产生基准不重合误差。如图3一10(a)所示零件，A面、B面均已加工完毕，钻孔时若选择B平面作为精基准，则定位基准与设计基准重合，尺寸(30±10.5)mm可直接保证，加工误差易于控制，如图3一10(b)所示;若选A面作为精基准，则尺寸(30±0.15)mm是间接保证的，会产生基准不重合误差，如图3一10(c)所示。上一页下一页返回3.5轴套配合件数控加工工艺文件编制2)基准统一原则应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。采用基准统一原则，可以简化工艺规程的制订，减少夹具数量，节约夹具设计和制造费用;同时由于减少了基准的转换，更有利于保证各表面间的相互位置精度。例如，利用两中心孔加工轴类零件的各外圆表面、箱体零件采用一面两孔定位，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及一端面为定位基准，均属于基准统一原