轴类零件数控加工工艺与编程综合设计

轴类零件数控加工工艺与编程综合设计内容摘要：

在粗加工之后、半加工之前安排调质处理，目的是获得均 匀细密回火素氏体组织，提高工件的综合力学性能。 (3)最终热处理。 轴的某种重要表面需经表面淬火，一般安排在精加工之前，这 样可以纠正因淬火引起的局部变形。 三 、 工艺设备的选择 机床的选择 机床选择的原则： ① 要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 ② 有利于提高生产率。 15 ③ 尽可能降低生产成本 (加工费用 )。 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、生产条件等要求，选用 CJK6132 数控车床。 由于还要加工键槽， 止动垫圆槽 ，所以还要选用铣床，由于精度高，还需要磨床。 量具及辅助用具的选择 加工过程中所需量具有：游标卡尺、千分尺、百分表、表面粗糙度样板。 辅助用具有：铜片、铜锤等。 零件的安装 在数控机床上加工零件时，安装零件要合理选择定位基准和夹紧方案，为提高数控机床效率，确定定位基准与夹紧方案时应注意： （ 1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一（基准重合原则）； （ 2）减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面（基准 统一原则）； （ 3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。 （ 4）零件稍长，由于装配有标准件精度高，需要双顶尖装夹工件进行加工。 选择夹具 夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。 数控加工的特点对夹具 16 提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。 根据零件的尺寸、精度要求和生产条件，选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。 三爪自定心卡盘可以自动定心，夹持范围大，适用 于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类中小型零件。 铣键槽时用 V 型块，压板装夹 半精加工和磨削加工都采用双顶尖装夹 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，能够正确选择刀刃具及切削用量。 数控刀具有以下特点： ① 刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小； ② 互换性好，便于快速换刀； ③ 寿命高，切削性能稳定、可靠； ④ 刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间； ⑤ 刀具应能可靠地断屑或卷 屑，以利于切屑的排除； ⑥ 系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。 数控车床兼作粗精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够的强度，能一次进给车去较多的余量；精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度，车去的余量较少，要求车刀锋利，切削刃平直光洁，必要时还可磨出修光刃。 为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，便于实现机械加工的标准化，在数控车削 17 加工时，应尽量采用机夹刀和机夹片刀，机夹片刀常采用可转位车刀。 刀片材质的选择主要依据被加 工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动，故加工此零件选择硬质合金刀片。 根据零件的外形结构，加工需要如下刀具：硬质合金端面车刀、菱形外圆车刀、外切槽刀、外螺纹刀、 φ5mm中心钻、 φ8mm 立铣刀 、φ14mm 立铣刀 、 φ6mm 立铣刀。 加工刀具卡片 粗车加工刀具表 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 1 T01 45176。 硬质合金车刀 1 平端面 2 T02 φ5mm中心钻 1 钻 φ5mm 中心孔 3 T03 80176。 菱形外圆车刀 1 车外圆 4 T04 3mm 外切槽刀 1 切槽 深 5 T05 60176。 外螺纹刀 1 加工外螺纹 半 精车 加工刀具表 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 18 1 T06 55176。 菱形外圆车刀 1 半 精车零件外轮廓 2 T03 3mm 外切槽刀 1 切槽 深 3 T04 60176。 外螺纹刀 1 加工外螺纹 铣床加工刀具表 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 1 T01 φ8mm 键槽铣刀 1 铣键槽 2 T02 φ14mm 键槽铣刀 1 铣键槽 3 T03 φ6mm 键槽铣刀 1 铣止动垫圈槽 四、 切削用量 的选择 数控编程时，必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中，切削用量包括主轴转速、进给速度及背吃刀量等。 切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具寿命，充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。 主轴转速的确定 19 （ 1）车外圆时主轴转速 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。 其计算公式为 n=1000v/πd 其中 v —切削速度（ m/min），由刀具寿命决定； n —主轴转速（ r/min）； d —工件直径或刀具直径（ mm）。 （ 2）车螺纹时主轴的转速 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，㎜； k——保险系数，一般取为 80。 主轴转速 n 最后要根据上述计算值、机床说明书而定，选取机床有的或较接近计算值的转速。 根据《数控车削用量推荐表》 ,选择合 适的切削用量。 （ 1） 车端面时选择主轴转速为 500r/min； （ 2） 粗车外圆时，选取 Vc=120m/min， f=， ap=2mm，粗加工时直径为 60mm。 则：主轴转速： n =1000Vc/πd 20 =[（ 1000120） /（ 60） ]r/min=636r/min 进给速度： F =fn =（ 636） mm/min=127mm/min 考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选择 n=600r/min，F=150mm/min， ap=2mm。 （ 3） 半 精车外圆时，选取 Vc=150m/min， f=， ap=，精加工时取直径 52mm。 则：主轴转速： n =1000Vc/πd =[（ 1000150） /（ 52） ]r/min=918r/min 进给速度： F =fn=918mm/min=137mm/min 考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选取 n=920r/min，F=120r/min， ap=。 （ 4） 车槽时，选择 Vc=70m/min， f=，车 槽时直径为47mm。 则：主轴转速： n =1000Vc/πd =[（ 100070） /（ 47） ]r/min=474r/min 考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选取 n=400r/min，F=30r/min。 （ 5） 车螺纹时，主轴转速 n≤（ 1200/P）－ k， k 为安全系数，一般取 80。 则： n≤[（ 1200/2） 80]/r/min=520r/min 考虑刀具强度、机床刚度等实际加工情况，选取 n=400r/min. 进给速度的确定 21 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。 确定进给速度的原则是： （ 1）当工件的质量要求能得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。 一般在 100～ 200mm/min 范围内选取。 （ 2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 20～ 50mm/min 范围内选取。 （ 3）当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些，一般在 20～ 50mm/min 范围内选取。 （ 4）当刀具空行程， 特别是远距离 “回零 ”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。 背吃刀量的确定 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。 为了保证加工表面质量，可以留少许加工余量，一般为 ～。 切削用量的选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具的切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。 车削用量的具体选择如下：粗车时，首先选择一个尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量，最后确定一 个合适的切削速度。 精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，因此 22 选择较小的背吃刀量和进给量。 如何确定加工时的切削速度，除了可参考《数控加工技术》表 21列出的数值外，主要根据实践经验进行确定。 工件材料 工件材料 切削深度/mm 切削速度 /（ ） 进给量 /（ ） 刀具材料 碳素钢 (δb 600Mpa） 粗加工 5～ 7 60～ 80 ～ YT 类 粗加工 2～ 3 80～ 120 ～ 精加工 ～ 120～ 150 ～ 钻中心孔 500～ 800 W18Cr4V 钻孔 ～ 30 ～ 切断（宽度＜ 5mm） 70～ 110 ～ YT 类 铸铁 （ 200HBS 以下） 粗加工 50～ 70 ～ YG 类 精加工 70～ 100 ～ 切断（宽度＜ 5mm） 50～ 70 ～ 五 、 对刀点与换刀点的确定 工件装夹方式确定后，即可通过确定工件原点来确定工件坐标系。 如果要运行这一程序来加工工件，必须确定刀具在工件坐标系开始运动的起点。 程序起始点或起刀点一般通过对刀来确定，所以，该点又称为对刀点。 在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。 对刀点设置原则是：（ 1）便于数值处理和简化程序编制；（ 2）易于找正并 23 在加工过程中便于查找；（ 3）引起的加工误差小。 对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具或机床上，尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上。 换刀点是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。 换刀点往往设在工件的外部，以能顺利的换刀、不碰撞工件和其他部件为准。 本零件将对刀点设在装夹后右端面中心，换刀点设在离对刀点 x、z 方向分别为 100， 100 的位置。 六 、 加工路线的确定 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。 即刀具从对刀点开始运动起，直至结束，加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。 加工路线的确定原则主要有以下几点： （ 1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，且效率高。 （ 2）应尽量缩短加工路线，既可以减少程序段，又可以减少刀具空程移动时间。 （ 3）应使数值计算简单，以减少编程工作量。 此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还 是多次走刀完成加工。 七 、 加工中的难点与解决方案 （ 1）在左端加工之前，应测量剩余毛坯的长度，保证所需要的尺寸 250mm。 （ 2）用三爪卡盘夹已加工表面 φ48mm 外圆时，为保护已加工表 24 面精度，应加垫铜片。 夹紧后应用百分表测量同轴度，用铜锤轻轻敲打校正。 （ 3）钻孔时， 在刀架上装夹钻头不易装正。