轴类零件的数控加工工艺设计与编程计-说明书

轴类零件的数控加工工艺设计与编程计-说明书内容摘要：

期工艺准备工作，无论是手工编程还是自动编程，在编程之前均需对所加工的轴类零件进行工艺分析。 如果工艺分析考虑不周，往往会造成工艺设计不合理 ,从而引起编程工作反复，工作量成倍增加，有时还会发 生推倒重来的现象 ,造成一些不必要的损失，严重者甚。 本文通过对典型的轴类零件数控加工工艺的分析，给出了对于一般零件数控加工工艺分析的方法，对于提高制造质量、实际生产具有一定的指导意义。 目前正在研制的新一代 CAM 系统将采用面向对象、面向工艺特征的基本处理模式，系统的自动化水平、智能化程度将大大提高。 国内外企业家和专家们已形成共识：今后相当一段时间内，机械加工技术的发展和竞争，主要是数控技术西安工业大 学北方信息工程学院毕业设计（论文） 4 的发展与应用。 研究内容 本次设计主要是通过工艺特点，工艺安排，机械加工工艺过程几个方面对零件加工工艺进行分析，然后 对零件的程序进行编制，最后用仿真加工以达到完成对零件的加工程序进行检验。 首先对该课题进行深入的分析，深入研究，认真完成此次毕业设计，主要以论述与设计相结合进行研究与探讨，完成对本设计轴主要部位 ： 内孔 、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、退刀槽、螺纹 等的加工工艺设计及指定工序的夹具设计。 难点在于设计轴加工工艺过程及其加工时的专用夹具，确定工件的尺寸、公差和技术条件。 通过查阅期刊、书籍等相关资料进行对轴加工工艺和夹具的设计进一步了解，思考、分析和掌握轴加工的基本环节，完成计算并设计出轴加工工艺及夹具设计。 2 零件加工工艺分析 5 2 零件加工工艺分析 零件结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。 零件图 如零件图 、。 图 零件二维图 图 零件三维图 毕业设计（论文） 6 零件结构分析 本零件上由圆柱面、内孔、内圆锥面、圆弧面、沟槽、和螺纹等部分组成。 零件车削加工 ]8[ 成形轮廓的结构形状较复杂、需两头加工，零件的加工精度和表面质量 要求都很高。 该零件重要的径向加工部位有 0  mm圆柱段（表面粗糙度 Rɑ=）、0  圆柱段（表面粗糙度 Ra=）、 R6mm圆弧与 R20mm圆弧相切过渡区、 o  的内孔（表面粗糙度 Ra=）、长径比为 1:2的内锥（小端直径为 o  、M20*26g三角形外螺纹，其余表面粗糙度均为 Ra=）。 零件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，毛坯为  50mm*130mm。 零件技术要求分析 小批量生产条件，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 GB1804M，热处理，调质处理， HRC2535，未注粗糙度按 ，毛坯尺寸  50mm*130mm。 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，采用以下加工方案。 a. 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； b. 在轮廓曲线上，有一处既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性； c. 零图纸中含有圆柱度，为保证其形位公差，应尽量一次装夹完成左端面的加工以保证其数值； d. 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 精加工加工方案，并且在精加工的时候将进给量调小些，主轴转速提高； e. 螺纹加工时，为保证其精度，在精车时将螺纹的大径值减小 ，加工螺纹时利用螺纹千分尺 或螺纹环规保证精度要求。 选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度。 确定毛坯的材料和制造形式 轴：本次设计轴主要技术指标：年产量 5000 台 /年 该产品年产量 Q=5000（件 /年）， n=1（件 /台），设其备品率 α%为 10%，机械加工废品率 β%为 1%，现制定该曲轴零件的机械加工工艺规程及夹具设计。 年生产纲领： N =Q*n*(1+ α%+β%) =5000*1*（ 1+10% +1%） =5550（台 /年） 毕业设计（论文） 7 轴的年产量为 5550 件 ，现在已知该产品为中型机械，根据《机械制造工艺设计手册》表 生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为大批量生产。 材料分析 该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。 工件材料的可切削性能。 强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。 所以选择45钢为该轴类零件的材料。 45钢的化学成分中含 %～ %， %～ %， ～ %，P %， S %， Cr %， N %， Cu %。 45钢在进行冷加工时硬度要求，热轧钢，压痕直径不小于 ，布氏硬度不小于 241HRB，退火钢压痕直径不小于 ，布氏硬度不小于 187HB， 45钢的机械性能： δs 335Mpa，δb 600Mpa，   40%， Ak 47J。 45钢相对切削性硬质合金刀具 ，高速钢刀具 ， 45钢经济合理对加工刀具的要求也合理， 45钢用途广泛，主要是用来制造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。 根据以上数据适合该轴的加工。 毛坯分析 轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。 锻件：适用与零件强度较高 ,形状较简单的零件。 尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。 铸件：适用于形状复杂的毛坯。 本零件的毛坯宜采用棒料锯割，毛坯至  50*130mm，使钢材经过锻压，获得均匀的纤维组织，提高 其力学性能，同时也提高零件与毛坯的比重，减少材料消耗。 零件设备选择 数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。 根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。 此类车床机构简单，价格相对较低，这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座，适合车削轴类零件。 根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。 数控车床 ]14[ 具有加工精 度高，能做直线和圆弧插补，数控车床刚性良好，制造和对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，能够加工尺寸精度要求较高的零件。 能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体，而且能比较方便的车削锥面和内外圆毕业设计（论文） 8 柱面螺纹，能够保持加工精度，提高生产效率。 所以对加工时非常有利的。 基面选择 机械加工的最初工序只能用工件毛坯上的未加工表面作为定位基准，这种 位基准称之为粗基准。 用以加工的表面作定位基准则称之为精基准。 在制定零件机械加工工艺规程时，总是先考虑怎样的精基准定位能把工件加工到设计要求，然后再 考虑如何运用选取的粗基准，把用作精基准的表面加工出来。 粗基准选择 选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工表面之间的位置要求及合理的分配各加工面的加工余量。 同时要为后续供需提供精基准，具体有以下原则：为了保证加工面与非加工面之间的位置要求，应该选择一非加工表面为粗基准；为了保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准；为了保证重要的加工面的余量均匀，应选择为粗基准；粗基准的选择应避免重复使用 ，在同一尺寸上，通常只允许使用一次，做为粗基准的表面应该足够光滑整洁，以使工件定位稳定可靠，加紧方便。 轴类零件，以外圆作为粗基准。 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。 如果工件上有多个不加工面，则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准，以便保证精度要求，使外形对称等。 由于此零件全部表面都需加工，应选用外圆及一端面为粗基准，然后通过 ―互为基准的原则 ‖进行加工。 遵循 “ 基准重合 ” 的原则。 加工左端时选择在毛坯外圆柱段的右端外圆表面，加工右端时选择在  38mm外圆柱段的表面，以体现定位基准是轴的中心线。 在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位 ]10[ 的基准有着十分中的意义。 定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。 合理的选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。 精基准选择 精基准选择时应能保证加工精度和装夹可靠方便，有以下原则： 基准重合原则；基准 统一原则；自为基准原则；互为基准原则；保证工件定 位准确，夹紧可靠、操作方便原则。 精基准的选择主要考虑基准重合的问题。 当设计尺寸与工序尺寸的基准不重合时，应该进行尺寸计算。 a. 用工序基准作为精基准，实现 ―基准重合 ‖，以免产生基准不重合误差。 毕业设计（论文） 9 b. 当工件以某一组精基准定位可以较方便的加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，实现 ―基准统一 ‖，以减少工装设计制造费用、提高生产率、避免基准转换误差。 c. 当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面 本身作为精基准， 即遵循 ―自为基准 ‖原则。 该加工表面与其他表面间的位度要求由先行工序保证。 d. 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循互为基准、反复加工的原则。 由于此零件全部表面都需加工，而孔作为精基准应先进行加工， 因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。 而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。 工件的定位与基准应与设计基准保持一致， 应防止过定位，这个工件是个实心轴，末端要镗一个 25 的锥孔，因轴的长度不是很长，所以采用工件的右端面和 48 的外圆作定位基准，使用普通三爪卡盘夹紧工件，取工件的右端面中心为 工件坐标的原点，对刀点在（ ）处。 确定走刀顺序和路线 加工路线 ]20[ 的确定，直接关系到数控机床的使用效率 、 加工精度 、 刀具数量和经济性等问题，应尽量做到工序相对集中，工艺路线最短，机床的停顿时间和辅助时间最少。 该零件采用棒料毛坯进行加工，由于毛坯余 量较大，因此，采用阶梯切削路线去除毛坯余量，刀具切削路径短，效率高。 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。 综上所诉：此零件的的加工顺序如下： 预备加工 车左端面 钻中心孔 镗孔 粗车左端外轮廓 精车左端外轮廓 调头 车右端面 粗车外轮廓 精车外轮廓 退刀槽 粗车螺纹 精车螺纹 工序 1： 车左端面，将毛坯车为 127mm的棒料 工序 2： 左端面 打中心孔 选用  5mm的中心钻（手动钻孔） 工序 3： 左端钻孔（钻  20mm深 32mm的孔） 工序 4： 粗车左端内孔  23mm 工序 5： 粗车  48mm的外圆柱面 毕业设计（论文） 10 工序 6： 粗车  38mm的台阶外圆柱面及倒角 工序 7： 调头粗车右端面将零件车至要求尺寸进给路线 工序 8： 调头粗车右端面各部倒角、切外螺纹退刀槽、三角形螺纹 工步路线为： 工步一 :自右向左倒角，粗车螺纹  20mm圆柱段； 工步二 :自右向左粗车 R6和 R20 mm圆弧面、  38 mm圆柱段、 mm圆弧面、锥长 8 mm 的圆锥段； 工步三 :自右向左粗 车 R6和 R20 mm 圆弧面、  38 mm圆柱段、 mm圆弧面、锥长 8 mm的圆锥段； 工步四 :车 4mm* 16mm螺纹退刀槽； 工步五 :粗车螺纹； 工序 9： 扩左端内孔  25mm，深 11mm 工序 10： 半精车  48mm的外圆柱面 工序 11： 半精车  38mm的台阶外圆柱面及倒角 工序 12： 调头半精车右端面将零件车至要求尺寸进给路线 工序 13： 调头半精车右端面各部倒角、切外螺纹退刀槽、三角形螺纹 工步路线为： 工步一 :自右向左倒角，半精车螺纹  20mm圆柱段； 工步二 :自右向左精车 R6和 R20 mm 圆弧面、  38 mm圆柱段、 mm圆弧面、锥长 8 mm的圆锥段； 工步三 :半精车 4mm* 16mm螺纹退刀槽； 工步四 :半精车螺纹； 工序 14： 铰   mm的孔，再用 1:2的铰刀铰小端为  25mm的锥孔 工序 15： 精车 0  mm的外圆柱面 工序 16： 精车   mm的台阶外圆柱面及倒角 工序 17： 调头精车右端   mm 圆柱 面、切外螺纹退刀槽、三角形螺纹 工序 18：精车螺纹 工序 19：去除全部毛刺并吹净 工序 20：根据技术文件进行检验 工序 21：入库 确定工序尺寸 确定工序尺寸一。