轴类零件的数控加工工艺设计与编程毕业设计

发布时间：2024-11-21

轴类零件的数控加工工艺设计与编程毕业论文专用

烟台工程职业技术学院

数控技术系机械制造与自动化专业机制12501 级

题目:轴类零件的数控工艺设计与编程

姓名:张铂林学号:

指导教师（签名）:

二○一六年五月八日

轴类零件的数控加工工艺设计与编程毕业论文专用

烟台工程职业技术学院毕业设计(论文) 诚信承诺书

本人郑重承诺：我所撰写的设计(论文) 《轴套类配合件工艺分析与数控加工》是在老师的指导下自主完成，绝对没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文(设计)的研究成果归属学校所有。

学生(签名):

2016 年 5 月 8 日

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目

录

摘要 4 前言 4 1．零件图数控加工工艺分析 6 1.1读图审图 6 1.2零件图结构工艺分析 7 2．定位基准的选择 8 3．零件表面加工方法的选择（机械制造工艺设计简明手册） 8 4．选择数控机床 8 5.1确定机械加工余量（机械制造工艺设计简明手册） 9 5.2 确定毛坯及尺寸 9 5.3 设计毛坯图 10 5.3.1 确定毛坯尺寸公差 10 5.3.2 确定毛坯热处理 10 5.3.3本轴零件毛坯图如5.3.2-1 11 6. 工序设计 11 6.1 制订工艺路线 11 6.2 选择加工设备与工艺装备 12 6.3选择刀具 13 6.4 量具的选择 13 6.5 确定工序尺寸 14 6.5.1 确定圆柱面的工序尺寸 15 6.5.2 确定轴向工序尺寸 15 6.5.3 确定工序尺寸 19 6.5.5 确定工序尺寸、、、及走刀路线 20 如图6.5.5-1 20 7．确定切削用量 21 7.2 工序Ⅱ车端面粗半精精车右端各部 24 9数控加工程序单 32 10总结 33

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轴类零件的数控工艺设计与编程

摘要：随着科技的不断发展，数控技术在企业中发挥的作用越来越大，而轴套类零件是零件加工中经常遇到的典型轴类零件之一。轴套类零件是旋转体零件,一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹以及相应的端面组成。轴类零件的位置精度要求比较高,应该保证装配传动件的轴颈对支撑轴颈的同轴度要求,否则会影响传动件的传动精度,产生噪音影响使用寿命。在加工过程中应该根据不同的的工作条件和要求来选用不同的材料并采取不同的热处理来获得一定的强度、韧性和耐磨性,来提高零件的使用寿命，节约材料创造良好的效益。本设计通过对数控加工的工艺特点、加工零件工艺性等进行分析，选择合适的加工方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。

关键词：加工工艺、轴类零件、数控加工、刀具

前言

现代科技飞速发展，机械加工行业日新月异。在当今世界，普通车床已经逐渐退出

历史舞台，数控机床的普及率已经达到了一个相当高的水平，使得机械制造业越来越发达。同时运用大型CAD、CAE、CAM设计软件辅助产品的研发，产品的周期越来越短，产品的质量越来越高，劳动力大大减小。在任何时代，数控机床都会不断发展，无论在军事领域还是在民用领域都将得到广泛应用。中国作为一个发展中国家，更要不断发展机械工业，作为一名数控技术的学习者，要与时俱进，不断发展，提高自身水平。通过在烟台工程职业技术学院数控技术系5年的学习和实践，我已经能够独立地完成常见轴类零件的图纸识读、工艺分析、程序编制、运行加工以及尺寸和表面质量的保证。在此临近毕业之际，我选择了《轴类零件的数控工艺设计与编程》课题。

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1．零件图数控加工工艺分析

零件图

1.1读图审图

该轴零件形状比较复杂,它包括外圆、圆锥面、端面、型面、外螺纹、倒角、退刀槽、圆弧等表面的加工。所注尺寸详细、正确，符合数控加工工艺的特点。表面粗糙度Ra1.6um，提高零件的表面的质量和加工精度，公差等级为中级以上，可对该零件进行双面或多面的顺序加工。采用零件轮廓或两顶尖、辅助工件等基准定位。加工工序较集中，尺寸集中标注方法，利于编程、设计基准、工艺基准与编程原点的统一。 1.2零件图结构工艺分析

该轴零件为锻件，有圆弧表面R36㎜,以及外圆柱表面R36㎜，外圆 480 0.02

㎜，加工圆锥锥度8.5°，切沟槽240 0.02㎜，公称直径46㎜，导程为3㎜，螺距1.5㎜的右旋普通粗牙外螺纹，旋合长度为16㎜，退刀槽为5×2㎜，外螺纹倒角1×45°；公称直径为30㎜，螺距为1.5㎜的右旋细牙内螺纹，退刀槽为4×2㎜内螺纹加工深度为32㎜，内螺纹倒角为2×45°。加工最大外圆 960 0.02

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㎜。

1.3材料分析技术要求表面粗糙度

该轴零件加工的部位较多，刀具与工件之间的切削力较大。工件材料的可切削性能。内外螺纹装配时应该满足的要求，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钢为该轴零件的材料。45钢的化学成分中含Ｃ0.42% ～0.50%，Si0.17～0.37%，Mn0.50 ～0.80%，P≤0.035%，S≤0.035%，Cr≤0.25%，N≤0.25%，Cu≤0.25%。45钢在进行冷加工时硬度要求，热轧钢，压痕直径不小于3.9，布氏硬度不小于241HB，退火钢压痕直径不小于4.4，布氏硬度不小于187HB。45钢的机械性能： ≥335M， ≥600M，

papasb∮≥40%，Ak≥47J。45钢相对切削性硬质合金刀具1.0，高速钢刀具1.0，45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。

技术要求：端面可以打中心孔，不要求保留中心孔的零件，故采用60°A型中心孔。轴状原料最小直径在80～120㎜，D=2.5㎜，D1=5.30㎜，L1=2.42㎜，t=2.2㎜。如图所示：

表面粗糙度：由于加工过程中刀具和零件表面之间的摩擦，切削分离时表面金属层的属型变形以及工艺系统的高频振动等原因形成的。加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，对摩擦和磨损、配合、疲劳强度、接触刚度、耐腐蚀性都有很大的影响。按国家标准GB1031-1995规定的参数值系列选取，优先采用第一系列的参数值。工作表面、滚动摩擦表面、轴的圆角、沟槽、配合表面、螺纹表面等的粗糙度选取参数值为Ra1.6um。 2．定位基准的选择

本零件是轴类的装配工件。为避免由于基准不重合而产生的误差，采用两顶尖、三爪自定心卡盘。遵循“基准重合”的原则。由于本轴零件全部表面都需加工，应选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。 3．零件表面加工方法的选择（机械制造工艺设计简明手册）

(1) 480公差等级IT9级，表面粗糙度Ra1.6 um，需要粗车、 0.02㎜外圆面，精车。2。 960 0.02㎜外圆面，公差等级IT11级，表面粗糙度Ra1.6 um，

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需要粗车、半精车、精车。

(2)R36㎜圆弧面，公差等级IT12级，表面粗糙度Ra1.6 um，需要粗车、半精车、精车。

(3)切槽 240 0.02㎜，内外螺纹退刀槽，槽宽和槽深的公差等级分别为IT13和IT14，表面粗糙度Ra1.6 um，采用切槽刀，粗切、精车。

(4)端面，本轴零件的端面为回转体端面，尺寸精度可以要求不高，表面粗糙度为Ra3.2 um，

(5)钻、扩， 26、 28的内孔，公差等级为IT7，表面粗糙度Ra1.6 um，因为毛坯时孔为锻出，加工方法先钻孔、扩、绞的先后顺序进行。 (6)M30×1.5㎜、M46×1.5㎜的内外螺纹加工公差带分别为6h、7H，表面粗糙度Ra1.6 um 4．选择数控机床

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、圆弧面和直锥螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰等的工作。根据本人设计的轴零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电机驱动形成开环伺服系统，采用法纳克（FAVNC）数控系统。此类车床结构简单，价格低廉。按照加工轴类零件的装夹和定位基准的要求，选择卡盘顶尖式数控车床，这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座，适合车削较长的轴类零件。根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。数控车床具有加工精度高，能做直线和圆弧插补。数控车床刚性好、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。由于数控车床的恒线速切削功能，可以选用最佳线速度来切削锥面和端面，使车削后的表面粗糙度值既小又一致。能够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柱面螺纹，能够保持加工精度，提高生产效率。所以对本人设计的轴类零件的加工是非常有利。 5．确定机械加工余量及毛坯尺寸设计毛坯图

5.1确定机械加工余量（机械制造工艺设计简明手册）

钢质模锻件的机械加工余量按JB3835-85确定，根据估算的锻件质量，加工精度及锻件形状复杂系数，由表6.5.1-1可查得除孔以外各表面的加工余量。

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(1)锻件质量根据零件成品重量3.25Kg，估算为4.15Kg。 (2)加工精度零件各表面为一般加工精度F1。 (3)该锻件的最大直径为100㎜,长135㎜。

m外轮廓包容体=π()2×13.5×7.85g=8.319Kg

2 m锻件=4.15 Kg =4.15/8.319=0.499

(4)机械加工余量根据锻件重量、F1 、S 2查表5.1-1 由此查得直径方向为1.7～2.2㎜，水平方向为1.7～2.2 ㎜,即锻件各外径的单面余量为1.7～2.2㎜，各轴向尺寸的单面余量为1.7～2.2㎜。 5.2 确定毛坯及尺寸

钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。该轴零件的结构形状和外廓尺寸，因为该零件阶梯轴相差较大，故采用锻件。在分析本轴零件其各表面皆为Ra1.6um，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量值即可。毛坯如表5.1-1

表 5.1-1 轴零件毛坯尺寸

(㎜)

5.3 设计毛坯图 5.3.1 确定毛坯尺寸公差

毛坯尺寸公差根据锻件重量、形状复杂系数及锻件精度等级从有关的表中查得。本零件锻件重量4.15 Kg，形状复杂系数S2，45钢含碳量为0.42% ～0.50%，其最高含碳量为0.50%。，锻件材质系数为M1，锻件为普通精度等级，则毛坯公差可从表5.3.1-2查得。

本零件毛坯尺寸允许偏差如表5.1-2。毛坯同轴度错差允许值为0.8㎜，残留飞边为0.8㎜。

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表5.3.1-2轴毛坯尺寸允许偏差

(㎜)

5.3.2 确定毛坯热处理

钢质轴零件毛坯锻造后应安排正火。以消除残留的锻造应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得细化均匀的组织，从而改善了加工性。 5.3.3本轴零件毛坯图如

5.3.2-1

图5.3.2-1

6. 工序设计 6.1 制订工艺路线

工序Ⅰ 车左端面粗半精精车左端各部、倒角、切外螺纹退刀槽

工步1 车端面

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工步2 粗车外轮廓工步3 半精车外轮廓工步4 精车外轮廓工步5 倒角

工步6 切外螺纹退刀槽工步7 车外螺纹工序Ⅱ 左端面打中心孔

工步1 车左端面中心孔工序Ⅲ 左端钻孔工步1 钻孔工序Ⅳ 扩孔

工步1 扩孔工步2 倒角工序Ⅴ 切内退刀槽及内螺纹

工步1 车内退刀槽工步2 车内螺纹

工序Ⅵ掉头车右端面粗车半精车精车右端各部和切槽

工步1车端面工步2 粗车外轮廓工步3 半精车外轮廓工步4 精车外轮廓

工步5 切槽工序Ⅶ 清洗工序Ⅷ 热前检查

6.2 选择加工设备与工艺装备

(1)工序Ⅰ、工序Ⅵ主要是车外圆柱各轮廓表面，由于该轴零件中有圆弧、锥度、切槽、圆弧槽、倒角、外螺纹退刀槽以及外螺纹。数控车床具有加工精度高，能够作直线和圆弧插补，能够加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体，能比较方便的车削锥面，能保持加工精度、提高

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生产效率，故选用数控车床CAK6140，最大加工直径 310㎜，最大工件车削长度300㎜，主轴孔直径76㎜，主轴锥度莫氏6号，主轴转速级数为无级，转速范围35～3500r/min，工作精度圆度0.008㎜，粗糙度Ra1.6um，主轴功率15Kw，刀架转为速度0.6s，控制系统为FANUC。

(2)工序Ⅱ、Ⅲ选取卧式数控车床CAK6140型号，最大钻孔直径35㎜，主轴行程200㎜，主轴箱行程200㎜，主轴端面至工作台距离0～750㎜，主轴轴线至导轨距离300㎜，主轴转速8级，范围50～2000r/min，进给量8级，范围0.11～1.6mm/r，电动机功率7.5Kw，工作台行程325㎜，工作台尺寸450×500㎜。

(3)工序Ⅳ、工序Ⅴ，选用卧式数控车床CAK6140型，最大工件直径×最大工件长度400 × 750㎜，加工最大长度1000㎜，主轴转速24级，范围10 ～ 1400㎜，电动机功率7.5 Kw。车螺纹，加工螺纹范围1 ～192㎜。 6.3选择刀具

(1)在数控车床上加工的工序，一般都选用硬质合金刀具，加工钢质零件采用机夹式可转位车刀，为了提高生产率几何经济性，可选用可转位车刀（GB5343.1-85，GB5343.2-85）切槽刀宜选用机夹式切槽刀。

(2)I型中心钻，d =2.5㎜，l=14㎜，L=35㎜.(GR35-60)；还可以采用不带护锥60°中心钻，d=2.5㎜，D0=8㎜，L=50㎜，l=5.5㎜，（GB35-60）。 (3)锥柄扩孔钻，直径28㎜，总的长度为L=270㎜，加工最大长度ι=150㎜，莫氏圆锥3号；直径30㎜，总的长度为280㎜，加工最大长度ι=160㎜。

(4)钻头，硬质合金锥柄麻花钻，d= 26㎜，L=286㎜，l=165㎜(GB1438-78)。

(5)螺纹车刀，60°普通螺纹车刀C110型号，L=10㎜，B=4㎜，C=3㎜，r=0.5㎜。

(6)断面车刀，45°。 6.4 量具的选择

本零件属于小批量生产，一般采用通用量具。选择量具的方法有两种；一是根据计量器具的不确定选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选

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择。选择时，采用其中的一种方法即可。

(1)选择各外圆加工面的量具。工序Ⅱ、工序Ⅲ精加工外圆 480 0.02达到图纸要求，现按计量器具的不确定度允许值U1=0.016㎜。根据表5.1-2，分度值0.02㎜的游标卡尺，其不确定度数值.U＞U1，不能选用。必须U≤U1，故应该分度值0.01的外径百分尺（U=0.016㎜）。从表5.2-9中选择测量范围为100～125㎜，分度值为0.01的外径百分尺（GB1216-85）即可满足要求。按照上述方法选择本零件各外圆加工面的量具。加工 960 0.02㎜外圆面可用分度值0.05㎜的游标卡尺进行测量，但由于与加工 360 0.02㎜外圆面是在同一工序中进行，故用表中所列的一种量具即可。

(2)选择加工孔用量具， 26㎜、 28㎜扩孔经钻削加工。现按计量器的测量方法极限误差选择其量具。按表5.1-5，精度系数K=10%，计量器具测量方法的极限误差△min=KT=0.1×0.02㎜=0.002㎜。查表5.1-6，可选内径百分尺，从表3.2-10中选分度值0.01㎜，测量范围15～75㎜的内径百分表（GB177-87）即可。

(3)选择加工槽所用量具，槽经切槽刀加工，切削后的精度要求不是很高，可选用分度值为0.02㎜，范围0 ～100㎜的游标卡尺（GB1214-85）进行测量。

(4)螺纹测量，螺纹测量分综合测量和单项测量。因为本零件加工的是普通的60°内外螺纹，所以用普通的螺纹量规测量即可，又由于普通螺纹量规分为工作量规、检验量规、校对量规，其代号参照《机械加工工艺手册表6.5-1》，本零件外圆螺纹直径 46㎜，采用通端螺纹环规，代号T，主要检查工件外螺纹中径和小径；内螺纹直径 30㎜，采用止端螺纹塞规，代号Z，检查工件内螺纹的中径和小径。（JB3934-83）。 6.5 确定工序尺寸

工序尺寸一般的方法是，由表面加工的最后工序往前推算，最后工序的尺

寸按零件图样的要求标注,如图6.5-1当无基准转换时，同一边面多次的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。当基准不重合时，毛坯尺寸应用工艺尺寸链解算。当各工序的基本余量和公差确定后，可按下述顺序计算

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各工序尺寸几毛坯尺寸。终加工（精加工）工序尺寸B3，尺寸公差T3由零件图规定，

精加工的工序尺寸 B2=B3+Zbj3，尺寸公差为T2 半精加工的工序尺寸 B1=B2+Zbj2=B3+Zbj3+Zbj2，尺寸公差为T1 毛坯尺寸 B0=B1+Zbj3+Zbj2+Zbj1，尺寸公差为T0 加工余量为 Zb0=Zbj1+Zbj2+Zbj3

6.5.1 确定圆柱面的工序尺寸

圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面根据有关资料已查出本零件各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将总加工余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差安加工的经济加工精度确定。

本零件各圆柱表面的加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度如表6.5.1-1所列。

表6.5.1-1 圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度

（㎜）

6.5.2 确定轴向工序尺寸

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