数控技术--轴类零件工艺设计(编辑修改稿)

数控技术--轴类零件工艺设计(编辑修改稿)内容摘要：

7 加工出合格的零件，首先要对该 零件图 纸 进行分析，如上图所示，该零件是由螺纹、圆柱、圆弧、 椭圆弧、 槽等表面组成，总长度为 100mm,其中有较严格的直径尺寸精度要求如 mm 、  mm mm 、 mm， 轴线长度的精度如 40mm、  mm。 粗糙度要求槽面 、 其他表面为。 经过以上分析，我可以采用以下几点工艺措施： （ 1）椭圆轴外圆轮廓的尺寸精度都是 要求公差在 0～ 范围 之内 .因此编程时可以按整数编，粗加工过后，精加工之前 统 一 进行磨耗调整，使得零件精度得到保证， 即在磨耗调整中输入。 若 因加工 误差 导致零件加工出偏少则在磨耗中 加 一个数值 ， 若零件加工出偏大则减一个数值。 总之根据实际情况调整尽量使零件 加工后 尺寸处于公差范围中间值。 （ 2） 在轮廓曲线上，有一处椭圆弧与阶梯轴相连，为了保证其椭圆起点与阶梯轴的端部相连的准确性，通过椭圆公式，及所给已知条件算出椭圆弧起点坐标为 (,)。 （ 3） 零件的右端是由外螺纹，圆柱、圆弧、槽等表面组成，且每段圆柱轴的长度很少，显然不好装夹，因此为了保证工件的定位准确、稳 定、夹紧方便可靠、支撑面积大、便于装夹，所以应留在最后加工，先装夹毛坯加工左端内、外表面及圆柱 38 mm。 再调头装夹 36 mm的圆柱加工右端。 零件毛坯及材料的选择 轴类零件可根据使用要求、 生产 类型、 设备 条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式 及毛坯材料。 对于外圆直径 之间 相差不大 的阶梯 轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 由于该零件的进行机械要求不是很高且阶梯轴外圆直径相差不大， 故毛坯 选用棒料。 毛坯 规格 选择 为 40 mm。 如下图所示： 8 图 23 45 号 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达 45~52HRC。 由于该 零件无很高的机械性能要求， 因此该零件材料 选用45 号钢。 9 根据该零件 外形属于 轴类零件，比较适合在车床上加工， 又经过对零件图尺寸及形状分析，尺寸精度较高且要加工椭圆弧及内腔，普通机床不能加工出该零件的形状，也很难保证其尺寸精度、表面粗糙度， 为了 保证零件的加工尺寸精度和表面质量，因此选用数控车床，由于我们学校现在使用的是 FANUC数控系统，所以利用学校资源。 我选择在本校的数控机床 FANUCCK6140加工该零件。 数控 机床 FANUCCK6140实物图见附录一。 刀具的选择 刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。 编程时， 选择 刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。 与传统的加工方法相 比 ，数控加工对刀具的要求更高。 不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装 调整方便，能适应高速和大切削用量切削。 选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。 根据该零件分析 选刀如下： 由于是钢件， 平端面 时我 选用 45176。 硬质合金 端面 车刀。 零件外圆 粗车、精车在这里我选择一把硬质合金右端面 93176。 外圆车刀。 零件内轮廓形状加工时我选用的是 刀杆 为 202 0mm 材料为硬质合金的镗孔刀。 切槽时由于零件中 外形 槽宽 为 8mm，一般都选刀宽 4mm,刀杆 202 0mm材料为 硬质合金的 切 槽 刀，切 外形 槽时选用 4mm 刀宽 就可以了。 零件的内形槽槽宽也是 8mm，因此我选用 3mm 的内切 槽刀切内槽。 切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度 我 选用 的材料是 硬质合金 的 60176。 外螺纹车刀 和 60176。 内螺纹车刀。 10 量具的选择 数控加工一般采用通用 量 具，如游标卡尺、百分表、内径千分尺等 ，为了使零件加工后达到技术要求，我选择的量具规格是： 外端面长度用规格为 0～150mm游标卡尺进行测量；内孔用规格 25～ 50mm内径千分尺进行测量。 螺纹用 0～150mm 的游标卡尺进行测量，槽用高度尺测量。 量具的精度必须与加工精度相适应，以提高工件的测量精度。 部分量具如下图所示 : 游标卡尺 内径千分尺 夹具的选择 数控机床加工零件中必须在机床上占有一个正确的位置，才能使工件加工后达到工序加工要求。 机床夹具作为在金属切削机床上确保这个正确的位置的一种工艺装备，其设计及使用在金属切削加工、保证零件加工精度和质量中占有关键的地位。 因此选择合适的夹具非常重要，根据该轴类零件的形状位置精度要求需保证同轴度，则选用 三爪自动定心卡盘。 11 加工工序的划分 通常工序划分有三种方法 ： ① 按零 件的装夹定位方式划分 ； ② 按粗、精加工划分 ； ③ 按所用的刀具划分工序 ； 由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。 在调头加工前有两次粗加工和精加工，调头后加工有一次粗加工和精加工，这样划分的话显得很繁琐且很难保证其同轴度，所以不可取。 如果按所用刀具划分工序，刀具至少有 7把，比较多，若要调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比 较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。 该零件需调头一次完成三道加工工序即可以完成所有的加工表面，也能够保证各尺寸精度及表面粗糙度。 加工 顺 序的确定 零件车削加工 顺序确定需遵循以下几个原则： （ 1） 基面先行原则 用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。 所以我应先平左端面作为基准面。 （ 2）先 主 后 次 由于所加工表面都是重要表面，因此应按照顺序从右到左加工。 （ 3）先粗后精 先车削去除大部分的金属余量，再进行成形加工以保证零件 的尺寸要求和质量要求。 （ 4） 先面后孔 因此先加工左端外表面后再钻孔 （ 5）内外交加 即对有内表面，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。 因此我先对左端内外表 12 面进行粗加工，再一次精加工。 加工路线的确定 在数控加工中，刀具的刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。 编程时，加工路线的确定 原则主要有以下几点： (1) 加工路线应保证 被加工零件的尺寸精度和表面 粗糙度，且效率高。 尽量使 数值计算简单、 以减少编程工作量。 (2) 应使加工路线最短，这样即减少了程序段，又减 少了空行程时间。 (3) 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 确定是一次进给，还是多次进给来完成表面的加工。 综合上面 加工 路线的 原则及 零件具体分析确定的 加工 路线有 四 步如下图所示： 图 零件轮廓 第一步：装夹右端，加工左端内轮廓形状， 棒料伸出卡盘外 75mm,找正后夹紧。 粗车左端面 和外圆并钻 x40mm 孔 ,用 G71 指令 依次粗车左端外轮廓。 图  13 第二步：用用 G71 指令从右到左依次粗车左端 内轮廓。 图 第 三 步 ：装夹右端，依次 用 G70 指令 精加工左端内轮廓，再进行左端 用 G01指令 内轮廓切槽， G指令 内螺纹加工，最后依次 用 G70 指令 进行左端外轮廓精加工。  图  14 第四步：装夹左端 用 G73 指令对 右端外轮廓进行粗加工 ， 用 G70 指令对 右端外轮廓进行 精加工，用 G75 指令 切槽， G指令螺纹加工。 图  零件定位基准的确定 零件定位基准的选择包括粗基准和精基准的选择。 （ 1）粗基准选择原则 ① 为了保证不加工 和 加工表面之 间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。 ② 合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。 ③ 粗基准应避免重复使用。 ④ 选择粗基准表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。 以便定位可靠。 （ 2）精基准选择原则 ① 基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准； ② 基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则 综合上述基准选 用 原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三 爪 卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯 40mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。 15 装夹方式的确定 数控机床与普通机床一样也要选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，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，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。 装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。 由零件图可分析，我应先装夹mm 直径 毛坯 的 一端，夹紧其 40mm 的长度加工 左端内外轮廓。 一直加工到零件右端的  mm然后将棒料卸下。 装夹  mm的圆柱表面，加工另一端的 外轮廓，槽，螺纹。 这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。 装夹 方式 如下： 图 加工左端装夹图  图 加工右端装夹图 16 工作坐标原点与换刀点的确定 工件坐标系是编程人员在编程时使用的坐标系，编程人员为了编程方便，便于确定工件几何形状上各要素的位置。 选择工件上的某一已知点为原点，建立一个坐标系，称为工件坐标系。 工件坐标系原点的选择应注意以下三点： (设计基准与工艺基准 ) 重合，尽量 选在精度较高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度。 由于我们学校用的是 FANUC系统 CK6140VA数控 车 床 ,为了方便对刀，一般选工件端面为 Z轴 坐标原点。 车削 时，工件坐标原点是编程时确定地址的依据。 通常把 X 轴的坐标原点设在主轴的回转中心，也就是工件直径为零的地方： Z轴的坐标原点是根据零件具体分析确定的。 在这我把 Z轴的坐标原点设在工件的端面上。 换刀点的确定 ，是数控加工工艺分析的重要内容之一。 如果换刀点没确定好则可能 会打到工件就会造成安全事故，因此我根据零件分析确定工件的换刀点和以工件的左端面为工件原点的工件坐标系如下图所示。 图 工件原点和工件坐标系 17 合理的切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能 (功率、扭矩 )，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。 切削用量包括背吃刀量 、 进给 量 (进给速度 )、 主轴转速 （切削速度）。 对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。 并编入程序单内。 合理 选择切削用量的原则是： 粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。 具体数值应根据机床说明书、刀具说明书、切削用量手册，并结合经验而定。 背吃刀量： ap 一般指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。 一般根据。