轴套零件的工艺分析和编程毕业设计论文

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零件图

轴套三维图

轴套三维图

轴套类零件的工艺设计与加工

摘要：随着数控技术的发展，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。随着科技的发展，数控技术也在不断的发展更新，现在数控技术也称计算机数控技术，加工软件的更新快，CADCAM 的应用是一项实践性很强的技术。如像UG , PROE , Cimitron , MasterCAM ,CAXA制造工程师等。

数控技术是技术性极强的工作，尤其在模具领域应用最为广泛，所以这要求从业人员具有很高的机械加工工艺知识，数控编程知识和数控操作技能。本文主要通过c车削加工配合件的数控工艺分析与加工，综合所学的专业基础知识，全面考虑可能影响在车削加工中的因素，设计其加工工艺和编辑程序，完成配合要求。

关键词: 车削；CADCAM；配合件零件加工

前言

毕业设计是专业教学工作的重要组成部分和教学过程中的重要实际性环节。

毕业设计的目的是：通过设计，培养我们综合运用所学的基础理论知识，专业理论知识和一些相关软件的学习，去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，培养我们建立正确的工艺设计思维，学会查找工具书，掌握数控工艺设计的一般程序，规范和方法。

本次设计选择的课题为轴类零件的车削加工工艺设计及其数控加工程序编制。

这次毕业设计让我们对机械制图的基础知识有了进一步的了解，同时也

为我们从事绘图工作奠定了一个良好的基础。并锻炼了自己的动手能力，达到了学以致用的目的。它是一次专业技能的重要训练和知识水平的一次全面体验，是学生毕业资格认定的重要依据，同时也为我们将来走向工作岗位奠定了必要的理论基础和实践经验。

目录

前言

第一章零件工艺分析 (1)

1.1零件的分析 (1)

1.1.1零件的结构分析 (1)

第二章毛坯的选择 (5)

2.1毛坯的种类 (5)

2.2选择毛坯的原则 (5)

第三章数控加工工艺设计 (6)

3.1定位基准的确定 (6)

3.1.1基准的概念及分类 (6)

3.1.2定位基准的选择 (8)

3.2工艺路线的拟订 (8)

3.2.1表面加工方法的选择 (8)

3.3机床设备与工艺装备的选择 (10)

3.4加工阶段的划分 (10)

3.5工序的划分 (11)

3.6工序顺序的安排 (11)

3.7加工余量的确定 (13)

3.7.1影响加工余量的因素 (15)

3.7.2加工余量的确定——计算法、查表法和经验估计法.. 16 第四章工序卡制定 (17)

第五章数控程序编制 (18)

参考文献 (19)

谢辞 (20)

附表1 (21)

附表2 (25)

附表3 (33)

附表4 (35)

第一章零件工艺分析

1.1零件的分析

1.1.1零件的结构分析

该零件为轴类零件。表面由外圆柱面，阶梯外圆面，退刀槽及螺纹等表面组成，其中Φ39，Φ30这两个直径尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。表面粗糙度要求为1.6，为了保证同轴度通常减小切削力和切削热的影响，粗精加工分开，使粗加工中的变形在精加工中得到纠正，采用粗车——半精车——精车——粗磨——抛光，加工时需要零件材料为45号钢，毛胚尺寸为Φ45X 80,切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。

具体加工步骤如下：

（1）车外圆和端面确定机床坐标原点（对刀）。

（2）装夹左端面，车右端面并用尾座小钻头确定孔位，然后用顶尖装臵顶紧。

（3）粗车外圆留加工余量0.2-0.5mm。将图纸上尺寸加到到Φ39.5，Φ30.5，Φ20.5。

（4）精加工各外圆尺寸，到达图纸的要求，重点保证Φ30外圆尺寸。

（5）加工退刀槽，槽4x2。

（6）用60°螺纹刀粗——精加工M20x2的螺纹达到图纸要求。

（7）调头装夹，选用4mm的槽刀切断工件的同时将右端进行倒角。

（8）去除毛刺，检测工件的各项要求。

该套类零件→外圆柱面，内孔，内槽，内螺纹组成。其主要特点是内外圆柱面和相关端面的形状。同轴度要求高，加工内螺纹时要与外螺纹配合进行加工，使其达到图纸要求的配合精度。加工时将上道工序切断的棒料进行装夹，加工右面的端面，该棒料是45#钢，切削性能较好，无热处理。

加工步骤如下：

（1）车外圆和端面确定机床坐标原点。

（2）车端面并用尾座小钻头钻定孔位，然后用顶尖装臵顶紧。（3）粗车Φ39外圆，同时留余量2mm进行精加工，松开顶锥，然后用Φ15的钻孔刀钻至30mm的深度。

（4）用内孔车刀镗孔粗加工内孔M20带有螺纹的孔，精镗孔的精加工余量为1.5mm。

（5）用内螺纹车刀加工M20内螺纹，并与轴的外螺纹配合进行加工。（6）用45°硬质合金端面车刀倒角。

（7）调头车削左端面，保证长度为30误差为正负0.08

（8）用内孔车刀粗加工内孔Φ30的孔，精镗孔的精加工余量留

1.5mm。

（9）精加工Φ3的孔，保证配合件间隙在0.07～0.13mm。

（10）用45°硬质合金端面车刀倒角。

（11）去除毛刺，检测工件各项尺寸要求。

通过上述分析，可采用以下几点工艺措施:

(1)对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较

小，故编程时要取平均值，以更好的保证加工完的零件在图纸

要求的精度范围以内。

(2)在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进

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。

(3)为便于装夹，工件2的坯件左端应预先粗找正，车出夹持部分，

右端面也应先粗找正，车出夹持部分并钻好中心孔。工件一也

是先找正车除左右两端的夹持部分，为该零件的加工建立粗基

准。

第二章毛坯的选择

2.1毛坯的种类

（1）铸造毛坯：适合做形状复杂零件的毛坯

（2）锻造毛坯：适合做形状简单零件的毛坯；

（3）型材：适合做轴、平板类零件的毛坯；

（4）焊接毛坯：适合板料、框架类零件的毛坯。

2.2选择毛坯的原则

(1)选择原则

毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少机械加工。

(2)毛坯选择应考虑的因素

1）生产纲领的大小：对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，节省材料。

2）现有生产条件：要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力。

(3)举例

a.轴类零件：车床主轴：45号钢模锻件；阶梯轴（直径相差不

大）：棒料

b.箱体：铸造件或焊接件

c.齿轮：小齿轮：棒料；大多数中型齿轮：模锻件；大型齿

轮：铸钢件

对于本零件的加工我们采用棒料来加工，选用45号钢，Φ50X100的材料加工工件一，Φ50X90的材料加工工件2，因为我们都是单件生产，所以我们以便于加工为主要目的。

第三章数控加工工艺设计

3.1定位基准的确定

3.1.1基准的概念及分类

1、基准的定义：

在零件图上或实际的零件上，用来确定其它点、线、面位臵时所依据的那些点、线、面，称为基准。

2、基准的分类：

按其功用可分为：

1）设计基准：

零件工作图上用来确定其它点、线、面位臵的基准，为设计基准。

2）工艺基准：

是加工、测量和装配过程中使用的基准，又称制造基准。

a.工序基准：是指在工序图上，用来确定加工表面位臵的基准。

它与加工表面有尺寸、位臵要求。

b.定位基准：是加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确

位臵所使用的基准。

c.度量基准（测量基准）：是用来测量加工表面位臵和尺寸而使

用的基准。

d.装配基准：是装配过程中用以确定零部件在产品中位臵的基

准。举例如下：

各种基准示例

定位基准表示法

3.1.2定位基准的选择

定位基准包括粗基准和精基准。

粗基准：用未加工过的毛坯表面做基准。

工件一工件二的粗基准都是采用毛坯面。

精基准：用已加工过的表面做基准。

工件一的精基准为Φ36的外圆柱面，工件二的精基准是Φ46的外圆柱面。

3.2工艺路线的拟订

拟订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作。

工件一的工艺路线：下料车左端面钻引正孔钻孔热处理粗车精车掉头粗车精车检验

工件二的工艺路线：下料正火平端面钻引正孔钻孔热处理（调制）粗车精车切断掉头粗车精车检验

3.2.1表面加工方法的选择

（1）各种加工方法的经济加工精度和表面粗糙度

不同的加工方法如车、磨、刨、铣、钻、镗等，其用选各不相同，所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一样，这是因为在加工过程中，将有各种因素对精度和粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床的调整质量等等。

某种加工方法的经济加工精度：是指在正常的工作条件下（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。

加工成本与精度的关系

（2）加工方法和加工方案的选择

1）根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案；

这种方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。

2）要考虑被加工材料的性质；

例如，淬火钢用磨削的方法加工；而有色金属则磨削困难,，一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工。

3）要考虑生产纲领，即考虑生产率和经济性问题。如：大批大量生产应选用高效率的加工方法，采用专用设备。例如，平面和孔可用拉削加工，轴类零件可采用半自动液压仿型车床加工，盘类或套类零件可用单能车床加工等。

4）应考虑本厂的现有设备和生产条件：即充分利用本厂现有设备和工艺装备。

在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。

3.3机床设备与工艺装备的选择

（1）机床设备和工艺装备的选择

1、所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应；

2、精度等级应与本工序加工要求相适应；

3、电机功率应与本工序加工所需功率相适应；

4、机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。

（2）工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。

1、在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备(包括夹具、刀具、量具和辅具)；

2、在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。

（3）机床设备和工艺装备的选择不仅要考虑设备投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有足够的柔性。

3.4加工阶段的划分

1）根据零件的技术要求划分加工阶段。

分以下几个阶段：

粗加工阶段在此阶段主要是尽量切除大部分余量，主要考虑生产

率。

精加工阶段在此阶段主要是保证各主要表面达到图纸要求，主要

任务是保证加工质量。

2）将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的是：

(1) 保证零件加工质量（因为工件有内应力变形、热变形和受力变形，

精度、表面质量只能逐步提高，）；

(2) 有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理；

(3) 有利于合理利用机床设备。

(4) 便于穿插热处理工序：穿插热处理工序必须将加工过程划分成几

个阶段，否则很难充分发挥热处理的效果。

此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。

3.5工序的划分

工序集中原则

按工序集中原则组织工艺过

程，就是使每个工序所包括的

加工内容尽量多些，将许多工

序组成一个集中工序。

最大限度的工序集中，就是在

一个工序内完成工件所有表

面的加工。

采用数控机床、加工中心按工序

集中原则组织工艺过程，生产适

应性反而好，转产相对容易，虽

然设备的一次性投资较高，但由

于有足够的柔性，仍然受到愈来

愈多的重视。

工序分散原则

按工序分散原则组织工艺过

程，就是使每个工序所包括的

加工内容尽量少些。

最大限度的工序分散就是每

个工序只包括一个简单工步。

传统的流水线、自动线生产基本

是按工序分散原则组织工艺过

程的，这种组织方式可以实现高

生产率生产，但对产品改型的适

应性较差，转产比较困难。

3.6工序顺序的安排

1)机械加工工序的安排原则

1)先基准面后其它表面先把基准面加工出来，再以基准面定位来加工其它表面，以保证加工质量。

2)先粗加工后精

加工

即粗加工在前，精加工在后，粗精分开。

3)主要表面后次要表面如主要表面是指装配表面、工作表面，次要表面是指键糟、联接用的光孔等。

4)先加工平面后加工孔平面轮廓尺寸较大，平面定位安装稳定，通常均以平面定位来加工孔。

2)热处理工序及表面处理工序的安排

根据热处理的目的，安排热处理在加工过程中的位臵。

1）退火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。其作用是：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。应用：高碳钢采用退火，以降低硬度；放在粗加工前，毛坯制造出来以后。

2)正火：将钢加热到一定温度，保温一段时间后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工序。注：加热到的一定的温度，其与钢的含C量有关，一般低于固相线200度左右。其作用是：提高钢的强度和硬度，使工件具有合适的硬度，改善切削加工性。应用：低碳钢采用正火，以提高硬度。放在粗加工前，毛坯制造出来以后。

3）回火：将淬火后的钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后臵于空气或水中冷却的一种热处理的方法。其作用是：稳定组织、消除内应力、降低脆性。

4）调质处理（淬火后再高温回火）：其作用：是获得细致均匀的组织，提高零件的综合机械性能。应用：安排在粗加工后，半精加工前。常用于中碳钢和合金钢。

5）时效处理：其作用：是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。应用：一般安排在毛坯制造出来和粗加工后。常用于大而复杂的铸件。

6）淬火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。其作用是：提高零件的硬度。应用：一般安排在磨削前。

7）渗碳处理：提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半精加工之前或之后进行。

8）为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行

3)检验工序的安排

为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：

(1)粗加工全部结束之后；

(2)送往外车间加工的前后；

(3)工时较长和重要工序的前后；

(4)最终加工之后。

除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。

4)其它工序的安排

(1)零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之

后，应安排去毛刺工序。

(2)零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱

体内腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨

粒易附着在工件表面上，要注意清洗。

(3)在用磁力夹紧工件的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩

磁的工件进入装配线。

3.7加工余量的确定

1、加工余量：为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层厚度，称为加工余量。加工余量又有总余量和工序余量之分。

2、总余量：某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量，以Z o表示。

3、工序余量：该表面加工相邻两工序尺寸之差称为工序余量Z i。总余量Z0与工序余量Z i的关系可用下式表示：

式中：n为某一表面所经历的工序数。

（1）工序余量有单边余量和双边余量之分。（见下图）

单边余量与双边余量

1）单边余量：非对称结构的非对称表面的加工余量，称为单边余量，用Z b表示。

Z b＝l a-l b

式中：Z b—本工序的工序余量；l b—本工序的基本尺寸；l a—上工序的基本尺寸。

2）双边余量：对称结构的对称表面的加工余量，称为双边余量。

对于外圆与内孔这样的对称表面，其加工余量用双边余量2Z b表示，

对于外圆表面有：2Z b＝d a-d b；对于内圆表面有：2Z b ＝D b－D a

（2）工序余量有公称余量（简称余量）、最大余量Zmax、最小余量Zmin之分。（见下图）

被包容面加工工序余量给公差

由于工序尺寸有偏差，故各工序实际切除的余量值是变化的，因此，工序余量有公称余量（简称余量）、最大余量Z max、最小余量Z min之分。

对于上右图所示被包容面加工情况，本工序加工的公称余量：Z b＝l a-l b

公称余量的变动范围：T Z＝Z max—Z min＝T b＋T a式中：T b—本工序工序尺寸公差； T a—上工序工序尺寸公差。

工序尺寸公差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸(轴径)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（孔径、键槽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。

而孔距和毛坯尺寸公差带常取对称公差带标注。

余量过大——〉材料浪费，成本增大；

余量过小——〉不能纠正加工误差，质量降低。

所以，在保证质量的前提下，选余量尽可能小。

3.7.1影响加工余量的因素

（1）上道工序的表面粗糙度值Ra

（2）上道工序的表面缺陷层深度Ha

（3）上道工序各表面相互位臵空间偏差ρa；

（包括轴线的直线度、位移和平行度；轴线与表面的垂直度；阶梯轴内外圆的同轴度；平面的平面度等。）

ρa的数值与上工序的加工方法和零件的结构有关，可用近似计算法或查有关资料确定。若存在两种以上的空间偏差时，可用向量和表示。

（4）本工序的装夹误差Δεb

它除包括定位和夹紧误差外，还包括夹具本身的制造误差，其大小为三者的向量和。

（5）上工序的尺寸公差Ta

（包括几何形状误差如锥度、椭圆度、平面度等。其大小可根据选用的加工方法所能达到的经济精度，查阅工艺手册确定。）

本工序的公称余量为：Z b＝l a-l b

本工序的最大余量为：Z bmax＝l amax-l bmin

本工序的最小余量为：Z bmin＝l amin-l bmax

上述前四项之和构成最小余量，即

注：ρa和Δεb为矢量和。

最小余量加上上道工序的尺寸公差，即为本道工序的加工余量。

即：Z b≥T a +Z min

3.7.2加工余量的确定——计算法、查表法和经验估计法

（1）经验估算法：靠经验估算确定，从实际使用情况看，余量选择都偏大，一般用于单件小批生产。

（2）查表法(各工厂广泛采用查表法)：根据手册中表格的数据确定，应用较多。

（3）分析计算法(较少使用)：根据实验资料和计算公式，综合确定，比较科学，数据较准确，一般用于大批大量。

第四章工序卡制定

机械加工工序卡片是根据机械加工工艺卡片为一道工序制订的。它更详细地说明整个零件各个工序的要求，是用来具体指导工人操作的工艺文件。在这种卡片上要画工序简图，说明该工序每一工步的内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备及工艺装备。一般用于大批大量生产的零件（机械加工工序卡片见附表2）。

第五章数控程序编制

数控加工程序中所用的各种代码，如坐标尺寸值、坐标系命名、数控准备功能指令、辅助动作指令、主运动和进给速度指令、刀具指令以及程序和程序段格式等方面，都已制订了一系列的国际标准，中国也参照相关国际标准制定了相应的国家标淮，这样极大地方便了数控系统的研制、数控机床的设计、使用和推广。但在编程的许多细节上，各国厂家生产的数控机床并不完全相同，因此编程时还应按照具体机床的编程手册中的有关规定来进行，这样所编出的程序才能为机床的数控系统所接受（编程见附表4）。

参考文献

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大学出版社.

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[05] 董建国,王凌云.数控编程与加工技术.中南大学出版社,2006

[06] 王志泉，董慧灵，樊小年，张华，高永卫，刘谭玉. 机械制图.

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[10] 李华志主编，数控加工工艺与装备.清华大学出版社.2005

[11] 孙汉卿. 数控机床维修技术[M]. 北京：机械工业出版社，2000，

158

谢辞

转眼间已经在信息学院度过了第三个年头，这三年是我人生中很重要的三年，我不仅能够接触到传道授业解惑的良师，还能认识许在多方面比我优秀的同学、朋友。他们不仅能够授我知识、学问，而且从更多方面指导我的人生，使我更加完善自己。这里留下了我求学的足迹，这里见证了我成长的点滴。在毕业设计完成之际，我衷心的感谢曾经给我帮助、支持、鼓励的所有老师、同学、朋友和父母。

本次设计是在我的老师张乐老师的指导下完成的，从最初我对本次设计的不了解到能够整体把握再到比较顺利的完成本次设计，这一步一步的走来，其中都包含了张老师耐心的指引和教导。通过本次设计，我从宏观上掌握了车削零件的步骤以及结构设计，加深了以往学习的专业知识。最初接触张老师是在大二实习的时候，张老师的课程和别的老师不太一样，从教学方法上看，张老师是循序渐进，引人入胜。同样在本次设计中老师始终践行着“授人以鱼，不如授之以渔”的原则，他经常教导我们遇到问题先自己解决，自己解决不了的小组讨论，讨论还得不到结论的再找老师一起讨论。这种学习模式的大大提高了学习的自主能动性，发挥了团队合作精神。在此，我向张老师表示我最诚挚的谢意。

此外还要感谢我们小组的其他两位位成员，在设计的整个过程

中，我们相互讨论，也解决了一定的问题，从你们身上我看到了“认真”二字，在无形中也促使我更加用心的完成本次设计。

感谢我的父母，对我二十多年来辛勤的养育，他们对我无条件的支持，让我可以去追求自己的梦想，他们的爱是我前行的动力。

在设计的过程中，也得到了许多同学宝贵的建议，在此一并致以诚挚的谢意。

最后，衷心的感谢机电工程系的每位老师，谢谢你们在学习上、生活中给予我的关心与支持。

衷心祝愿湖南信息职业技术学院的明天更加美好！

工厂名机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号共4页产品名称零件名称轴第1页

材料牌号45钢毛坯种类圆钢毛坯规格尺寸Φ45x85 每毛坯可制做数 1 每台件数 1 备注

工序号工序名称工序内容设备与

程序号

工艺装备工时

夹具

刀具与刀

号

量具准终单件

01 下料圆钢下料Φ45x85 锯床三爪

定心

卡盘

T01 钢尺

02 热处理正火热处理热处理炉

03 粗车车端面

45°硬质

合金车刀

T02

游标卡

尺

04 粗车粗车Φ39mmΦ30mm粗车螺纹大径Φ

20mm

95°外圆

车刀

05 精车精车Φ39mmΦ30mm精车螺纹大径Φ

20mm

90°外圆

精车刀

T03

06 槽刀加工退刀槽4mm槽刀T04

07 螺纹加工加工螺纹60°螺纹T05