轴类零件数控加工工艺及编程分析

毕业论文题目：轴类零件数控加工工艺及编程轴类零件数控加工工艺及编程摘要：数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的。

数控加工的工序内容比普通机床的加工的工序内容复杂，这是因为数控机床价格昂贵，若只加工简单的工序，在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，甚至是在通用机床上难以完成的那些工序。

数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程编制复杂，这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线的确定等问题，在数控加工时，这一切都无例外地都变成了固定的程序内容。

正由于这个特点，促使对加工程序的正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错，否则加工不出合格的零件。

关键词：轴类零件数控车削工艺设计一、零件加工工艺分析1.零件图分析如图1.1所示该零件从结构上来看包括内﹑外表面：内表面主要是孔，外表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成，其中多个直径以及宽度尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度要求，适合数控车削加工；球面Sφ48㎜的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用；零件材料为45钢，该材料具有较高的强度以及较好的韧性﹑塑性；无热处理和硬度要求。

图1.12.工艺分析(1)如图1.1所示内孔直径φ28,圆柱尺寸φ35﹑φ42和φ52,宽度尺寸4和3,取中值作为编程的尺寸依据。

其他尺寸皆取基本尺寸作为编程尺寸依据。

(2)φ52的圆柱与φ28的孔有较高的同轴度要求,加工时必须以同一个定位基准进行加工。

(3)φ28的公差等级为IT8表面粗糙度Ra为1.6，宜采用钻→扩→铰进行加工以保证尺寸和表面粗糙度的要求。

(4)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。

(5)零件中有比较大的圆弧需要进行加工，为了不使加工过程中出现过切现象选择较大副偏角的车刀进行加工。

3.编程原点选择零件在加工中需要二次掉头装夹,从图纸上进行尺寸坐标分析,应设置两个编程原点。

两个工件坐标系的编程原点均应选在零件装夹后的右端面（精加工面）,如图1.2、1.3所示。

1.2 第一次装夹工件原点 1.3 第二次装夹工件原点二、零件毛坯选择由图1.1可知该零件为45钢，生产类型为单件小批量生产。

根据上述原始资料以及加工工艺，确定毛坯尺寸如下：该零件最大外圆直径为Ф52mm，查《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）表2.2得毛坯直径为Ф55mm，长度尺寸为145±0.08。

三、加工方法选择加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。

由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。

通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。

1. 数控车削加工外圆回转体零件与端面加工方法的选择(1)φ52、φ42和φ35的尺寸精度等级为IT7，并且φ52和φ35外圆柱表面粗糙度Ra为1.6，参考《数控加工工艺简明教程》表3-14可知加工这些圆柱时宜采用粗车→半精车→精车三步加工。

(2)零件左端外圆尺寸精度以及表面粗糙度要求不高，所以可以采用粗车→精车加工工艺以缩短工时。

由于零件左端有螺纹需要加工并且螺纹精度要求较高，为了达到螺纹加工的精度要求，所以在加工零件左端外圆时须将外圆尺寸加工为Ф29.8mm。

(3)对于圆锥面采用衡线速度进给切削，以保证圆锥尺寸精度。

2. 数控车削加工内圆回转体加工方法的确定Ф28+00.04 盲孔:孔的精度要求在IT8～IT9之间,参考《数控加工工艺简明教程》表3-16，获知宜采用钻→扩→铰加工工艺,以保证尺寸和表面粗糙度的要求。

参考《工艺手册》表2.3-9以及2.3-12确定工序尺寸及余量为钻孔:Ф26.0mm；扩孔:Ф27.8mm ，2Z=1.8mm；铰孔:Ф28+00.04mm，2Z=0.2mm。

3.数控车削加工螺纹加工方法的确定由于该零件中螺纹加工精度要求较高,为了保证其螺距和牙深的精度故采用G92螺纹加工指令进行加工。

四、机床与刀具的选择1.机床的选择从实际零件的特点考虑加工的经济性，选择数控车床,其型号为SSCK20/500，装配FANUC-OTC系统。

（1）SSCK20/500数控车床的用途SSCK20/500数控车床主要用于加工轴类零件和盘类零件的内外圆柱表面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面，还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、镗孔和车端面、切槽、倒角等加工。

（2）SSCK20/500数控车床布局SSCK20/500数控车床为两坐标联动控制的卧式车床。

床身采用向后倾斜45°，使刀具的调整及操作更为方便安全。

导轨采用直线滚动导轨或镶钢导轨，摩擦系数小，从而增加了耐磨性和精度的保持性，提高了刀架的快移速度并延长机床使用寿命。

主轴采用普通电动机、变频调速，主轴卡盘和尾座。

在结构设计上均采用液压控制，压力的大小可分别用减压阀进行调整。

倾斜滑板上安装有回转刀架，设有6个工位。

滑板上分别安装有X轴和Z轴的进给传动装置。

根据用户的要求，主轴箱前端面上可以安装对刀仪，用于数控车床的对刀。

（3）SSCK20/500数控车床主要技术参数2.刀具的选择将所选刀具参数填如表3.2数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。

注意：车削外轮廓时，为防止副后刀面与工件表面发生干涉，应选择较大副偏角，必要时可以作图检验。

如图3.1所示，为一圆弧面过渡到圆柱面时交点的切线与圆柱面的夹角，由图可知在加工这一过渡表面时k r′最小为560。

为了使粗加工时候能够切除更多的毛坯余量参考图3.2，确定粗加工刀具最小后角k r′=430 。

表3.2数控加工刀具卡图3.1 图3.2五、定位与夹紧方式的确定经过分析可知此工件必须分两次装夹。

由于左端外表面为螺纹，不适于做装夹表面，所以第一次装夹工件左端，加工右端。

为了防止由于切削力的作用而产生轴向位移, 必须在卡盘内装一限位支撑或利用工件的台阶面进行限位。

此处利用工件台阶面进行定位。

使用三爪自定心卡盘夹持，考虑到此工序需要加工的零件较长，所以需要在右端面加一顶尖，采取一夹一顶的方式进行装夹。

第一次装夹如图5.1所示，完成Sφ48球面﹑R48圆弧﹑R9圆弧﹑R8圆弧﹑φ35外圆﹑φ52圆﹑圆锥面﹑槽﹑φ28内孔﹑1X45°倒角的粗﹑精加工；第二次装夹如图5.2所示，完成φ30外圆、螺纹﹑2X45°倒角、1X45°倒角的粗精加工。

图4.1 零件的第一次装夹图4.2 零件的第二次装夹六、加工顺序安排1.加工顺序的安排按照加工内容确定加工顺序如下:（1）第一次装夹时第一步: 装夹φ55圆柱表面,钻φ5中心孔；第二步：用顶尖顶紧工件右端面，粗车Sφ48球面﹑R9外圆﹑R8外圆﹑φ35圆柱﹑圆锥面﹑φ52圆柱；第三步：半精车外圆表面；第四步：钻φ26孔；第五步：扩孔至φ27.8；第六步：铰孔至尺寸要求；第七步：精车外圆表面。

调头装夹（2）第二次装夹时第一步：粗车φ30外圆表面，加工2X450和1X450倒角；第二步：从左至右精车外圆表面；第三步：车削M30X2-6g螺纹。

以上工艺过程详见表8.1“数控加工工序卡”所示。

七、走刀路线和工步顺序确定1. 确定加工顺序和走刀路线（1）工步顺序的确定在第一次装夹时，工步顺序的确定按照由内到外﹑由粗到精﹑由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。

结合本零件的结构特征，可以先粗、半精加工外圆各表面（考虑到粗加工刀具为了保证刀具的耐用度副角不宜过大，为了避免粗加工时候刀具后刀面与零件发生干涉，使得零件报废，造成不必要的浪费从而确定如图7.1所示粗加工零件轮廓图，调整后尺寸如图所示，其它基本尺寸不变，再加工内孔各表面至尺寸以及表面粗糙度要求，然后再进行外圆各表面的精加工。

在第二次装夹时，结合零件的结构特征，首先对零件外圆进行粗、精加工再车M30X2-6g螺纹。

图7.1(2) 走刀路线的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为走刀路线。

编程时，走刀路线的确定原则主要有以下几点：①走刀路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高。

②使数值计算简单，以减少编程工作量。

③应使走刀路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。

此外，确定走刀路线时，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，还是多次走刀来完成加工等。

由于该数控车床具有循环功能，只要编程正确，数控系统就会自动确定粗车以及螺纹车削路线。

因此，该零件的粗车以及螺纹车削路线不需要人为确定进给路线，我们只要指定零件的精车路线。

本工件的精车路线如图7.2所示。

由于该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线。

图7.2图7.3说明:如图7.2所示为第一次装夹时外圆精车走刀路线,图中点A(250.0,150.0)为换刀点B( 55.0,7.0)为精车起刀点,点C(12.735,4.543)为切入点,为切了避免切入时损坏工件故采取圆弧切切入。

图7.3所示为第二次装夹时外圆精车走刀线，图中a点为换刀点（100.0，100.0），点b为精车起刀点（55.0，5.0），点c精车切入点(53.985,35)。

八、切削用量的选择1. 切削用量的选择切削用量的选择根据被加工表面质量要求﹑刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度和每转进给量然后根据式1-1和1-2 计算主轴转速与进给速度，V C=∏dn/1 000 (1-1) n≤1200/p-k (1-2) 式中 V C—切削速度，单位m/min;d—切削刃上选定点处所对应的工件或刀具的回转直径,单位mm;n—工件的转速,单位为r/min;P—被加工螺纹螺距，单位为mm；K—保险系数，一般为80。

2. 第一次装夹切削用量计算（1）钻孔Ф28+00.04mm、钻孔Ф26 ：①背吃刀量 a p=13mm。

②进给量根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用f=0.4mm/r。

③切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用V c=20m/min。

④主轴转速由公式1-1得 20=3.14*26n/1 000求得 n=245r/min 经查表取 n=250r/min（2）扩孔Ф27.8mm：①背吃刀量 a p=18.9mm。

③切削速度根据《数控加工工艺简明教程》表6-4，选用V c=20m/min。

④主轴转速由公式1-1得 20=3.14*27.8n/1 000求得 n=229r/min 经查表取 n=250r/min（3）铰孔Ф28+00.04mm：①背吃刀量 a p=14mm。