轴类零件的加工工艺及装备设计

轴类零件的加工工艺及装备设计
前言
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。

目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。

1零件的用途
图中所设计的零件为一复杂的轴类零件，而轴类零件又是机器中经常遇到的典型零件之一。

它主要用来连接和支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，图示的零件也不例外。

轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。

根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等，图示零件则为阶梯轴。

2加工设备及辅助工具的选择
2.1机床的选择
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。

2.2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：
1、由于是钢件，平端面时我选用45°硬质合金端面车刀。

2、零件外圆粗车、精车在这里我选择一把硬质合金右端面93°外圆车刀。

零件内轮廓形状加工时我选用的是刀杆为20×20mm材料为硬质合金的镗孔刀。

3、切槽时由于零件中外形槽宽为8mm，一般都选刀宽4mm,刀杆20×20mm 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。

4、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60°外螺纹车刀和60°内螺纹车刀。

2.3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。

2.4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。

3 轴类零件的加工工艺
3.1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。

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。

3.2 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面进行粗加工，再一次精加工。

3.3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3-1零件轮廓
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φx40mm孔,用G71指令依次粗车左端外轮廓。

图3-2
第二步：用用G71指令从右到左依次粗车左端内轮廓。

图3-3
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3-4
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3-5
3.4零件定位基准的确定
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φ40mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。

3.5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，减少装夹次数由零件图可分析，我应先装夹30mm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φ40mm然
后将棒料卸下。

装夹40mm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3-6加工左端装夹图
图3-7 加工右端装夹图
3.6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：
1.工件坐标系原点的选择最好与图样上的尺寸基准(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。

2.工件坐标系原点的选择应有利于编程和数值计算及精度测量。

3.便于对刀。

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。

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3-8工件原点和工件坐标系。