軸類零件加工工藝 編寫軸類零件加工工藝

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1、 軸類零件加工工藝 編寫軸類零件加工工藝 第一章 緒論 傳統(tǒng)的機械加工都是用手工操作普通機床作業(yè)的，加工時用手搖動機械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測量產(chǎn)品的精度的?，F(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機床進行作業(yè)了，數(shù)控機床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動對任何產(chǎn)品和零部件直接進行加工了。這就是我們說的“數(shù)控加工〞。數(shù)控加工廣泛應(yīng)用在所有機械加工的任何領(lǐng)域，更是模具加工的開展趨勢和重要和必要的技術(shù)手段。 1.1 數(shù)控技術(shù)的概念及理論 〔1〕、數(shù)控技術(shù)的概念 數(shù)控〔英文名字：Numerical Control 簡稱:NC〕技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號組成的

2、數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。也可以說成是數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)。數(shù)控一般是采用通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C實現(xiàn)數(shù)字程序控制，因此數(shù)控也稱為計算機數(shù)控(Computer Numerical Control )，簡稱CNC，國外一般都稱為CNC。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。 〔2〕、數(shù)控技術(shù)的根本理論 數(shù)控機床是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進給量、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開、

3、關(guān)等)，按照數(shù)控機床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上(如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲器)，然后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，從而指揮機床加工零件。 軸類零件加工工藝 傳動軸機械加工工藝實例 軸類零件是常見的典型零件之一。按軸類零件結(jié)構(gòu)形式不同，一般可分為光軸、階梯軸和異形軸三類；或分為實心軸、空心軸等。它們在機器中用來支承齒輪、帶輪等傳動零件，以傳遞轉(zhuǎn)矩或運動。 臺階軸的加工工藝較為典型，反映了軸類零件加工的大局部內(nèi)容與根本規(guī)律。下面就以減速箱中的傳動軸為例，介紹一般臺階軸的加工工藝。圖A-1 傳動軸 圖A-1所 示零件是減速器中的

4、傳動軸。它屬于臺階軸類零件，由圓柱面、軸肩、螺紋、螺尾退刀槽、砂輪越程槽和鍵槽等組成。軸肩一般用來確定安裝在軸上零件的軸向位 置，各環(huán)槽的作用是使零件裝配時有一個正確的位置，并使加工中磨削外圓或車螺紋時退刀方便；鍵槽用于安裝鍵，以傳遞轉(zhuǎn)矩；螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和調(diào)整 螺母。 根據(jù)工作性能與條件，該傳動軸圖樣(圖A-1)規(guī)定了主要軸頸M，N，外圓P、Q以及軸肩G、H、I有較高的尺寸、位置精度和較小的外表粗糙度值，并有熱處理要求。這些技術(shù)要求必須在加工中給予保證。因此，該傳動軸的關(guān)鍵工序是軸頸M、N和外圓P、Q的加工。 2．確定毛坯 該傳動軸材料為45鋼，因其屬于一般傳動軸，應(yīng)選4

5、5鋼可滿足其要求。 本例傳動軸屬于中、小傳動軸，并且各外圓直徑尺寸相差不大，應(yīng)選擇￠60mm的熱軋圓鋼作毛坯。 3．確定主要外表的加工方法 傳動軸大都是回轉(zhuǎn)外表，主要采用車削與外圓磨削成形。由于該傳動軸的主要外表M、N、P、Q的公差等級(IT6)較高，外表粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)較小，故車削后還需磨削。外圓外表的加工方案(參考表A-3)可為： 粗車→半精車→磨削。 4．確定定位基準 合理地選擇定位基準，對于保證零件的尺寸和位置精度有著決定性的作用。由于該傳動軸的幾個主要配合外表(Q、P、N、M)及軸肩面(H、G)對基準軸線A-B均有徑向圓跳動和端面圓跳動的要求，它又是實心

6、軸，所以應(yīng)選擇兩端中心孔為基準，采用雙頂尖裝夾方法，以保證零件的技術(shù)要求。 粗基準采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。中心孔加工采用三爪自定心卡盤裝夾熱軋圓鋼的毛坯外圓，車端面、鉆中心孔。但必須注意，一般不能用毛坯外圓裝夾兩次鉆兩端 中心孔，而應(yīng)該以毛坯外圓作粗基準，先 加工一個端面，鉆中心孔，車出一端外圓；然后以已車過的外圓作基準，用三爪自定心卡盤裝夾(有時在上工步已車外圓處搭中心架)，車另一端面，鉆中心孔。如此加工中心孔，才能保證兩中心孔同軸。 5．劃分階段 對精度要求較高的零件，其粗、精加工應(yīng)分開，以保證零件的質(zhì)量。 該傳動軸加工劃分為三個階段：粗車(粗車外圓、鉆中心孔等)，半精車(

7、半精車各處外圓、臺階和修研中心孔及次要外表等)，粗、精磨(粗、精磨各處外圓)。各階段劃分大致以熱處理為界。 6．熱處理工序安排 軸的熱處理要根據(jù)其材料和使用要求確定。對于傳動軸，正火、調(diào)質(zhì)和外表淬火用得較多。該軸要求調(diào)質(zhì)處理，并安排在粗車各外圓之后，半精車各外圓之前。 綜合上述分析，傳動軸的工藝路線如下： 下料→車兩端面，鉆中心孔→粗車各外圓→調(diào)質(zhì)→修研中心孔→半精車各外圓，車槽，倒角→車螺紋→劃鍵槽加工線→銑鍵槽→修研中心孔→磨削→檢驗。 7．加工尺寸和切削用量 傳動軸磨削余量可取0.5mm，半精車余量可選用1.5mm。加工尺寸可由此而定，見該軸加工工藝卡的工序內(nèi)容。 車削用量

8、的選擇，單件、小批量生產(chǎn)時，可根據(jù)加工情況由工人確定；一般可由?機械加工工藝手冊?或?切削用量手冊?中選取。 8．擬定工藝過程 定位精基準面中心孔應(yīng)在粗加工之前加工，在調(diào)質(zhì)之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。調(diào)質(zhì)之后修研中心孔為消除中心孔的熱處理變形和氧化皮，磨削 之前修研中心孔是為提高定位精基準面的精度和減小錐面的外表粗糙度值。擬定傳動軸的工藝過程時，在考慮主要外表加工的同時，還要考慮次要外表的加工。在半 精加工￠52mm、￠44mm及M24mm外圓時，應(yīng)車到圖樣規(guī)定的尺寸，同時加工出各退刀槽、倒角和螺紋；三個鍵槽應(yīng)在半精車后以及磨削之前銑削加工出來，這樣可保證銑鍵槽時有較精確的

9、定位基準，又可防止在精磨后銑鍵槽時破壞已精加工的外圓外表。 在擬定工藝過程時，應(yīng)考慮檢驗工序的安排、檢查工程及檢驗方法確實定。 綜上所述，所確定的該傳動軸加工工藝過程見表A-1。 表A-1 傳動軸機械加工工藝卡 機床、刀具和冷卻液的選擇往往決定所加工零件的尺寸精度和外表粗糙度， 雖然說加工參數(shù)起決定性作用，但是它們的合理選擇也不容無視。所以，要加工一個精度高的零件，正確合理地選擇機床、刀具和冷卻液是其前提。 4.1 機床的選擇 a) 選擇加工機床，首先要保證加工零件的技術(shù)要求，能夠加工出合格的零件。其次是要有利于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)本錢。

10、選擇加工機床一般要考慮到機床的結(jié)構(gòu)、載重、功率、行程和精度。還應(yīng)依據(jù)加工零件的材料狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)要求和工藝復(fù)雜程度，選用適宜、經(jīng)濟的數(shù)控機床，綜合考慮以下因素的影響： 〔1〕機床的類別〔車、銑、加工中心等〕、規(guī)格〔行程范圍〕、性能〔加工材料〕等； 〔2〕數(shù)控機床的主軸功率、轉(zhuǎn)速范圍、刀具以及刀具系統(tǒng)的配置情況； 〔3〕數(shù)控機床的定位精度和重復(fù)定位精度； 〔4〕零件的定位基準和裝夾方式； 〔5〕機床坐標系和坐標軸的聯(lián)動情況； 〔6〕控制系統(tǒng)的刀具參數(shù)設(shè)置，包括機床的對刀、刀具補償以及ATC等相關(guān)的功能。 b) 根據(jù)所設(shè)計的零件圖分析：該零件由外圓、 槽、螺紋、圓弧和內(nèi)孔構(gòu)成，

11、且加工工序較為復(fù)雜。 所以，為減少對刀和換刀時間，保證良好的精度要求， 并結(jié)合我院現(xiàn)有機床的實際情況，只有選用FANUC 系統(tǒng)的CAK6140數(shù)控車床，如圖4-1所示： 圖4-1數(shù)控CAK6140 該機床主要性能如下: 1〕主軸最大孔徑：52mm； 2〕工作最大回轉(zhuǎn)直徑：400mm； 3〕最大工件長度：1000mm； 4) 主軸最大轉(zhuǎn)速：2000r/min； 5〕主軸電動機功率：7.5kw； 6〕快移速度X/Z：3.8/7.6m/min； 7〕X軸行程：220mm； 8〕Z軸行程：1000mm；

12、9〕刀架形式：立式4工位； 10〕刀具安裝尺寸：20×20mm； 11〕微機：全中文液精顯示； 12〕機床重量: 2250kg； 13〕機床外形尺寸〔長×寬×高〕：1890×1150×1630mm。 4.2 刀具的選擇 刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。 刀具選擇的原那么是：安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。 數(shù)控機床具有高效率、高精度、高柔性的性能，是現(xiàn)代機械加工的先進工

13、藝裝備，但是只有配置了與數(shù)控機床性能相適應(yīng)的刀具，才能使其性能得到充分的發(fā)揮。 數(shù)控機床上用的刀具應(yīng)滿足安裝調(diào)整方便、剛性好、精度高、耐性好等要求， 4.3 冷卻液的選擇 要想選擇適宜的冷卻液，首先就需了解冷卻液的作用。一般情況下，冷卻液在數(shù)控車削加工中有如下幾種作用： 1〕降低溫度。帶走切削中產(chǎn)生的大量熱能，降低工件溫度，減小工件的熱變形。控制剩余應(yīng)力和微觀裂紋的產(chǎn)生。 2〕潤滑作用。 切削時，刀具與工件其實是一個擠壓并摩擦的過程，在這個過程里面冷卻液起到了潤滑作用，即減小了磨擦阻力(在刀具與工件之間形成了一種潤滑膜,降低刀具的磨損速度)，又保證了加工面的光潔度(減少了積屑瘤，鱗刺

14、)。 3〕及時清理殘屑的作用。 在進行粗加工時，高速切削，冷卻液強勁的沖擊車刀，使滯留的殘屑得到及時的清理。 4〕防止零件被氧化。 往往在加工過程中零件已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的氧化。溫度的上升，各種不同的化學(xué)元素會變得突然活潑起來，產(chǎn)生化學(xué)反響，而冷卻液恰恰能夠?qū)@種活動起到一種限制作用。加工中冷卻液一定要充分,過濾的比擬干凈,另外還要注意冷卻液的濃度。 綜合各方面的考慮，此次設(shè)計中冷卻液選擇為水溶性切削液。因為它適宜切削低/中碳鋼、鑄鐵、鋁合金、合金/不銹鋼等，且具有良好的潤滑性能和防銹性能。相比于非水溶性切削液，冷卻效果更好；不會引起機床周圍的污染，從而保持操作環(huán)境在數(shù)控加工過程中，

15、量具和夾具是絕對不可缺少的局部，否那么無法進行加工，而且選擇適宜的量具和夾具將會對數(shù)控加工起到積極的作用，例如：節(jié)省加工時間，縮小尺寸誤差及降低加工難度等。 5.1 量具的選擇 正確合理的選用量具是保證零件質(zhì)量的重要條件之一。但選擇量具要考慮多方面的因素。例如,測量誤差和加工誤差之間的分配,被測對象的精度要求,結(jié)構(gòu)尺寸的大小、形狀、和所用的材料,加工的工藝條件、使用測量器具的精確度和經(jīng)濟性等。 所以，綜合考慮，此次設(shè)計所選用的量具有：50分度游標卡尺的清潔；從價格5.2 夾具的選擇 數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個根本要求：一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能保

16、證零件與機床坐標系之間的準確尺寸關(guān)系。依據(jù)零件毛坯的狀態(tài)和數(shù)控機床的安裝要求，應(yīng)選取能保證加工質(zhì)量、滿足加工需要的夾具。除此之外，還要考慮以下幾點： 〔1〕當零件加工批量不大時，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間，節(jié)省生產(chǎn)費用。在成批生產(chǎn)時可以考慮采用專用夾具，同時要求夾具的結(jié)構(gòu)簡單。 〔2〕裝夾零件要方便可靠，防止采用占機人工調(diào)整的裝夾方式，以縮短輔助 時間，盡量采用液壓、氣動或多工位夾具，以提高生產(chǎn)效率。 〔3〕在數(shù)控機床上使用的夾具，要能夠安裝準確，能保證工件和機床坐標系的相對位置和尺寸，力求設(shè)計基準、工藝基準與編程原點統(tǒng)一，以減少基準不重合誤差和數(shù)控編

17、程中的計算工作量。 〔4〕盡量減少裝夾次數(shù)，做到一次裝夾后完成全部零件外表的加工或大多數(shù)外表的加工，以減少裝夾誤差，提高加工外表之間的相互位置精度，到達充分提 高數(shù)控機床效率的目的。 由于此次設(shè)計的零件加工批量不大，且根據(jù)零件裝夾的需要，此次設(shè)計中僅需三爪卡盤〔如下列圖所示〕即可完成零件的加工。 上考6.1 裝夾方式的選擇 定位和夾緊的整個過程合起來稱為裝夾。 選擇適宜的裝夾方式是保證精度的前提。常用的裝夾方式有懸臂支撐方式、兩端支撐方式、橋式支撐法、專用夾具裝夾法。對一般無特殊要求的零件，我們編寫軸類零件加工工藝力求裝夾方便，通常會選用兩端支撐方式或橋式支撐法，可以克服由于懸

18、臂支撐方式引起的工件變形。當要求批量生產(chǎn)時，為保證精度，提高效率，通?？蛇x擇專用夾具裝夾法。另外還應(yīng)注意的是，裝夾時工件基準面應(yīng)清潔，無毛刺。經(jīng)過熱處理的工件一定要去除熱處理留下的渣物及氧化皮。 此次設(shè)計所選用的裝夾方式是懸臂支撐方式，即采用三爪卡盤直接裝夾，因為裝夾工件方便，省時省力，且工件安裝后一般不需要校正，適用于裝夾外形規(guī)那么的中小型零件。 6.2 定位基準的選擇 在制定零件加工的工藝規(guī)程時，正確地選擇工件的定位基準有著十分重要的意義。定位基準選擇的好壞，不僅影響零件加工的位置精度，而且對零件各外表的加工順序也有很大的影響。 1〕、基準：指零件上用來確定其它點、線、面所

19、依據(jù)的點、線、面。 2〕、定位基準的選擇 粗基準：用未加工過的外表所作的定位基準。 精基準：用已加工過的外表所作的定位基準。 ① 選擇粗基準時，主要考慮的問題是如何使各道工序均有足夠的加工余 量以及工件安裝的穩(wěn)定性。 ② 選擇精基準時，主要考慮的問題是如何保證零件的加工精度以及安裝 可靠。 此次設(shè)計所選用的是以工件的中心孔定位，因為軸類零件各外圓外表、螺紋外表的同軸度及端面對軸線的垂直度是相互位置精度的主要工程，而這些外表的設(shè)計基準一般都是軸的中心線，采用兩中心孔定位就能符合基準重合原那么。而且由于多數(shù)工序都采用中心孔作為定位基面，能最大限度地加工出多個外圓和端面，這也符合基準

20、統(tǒng)一原那么。 第七章 切削參數(shù)確實定 在切削加工中，切削速度、切削深度、進給量等切削參數(shù)的合理選擇對于保證加工質(zhì)量、降低加工本錢、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。在機床、刀具、工件等工藝條件一定的情況下，切削參數(shù)的選擇具有一定的靈活性和能動性，如切削參數(shù)選擇適當，那么可最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)潛力。 7.1 切削用量確實定 切削用量是切削時各運動參數(shù)的總稱，包括切削速度、進給量和背吃刀量〔切削深度〕。 合理選擇切削用量對于發(fā)揮數(shù)控機床的最正確效益有著至關(guān)重要的關(guān)系。選擇切削用量的原那么是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工本錢；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)

21、量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工本錢。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、刀具說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。 本設(shè)計的所選擇的切削用量是：切削速度 f=0.1～0.2mm/r,背吃刀量ap=1.5mm。 vc=50～100mm/min,進給量 7.2 加工余量確實定 加工余量是指加工過程中在工件外表所切去的金屬層厚度。余量有總加工 余量和工序余量之分。由毛坯轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵倪^程中，在某加工外表上切除金屬層的總厚度，稱為該外表的總加工余量〔亦稱毛坯余量〕；一般情況下，總加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐漸切除，故每道工序所切除的金屬層厚度稱為該工序加工余量〔簡稱工序余量〕。工

22、序余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸與零件圖樣的設(shè)計尺寸之差。 確定加工余量的方法有： ① 計算法——采用計算法確定加工余量比擬準確，但需掌握必要的統(tǒng)計資料和具備一定的測量手段。 ② 查表法——利用各種手冊所給的表格數(shù)據(jù)，再結(jié)合實際加工情況進行必要的修正，以確定加工余量。此法方便、迅速，生產(chǎn)上應(yīng)用較多。 ③ 經(jīng)驗法——由一些有經(jīng)驗的工程技術(shù)人員或工人根據(jù)現(xiàn)場條件和實際經(jīng)驗確定加工余量。此法多用于單件小批生產(chǎn)。 采用經(jīng)驗法可得此次設(shè)計中精加工余量為0.3mm。 慮，在適用.3 走刀路線確實定 走刀路線就是刀具在整個加工工序中的運動軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容

23、，也反映出工步順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。 確定走刀路線時應(yīng)注意以下幾點： 1．尋求最短加工路線，減少空刀時間以提高加工效率 2．為保證工件輪廓外表加工后的粗糙度要求，最終輪廓一次走刀完成 3．選擇切入切出方向 4．選擇使工件在加工后變形小的路線 確定本次設(shè)計零件加工走刀路線為： ① 先用G71加工出零件左端外輪廓 ② 再用G01和G02鏜出零件左端的內(nèi)孔 ③ 接著用G71加工出零件右端外輪廓 ④ 再接著用G01切出零件上的槽 ⑤ 最后用G92加工出零件右端的螺紋 范圍內(nèi)，水溶性切削液可大幅度降 百度搜索“就愛閱讀〞,專業(yè)資料,生活學(xué)習(xí),盡在就愛閱讀網(wǎng)92to ,您的在線圖書館