零件工艺设计

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1、第1章 零件工艺分析其余罗3乂斗浜m丑ci.。22O01巳土逝00X13 A冒OJ思OJI苕 EZ图 1-1 零件图1.1零件的分析1.1.1 零件的作用该零件为轴类零件，是机器中的主要零件之一，它的主要功能是 支承传动件（齿轮、带轮、离合器等）、传动转矩和动力、承受载荷、 以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度，如齿轮，车 轮，电动机，转子，铣刀等各种作回转运动的零件，都必须安装在轴 上，才能实现它们的功用。1.1.2 零件图工艺分析该零件加工包括车端面，外圆，倒角，圆弧，螺纹，槽等表面组 成。其中由较严格直径尺寸精度要求的如38o,32+0.03 ,58o ,0.020_ 0.0

2、3轴线长度的精度如70土 0.1 , 35 土 0.05 , 125 土 0.05，圆柱表面有同轴度 控制要求，外圆柱面尺寸公差等级为 IT7 ，加工表面粗糙度 Ra 为 25 1.6um ，尺寸标注完整，轮廓描述清楚，该轴有正火和调质热处理 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有公差要求较高的尺寸，为保证精度，编程 时应取平均值。2) 在轮廓曲线上，有一处为圆弧，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，坯件左端应预先车出夹持部分1.1.3 零件的技术要求分析1. 尺寸精度 尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配

3、合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度 要求较高，通常为IT5IT7 ；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即 配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6IT9。2. 几何形状精度几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆 度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需 在零件图上另行规定其几何形状精度。该典型轴类零件长度为 125mm ， 螺纹大径为30mm、长度为22mm，外圆锥面的锥度为15:16、 长度为15mm，孔的总长125mm、直径分别为18mm/40mm /32mm，都 限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图 上另行规

4、定其允许的公差。3. 相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则 会影响传动件(齿轮等)的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴， 其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，咼精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。该典型轴类零件外圆58o圆0.03柱轴线相对于外圆38。圆柱轴线的同轴度公差是0.03。端面与轴0.02 心线保持垂直，两端端面要保持平行。孔的表面与外表面也应保持平 行。4. 表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。一般与传动件相配合的轴径

5、表面粗糙度为Ra2.50.63um， 与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为RaO .630.16um。该典型轴 类零件的直径为18mm的外圆的粗糙度为25，直径为38mm和58mm外 圆、及直径为32mm孔的内表面的粗糙度均为1.6，其它位置的粗糙度 为3.2，可以根据加工的可能性和经济性来确定。通过查阅机械设计 手册可知通过精加工能满足要求。在加工该轴类零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工 零件表面轮廓时，必须保证0.5mm的精加工余量，必要时需使用刀偏 表，对刀具进给时进行误差的控制，有效地减小误差，方能确定该零 件在加工精度方面的各种要求。根据各加工方法的经济精度及一般数 控车床

6、所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，综合上述 各表面的技术要求，采用常规加工工艺均可以保证。1.2毛坯和材料选择1.2.1 生产类型的确定表 1-1 生产纲领和生产类型的关系生产类型零件的年生产纲领（年/件）重型零件（30 KG以上）中型零件（430 KG）轻型零件（4KG以下）单件生产5101000500050000由于我们加工的零件属于轻型零件且加工的件数为1000件/年， 所以由表1-1 可以看出，我们选择的生产类型为大批生产。1.2.2 毛坯类型的确定毛坯是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等而制成的供进一步加 工用的生产对象。机械加工中常用的毛坯类型有以下几种：铸件 将熔融的金

7、属浇入铸型，凝固后得到的金属毛坯。锻件 金属材料经过锻造变形而得到的毛坯。型材 各种热轧和冷轧的圆钢、板材、异型材等，适用于形状 简单的、尺寸较小的零件。焊接件 是将各种金属零件用焊接的方法，而得到的结合件。轴类零件最常用的毛坯是圆形棒料和锻件，由于毛坯经过加热锻 造后，能使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，可获得较高的抗拉、 抗弯及抗扭强度，这样既可以改变力学性能，又能节约材料、减少机 械加工量。但由于该零件材料为45钢且零件各阶梯的直径差较小切无 过多的技术要求，可选用圆形棒料。毛坯可由型材中的45号长圆钢切 割成棒料得到。1.2.3 零件的热处理轴的质量不仅与所选钢材种类有关，还与热处理有

8、关。正火：将钢件加热到临界温度以上30-50匸保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。退火：将钢加热到适度温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。调质：淬火与高温回火的复合热处理。高温回火：淬火钢件在高于500 C条件下的回火。正火工艺的主要特点是完全奥氏体化和。与退火相比空冷， 正火的冷却速度稍快，过冷度较大。因此，正火组织中先析相的 量较少，组织较细，其强度、硬度比退火稍高。可作为预先热处 理，改善低碳钢或低碳合金钢的切削加工性。调质可以使钢的性 能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好。调 质后，钢具有优良的综合力学性能。1.2.4 毛坯和材料确定根据以上分析和

9、零件图的综合分析，确定本零件的毛坯选用零件 材料为45圆形钢，毛坯为65x 135mm。采用本材料加工方便，而且 能达到使用要求。第2章控加工工艺设计数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但 在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。 在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、 切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方 面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无 法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零 件的加工程序。零件选用的材料为圆形钢，毛坯为 65 x 135mm , 该材 料

10、先用正火作为预先热处理， 改善零件的切削加工性。 调质最终热 处理后得到具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零 件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但 表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度 .下 面就本图进行工艺设计。2.1 工艺方案工艺方案的制定和选择，是工艺工作中的重要一环。制定工艺方 案与技术经济分析必须运用价值工程的原理提出各种制造零件价值 较高的方案，每种方案所使用的设备、工具和工艺流程各不相同。对 可行的各种工艺方案进行技术经济分析，筛选出技术上先进，经济效 益好，生产单位现有和可能提供的物质和技术条件允许的最佳方案。工艺方案的制

11、定：方案一：三爪自定心卡盘夹紧圆形钢的一端，试切端面及外圆， 对刀。手动钻18通孔。平全长130mm，车夹头位62 x 45。粗车内 孑匕至28 x 25。掉头，三爪卡盘夹62外圆，夹长25。试切外圆及端 面，对刀。右端为工件零点。平端面，保证总长128mm。粗车56球 面外圆至58x83 （长）。粗车38。处至42x42 （长）。粗车560.02球面至60.11。粗车螺纹外径至34x35 （长）。距螺纹端面72mm处 切槽44 x 8 （宽）及车锥面。三爪卡盘装夹大头62外圆。在小端车 夹持位32x 35阶梯左阶梯端面见光（小头端面不加工全长128mm ） 掉头，三爪卡盘夹32 x 35外圆

12、，试切外圆及端面对刀。精车端面，保证全长尺寸126mm。精车58。外圆、锥面及42外圆至尺寸，0.02保证工序长度尺寸54 ,并外圆倒角2x45。内孑沏槽40x5、精车内 孔32+0.03 x25 （长），倒角。外圆上切槽3x4 （深）。掉头，三爪卡0盘夹580外圆，夹长20mm （垫铜片保护已加工表面），百分表校0.03正58。外圆。试切外圆对刀及精车端面。保证全长125+0.05。倒角0.030.05C2，半精车380外圆到38.5x41.5，螺纹外径至30x34.5，球面0.0256至56.98。粗切26退刀槽至26，保证螺纹长度22及左阶梯面 长度34.5。精车球面左端面，保证轴向尺寸

13、70 土 0.1 （注意42喉径）。 车螺纹外径到29.7、螺纹尾部倒角C2、26退刀槽至25.9，保证 阶梯面长度尺寸35土0.05。精车380 x 41.93 （长）外圆至尺寸，精0.02车56球面至尺寸。车M30x2螺纹，去毛刺。方案二：三爪自定心卡盘夹紧圆形钢的一端，试切端面及外圆， 对刀。手动钻18通孔。平全长130mm，车夹头位62 x 45。粗车内 孑匕至28 x 25。精车端面，保证全长尺寸126mm。精车580外圆、0.02锥面及42外圆至尺寸，保证工序长度尺寸54 ,并外圆倒角2 x 45。 内孔切槽40x5、精车内孔32+0.03 x25 （长），倒角。外圆上切槽3x4_

14、 0（深）。掉头，三爪卜盘夹58外圆，夹长20mm （垫铜片保护已0.03加工表面），百分表校正58。外圆。试切外圆及端面，对刀。右0.03端为工件零点。平端面，保证总长128mm。粗车56球面外圆至58x83 （长）。粗车380 处至42x42 （长）。粗车56球面至0.0260.11。粗车螺纹外径至34x35 （长）。距螺纹端面72mm处切槽44 x 8 （宽）及车锥面。精车端面。保证全长125+0.05。倒角C2，半0.05精车380外圆到38.5x41.5，螺纹外径至30x34.5，球面56至0.0256.98。粗切26退刀槽至26，保证螺纹长度22及左阶梯面长度34.5。精车球面左端

15、面，保证轴向尺寸70 + 0.1 （注意42喉径）。车 螺纹外径到29.7、螺纹尾部倒角C2、26退刀槽至25.9，保证阶 梯面长度尺寸35土0.05。精车38。x41.93 （长）外圆至尺寸，精车0.0256球面至尺寸。车M30x2螺纹，去毛刺。通过上述方案的分析可知，方案二加工工序比较集中，加工过程 中比较繁琐，而且必须注意粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。 不然加工零件时也会产生误差，零件的技术要求也较难达到。相比方 案一加工工序分散。粗，精加工分开，这样更能够保证零件的加工要 求，在大批量生产时效率也会大大提高。所以通过以上两种方案，我 们优先选取方案一进行加工。其加工工艺路线为：下

16、料一正火热处理 车两端面一加工内表面一粗车外圆表面一调质热处理一半精车内 表面及外圆表面一精车各外圆表面及内表面一检验。零件的数控加工工艺过程卡（见附表1）2.2选择设备2.2.1 数控机床的选择数控机床具有技术密集和知识密集的特点，集机、电、液、气于 一身，是一种自动化程度高、结构复杂而又昂贵的先进加工设备。根 据零件的表面粗糙度251.6um、以及公差等级与零件的生产成本相结 合故选经济型数控机床，该机床高速性能好，钢度较高，工作稳定可 靠，定位精度和重复精度较高，不需要模具就可以确保零件的加工精 度，减少了辅助时间，提高了劳动生产率，同时还保证了产品质量。根据被加工零件的外形和材料等条件

17、，选用 CJK6136 数控车床 最好。该数控机床高速性能好，定位精度和重复精度较高，适用于加工 轴类等精度要求较高的回转体零件。CJK6136经济型数控机床床身上最大回旋直径mm360加工范围地板上最大回旋直径mm190加丄范围最大工件长度mm750/1000床身宽度mm360主轴主轴端部型式 主轴通孔直径 主轴孔锥度 主轴转速mmr/minISO - C652MT642 口 980进给脉给当量拖板快速移动速度X/Z 重复定位精度mm/步 m/min mm0.005/0.013/5Z: 0.013X: 0.012刀架刀具数量 刀柄尺寸 换刀时间mm420 x 201.0尾座尾座套简锥度 尾座

18、套简直径 尾座套简行程mmmmMT465150主电机KW4机床重量机床外形尺寸（长X宽X高）Kg mm13502170 x 900 x1260数控系统（用户选用）FANUCOMC补偿方式刀具及反向间隙自动补偿鑫普”牌CJK6136A经济型数控车床性能特点:CJK6136A 数控车床是利用先进技术数控导轨磨对普通车床 C4136A-1 进行数控化改制、开发的高精度、加大主轴孔、齿轮多极 变速数控车床（48-980 转/分钟）。1. 可自动车削各种回转表面，如圆柱面、圆锥面、特形面等，并能 进行切槽、车螺纹、镗、铰、钻加工，效率高，适用性强，非常适合 批量生产。2. 机床精度高，系统最小设定单位

19、0.001mm，X 轴重复定位精度 0.010mm , Z轴重复定位精度0.012mm。主轴轴承采用哈尔滨 BEARING 高精密度双滚珠轴承，主轴箱齿轮全部超音频淬火、精密 磨齿，精度高，噪音低。3. 床身导轨经超音频淬火后数控精磨，硬度高，刚性好，精度更高。 床头、导轨、床鞍、拖板尺寸加厚，强度增大。4. 滚珠丝杆采用整体内循环丝杆，配对角接触球轴承支承并预紧。 导轨、丝杆等采用集中自动润滑，具有运动灵活、减少热变形、精度 稳定的特点5. 电动刀架有四工位立式、六工位卧式，采用精密齿盘定位，重复 定位精度高。6. 尾架采用偏心轮自锁机构加螺纹锁紧，更快捷更紧固。尾座套筒 内有防止钻头旋转的

20、装置，有效的保护了尾座部件。7. 用户可根据自己产品的特点选用变频调速，液压卡盘，液压尾座， 电动卡盘，手持式电子脉冲手轮等。2.2.1 量具的选择在数控机床上进行加工一般选用通用量具，如游标卡尺、千分尺 等。量具的精度必须与零件的加工精度相适应。而该零件最小精度为 0.02，则用游标卡尺和尺寸公差对照即可，由于该零件有螺纹，因此 还要卡规、塞规、正弦规、螺纹百分表。2.3 数控加工工艺设计方法2.3.1 数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区 别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数 控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中

21、一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加 工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工 艺衔接好。常见工艺流程如图2-1 所示。2.3.2 定位基准的确定:H叽宋t：T机床剂工图 2-1 工艺流程图 2-2 定位基准a)改进前的结构b)改进后的结构在数控加工中，加工工序往往较集中， 以同一基准定位十分重要。因此往往需要设 置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图a所示的零件， 为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如图b所示。在完 成定位加工后再除去。零件安排加工顺序时，应遵循“先粗后精”的加工顺序：先加工 基准表面，后加工其它表面；先加工主要表面，后加工次要表面；先 加工内孔

22、，后加工外圆。选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，并注意尽 快获得精基准面。在具体选择时应考虑下列原则：1) 如果要求保证工件上某重要表面的加工余量均匀，则应选该 表面为粗基准。2) 若要求保证加工面与不加工面间的位置要求，则应选不加工 面为粗基准。3) 作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，以使工 件定位可靠、加紧方便。4) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。选择精基准时，主要考虑保证加工精度和安装方便可靠。其选择 原则为：1) 基准重合原则。2) 基准统一原则。3) 自为基准原则。4) 互为基准原则。5) 所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。综上可知

23、确定该零件的粗基准和精基准粗基准以圆钢的外表面65的外圆作为基准表面以圆钢的中 心作为粗基准加工精基准 以32外圆及58外圆作为基准表面以轴线为精基准进行精加工2.4 确定定位和夹紧方案2.4.1 夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐 标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系 的尺寸。根据夹具的选择原则以及考虑综合经济性。如果是小批量加工 时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具；当成批生产 时，可考虑采用专用夹具，但应力求结构简单；当批量较大时应采用 气动或液压夹具、多工位夹具等。又根据零件的工艺分析得，采用三爪自定心卡盘装夹方法。

24、三爪 卡盘夹紧力小，夹持工件时一般不需要找正，装夹速度较快。综合考虑后，可选用三爪自定心卡盘作为该零件夹具。在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：1. 尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；2. 尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出 全部待加工表面；3. 避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；4. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。2.5 刀具选择 刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，不仅影响机床的加 工效率，而且直接影响加工质量。另外，数控机床主轴转速比普通机 床高1-2倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控加 工对刀具的要求更高。不

25、仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度高， 而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造 数控加工刀具，并合理选择刀具结构、几何参数。根据此零件的精度 和表面粗糙度等要求，制定零件的数控机床刀具卡片（见附表 3）。2.6 确定切削用量数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、进给量f （进给速 度vf ）、切削速度vc （主轴转速n ）。这些条件决定着加工时间、 刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选 择切削条件。编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、 硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的 切削速度。（1）切削用量的选用原则

26、 粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。选 择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动 力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用 度要求，确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较 均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在 此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小） 的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数， 以尽可能提高切削速度。（2） 切削用量的选取方法1）背吃刀量的选择 粗加工时，除留

27、下精加工余量外，一次走刀尽 可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小， 可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达8 10mm ;半精加工的背吃刀量取0.5 5mm ;精加工的背吃刀量取0.2 1.5mm。2）进给量（进给速度）的确定 粗加工时，由于对工件的表面质量 没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的 强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因 素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材 料等因素来选取进给速度。进给速度vf可以按公式vf =fxn计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3 0.8mm

28、/ r;精车时常取 0.1 0.3mm/r;切断时常取 0.05 0.2mm/r。3）切削速度（主轴转速）的确定 切削速度 vc 可根据己经选定的 背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根 据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能 较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切 削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度vc确定后，可根 据刀具或工件直径（D）按公式n = IO00vc/nD来确定主轴转速n（ r/min）。（ 3） 选择切削用量时应注意的几个问题1) 主轴转速 应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的 材料及加工性

29、质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算 和查表选取外，还可根据实践经验确定，需要注意的是交流变频调速 数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。根据切削速度可 以计算出主轴转速2) 车螺纹时的主轴转速 数控车床加工螺纹时，因其传动链的改 变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴(多 为 Z 轴)方向位移一个螺距即可综上所述，该零件的切削要素选择如下：背吃刀量的选择零件轮廓粗车循环和内孑匕加工时选a = 2mm，精加工时选pa = 0.2mm , 螺纹粗车时选=0.4mm , 逐刀减少粗车6次后，精车 时选Qp= 0.1mm。粗车和精车的背吃刀量的选取都是根据平时上

30、课所 讲的及前人的实践经验所给定的。进给量的选择粗车外圆表面和端面时选F=0 .2mm/r , 精车时选F=0.05mm/r，切 槽时选F=0 .1mm/r /钻孔时F=0.2mm/r /粗车内孔时F=0.2mm/r /精车内孔 时F=0.05mm/r，切螺纹时选F=2mm/r。粗车和精车的进给量的选取都是 根据平时上课所讲的及前人的实践经验所给定的。主轴转速的选择粗车外圆表面和端面时n=800r/min，精车时n=1000r/min，切槽时n=400r/min，钻孔时n=500r/min，粗车内孔时n=800r/min，精车内孔时 n=1000r/min，切螺纹时n=300r/min，粗车和

31、精车的主轴转速的选取都是 根据平时上课所讲的及前人的实践经验所给定的。第3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4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）。