毕业设计轴套类零件的数控车削加工及工艺分析

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1、 第1章 绪 论1.1 数控发展的历史、现状及趋势1949年美国Parsons公司接受美国空军的委托，研制一种计算装备，用以实现日益复杂的飞机零部件的自动加工，于是由Parsons公司首先提出了机床数字控制的概念。采用Parsons公司的思想，1952年在美国麻省理工学院研制出基于电子管和继电器的机床数字控制装备，用于控制铣床系统，它标志着第一代数控系统电子管数控系统的诞生，接着在1974年第五代微型计算机数控系统出现后，数控技术日益成熟，现代微电子技术的飞速发展和微型计算机与CNC技术的紧密结合，使得数控技术发展进入新的阶段。我国从50年代末期开始研究数控技术，数控产业通过自行研究、引进合作

2、等方法取得了重大的突破，初步形成了自己的数控产业。从50年代到1979年是我国数控系统研究的第一阶段，此阶段主要是对数控系统的摸索研究；1980-1991年是第二阶段，主要进行了数控系统驱动以及驱动技术的引进，并模仿、改造和开发了几种典型的数控系统；1992年至今为第三阶段，主要是实现普及数控系统的国产花，并致力于高档数控系统的开发研究，努力争取赶上世界数控技术水平1。我国是制造业大国。在新一轮国际产业结构变革中，我国正逐步成为全球制造业的重要基地之一，于是数控机床的应用就日益普及了。随着数控机床的大量使用，我国正成为全球制造业的重要基地之一，于是数控机床的应用就日益普及了。随着数控机床的大量

3、使用，就需要大量能熟练掌握现代数控机床编程、操作及维修的人员和工程人员。1.2 数控车床加工的特点及主要内容分析1.2.1 数控车削加工的特点1 具有加工复杂形状零件的能力运动的任意性使其能完成普通加工方法难以或者无法完成的复杂形面加工。2 加工精度高加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.0050.01mm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而减少人为误差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，进一步提高了数控加工的精度。3 生产准备周期短在数控车床上加工新的零件，大部分准备工作是根据零件图样编制数控程序且编程工作可以离线操作，而不

4、是靠模和专用夹具等工艺装备来进行准备工作，这样就大大缩短了生产准备时间，因此，应用数控机床十分有利于产品的升级换代和新产品的开发。4 自动化程度高在数控车床上加工工件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都由机床自动完成。大大减轻了操作者的劳动强度，改善劳动条件。5 易于建立与计算机间的通信联络由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各级创建的联系，容易实现群控。1.3.2 数控车床工作原理采用数控车床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数以及加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构

5、的指令信号，从而控制车床各部件协调工作，自动完成零件加工。当更换加工零件时，只需要重新编写程序代码输入机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂形状的零件，如图11所示。零件图编制数控程序输入装置数控装置伺服驱动位置检测辅助控制加工零件机床主运动进给运动辅助动作图1-1 数控机床工作原理 数埪车床的控制系统一般都能按照数字程序指令控制机床实现主轴自动启停和换向以及变速；能自动控制进给速度和方向及加工路线的进行加工；能自动选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走轨迹；能完成加工中所需要的各种辅助动作。1.3.3 数控车床加工的主要对象1 加工精度要求高的零

6、件 ； 2 表面粗糙度要求好的零件；3 轮廓形状复杂的零件；4 导程有特殊要求的螺纹零件。1.3.4数控车加工的主要内容1 数控车削加工包括端面、内外轮廓面、成形表面、螺纹、切断等工序的切削加工；2 数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件；3 车铣中心上可以实现车削和铣削的复合加工；4 数控车削工艺灵活多变，其丰富的循环功能指令、各类刀具的选择，是重点内容；5 在数控车床和车削中心上加工的零件，一般采用手工编程，对具有复杂外轮廓的回转体零件可以采用自动编程。1.3.4 本次设计的目的1 熟练操作数控车床；2 掌握数控车削加工的工艺分析；3 实体零件的工艺分析和加工。第2章 数控车削加工的工

7、艺分析数控车削加工的工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作，工艺制定的合理与否，对程序编制及机加床的加工效率和零件的加工精度都有着重要的影响。一次，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细地制定好零件的数控车削加工工艺。其主要内容有：分析零件图纸、毛坯的选择、设备的选择、加工路线的拟定、加工顺序的安排、加工工艺设计等2.1零件图的分析零件图分析是制定数控车削工艺的首要工作，主要包括尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析2.1.1尺寸标注方法分析根据零件图上尺寸标注的方法选择编程方式，并尽量使选择的方式既有利于编程，又利于设计基准工艺基准测量基准和编程原点的统一。2.1.2轮廓几何要素

8、分析在手工编程时，要计算每个节点的坐标；因此在分析零件时，要分析几何要素的给定条件是否充分，并合理选择编程顺序。2.1.3精度及技术要求的分析对被加工的零件的精度及技术要求的分析，是零件工艺分析的重要内容，主要包括分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理、以及是否能够在现有的数控设备上完成加工。如不能完成，需采取其他措施弥补时，则应给后续工作留有余量；对表面粗糙度要求较高的表面，应确定永恒线速切削。2.2毛坯的分析毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛

9、坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。2.3 数控车床的选择 2.3.1 数控车床的基本组成数控车床的种类很多，但任何一种数控车床都是由控制介质、数控装置、伺服系统、辅助控制系统和机床主体等若

10、干基本部分组成，如图21所示。 数控装置控制介质辅助控制系统机床主体伺服系统 图21 数控机床组成示意图2.3.2 数控机床的分类数控车床通常从以下几个不同角度进行分类，。2.3.2.1 按控制运动的方式分类1 点位控制系统；2 直线控制系统；3 连续控制系统。2.3.2.2 按伺服系统的控制方式分类1 开环伺服系统；2 闭环伺服系统；3 半闭环伺服系统。2.4数控车削工艺路线的拟定2.4.1 定位基准的选择2.4.1.1 基准及其分类1 设计基准设计基准是零件图上用以确定其他点、线、面位置的基准。2 工艺基准工艺基准是在加工和装配中使用的基准，它包括装配基准、测量基准、定位基准和工序基准。2

11、.4.2 定位基准及其选择定位基准一般有很多种不同的方案，合理的选择既有利于加工又有利于保证零件的表面粗糙度和精度等级。在第一道工序中只能选择毛坯表面来定位，成为粗基准；在以后的工序中，必须采用已加工过的表面来定位，则成为精基准。若工件上没有能作为定位基准用的恰当表面，此时必须加工出定位基面，称为辅助基准。辅助基准没有什么作用，加工完毕后可以去掉。2.4.2.1 粗基准的选择粗基准选择的好坏，对以后各加工表面的加工余量的分配，以及加工表面与没加工表面的相对位置均有很大的影响。因此，选择粗基准时应考虑以下原则：1 为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；若工件上有几个不需加

12、工的表面，应选其中与加工表面间的位置精度要求较高者为粗基准。2 合理分配各加工表面的余量 考虑两点： 第一，为了保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准；阶梯轴粗基准选择 第二，为了保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。床身粗基准选择 3 尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。 4 粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。 2.4.2.2 精基准的选择原则 选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠 。 选择原则为： 1 基准重合原则 即选择设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。 2

13、基准统一原则 即尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各表面间的位置精度。 3 自为基准原则 当精加工某些重要表面时，常用其加工表面本身为定位基准。可以提高加工面本身的尺寸和形状精度，但不能提高加工面的位置精度。4 互为基准 对于有位置精度要求较高的表面，采用互为基准反复加工，更有利于精度的保证。 5 保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。 不论是粗基准还是精基准，都应满足定位基准稳定的要求。为此选择的定位表面应有足够大的接触面积和分布面积。接触面积大能承受较大的切削力，分布面积大能使定位稳定可靠精度高。 定位基准选择的各项原则有时会很矛盾的，必须根据实际条件和生产类型分析比较。综

14、合考虑这些原则，达到定位精度高，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便的要求。2.4.3 加工方法的确定在市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。2.5加工顺序的安排2.5.1数控车削加工夹具的选择车床主要用于加工工件的内外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹及端平面等。上述各表面都是绕机床主轴的旋转轴心而形成的，根据这一加工特点和夹具在车床上安装

15、的位置，将车床夹具分为两种基本类型：一类是安装在车床主轴上的夹具，这类夹具和车床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转，除了三爪、四爪卡盘、顶尖等通用夹具或其他机床附件外，往往根据加工的需要设计出各种心轴或其他专用夹具；另一类是安装在车床滑板上或床身上的夹具，对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。2.5.2 工序的划分在制定工艺路线时，当选定了表面的加工方法及划分加工阶段后，就可以将同一加工阶段中个表面的加工组合成若干个工序。组合时可采用工序集中或工序分散的原则。工序集中工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道

16、工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。工序划分的原则：在数控车窗上加工的零件，一般按工序集中的原则来划分工序：1 按所使用的刀具划分工序减少换刀次数可以减少空程时间和定位误差。因此，可采用按刀具集中工序的划分的方法，即用同一把刀加工完成零件上加工要求相同的表面后，在更换另一把刀来加工其他表面。2 按粗、精加

17、工划分工序当零件形状、尺寸精度及零件刚度和变形要求许可时，可按粗、精加工分开的原则划分工序，先进行粗加工，后进行精加工。当数控车床的精度能满足零件的设计要求时，可考虑粗、精加工采用多次走刀的方法一次完成。3 按先面后孔的原则划分工序在零件上既有面加共又有孔加工时，要采用先加工面再加工孔的工序划分方法，这样可以提高孔的加工精度。4 按程序长短划分工序复杂的零件要加工的表面很多，如果要加工全部表面，可能造成程序长度过长，导致计算机内存不足。切削加工工序安排用遵循的原则：1 先粗后精的原则；2 先主后次的原则；3 基面先行的原则 ；4 先面后孔的原则；5 先内后外的原则。2.5.3热处理工序的安排热

18、处理可用来提高材料的力学性能，改善工件材料的加工性能和消除内应力，其安排主要是根据工件的材料和热处理目的来进行。热处理工艺可分为两大类：预备热处理和最终热处理。 2.5.3.1 预备热处理 预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织。其热处理工艺有退火、正火、时效、调质等。 1 退火和正火。退火和正火用于经过热加工的毛坯。含碳量高于 0.5 的碳钢和合金钢，为降低其硬度易于切削，常采用退火处理；含碳量低于 0.5 的碳钢和合金钢，为避免其硬度过低切削时粘刀，而采用正火处理。退火和正火尚能细化晶粒、均匀组织，为以后的热处理做准备。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗

19、加工之前进行。 2 时效处理。时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。为减少运输工作量，对于一般精度的零件，在精加工前安排一次时效处理即可。但精度要求较高的零件 ( 如坐标镗床的箱体等 ) ，应安排两次或数次时效处理工序。简单零件一般可不进行时效处理。除铸件外，对于一些刚性较差的精密零件 ( 如精密丝杠 ) ，为消除加工中产生的内应力，稳定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之间安排多次时效处理。有些轴类零件加工，在校直工序后也要安排时效处理。 3 调质。调质即是在淬火后进行高温回火处理，它能获得均匀细致的回火索氏体组织，为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形做准备，因此调质也可作为

20、预备热处理。由于调质后零件的综合力学性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作为最终热处理工序。 2.5.3.2最终热处理 最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等力学性能。 1 淬火。淬火有表面淬火和整体淬火。其中表面淬火因为变形、氧化及脱碳较小而应用较广，而且表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好，而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。为提高表面淬火零件的机械性能，常需进行调质或正火等热处理作为预备热处理。其一般工艺路线为：下料一锻造一正火 ( 退火 ) 一粗加工一调质一半精加工一表面淬火一精加工。 2 渗碳淬火。渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢，先提高零件表层的含碳量，经淬火后使表

21、层获得高的硬度，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。渗碳分整体渗碳和局部渗碳。局部渗碳时对不渗碳部分要采取防渗措施 ( 镀铜或镀防渗材料 ) 。由于渗碳淬火变形大，且渗碳深度一般在 0.52mm 之间，所以渗碳工序一般安排在半精加工和精加工之间。其工艺路线一般为：下料一锻造一正火一粗、半精加工一渗碳淬火一精加工。 当局部渗碳零件的不渗碳部分，采用加大余量后切除多余的渗碳层的工艺方案时，切除多余渗碳层的工序应安排在渗碳后，淬火前进行。 3 渗氮处理。渗氮是使氮原子渗入金属表面获得一层含氮化合物的处理方法。渗氮层可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。由于渗氮处理温度较低、变形小、

22、且渗氮层较薄 ( 一般不超过 0.6 0.7mm) ，因此渗氮工序应尽量靠后安排，常安排在精加工之间进行。为减小渗氮时的变形，在切削后一般需进行消除应力的高温回火。2.5.4 加工路线的确定确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：2.5.4.1 对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线 图2-1所示为车削大余量工件的两种加工路线，图(a)是错误的阶梯切削路线，图(b)按15的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条件下，按图(a)方式加工所剩的余量过多。图（a） 图（b）图2-1 车削大余量毛坯的阶梯路线根据

23、数控加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用依次从轴向和径向进刀、顺工件毛坯轮廓走刀的路线，如图2-2所示。图2-2双向进刀走刀路线2.5.4.2 分层切削时刀具的终止位置 当某表面的余量较多需分层多次走刀切削时，从第二刀开始就要注意防止走刀到终点时切削深度的猛增。如图2-3所示，设以900主偏角刀分层车削外圆，合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段距离e(例如可取e=0.05)。如果e=0，则每一刀都终止在同一轴向位置上，主切削刃就可能受到瞬时的重负荷冲击。当刀具的主偏角大于900，但仍然接近900时，也宜作出层层递退的安排，经验表明，这对延长粗加工刀具的寿命是有利的。图2-3 分

24、层切削时刀具的终止位置2.5.4.3刀具的切入、切出 在数控机床上进行加工时，要安排好刀具的切入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向切入、切出。 尤其是车螺纹时，必须设置升速段1和降速段2（如图2-4），这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。图2-4 车螺纹时的引入距离和超越距离2.5.4.4确定最短的空行程路线 确定最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时辅以一些简单计算。现将实践中的部分设计方法或思路介绍如下。 1.巧用对刀点 图2-5(a)为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况示例。其起刀点A的设定是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀，故设置在离坯料较远的位置处，同

25、时将起刀点与其对刀点重合在一起，按三刀粗车的走刀路线安排如下： 第一刀为 ABCDA 第二刀为 AEFGA 第三刀为 AHIJA 图2-5(b)则是巧将起刀点与对刀点分离，并设于图示B点位置，仍按相同的切削用量进行三刀粗车，其走刀路线安排如下：起刀点与对刀点分离的空行程为AB 第一刀为 BCDEB 第二刀为 BFGHB 第三刀为 BIJKB 显然，图2-5(b)所示的走刀路线短。(a) 起刀点对刀点重合 (b) 起刀点对刀点分离图2-5 巧用起刀点 巧设换刀点 为了考虑换（转）刀的方便和安全，有时将换（转）刀点也设置在离坯件较远的位置处（如图2-5中A点），那么，当换第二把刀后，进行精车时的空

26、行程路线必然也较长；如果将第二把刀的换刀点也设置在图2-5(b) 中的B点位置上，则可缩短空行程距离。合理安排“回零”路线 。在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足走刀路线为最短的要求。 2.5.4.5确定最短的切削进给路线 切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼。 图2-6为粗车工件时几种不同切削进给路线的安排示例。其中，图2-6(a)表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀沿着工件轮廓进行走刀的路线；图2-6(b

27、)为利用其程序循环功能安排的“三角形”走刀路线；图6(c)为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线。(a)沿工件轮廓走刀 (b)“三角形”走刀 (c)“矩形”走刀图2-6 走刀路线示例 对以上三种切削进给路线，经分析和判断后可知矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）为最短，刀具的损耗小。另外，矩形循环加工的程序段格式较简单，所以这种进给路线的安排，在制定加工方案时应用较多。2.5.5刀具的选择由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率、工件的加工精度、已加工表面质量、刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应

28、具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。一般刀具及用途如表21所示。表21 刀具用途外圆刀车削外轮廓镗刀镗内孔内螺纹刀车削内螺纹外螺纹刀车削外螺纹内槽刀割内槽割断刀割断零件及割退刀槽麻花钻钻中心孔2.6 数控车削加工工艺设计2.6.1 加工余量、工序尺寸、及其公差确定1 数控车削加工余量的确定数控车削加工余量的确定，可以采用查表法来确定零件毛坯的余量选取。2 数控车削加工工序尺寸与公差的确定（1）不论编程原点与设计基准或定位基准或测量基准重合与否，只有在零件的设计基准与定位基准或与测量基准不重合，而且设计基准与零件被加工表面不同时加工时

29、，才会产生基准不重合误差数控车削加工余量的确定。数控车削加工余量的确定，可以采用查表法来确定零件毛坯的余量选取。（2）数控车削加工工序尺寸与公差的确定，不论编程原点与设计基准或定位基准或测量基准重合与否，只有在零件的设计基准与定位基准或与测量基准不重合，而且设计基准与零件被加工表面不同时加工时，才会产生基准不重合误差。2.6.2 夹具的选择数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应具有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：1 尽量选择可调整夹具、组合夹具、及其他通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。2 在成批生产时才考虑使用专用夹具，但要力求其结

30、构简单。3 装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。4 夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工 。数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪卡（三爪、四爪）盘中，由卡盘转动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖之间，工件由主轴上的拨动卡盘转动旋转。2.6.3 切削参数的确定 数控车床的切削用量包括：背吃刀量、主轴转速或切削速度（用于恒线速切削）、进给速度或进给量。切削用量的选择原则与通用机床加工相似，具体数值应根据数控机床使用说明书和金属切削原理中规定的方法和原则，结合实际加工经验确定。1 背吃刀量的确定背吃刀量根据加工余量

31、确定。在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。一般当毛坯直径余量小于6mm时，根据加工精度考虑是否留出半精车和精车余量，剩下的余量可一次切除。当零件精度要求较高时，应留出半精车、精车余量，半精车余量一般为0.5mm，所留精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.10.5mm左右。2 主轴转速的确定（1）光车主轴时转速光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并根据零件和刀具的材料及加工性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。可用下式计算

32、主轴转速：式中：Vc切削速度，单位m/min d-切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，单位mm s-工件或刀具的转速，单位r/min（2）车螺纹时主轴转速 大多数普通型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：式中：P-工件螺纹的螺距或导程，单位mm k-保险系数，一般取为80 s-主轴转速，单位r/min3 进给速度的确定进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动距离（单位为mm/min）。有些数控车床规定可以选用进给量（单位mm/r）表示进给速度。（1）确定进给速度的原则A.当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产率，可选择较高（2000mm/min以下）的进给速度B.切断、车削

33、深孔或精车时，宜选用较低的进给速度C.刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度D.进给速度应与主轴转速和背吃刀量相适应（2）进给速度的计算进给速度包括纵向和横向进给速度，其值按下式计算：F=S*f 式中：F-进给速度，单位mm/min f-进给量，单位mm/r s-工件或刀具的转速，单位r/min.第3章 异形轴套零件的实例分析3.1 实例1 异形套的数控加工图31 零件图上的A、B、C、D、E、F各点的坐标，如表31所示。表3-1 A(48，-7.849)B(43.658，-26.586)C(42.697，-39.425)D(48，-50)E(24，-42.772)F(2

34、1.983，-45.331)3.1.1 零件图的工艺分析1 结构工艺分析零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成形。在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点认真审视零件结构的合理性。如上零件图所示，该零件结构合理，外轮廓只需一把外圆刀即可；内轮廓先镗孔再割内槽，这样在攻螺纹时就有退刀槽了，不至于撞刀。在攻M181.5的内螺纹时，要有超越距离23mm，因此在镗孔时，孔的长度应为65mm这样就避免撞刀，同时也能保证螺纹的长度。为了保证最后零件被割断后的表面上没有飞边或毛刺，在装夹的那端多车削出5mm。3.1.2 零件轮廓几何要素分析在手工编程时，要计算每个基点

35、的坐标，因此，零件图上的尺寸必须充分，据分析，该零件尺寸条件充分，且不自相矛盾。每个圆柱面的直径都已标出，A、B、C、D、E、F五个点的坐标也给出。所以加工出的零件轮廓是惟一的。3.1.3 零件精度的分析零件精度的分析是零件工艺分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面质量的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确而合理的选择。此零件的左端面和内槽的表面粗糙度为Ra=3.2um，其余表面均为Ra=1.6um。经济精度达到IT7IT8，因此采用粗加工精加工的加工方法。零件图上没有位置精度要求，因此采用一次装夹的方式完成加工，以保证各圆柱面的同轴度。3.1.2 毛坯的选择分析零件

36、图可知，该零件表面由圆柱、圆弧、内槽，内孔、倒圆角、倒角及内螺纹等表面组成。零件材料为60铝材，毛坯直径选为50mm，长度70mm，无热处理和硬度要求。3.1.3 设备的选择根据被加工零件的外形和材料等条件，选用FANUC CK640数控车床。3.4 零件的定位基准和装夹方式的确定3.4.1内孔加工定位基准：内孔加工时以外圆定位；装夹方式:用三爪自动定心卡盘夹紧。3.4.2外轮廓加工定位基准：确定零件轴线为定位基准;装夹方式: 用三爪自动定心卡盘夹紧。3.5 加工顺序确定加工顺序的确定按由内到外、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。主轴加工工艺过程可划分为三个

37、加工阶段，即粗加工阶段（车端面、粗镗内孔、粗车外圆、倒角、倒圆角等）；精加工阶段（精车外圆、精镗内孔、内螺纹加工、內槽的加工等）。当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需要加工了，这样可以避免浪费工时。但这些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的。对凡是需要在淬硬表面加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。主轴螺纹，因它与主轴支承轴

38、颈之间有一定的同轴度要求，所以螺纹安排在以非淬火回火为最终热处理工序之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变形就不会影响螺纹的加工精度。经过分析，根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以确定加工工艺路线，按照“先粗后精”的原则，先进行粗加工，在进行精加工。逐步提高加工精度。粗加工将在较短的时间内将工件表面上大部分余量切掉，提高生产效率；如达不到要求，再由精加工完成，保证加工精度。还有要遵循基面先行、先外轮廓后内孔的原则。综上所述，加工顺序为：车端面钻中心孔再车端面外表面的粗加工外表面的精加工内部轮廓的粗加工内部轮廓的精加工。3.6 切削用量的确定根

39、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与每转进给量。背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.10.4较为合适。如表31所示。表31切削用量表F（mm/r）S(r/min)吃刀量粗精粗精粗精车端面14000.5车外圆0.50.340060010.6镗孔0.50.340060010.4车内螺纹由螺纹导程决定500根据螺纹高度依次递减割断15003.7 刀具的选择数控车床上的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度

40、好等要求。数控车床用作粗精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够的强度，能一次进给就可以去除较多余量；精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度，车去的余量较少，则要求车刀锋利、切削刃平直光洁。为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，因此在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片，这样可以更好实现机械加工的标准化管理。根据零件外形结构，加工需要如下刀具：1 粗精车端面及外轮廓选用可转位900 的硬质合金外圆车刀；2 宽为4mm割断刀；3 宽为4mm内槽刀；4 600硬质合金机夹内螺纹刀；5直径为14mm的麻花钻。将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中。如表32所示。刀具号刀具规格

41、名称数量加工表面T0101机夹硬质合金可转位900的外圆车刀1车端面粗、精车外轮廓表面T0202宽为4mm的硬质合金焊接割断刀1割断零件、切割外槽T0303600硬质合金机夹内螺纹刀1车M18、M30的内螺纹T0404硬质合金焊接镗刀1粗、精镗内孔T0505宽为4mm的硬质合金焊接内槽刀1切割内槽直径为14mm的麻花钻1钻中心孔表32 数控加工刀具卡片3.8 量具的选择量具主要根据生产类型和所要求的检验精度来选择。所选量具能达到的准确度应与零件的精度要求相适应。因此，量具有：游标卡尺、螺旋测微器、螺纹塞规等。3.9加工工艺过程卡片加工工艺过程卡片是数控编程的基础，有着十分重要的作用，如表33所

42、示。苏州经贸职业技术学院机械加工工艺过程卡片产品型号零部件图号01产品名称零部件名称材料牌号60#铝材毛坯外形尺寸50mm70mm毛坯种类共1页第1页工序号工序名称工序内容设备工艺装备10备料取一根60#铝材，长度约为70mm。20车端面在夹持的工件右端撤出一个平整的端面。卧式车床三爪自定心卡盘，硬质合金可转位90的外圆刀。30钻中心孔用麻花钻直径为14mm、长65mm的中心孔。卧式车床三爪自定心卡盘，麻花钻。40粗车外轮廓1.车端面，2.粗车外轮廓表面，包括倒145斜角、车右端圆柱面、车削R20mm和R16mm以及R8.5mm的圆弧、车左端圆柱面，且每部分都留有0.3mm的精车余量。卧式车床

43、三爪自定心卡盘，硬质合金可转位90的外圆刀。50精车外轮廓1.车端面， 2.精车外轮廓，把粗车留有的余量全部切除，且符合零件的尺寸要求。卧式车床三爪自定心卡盘，硬质合金可转位90的外圆刀。60粗镗内孔1.倒1.545斜角，2镗直径为28mm、24mm、16.05mm的内孔，倒R3.75的圆弧，且每部分都留有0.3mm的精车余量。卧式车床三爪自定心卡盘，硬质合金焊接镗刀镗刀。70精镗内孔精镗内孔，切除粗镗留有的精镗余量，保证零件尺寸符合要求。卧式车床三爪自定心卡盘，硬质合金焊接镗刀镗刀。80割内槽切割一个直径为33mm、宽为4mm的内槽。卧式车床三爪自定心卡盘，硬质合金焊接内槽刀。90攻内螺纹1

44、 .车削M301.5的内螺纹至零件尺寸要求；2.车削M181.5的内螺纹至零件尺寸要求。卧式车床三爪自定心卡盘，60硬质合金机夹内螺纹刀。100切断保证零件长度尺寸为600.05mm，切断工件。卧式车床三爪自定心卡盘，宽为4mm的硬质合金焊接割断刀。110检验按零件图样检查表33加工工艺过程卡片3.10 编写程序3.10.1 零件图的分析集合内孔其中内孔多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为铝，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。 通过上述分析，采用以下几点工艺措施:1对图样上带公差的尺寸，为保证加工

45、零件的精度,故编程时必须取平均值。2左右端面及内孔面均为多个尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先将右端面车出来。3内孔尺寸较小，编程时应注意。3.10.2 零件1程序编辑O0001 程序号T0101; 外圆刀 M03 400; 设定主轴转速G00 X52 Z2; 切削循环点G00 Z0; 靠近工件右端面G01 X14 F1; 车端面G00 X52 Z2; 回起点G73 U3 R3; 固定形状粗车循环指令G73 P10 Q20 U0.3 F0.5;N10 G00 X45.981; 快速靠近工件右端面G01 Z0 F0.3; 循环车削外轮廓表面G01 Z-1;G01 Z-7.849;G0 2X4

46、3.658 Z-26.586 R20;G03 X42.697 Z-39.425 R16;G02 X48 Z-50 R5.8;N20 G01 Z-65;M05; 主轴暂停M00; 程序暂停T0101; 外圆刀M03 S600; 设定主轴转速G00 X52 Z2; 循环点G70 P10 Q20; 精车循环G00 X150; 回到换刀点GOO Z150; 回到换刀点M05; 主轴暂停M00; 程序暂停T0404; 镗刀M03 S400; 主轴转速GOO X14 Z2; 循环点G71 U1.5 R0.5; 粗车循环指令G71 P30 Q40 U-0.3 F0.5; N30 G00 X31.5; 粗车循

47、环镗内孔G01 Z0 F0.3;G01 X28.0 5Z-1.5;GOI Z-18;GOI X24.011 Z-28;G01 Z-42.772;G03 X21.983 Z-45.331 R3.75 F0.3;G01 X16.05 Z-48;N40 G01 Z-65;MO5; 主轴暂停M00; 程序暂停T0404; 镗刀M03 S500; 主轴转速G00 X14 Z2; 循环点G70 P30 Q40; 精车循环G00 X150; 回到换刀点G00Z 150; 回到换刀点T0505; 内槽刀M03 S500; 主轴转速G00 X14 Z2; 循环点G00 Z-18; 割内槽G01 X33 F1;G

48、00 X14;G00 Z150; 回到换刀点G00 X150; 回到换刀点T0303; 内螺纹刀M03 S500; 主轴转速G00 X14 Z3; 循环起点G92 X29.15 Z-17 F1.5; 车削螺纹 X29.65; X29.75;X29.85;X29.85;GOO X14 Z-45;G92 X17.15 Z-63 F1.5; X17.65;X17.75;X17.85;X17.85;G00 Z150; 回到换刀点G00 X150; 回到换刀点M05; 主轴暂停M00; 程序暂停T0202; 割断刀M03 S500; 主轴转速G00 X50 Z-64; 下刀点G01 X16 FI; 割断

49、工件G00 X50;G00 X150 Z150; 回到换刀点G28 U0 W0; 自动返回参考点T0100; 取消刀补M05; 主轴暂停M30; 程序结束3.11零件加工中的难点与解决方案1 在切削零件的左端面应尽量把进给量设计的低一点，因为左端面要作为定位基准和测量基准，防止加工出次品。2 钻孔时，尺寸不易保证。因此在钻孔时，当钻头接触工件时记下刻度值，计算出孔深所需刻度，根据计算值手动进给钻孔。3 用三爪卡盘夹毛坯，夹紧后应用百分表测量同轴度，用铜锤轻轻敲打校正。4 加工螺纹时应分数次进给，参考数控加工与编程表22选择螺纹切削的进给次数与被吃刀量。螺纹切削时应在两端设置导入距离和超越距离，

50、防止两端因变速而出现的非标准螺距的螺纹段。在加工过程中，主轴的转速必须保持一致，否则出现螺距变化的问题。5 在加工螺纹M301.5前应先割内槽，在钻孔的时候，要多钻出34mm作为螺纹M181.5的超越距离。6 车外部轮廓时，在卡盘那端应多加工45mm，这样可以防止零件在各断后产生飞边。零件2 异形轴的实例分析 图323.1 零件图的工艺分析3.1.1 结构工艺分析如上零件图所示，该零件结构合理，但加工不方便，因此采用调头加工。为了节省换刀时间，在车削外轮廓上的退刀槽时，直接用外圆车刀来代替，用外圆刀直接车出。为了保证最后零件被割断后的表面上没有飞边或毛刺，在装夹的那端多车削出5mm。3.1.2

51、 零件轮廓几何要素分析在手工编程时，要计算每个基点的坐标，因此，零件图上的尺寸必须充分，据分析，该零件尺寸条件充分，且不自相矛盾。每个圆柱面的直径都已标出，所以加工出的零件轮廓是惟一的。3.1.3 零件精度的分析零件精度的分析是零件工艺分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面质量的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确而合理的选择。此零件的右端面和外槽的表面粗糙度为Ra=3.2um，其余表面均为Ra=1.6um。经济精度达到IT7IT8，因此采用粗加工精加工的加工方法。零件图上没有位置精度要求，因此采用一次装夹的方式完成加工，以保证各圆柱面的同轴度。3.2 毛坯的选择分析

52、零件图可知，该零件表面由圆柱、圆弧、倒角及外螺纹等表面组成。零件材料为60铝材，毛坯直径选为50mm，长度35mm，无热处理和硬度要求。3.3 设备的选择根据被加工零件的外形和材料等条件，选用FANUC CK640数控车床。3.4 零件的定位基准和装夹方式的确定采用毛坯中心轴线作为定位基准。用自动三爪卡盘夹住零件右端，从左端加工零件。3.5 加工顺序确定经过分析，根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以确定加工工艺路线，按照“先粗后精”的原则，先进行粗加工，在进行精加工。逐步提高加工精度。粗加工将在较短的时间内将工件表面上大部分余量切掉，提高生产效率；如达不到要求，再由精加工完

53、成，保证加工精度。还有要遵循基面先行的原则。综上所述，加工顺序为：车端面外表面的粗加工外表面的精加工。3.6 切削用量的确定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与每转进给量。背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.10.4较为合适，如表34所示。F（mm/r）S(r/min)吃刀量粗精粗精粗精车端面13000.5车外圆0.50.340060010.6车外螺纹由螺纹导程决定500根据螺纹高度依次递减割断0.5500表34切削用量表3.7 刀具的选择数控车床上的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。数控车床用作粗精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够的强度，能一次进给就可以去除较多余量；精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度，车去的余量较少，则要求车刀锋利、切削刃平直光洁。为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，因此在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片，这样可以更好实现机械加工的标准化管理。根据零件外形结构，加工需要如下刀