典型轴类零件加工工艺与编程及培训教材

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1、（工艺技术）典型轴类零件加工工艺与编程及培训教材四川科技职业学院毕业设计（论文）论文题目：典型轴类零件加工工艺分析与编程级号名年学姓XXXXXXXXXXXXX数控技术指导老师 :XXXXX2010年 02 月 院 系 XXXXXX 专 业 XXXXXX 年 级 XXXX 姓 名 XXXXX 题 目 典型轴类零件加工工艺分析与编程指导教师 唐昌建评语指导教师（签章 ）评阅人评语评 阅 人 （ 签章 ）成绩答辩委员会主任 （签章 ）毕业设计（论文）任务书班 级 XXXX 学生姓名 XXXX 学 号 XXXXXXXXXX发题日期： 年 月 日 完成日期： 2 月 28 日 题 目 典型轴类零件加工工

2、艺分析与编程1、本论文的目的、意义 通过本论文的设计，使学生更加全面系统的掌握大学三年 所学习的专业知识，把各知识有机的结合起来，更加的系统化，更具连贯性。同时，在设计过程中， 学生不断查阅各种相关书籍、文献或借助网络资源扩展自身专业知识体系， 达到查漏补缺， 扩展知识结构的目的。在设计中学会应用各种软件以及同学之间、师生之间共同探讨共同完善。通过对轴类零件加工工艺分析与编程，体现数控技术的现状和发展趋势、 数控加工的特点、工艺分析、工艺设计方法、编程等。2、学生应完成的任务针对题目内容，分别完成以下内容：1 、数控基础知识的介绍；2 、数控加工工艺设计：零件图的工艺分析、工序的划分、加工顺序

3、和走刀路线的确定、刀具的选择、切削用量的选择等；3 、数控加工程序的编制：加工工艺分析、数学处理、加工程序清单等；3、论文各部分内容及时间分配： （共 20 周）第一部分选题（1周）第二部分收集整理资料（3 周 ）第三部分写出提纲（2 周 ）第四部分初稿（7 周）第五部分结论（7 周 ）评阅及答辩（ 周 ）备注指导教师：年 月 日审 批 人：年月日摘要随着机电一体化的加工技术的迅猛发展， 数控机床的应用已日趋普及， 机械制造 业正在越来越多地采用数控技术来改善其生产加工方式， 社会对其相应技术人才的需 求也越来越高 为此，我国机电产品呈现机电一体化发展的趋势， 在机械设计中开始 应用可靠性设计

4、， 优化设计和计算机辅助设计等现代设计方法， 消化了引进先进技术 和新材料， 新工艺在产品设计中的推广采用 技术标准向国际标准靠拢， 标准化工作 也有了新的发展，因而大大提高了机械设计和产品水平。 数控加工的目的是让加工精度更高， 效率更高， 减少人为的加工失误 为了满足和适 应这个新的形势 因此，本人概述了轴类典型零件的加工工艺及加工方案， 通过自己 所学专业知识和实际加工经验并把数控机床与普通机床合理的结合在一起， 更好的应 用到实际当中对于企业来说，产品的质量是企业生存的基础，那么产品工艺合理性就是根本中 的根本本人经过工艺编制， 将普通机床与数控机床合理的结合， 使现有资源合理化， 从

5、而实现低成本高收益， 首先进行轴类加工方案的确定， 然后选择满足图定尺寸要求 的机床，从而确定加工工艺。本次毕业设计主要的内容是轴类零件的数控加工工艺设计 采用普通机械加工和 数控加工相结合的方式，设计编制轴类零件的普通加工工艺规程和数控加工工艺规 程，并编制精加工的数控加工程序。这次对于减速机输出轴的加工采用数控车床 C616A进行加工，采用线切割技术把毛坯切好进行热处理，再用车床进行粗加工，先 把轴的端面车好， 留下一定的余量， 对加速轴的两外端进行倒角。 接着对键槽用铣刀 进行半精加工， 最后用 C616A数控车床进行精加工磨砂保证亮端面的平行度偏差不超 过 0.1 ，外圆的尺寸保证在

6、68。让各部位尺寸都达到标准。关键词： 机械加工数控加工加工工艺AbstractWith the mechanical and electrical integration of the rapid development of processing technology, CNC machine tool applications have become increasingly popular, machinery manufacturing industry is increasingly using CNC technology to improve their production

7、and processing, and social needs of its corresponding technical personnel have an increased higher. To this end, Chinas mechanical and electrical integration of mechanical and electrical products showed the trend of development to start in the mechanical design applications reliability design, desig

8、n optimization and computer-aided design, modern design methods, digested the introduction of advanced technology and new materials, new processes in product designThe promotion of theuse. Closer to international standards, technical standards, standardization work has been a new development, thus g

9、reatly improving the mechanical design and product level.CNC machining precision aim is to enable more efficient, reduce human processing errors. In order to meet and adapt to this new situation. Therefore, I outlined a typical shaft parts processing technology and processing program, have learned t

10、hrough their own professional knowledge and practical experience and processing of CNC machine tools and general machine tools to a reasonable combination of better applied to in practice.For enterprises, the product quality is the basis for enterprises to survive, then the product process is the fu

11、ndamental rationale of the fundamental. I through process planning, machine tools and CNC machine tools will be ordinary and reasonable combination, so that the rationalization of existing resources, to achieve low-cost, high-yield, first of all to determine the shaft processing program, and then se

12、lect the map set size to meet the requirements of machine tools, to determine the processing process.The main contents of Graduation Design CNC machining shaft parts process design. Using ordinary machining and CNC machining a combination of design preparation shaft parts of the general process plan

13、ning and CNC machining process planning, and preparation of finishing CNC machining process. The reducer output shaft for the processing and use of CNC lathes C616A processing, using wire cutting technology to cut a good heat-treated rough, and then lathe to rough, first-axis face a good car, leavin

14、g a certain margin of speed up the shaft 2 to the outer end chamfer.Then right Keyway milling cutter with the semi-finishing, and finally C616A CNC lathe to finish grinding to ensure bright face of the parallelism deviation is less than 0.1, the size of cylindrical ensure 68.L et each part of size a

15、re up to par.key words ： Machining CNC Machining Process目录第一章 绪论 1.1.1 数控起源与发展 1.数控（ NC）阶段（ 1952 1970年） 1.计算机数控（ CNC）阶段（ 1970年现在） 1.1.2 国内数控机床量的现状 2.第二章 数控加工工艺与分析 3.2.1 数控加工工艺的基本特点和主要内容 3.2.2 零件图的数控加工工艺分析 4.2.3 数控加工工艺设计 5.2.3.1 零件表面数控加工方案的选择 6.2.3.2 工序的划分 7.2.3.3 定位与夹紧方式的确定 8.2.3.4 加工顺序的安排 8.2.3.5 确

16、定走刀路线和工步顺序 8.2.3.6 对刀点与换刀点的确定 9.第三章 刀具的选择 1.0.3.1 对数控刀具的要求 1.03.2 刀具快换、自动更换和尺寸预调 1.13.2.1 刀具快换或自动更换 1.13.2.2 数控刀具尺寸预调 1.23.2.3 数控刀具的工具系统 1.23.2.4 数控车刀的类型与选择 1.3第四章 轴类零件加工 1.6.4.1 轴类零件的功用、结构特点及技术要求 1. 6第五章 轴类零件的毛坯，材料及热处理 1.75.1 轴类零件的毛坯和材料 1.75.1.1 轴类零件的毛坯 1.75.1.2 轴类零件的材料 1.75.2 轴类零件的热处理 1.7第六章 轴的加工工

17、艺 1.9.6.1 轴类零件典型工艺路线 1.96.2 轴类零件机械加工工艺文件的制订（对传动轴的分析） 1 96.2.1 零件的工艺分析 1.96.2.2 毛坯的选择 2.0.6.2.3 定位基准的选择 2.06.2.4 工艺路线的拟定 2.1第七章 切削用量选择 2.5.7.1 切削用量的选用原则 2.57.2 切削用量的选取方法 2.5第八章 轴的实例加工与编程 2.8第九章 展望 3.3.致 谢 3.6.参考文献 3.7.第一章 绪论1.1 数控起源与发展1946 年诞生了世界上第一台电子计算机， 这表明人类创造了可增强和部分代替脑力 劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只

18、是增强体力劳动的工具相比， 起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上， 在美国诞生了第一台数控机床， 其数控系统采用的是电子管电路。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来， 数控系统经历了两个阶段和六代的发展。数控（ NC）阶段（ 1952 1970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应 机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路 搭 成一台机床专用计算机作为数 控系统，被称为硬件连接数控（ HARD-WIRED NC），简称为数控（ NC）。随着元器件 的发展，这个阶段历经了三代， 即

19、1952年的第一代 -电子管；1959年的第二代 -晶体管； 1965年的第三代 -小规模集成电路。计算机数控（ CNC）阶段（ 1970年现在）到 1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系 统的核心部件，从此进入了计算机数控（ CNC）阶段（把计算机前面应有的 通用 两个 字省略了）。到 1971 年，美国 INTEL 公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部 件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器 （MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称 CPU）。到 1974 年微处理器被应用于数控系统。这是因为

20、小型计算机功能太强，控制一台 机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控） ，不如采用微处理器经济 合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但 可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了 1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机） 的性能已发展到很高的阶段， 可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC 的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代 -小型计算机； 1974 年 的第五代-微处理器和 1990年的第六代-基于 PC（国外称为 PC-BASED）

21、。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC ）了，而我国仍习惯称数控（ NC）。所以我们日常讲的 数控，实质上已是指 计算机数控 了。1.2 国内数控机床量的现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小 企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以 FMS 模式集 成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的 状态。2001 年，我国机床工业产值已进入世界第 5 名，机床消费额在世界排名上升到第 3 位，达 47.39 亿美元，仅次于美国的 53.67亿美元，消费额比上一年增长 25%。但由于 国产

22、数控机床不能满足市场的需求， 使我国机床的进口额呈逐年上升态势， 2001 年进口 机床跃升至世界第 2 位，达 24.06 亿美元，比上年增长 27.3%。 目前，中国机床工业 厂多人众。 2000年，金切机床制造厂约 358 家（20.6万人），成形机床制造厂 191 家（约 6.5万人），共计 549 家（27.1万人）。其中生产数控金切机床的约 150 家，生产数控成形 机床的约 30 家，共计约 180 家，占厂家总数的 1/3。2001年金切机床产量 19.2万台内 数控金切机床 1.752 万台，约占 9%。第二章 数控加工工艺与分析所谓数控加工工艺，就是采用数控机床加工零件的一

23、种方法。在数控机床上加工零 件，首先要考虑的是工艺问题。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺大体相同，只是 数控机床加工的零件通常相对于普通机床加工的零件要复杂的多， 而且数控机床具备一 些普通机床所不可能实现的功能。为了充分发挥数控机床的 优势，必须熟悉其性能， 掌握其特点及使用方法， 并在编程前正确的制定加工工艺方案， 进行工艺设计并优化后再进行编程。2.1 数控加工工艺的基本特点和主要内容1、数控加工工艺的基本特点： 数控机床加工与普通机床加工在方法和内容上有相似之处，也有许多不同，其主要 区别在控制方式上。在普通机床上加工零件时，是用工艺规程或工艺卡片来规定每道工 序的加工内容，操作者按

24、工艺卡上规定的加工内容和加工要求加工零件。而在数控机床 上加工零件时，必须有编程人员把被加工零件的全部工艺过程、工艺参数和位移数据等 编制成数控加工程序，然后将程序输入数控系统，用它控制数控机床，加工出要求的零 件。由此可见，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，因而又有其特点。2、数控加工工艺的主要内容： 选择在数控机床上进行加工的零件，并确定加工的工序内容。 分析被加工零件的加工部位形状，明确加工内容与加工要求，在此基础上确定 零件的加工方案，制定零件数控加工的工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排与普 通加工工序的衔接等。 设计数控加工工

25、序。如工步的划分、零件的定位和夹具的选择、刀具的选择、 切削用量的确定等。 数控加工中运行轨迹各节点的计算。 调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具 的补偿等。 合理分配数控加工中的容差。 处理数控机床上的部分工艺指令。2.2 零件图的数控加工工艺分析分析零件图是工艺制订中的首要工作，它主要包括以下内容：1、零件结构工艺性分析零件结构工艺性是指零件对加工方法的适应性， 即所分析的零件结构应便于加工成 型。在进行零件结构分析时，若发现零件的结构不合理等问题应向设计人员或有关部门 提出修改意见。2、零件图的完整性与正确性的分析 零件轮廓是数控加工的最终轨迹，也是数控编

26、程的依据。手工编程时，要依据这些 条件计算每个节点的坐标；自动编程时，则要根据这些条件才能对构成零件的所有几何 元素进行定义，无论哪一条件不明确，变成都无法进行。因此，在分析零件图样时，务 必要分析几何元素的给定条件是否充分，发现问题及时与设计人员协商解决。3、零件技术要求 零件的技术要求主要指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等。 只有在分析这些要求的基础上，才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削 用量等。精度及技术要求分析的内容： 分析精度及各项技术要求是否齐全、合理。 分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其他措 施（如磨削）弥补的话，则应

27、给后续工序留有加工余量。 找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面应尽量在一次安装下完成。 对表面粗糙度要求较高的表面，应采用圆周恒线速度切削。4、零件材料分析 为满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的材料。而且，材料选择应立 足国内，不要轻易选用贵重或紧缺的材料。5、零件的结构工艺分析 零件的结构工艺是指所设定的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济 性。良好的结构工艺性，可使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的结构工艺性， 会使零件加工困难，浪费工时和材料，有的甚至会使零件无法加工。因此，零件各部位的结构工艺性应符合数控加工特点。6、零件图的数学处理零件图的数学处理主要是计

28、算零件加工轨迹的尺寸， 即计算零件加工轮廓的基点和 节点的坐标或刀具中心轮廓的基点和节点的坐标，以便编制加工程序。 基点坐标的计算内容： 刀具切削过程中每条运动轨迹的起点和终点在选定的工件坐标系中的坐标值， 刀具 切削圆弧时的圆心坐标值。基点坐标计算的方法比较简单，一般可根据零件图样所给的已知条件用人工完成。 即依据零件图样上给定的尺寸运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识，直接计算 出数值。在计算时，要注意小数点后的位数要留够， 以保证在数控加工后有足够的精度。 节点坐标的计算内容：对于一些平面轮廓是非圆曲线方程 Y=F （X）组成，如渐开线、阿基米德螺线等， 只能用能够加工的微小直线段和

29、圆弧段去逼近它们。 这时数值计算的任务就是计算节点 的坐标。节点坐标的计算难度和工作量都较大， 通常由计算机完成， 必要时也可由人工计算 , 常用的有直线逼近法（等间距法、等步长法、和等误差法）和圆弧逼近法，求出所有节 点的坐标值。有人用 AutoCAD 绘图，然后捕获节点的坐标值，在精度允许的范围内，这也是一 个简易而有效的方法。2.3 数控加工工艺设计数控加工工艺的一般过程（如图） ：2.3.1 零件表面数控加工方案的选择一般应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸和生产类型等因素来确定零件表面的车削加工方案。数控车削加工外圆回转体零件与端面加工方案的选择： 加工精度为 IT

30、7 IT8 级、表面粗糙度 Ra1.63.2 m的除淬火钢以外的常用金属，可以采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工； 加工精度为 IT5 IT6 级、表面粗糙度 Ra0.20.8 m的除淬火钢以外的常用金属，可以采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工； 加工精度高于 IT5 、表面粗糙度 Ra0.08 m的除淬火钢以外的常用金属， 可以采用高档精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案进行加工； 对淬火钢等难加工材料，在淬火前可以采用粗车、半精车的方法，淬火后 安排磨削加工。数控车削加工内圆回转体零件加工方案的确定 加工精度为 IT8 IT9 级、表面

31、粗糙度 Ra1.63.2 m的除淬火钢以外的常用金属，可以采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工； 加工精度为 IT5 IT6 级、表面粗糙度 Ra0.20.8 m的除淬火钢以外的 常用金属，可以采用精密型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工； 加工精度高于 IT5 、表面粗糙度 Ra0.08 m的除淬火钢以外的常用金属， 可以采用高档精密型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工； 对淬火钢等难加工材料，在淬火前可以采用粗车、半精车的方法，淬火后安排 磨削加工2.3.2 工序的划分工序的划分可以采用两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则 。 工序集中原则每道

32、工序包括尽可能多的加工内容，从而使工序的总数减少。其优点是：有利于采 用高效的专用设备和数控机床，提高生产效率；减少工序数目、缩短工艺路线，简化生 产计划和生产组织工作；减少机床数量、操作工人数和占地面积；减少工件装夹次数， 不仅保证了各加工表面的相互位置精度，而且减少了夹具数量和装夹工件的辅助时间。 但专用夹具设备和工艺装备投资大、调整维修比较麻烦、生产准备周期较长，不利于转 产。 工序分散原则将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。其优点：加工 设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，操作就爱你但，转产容易；有利于选择合 理的切削用量，减少机动时间。但工艺路线较长，所需

33、设备及工人人数多，占地面积大 工序划分方法 按所用刀具划分。以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法 适用于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间长，加工程序的编制和检查难度较大 等情况。 按安装次数划分。以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法 适用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。 按粗、精加工划分。即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工 中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、 精加工分开的零件，如毛坯为铸件、焊件或锻件。 按加工部位划分。即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加 工

34、表面多而复杂的零件，可按其结构特点划分多道工序。2.3.3 定位与夹紧方式的确定正确、合理地选择工件的定位与夹紧方式，是保证加工精度的必要条件。工件定位 基准的选择与夹紧方案的确定，应注意下列三点。 力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重和误差和数控编程 中的计算工作量。 设法减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后能加工出工件上全部或大部分 待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床 的效率。 避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。2.3.4 加工顺序的安排在选定加工方法、划分工序后，接下来要做的主要内容就是合理安排这些加工

35、方法 和加工顺序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序（表面热 处理、清洗和检验等） ，这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工 成本。切削加工工序的安排： 基面先行原则 先粗后精原则按照粗加工半精加工精加工的顺序进行，逐步提高加工精度。 先主后次原则零件的主要工作表面、装配基面应先加工，次要表面可穿插进行。 先面后孔原则 先近后远原则一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的后加工，以便缩短刀具移动 距离，减少空行程。还利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。2.3.5 确定走刀路线和工步顺序走刀路线是刀具刀位点在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包

36、含了工步的内容， 也反映了工步的顺序。 走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。 走刀路线确定原则： 应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。 应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间或切削进给时间，提高加工效率。2.3.6 对刀点与换刀点的确定对刀点的选择原则： 便于数字处理和简化编程。 容易找正、便于检查。 引起的加工误差小。换刀点选择原则：换刀点应设在工件或夹具的外部，刀架转位时刀具不与其他部位干涉为原则。第三章 刀具的选择机械加工自动化生产可分为以自动生产线为代表的刚性专用化自动生产和以数控 机床为主的柔性通用化自动生产。就刀具而言，在刚性专用化自动生产中，是以提

37、高刀 具专用复合化程度来获得最佳经济效益的。而在柔性自动化生产中，为适应随机多变加 工零件的需求，尽可能通过提高刀具及其工具系统的标准化、系列化和模块化程度来获 得最佳经济效益。本章简述对数控刀具的特殊要求：车削类、镗铣类数控刀具系统；刀具预调、磨损与破 损的自动监测。3.1 对数控刀具的要求刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，它不仅影响机床的加上效率，而是 直接影响加上质量。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 料等多方面的因素。 以数控机床为主的柔性自动化加工是按预先编好的程序指令自动地 进行加工。应适应加工品种多、批量小的要求，刀具除应具备普通机床用刀具应有的

38、性 能外，还应满足下列要求： 刀具切削性能应稳定可靠，避免刀具过早地损坏，而造成频繁地停机。由于刀 具和工件材料性能的分散性，以及刀具制造工艺和工作条件控制不言，有相当一部分刀 具的切削性能远低于平均性能，使刀具切削性能稳定可靠性差。因此必须严格控制刀具 材料的质量，严格贯彻刀具制造工艺，特别是热处理和刃磨工序。严格检查刀具质量， 确保刀具切削性能稳定可靠。 刀具寿命应有较高的寿命。应选用切削性能好、耐磨性高的涂层刀片以及合理 地选择切削用量。 保证可靠地断屑、卷屑和排屑。加工时，应不产生紊乱的带状切屑，缠绕在刀 具、工件上；不易断屑的刀具应保证切屑顺利的卷曲和排出；避免形成细碎的切屑；精 加

39、工是切屑不划伤已加工表面；切屑流出时不妨碍切削液浇注。为了确保可靠地断屑、 卷屑和排屑，可采取一下措施：合理选用可转位刀片的断屑槽槽形；合理地调整切削用 量；在刀体中设置切削液通道，将切削液直接输送至切削区，有助于清除切屑；利用高 压切削液强迫断屑。 能快速地换刀或自动换刀。 能迅速、精确地调整刀具尺寸。 必须从数控加工特点出发来制定数控刀具的标准化、 系列化和通用化结构体系 数控工具系统应是一种模块式、层次化可分级更换、组合的体系。 对于刀具及其工具系统的信息，应建立完整的数据库及其管理系统。 应有完善的刀具组装、预调、编码标识与识别系统。 应建立切削数据库，以便合理利用机床与刀具。3.2

40、刀具快换、自动更换和尺寸预调3.2.1 刀具快换或自动更换 刀片转位或更换刀片 为了减少换刀时间，数控机床加工时一般都使用可转位刀具。刀具磨损后只需将刀 片转位或更换新刀片就可继续切削。它的换刀精度决定与刀片精度和定位精度。目前中 等精度刀片适用于粗加工，精密级刀片只适用于半精加工。在精加工时仍需尺寸调整。 更换刀头模块 生产中正在推广使用模块式车削类工具系统。它具有能完成车、镗、切断、攻螺纹 和检测等刀头模块。刀头模块通过中心拉杆来实现快速夹紧或松开。在拉紧时，能使拉 紧孔产生微小弹性变形而获得很高的精度和刚度，其径向、轴向精度分别为 2um 和 5um，自动换刀时间为 2s。 更换刀夹 刀

41、具与刀夹一起从数控车床上取下。刀片转位或更换后，在调刀仪上进行调刀。 它的特点是可使用较低精度的刀片和刀杆，但刀夹精度要求较高。 手动更换刀柄 在数控铣床上需连续对工件进行钻、铰、镗、铣、攻螺纹等加工。此时，将各种 刀具分别装在刀柄上，并在调刀仪上调整相应尺寸。加工时根据加工顺序连续手动更换 刀柄。调刀时的安装基准和刀具在机床上的安装基准一致，均为 7： 24 锥柄，可减少安 装误差。 自动换刀图为带转塔刀架的加工中心。转塔刀架上配制了加工零件所需的刀具。加工时按 加工指令转塔刀架转过一个或几个位置来进行自动换刀。 换刀动作减少， 换刀速度较快。 如图所示，在加工中心的刀库中存储着加工所需的刀

42、具。按指令，使机床和刀库的运动 互相配合来实现自动换刀，也可通过机械手实现自动换刀，其过程如图所示，在生产批 量大的柔性制造系统（ FMS）中，为了提高生产率，还可采用更换机床主轴箱来自动换 刀。3.2.2 数控刀具尺寸预调为了确保刀具快换后不经试切切就可获得合格的工件尺寸， 数控刀具都在机外预先 调整到预定的尺寸。数控刀具尺寸的预调方法： 刀具的轴向和径向尺寸的调整方法可根据刀具结构及其 所配置工具系统。数控刀具尺寸预调仪 数控刀具尺寸预调包括：轴向和径向尺寸、角度等调整和测量。以前用通用量具和 夹具组成的预调装置来预调， 其精度差又费时， 目前已被性能完善的专用预调仪所取代。 它具有下列特

43、点： 能对静止和回转的刀具自动检测。 对长度、 角度和半径尺寸的测量精度高。 分辨率为 0.5um;重复精度为 2um；分 度台定位精度为 0.01。 能确定回转型刀具的偏心和跳动误差。 能自动对焦、可实现自动标定循环。 配有刀具信息编码的集成读数头。3.2.3 数控刀具的工具系统数控刀具的工具系统是指用来联接机床主轴与刀具之间的辅助系统。 它除了刀具本 身之外，还包括实现刀具快换所必须的定位、 夹持、拉紧、动力传递和刀具保护等部分。 在柔性自动化生产中，使用刀具种类多，要求换刀迅速。为此，通过标准化、系列化和 模块化来提高其通用化程度，且也便于刀具组装、预调、使用、管理以及数据管理。因 此研

44、究用较少种类的刀具满足多种工件的加工需求，建立包括刀具、刀夹、刀杆和刀座 等工具结构体系，是数控加工基础。 为此不少国家和公司都已制定出自己的标准和体系。数控刀具的工具系统按使用范围可分为镗铣类数控工具系统和车削类数控工具系 统；按系统的结构特点可分为整体式工具系统和模块式工具系统。车削类数控工具系统：车削类数控工具系统的构成和结构一般与下列因素有关。 机床刀架的形式：由于机床刀架形式不同，刀具与机床刀架之间刀夹、刀座也就不 同。刀具类型：刀具类型不同，所需的刀夹就不同。例如定尺寸的钻头和铰刀与非定尺 寸的车刀等的刀夹就不同。工具系统中动力驱动：有动力驱动刀夹与无动力驱动刀夹的结构显然不同，例

45、如图 所示为动力驱动的钻夹头。我国大多数数控车床上所使用车刀，除采用可转位车刀的比率和可转位车刀刀体、 刀片的精度略高外，与卧式车床上使用的车刀区别不大。因此至今未能形成我国的车削 类工具系统。现介绍目前在我国已较为普及、在国际上被广泛采用的一种整体式车削工 具系统。按照国内行业命名方法，可称为 CZG 车削工具系统，它等同于德国标准 DIN69880。CZG 车削工具系统与数控车床刀架联结的柄部是由一个有与其轴线垂直的齿条的 圆柱和法兰组成。在数控车床的刀架上，安装刀夹柄部圆柱孔的侧面，设有一个有螺栓 带动的可移动楔形齿条，该齿条与刀夹柄部上的齿条相啮合，并有一定错位，由于存在 这个错位，当

46、旋转螺栓，楔形齿条径向压紧刀夹柄部的同时，使柄部的法兰紧密的贴紧 在刀架的定位面上，并产生足够的拉紧力。3.2.4 数控车刀的类型与选择车床主要用于回转表面的加工， 如内外圆柱面、 圆锥棉、 圆弧面、螺纹等切削加工。如图所示为常用车刀的种类、形状和用途图 2-1 车刀的分类与用途1- 45o端面车刀； 2- 90o外圆车刀；外螺纹车刀；4- 70o 外圆车刀； 5-成型车刀； 6- 90o左切外圆车刀；7- 切断、车槽车刀； 8 内孔车槽车刀； 9- 内螺纹车刀10o- 95o内孔车刀； 11o- 95o内孔车刀； 尖形车刀、圆弧形车刀合成行车刀 数控车削常用的车刀一般分为 3 类，即尖形车刀

47、、圆弧形车刀和成形车刀。尖形车刀A、尖形车刀的特征 以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖（同时 也称其为刀位点）由直线形的主、副切削刃构成，如 90 内、外圆车刀，左、右端 面车刀，切断（车槽）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加 工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后 得到。B、尖形车刀的几何参数选择 尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度， 可根据不同的加工对象进行选择。在数控车削加工中，总希望能按照轮廓一刀连续车削出所需要的外形，这时就要 对刀具进给路线及加工过程中可能出现的刀具干涉等进行全面考虑，工件形面与车 刀的

48、工作主偏角、副偏角应该认真核算圆弧形车刀A、圆弧形车刀的特征 圆弧形车刀是较为特殊的数控加工使用车刀（如图所示）其特征是：构成主切削刃 的刀刃形状为一段圆度误差或轮廓度误差很小的圆弧；该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀 的刀尖。因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适宜于车削各种光滑连接（凹形）的成 形面。对于某些精度要求较高的凹去面的车削或大外圆弧面的批量车削，以及尖形车刀 所不能完成加工的过象限的圆弧面，宜选用圆弧形车刀进行加工，圆弧形车刀具有宽刃 切削性能，能使精车余量保持均匀而改善切削性能， 还能一刀车出跨多个象限的圆弧面第四章 轴类零件加工4.1

49、 轴类零件的功用、结构特点及技术要求1、轴类零件的功用、结构特点 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭 矩和承受载荷。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。轴的长径比小于 5 的称为短轴，大于 20 的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 2、技术要求轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和 表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以 下几项：（ 一 ） 尺寸精度

50、 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5 IT7 ）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（ IT6 IT9 ）。（ 二 ） 几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等， 一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标 注其允许偏差。（ 三 ） 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 0.01 0.03mm

51、 ，高精度轴（如主轴）通常为 0.001 0.005mm 。（ 四 ） 表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为 Ra2.5 0.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为 Ra0.63 0.16m第五章 轴类零件的毛坯，材料及热处理5.1 轴类零件的毛坯和材料5.1.1 轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形 式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或 重要的轴， 常选用锻件， 这样既节约材料又减少机械加工的工作量， 还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采

52、用自 由锻，大批大量生产时采用模锻。5.1.2 轴类零件的材料轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理 规范（如调质、正火、淬火等） ，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切 削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。40Cr 等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火 后，具有较好的综合机械性能。轴承钢 GCr15和弹簧钢 65Mn，经调质和表面高频淬火后， 表面硬度可达 5058HRC， 并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能

53、，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用 38CrMoAIA氮化钢。这 种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此 耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。5.2 轴类零件的热处理轴的性能除与所选钢材种类有关外，还与热处理方法有关。轴的锻造毛坯在机械加 工之前，均需进行正火或退火处理，使钢材的晶粒细化，以消除锻造后的残余力，降低 毛坯硬度，改善切削加工性能。凡要求局部表面淬火以提高表面磨性的轴，须在淬火前安排调质处理。当毛坯加工 余量较大时， 调质放在粗车之后、 半精车之前， 使粗加工产生的残余力能

54、在调质时消除； 当毛坯余量较小时，调质可安排在粗车之前进行。表面淬火一般放在精加工之前，可保 证淬火引起的局部变形在精加工中纠正。对于精度要求较高的轴，在局部淬火和粗磨之后，还需安排低温时效处理，以消除 淬火及磨削中产生的残余奥氏体和残余应力，控制尺寸稳定；对于整体淬火的精密轴， 在淬火粗磨后，要经过较长时间的低温时效处理；对于精度更高的轴，在淬火之后，还 要进行定性处理，定性处理一般采用液氮深冷处理方法，以进一步消除加工应力，保持 轴的精度。第六章 轴的加工工艺6.1 轴类零件典型工艺路线对于 7 级精度、表面粗糙度 Ra0.80.4m的一般传动轴，其典型工艺路线是：正 火车端面钻中心孔粗车

55、各表面精车各表面铣花键、 键槽热处理修研中心孔 粗磨外圆精磨外圆检验。轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单件小批生产 中钻中心孔工序常在普通车床上进行。 在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上 进行。中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影 响。所以必须安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖 加压进行。对于空心轴（如机床主轴） ，为了能使用顶尖孔定位，一般均采用带顶尖孔的锥套 心轴或锥堵。若外圆和锥孔需反复多次、互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时， 必须按外圆找正或重新修磨中心孔。轴上的花键、键槽等次要表

56、面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。 因为如果在精车之前就铣出键槽， 在精车时由于断续切削而易产生振动， 影响加工质量， 又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破 坏外圆表面的加工精度和表面质量。在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工 精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加 工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。淬火工序则安排 在磨削工序之前。6.2 轴类零件机械加工工艺文件的制订（对传动轴的分析）零件的工艺分析传动轴零件图图示零件是减速器中的传动轴，

57、 该零件小批生产。 它属于台阶轴类零件， 由圆柱面、 轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零 件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆 或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调 整螺母。根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈 M，N，外圆 P、Q 以及轴肩 G、H、I 有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术 要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈 M、N 和外圆 P、Q 的 加工。6.2.2 毛坯的选择该传动轴材料为 45钢，因其

58、属于一般传动轴，故选 45 钢可满足其要求。本例传动 轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大 ，故选择 60mm 的热轧圆钢作毛 坯。6.2.3 定位基准的选择合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该 传动轴的几个主要配合表面 （Q、P、N、M）及轴肩面 （H、G）对基准轴线 A-B 均有径向圆 跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖 装夹方法，以保证零件的技术要求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。 中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的 毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心

59、 孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以 已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹 （有时在上工步已车外圆处搭中心架 ） ，车 另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。6.2.4 工艺路线的拟定1各表面加工方法的选择 传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成 形。由于该传动轴的主要表面 M 、N、P、Q 的公差等级 （IT6）较高，表面粗糙度 Ra值（Ra=0.8 um）较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案可为：粗车半精车磨削。2加工顺序的确定 对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。该传动轴加工 划分为三

60、个阶段：粗车 （粗车外圆、钻中心孔等 ），半精车 （半精车各处外圆、台阶和修 研中心孔及次要表面等 ） ，粗、精磨 （粗、精磨各处外圆 ） 。各阶段划分大致以热处理为 界。轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用 得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：下料车两端面，钻中心孔粗车各外圆 调质修研中心孔半精车各外圆，车槽，倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽 修研中心孔磨削检验。定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工， 在调质之后和磨削之前各需安排一次修 研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变

61、形和氧化皮，磨削之前 修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。 拟定传动轴的工 艺过程时，在考虑主要表面加工的同时， 还要考虑次要表面的加工。 在半精加工 52mm、 44mm 及 M24mm 外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺 纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。 在拟定工艺过程时， 应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程如下：传动轴机械加工工艺过程卡四川科技职业学院机电工程系机械加工工艺过程 卡产品

62、名 称减速器图号零件名 称传动轴共1页第1 页毛坯种类圆钢材料牌号45 钢毛 坯 尺 寸60mm265mm序号工种工步工序内容设备工具夹具刃具量具1下料60mm 265mm2车三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆1车端面见平2钻中心孔用尾座顶尖顶住中心孔3粗车 46mm外圆至 48mm，长 118mm4粗车 35mm外圆至 37mm，长 66mm5粗车 M24mm 外圆至 26mm，长 14mm调头，三爪自定心卡盘夹持 48mm 处（ 44mm外圆 ）6车另一端面，保证总长 250mm7钻中心孔用尾座顶尖顶住中心孔8粗车 52mm外圆至 54mm9粗车 35mm外圆至 37mm，长 93mm10粗车 30mm外圆至 32mm，长 36mm11粗车 M24mm 外圆至 2