轴类零件加工实用工艺分析报告

1 前言科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。

机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。

他不仅能够提高品质质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件，但是采用这种自动和高效率的设备需要很大的初期投资，以及较长的生产周期，只有在大批量的生产条件下，才会有显著的经济效益。

随着消费向个性化发展，单件小批量多品种产品占到70%--80%，这类产品的零件一般采用通用机床来加工。

而通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于进一步提高生产率和保证质量。

特别是由曲线、曲面组成的复杂零件，只能借助靠模和仿行机床或者借助画线和样板用手工操作的方法来完成，其加工精度和生产率受到极大影响。

为了解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂精度要求高的零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的，能够适应产品频繁变化的“柔性”自动化机床。

数控机床才得已产生和发展。

数控技术是数字控制（Numerical Control）技术的简称。

它采用数字化信号对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。

利用数控技术可以把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。

采用数控技术的控制系统称为数控系统（Numerical Control System）。

根据被控对象的不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统。

所谓机床数控系统就是以加工机床为控制对象的数字控制系统。

安装有数控系统的机床称为数控机床。

它是数控系统与机床本体的结合体。

数控车床是数控系统与车床本体的结合体；数控铣床是数控系统与铣床本体的结合体。

除此之外还有数控线切割机床和数控加工中心等。

数控机床是具有高附加值的技术密集型产品，是集机械、计算机、微电子、现代控制及精密测量等多种现代技术为一体的高度机电一体化设备。

数控机床的产生使传统的机械加工发生了巨大的变化，这不仅表现在复杂工件的制造成为可能，更表现在采用了数控技术后使生产加工过程真正实现了自动化。

2 工件的装夹2.1 定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。

定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。

合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。

2.2 定位基准选择的原则1)基准重合原则。

为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。

2）便于装夹的原则。

所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。

3）便于对刀的原则。

批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。

2.3 确定零件的定位基准以左右端大端面为定位基准。

2.4 装夹方式的选择为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。

合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。

2.5 数控车床常用的装夹方式1）在三爪自定心卡盘上装夹。

三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。

该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。

2）在两顶尖之间装夹。

对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。

该装夹方式适用于多序加工或精加工。

3）用卡盘和顶尖装夹。

当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。

这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。

4）用心轴装夹。

当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。

这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。

2.6 确定合理的装夹方装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘毛坯右端Φ52，再加工左端达到工件精度要求。

3 轴类零件的加工工艺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、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。

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，主要要求如下：1 尺寸精度比一般的零件的尺寸精度要求高。

轴类零件中支承轴颈的精度要求最高，为IT5～IT7；配合轴颈的尺寸精度要求可以低一些，为IT6～IT9。

2 形状精度高。

3 位置精度高，其一般轴的径向跳动为0.01～0.03，高精度的轴为0.001～0.005。

4 表面粗糙度比一般的零件高，支承轴颈和重要表面的表面粗糙度Ra常为0.1～0.8um，配合轴颈和次要表面的表面粗糙度Ra为0.8～3.2um。

轴类零件一般常用的材料有45钢、40Cr合金钢、轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，还有20CrMoTi、20Mn2B、20Cr等。

轴类零件最常用的毛坯是棒料和锻件，只有一些大型或结构复杂的轴，在质量允许时才采用铸件。

由于毛坯经过锻造后，能使金属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。

所以除了光轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧料棒料或冷拉棒料外，一般比较重要的轴大都采用锻件。

另外轴类零件的毛坯还需要经过热处理。

轴的结构设计原则：1 节约材料，减轻重量尽量采用等强度的外形尺寸，或大的截面系数的截面形状。

2 易于轴上零件的精确定位，稳固装配拆卸和调整。

3 采用各种减少应力应用和提高强度的结构措施。

4 便于加工制造和保证精度。

轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。

一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点：1 零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。

2 渗碳件加工工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。

3 粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。

对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。

且选择平整光滑表面，让开浇口处。

选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。

4 精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。

符合基准统一原则。

尽可能在多数工序中用同一个定位基准。

尽可能使定位基准与测量基准重合。

选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。

4 轴类零件实例加工4.1 加工工艺分析图4.1 零件图4.1.1 分析零件图纸和工艺分析该轴类零件由圆柱、圆锥、圆弧、螺纹和槽等表面组成。

零件材料为45号钢，无热处理要求，该零件进行精加工，图4.1中Φ70不加工。

通过上述分析，可以采用下面的工艺措施：选用具有直线、圆弧插补功能的数控车床加工，机床名称：CJK6032A数控机床,如下图:4.1.1所示。

如图:4.1.1 相关参数如下：1 零件螺纹外径、圆锥、侧角、外圆和台阶可一次加工，圆弧已大于90°，加工是要注意保证加工不干涉。

2 为便于装夹，坯件左端预车出加持部分，右端也应先车出并钻好中心孔，毛坯用料为直径70mm棒料。

3 该零件在加工中只需要一次装夹加工，从图纸上进行尺寸标注分析：工件坐标系的工件原点应选择定在零件装夹后的右端面圆心处O（0，0）点，如图4.1.1所示。

4.1.2 确定装夹方案由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。

因此数控机床的夹具应定位可靠、稳定，一般采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹头。

分析本工件为外轮廓加工，外表面可以依次加工，无孔，可采用一次装夹完成粗、精加工。

为了保证在加工螺纹时确保工件不来回晃动,减少误差,一般以轴线和左端面为定位基准,左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧,右端采用活动顶尖支撑装夹方案。

4.1.3 确定加工路线及进给路线加工顺序的确定按由到外、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。

因此在本设计中加工路线是按先粗车（给精车留余量1mm），然后再精车，按先主后次的加工原则尽量使“刀具集中”，即用一把刀加工完相应的部位，在换另一把刀加工其他部位。

以减少空行程和换刀时间，因此：1 车外圆：自右向左加工，起加工路线为：先倒角——切削螺纹的实际外圆Φ28——侧角——切削锥度部分——撤消圆弧部分——车削Φ66。

2 切槽：考虑到槽不太宽，可采用一把刀一刀完成，选择刀具宽度与槽宽相等，分多刀步进切削。

步进深度为1mm。

3 车螺纹：分析螺纹深度不深，采用两刀完成螺纹加工。

4 切断：零件加工结束后，选择切断刀将工件从棒料上分离出来完成一个零件的加工。

加工路线如下图4.1.3所示（数控自动加工工序卡）：表4.1.3软件职业技术学院数控自动加工工序卡型别车削零件图号零件名称轴类零件3—1 设备名称车床设备型号CJK6032A 程序号%0001 基本材料45＃钢硬度HRC26-28工序名称区域车削工序号NC014.1.4 刀具的选择与普通机床相比，数控加工时对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控机床的高效率。

因此，刀具的选择是数控车削加工工艺中的重要容之一,它不仅影响机床加工效率而且直接影响零件的加工质量。

在编程时选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序容、被加工零件材料等因素。

数控加工刀具材料要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选择硬质合金精密加工时还可选择性能更好、更耐磨的瓷立方氮化硼和金刚石刀具并优选刀具参数。

一般来说需将所选定的刀具参数填入表轴承套数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。

常见的轴套类数控加工刀具如下。

轴承套数控加工刀具卡片根据加工要求，选用三把刀具，Ⅰ号刀车外圆，Ⅱ号刀切槽，Ⅲ号刀车螺纹及进行精加工。

刀具应正确的选择换刀点，以便在换刀过程中，刀具与工作机床和夹具不会碰撞。