组合件的数控工艺分析及加工

目录摘要
第一章：前言
1、数控技术的发展趋势
2、数控技术的加工特点
第二章：典型组合轴的加工工艺分析及过程
一、零件工艺性分析
1、零件的完整性和正确性的分析
2、零件材料的分析
3、零件技术的分析
二、产品的零件图与装配图分析
三、毛坯的确定
四、工艺规程选择
1、基准的选择和装夹方式
2、划分加工工序
3、热处理的安排
4、工艺路线的分析与确定
五、选择加工设备与刀、夹、量具
1、设备的选择
2、夹具的选择
3、刀具的选择
4、量具的选择
六、加工工序设计
1、工序尺寸及公差的计算
2、切削用量参数
3、走刀路线
4、定额时间计算
七、札记
八、参考文献
摘要
我国已经成为21世纪世界上最重要的经济地区之一,在制造业发展上尤为迅速,国内各大企业都引进了世界上先进的生产设备.数控技术是现代制造技术的现形应用,数控技术对我国的工业及科技的进步和发展有极大的推动力,据有关部门统计表明,在未来几年,数控技术应用人才的需求将达100万. 数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。

数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。

数控机床是现代加工车间最重要的装备。

它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。

现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。

掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。

本次设计介绍了数控加工的特点,加工工艺以及加工编程的一般方法, 并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。

关键词: 数控技术加工工艺编程
第一章前言
1.1 数控技术的发展趋势
制造业是一个国家国民经济的支柱产业,一方面制造价值,生产物质财富,另一方面为国民经济各个部门提供装备,其现代化程度决定了国家其他行业的发展步伐`,数控技术和数控装备是制造业的重要基础,这个基础是否牢固,直接影响到一个国家的经济发展和综合国力,在一个国家的建设事业中具有战略意义.数控机床的产生给传统制造业带来了革命的变化,让制造业成为工业化的像征,随着数控的不断发展和应用领域的扩大,它对国民经济的一些重要行业(IT 汽车轻车等)的发展起着越来越重要的作用,国为这些行业所要的装备的数字化已是现代发展的大趋势. 而数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。

1.2 数控技术加工特点
数字控制（Numerical Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。

数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。

数控机床（Numerical Control Machine Tools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。

它数控技术典型应用的例子。

计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系统。

数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在机械加工中得到日益广泛的应用。

概括起来，数控机床的加工有以下几方面的优点。

（1）适应性强。

适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。

在数控机床上改变加工零件时，只需重新编制程序，输入新的程序后就能实现对新的零件的加工；而不需改变机械部分和控制部分的硬件，且生产过程是自动完成的。

这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供
了极大的方便。

适应性强是数控机床最突出的优点，也是数控机床得以生产和迅速发展的主要原因。

（2）精度高，质量稳定。

数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情况下工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。

在设计制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和刚度。

数控机床工作台的移动当量普遍达到了0.01～0.0001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，高档数控机床采用光栅尺进行工作台移动的闭环控制。

数控机床的加工精度由过去的±0.01 mm提高到±0.005mm甚至更高。

定位精度九十年代初中期已达到±0.002mm～±0.005mm。

此外，数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性。

通过补偿技术，数控机床可获得比本身精度更高的加工精度。

尤其提高了同一批零件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。

（3）生产效率高。

零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。

数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此数控机床每一道工序都可选用最有利的切削用量。

由于数控机床结构刚性好，因此允许进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。

数控机床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般机床大为减少。

数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，节省了零件安装调整时间。

数控机床加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。

在加工中心机床上加工时，一台机床实现了多道工序的连续加工，生产效率的提高更为显著。

（4）能实现复杂的运动。

普通机床难以实现或无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面；而数控机床则可实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适应于复杂异形零件的加工。

（5）良好的经济效益。

数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。

但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。

数控机床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。

数控机床加工精度稳定，减少了废品
率，使生产成本进一步下降。

此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。

因此使用数控机床可获得良好的经济效益。

（6）有利于生产管理的现代化。

数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础
第二章典型组合轴的加工工艺分析及过程
一；零件的分析
2．1 零件的完整性和正确性的分析
零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。

它的涉及面广，因此有必要对零件进行结构工艺性分析，找出技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的加工措施加以保证。

零件的视图应符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素（点、线、面）之间的关系（如相切、相交、平行）应准确；尺寸标注应完整、清晰。

2.2零件材料的分析
该零件包括有圆锥套、圆锥轴、梯形螺杆、偏心轴四个组合件,而组合件中又有外圆、圆弧、端面沟渠及偏心孔等表面，其组合件中又有较严格的表面粗糙度和尺寸等要求。

在满足零件功能的前提下，应选用廉价的材料，选择材料时应立足于国内，不要轻易选择贵重和紧缺的材料。

零件材料的选用是非常重要的，选材不当制成的零件不能满足使用要求，过早损伤和破坏产生不良影响或经济效益差等。

机械零件选材的一般原则是：首先满足使用性能的要求，同时兼顾工艺性、经济性和环保性。

对于零件的选材应具有以下几点要求：
1.优良的综合力学性能，即要求有高的强度和韧性，以防止由于过载和冲击而引起的变形和断裂。

2.高的疲劳极限，防止疲劳断裂。

3.良好的耐磨性。

4.在特殊条件工作时，还应有特殊要求。

2.3 零件技术的分析
零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热表处理要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。

进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。

同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度加大，增加不必要的成本。

二；产品的零件图与装配图分析
对于装配图的分析和研究，主要是熟悉产品的性能、用途和工作条件，明确零件在产品中的相互装配位置及作用，了解零件图上各项技术条件制定的依据，找出其主要技术关键问题，为制定正确的加工方案奠定基础。

当然普通零件进行工艺分析时，可以不进行装配图的分析研究。

三；毛坯的确定
毛坯是根据零件所要求的形状,工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。

毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗，工时定额计算有很大影响。

a 毛坯的种类
常用的毛坯种类有：铸件、锻件、型材、焊接件、冷压件等。

1.铸件:适用于形状复杂的毛坯。

2.锻件:适用与零件强度较高,形状较简单的零件。

尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。

3.型材：热轧型材的尺寸较大、精度低，多用作一般零件的毛坯；冷轧型材尺寸较小、精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中小零件，适用于自动机床加工。

4.焊接件:对于大件来说,焊接件简单方便,特别是单件小批生产可大大缩短生产周期,但焊接后变形大,需经时效处理。

5.冷压件：适用于形状复杂的板料零件,大多用于中小零件的大批量生产。

b 毛坯种类的选择
选择毛坯种类需考虑的因素有以下几点：
1.根据图纸规定的材料及机械性能选择毛坯。

2.根据零件的功能选择毛坯。

3.根据生产类型选择毛坯。

4.根据具体生产条件选择毛坯。

C 毛坯的形状和尺寸的选择
确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：首先选取毛坯加工余量和毛坯公差，其次将毛坯加工余量叠加在零件的相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与公差。

其总的要求是：减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。

因此，毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。

本零件的大部分加工表面是回转体表面，根据本零件的生产纲领，年生产数量，经济价值及复杂程度，另外本零件为轴类零件，考虑其复杂程度，所以本零件毛坯为棒料。

因为棒料的经济性好，加工余量小，而且成本较低。

在组合件的锻件图中,分别为圆锥套(图1.1),圆锥轴(图1.2),梯形螺杆(图1.3),偏心轴(图1.4)，该零件材料可用45钢，选用ф55×275棒料，有热处理和硬度要求。

图1.1
图1.2
图
1.3
图1.4
四:`工艺规程的选择
4.1 基准的选择和装夹方式
在制订零件的加工工艺规程时，正确地选择工件的基准有着很重要的意义。

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

基准有粗基准与精基准之分。

选择定位基准时是从保证工件精度要求出发的，因而分析定位基准选择的顺序就应从精基准到粗基准。

精基准的选择
1.基准重合原则:就是尽可能选用设计基准作为定位基准，这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起定位误差。

2.基准统一原则:位置精度要求较高的某些表面加工时尽可能选用同一定位基准，这样有利于保证各加工表面的位置精度。

3 自为基准原则：当某些表面精加工要求加工余量小而均匀时，选择加工表面本身作为定位基准，用于提高加工面本身的精度。

4 互为基准原则：为了使加工面间有较高的位置精度，又为了使其加工余量小而均匀采取此原则。

5.保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。

粗基准的选择
粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工面之间的位置要求及合理分配加工表面的余量，同时，要为后续工序提供精基准。

1.为了保证加工面与非加工面之间的位置要求，应选非加工面作为粗基准。

2.合理分配各加工面的加工余量。

3.粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上，通常只允许使用一次。

4.选作粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边和铸造浇冒口，分型面，毛刺等缺陷，以保证定位准确、夹紧可靠。

工序基准是在工艺图上以标定被加工表面位置尺寸和位置精度的基准，所标定的位置尺寸和位置精度分别称为工序尺寸和工序技术要求。

工序尺寸和工序技术要求的内容，在加工后应进行测量，测量所用的基准称为测量基准，通常工序基准与测量基准重合。

对于设计基准尚未最后加工完毕的中间工序，应选各工序的定位基准作为工序基准和测量基准。

在各表面的最后精加工时，当定位基准与设计基准重合时，虽然工序基准和测量基准就应选用这个重合的基准；当所选定位基准未与设计基准重合时，在这两种基准都能作为测量基准的情况下，工序基准的选择应注意以下几点：
1.选设计基准作为工序基准时，对工序尺寸的检验就是对设计尺寸的检验，有利于减少检验工作量。

2.当本工序中位置精度是由夹具保证而不需进行试切调整的情况，应使工序基准
与设计基准重合。

3.对一次安装下的加工出来的各个表面，各加工面之间的工序尺寸应选与设计尺寸一致。

本零件在加工时，其轴向尺寸是以零件的两端作为工序基准，径向尺寸是以零件的轴心线作为工序基准。

它的工序基准与设计基准重合，为加工和检测提供了方便
⑴定位基准：图1.1零件为套类零件，外轮廓主要由外圆和内孔及锥孔组成，在加工中要合理选择加工工位置。

内孔中左面为直面，右端为锥面。

该零件无可靠二次装卡面，内锥可作为定位面使用。

图1.2为轴类零件，左端为直面，右端为圆弧轮廓。

该零件可以用二次装夹定位面。

图1.3为盘类零件，外轮廓由圆弧和端面沟壑组成，内孔为偏心孔和螺纹组成。

该零件采用二次装夹表面定位。

图1.4为轴类零件，该用零件采用二次装夹表面定位。

由以上分析可知本零件采用两种基准原则，一是基准重合原则，它是以零件的轴心线为定位基准也是设计基准，对零件的外圆、内孔、槽以及螺纹等表面进行切削加工；另一种是基准统一原则，它是多个加工表面都以一个基准作基准面加工定位的。

⑵装夹方式：左端采用三爪自定心卡盘卡紧、右端采用活动顶尖支顶的装夹方式
4.2划分加工工序
工件的加工质量要求较高时，应划分阶段。

一般分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。

粗加工阶段是从坯料上切除较多余量，所能达到的精度和表面质量都比较低的加工过程。

半精加工阶段是在粗加工和精加工之间进行的切削加工过程。

精加工是从工件上切除较少余量，所能达到的精度和表面质量都比较高的加工过程。

划分加工阶段的作用是：
1.避免毛坯内应力重新分布而影响获得的加工精度。

2.避免粗加工时较大的夹紧力和切削力所引起的弹性变形和热变形对精加工的影响。

3.粗精加工阶段分开,可较及时地发现毛坯的缺陷,避免不必要的损失。

4.可以合理使用机床,使精密机床能较长期地保持其精度。

5.适应加工过程中安排热处理的需要。

图1用三爪卡盘夹住毛胚，伸出70-80mm 左右；平端面，打中心孔，钻孔到60mm ，粗精车外圆到50mm ，再用内孔刀扩孔车内锥直到精度要求,用切槽刀切断,平端面达到精度要求。

图2以刚才50mm 外圆面为基准保持同轴度，平端面，粗车外圆30mm ，调头装夹，平端面保持总长在粗精车20.25mm ，再车圆锥，在调头精车外圆30mm 和内孔，达到精度要求。

4.3 热处理的安排
本零件的材料是45号钢，它属于低淬透性合金调质钢，其力学性能是：
785
s MPa,685
b MPa,%95=δ,%45=ψ,47=k A J 。

其化学成分是：碳含量
0.37%～0.45%，铬含量0.8%～1.1%，锰含量0.17%～0.37%，硫含量0.5%～0.8% ，其中碳含量过高、过低均不能满足经调质后获得良好综合力学性能的要求，主加元素为铬，在配以硫、锰等合金元素，其作用是提高淬透性，强化铁素体和细化晶粒，因此，此钢的热处理变形小，废品率低，因而降低了工艺成本。

其热处理特点是：当原始组织为珠光体时，预先热处理可采用正火或退火处理;该类钢最终热处理均采用淬火后在500-650℃的高温回火工艺，即调质处理工艺，调质处理可使材料具有良好的综合力学性能 4.4 工艺路线的分析与确定 1．机械加工工序的安排原则
1).对于形状复杂、尺寸较大的毛坯或尺寸偏差较大的毛坯,应首先安排划线工序,为精基准加工提供找正基准。

2).按“先基面后其它”的顺序,先加工精基准面。

3).在重要表面加工前,应对精基准进行修正。

4).按“先主后次，先粗后精”的顺序，对精度要求较高的各主要表面进行粗加工、半精加工和精加工。

5).对于与主要表面后位置精度要求的次要表面,应安排在主要表面加工之后加工。

6).对于易出现废品的工序,精加工和光整加工可适当提前,一般情况主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进行。

2.热处理工序安排的原则
调质的目的是为了提高工件的综合力学性能，减少工件的变形或为以后的表面热处理做好组织准备。

因此，一般安排在粗加工后、精加工前进行，可以保证淬透性差的钢种表面调质层（回火索氏体）的组织不被切削掉。

3.辅助工序安排的原则
1).中间检验一般安排在粗加工全部之后，精加工之前，送往外车间加工的前后，花费工时较多和重要工序的前后。

2).荧光检验、磁力探伤等特种检验，主要用于表面质量的检验，通常安排在精加工阶段。

荧光检验如用于检验毛坯的裂纹，则安排在加工前。

3).电镀、涂层、发蓝、氧化等表面处理工序，一般安排在工艺过程的最后进行。

通过前面对定位基准的选择，零件表面加工方法的选择及加工顺序的安排的分析说明，再结合本零件的结构特点及制定工艺路线的出发点：保证加工质量、提高生产率、降低成本，从而获得最好的经济性。

所以，此零件制定的工艺路线是：
00.下料
10.加工件1廓
20.切断
30.加工件2轮廓
40. 切断
50. 加工件3轮廓
60. 切断
70. 车另一端环槽
80. 粗精加工偏心孔
90. 加工件4轮廓
100. 切断
120. 粗精加工偏心外圆
130.去除锐边毛剌
140.吹气清洗
150.最终检验
数控加工的特点
1.采用数控机床加工零件可以提高加工精度，稳定产品的质量。

2.数控机床可以完成普通机床难以完成，或根本不能加工的复杂曲面的零件加工。

3.采用数控机床在生产效率上，可以比普通机床提高2～3倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可提高十倍甚至几十倍。

4.可以实现一机多用。

5.采用数控机床有利于向计算机控制与管理方面发展，为实现生产过程自动化创造条件。

数控编程方法及特点
编程零点及坐标系的选择
1.所选的编程原点及坐标系应使程序编制简单。

2.编程原点应选在容易找正，并在加工过程中便于检查的位置。

3.引起的加工误差小。

一般回转体零件的编程零点选在其加工面的回转轴线与端面交点处。

本次设计的两组合件主要加工工艺卡片如下表:
数控加工工艺卡片
卡2
具体加工程序如下: 件1加工程序:
1M003
2T01
3G00 X60 Z42 4G01 Z40 F500 5Z2 F300
6X40
7Z0 F200
8U3 W5 F500
9Z40 F1500
10X38 F300
11U2 W-2 F150 12U3 W3 F400
14G00 X-25 Z48
15X-20 F300
16Z0 F200
17X-18
18Z48
19X-20 Z30 F150
20Z48 F1500
21Z48 F1500
22T03
23G00 X50 Z48
24G01 Z40 F300
25X3 F150
26X40 F1500
27G26
28M30
件2左端成型:
1 M03 T01
2 G00 X55 Z70
3 G01 X50 F300
445
5X25 Z10 F200
6G02 X50 Z10 R10 F100 7G26
8M30
件3右端成型:
1M03 T01
2G00 X58 Z55
3G01 X30 F300
4Z35
5X40
6Z0 F200
7G26
件3左端成型:
1M03 T01
2G00 X38 Z55
3G01 X28 F300
4Z27 F300
5G26 M30
件3左端偏心外圆:
1M03 T0
2G00 X28 F300
3G01 X28 F300
4Z27 F300
5G26 M30
件4右端成型:
1M03 T01
2G00 X55 Z90
3G01 X41.8 F300 4Z10
5Z100 F1000
6T03
7G00 X50 Z80
8G01 Z55 F300
9X30 F100
10X55
11Z100
12T02
13G01 Z10 F300
14G02 X50 Z0 R10 15G01 Z100
16T05
17X28
18Z68
件3偏心孔成型:
1M03 T04
2Z48 F200
3Z48 F200
4Z80
5G26 M30
件3偏左端成型:
1M03 T03
2G01 X20 F300
3Z0
4Z06
5G26 M30
五、选择加工设备与刀、夹、量具
工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济性。

应根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。

1.机床的选择:
零件的加工精度很大程度上取决于所用机床，因此必须合理的选择机床，对于单件小批量生产一般选择通用机床；对于中批量则广泛采用专用机床、数控机床和组合机床。

在选择机床时应注意以下几点：
机床的加工尺寸范围与零件外形尺寸相适应。

机床精度与工件精度相适应。

与现有加工条件相适应。

机床的生产率应与工件的生产类型相适应。

本零件尺寸小、重量轻、属中批生产，其毛坯是棒料，加工余量较大，为了合理的利用机床，故此零件在粗加工时选用普通机床，另外工件的某些部分在普通机床上很难加工出来，又因此次设计着重练习的是对数控机床的熟练程度，故精加工时选择数控机床,根据现有的生产条件，选择的机床型号是：
CA6140普通车床
CJK6032A教学型数控车床
2.夹具的选择：
本零件是小批量生产，技术要求不太高，故采用通用夹具即可完成，因专用夹具的专用性能强、成本高、不易转变，不可长时间地使用，选用夹具时要保证夹具的坐标系方向相对固定，要协调零件和机床坐标系的尺寸关系：夹具上各零件应不妨碍机床对零件各表面的加工。

但是在加工偏心孔时必须采用专用车夹具进行装夹,根据以上所述和现有生产条件,本零件车削与铣削时均采用三爪卡盘进行装夹。

3.刀具的选择
在选择刀具方面,通常优先用通用夹具,对于不同材料的零件,一般都有适合将其切削的刀具。

刀具的选择不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量，与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装方便，这就要采用新型优质材料制造数控教工刀具，并优选刀具参数。

在选用刀具时应考虑工序种类，生产率，经济性，工件材料，生产批量，加工精度及表面粗糙度与所用机床的性能选用了标准刀具。

刀具材料应当选择高硬度、高耐磨性、高耐热性的材料，并有足够的强度和韧性，较好的工艺。

根据以上所述和现场加工条件，本零件选用YT类硬质合金刀具进行加工.
数控加工刀具卡片
3．量具的选择。