零件工藝設計 (2)

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1、 第1章 零件工藝分析 圖1-1 零件圖 1.1 零件的分析 1.1.1 零件的作用 該零件為軸類零件，是機器中的主要零件之一，它的主要功能是支承傳動件（齒輪、帶輪、離合器等）、傳動轉矩和動力、承受載荷、以及保證裝在主軸上的工件或刀具具有一定的回轉精度，如齒輪，車輪，電動機，轉子，銑刀等各種作回轉運動的零件，都必須安裝在軸上，才能實現它們的功用。 1.1.2 零件圖工藝分析 該零件加工包括車端面，外圓，倒角，圓弧，螺紋，槽等表面組成。其中由較嚴格直徑尺寸精度要求的如，，，軸線長度的精度如，，，圓柱表面有同軸度控制要求，外圓柱面尺寸公差等級為，加工表面粗糙度為，尺寸標注完整

2、，輪廓描述清楚，該軸有正火和調質熱處理要求。 通過上述分析，可采用以下幾點工藝措施 1) 對圖樣上給定的幾個有公差要求較高的尺寸，為保證精度，編程時應取平均值。 2) 在輪廓曲線上，有一處為圓弧，在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性。 3) 為便于裝夾，坯件左端應預先車出夾持部分 1.1.3 零件的技術要求分析 1. 尺寸精度 尺寸精度軸類零件的主要表面常為兩類，一類是與軸承的內圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為；另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，通常為。 2. 幾何形狀精度 幾何形狀精度主要指

3、軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應限制在尺寸公差范圍內，對于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。該典型軸類零件長度為，螺紋大徑為、長度為，外圓錐面的錐度為、長度為，孔的總長、直徑分別為//，都限制在直徑公差點范圍內。對幾何形狀精度要求較高時，可在零件圖上另行規(guī)定其允許的公差。 3. 相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為，高精度軸（如主軸）通常為。 該典型軸類零件外圓圓柱

4、軸線相對于外圓圓柱軸線的同軸度公差是。端面與軸心線保持垂直，兩端端面要保持平行?？椎谋砻媾c外表面也應保持平行。 4. 表面粗糙度 軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據加工的可能性和經濟性來確定。一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為。該典型軸類零件的直徑為的外圓的粗糙度為，直徑為和外圓、及直徑為孔的內表面的粗糙度均為，其它位置的粗糙度為，可以根據加工的可能性和經濟性來確定。通過查閱機械設計手冊可知通過精加工能滿足要求。 在加工該軸類零件時，需采用粗車與精車結合的方法，在粗加工零件表面輪廓時，必須保證的精加工余量，必要時需使用刀偏表，對刀具進給時進行誤

5、差的控制，有效地減小誤差，方能確定該零件在加工精度方面的各種要求。根據各加工方法的經濟精度及一般數控車床所能達到的位置精度，該零件沒有很難加工的表面，綜合上述各表面的技術要求，采用常規(guī)加工工藝均可以保證。 1.2 毛坯和材料選擇 1.2.1 生產類型的確定 表1-1生產綱領和生產類型的關系 生產類型 零件的年生產綱領（年/件） 重型零件 （30 KG以上） 中型零件 （4～30 KG） 輕型零件 （4KG以下） 單件生產 小批生產 中批生產 大批生產 大量生產 <5 5～100 100～300 300～1000 >1000 <10 10～200

6、200～500 500～5000 >5000 <100 100～500 500～5000 5000～50000 >50000 由于我們加工的零件屬于輕型零件且加工的件數為1000件/年，所以由表1-1可以看出，我們選擇的生產類型為大批生產。 1.2.2 毛坯類型的確定 毛坯是根據零件所要求的形狀、工藝尺寸等而制成的供進一步加工用的生產對象。 機械加工中常用的毛坯類型有以下幾種： 鑄件 將熔融的金屬澆入鑄型，凝固后得到的金屬毛坯。 鍛件 金屬材料經過鍛造變形而得到的毛坯。 型材 各種熱軋和冷軋的圓鋼、板材、異型材等，適用于形狀簡單的、尺寸較

7、小的零件。 焊接件 是將各種金屬零件用焊接的方法，而得到的結合件。 軸類零件最常用的毛坯是圓形棒料和鍛件，由于毛坯經過加熱鍛造后，能使金屬內部纖維組織沿表面均勻分布，可獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度，這樣既可以改變力學性能，又能節(jié)約材料、減少機械加工量。但由于該零件材料為鋼且零件各階梯的直徑差較小切無過多的技術要求，可選用圓形棒料。毛坯可由型材中的號長圓鋼切割成棒料得到。 1.2.3 零件的熱處理 軸的質量不僅與所選鋼材種類有關，還與熱處理有關。 正火：將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃,保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。 退火：將鋼加熱到適度溫度，保持一

8、定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。 調質：淬火與高溫回火的復合熱處理。 高溫回火：淬火鋼件在高于500℃條件下的回火。 正火工藝的主要特點是完全奧氏體化和。與退火相比空冷，正火的冷卻速度稍快，過冷度較大。因此，正火組織中先析相的量較少，組織較細，其強度、硬度比退火稍高?？勺鳛轭A先熱處理，改善低碳鋼或低碳合金鋼的切削加工性。調質可以使鋼的性能，材質得到很大程度的調整，其強度、塑性和韌性都較好。調質后，鋼具有優(yōu)良的綜合力學性能。 1.2.4 毛坯和材料確定 根據以上分析和零件圖的綜合分析，確定本零件的毛坯選用零件材料為45圓形鋼，毛坯為。采用本材料加工方便，而且能達到使用要求。

9、 第2章 數控加工工藝設計 數控機床的加工工藝與通用機床的加工工藝有許多相同之處，但在數控機床上加工零件比通用機床加工零件的工藝規(guī)程要復雜得多。在數控加工前，要將機床的運動過程、零件的工藝過程、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等都編入程序，這就要求程序設計人員具有多方面的知識基礎。合格的程序員首先是一個合格的工藝人員，否則就無法做到全面周到地考慮零件加工的全過程，以及正確、合理地編制零件的加工程序。零件選用的材料為圓形鋼，毛坯為，該材料先用正火作為預先熱處理，改善零件的切削加工性。調質最終熱處理后得到具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那

10、些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{質＋表面淬火提高零件表面硬度.下面就本圖進行工藝設計。 2.1 工藝方案 工藝方案的制定和選擇，是工藝工作中的重要一環(huán)。制定工藝方案與技術經濟分析必須運用價值工程的原理，提出各種制造零件價值較高的方案，每種方案所使用的設備、工具和工藝流程各不相同。對可行的各種工藝方案進行技術經濟分析，篩選出技術上先進，經濟效益好，生產單位現有和可能提供的物質和技術條件允許的最佳方案。 工藝方案的制定： 方案一：三爪自定心卡盤夾緊圓形鋼的一端，試切端面及外圓，對刀。手動鉆通孔。平全長，車夾頭位。粗車內孔至。掉頭，三爪卡盤夾外圓，

11、夾長。試切外圓及端面，對刀。右端為工件零點。平端面，保證總長。粗車球面外圓至（長）。粗車處至（長）。粗車球面至。粗車螺紋外徑至（長）。距螺紋端面處切槽（寬）及車錐面。三爪卡盤裝夾大頭外圓。在小端車夾持位階梯，左階梯端面見光（小頭端面不加工，全長）掉頭，三爪卡盤夾外圓，試切外圓及端面對刀。精車端面，保證全長尺寸。精車外圓、錐面及外圓至尺寸，保證工序長度尺寸，并外圓倒角。內孔切槽、精車內孔（長），倒角。外圓上切槽（深）。掉頭，三爪卡盤夾外圓，夾長（墊銅片保護已加工表面），百分表校正外圓。試切外圓對刀及精車端面。保證全長。倒角，半精車外圓到，螺紋外徑至，球面至。粗切退刀槽至，保證螺紋長度及左階梯面長

12、度。精車球面左端面，保證軸向尺寸（注意喉徑）。車螺紋外徑到、螺紋尾部倒角、退刀槽至，保證階梯面長度尺寸。精車（長）外圓至尺寸，精車球面至尺寸。車螺紋，去毛刺。 方案二：三爪自定心卡盤夾緊圓形鋼的一端，試切端面及外圓，對刀。手動鉆通孔。平全長，車夾頭位。粗車內孔至。精車端面，保證全長尺寸。精車外圓、錐面及外圓至尺寸，保證工序長度尺寸，并外圓倒角。內孔切槽、精車內孔（長），倒角。外圓上切槽（深）。掉頭，三爪卡盤夾外圓，夾長（墊銅片保護已加工表面），百分表校正外圓。試切外圓及端面，對刀。右端為工件零點。平端面，保證總長。粗車球面外圓至（長）。粗車處至（長）。粗車球面至。粗車螺紋外徑至（長）。距螺紋

13、端面處切槽（寬）及車錐面。精車端面。保證全長。倒角，半精車外圓到，螺紋外徑至，球面至。粗切退刀槽至，保證螺紋長度及左階梯面長度。精車球面左端面，保證軸向尺寸（注意喉徑）。車螺紋外徑到、螺紋尾部倒角、退刀槽至，保證階梯面長度尺寸。精車（長）外圓至尺寸，精車球面至尺寸。車螺紋，去毛刺。 通過上述方案的分析可知，方案二加工工序比較集中，加工過程中比較繁瑣，而且必須注意粗基準在同一尺寸方向上只能使用一次。不然加工零件時也會產生誤差，零件的技術要求也較難達到。相比方案一加工工序分散。粗，精加工分開，這樣更能夠保證零件的加工要求，在大批量生產時效率也會大大提高。所以通過以上兩種方案，我們優(yōu)先選取方案一進

14、行加工。其加工工藝路線為：下料—正火熱處理—車兩端面—加工內表面—粗車外圓表面—調質熱處理—半精車內表面及外圓表面—精車各外圓表面及內表面—檢驗。 零件的數控加工工藝過程卡（見附表1） 2.2 選擇設備 2.2.1 數控機床的選擇 數控機床具有技術密集和知識密集的特點，集機、電、液、氣于一身，是一種自動化程度高、結構復雜而又昂貴的先進加工設備。根據零件的表面粗糙度、以及公差等級與零件的生產成本相結合故選經濟型數控機床，該機床高速性能好，鋼度較高，工作穩(wěn)定可靠，定位精度和重復精度較高，不需要模具就可以確保零件的加工精度，減少了輔助時間，提高了勞動生產率，同時還保證了產品質量。 根據被加

15、工零件的外形和材料等條件，選用CJK6136數控車床最好。 該數控機床高速性能好，定位精度和重復精度較高，適用于加工軸類等精度要求較高的回轉體零件。 CJK6136經濟型數控機床 加工范圍 床身上最大回旋直徑 地板上最大回旋直徑 最大工件長度 床身寬度 主軸 主軸端部型式 主軸通孔直徑 主軸孔錐度 主軸轉速 進給 脈給當量 拖板快速移動速度X/Z 重復定位精度 刀架 刀具數量 刀柄尺寸 換刀時間 尾座 尾座套簡錐度 尾座套簡直徑 尾

16、座套簡行程 主電機 機床重量 機床外形尺寸（長×寬×高） 數控系統(tǒng)（用戶選用）????????? 補償方式 刀具及反向間隙自動補償 “鑫普”牌CJK6136A經濟型數控車床性能特點： CJK6136A數控車床是利用先進技術數控導軌磨對普通車床C4136A-1進行數控化改制、開發(fā)的高精度、加大主軸孔、齒輪多極變速數控車床（48-980轉/分鐘）。 1. 可自動車削各種回轉表面，如圓柱面、圓錐面、特形面等，并能進行切槽、車螺紋、鏜、鉸、鉆加工，效率高，適用性強，非常適合批量生產。

17、2. 機床精度高，系統(tǒng)最小設定單位0.001mm，X軸重復定位精度0.010mm，Z軸重復定位精度0.012mm。主軸軸承采用哈爾濱BEARING高精密度雙滾珠軸承，主軸箱齒輪全部超音頻淬火、精密磨齒，精度高，噪音低。 3. 床身導軌經超音頻淬火后數控精磨，硬度高，剛性好，精度更高。床頭、導軌、床鞍、拖板尺寸加厚，強度增大。 4. 滾珠絲桿采用整體內循環(huán)絲桿，配對角接觸球軸承支承并預緊。導軌、絲桿等采用集中自動潤滑，具有運動靈活、減少熱變形、精度穩(wěn)定的特點 5. 電動刀架有四工位立式、六工位臥式，采用精密齒盤定位，重復定位精度高。 6. 尾架采用偏心輪自鎖機構加螺紋鎖緊，更快捷更緊固。

18、尾座套筒內有防止鉆頭旋轉的裝置，有效的保護了尾座部件。 7. 用戶可根據自己產品的特點選用變頻調速，液壓卡盤，液壓尾座，電動卡盤，手持式電子脈沖手輪等。 2.2.1 量具的選擇 在數控機床上進行加工一般選用通用量具，如游標卡尺、千分尺等。量具的精度必須與零件的加工精度相適應。而該零件最小精度為0.02，則用游標卡尺和尺寸公差對照即可，由于該零件有螺紋，因此還要卡規(guī)、塞規(guī)、正弦規(guī)、螺紋百分表。 2.3 數控加工工藝設計方法 2.3.1 數控加工工藝路線的設計 數控加工工藝路線設計與通用機床加工工藝路線設計的主要區(qū)別,在于它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數控加工工序工

19、藝過程的具體描述。因此在工藝路線設計中一定要注意 圖2-1 工藝流程 到，由于數控加工工序一般都穿插于零件加工的整個工藝過程中，因而要與其它加工工藝銜接好。常見工藝流程如圖2-1所示。 2.3.2 定位基準的確定 在數控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要。因此往往需要設置一些輔助基準，或在毛坯上增加一些工藝凸臺。如圖a所示的零件，為增加定位的穩(wěn)定性，可在底面增加一工藝凸臺，如圖b所示。在完成定位加工后再除去。 a)改進前的結構 b)改進后的結構 圖2-2定位基準 零件安排加工順序時，應遵循“先粗后精”的加工順序：先加工基準表面，后加工其它表面；先加工主要

20、表面，后加工次要表面；先加工內孔，后加工外圓。 選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，并注意盡快獲得精基準面。在具體選擇時應考慮下列原則： 1) 如果要求保證工件上某重要表面的加工余量均勻，則應選該表面為粗基準。 2) 若要求保證加工面與不加工面間的位置要求，則應選不加工面為粗基準。 3) 作為粗基準的表面，應盡量平整光潔，有一定面積，以使工件定位可靠、加緊方便。 4) 粗基準在同一尺寸方向上只能使用一次。 選擇精基準時，主要考慮保證加工精度和安裝方便可靠。其選擇原則為： 1) 基準重合原則。 2) 基準統(tǒng)一原則。 3) 自為基準原則。 4) 互為基準原則。 5

21、) 所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設計簡單、操作方便。 綜上可知確定該零件的粗基準和精基準 粗基準 以圓鋼的外表面的外圓作為基準表面以圓鋼的中心作為粗基準加工 精基準 以外圓及外圓作為基準表面以軸線為精基準進行精加工 2.4 確定定位和夾緊方案 2.4.1 夾具的選擇 數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能協調零件與機床坐標系的尺寸。 根據夾具的選擇原則以及考慮綜合經濟性。如果是小批量加工時，應盡量采用組合夾具、可調式夾具及其他通用夾具；當成批生產時，可考慮采用專用夾具，但應力求結構簡單；當批量較大時應采用氣動或液

22、壓夾具、多工位夾具等。 又根據零件的工藝分析得，采用三爪自定心卡盤裝夾方法。三爪卡盤夾緊力小，夾持工件時一般不需要找正，裝夾速度較快。 綜合考慮后，可選用三爪自定心卡盤作為該零件夾具。 在確定定位和夾緊方案時應注意以下幾個問題： 1. 盡可能做到設計基準、工藝基準與編程計算基準的統(tǒng)一； 2. 盡量將工序集中，減少裝夾次數，盡可能在一次裝夾后能加工出全部待加工表面； 3. 避免采用占機人工調整時間長的裝夾方案； 4. 夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位。 2.5 刀具選擇 刀具的選擇是數控加工工藝中重要內容之一，不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質量。另外，數控機床主

23、軸轉速比普通機床高l-2倍，且主軸輸出功率大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比，數控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、強度大、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調整方便。這就要求采用新型優(yōu)質材料制造數控加工刀具，并合理選擇刀具結構、幾何參數。根據此零件的精度和表面粗糙度等要求，制定零件的數控機床刀具卡片（見附表3）。 2.6 確定切削用量 數控車削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、進給量f（進給速度vf）、切削速度vc（主軸轉速n）。這些條件決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。經濟的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。編程人員在確定切削用量時，要根據被加工工件材料、硬度、切削狀態(tài)

24、、背吃刀量、進給量，刀具耐用度，最后選擇合適的切削速度。 （1） 切削用量的選用原則 粗車時，應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度。選擇切削用量時應首先選取盡可能大的背吃刀量ap，其次根據機床動力和剛性的限制條件，選取盡可能大的進給量f，最后根據刀具耐用度要求，確定合適的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次數減少，增大進給量f有利于斷屑。 精車時，對加工精度和表面粗糙度要求較高，加工余量不大且較均勻。選擇精車的切削用量時，應著重考慮如何保證加工質量，并在此基礎土盡量提高生產率。因此，精車時應選用較?。ǖ荒芴。┑谋吵缘读亢瓦M給量，并選用性能高的刀具材料和合理的幾何參數，以盡

25、可能提高切削速度。 （2） 切削用量的選取方法 1） 背吃刀量的選擇? 粗加工時，除留下精加工余量外，一次走刀盡可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般較小，可一次切除。在中等功率機床上，粗加工的背吃刀量可達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） 進給量（進給速度）的確定?? 粗加工時，由于對工件的表面質量沒有太高的要求，這時主要根據機床進給機構的強度和剛性、刀桿的強度和剛性、刀具材料、刀桿和工件尺寸以及已選定的背吃刀量等因素來選取進給速度。精加工時，則按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素來選取進給速度。進給速度νf

26、可以按公式νf =f×n計算，式中f表示每轉進給量，粗車時一般取0.3～0.8mm／r；精車時常取0.1～0.3mm/r；切斷時常取0.05～0.2mm/r。 3） 切削速度（主軸轉速）的確定? 切削速度vc可根據己經選定的背吃刀量、進給量及刀具耐用度進行選取。實際加工過程中，也可根據生產實踐經驗和查表的方法來選取。粗加工或工件材料的加工性能較差時，宜選用較低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能較好時，宜選用較高的切削速度。切削速度vc確定后，可根據刀具或工件直徑（D）按公式n=l000vc/πD 來確定主軸轉速n（r/min）。 （3） 選擇切削用量時應注意的幾個問題 1）

27、 主軸轉速? 應根據零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了計算和查表選取外，還可根據實踐經驗確定，需要注意的是交流變頻調速數控車床低速輸出力矩小，因而切削速度不能太低。根據切削速度可以計算出主軸轉速 2） 車螺紋時的主軸轉速? 數控車床加工螺紋時，因其傳動鏈的改變，原則上其轉速只要能保證主軸每轉一周時，刀具沿主進給軸（多為Z軸）方向位移一個螺距即可 綜上所述，該零件的切削要素選擇如下： 背吃刀量的選擇 零件輪廓粗車循環(huán)和內孔加工時選，精加工時選，螺紋粗車時選，逐刀減少粗車次后，精車時選。粗車和精車的背吃刀量的選取都是根據平時上

28、課所講的及前人的實踐經驗所給定的。 進給量的選擇 粗車外圓表面和端面時選，精車時選，切槽時選，鉆孔時,粗車內孔時,精車內孔時,切螺紋時選。粗車和精車的進給量的選取都是根據平時上課所講的及前人的實踐經驗所給定的。 主軸轉速的選擇 粗車外圓表面和端面時，精車時,切槽時，鉆孔時,粗車內孔時,精車內孔時，切螺紋時,粗車和精車的主軸轉速的選取都是根據平時上課所講的及前人的實踐經驗所給定的。 第3章 工序卡制定 機械加工工序卡片是根據機械加工工藝卡片為一道工序制訂的。它更詳細地說明整個零件各個工序的要求，是用來具體指導工人操作的工藝文件。在這種卡片上要畫工序簡圖，說明該工序每一工步的內容、

29、工藝參數、操作要求以及所用的設備及工藝裝備。一般用于大批大量生產的零件（機械加工工序卡片見附表2）。 第4章 數控程序編制 數控加工程序中所用的各種代碼，如坐標尺寸值、坐標系命名、數控準備功能指令、輔助動作指令、主運動和進給速度指令、刀具指令以及程序和程序段格式等方面，都已制訂了一系列的國際標準，中國也參照相關國際標準制定了相應的國家標淮，這樣極大地方便了數控系統(tǒng)的研制、數控機床的設計、使用和推廣。但在編程的許多細節(jié)上，各國廠家生產的數控機床并不完全相同，因此編程時還應按照具體機床的編程手冊中的有關規(guī)定來進行，這樣所編出的程序才能為機床的數控系統(tǒng)所接受（編程見附表4）。 14