1、包頭鋼鐵職業技術學院軸類零件的加工工藝分析及實例系 別：機械系 專業班級：06數控設備應用與維護學號：200010141 姓名：高麗 指導老師：李霞軸類零件的加工工藝分析與實例摘 要：軸類零件為回轉體零件，其長度遠大于直徑，其主要表面是同軸線的若干外園柱面，園錐面，孔和螺紋等。軸類零件的功能多種多樣，有的用來傳遞運動，扭矩，如傳動軸：有的用來裝配，如心軸。根據結構形狀的不同，軸類零件可分為光滑軸，階梯軸，空心軸和異形軸（如曲軸）等四大類。 光滑軸的毛胚一般用熱軋圓鋼；階梯軸毛胚，根據各階梯的直徑差，可選用熱軋，冷扎圓鋼或鍛件；對某些大型，結構復雜的軸，可采用鑄件（球磨鑄鐵）；當要求毛胚具有較高

2、的力學性能時，應采用鍛件。關鍵詞：軸類零件、零件圖的工藝分析、工藝規程制訂前言所謂數控加工工藝，就是用數控機床加工零件的一種方法。數控加工與普通機床加工在方法和內容上很相似，但加工過程的控制方式卻大相徑庭。在機械加工中小批零件為例，在通用機床上加工，就某工序而言，其工步的安排，機床運動的先后次序，進給路線及相關切削參數的選擇等，雖然也有工藝文件說明，但操作上往往是有操作者自行考慮和確定的，而且是用手工方式進行的。在數控機床加工時，將記錄在控制介質上，描述加工過程所需的全部工藝信息，即原先在通用機床上加工時需要操作者考慮和決定的內容及動作的數碼信息輸入數控機床的數控裝置，對輸入信息進行運算和控制

3、，并不斷向伺服機構使機床實現加工運動的機電功能轉換部件發送脈沖信號，伺服機構對脈沖信號進行轉換與放大處理，然后由傳動機構驅動機床按所編程序進行運動，便可加工出我們所需要的零件。可見，實現數控加工，編程是關鍵。但必須由編程前的數控工藝做必要準備工作和編程后的善后處理工作。嚴格說來，數控編程也屬于數控工藝的范疇。1軸類零件的工藝分析1.1零件圖的工藝分析 內圓磨具主軸 針對上述要求，現舉例說明如下。一滲碳主軸（如上圖），每批40件，材料20Cr，除內外螺紋外S0.9C59。滲碳件工藝比較復雜，必須對粗加工工藝繪制工藝草圖（如圖）。主軸加工工藝過程工序工種工步工序內容及要求機床設備（略）夾具刀具量具

4、1車按工藝草圖車全部至尺寸工藝要求：（1）一端鉆中心孔2。（2）1：5錐度及莫氏3內錐涂色檢驗，接觸面60%。（3）各需磨削的外圓對中心孔徑向跳動不得大于0.1CA6140莫氏3號鉸刀莫氏3號塞規1：5環規檢查2淬熱處理S0.9C593車去碳。一端夾牢，一端搭中心架<1>車端面，保證36右端面臺階到軸端長度為40<2>修鉆中心孔5B型<3>調頭車端面，取總長340至尺寸，繼續鉆深至85，60°倒角檢查4車一夾一頂CA6140<1>車M30×1.56g左螺紋大徑及30JS5處至30<2>車25至25、長43<3

5、>車35至35<4>車砂輪越程槽5車調頭，一夾一頂<1>車M30×1.56g螺紋大徑及30JS5處至30<2>車40至40<3>車砂輪越程槽6銑銑19二平面至尺寸7熱熱處理HRC598研研磨二端中心孔9外磨二頂尖，（另一端用錐堵）M1430A<1>粗磨40外圓，留0.10.15余量<2>粗磨30js外圓至30t（二處）臺階磨出即可<3>粗磨1:5錐度，留磨余量10內磨用V型夾具（30js5二外圓處定位）M1432A磨莫氏3內錐（重配莫氏3錐堵）精磨余量0.20.2511熱低溫時效處理（烘），消除

6、內應力12車一端夾住，一端搭中心架<1>鉆10.5孔，用導向套定位，螺紋不攻Z2027<2>調頭，鉆孔5攻M66H內螺紋<3>锪孔口60°中心孔<4>調頭套鉆套鉆孔10.5×25（螺紋不改）<5>锪60°中心孔，表面精糙度0.860°锪鉆檢查13鉗<1>錐孔內塞入攻絲套<2>攻M126H內螺紋至尺寸14研研中心孔Ra0.815外磨工件裝夾于二頂尖間<1>精磨40及3525外圓至尺寸<2>磨M30×1.5M30×1.5左螺紋大徑至

7、30<3>半精磨30js5二處至30<4>精磨1:5錐度至尺寸,用涂色法檢查按觸面大于85%1:5環規16磨工件裝夾二頂尖間，磨螺紋<1>磨M30×1.56g左螺紋至尺寸M33×1.5左環規<2>磨M30×1.56g螺紋至尺寸M33×1.5環規17研精研中心孔Ra0.418外磨精磨、工件裝夾于二頂尖間M1432A精磨2-30至尺寸,注意形位公差19內磨工件裝在V型夾具中，以130外圓為基準，精磨莫氏3號內錐孔（卸堵，以230js5外圓定位），涂色檢查接觸面大于80%,注意技術要求“1”“2”MG1432A檢

8、查20普清洗涂防銹油，入庫工件垂直吊掛該軸類零件加工過程中幾點說明：1采用了二中心孔為定位基準，符合前述的基準重合及基準統一原則。2該零件先以外圓作為粗基準，車端面和鉆中心孔，再以二中心孔為定位基準粗車外圓，又以粗車外圓為定位基準加工錐孔，此即為互為基準原則，使加工有一次比一次精度更高的定位基準面。3號莫氏圓錐精度要求很高。因此，需用V型夾具以230js5外圓為定位基準達到形位公差要求。車內錐時，一端用卡爪夾住，一端搭中心架，亦是以外圓作為精基準。3半精加工、精加工外圓時，采用了錐堵，以錐堵中心孔作為精加工該軸外圓面的定位基準。 對錐堵要求： 錐堵具有較高精度，保證錐堵的錐面與其頂尖孔有較高同

9、軸度。 錐堵安裝后不宜更換，以減少重復安裝引起的安裝誤差。 錐堵外徑靠近軸端處須制有外螺紋，以方便取卸錐堵。4主軸用20Cr低碳合金鋼滲碳淬硬，對工件不需要淬硬部分發（M30×1.56g左、M30×1.56g、M126H、M66H）表面留2.53mm去碳層。5.螺紋因淬火后，在車床上無法加工，如先車好螺紋后再淬火，會使螺紋產生變形。因此，螺紋一般不允許淬硬，所以在工件中的螺紋部分的直徑和長度上必需留去碳層。對于內螺紋，在孔口也應留出3mm去碳層。6.為保證中心孔精度，工件中心孔也不允許淬硬，為此，毛坯總長放長6mm。7.為保證工件外圓的磨削精度，熱處理后須安排研磨中心孔的工

10、序，并要求達到較細的表面粗糙度。外圓磨削時，影響工件的圓度主要是由于二頂尖孔的同軸度，及頂尖孔的圓度誤差。8.為消除磨削應力，粗磨后安排低溫時效工序（烘）。9.要獲高精度外圓，磨削時應分粗磨、半精磨、精磨工序。精磨安排在高精度磨床上加工。1.2定位基準和裝夾方式的確定 工件的定位基準有各種形式，如平面，外圓柱面，圓孔，圓錐面，型面等等。對于這些基準表面可以用各種不同的方法實現定位。 （1）工件以平面為定位基準 常用支撐釘或支撐板作定位元件來實現定位。1）工件以未經機械加工的平面定位，一般采用三點定位方式。2）工件以已經機械加工的平面為定位基準平面時因其加工后誤差較小，可以直接放在平面上定位。3

11、）工件以平面定位時用的定位元件通常稱為支撐件。（2）工件以外圓柱面定位 常見的定位方式及定位件如下：1）工件在圓柱孔中定位時，定位件通常作成定位襯套，鑲在夾具體上，有時也可在夾具體上直接作出定位孔。定位時把工件的定位基準面放入定位孔中即可實現定位。2）用V形塊定位。V形塊是由兩個互成a角的平面組成的定位元件，用V形塊定位裝卸工件方便，并且在垂直的方向上誤差等于0，因此適用于加工對稱性要求較高的工件。（3）工件以孔定位（是指工件的定位基準為內圓柱面的情況），常用的定位方式有圓柱銷定位或心軸定位，錐銷定位及自動定心裝置。隨著批量的不同，加工精度要求的不同，工件大小的不同，工件的裝夾方法也不同。1.

12、 直接找正裝夾 此法是用劃針和百分表或目測直接在機床上找正工件位置的裝夾方法。這種方法的生產效率低，對人工的技術水平要求高，所以一般用于單件小批量生產中。2. 劃線找正裝夾 此法是在毛胚上線劃出中心線，對稱線及各待加工表面的加工線。然后按照劃好的線找正工件在機床上的位置。對于形狀復雜的工件，常常需要經過幾次劃線。由于劃線既費時，又需要技術水平高的劃線工，劃線找正的定位精度也不高，所以劃線找正裝夾只用于批量不大，形狀復雜笨重的工件，或毛胚的尺寸公差很大，無法采用夾具裝夾的工件。3. 專用夾具裝夾 專用夾具是根據工件某一工序的具體情況而專門設計，制造的。利用其上的定位元件和夾緊機構可以迅速，準確地

13、裝夾工件。用夾具裝夾工件廣泛用于成批大量生產。1.3確定加工路線 設計好數控加工刀具進給路線是編制合理加工程序的條件之一。另外在數控加工中要經常注意并防止刀具在運動中與工件，夾具等發生意外的碰撞，因此機床操作者要了解刀具運動路線（如從那里下刀，從那里抬刀等），了解并計劃好夾緊位置及控制夾緊元件的高度，以避免碰撞事故發生。1.4所用刀具的選擇 與傳統加工方法相比，數控加工對刀具的要求更高。尤其在刀具的剛性及耐用方面較傳統加工更為嚴格。因為刀具若剛性不好，會影響生產效率的提高，在加工中極易出現打刀的事故，也會降低加工精度。若刀具耐用度差，則需經常換刀，對刀，從而增加服務時間，并且容易在工件輪廓上留

14、下接刀痕跡，影響工件表面質量。此外，還要求刀具精度高，尺寸穩定，安裝調整方便。所以刀具的選擇是數控加工工藝中重要內容之一，要注意對工件的結構及工藝性認真分析，綜合機床加工能力，工件材料及工序內容等綜合考慮。在確定好刀具之后，要把刀具名稱，規格，代號和該刀具所要加工的部位記錄下來，并填入有關的工藝卡，供編程時適用。1.刀具材料及刀片選擇 當代所使用的金屬切削刀具材料主要有五類：高速鋼，硬質合金，陶瓷，立方氮化硼，聚晶金剛石。1）根據數控加工對刀具的要求，選擇刀具材料的一般原則是盡可能選用硬質合金刀具。將切削用硬質合金按用途分為P,K,M三類。P類主要用于加工鋼件，包括鑄件;K類主要用于加工鑄鐵，

15、有色金屬和非金屬材料；M類用于加工鋼，鑄鐵及有色金屬。2）陶瓷刀具不僅用于加工各種鑄鐵和不同鋼料，也適用于加工有色金屬和非金屬材料。使用陶瓷刀片，無論什么情況下都要使用負前角，為了不易崩刃，必要時可將刃口倒鈍。陶瓷刀具用于下列情況效果欠佳：1）短零件的加工；2）沖擊大的斷續切削和重切削；3）鈹，鎂，鋁和鎂等的單質材料及其合金的加工（易產生親合力，導致切削刃剝落或崩刃）。3）金剛石和立方氮化硼都屬于超硬刀具材料，它們可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙度值小。4）從刀具的結構應用方面，數控加工應盡可能采用鑲塊式機夾可轉位刀片以減少刀具耐磨損后的更換和預調時間。5

16、）選用涂層刀具以提高耐磨性和耐用度。2.銑刀的選擇 選擇銑刀時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。1）粗銑平面時，因切削力大，故宜選較小直徑的銑刀，以減小切削扭矩；精銑時，可選大直徑銑刀，并盡量包容工件加工面的寬度，以提高效率和加工表面質量。2）對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀，環形銑刀，鼓形刀，錐形刀和盤形刀。3）曲面加工常采用球頭銑刀，但加工曲面較平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而應采用環形刀。4）加工平面零件周邊輪廓（內凹或外凸輪廓），常采用立銑刀；加工凸臺，凹槽時，可選用高速鋼立銑刀；加工毛胚表面時可選鑲硬質合金的玉米銑刀。3.孔加

17、工刀具的選擇1）數控鉆孔一般無鉆模，鉆孔剛度差，應使磚頭直徑D滿足了L/D5（L為鉆孔深度）。鉆大孔時，可采用剛度較大的硬質合金扁鉆；鉆淺孔時宜采用硬質合金的淺孔鉆，以提高效率和加工質量。2）應選用大直徑鉆頭或中心鉆先锪一個內堆坑，作為鉆頭切入時的定心錐面，再用鉆頭鉆孔，所锪的內錐面也是孔口的倒角，有硬皮時，可用硬質合金銑刀先銑曲孔口表皮，再锪錐孔和鉆孔。3）精鉸孔可采用浮動鉸刀，但鉸前孔口要倒角。4）鏜孔一般是懸臂加工，應盡量的采用對稱的兩刃或兩刃以上的鏜刀頭進行切削，以平衡徑向力，減輕鏜削振動。對階梯孔的鏜削加工采用組合鏜刀，以提高鏜削效率。精鏜宜采用微調鏜刀。選擇鏜刀主偏角接近90

18、76;，大于75°，精加工采用正切削刃（正前角）刀片，粗加工采用負正切削刃刀片。5）鏜孔加工除刀片與刀具選擇，主要的問題是鏜桿的剛度，應盡可能選擇較粗（接近鏜孔直徑）的刀桿，盡可能選短的刀桿臂，以防止或消除振動，當刀桿臂小于4倍刀桿直徑時可用鋼制刀桿，加工要求較高的孔時最好選用硬質合金制刀桿。當刀桿臂大于47倍刀桿直徑時，小孔用硬質合金制刀桿，大孔用減震刀桿。當刀桿臂為710倍的刀桿直徑時，需采用減震刀桿。此外，在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規定時進行選刀和換刀工作。 因此必須有一套連接普通刀具的刀柄或接桿，以便使鉆，鏜，擴，鉸，銑削等工序用的標準刀具，迅速，標準地裝到

19、機床主軸或刀庫上。2切削參數的確定 2.1切削用量的選擇 數控加工切削用量包括主軸轉速n（切削速度），背吃刀量ap和進給量f（或進給速度vf）。其確定原則與普通機械加工相似。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并編入程序單內。 合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產率為為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率，經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書，參考切削用量手冊，并結合經驗而定。2.2背吃刀量的選擇 確定背吃刀量ap（mm） 主要根據機床，夾具，刀具和工件的剛度來決定。在剛度允許的情況下，ap相當于加工余量，應以最

20、少的進給次數切除這一加工余量，最好一次切凈余量，以提高生產效率。為了保證加工精度和表面粗糙度，一般都要留一點余量最后精加工。在數控機床上，精加工余量可小于普通機床。2.3主軸轉速的確定 主要根據允許的切削速度vc（m/min）選取 N=1000vc/D其中vc切削速度； D工件或刀具的直徑（mm） 切削速度高，也可能提高生產率，但是應先考慮盡可能采用大的背吃刀量來提高生產率。因為切削速度與刀具耐用度關系密切，隨著vc的加大，刀具耐用度將急劇降低，故vc的選擇主要取決于刀具耐用度。 主軸轉速n要根據計算值在編程中給予規定。有的數控機床控制面板上備有轉速倍率開關，由操作隨時調整具體的主軸轉速。2.

21、4進給速度的確定 f是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。當加工精度要求高，表面粗糙度值要求低時，進給量數值應選擇小些。最大進給量則受機床剛度和進給系統性能限制，并與脈沖當量有關。一般數控機床進給量是連續變化的，各檔進給量可在一定范圍內進行無級調整，也可在加工過程中根據控制面板上的進給速度倍率開關由操作者設定。 在選擇進給速度時，還要注意零件加工中的某些特殊因素。例如輪廓加工中，應考慮由于慣性或工藝系統的變形而造成輪廓拐角處的“超程”或“欠程”。解決的辦法是選擇變化的進給速度。編程時，在接近拐角前適當降低進給速度，過拐角后再逐漸增速。3

22、工藝文件3.1工序的確定1.按定位方式劃分工序 這種方法一般適合加工內容不多的工件，加工完后就能達到待檢狀態。通常是以一次安裝，加工作為一道工序。2.按所用刀具劃分工序 有些零件雖然能在一次安裝中加工出很多待加工面，但為了減少換刀次數，壓縮空間時間，可按刀具集中工序的方法加工工件，在一次安裝中盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換一把刀加工其它部位。即以同一把刀加工的內容劃分工序。3.按粗，精加工劃分工序 考慮工件的加工精度，精加工分開的原則來劃分工序，即先粗加工后精加工。此時可用不同的機床或不同的刀具進行加工。一般來說，在一次安裝中不允許將工件的某一表面粗，精加工不分地加工至精

23、度要求后，再加工工件的其它表面。4.按加工部位劃分工序 有些零件加工內容很多，構成零件輪廓的表面結構差異較大。可按其結構特點將加工部位分成幾個部分，如內形，外形，曲面或平面等。 綜上所述，在劃分工序時，一定要視零件的結構與工藝性，機床的功能，零件數控加工內容的多少，安裝次數以及生產組織狀況等實際情況靈活掌握。3.2加工工序卡的制定 數控加工工序卡與普通加工工序卡很相似，也表述了加工工藝內容。同時還要反映使用的輔具，刃具切削參數，切削液等，它是操作人員配合數控程序程序進行數控加工的主要指導性工藝資料。工序卡應按已確定的工步順序填寫。 若在數控機床上只加工零件的一個工步時，也可不填工序卡。在工序加

24、工內容不十分復雜時，可把零件草圖反映在工序卡上，并注明編程原點與對刀點等，例如：加工工序卡片 xxx機械廠數控加工工序卡片產品名稱代號零 件 名 稱零件圖號js0102-4工 藝 序 號程 序 編 號夾具名稱編號使用設備車間1鏜胎工步號工步作業內容加工面刀具號規格轉速(r/min)進給量mm/r切削深度備注1鉆中心孔2鉸刀150122車端面外圓刀90度600223鉆中心孔5B456789編 制審核批準年 月 日共頁第 頁4典型零件工藝及編程4.1零件圖 4.2零件圖樣分析 圖示工件主要由圓弧、圓錐、螺紋、內孔等形狀構成，是一個典型的綜合型零件，最大外圓48mm尺寸要求較高，整體表面粗糙度要求較

25、高Ra1.6um ，圓弧弧度要求為0.02mm。無公差要求的長度尺寸，可按一般0.2公差加工。4.3零件加工工藝分析工件右端有圓弧、錐度和螺紋，難以裝夾，所以先加工好左端內孔和外圓再加工右端。加工左端時，先完成內孔各項尺寸的加工，再精加工外圓尺寸。調頭裝夾時要找正左右端的同軸度。右端加工時，先完成圓弧和錐度的加工，再進行螺紋加工。弧度和錐度都有相應的要求，再加工錐度和圓弧時，一定要進行刀尖半徑補償才能保證其要求。該工件裝夾采用標準的三爪卡盤，但加工右端時，要用銅皮或者C型套包住左端加工表面，防止卡爪夾傷表面。4.4切削用量的選擇刀具號刀具名稱背吃刀量轉速進給率T0101外圓車刀（粗）25000

26、.2外圓車刀（精）0.110000.08T0202切槽刀3500.1T0303外螺紋刀800T0404內孔鏜刀（粗）25000.15內孔鏜刀（精）0.110000.084.5數控加工步驟加工步驟如下： 手工鉆孔24底孔，欲切除內孔余量 粗車左端端面和外圓，留精加工余量 粗鏜內孔，留加工余量 精鏜內孔，到達圖紙各項要求； 精車左端各表面，達到圖紙要求，重點保證48外圓尺寸； 調頭裝夾，找正夾緊； 粗車右端外圓表面，留精加工余量 精車右端錐度和圓弧表面，螺紋大徑車小0.2，其余加工達到圖紙尺寸和形位公差要求； 車螺紋退刀槽并完成槽口倒角； 螺紋粗、精加工達圖紙要求；去毛倒刺，檢測工件各項尺寸要求。

27、46數控加工程序的編制工件左端程序程序號加工程序程序是說明O0711程序名N20G28 U0 W0刀具回換刀點N30T0101換1號外圓刀,導入該刀具刀補N40M08切削液開N5OM03 S500主軸正轉，轉速500N60G00 X55.0 Z0.0快速進刀N70G01 X25.0 F0.1平端面N80G00 X55.0 Z2.0快速退刀N90G90 X48.4 Z-40.0用外徑切削固定循環粗加工48外圓N100G01 X44.4 Z0.0進刀N110X48.4 Z-2.0倒角粗加工N120G00 Z2.0退刀N130M03 S1000 F0.8換精加工轉速及進給率N140N150N160N

28、170N180N190N200N210N220N230N240N250N260 N270N280N290N300N310G00 X44.0 G01 Z0.0X48.0 Z-2.0Z-40.0X51.0G28 U0 W0T0404G41 GOO X24.0 Z2.0G71 U2.0 R1.0G71 P240 Q280 U-0.1 F-0.15G01 X38.0Z0.0X28.0 Z-20.0Z-30.0X25.0M03 S1000 F0.08G70 P170 Q210G40 G28 U0 W0快速到達精加工起刀位置開始精加工倒角精加工48的外圓退刀回換刀點換內孔鏜刀快速定位到循環起點粗加工內輪廓

29、內輪廓起點精加工輪廓描述內輪廓終點換精工轉速及進給率精加工內輪廓回換刀點工件右端程序程序號加工程序程序說明O0712程序名N10G99 G40 G21 G54程序初始化N20G28 U0 W0刀具回換刀點N30T0101換1號外圓刀，導入該刀具刀補N40M08切削液開N50M03 S500主軸正轉，轉速500N60G42 G00 X55.0 Z2.0快速進刀N70G71 U2.0 R1.0粗加工右端外輪廓N80G71 P90 Q190 U0.1 W0.1 F0.2N90G01 X0.0外輪廓起點N100Z0.0精加工輪廓描述N110G03 X20.0 Z-10.0 R10.0N120G01 Z-15.0N130X23.0N140X26.8 Z-17.0N150Z-35.0N160X28.0N170X38.0 Z-55.0N180G02 X48.0 Z-60.0 R5.0N190G01 X50.0外輪廓終點N200M03 S1000 F0.08換精加工轉速及進給率N210G70