阶梯螺纹轴的数控加工与工艺

阶梯螺纹轴的数控加工与工艺第1章阶梯螺纹轴的工艺分析1.1阶梯螺纹轴的零件图图1.1阶梯螺纹轴零件图1.1分析图样可知：该零件图为轴类回转体，所要加工的内容主要有圆柱面、半圆球、锥面、螺纹、螺纹退刀槽、内孔等组成，该零件的表面粗糙度、尺寸精度等要求较高，需合理选用切削用量和刀具在加工中予以保证，该零件关键工序是M18的螺纹、Ф18mm至Ф34mm的锥度、内孔及SR6半圆球。

该零件分两次装夹，第一次夹住工件右端车左端，第二次夹住已加工Ф36mm 表面，加工零件右端，加工过程大致应为车两端面、钻中心孔、钻孔、车左端外圆及内孔、平总长、车右端外圆。

1.2毛坯的种类（1）铸件：适用于形状复杂的零件毛坯。

其方法主要是铸造。

（2）锻件：适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。

（3）型材：型材有热轧和冷拉两种。

热轧适用于尺寸较大精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。

（4)焊接件：将型材或钢板等焊接成所需要的零件结构，简单方便，生产周期短，但需要经时效处理后才能进行机械加工。

1.2.1毛坯的选择原则在选择毛坯时应考虑下列因素：（1）材料和机械加工性能。

材料能否在加工设备上顺利加工决定其加工的难易程度，而在切削过程中会产生大量切削热致使工件的性能和组织发生改变。

（2）零件的结构形状和外形尺寸。

选择零件的毛坯时其大小，形状尽可能与零件图相近。

(3)生产纲领大小。

当零件产量较大时，应选择精度和生产率较高的毛坯制造方法。

（4）生产条件。

选择毛坯时，要考虑到毛坯的制造水平，设备加工精度，员工的技术水平经济性等。

(5)充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能。

为节约材料和能源，发展趋势是少切屑、无切屑毛坯制造。

该零件材料为45钢、属于中小传动轴，应选用Ф45mm的圆钢做毛坯。

1.3表面加工方法的确定任何零件都是由一些简单表面如外圆、内孔、平面和成形表面等进行不同组合而形成的，根据这些表面所要求的精度和表面粗糙度以及零件的结构特点，将每一表面的加工方案确定下来，也就确定了零件的全部加工内容。

确定零件表面的加工方法，是以各种加工方法的加工经济精度和其相应的表面粗糙度为依据，加工经济精度是指在正常条件下，采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间所能保证的加工精度。

该零件大都是回转表面，应采用车削成形。

外圆表面加工的方法为：下料→车端面，钻中心孔→车削各个外圆，切槽→车螺纹。

内孔的加工方法为：钻孔→粗镗→精镗。

1.4基准的分类在机床上加工工件时，必须使工件在机床或夹具上处于某一正确的位置，这一过程称为定位。

工件定位后一般还需夹紧，以便在承受巨大的切削力时仍能保持其正确位置。

在零件图样和实际零件上，总要依据一些指定的点、线、面来确定另一些点、线、面的位置。

这些作为依据的点、线、面就称为基准。

根据功用的不同，基准可以分为设计基准和工艺基准两大类。

1.设计基准设计基准是在零件图上用于标注尺寸和表面相互位置的基准。

2.工艺基准在零件加工、测量和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。

根据用途的不同可以划分为工序基准、定位精准、测量基准和装配基准（1）工序基准。

在工序图上，用以标注本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。

（2)定位基准。

是指在工件加工过程中，用于确定工件在机床或夹具上的位置基准。

（3）测量基准。

是指检验工件时，用于测量已加工表面的尺寸及各表面之间位置精度的基准。

（4)装配基准。

是指机器装配时用以确定零件或部件在机器中正确位置的基准。

1.4.1定位基准的选择在零件加工过程中合理的选择定位基准对保证零件加工质量起着决定性的作用。

定位基准分为粗基准和精基准两种。

以毛坯上未加工的表面作为定位基准的为粗基准；经过机械加工的表面作为定位基准的为精基准。

1.粗基准的选择原则选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基准面。

具体原则时应考虑下列原则：1）应选择不加工表面为粗基准。

这样可保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求。

2)对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量。

3)作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他缺陷面，以便使工件定位准确，夹紧可靠。

4）同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次。

因为毛坯面粗糙度精度低，定位精度不高，若重复使用，在两次装夹中会使加工表面产生较大的位置误差。

2.精基准的选择原则选择精基准的目的是使装夹方便、正确、可靠，以保证加工精度。

为此一般遵守如下原则：1）基准从何原则。

应尽量选择零件上的设计基准作为精基准。

2）基准统一原则。

在加工位置精度较高的某些表面时，应尽可能在多数工序中采用同一精基准。

3)互为基准原则。

当对工件上两个相互位置精度要求较高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准。

4）自为基准原则。

工件上的主要表面要求余量小且均匀的精加工，应尽量选择加工表面本身作为精基准，但该表面与其他表面的位置精度由前道工序保证。

综上所述，该零件是轴类，选用车床的三爪自定心卡盘装夹定位，把基准定在轴线上，以毛坯Ф45mm的圆钢轴线和左端为基准。

1.5加工机床的选择选择机床时应注意以下几点：1.机床的最大装夹尺寸应大于毛坯的轮廓尺寸；2.机床的加工精度应能够加工出零件所要求的尺寸精度；3.机床的选择还应和生产条件相适应；根据零件图选择加工机床时，要具体分析零件图的形状、尺寸、技术要求和现有生产条件等。

进行综合考虑，该零件是轴类零件较适合在车床上加工，但由于该零件有圆球、锥度，在普通车床上是难以保证其精度的，所以选择在数控车床上加工。

1.6数控车削加工工序的划分1.以安装次数划分工序。

即每一次装夹作为一道工序。

2.以加工零件的部位划分。

以零件的形状结构分成多个加工部分，每一部分便是一道工序。

3.以所用刀具划分。

此方法适用于切削过程中变形小、退刀空间大的情况。

1.7数控车削加工顺序的安排原则1.先粗后精原则。

要按照粗车、半精车、精车的顺序进行车削加工，并逐步提高精度。

2.先远后近原则。

通常情况下，为缩短刀具的移动距离，应先车削离对刀点近的部位。

3.内外交叉原则。

对于外圆和内孔都有很大的粗加工余量、且加工精度要求较高的零件，应先将内外表面粗车，之后再进行内外表面的精车，而不应该先将工件的表面加工至尺寸后，在加工内孔。

4.基面先行原则。

应先将基准先加工出来，且要保证其尺寸精度，作为基准精度越高，定位误差就越小。

综上所述，第一次装夹需进行的加工内容及步骤：1.夹持毛坯右端伸出卡盘30mm2.平端面，钻中心孔。

3.用Ф20mm麻花钻，孔深为164.用内孔刀镗孔，采用G71指令对零件左端进行内孔加工。

5.用90°外圆车刀，采用G71指令对零件左端进行轮廓加工。

第二次装夹需进行的加工内容及步骤：1.掉头装夹已加工Ф36mm外圆面，伸出卡盘80mm，车端面保证总长尺寸刀公差要求。

2.用90°外圆车刀，采用G71指令对零件左端进行轮廓加工。

3.用车曹刀车草，保证两处槽宽为4mm。

4.用螺纹刀车螺纹，并保证其尺寸。

1.7.1数控车削进给路线的安排进给路线是指数控车床加工过程中车刀相对于工件的运动轨迹和方向。

1.确定进给路线的主要原则1）按工步顺序确定各表面的进给路线。

2）进给路线应保证加工后的尺寸精度和粗糙度。

3）为提高效率，进给路线尽量缩短。

4）要选择加工变形小的路线，对横截面积的细长轴或薄壁零件应采用多次走刀。

1.8装夹方式为减少装夹次数应尽可能的在一次装夹中能够加工最多的表面、这样有利于编程计算和基准统一及工艺。

由零件图分析可知、该零件分两次装夹便可加工出全部表面，第一次应先装夹毛坯的右端Ф45mm的外圆、车削左端。

毛坯伸出长度约为30mm。

第二次装夹Ф36mm已加工表面车削右端。

装夹图如下：1.2车削左端装夹图图1.2 1.3车削右端装夹图图1.3第2章阶梯螺纹轴的数控加工工序设计2.1刀具的选用数控车床的刀具跟普通车床刀具是不同的，数控车床所选用的刀具应考虑下列几点：1.强度高刀具在粗加工时或加工硬度较高的材料为提高效率选用较大背吃刀量和进给速度。

刀具必须有足够的刚度、强度、和耐磨性。

2.精度高刀片及刀柄的转位、拆装的重复精度等要求，刀片及刀夹都要有较高的精度。

3.可靠性高在加工过程中不会因为刀具的损坏及刀具自身存在的缺陷而影响到整个加工过程。

4.使用寿命长刀具车削中切削刃会不停磨损，同时会造成加工后尺寸误差大，随着切削刃的不断磨损，切削力会逐渐增大，会使加工过后的工件表面粗糙度降低。

5.良好的断屑和排屑性能良好的断屑和排屑性，能保证加工的顺利进行，如果车刀的断屑排屑性能不好，车出的铁屑会缠绕工件，已加工的表面会被铁屑刮伤、且有可能损坏车刀。

根据加工要求具体选择刀具如下：1号刀：机夹90°外圆车刀；2号刀：机夹切断刀，刀宽为4mm；3号刀：机夹螺纹刀；60°4号刀：机夹镗孔刀。

2.2切削用量的确定切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称，确定切削用量应考虑到生产率、加工质量（主要是表面粗糙度）、刀具、机床功率、切削引起的工艺系统的弹性变形和振动等、确定切削用量的原则是：在综合考虑相关因素前提下，尽量用最大的背吃刀量，大的背吃刀量可以减少进刀次数，从而节约时间，减少刀具的磨损，提高效率。

进给量则相对小一些。

切削速度宜适中，该零件具体的切削用量如下：粗加工各个外圆时切削速度为100m/min，进给速度为200mm/min，背吃刀量为1mm。

精加工各个外圆时切削速度为120m/min，进给速度为100mm/min，背吃刀量为0.1mm，切槽时切削速度为50mm/min，进给速度为80mm/min，背吃刀量为1mm。

车螺纹时切削速度为120m/min，进位速度为150mm/min，背吃刀量每次为0.5mm。

工艺卡2.3工序一：装夹零件右端加工零件左端外圆及内孔该零件的左端形状较简单，两把刀就能加工完成，加工后的左端Ф36mm外圆有足够的夹持长度和夹持力，而右端是锥度、圆弧、螺纹，不利于装夹，所以先加工左端，再加工右端。

具体工步如下：1）装夹毛坯右端，毛坯伸出长度为30mm，找正夹紧。

2）用1号刀手动方式平端面。

3）用中心钻钻中心孔。

4）用Ф20mm麻花钻装入尾座，移动尾座使麻花钻接近工件后锁紧，主轴以400r/min，转动尾座手轮，深度大于16mm后停止，钻孔时须开切削液。

5）用4号内孔刀采用G71指令进行内孔循环切削加工，X轴的精加工余量为负值。

6）用1号刀采用G71指令进行外圆循环切削加工。

工序卡2.4工序二：掉头装夹工件左端加工零件右端外圆及螺纹7) 取下工件用铜皮包住已加工Ф36mm外圆表面，工件伸出卡盘外约80mm，找正后夹紧。