磨床主轴的工艺

1、数控车床职业文章文章类型：案例报告 文章题目：磨床主轴的工艺姓 名：XXX准考证号：所在省市：XXXX所在学校：XXXXXX所在班级：XXXX指导老师：XXXXXX 年XX 月 XX日目 录序言-3一、分析零件图纸并确定其生产类型-4二、选择毛坯尺寸，设计毛坯-7三、选择加工方法，制定工艺路线-8四、刀具的选择-10五、切削用量的选择-12六、对刀点与换刀点的确定-16七、确定工件坐标系-16八、工件的装夹方式-17九、加工刀具的选择-17十、 切削用量计算-17十一、加工所用的量具-19十二、工艺过程卡-20十三、加工工序卡-23十四、加工程序和编程-26十五、加工中的难点与解决方

2、案-34十六、成品自检数据-34主要参考文献-35磨床主轴工艺摘要：本设计对磨床主轴的各个加工难点、生产类型进行了分析，针对零件的结构特点进行毛坯设计、对其工艺过程进行了设计。为提高生产效率，设计了各个加工工序的方法，对高硬度，高耐磨材料分析，选用最合理的加工刀具以及对形状精度和表面精度的保证方法。对其它轴类零件的加工有一定的借鉴意义。序 言数控加工技术基础课程是在学完了数控加工工艺学和在部分专业课，并进行了实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用数控加工加工技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题。该论文通过对磨床主

3、轴的加工过程体现数控机床在机械制造业中的突出特点：数控机床加工精度高，对加工对象的适应性强，生产效率高，良好的经济效益，有利于现代化管理。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。一、分析零件图纸并确定其生产类型1、零件的作用磨床主轴(见 实体图1-1)是磨床砂轮主轴，是一根高速回转的高精度主轴，它主要用来支承滚动轴承等传动零件和传递运动和动力的。图1 磨床主轴图图2 磨床主轴零件图2、零件的工艺分析通过对该零件的绘制，知道了得原图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但是该零件外圆和两个中心孔标准B型中心孔位置精度和形状精度要求比较的高，加工会有些难度。该零

4、件是磨床砂轮主轴，精度要求很高，根据这一特点，它的机械加工工艺过程必须精粗的分工序进行。磨床砂轮主轴结构简单，整体对尺寸要求并不高。但对圆度，同轴度，平行度以及表面粗糟度的要求很高。用两顶尖装夹零件可以保证轴以中心线为基准，与滚动轴承配合的表面表面粗糙度要求较高，需用磨床精磨才可保证。两端螺纹无特别要求，可以在精磨以后在进行车削，以便于解决车削螺纹装夹难的问题！端面切槽，可用端面刀车削。3、零件的生产类型依设计题目知：Q=200台/年，n=件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取为2%和5%。代入机械制造技术基础课程设计指南的公式（21）得该零件的生产纲领 N=200××

5、（1+2%）×（1+5%）=214件/年零件是磨床上的主轴，质量为12.36kg，查表2-1可知其属轻型零件，生产类型为小批生产。二、选择毛坯尺寸，设计毛坯1、选择毛坯该零件材料是38CrMoAIA氮化钢，主要用于支承滚动轴承等传动零件，并传递运动和动力，在工作过程中经常承受冲击载荷，要有良好的力学性能，。因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件的年产量为214件，属小批生产，故可采用自由锻，虽然毛坯精度低，加工余量大，生产率不高，但不需要专用模具，成本较低。2、确定机械加工余量，毛坯尺寸及公差。参见机械制造技术基础课程设计指南第五章第一节，钢质模锻件的公差

6、及加工余量按GB/T123622003确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。（1） 锻件公差等级由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通级。（2） 锻件质量根据零件成品质量6.47kg，估算为=12.36kg（3） 锻件形状复杂系数S该锻件为圆形，假设其最大直径为78mm，长为530mm，则由机械制造技术基础课程设计指南的公式（5-4）、公式（5-5）由于0.622介于0.32和0.63之间，故该零件的形状复杂系数属级。（4） 锻件材质系数M由于该零件材料为38CrMoAIA氮化钢，含碳量为0.38材，是含碳量小于0.65的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级

7、。（5） 零件表面粗糙度由零件图可知，除了左右两端M20螺纹的为Ra3.2以外，其余的加工表面Ra1.6。3、确定机械加工余量根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查表5-9，由此查得单边余量在厚度方向为2.33.0mm，水平方向为2.53.5mm，即锻件各外径的单面余量为2.33.0mm，各轴向尺寸的单面余量为2.53.5mm。锻件中心孔按实心加工。4、确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra1.6um。Ra1.6um的表面，余量要适当增大。分析本零件，表面粗糙度Ra1.6um的加工面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得余量值即可（由于有的加工表面只需粗加工，这时可取所

8、查数据中的小值，当表面需经粗加工和半精加工时，可取其较大值）。而表面粗糙度Ra1.6um的表面，还需参考外圆磨削余量来确定。终上所述，确定毛坯尺寸见表1。表1 磨床主轴毛坯（锻件）尺寸零件尺寸单面加工余量铸件尺寸零件尺寸单面加工余量铸件尺寸72378522853055 0 -0.023613462348543.561831140±0.10346 902.53.59040圆台346 782.53.5 81M20左（两端）3465、确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数从表5-6、表5-7中查得。本零件毛坯尺寸充许偏差同表2。表2磨床主轴毛坯（锻件）尺寸锻件尺寸

9、偏差根据锻件尺寸偏差根据78+1.9 -0.9表56530±2.053061+1.9 -0.9348±1.834861+1.9 -0.911±1.11146+1.9 -0.990±1.69046+1.9 -0.981±1.48146+1.9 -0.96、设计毛坯图确定圆角半径锻件的外圆角半径按表5-12确定。本锻件大部分的t/H为1，故均按表中第二行。为简化起见，本锻件的外圆角均取相同数值，以台阶高H10进行确定，结果为R=2，这样就能保证各表面的加工余量。图3磨床主轴毛坯图7、确定毛坯的热处理方式：毛坯锻造完成后正火处理。以消除残余的锻造内应

10、力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善加工性。三、选择加工方法，制定工艺路线1、定位基准的选择本零件总体是通轴。以轴的中心线为其设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应以轴为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，用两顶尖定位粗基准和精基准。2、零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆、中心孔、罗纹等，材料为38CrMoAIA。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关指南资料，其加工方法选择如下。外圆的加工方法 、两个端面的尺寸精度要求不高，表面粗糙度只有Ra6.3um,经过粗车即可达到要求（指南表5-16）。、整个外表面表面

11、粗糙度要求高的用磨床精磨可达到要求，表面粗糙度有Ra0.025um，公差等级为IT5，（指南表5-14）。、其余外圆面 公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra3.2um,需进行粗车、半精车及精磨（指南表5-14）。3、制定工艺路线在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束，加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，且效率高。（2）应尽量缩短加工路线，既可以减少程序段，又可以减少刀具空程移动时间。（3）应使数值计算简单，以减少编程工作

12、量。此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀完成加工。按照先加工基准面和先粗后精的加工原则，该零件加工可以按下述工艺路线进行。工序： 下料：75mm×525mm工序： 退火。可以细化晶粒，消除应力，降低硬度，改善切削加工性能。工序： 用车床。去毛刺。可以确保装夹稳固和基准的重合。工序： 用车床。平端面，打两个B型中心孔。工序： 用车床。粗车左端面至72mm处，保留1.5mm余量。工序： 用车床。调头夹40×30mm，用顶尖顶另一端，粗车外圆。工序： 用车床。半精车外圆，保留0.4mm精加工余量，保证形状精度和位置精度

13、。并切槽5×1mm。工序： 用车床。调头夹40×18mm，顶左端中心孔，保留0.4mm精加工余量，保证形状精度和位置精度。工序： 用车床。半精车72×8mm，保留0.4mm精加工余量，保证形状精度和位置精度。并切槽5×1mm。工序： 用车床。用端面刀车R 5mm的槽。工序； 打2.5号钢印字（包括年份和顺序号）。工序： 调质，淬火，表面淡化处理（D0.5-900），两端车螺纹部分不可处理。工序； 用磨床。精磨两个B型中心孔。工序： 用磨床。用两顶尖装夹，精磨表面至尺从，并保证表面精度。工序： 用车床。夹54处车左端螺纹。工序： 用车床。调头，车右端螺纹。

14、工序： 检验。工序： 入库。四、刀具的选择数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。数控刀具有以下特点：刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；互换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。数控车床兼作粗精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够的强度，

15、能一次进给车去较多的余量；精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度，车去的余量较少，要求车刀锋利，切削刃平直光洁，必要时还可磨出修光刃。为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，便于实现机械加工的标准化，在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹片刀，机夹片刀常采用可转位车刀。刀片材质的选择主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动，故加工此零件选择硬质合金刀片。根据零件的外形结构，加工需要如下刀具：硬质合金端面车刀、菱形外圆车刀、外切槽刀、外螺纹刀、30°外圆尖刀。数控加工刀具卡片序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T

16、0190°外圆车刀1粗车零件外轮廓自动 2T0230°外圆车刀1精车外轮廓自动3T035mm切槽刀1切槽自动4T0460°外螺纹刀1加工外螺纹 自动5T0545°端面刀1加工零件端面 自动6T0645°外圆车刀1车零件端面自动五、  切削用量的选择数控编程时，必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中，切削用量包括主轴转速、进给速度及背吃刀量等。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具寿命，充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。1）

17、主轴转速的确定（1）车外圆时主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为n=1000v/d其中  v 切削速度（m/min），由刀具寿命决定；      n 主轴转速（r/min）；      d 工件直径或刀具直径（mm）。（2）车螺纹时主轴的转速在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴

18、转速n(r/min)为：n（1200/P）k式中 P被加工螺纹螺距，；k保险系数，一般取为80。主轴转速n最后要根据上述计算值、机床说明书而定，选取机床有的或较接近计算值的转速。2）进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则是：（1）当工件的质量要求能得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。（2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。

19、（3）当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些，一般在2050mm/min范围内选取。（4）当刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。3）背吃刀量的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可以留少许加工余量，一般为0.20.5mm。切削用量的选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具的切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。车削用量的具体选择如下：粗车时，首先选择一个尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大

20、的进给量，最后确定一个合适的切削速度。精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，因此选择较小的背吃刀量和进给量。如何确定加工时的切削速度，除了可参考数控加工技术表2-1列出的数值外，主要根据实践经验进行确定。表2-1 数控车削用量推荐表 工件材料工件材料切削深度/mm切削速度/（m.min-1）进给量/（mm.r-1）刀具材料碳素钢  (b  >600Mpa）粗加工5760800.20.4YT类粗加工23801200.20.4精加工0.20.31201500.10.2钻中心孔 500800 W18Cr4V钻孔 300.10

21、.2切断（宽度5mm）701100.10.2YT类铸铁（200HBS以下）粗加工 50700.20.4YG类精加工 701000.10.2切断（宽度5mm）50700.10.2此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。六、对刀点与换刀点的确定工件装夹方式确定后，即可通过确定工件原点来确定工件坐标系。如果要运行这一程序来加工工件，必须确定刀具在工件坐标系开始运动的起点。程序起始点或起刀点一般通过对刀来确定，所以，该点又称为对刀点。在编制程序时，要正确选择对

22、刀点的位置。对刀点设置原则是：（1）便于数值处理和简化程序编制；（2）易于找正并在加工过程中便于查找；（3）引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具或机床上，尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上。换刀点是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。换刀点往往设在工件的外部，以能顺利的换刀、不碰撞工件和其他部件为准。本零件将对刀点设在装夹后右端面中心，换刀点设在离对刀点x、z方向分别为100，100的位置。七、 确定工件坐标系装夹毛坯75mm外圆，平端面，对刀，将工件原点设在右端面中心（此端面为精加工表面，以后不再加工）。换刀点选在离对刀点x、z方向分别为100，100的位置。

23、八、  工件的装夹方式用三爪自定心卡盘夹毛坯75mm外圆，探出100mm左右，车零件左端至72mm与54mm外圆相交处。九、 加工刀具的选择T010190°外圆车刀，粗车零件外轮廓，刀尖圆弧半径0.8mm。T020230°外圆车刀右偏刀，精车外圆，刀尖圆弧半径0.8mm。T03035mm切槽刀车槽，刀尖圆弧半径0.8mm。T040460°外螺纹刀加工外螺纹。T050545°端面刀刀尖圆弧半径5mm。T060645°外圆车刀，车端面槽，刀尖圆弧半径0.8mm。十、  切削用量计算根据数控车削用量推荐表,选择合适的切削用量。（1

24、） 车端面时选择主轴转速为500r/min；（2） 粗车外圆时，选取Vc=120m/min，f=0.2mm/r，ap=2mm，粗加工时直径为60mm。则：主轴转速：n =1000Vc/d                    =（1000×120）/（3.14×60）r/min=636r/min        进给速度

25、：F =f×n =（0.2×636）mm/min=127mm/min考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选择n=600r/min，F=150mm/min，ap=2mm。（3） 精车外圆时，选取Vc=150m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2mm，精加工时取直径40mm。则：主轴转速：n =1000Vc/d          =（1000×150）/（3.14×40）r/min=1194r/min进给速度：F =f×n=0.1×1194mm/

26、min=119.4mm/min考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选取n=1200r/min，F=100r/min，ap=0.2mm。（4）      车槽时，选择Vc=70m/min，f=0.1mm/r，车槽时直径为47mm。则：主轴转速：n =1000Vc/d                =（1000×70）/（3.14×47）r/min=474r/min 

27、60;   进给速度：F =f×n=（0.1×474）mm/min=47.4mm/min考虑刀具强度、机床刚度等实际情况，选取n=400r/min，F=30r/min。（5） 车螺纹时，主轴转速n（1200/P）k，k为安全系数，一般取80。   则：n（1200/2）-80/r/min=520r/min   考虑刀具强度、机床刚度等实际加工情况，选取n=400r/min.十一、加工所用的量具 为了保证加工的精度，以及装配精度，我们必须实用精确的量具。不同等级的公差要求和不同要求表面粗糙度要求我们用不同精度的量具。

28、本零件所用量具见下表： 加工所用的量具工序加工面尺寸尺寸公差量具I522自由公差读数值0.05、测量范围0600游标卡尺外圆72中心孔中心钻保证II22自由公差读数值0.05、测量范围0150游标卡尺3830槽5深1M20自由公差读数值0.01、测量范围025外径千分尺锥度1：5同样锥度的锥筒测量400.1读数值0.01、测量范围2550外径千分尺22自由公差读数值0.05、测量范围0150游标卡尺3830161850槽5深1锥度1：5同样锥度的锥筒测量M20自由公差读数值0.01、测量范围025外径千分尺400.1读数值0.01、测量范围2550外径千分尺54自由公差读数值0.01、测量范围

29、5075外径千分尺55-0.02IVM20螺纹孔0016螺纹通止规十二、工艺过程卡工艺过程卡工序号工步工序内容设备下料75mm×525mm退火降低硬度便以粗车去毛刺车左外圆表层，端面，钻中心孔CA6140保证总长车右外圆表层，端面，钻中心孔去中间外圆表层粗车左端外表面3一夹一顶装夹4倒角5车外圆M20左×22mm6倒角7车锥度×60mm8车外圆40×859车圆弧R510车外圆72×114车槽5深1半精车左端外表面留余量0.5调头粗车右端外表面1一夹一顶装夹2倒角3车外圆M20左×22mm倒角车锥度×60mm车外圆40

30、5;68倒角车外圆55×118车外圆54×358车外圆55×408车外圆54×424车槽5×1车端面槽半精车右端外表面留余量0.5打2.5号刚印热调质，淬火，氮化，D0.5900钳研修中心孔精磨两顶尖精磨尺寸精度和表面精度车螺纹一夹一顶装夹车左螺纹车右螺纹校检入库十三、加工工序卡  加工工序卡片工序号程序 编号零件 图号零件 名称使用 设备产品 名称夹具  名称夹具 编号材料10001  数控 车床 三爪 卡盘138CrMoAIA加工内容刀具号刀具 名称刀具 规格/mm切削三要素加工 余量/mm

31、备注主轴 转速被吃 刀量进给  速度r/minmmmm/min车端面T0145°端面车刀0.8500 300手动粗车 外圆T0280°菱形外圆车刀0.860021500.2自动精车  外圆T0355°菱形外圆车刀0.812000.21000自动切槽T04外切 槽刀3400 300自动车螺纹T0560°外螺纹刀0.8400  0自动车端面槽T0690°端面刀512000.2300自动十四、加工程序和编程（一）、加工下图部分：O 0001 ；程序头G97G99M03S600 ；主轴以800

32、r/min的速度正转T0101；选择1号90°外圆车刀G00X76.Z2 . ；将刀具定位在工件外表面G71U1.2R0.5 ; 外轮廓粗车循环G71P10Q20U1.5W0F0.2 ；外轮廓粗车循环并指定精车路线N10N20N10 G00X18. ；刀具快速移动G01Z0. ;刀具移动X20.Z-1.；倒45度1mm倒角Z-22. ；车直径22mm外圆X30.4；倒45度1mm倒角X32.4Z-23.；车1:5锥圆柱X40.Z-60.；车直径40mm圆柱Z-75. ；G02X50.Z-80.R5. ；车R5mm圆弧G01X70.Z-90. ；车锥度X72.Z-91. ；倒45度1m

33、m倒角N20Z-105.；车直径72mm圆柱G00X100.Z100. ；快速退刀M05；主轴停止M00；暂停M03S1000 ;主轴正转，转速1000r/minT0202 ；换2号30°精车外圆刀G00X77.Z2.；定位G70P10Q20F0.12；精车循环G00X100.Z100. ；快速退刀M05 ；主轴停止M00；暂停M03S600 ；主轴正转，速度600r/minT0303 ；换3号槽刀G00X35.Z-22. ；快速定位 ；定位 ；切槽G00X30. ；快速退刀X100.Z100. ；快速退刀M05 ；主轴停止M30 ；程序停止，并返回主程序（二）、加工下图部分：O 0

34、002；程序头G97G99M03S600 ；主轴以600r/min的速度正转T0101；选择1号90°外圆车刀G00X76.Z2 . ；将刀具定位在工件外表面G71U1.2R0.5 ; 外轮廓粗车循环G71P30Q400U1.5W0F0.2 ；外轮廓粗车循环路线N10N20N30 G00X18. ；刀具快速移动G01Z0. ;刀具移动X20.Z-1.；倒45度1mm倒角Z-22. ；车直径22mm外圆X30.4 ；倒45度1mm倒角X32.4Z-23.；车1:5锥圆柱X40.Z-60.；车直径40mm圆柱Z-78. ；X53. ；倒角45°1mm的倒角X55.Z-79. ；

35、Z-423. ；车直径为55的圆柱面X70. ；倒角45°1mm的倒角N40X72.Z-424.G00X100.Z100. ；快速退刀M05 ；主轴停止M00 ；暂停M3S800 ；主轴正转，速度800r/minT0101 ；换1号刀具G00X24.Z2. ；定位G73R1 ；仿形车1刀G73P50Q60U0.5W0F0.2 ；外轮廓粗车循环并指定精车路线N50N60N50G00X18. ；刀具快速移动G01Z0. ;刀具移动X20.Z-1.；倒45度1mm倒角Z-22.；车直径22mm外圆X30.4 ；倒45度1mm倒角X32.4Z-23.；车1:5锥圆柱X40.Z-60.；车直径40mm圆柱Z-78.X53. ；倒角45°1mm的倒角X55.Z-79. ；车直径55mm圆柱面 Z-127.5 ；倒角45°0.5mm倒角 X54.Z-128. ；车直径45mm圆柱面 Z-358. ； ；倒角45°0.5mm倒角 Z-407. ；车直径55mm圆柱面 X54.Z-408. ；倒角45°0.5mm倒角 Z-423. ；车直径45mm圆柱面 X70. N60X72.Z-424. ；倒角45°1m m的倒角 G00X100.Z100. ；快速退刀 M05 ；主轴停止 M00 ；暂停M03S1000 ;主轴正转，速度