机械制造工艺学（第3版）课件：成型面轴类零件机械加工工艺分析

机械制造工艺学成型面轴类零件机械加工工艺分析图2-23所示为一具有成型面结构的轴类零件，单件小批生产，45钢棒料，无热处理和硬度要求，试制定其机械加工工艺过程卡，要求采用数控车床加工。

图2-23典型轴类零件任务中轴类零件含多段圆弧表面且有外螺纹，如采用传统车床加工保证其尺寸精度尤其是形状精度比较困难，故采用数控车床加工，合理确定切削用量，实现其加工目标。数控车削加工工艺一、数控车削加工的主要对象1.轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件2.精度要求高的回转体零件

3.带特殊螺纹的回转体零件图2-24成形内腔零件示例二、数控车削加工工艺分析(一)数控车削加工零件的工艺性分析1.零件图分析(1)尺寸标注方法分析零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，如图2-25所示，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。图2-25尺寸标注方法分析(2)轮廓几何要素分析如图2-26所示，根据尺寸计算，圆弧与斜线相交而并非相切。又如图2-27所示，给定的几何条件自相矛盾，总长不等于各段长度之和。图2-27几何元素缺陷示例二图2-26几何元素缺陷示例一(3)精度及技术要求分析主要内容如下：1)分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理。2)分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其他措施(如磨削)弥补的话，则应给后续工序留有余量。3)找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成。4)对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速度切削。2.结构工艺性分析在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点，认真审视零件结构的合理性。2.结构工艺性分析在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点，认真审视零件结构的合理性。3.零件安装方式的选择在数控车床上零件的安装方式与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，主要注意以下两点。1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。(二)数控车削加工工艺路线的拟订1.加工方法的选择在数控车床上，能够完成内外回转体表面的车削、钻孔、镗孔、铰孔和攻螺纹等加工操作，具体选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素，选用相应的加工方法和加工方案。2.加工工序划分在数控车床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序。常用的工序划分原则有以下两种。(1)保持精度原则数控加工要求工序尽可能集中，通常粗、精加工在一次装夹下完成，但为减少热变形和切削力变形对形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，也可将粗、精加工分开进行。(2)提高生产效率的原则为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其他部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。实际生产中，数控加工工序的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。3.加工路线的确定在数控加工中，刀具(严格说是刀位点)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：首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。因精加工的加工路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的加工路线。数控车削加工零件时常用的加工路线：例(1)车圆锥的加工路线分析(2)车圆弧的加工路线分析(3)轮廓粗车加工路线分析(4)车螺纹时的轴向进给距离分析4.车削加工顺序的安排制订车削加工顺序一般遵循下列原则。(1)先粗后精按照粗车—半精车—精车的顺序进行，逐步提高加工精度。(2)先近后远在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。如图2-36所示，当第一刀吃刀量未超限时，应该按——的次序先近后远地安排车削顺序。图2-36先近后远图2-35先粗后精(3)内外交叉对既有内表面(内型腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。(4)基面先行原则(三)数控车削加工工序的设计1.夹具的选择车削加工主要用于加工内外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹及端面等。根据零件绕车床主轴轴心旋转而形成这一加工特点和夹具在车床上安装的位置，可将车床夹具分为两种基本类型:一类是安装在车床主轴上的夹具；另一类是安装在滑板或床身上的夹具。2.刀具的选择(1)常用车刀种类及用途数控车削常用车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀三类。图2-38常用车刀的种类、形状和用途1—切断刀2—90°左偏刀3—90°右偏刀4—弯头车刀5—直头车刀6—成形车刀7—宽刃精车刀8—外螺纹车刀9—端面车刀10—内螺纹车刀11—内槽车刀12—通孔车刀13—不通孔车刀(3)切削用量的选择数控编程时，编程人员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、背吃刀量及进给速度等。切削用量的选择原则：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耐用度充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。图2-39机夹可典型结构形式转位车刀1—刀杆2—刀片3—刀垫4—夹紧元件(2)机夹可转位车刀的选用目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对机夹可转位外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号。(四)数控车削加工中的装刀与对刀技术1.车刀的安装在实际切削中，车刀安装的高低，车刀刀杆轴线是否垂直，对车刀角度有很大影响。以车削外圆(或横车)为例：当车刀刀尖高于工件轴线时，因其车削平面与基面的位置发生变化，使前角增大，后角减小；反之，则前角减小，后角增大；图2-40车刀安装角度示意图a)“-”的倾斜角度(增大刀具切削力)b)“+”的倾斜角度(减小刀具切削力)车刀安装的歪斜，对主偏角、副偏角影响较大，特别是在车螺纹时，会使牙形半角产生误差。因此，正确地安装车刀，是保证加工质量，减小刀具磨损，提高刀具使用寿命的重要步骤。2.刀位点刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。图2-41各类车刀的刀位点3.对刀在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀。理想基准点可以设在基准刀的刀尖上，也可以设定在对刀仪的定位中心(如光学对刀镜内的十字刻线交点)上。对刀一般分为手动对刀和自动对刀两大类。图2-42数控车床常用的试切对刀方法a)93°车刀X方向对刀b)93°车刀Z方向对刀c)两把刀X方向对刀d)两把刀Z方向对刀4.换刀点位置的确定换刀点是指在编制加工中心、数控车床等多刀加工的各种数控机床所需加工程序时，相对于机床固定原点而设置的一个自动换刀或换工作台的位置。换刀的位置可设定在程序原点、机床固定原点或浮动原点上，其具体的位置应根据工序内容而定。为了防止在换(转)刀时碰撞到被加工零件或夹具，除特殊情况外，其换刀点都设置在被加工零件的外面，并留有一定的安全区。

该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及双线螺纹等表面组成，其中多个直径尺寸有较严的尺寸公差要求；球面Sφ50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状(线轮廓)误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。1.零件图工艺分析1)对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其公称尺寸即可。2)在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。3)为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分(双点画线部分)，右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选ϕ60mm棒料。2.确定装夹方案确定坯件轴线和左端大端面(设计基准)为定位基准。左端采用自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支承的装夹方式。3.确定加工顺序及进给路线加工顺序按由粗到精、由近到远(由右到左)的原则确定，即先从右到左进行粗车(留0.25mm精车余量)，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。图2-43精车轮廓进给路线4.刀具选择1)选用ϕ5mm中心钻钻削中心孔。2)粗车及平端面选用硬质合金90°外圆车刀。为防止副后刀面与工件轮廓干涉(可用作图法检验)，副偏角不宜太小，选κ=35°。3)为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取rε=0.15~0.2mm。产品名称或代号×××零件名称轴零件图号×××序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径/mm备注1T01ϕ5mm中心钻1钻ϕ5mm中心孔

2T02硬质合金90°外圆车刀1车端面及粗车轮廓

右偏刀3T03硬质合金60°外螺纹车刀1精车轮廓及螺纹0.15

编制×××审核×××批准×××共页第页表2-4数控加工刀具卡片5.切削用量选择1)背吃刀量的选择。轮廓粗车循环时选ap=3mm，精车ap=0.25mm；螺纹粗车循环时选ap=0.4mm，精车ap=0.1mm。2)主轴转速的选择。车直线和圆弧时，粗车切削速度vc=90m/min、精车切削速度vc=120m/min，然后计算主轴转速n(粗车工件直径D=60mm，精车工件直径取平均值):粗车为500r/min、精车为1200r/min。车螺纹时，主轴转速n=320r/min。3)进给速度的选择。选择粗车、精车每转进给量分别为0.4mm和0.15mm，再计算粗车、精车进给速度分别为200mm/min和180mm/min。单位名称×××产品名称或代号零件名称零件图号×××轴×××工序号程序编号夹具名称使用设备车间001×××三爪卡盘和活动顶尖TND360数控中心工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/(r/min)进给速度/(mm/min)背吃刀量