機械制造工藝學（第3版）課件：成型面軸類零件機械加工工藝分析

機械制造工藝學成型面軸類零件機械加工工藝分析圖2-23所示為一具有成型面結構的軸類零件，單件小批生產(chǎn)，45鋼棒料，無熱處理和硬度要求，試制定其機械加工工藝過程卡，要求采用數(shù)控車床加工。

圖2-23典型軸類零件任務中軸類零件含多段圓弧表面且有外螺紋，如采用傳統(tǒng)車床加工保證其尺寸精度尤其是形狀精度比較困難，故采用數(shù)控車床加工，合理確定切削用量，實現(xiàn)其加工目標。數(shù)控車削加工工藝一、數(shù)控車削加工的主要對象1.輪廓形狀特別復雜或難于控制尺寸的回轉體零件2.精度要求高的回轉體零件

3.帶特殊螺紋的回轉體零件圖2-24成形內(nèi)腔零件示例二、數(shù)控車削加工工藝分析(一)數(shù)控車削加工零件的工藝性分析1.零件圖分析(1)尺寸標注方法分析零件圖上尺寸標注方法應適應數(shù)控車床加工的特點，如圖2-25所示，應以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。圖2-25尺寸標注方法分析(2)輪廓幾何要素分析如圖2-26所示，根據(jù)尺寸計算，圓弧與斜線相交而并非相切。又如圖2-27所示，給定的幾何條件自相矛盾，總長不等于各段長度之和。圖2-27幾何元素缺陷示例二圖2-26幾何元素缺陷示例一(3)精度及技術要求分析主要內(nèi)容如下：1)分析精度及各項技術要求是否齊全、是否合理。2)分析本工序的數(shù)控車削加工精度能否達到圖樣要求，若達不到，需采取其他措施(如磨削)彌補的話，則應給后續(xù)工序留有余量。3)找出圖樣上有位置精度要求的表面，這些表面應在一次安裝下完成。4)對表面粗糙度要求較高的表面，應確定用恒線速度切削。2.結構工藝性分析在數(shù)控車床上加工零件時，應根據(jù)數(shù)控車削的特點，認真審視零件結構的合理性。2.結構工藝性分析在數(shù)控車床上加工零件時，應根據(jù)數(shù)控車削的特點，認真審視零件結構的合理性。3.零件安裝方式的選擇在數(shù)控車床上零件的安裝方式與普通車床一樣，要合理選擇定位基準和夾緊方案，主要注意以下兩點。1)力求設計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一，這樣有利于提高編程時數(shù)值計算的簡便性和精確性。2)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后，加工出全部待加工面。(二)數(shù)控車削加工工藝路線的擬訂1.加工方法的選擇在數(shù)控車床上，能夠完成內(nèi)外回轉體表面的車削、鉆孔、鏜孔、鉸孔和攻螺紋等加工操作，具體選擇時應根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、材料、結構形狀、尺寸及生產(chǎn)類型等因素，選用相應的加工方法和加工方案。2.加工工序劃分在數(shù)控車床上加工零件，工序可以比較集中，一次裝夾應盡可能完成全部工序。常用的工序劃分原則有以下兩種。(1)保持精度原則數(shù)控加工要求工序盡可能集中，通常粗、精加工在一次裝夾下完成，但為減少熱變形和切削力變形對形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，也可將粗、精加工分開進行。(2)提高生產(chǎn)效率的原則為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時間，應將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其他部位。同時應盡量減少空行程，用同一把刀加工多個部位時，應以最短的路線到達各加工部位。實際生產(chǎn)中，數(shù)控加工工序的劃分要根據(jù)具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮。3.加工路線的確定在數(shù)控加工中，刀具(嚴格說是刀位點)相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線，即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工程序所經(jīng)過的路徑。包括：切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線的確定原則：首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質量，其次考慮數(shù)值計算簡單、走刀路線盡量短、效率較高等。因精加工的加工路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的，因此確定進給路線的工作重點是確定粗加工及空行程的加工路線。數(shù)控車削加工零件時常用的加工路線：例(1)車圓錐的加工路線分析(2)車圓弧的加工路線分析(3)輪廓粗車加工路線分析(4)車螺紋時的軸向進給距離分析4.車削加工順序的安排制訂車削加工順序一般遵循下列原則。(1)先粗后精按照粗車—半精車—精車的順序進行，逐步提高加工精度。(2)先近后遠在一般情況下，離對刀點近的部位先加工，離對刀點遠的部位后加工，以便縮短刀具移動距離，減少空行程時間。如圖2-36所示，當?shù)谝坏冻缘读课闯迺r，應該按——的次序先近后遠地安排車削順序。圖2-36先近后遠圖2-35先粗后精(3)內(nèi)外交叉對既有內(nèi)表面(內(nèi)型腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工順序時，應先進行內(nèi)外表面粗加工，后進行內(nèi)外表面精加工。(4)基面先行原則(三)數(shù)控車削加工工序的設計1.夾具的選擇車削加工主要用于加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、回轉成形面、螺紋及端面等。根據(jù)零件繞車床主軸軸心旋轉而形成這一加工特點和夾具在車床上安裝的位置，可將車床夾具分為兩種基本類型:一類是安裝在車床主軸上的夾具；另一類是安裝在滑板或床身上的夾具。2.刀具的選擇(1)常用車刀種類及用途數(shù)控車削常用車刀一般分尖形車刀、圓弧形車刀和成形車刀三類。圖2-38常用車刀的種類、形狀和用途1—切斷刀2—90°左偏刀3—90°右偏刀4—彎頭車刀5—直頭車刀6—成形車刀7—寬刃精車刀8—外螺紋車刀9—端面車刀10—內(nèi)螺紋車刀11—內(nèi)槽車刀12—通孔車刀13—不通孔車刀(3)切削用量的選擇數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。切削用量的選擇原則：保證零件加工精度和表面粗糙度充分發(fā)揮刀具的切削性能保證合理的刀具耐用度充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。圖2-39機夾可典型結構形式轉位車刀1—刀桿2—刀片3—刀墊4—夾緊元件(2)機夾可轉位車刀的選用目前，數(shù)控機床上大多使用系列化、標準化刀具，對機夾可轉位外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號。(四)數(shù)控車削加工中的裝刀與對刀技術1.車刀的安裝在實際切削中，車刀安裝的高低，車刀刀桿軸線是否垂直，對車刀角度有很大影響。以車削外圓(或橫車)為例：當車刀刀尖高于工件軸線時，因其車削平面與基面的位置發(fā)生變化，使前角增大，后角減??；反之，則前角減小，后角增大；圖2-40車刀安裝角度示意圖a)“-”的傾斜角度(增大刀具切削力)b)“+”的傾斜角度(減小刀具切削力)車刀安裝的歪斜，對主偏角、副偏角影響較大，特別是在車螺紋時，會使牙形半角產(chǎn)生誤差。因此，正確地安裝車刀，是保證加工質量，減小刀具磨損，提高刀具使用壽命的重要步驟。2.刀位點刀位點是指在加工程序編制中，用以表示刀具特征的點，也是對刀和加工的基準點。圖2-41各類車刀的刀位點3.對刀在加工程序執(zhí)行前，調(diào)整每把刀的刀位點，使其盡量重合于某一理想基準點，這一過程稱為對刀。理想基準點可以設在基準刀的刀尖上，也可以設定在對刀儀的定位中心(如光學對刀鏡內(nèi)的十字刻線交點)上。對刀一般分為手動對刀和自動對刀兩大類。圖2-42數(shù)控車床常用的試切對刀方法a)93°車刀X方向對刀b)93°車刀Z方向對刀c)兩把刀X方向對刀d)兩把刀Z方向對刀4.換刀點位置的確定換刀點是指在編制加工中心、數(shù)控車床等多刀加工的各種數(shù)控機床所需加工程序時，相對于機床固定原點而設置的一個自動換刀或換工作臺的位置。換刀的位置可設定在程序原點、機床固定原點或浮動原點上，其具體的位置應根據(jù)工序內(nèi)容而定。為了防止在換(轉)刀時碰撞到被加工零件或夾具，除特殊情況外，其換刀點都設置在被加工零件的外面，并留有一定的安全區(qū)。

該零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及雙線螺紋等表面組成，其中多個直徑尺寸有較嚴的尺寸公差要求；球面Sφ50mm的尺寸公差還兼有控制該球面形狀(線輪廓)誤差的作用。尺寸標注完整，輪廓描述清楚。零件材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。1.零件圖工藝分析1)對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其公稱尺寸即可。2)在輪廓曲線上，有三處為過象限圓弧，其中兩處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此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(雙點畫線部分)，右端面也應先粗車出并鉆好中心孔。毛坯選?60mm棒料。2.確定裝夾方案確定坯件軸線和左端大端面(設計基準)為定位基準。左端采用自定心卡盤定心夾緊、右端采用活動頂尖支承的裝夾方式。3.確定加工順序及進給路線加工順序按由粗到精、由近到遠(由右到左)的原則確定，即先從右到左進行粗車(留0.25mm精車余量)，然后從右到左進行精車，最后車削螺紋。圖2-43精車輪廓進給路線4.刀具選擇1)選用?5mm中心鉆鉆削中心孔。2)粗車及平端面選用硬質合金90°外圓車刀。為防止副后刀面與工件輪廓干涉(可用作圖法檢驗)，副偏角不宜太小，選κ=35°。3)為減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)，精車和車螺紋選用硬質合金60°外螺紋車刀，刀尖圓弧半徑應小于輪廓最小圓角半徑，取rε=0.15~0.2mm。產(chǎn)品名稱或代號×××零件名稱軸零件圖號×××序號刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面刀尖半徑/mm備注1T01?5mm中心鉆1鉆?5mm中心孔

2T02硬質合金90°外圓車刀1車端面及粗車輪廓

右偏刀3T03硬質合金60°外螺紋車刀1精車輪廓及螺紋0.15

編制×××審核×××批準×××共頁第頁表2-4數(shù)控加工刀具卡片5.切削用量選擇1)背吃刀量的選擇。輪廓粗車循環(huán)時選ap=3mm，精車ap=0.25mm；螺紋粗車循環(huán)時選ap=0.4mm，精車ap=0.1mm。2)主軸轉速的選擇。車直線和圓弧時，粗車切削速度vc=90m/min、精車切削速度vc=120m/min，然后計算主軸轉速n(粗車工件直徑D=60mm，精車工件直徑取平均值):粗車為500r/min、精車為1200r/min。車螺紋時，主軸轉速n=320r/min。3)進給速度的選擇。選擇粗車、精車每轉進給量分別為0.4mm和0.15mm，再計算粗車、精車進給速度分別為200mm/min和180mm/min。單位名稱×××產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號×××軸×××工序號程序編號夾具名稱使用設備車間001×××三爪卡盤和活動頂尖TND360數(shù)控中心工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格/mm主軸轉速/(r/min)進給速度/(mm/min)背吃刀量