阶梯轴的数控车削加工工艺设计

摘要：本次毕业设计的内容是设计阶梯轴的数控车削加工工艺并编写该轴的数控加工程序，轴类零件是常见的典型零件之一，它在机械制造及生产领域有十分重要的作用，因其特有的优点应用范围越来越广。该轴加工过程中，要根据数控车削工艺特点，对该轴设计合理的加工工艺，对轴类零件工艺规程的制定，对提高轴类零件的综合性能有至关重要的作用。在数控机床上加工零件，与普通机床有所不同，不仅要考虑夹具、刀具、切削用量等常规工艺的选择，在制定过程中不仅要考虑该轴的技术要求，对表面、键槽等的粗糙度和位置度要求，更要考虑对刀点、程序点等设置，在保证质量的前提下，尽可能的提高机床的加工效率、降低劳动强度等，最后编制出合理的该轴的数控加工程序。

   关键词：加工工艺、数控编程、阶梯轴

引言：在数控车床的生产实习过程中加工阶梯轴是基本的实习课题之一，阶梯轴在数控车床上的加工时会常出现扎刀现象、精度偏差大、阶梯轴工件广泛的被用在各种机床上，很多操作者都是因为无法快速的去除粗偏差大、加丁余量和将精加工余量留得过多或过少，导致加工速度太慢或将工件报废。了解数控车削加工可以更好的利用车削加工提高安全性和经济效益，充分熟悉车削加工工艺特点，可以对零件做出正确的加工工艺路线，从而生产出合格的零件，提高工件加工质量。在数控机床上加工零件，与普通机床有所不同，不仅要考虑夹具、刀具、切削用量等常规工艺的选择，在制定过程中不仅要考虑该轴的技术要求，对表面、键槽等的粗糙度和位置度要求，更要考虑对刀点、程序点等设置，在保证质量的前提下，尽可能的提高机床的加工效率、降低劳动强度等。

一、零件的工艺分析

1.2零件加工工艺分析 

(1) 结构工艺性分析  

 1) 零件结构工艺性 

    零件结构工艺性是指在满足使用要求的前提下,零件加工的可行性和经济性,换言之,就是使设计的零件结构要便于加工成型而且成本低,效率高. 

 2) 零件结构工艺性分析的内容 

  ① 审查与分析零件图纸中的尺寸标注方法是否符合数控加工的特点 

  ② 审查与分析零件图纸中构成轮廓的几何元素的条件是否充分,正确. 

  ③ 审查与分析在数控车床上进行加工时零件结构的合理性. 

(2) 零件精度与技术要求分析 

 零件精度与技术要求分析的主要内容包括: 

  1) 分析零件精度与各项技术要求是否齐全,合理.对采用数控车削加工的表面,其精度要求应该尽量一致,以便最后能够一次走刀连续加工. 

  2) 分析工序中的数控加工精度能否达到图纸要求.注意给后续工序留有足够的加工余量. 

  3) 找出零件图纸中有较高位置精度的表面,决定这些表面能否在一次安装下完成. 

  4) 对零件表面粗糙度要求较高的表面或对称表面,确定使用恒线速功能进行切削加工. 

1.3确定材料和毛坯

合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。该材料为45钢。

图 1

1.4确定零件的定位基准和装夹方式：

（1）定位基准：确定坯件轴线和右端面的交点为定位基准。

（2）装夹方式：左端采用三爪自定心卡盘夹紧、右端采用活动顶尖支顶的装夹方式。 

 1．5 轴类零件的技术要求

根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：

⑴ 尺寸精度  轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5~IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。

⑵ 几何形状精度  主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

⑶ 相互位置精度  包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

⑷ 表面粗糙度  轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2~1.6μm，传动件配合轴颈为0.4~3.2μm。

⑸ 其他  热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求

二、制定加工方案

1、粗车外形，留1.0mm（直径量）的精车余量。

2、精车。

3、车螺纹。

三、确定加工路线

3.1 按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则，确定加工路线。

（1）用G71粗加工出零件外轮廓，具体加工路线为先倒角（1×45°）→切削Φ24→切削Φ28→切削Φ40→切削Φ45。

（2）用G70精车轮廓（重复粗车路线）。

（3）最后切削螺纹。  

3．2切削用量的选择

　数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S（或切削速度υ）及进给速度F（或进给量f ）。  

对于不同的加工方法需选用不同的切削用量。

1）切削深度确定

切削深度又称背吃刀量，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(除去精车量)，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，可留少量精加工余量，数控车床一般取0.1-0.5mm。

2）进给量的确定

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进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。一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则，应选择较低的进给速度，得出下表

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。根据本例中零件的加工要求，刀具材料为工具钢，粗加工选择转速500r/min,精加工选择800r/min车削外圆，考虑细牙螺纹切削力不大，采用400r/min来车螺纹，切槽的切削刀较大，采用200 r/min更稳妥。

3.3选择刀具

刀具卡

3.3加工工艺卡

粗车

O0001；

M03  S800；

T0101:；

G00  X50 Z5;

G71  U1R0.5;

G71  P70Q170U0.5F0.02;

G00  X21;

G01  Z0;

     X24Z-15; 

     Z-25;

X28;

X40W-20;

W-15;

G02  X40W-20R30;

G01  Z-90;

      X45;

     W-30;

G00  X100Z150;

M00;

精车

M03S1200;

G00  X50Z5;

X24Z1;

G70  P70Q170F0.1;

G00  X100;

     Z150;

     Ｍ００；　

　　　切槽

M03S500T0202;

G00  X25Z5;

     Z-25;

G01  X20F0.05;

G00  X100; 

     Z150;

M00;

　凹弧

M03S800;

T0303;

G00  X50Z5;

G00  Z-60;

G01  X40;

G02  X40W-20R60F0.2;

G00  X45;

     Z-60;

G01  X40;

G02  X40W-20R50;

G00  X45;

     Z-60;

G01  X40;

G02  X40W-20R40;

G00  X45;

     Z-60;

G01  X40;

G02  X40W-20R40;

G00  X45;

     Z-60;

G01  X40;

G02  X40W-20R335;

G00  X45;

     Z-60;

G01  X40;

G02  X40W-20R30;

G00  X100;

     Z150;

     M00;

　　　车螺纹

M03S400T0303;

G00  X24Z5;

G92  X23.5Z-22F2;

     X23;

     X22.8;

     X22.65;

G00  X100;

     Z150;

M05;

M30;