摘要
本文主要讲述连接轴零件的数控车削工艺规程。开篇首先介绍了数控车床在
车削加工中的应用，紧接着对所加工轴零件的零件图进行分析，并画出零件图和毛坯图，再确定其毛坯类型和尺寸、所选用的机床、制作工装、选择刀具、量具和切削参数；并对零件加工中出现废品的原因进行分析；最后写出本次毕业设计总结。
关键词：零件分析 ； 毛坯 ； 工艺路线 ； 编程； 仿真。
Abstract This paper focuses on the connecting shaft parts of CNC turning process
procedures. Begins, first of all, introduces the application of numerical control lathe in turning processing, then to analyze the part drawing of shaft parts, and draw the part drawing and the blank drawing, to determine the type and size of billet, the selection of machine tools, production tools, cutting tools, measuring tool and cutting
parameters; And the parts processing in this paper analyzes the causes of waste;
Finally write the summary of graduation design.
Keywords: parts analysis; Blank; Process route; Programming; The simulation.
目录
摘要 . ..................................................................................................................................... 1
第1章 概述 . ........................................................................................................................ 5
1.1国内外数控发展概况 ························································································································ 5
1.2零件的分析 ········································································································································· 5
1.2.1零件的尺寸标注分析 ............................................................................................................. 6
1.2.3零件的技术要求分析 ............................................................................................................. 7
第2章：毛坯及夹具的选择.................................................................................................. 7
2.1常见的毛坯种类 ································································································································· 7
2.2毛坯选择时应考虑的因素 ················································································································ 8
2.3毛坯的确定 ········································································································································· 8
2.4选择机床 ············································································································································· 8
2.5机床夹具 ············································································································································· 9
2.5.1采用两中心孔定位装夹： ..................................................................................................... 9
2.5.2用外圆表面定位装夹： ......................................................................................................... 9
2.6制作工装 ············································································································································· 9
2.7定位基准的选择 ································································································································· 9
2.7.1粗基准的选择： ..................................................................................................................... 9
2.7.2精基准的选择 ....................................................................................................................... 10
2.8定位的方法 ······································································································································· 10
2.9保证形位误差 ··································································································································· 10
2.9.1定位误差 ............................................................................................................................... 10
2.9.2形状误差 ............................................................................................................................... 10
2.9.3形位误差： ........................................................................................................................... 10
2.10夹紧力的大小 ································································································································· 10
第3章 刀具的选择 ............................................................................................................ 11
3.1刀具材料的选择 ······························································································································· 11
3.2常用的车刀选用 ······························································································································· 12
3.2.1外圆、端面车刀的选用 ....................................................................................................... 12
3.2.2孔加工刀具的选用 ............................................................................................................... 12
3.2.3切槽刀具的选用 ................................................................................................................... 13
3.2.4螺纹加工刀具的选用 ........................................................................................................... 13 .3.3该零件加工所用的刀具 ················································································································· 14
3.3.1刀具卡 ................................................................................................................................... 14
3.4选择切削用量计算 ··························································································································· 14
3.4.1切削速度 ............................................................................................................................... 14
3.4.3背吃刀量 ............................................................................................................................... 15
3.5选择量具和工具 ······························································································································· 15
3.6各部尺寸和尺寸链 ··························································································································· 16
第4章确定工艺路线及工序卡 ............................................................................................ 18
4.1工艺路线的确定 ······························································································································· 18
4.1.1表面加工方法的选择 ........................................................................................................... 18
4.1.2加工顺序的安排 ................................................................................................................... 18
4.1.3工艺路线的确定 ................................................................................................................... 19
4.2制定工序卡 ······································································································································· 21
第5章 数控编程及加工 ..................................................................................................... 27
5.1数控编程的定义及分类 ·················································································································· 27
5.1.1数控编程的定义 ................................................................................................................... 27
5.1.2数控编程的分类 ................................................................................................................... 28
5.1.3编程方法的选择 ................................................................................................................... 28
5.2编程原点的确定 ······························································································································· 28
5.3数控加工程序 ··································································································································· 28
5.3.1工序VI 的加工程序清单-01 . .............................................................................................. 28
5.3.2工序V 的加工程序清单02 ................................................................................................. 30
5.3.3工序V 的加工程序清单03 ................................................................................................. 32
5.3.4工序VII 的加工程序清单04 .............................................................................................. 33
5.4加工步骤和方法 ······························································································································· 34
5.5成品图 ··············································································································································· 34
5.6测量检验的步骤和方法 ·················································································································· 35
结论 . ................................................................................................................................... 35
致谢 . ................................................................................................................................... 36
参考文献 ............................................................................................................................ 37
第1章 概述
1.1国内外数控发展概况
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC 只能作为非智能的机床运动控制器。CAD/CAM和CNC 之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC 的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC 系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC 向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。
1.2零件的分析
如图1—1所示为连接轴二维零件图，试制定出该零件的加工工艺方案，编制其数控加工程序，并对程序进行仿真加工。
图1—1连接轴零件图
1.2.1零件的尺寸标注分析
零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既要满足设计要求，又要便于加工、测量。
关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。
该零件图说标注的尺寸均完整，符合国家要求，位置准确，表达清楚。
1.2.2零件的几何要素分析
从图1-1分析得知，该零件的结构主要由圆柱面、圆弧面、圆锥面、螺纹头、螺纹孔、槽等特征组成，这些特征在普通车床上难以完成，需要在数控车上加工。
1.2.3零件的技术要求分析
该零件的尺寸精度要求有：尺寸Ф520
-0. 03的尺寸精度等级为IT7级、尺寸Ф
0350
-0. 025的尺寸精度等级为IT7级、尺寸Ф36-0. 1的尺寸精度等级为IT10级、尺寸+0. 021Ф200的尺寸精度等级为IT7级、尺寸S Ф50±0. 02的尺寸精度等级为IT8-9
+0. 03级、尺寸3-40的尺寸精度等级为IT9级、尺寸3-30-0. 03的尺寸精度等级为IT9
级，其余未注尺寸精度公差按IT12进行控制。
各轴段的位置精度有：145±0. 08的精度为IT10级、73±0. 04的精度等级为IT9-10级、30±0. 02的精度等级为IT8-9级、26±0. 03的精度等级为IT9-10级、20±0. 03的精度等级为IT9-10级、19±0. 04的精度等级为IT9-10级。
表面粗糙度要求有：Ф350
-0. 025外圆、S Ф50±0. 02圆弧面、20°与45°圆锥
+0. 021面、Ф200内孔的表面粗糙度为Ra1.6um ，其余未注表面粗糙度为Ra3.2um 。 综上所述，该零件的加工精度较高，应设计比较合理的加工方案，选择合适的刀具，合适的切削参数等等。
第2章：毛坯及夹具的选择
2.1常见的毛坯种类
(1) 铸件
铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。
(2) 锻件
锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。
(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
焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件。
(5) 冷冲压件
冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。
2.2毛坯选择时应考虑的因素
(1) 零件的材料及机械性能要求
零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。
(2) 零件的结构形状与外形尺寸
(3) 生产纲领的大小
(4) 现有生产条件
(5) 充分利用新工艺、新材料
为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用。
2.3毛坯的确定
综合考虑，根据以上因素及零件的技术要求，确定该零件的毛坯为棒料，其尺寸为Ф55×150mm ，材料为45钢。
图2—1连接轴毛坯图
2.4选择机床
由于此零件加工要求比较高、精度控制比较严格，因此采用数控加工方法进行加工；
另外，按照实行全自动、高精度、高效率原则选斜床身数控机床。
2.5机床夹具
在数控车削加工过程中，夹具是用来装夹被加工工件的，因此必须保证被加工工件的定位精度，并尽可能做到装卸方便、快捷。轴类零件的安装方式主要有以下三种。
2.5.1采用两中心孔定位装夹：
一般以重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准，它自身质量非常重要，其准备工作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。
2.5.2用外圆表面定位装夹：
对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。
2.5.3用各种堵头或拉杆心轴定位装夹：
加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴.
2.6制作工装
通过对该零件的分析，确定该零件的装夹在粗车以及车左头时可直接用三爪卡盘（软、硬爪）装夹；车右端及中间部位时，由于工件伸出卡盘外的长度较长，故需要选用卡盘加顶尖的方式装夹。
2.7定位基准的选择
2.7.1粗基准的选择：
为保证不加工面与加工表面的位置要求，选择毛坯外圆为粗基准。为保证重要加工面的余量均匀，选Ф520
0. 03外圆为粗基准。注意尽量减少使用粗基准。
粗基准采用毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中
心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架) ，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。
2.7.2精基准的选择：
遵循基准重合、基准统一原则，选择以两端面中心线和右端面为精基准，以保证零件的形位误差。
2.8定位的方法
常见定位方法：工件以平面定位、工件以外圆柱面定位、工件以圆孔定位、工件以一面两孔定位。
此零件定位：综合定位方式采用定心定位，即自动的将工件的轴线确定在要求的位置上，工件以外圆表面、左右两端面中心孔加活顶尖及台阶面来定位工件限制其自由度。
2.9保证形位误差
机械加工工件的精度要求包括尺寸精度、形状精度和位置精度。
2.9.1定位误差：是各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件工序尺寸存在误差，因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量即为误差。
2.9.2形状误差：是实际要素的形状所允许的最大变动量。
2.9.3形位误差：是尽量保证基准重合消除基准位移误差、装夹工件时按正确的步骤来操作。
2.10夹紧力的大小
F——按静平衡力算出的夹紧力的大小应适当，它直接影响工件装夹的可靠性、工件加紧变形、定位的准确及工件的加工精度。在实际加工中常用下述两种方法估算夹紧力：参照同类夹具的使用情况、实际加工经验、工件尺寸和刚度，用类比法估算。将夹具和工件看成刚性系统，找出加工过程中对夹具最不利的瞬时状态，按静平衡力条件计算出理论夹紧力，在乘以安全系数作为实际所需的加紧力，即
FJ=KF错误！未指定书签。
式中 FJ——实际所需加紧力
K ——安全系数，粗加工时取2.5—3，精加工时取1.5—2
第3章 刀具的选择
数控车床一般采用机夹可转位刀具，所用的刀具，要求有可靠的断屑性能，足够的耐用，刀片转位后有精确的重复定位精度，刀片要有足够的夹紧可靠性，此外，由于数控车床功率比较大，刚性强，要求刀具寿命较长，质量相对稳定，因此，对刀片材料的要求高，以保证刀具寿命，一般情况下大多使用涂层刀片。
3.1刀具材料的选择
刀片材料要根据零件材料及热处理后的材料性能合理选用。对与一般低碳钢，低碳低合金钢的加工刀片材料可以选择普通硬质合金或超微粒子硬质合金材料，在国际标准中（ISO ），硬质合金通常分为三大类，即K 、P 、M 分别相当与我国国标中的YG 、YT YW 类。通常情况下又分别在K 、P 、M 三种代号后附加上01、05、20、40、50等数字进行更进一步细分。一般来讲数字越小者硬度更高，但 韧性降低，数字越大韧性高但硬度降低。一般情况下K 类主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料；P 类主要用于加工普通钢；M 类主要用于加工难加工钢，铸铁及有色金属。超微粒子硬质合金适合加工不锈钢、高锰高及耐热钢，选用时可结合具体加工工艺参数合理选择。在数控车削中，为提高刀具寿命，实际应用中大多使用涂层刀具材料。涂层刀具是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损，耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有硬而不易破损的性能。涂层的方法分为两大类，一为物质涂层PVD ，另为化学涂层CVD ，一般来说，物理涂层是在550℃以下将金属和气体离子化后喷涂在工具表面；而化学涂层则是将各种化合物通过化学反应来沉积在工具上形成表面皮膜，一般普遍采用中温涂层，温度控制在800℃左右。用于涂层常见的材料有Tic 、TiN 、TiCN 、AI2O3等陶瓷材料，涂层厚度为5?15um 。由于这些陶瓷材料都具有耐磨损（硬度高），耐化学反应等性能。所以涂层刀具是数控机床最为广泛使用的刀具类型，从非金属、铝合金、到铸铁钢以及高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钛合金等难加工材料的切削中均可使用，比普通较硬质合金的性能要好，性能价格比较高，是数控机床用刀具材料的首选。对于普通钢材，优先选择涂层刀片，高速连续切削选用涂层厚度为5—15um 多为CVD 法制造刀片。冲击较强的断续切削时，要求涂膜的附着强度以及涂层对工具的韧性不会产生太大的影响，所以选择涂层厚度为2?3um 左右采用PVD 涂层的刀片。对于普通灰铸铁加工来讲，线速度小于300m/min以下宜采用涂层硬质合金，线速度300?500m/min以内可采用陶瓷刀具。
3.2常用的车刀选用
3.2.1外圆、端面车刀的选用
加工外圆及台阶是刀片的形状有刀尖角为80°菱形刀片，55°菱形刀片，圆形刀片，方形刀片，等边三角形刀片和35°菱形刀片，其标准后角通常有0°、7°、11°、25°、30°等几种规格。主偏角主要有45°、50°、60°、75°、85°、90°、93°、95°等形式。一般情况下加工台阶轴类零件宜采用装有80°菱形刀片的95°车刀，这种车刀的特点是前角和副偏角较大，摩擦小，消振散热性好，不易拉毛零件表面，加工外圆或端面都很好用。粗加工外圆或端面则可采用装80°菱形刀片的车刀，这时不用80°刀尖而是用100°刀尖的菱形刀片，这样不但进一步提高刀尖的强度，而且还提高了刀片的利用率有效提高粗加工时的加工效率。重切削时应考虑选择圆形刀片，以满足切削要求，提高加工效率。断屑槽形式选用应结合粗、精加工，切削用量，切削连续性等方面合性选用。标准刀杆截面通常为矩形、正方形和圆性三种，从成本和使用方便性上考虑，应优先采用正方形截面刀杆，刀杆的标准长度32?500mm ，一般情况下，为提高切削过程的刀具刚度，在能够满足加工需要，又不会与零件其他部位产生干涉的情况下，刀杆长度不宜过长。刀杆结构还要根据零件加工时的走刀方向，选择左手刀或右手刀。选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件的结构特点，以避免零件加工时刀具与零件其他部位产生干涉。刀片主要装夹形式同前所述，采用正方形刀片的刀具具有结构简单，制造工艺好等优点。80°---84°角菱形刀片，刀尖和刀边抗破损的能力最强。 3.2.2孔加工刀具的选用
加工内孔时，最常采用装有80°菱形刀片的95°车刀或采用装有60°三角形刀片的91°车刀。若加工内孔径比外空径大的台阶孔时宜采用装有55°菱形刀片的110°车刀，这样在加工大内径台阶孔时，可避免与零件直径小的内孔发生干涉（图3.1）。为了防止切削拉毛零件加工表面，刀片断屑槽的选择一定要合理，要求选用槽性较窄有多级断屑槽或点式断屑槽等断屑性能好的刀片。选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件内孔的结构特点，避免零件加工时刀具与零件发生干涉。一般情况下，只要不影响排屑，应尽量选择刚性较好的车刀，由于圆形刀杆比方形刀杆截面积大些，刀具刚性好，并且刀尖还能与刀杆轴线在同一平面内，所以应优先选择圆形刀杆加工内孔。对于一些精度要求高，变形要求小的零件加工，应考虑选用带冷却孔的刀杆，以降低加工过程中的切削热，减少零件变形。
图3-1内孔的加工
3.2.3切槽刀具的选用
标准切槽刀一般分为双刃单面结构、按工艺方法不同主要分为径向、轴向、切断三种类型。通常情况下，切槽刀大多为成形刀，刀头形状根据零件上槽的形状可分为直切槽刀和圆弧切槽刀也可根据零件需要定做特殊槽型和复合刀具。在使用切槽刀车削内槽时，为使排屑方便，防止切屑拉毛零件，应充分考虑断屑槽的形状。切槽刀的刀杆结构形式较多，刀片夹紧形式主要有两种，即自夹式夹紧和螺钉上压式压紧结构。采用螺钉上压式方式用与大直径零件的切断。刀片深槽，采用螺钉上压式用于小直径零件的切断。刀片主要形式有单头刀片和双头可转位刀片，刀杆形式要避免与零件发生干涉，降低振动的前提下，要满足加工质量，确保刚性，降低车削振动、经济实惠。的原则合理选用。 3.2.4螺纹加工刀具的选用
车螺纹刀片按切削形式可以分为切顶槽型螺纹刀片和非切顶槽螺纹刀片；按螺纹标准分为米制和英制两种形式，按加工特点可分为内、外螺纹刀片、按螺纹线方向分为正、反螺纹。刀片结构主要分为两刃单面和三刃单面两种形式。通常情况下应尽量选用可重磨底面带有120V 形定位面的切顶型升刃单面式刀片，为减少切削刀和振动力，刀片应选择正面前角结构，刀片的其他角度要结合上述不同情况区别选用。螺纹刀杆分方形和圆形截面两种类型，前者价格较低，后者刚性和加工精度较好，刀片与刀杆连接时需要增加力垫，刀杆按照螺纹旋线方向为标准型反向型，一定要根据零件螺纹旋线方向合理选用。
.3.3该零件加工所用的刀具
3.3.1刀具卡
数控加工刀具卡片
3.4选择切削用量计算
3.4.1切削速度：指切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度，单位mm/s或m/min车削时切削速度计算公式为：
Vc=πdn/1000
式中 n—— 工件或刀具的转速（r/min） d ——工件或刀具选定点旋转直径（mm ）
根据刀具和工件材料选择切削速度：一般精加工为120-150m/min，粗加工为80-100 m/min得：
n=1000Vc/πd( r/min)
1. 粗车Ф520-0. 03外圆转速=1000X100/π52=750 r/min 2. 精车Ф520-0. 03外圆转速=1000X150/π52=950r/min 3. 粗车Ф350-0. 025外圆转速=1000X100/π35=900 r/min 4. 精车Ф350-0. 025外圆转速=1000X150/π35=1200r/min
+0. 0215. 粗镗Ф200外圆转速=1000X100/π20=1600 r/min +0. 0216．精镗Ф200外圆转速=1000X150/π20=2300 r/min
7. 车端面时一般取300-500 r/min并用G96限制最高转速 8. 钻孔时一般取100-200 r/min 9. 车槽时一般取200-300 r/min 10. 车螺纹时一般取400-600 r/min
综合各方面因素：粗车外圆时取转速900 r/min，精车时取1200r/min 粗镗内孔转速750 r/min，精镗时取1000 r/min、车槽时转速300 r/min、车螺纹时转速取450 r/min钻、扩孔时取300 r/min 3.4.2进给量
进给量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用工件每转的位移量来度量，单位mm/r
粗车外圆、粗镗内孔f(0.25-0.35mm/r) 精车外圆、精镗内孔f(0.1-0.25mm/r) 车槽f(0.05-0.15mm/r) 钻、扩孔f(50-150mm/min)
3.4.3背吃刀量
背吃刀量指垂直于进给速度方向测量的切削层最大尺寸，单位为mm 。 可知，车外圆时：ap=(d1-d2)/2
式中：d1——待加工表面直径
d2——已加工表面直径
各背吃刀量见刀具卡
3.5选择量具和工具
（50-150mm ）的千分尺，游标卡尺，M24的内螺纹通规和止规，M27的外螺纹通规和止规，带表内卡规（10-50mm ），倒角器
3.6各部尺寸和尺寸链
毛坯直径方向各部尺寸：Ф55±0. 8
长度方向各部尺寸：150±1. 2
尺寸链的计算：
分析零件图得长度方向封闭环 增环尺寸：145±0. 08
+0. 03
减环尺寸：26±0. 03、20±0. 03、73±0. 04、3X30 -0. 03、3X40
封闭环的基本尺寸=增环的基本尺寸—所有减环的基本尺寸 即：A=145-26-20-73-3X3-3X4=5
封闭环的最大极限尺寸=增环的最大极限尺寸—减环的最小极限尺寸 即：A1=145.08-25.97-19.97-72.96-2.97-4.03=5.18
封闭环的最小极限尺寸=增环的最小极限尺寸—减环的最大极限尺寸 即：A2=144.92-26.03-20.03-73.04-3X2.97-3X4.03=4.82
封闭环的上偏差=所有增环的上偏差—所有减环的下偏差
即：ES=0.08-(-0.03)-(-0.03)-(-0.04)-3X(-0.03)-3X（-0.03）=+0.18
封闭环的下偏差=所有增环的下偏差—所有减环的上偏差 即：EI=-0.08-0.03-0.03-0.04-3X0-3X0=-0.18 故：封闭环基本尺寸为5±0. 18
第4章确定工艺路线及工序卡
4.1工艺路线的确定
4.1.1表面加工方法的选择
选择表面加工方法时，一般先根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，选定最终加工方法，然后再确定精加工前的准备工序的加工方法，即确定加工方案。由于获得同一精度和同一粗糙度的方案有好几种，选择时还要考虑生产率和经济性，考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工厂的生产条件等。
该零件的表面加工方法如下： （1）外圆的加工方法 粗车→精车。 （2）内孔轮廓的加工方法 钻→粗镗→精镗。 （3）槽的加工方法 粗切→精切。 4.1.2加工顺序的安排
数控车削加工顺序应按照一下原则进行。
（1）基面先行原则 用作基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。故第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工) ，然后再以精基准加工其他表面。加工顺序安排遵循的原则是上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面。
（2）先粗后精 切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。
当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。
在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。
为充分释放粗切加工时残存在工件内的应力，在粗、精加工工序之间可适当安排一些精度要求不高部位的加工。如切槽、倒角、钻孔等
（3）先近后远 尽可能采用最少的装夹次数和最少的刀具数量，以减少重新定位或换刀所引起的误差。一次装夹的加工顺序安排是先近后远，特别是在粗加工时，通常安排离起刀点近的部位先加工，离起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。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。
（4）先内后外，内外交叉 对既有内表面(内腔) ，又有外表面需加工的零件，
安排加工顺序时，应先进行内、外表面的粗加工，后进行内、外表面的精加工。切不可将零件上一部分表面(外表面或内表面) 加工完毕后，再加工其它表面(内表面或外表面) 。 4.1.3工艺路线的确定
根据其表面加工方法及加工顺序的原则，确定该零件的工艺方案一如下： 工序Ⅰ：夹一端毛坯外圆，粗车另一端面及外圆、打中心孔。 工步1 夹毛坯外圆车另一头端面及外圆面 工步2 打中心孔A6.3
工序Ⅱ：卡盘加顶尖装夹，车右端大外圆、中间圆弧段。
工步1 粗车外圆。工步2 精车外圆。 工步3 切槽。工步4 粗车中间圆弧段 工步5 精车中间圆弧段。
工序Ⅲ：夹左端外圆，顶右端中心孔，车右端锥面、螺纹头、中间锥面及其槽。
工步1 粗车右端外圆、锥面、螺纹大径、中间锥面。 工步2 精车右端外圆、锥面、螺纹大径、中间锥面。
工步3 切中间锥面上3-30-0. 03槽、切螺纹退刀槽。工步4 粗、精车外螺纹。
工序Ⅳ：夹左端Ф520-0. 03外圆，将左端向外伸出35mm ，钻、镗内孔、车内螺纹。
工步1 钻、镗内孔。工步2 粗、精车内螺纹
工序V: 夹右端Ф520将右端向外伸出35mm, 粗、精车右端Ф350-0. 03外圆，-0. 025
外圆、Ф520-0. 03外圆。
工步1 粗车右端Ф350-0. 025外圆、Ф52-0. 03外圆。 0
工步2 精车右端Ф350-0. 025外圆、Ф52-0. 03外圆
工艺方案二如下：
工序Ⅰ：粗车两端面、外圆、打中心孔、钻底孔。
工步1 夹毛坯外圆粗车一头端面及外圆，打中心孔。
工步2 夹上步粗车后的外圆，粗车另一头端面及外圆，打中心孔。 工步3 钻左端底孔
工序Ⅱ：粗、精镗内孔至尺寸要求、车内孔沟槽至尺寸、粗精车内螺纹 工步1 粗镗内孔。工步2 精镗内孔。工步3 切槽。 工步4 粗车螺纹 工步5 精车螺纹。
工序Ⅲ：粗精车左端外圆表面、圆弧、倒角、中间锥面、切中间锥面上3-30-0. 03
槽。
工步1 粗车左端外圆、锥面、圆弧、倒角、中间锥面。 工步2 精车左端外圆、锥面、圆弧、倒角、中间锥面。 工步3 切中间锥面上3-30-0. 03槽。
0工序Ⅳ：夹左端Ф520外圆，将右端向外伸出75mm ，车右端Ф52-0. 03-0. 03外圆、
圆弧面、球面、锥面、退刀槽、右端螺纹。
工步1 粗车外圆圆弧面、球面、锥面。 工步2 精车外圆圆弧面、球面、锥面。
工步3 车退刀槽 工步4 粗车螺纹。工步5 精车螺纹。 说明：以上两个方案比较
其中方案一：先从工件右端加工考虑到长度上设计基准在右端，直径基准为中心线，因此加工中为保证形位误差应尽量使工艺基准和设计基准重合，以保证尺寸和形状误差，可采用此方案。
方案二：以左端开始考虑到加工顺序先内后外的原则、考虑到装夹的难易左端易装夹，故先加工左端，后加工右端，采用方案二。 方案二：加工工艺过程卡：
机械加工工艺过程卡
4.2制定工序卡
数控加工工序卡片1
数控加工工序卡片2
数控加工工序卡片3
数控加工工序卡片4
数控加工工序卡片5
数控加工工序卡片6
数控加工工序卡片7
数控加工工序卡片8
第5章 数控编程及加工
5.1数控编程的定义及分类
5.1.1数控编程的定义
编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。
5.1.2数控编程的分类
数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。
手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。
自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。 5.1.3编程方法的选择
该零件的刀具轨迹路径主要由直线、圆弧组成，坐标点尺寸计算方便，故采用手工编程的方式编制其加工程序。
5.2编程原点的确定
该零件为规则的回转型零件，其坐标原点可设在轴的两端面中心上，这样方便编程坐标的计算。其坐标原点如图5.1所示。
图5.1 坐标原点
5.3数控加工程序
5.4加工步骤和方法
（1）加工步骤及要求见工艺过程卡和工序卡
（2）加工方法数控机床自动加工，注意零件加工过程中的工艺倒角、工艺圆弧和调头加工中产生的接刀痕
（3）加工过程中首件注意使用选择停，检验各部尺寸并注意修正 （4）加工过程中合理选用切削液及浓度、流量大小 （5）加工过程中请遵守数控机床操作手册并注意生产安全
5.5成品图
5.6测量检验的步骤和方法
1检验成品零件重要表面是否划伤并用探伤仪检查内部是否有气孔 2用游标卡尺和千分尺检验各长度、直径方向是否在允许公差范围内 3用深度游标卡尺测量内槽深度是否在公差范围内
4分别用螺纹通规、止规检验螺纹配合程度，确定是否符合要求
结论
通过参加本次课程设计实训，进一步了解数控机床的原理和操作规程，对数控车削加工的整个过程有了较全面的理解，提高了解决实际问题的能力；了解了数控机床的新工艺、新技术；紧扣数控应用技术专业的专业发展方向，具有时代性和前沿性。
在本次毕业设计的过程中，也遇到了很多的困难，充分体会到了理论必须与实际相结合。虽然在毕业设计的前期和设计过程中，搜集了大量关于数控加工工艺和编程的资料，但是在实际的工艺分析和数控编程中还是遇到了很多的理论与实际不同的困难。许多问题在书本上都是这样，而在实际运用中却是那样，但幸运的是通过老师的帮助和多次分析修改后，最终完成了加工工艺的分析和编程，并且加工出了相应的产品。在毕业设计的过程中，要边学习，变实践，每当遇到新的问题时，就要注重理论和实践相结合为后续发展提供有益的指导。
我的设计已完成，通过此次设计，我对轴套零件的数控加工工艺有了更深刻的理解的同时，还培养了我独立工作及与人团结合作的能力，各方面的综合能力也有所提高，使我明白做任何事都必须有严谨认真的态度，在以后的日子里，我会不断提高自身的素质，相信获得的技能和经验必将对我今后的工作、学习产生深远的影响。
致谢
在这里我要感谢我的指导教师张君。虽然工作繁忙，但是在我做毕业设计的过程中，他对该设计从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心的指引与教导, 为我的设计顺利完成进行正确指导，同时还给我创造了很多锻炼提高的机会，使我得以最终完成毕业设计。没有老师的指导和帮助，我不可能在有限的时间里完成我的毕业论文。另外，他对事业的执著追求、精益求精的工作态度和对问题的敏锐观察力都将是我永远学习的榜样，将会在我今后的学习和工作中起到深远影响。
参考文献
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摘要
本文主要讲述连接轴零件的数控车削工艺规程。开篇首先介绍了数控车床在
车削加工中的应用，紧接着对所加工轴零件的零件图进行分析，并画出零件图和毛坯图，再确定其毛坯类型和尺寸、所选用的机床、制作工装、选择刀具、量具和切削参数；并对零件加工中出现废品的原因进行分析；最后写出本次毕业设计总结。
关键词：零件分析 ； 毛坯 ； 工艺路线 ； 编程； 仿真。
Abstract This paper focuses on the connecting shaft parts of CNC turning process
procedures. Begins, first of all, introduces the application of numerical control lathe in turning processing, then to analyze the part drawing of shaft parts, and draw the part drawing and the blank drawing, to determine the type and size of billet, the selection of machine tools, production tools, cutting tools, measuring tool and cutting
parameters; And the parts processing in this paper analyzes the causes of waste;
Finally write the summary of graduation design.
Keywords: parts analysis; Blank; Process route; Programming; The simulation.
目录
摘要 . ..................................................................................................................................... 1
第1章 概述 . ........................................................................................................................ 5
1.1国内外数控发展概况 ························································································································ 5
1.2零件的分析 ········································································································································· 5
1.2.1零件的尺寸标注分析 ............................................................................................................. 6
1.2.3零件的技术要求分析 ............................................................................................................. 7
第2章：毛坯及夹具的选择.................................................................................................. 7
2.1常见的毛坯种类 ································································································································· 7
2.2毛坯选择时应考虑的因素 ················································································································ 8
2.3毛坯的确定 ········································································································································· 8
2.4选择机床 ············································································································································· 8
2.5机床夹具 ············································································································································· 9
2.5.1采用两中心孔定位装夹： ..................................................................................................... 9
2.5.2用外圆表面定位装夹： ......................................................................................................... 9
2.6制作工装 ············································································································································· 9
2.7定位基准的选择 ································································································································· 9
2.7.1粗基准的选择： ..................................................................................................................... 9
2.7.2精基准的选择 ....................................................................................................................... 10
2.8定位的方法 ······································································································································· 10
2.9保证形位误差 ··································································································································· 10
2.9.1定位误差 ............................................................................................................................... 10
2.9.2形状误差 ............................................................................................................................... 10
2.9.3形位误差： ........................................................................................................................... 10
2.10夹紧力的大小 ································································································································· 10
第3章 刀具的选择 ............................................................................................................ 11
3.1刀具材料的选择 ······························································································································· 11
3.2常用的车刀选用 ······························································································································· 12
3.2.1外圆、端面车刀的选用 ....................................................................................................... 12
3.2.2孔加工刀具的选用 ............................................................................................................... 12
3.2.3切槽刀具的选用 ................................................................................................................... 13
3.2.4螺纹加工刀具的选用 ........................................................................................................... 13 .3.3该零件加工所用的刀具 ················································································································· 14
3.3.1刀具卡 ................................................................................................................................... 14
3.4选择切削用量计算 ··························································································································· 14
3.4.1切削速度 ............................................................................................................................... 14
3.4.3背吃刀量 ............................................................................................................................... 15
3.5选择量具和工具 ······························································································································· 15
3.6各部尺寸和尺寸链 ··························································································································· 16
第4章确定工艺路线及工序卡 ............................................................................................ 18
4.1工艺路线的确定 ······························································································································· 18
4.1.1表面加工方法的选择 ........................................................................................................... 18
4.1.2加工顺序的安排 ................................................................................................................... 18
4.1.3工艺路线的确定 ................................................................................................................... 19
4.2制定工序卡 ······································································································································· 21
第5章 数控编程及加工 ..................................................................................................... 27
5.1数控编程的定义及分类 ·················································································································· 27
5.1.1数控编程的定义 ................................................................................................................... 27
5.1.2数控编程的分类 ................................................................................................................... 28
5.1.3编程方法的选择 ................................................................................................................... 28
5.2编程原点的确定 ······························································································································· 28
5.3数控加工程序 ··································································································································· 28
5.3.1工序VI 的加工程序清单-01 . .............................................................................................. 28
5.3.2工序V 的加工程序清单02 ................................................................................................. 30
5.3.3工序V 的加工程序清单03 ................................................................................................. 32
5.3.4工序VII 的加工程序清单04 .............................................................................................. 33
5.4加工步骤和方法 ······························································································································· 34
5.5成品图 ··············································································································································· 34
5.6测量检验的步骤和方法 ·················································································································· 35
结论 . ................................................................................................................................... 35
致谢 . ................................................................................................................................... 36
参考文献 ............................................................................................................................ 37
第1章 概述
1.1国内外数控发展概况
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC 只能作为非智能的机床运动控制器。CAD/CAM和CNC 之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC 的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC 系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC 向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。
1.2零件的分析
如图1—1所示为连接轴二维零件图，试制定出该零件的加工工艺方案，编制其数控加工程序，并对程序进行仿真加工。
图1—1连接轴零件图
1.2.1零件的尺寸标注分析
零件图上的尺寸是制造、检验零件的重要依据，生产中要求零件图中的尺寸不允许有任何差错。在零件图上标注尺寸，除要求正确、完整和清晰外，还应考虑合理性，既要满足设计要求，又要便于加工、测量。
关于尺寸标注主要包括功能尺寸、非功能尺寸、公称尺寸、基本尺寸、参考尺寸、重复尺寸等等。
该零件图说标注的尺寸均完整，符合国家要求，位置准确，表达清楚。
1.2.2零件的几何要素分析
从图1-1分析得知，该零件的结构主要由圆柱面、圆弧面、圆锥面、螺纹头、螺纹孔、槽等特征组成，这些特征在普通车床上难以完成，需要在数控车上加工。
1.2.3零件的技术要求分析
该零件的尺寸精度要求有：尺寸Ф520
-0. 03的尺寸精度等级为IT7级、尺寸Ф
0350
-0. 025的尺寸精度等级为IT7级、尺寸Ф36-0. 1的尺寸精度等级为IT10级、尺寸+0. 021Ф200的尺寸精度等级为IT7级、尺寸S Ф50±0. 02的尺寸精度等级为IT8-9
+0. 03级、尺寸3-40的尺寸精度等级为IT9级、尺寸3-30-0. 03的尺寸精度等级为IT9
级，其余未注尺寸精度公差按IT12进行控制。
各轴段的位置精度有：145±0. 08的精度为IT10级、73±0. 04的精度等级为IT9-10级、30±0. 02的精度等级为IT8-9级、26±0. 03的精度等级为IT9-10级、20±0. 03的精度等级为IT9-10级、19±0. 04的精度等级为IT9-10级。
表面粗糙度要求有：Ф350
-0. 025外圆、S Ф50±0. 02圆弧面、20°与45°圆锥
+0. 021面、Ф200内孔的表面粗糙度为Ra1.6um ，其余未注表面粗糙度为Ra3.2um 。 综上所述，该零件的加工精度较高，应设计比较合理的加工方案，选择合适的刀具，合适的切削参数等等。
第2章：毛坯及夹具的选择
2.1常见的毛坯种类
(1) 铸件
铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。
(2) 锻件
锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。
(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
焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件。
(5) 冷冲压件
冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。
2.2毛坯选择时应考虑的因素
(1) 零件的材料及机械性能要求
零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。
(2) 零件的结构形状与外形尺寸
(3) 生产纲领的大小
(4) 现有生产条件
(5) 充分利用新工艺、新材料
为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用。
2.3毛坯的确定
综合考虑，根据以上因素及零件的技术要求，确定该零件的毛坯为棒料，其尺寸为Ф55×150mm ，材料为45钢。
图2—1连接轴毛坯图
2.4选择机床
由于此零件加工要求比较高、精度控制比较严格，因此采用数控加工方法进行加工；
另外，按照实行全自动、高精度、高效率原则选斜床身数控机床。
2.5机床夹具
在数控车削加工过程中，夹具是用来装夹被加工工件的，因此必须保证被加工工件的定位精度，并尽可能做到装卸方便、快捷。轴类零件的安装方式主要有以下三种。
2.5.1采用两中心孔定位装夹：
一般以重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准，它自身质量非常重要，其准备工作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。
2.5.2用外圆表面定位装夹：
对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。
2.5.3用各种堵头或拉杆心轴定位装夹：
加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴.
2.6制作工装
通过对该零件的分析，确定该零件的装夹在粗车以及车左头时可直接用三爪卡盘（软、硬爪）装夹；车右端及中间部位时，由于工件伸出卡盘外的长度较长，故需要选用卡盘加顶尖的方式装夹。
2.7定位基准的选择
2.7.1粗基准的选择：
为保证不加工面与加工表面的位置要求，选择毛坯外圆为粗基准。为保证重要加工面的余量均匀，选Ф520
0. 03外圆为粗基准。注意尽量减少使用粗基准。
粗基准采用毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中
心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架) ，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。
2.7.2精基准的选择：
遵循基准重合、基准统一原则，选择以两端面中心线和右端面为精基准，以保证零件的形位误差。
2.8定位的方法
常见定位方法：工件以平面定位、工件以外圆柱面定位、工件以圆孔定位、工件以一面两孔定位。
此零件定位：综合定位方式采用定心定位，即自动的将工件的轴线确定在要求的位置上，工件以外圆表面、左右两端面中心孔加活顶尖及台阶面来定位工件限制其自由度。
2.9保证形位误差
机械加工工件的精度要求包括尺寸精度、形状精度和位置精度。
2.9.1定位误差：是各个工件在夹具上所占据的位置不可能完全一致，以致使加工后各工件工序尺寸存在误差，因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量即为误差。
2.9.2形状误差：是实际要素的形状所允许的最大变动量。
2.9.3形位误差：是尽量保证基准重合消除基准位移误差、装夹工件时按正确的步骤来操作。
2.10夹紧力的大小
F——按静平衡力算出的夹紧力的大小应适当，它直接影响工件装夹的可靠性、工件加紧变形、定位的准确及工件的加工精度。在实际加工中常用下述两种方法估算夹紧力：参照同类夹具的使用情况、实际加工经验、工件尺寸和刚度，用类比法估算。将夹具和工件看成刚性系统，找出加工过程中对夹具最不利的瞬时状态，按静平衡力条件计算出理论夹紧力，在乘以安全系数作为实际所需的加紧力，即
FJ=KF错误！未指定书签。
式中 FJ——实际所需加紧力
K ——安全系数，粗加工时取2.5—3，精加工时取1.5—2
第3章 刀具的选择
数控车床一般采用机夹可转位刀具，所用的刀具，要求有可靠的断屑性能，足够的耐用，刀片转位后有精确的重复定位精度，刀片要有足够的夹紧可靠性，此外，由于数控车床功率比较大，刚性强，要求刀具寿命较长，质量相对稳定，因此，对刀片材料的要求高，以保证刀具寿命，一般情况下大多使用涂层刀片。
3.1刀具材料的选择
刀片材料要根据零件材料及热处理后的材料性能合理选用。对与一般低碳钢，低碳低合金钢的加工刀片材料可以选择普通硬质合金或超微粒子硬质合金材料，在国际标准中（ISO ），硬质合金通常分为三大类，即K 、P 、M 分别相当与我国国标中的YG 、YT YW 类。通常情况下又分别在K 、P 、M 三种代号后附加上01、05、20、40、50等数字进行更进一步细分。一般来讲数字越小者硬度更高，但 韧性降低，数字越大韧性高但硬度降低。一般情况下K 类主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料；P 类主要用于加工普通钢；M 类主要用于加工难加工钢，铸铁及有色金属。超微粒子硬质合金适合加工不锈钢、高锰高及耐热钢，选用时可结合具体加工工艺参数合理选择。在数控车削中，为提高刀具寿命，实际应用中大多使用涂层刀具材料。涂层刀具是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损，耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有硬而不易破损的性能。涂层的方法分为两大类，一为物质涂层PVD ，另为化学涂层CVD ，一般来说，物理涂层是在550℃以下将金属和气体离子化后喷涂在工具表面；而化学涂层则是将各种化合物通过化学反应来沉积在工具上形成表面皮膜，一般普遍采用中温涂层，温度控制在800℃左右。用于涂层常见的材料有Tic 、TiN 、TiCN 、AI2O3等陶瓷材料，涂层厚度为5?15um 。由于这些陶瓷材料都具有耐磨损（硬度高），耐化学反应等性能。所以涂层刀具是数控机床最为广泛使用的刀具类型，从非金属、铝合金、到铸铁钢以及高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钛合金等难加工材料的切削中均可使用，比普通较硬质合金的性能要好，性能价格比较高，是数控机床用刀具材料的首选。对于普通钢材，优先选择涂层刀片，高速连续切削选用涂层厚度为5—15um 多为CVD 法制造刀片。冲击较强的断续切削时，要求涂膜的附着强度以及涂层对工具的韧性不会产生太大的影响，所以选择涂层厚度为2?3um 左右采用PVD 涂层的刀片。对于普通灰铸铁加工来讲，线速度小于300m/min以下宜采用涂层硬质合金，线速度300?500m/min以内可采用陶瓷刀具。
3.2常用的车刀选用
3.2.1外圆、端面车刀的选用
加工外圆及台阶是刀片的形状有刀尖角为80°菱形刀片，55°菱形刀片，圆形刀片，方形刀片，等边三角形刀片和35°菱形刀片，其标准后角通常有0°、7°、11°、25°、30°等几种规格。主偏角主要有45°、50°、60°、75°、85°、90°、93°、95°等形式。一般情况下加工台阶轴类零件宜采用装有80°菱形刀片的95°车刀，这种车刀的特点是前角和副偏角较大，摩擦小，消振散热性好，不易拉毛零件表面，加工外圆或端面都很好用。粗加工外圆或端面则可采用装80°菱形刀片的车刀，这时不用80°刀尖而是用100°刀尖的菱形刀片，这样不但进一步提高刀尖的强度，而且还提高了刀片的利用率有效提高粗加工时的加工效率。重切削时应考虑选择圆形刀片，以满足切削要求，提高加工效率。断屑槽形式选用应结合粗、精加工，切削用量，切削连续性等方面合性选用。标准刀杆截面通常为矩形、正方形和圆性三种，从成本和使用方便性上考虑，应优先采用正方形截面刀杆，刀杆的标准长度32?500mm ，一般情况下，为提高切削过程的刀具刚度，在能够满足加工需要，又不会与零件其他部位产生干涉的情况下，刀杆长度不宜过长。刀杆结构还要根据零件加工时的走刀方向，选择左手刀或右手刀。选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件的结构特点，以避免零件加工时刀具与零件其他部位产生干涉。刀片主要装夹形式同前所述，采用正方形刀片的刀具具有结构简单，制造工艺好等优点。80°---84°角菱形刀片，刀尖和刀边抗破损的能力最强。 3.2.2孔加工刀具的选用
加工内孔时，最常采用装有80°菱形刀片的95°车刀或采用装有60°三角形刀片的91°车刀。若加工内孔径比外空径大的台阶孔时宜采用装有55°菱形刀片的110°车刀，这样在加工大内径台阶孔时，可避免与零件直径小的内孔发生干涉（图3.1）。为了防止切削拉毛零件加工表面，刀片断屑槽的选择一定要合理，要求选用槽性较窄有多级断屑槽或点式断屑槽等断屑性能好的刀片。选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件内孔的结构特点，避免零件加工时刀具与零件发生干涉。一般情况下，只要不影响排屑，应尽量选择刚性较好的车刀，由于圆形刀杆比方形刀杆截面积大些，刀具刚性好，并且刀尖还能与刀杆轴线在同一平面内，所以应优先选择圆形刀杆加工内孔。对于一些精度要求高，变形要求小的零件加工，应考虑选用带冷却孔的刀杆，以降低加工过程中的切削热，减少零件变形。
图3-1内孔的加工
3.2.3切槽刀具的选用
标准切槽刀一般分为双刃单面结构、按工艺方法不同主要分为径向、轴向、切断三种类型。通常情况下，切槽刀大多为成形刀，刀头形状根据零件上槽的形状可分为直切槽刀和圆弧切槽刀也可根据零件需要定做特殊槽型和复合刀具。在使用切槽刀车削内槽时，为使排屑方便，防止切屑拉毛零件，应充分考虑断屑槽的形状。切槽刀的刀杆结构形式较多，刀片夹紧形式主要有两种，即自夹式夹紧和螺钉上压式压紧结构。采用螺钉上压式方式用与大直径零件的切断。刀片深槽，采用螺钉上压式用于小直径零件的切断。刀片主要形式有单头刀片和双头可转位刀片，刀杆形式要避免与零件发生干涉，降低振动的前提下，要满足加工质量，确保刚性，降低车削振动、经济实惠。的原则合理选用。 3.2.4螺纹加工刀具的选用
车螺纹刀片按切削形式可以分为切顶槽型螺纹刀片和非切顶槽螺纹刀片；按螺纹标准分为米制和英制两种形式，按加工特点可分为内、外螺纹刀片、按螺纹线方向分为正、反螺纹。刀片结构主要分为两刃单面和三刃单面两种形式。通常情况下应尽量选用可重磨底面带有120V 形定位面的切顶型升刃单面式刀片，为减少切削刀和振动力，刀片应选择正面前角结构，刀片的其他角度要结合上述不同情况区别选用。螺纹刀杆分方形和圆形截面两种类型，前者价格较低，后者刚性和加工精度较好，刀片与刀杆连接时需要增加力垫，刀杆按照螺纹旋线方向为标准型反向型，一定要根据零件螺纹旋线方向合理选用。
.3.3该零件加工所用的刀具
3.3.1刀具卡
数控加工刀具卡片
3.4选择切削用量计算
3.4.1切削速度：指切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度，单位mm/s或m/min车削时切削速度计算公式为：
Vc=πdn/1000
式中 n—— 工件或刀具的转速（r/min） d ——工件或刀具选定点旋转直径（mm ）
根据刀具和工件材料选择切削速度：一般精加工为120-150m/min，粗加工为80-100 m/min得：
n=1000Vc/πd( r/min)
1. 粗车Ф520-0. 03外圆转速=1000X100/π52=750 r/min 2. 精车Ф520-0. 03外圆转速=1000X150/π52=950r/min 3. 粗车Ф350-0. 025外圆转速=1000X100/π35=900 r/min 4. 精车Ф350-0. 025外圆转速=1000X150/π35=1200r/min
+0. 0215. 粗镗Ф200外圆转速=1000X100/π20=1600 r/min +0. 0216．精镗Ф200外圆转速=1000X150/π20=2300 r/min
7. 车端面时一般取300-500 r/min并用G96限制最高转速 8. 钻孔时一般取100-200 r/min 9. 车槽时一般取200-300 r/min 10. 车螺纹时一般取400-600 r/min
综合各方面因素：粗车外圆时取转速900 r/min，精车时取1200r/min 粗镗内孔转速750 r/min，精镗时取1000 r/min、车槽时转速300 r/min、车螺纹时转速取450 r/min钻、扩孔时取300 r/min 3.4.2进给量
进给量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用工件每转的位移量来度量，单位mm/r
粗车外圆、粗镗内孔f(0.25-0.35mm/r) 精车外圆、精镗内孔f(0.1-0.25mm/r) 车槽f(0.05-0.15mm/r) 钻、扩孔f(50-150mm/min)
3.4.3背吃刀量
背吃刀量指垂直于进给速度方向测量的切削层最大尺寸，单位为mm 。 可知，车外圆时：ap=(d1-d2)/2
式中：d1——待加工表面直径
d2——已加工表面直径
各背吃刀量见刀具卡
3.5选择量具和工具
（50-150mm ）的千分尺，游标卡尺，M24的内螺纹通规和止规，M27的外螺纹通规和止规，带表内卡规（10-50mm ），倒角器
3.6各部尺寸和尺寸链
毛坯直径方向各部尺寸：Ф55±0. 8
长度方向各部尺寸：150±1. 2
尺寸链的计算：
分析零件图得长度方向封闭环 增环尺寸：145±0. 08
+0. 03
减环尺寸：26±0. 03、20±0. 03、73±0. 04、3X30 -0. 03、3X40
封闭环的基本尺寸=增环的基本尺寸—所有减环的基本尺寸 即：A=145-26-20-73-3X3-3X4=5
封闭环的最大极限尺寸=增环的最大极限尺寸—减环的最小极限尺寸 即：A1=145.08-25.97-19.97-72.96-2.97-4.03=5.18
封闭环的最小极限尺寸=增环的最小极限尺寸—减环的最大极限尺寸 即：A2=144.92-26.03-20.03-73.04-3X2.97-3X4.03=4.82
封闭环的上偏差=所有增环的上偏差—所有减环的下偏差
即：ES=0.08-(-0.03)-(-0.03)-(-0.04)-3X(-0.03)-3X（-0.03）=+0.18
封闭环的下偏差=所有增环的下偏差—所有减环的上偏差 即：EI=-0.08-0.03-0.03-0.04-3X0-3X0=-0.18 故：封闭环基本尺寸为5±0. 18
第4章确定工艺路线及工序卡
4.1工艺路线的确定
4.1.1表面加工方法的选择
选择表面加工方法时，一般先根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，选定最终加工方法，然后再确定精加工前的准备工序的加工方法，即确定加工方案。由于获得同一精度和同一粗糙度的方案有好几种，选择时还要考虑生产率和经济性，考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工厂的生产条件等。
该零件的表面加工方法如下： （1）外圆的加工方法 粗车→精车。 （2）内孔轮廓的加工方法 钻→粗镗→精镗。 （3）槽的加工方法 粗切→精切。 4.1.2加工顺序的安排
数控车削加工顺序应按照一下原则进行。
（1）基面先行原则 用作基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。故第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工) ，然后再以精基准加工其他表面。加工顺序安排遵循的原则是上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面。
（2）先粗后精 切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。
当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。
在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。
为充分释放粗切加工时残存在工件内的应力，在粗、精加工工序之间可适当安排一些精度要求不高部位的加工。如切槽、倒角、钻孔等
（3）先近后远 尽可能采用最少的装夹次数和最少的刀具数量，以减少重新定位或换刀所引起的误差。一次装夹的加工顺序安排是先近后远，特别是在粗加工时，通常安排离起刀点近的部位先加工，离起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。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。
（4）先内后外，内外交叉 对既有内表面(内腔) ，又有外表面需加工的零件，
安排加工顺序时，应先进行内、外表面的粗加工，后进行内、外表面的精加工。切不可将零件上一部分表面(外表面或内表面) 加工完毕后，再加工其它表面(内表面或外表面) 。 4.1.3工艺路线的确定
根据其表面加工方法及加工顺序的原则，确定该零件的工艺方案一如下： 工序Ⅰ：夹一端毛坯外圆，粗车另一端面及外圆、打中心孔。 工步1 夹毛坯外圆车另一头端面及外圆面 工步2 打中心孔A6.3
工序Ⅱ：卡盘加顶尖装夹，车右端大外圆、中间圆弧段。
工步1 粗车外圆。工步2 精车外圆。 工步3 切槽。工步4 粗车中间圆弧段 工步5 精车中间圆弧段。
工序Ⅲ：夹左端外圆，顶右端中心孔，车右端锥面、螺纹头、中间锥面及其槽。
工步1 粗车右端外圆、锥面、螺纹大径、中间锥面。 工步2 精车右端外圆、锥面、螺纹大径、中间锥面。
工步3 切中间锥面上3-30-0. 03槽、切螺纹退刀槽。工步4 粗、精车外螺纹。
工序Ⅳ：夹左端Ф520-0. 03外圆，将左端向外伸出35mm ，钻、镗内孔、车内螺纹。
工步1 钻、镗内孔。工步2 粗、精车内螺纹
工序V: 夹右端Ф520将右端向外伸出35mm, 粗、精车右端Ф350-0. 03外圆，-0. 025
外圆、Ф520-0. 03外圆。
工步1 粗车右端Ф350-0. 025外圆、Ф52-0. 03外圆。 0
工步2 精车右端Ф350-0. 025外圆、Ф52-0. 03外圆
工艺方案二如下：
工序Ⅰ：粗车两端面、外圆、打中心孔、钻底孔。
工步1 夹毛坯外圆粗车一头端面及外圆，打中心孔。
工步2 夹上步粗车后的外圆，粗车另一头端面及外圆，打中心孔。 工步3 钻左端底孔
工序Ⅱ：粗、精镗内孔至尺寸要求、车内孔沟槽至尺寸、粗精车内螺纹 工步1 粗镗内孔。工步2 精镗内孔。工步3 切槽。 工步4 粗车螺纹 工步5 精车螺纹。
工序Ⅲ：粗精车左端外圆表面、圆弧、倒角、中间锥面、切中间锥面上3-30-0. 03
槽。
工步1 粗车左端外圆、锥面、圆弧、倒角、中间锥面。 工步2 精车左端外圆、锥面、圆弧、倒角、中间锥面。 工步3 切中间锥面上3-30-0. 03槽。
0工序Ⅳ：夹左端Ф520外圆，将右端向外伸出75mm ，车右端Ф52-0. 03-0. 03外圆、
圆弧面、球面、锥面、退刀槽、右端螺纹。
工步1 粗车外圆圆弧面、球面、锥面。 工步2 精车外圆圆弧面、球面、锥面。
工步3 车退刀槽 工步4 粗车螺纹。工步5 精车螺纹。 说明：以上两个方案比较
其中方案一：先从工件右端加工考虑到长度上设计基准在右端，直径基准为中心线，因此加工中为保证形位误差应尽量使工艺基准和设计基准重合，以保证尺寸和形状误差，可采用此方案。
方案二：以左端开始考虑到加工顺序先内后外的原则、考虑到装夹的难易左端易装夹，故先加工左端，后加工右端，采用方案二。 方案二：加工工艺过程卡：
机械加工工艺过程卡
4.2制定工序卡
数控加工工序卡片1
数控加工工序卡片2
数控加工工序卡片3
数控加工工序卡片4
数控加工工序卡片5
数控加工工序卡片6
数控加工工序卡片7
数控加工工序卡片8
第5章 数控编程及加工
5.1数控编程的定义及分类
5.1.1数控编程的定义
编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。
5.1.2数控编程的分类
数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。
手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。
自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。 5.1.3编程方法的选择
该零件的刀具轨迹路径主要由直线、圆弧组成，坐标点尺寸计算方便，故采用手工编程的方式编制其加工程序。
5.2编程原点的确定
该零件为规则的回转型零件，其坐标原点可设在轴的两端面中心上，这样方便编程坐标的计算。其坐标原点如图5.1所示。
图5.1 坐标原点
5.3数控加工程序
5.4加工步骤和方法
（1）加工步骤及要求见工艺过程卡和工序卡
（2）加工方法数控机床自动加工，注意零件加工过程中的工艺倒角、工艺圆弧和调头加工中产生的接刀痕
（3）加工过程中首件注意使用选择停，检验各部尺寸并注意修正 （4）加工过程中合理选用切削液及浓度、流量大小 （5）加工过程中请遵守数控机床操作手册并注意生产安全
5.5成品图
5.6测量检验的步骤和方法
1检验成品零件重要表面是否划伤并用探伤仪检查内部是否有气孔 2用游标卡尺和千分尺检验各长度、直径方向是否在允许公差范围内 3用深度游标卡尺测量内槽深度是否在公差范围内
4分别用螺纹通规、止规检验螺纹配合程度，确定是否符合要求
结论
通过参加本次课程设计实训，进一步了解数控机床的原理和操作规程，对数控车削加工的整个过程有了较全面的理解，提高了解决实际问题的能力；了解了数控机床的新工艺、新技术；紧扣数控应用技术专业的专业发展方向，具有时代性和前沿性。
在本次毕业设计的过程中，也遇到了很多的困难，充分体会到了理论必须与实际相结合。虽然在毕业设计的前期和设计过程中，搜集了大量关于数控加工工艺和编程的资料，但是在实际的工艺分析和数控编程中还是遇到了很多的理论与实际不同的困难。许多问题在书本上都是这样，而在实际运用中却是那样，但幸运的是通过老师的帮助和多次分析修改后，最终完成了加工工艺的分析和编程，并且加工出了相应的产品。在毕业设计的过程中，要边学习，变实践，每当遇到新的问题时，就要注重理论和实践相结合为后续发展提供有益的指导。
我的设计已完成，通过此次设计，我对轴套零件的数控加工工艺有了更深刻的理解的同时，还培养了我独立工作及与人团结合作的能力，各方面的综合能力也有所提高，使我明白做任何事都必须有严谨认真的态度，在以后的日子里，我会不断提高自身的素质，相信获得的技能和经验必将对我今后的工作、学习产生深远的影响。
致谢
在这里我要感谢我的指导教师张君。虽然工作繁忙，但是在我做毕业设计的过程中，他对该设计从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心的指引与教导, 为我的设计顺利完成进行正确指导，同时还给我创造了很多锻炼提高的机会，使我得以最终完成毕业设计。没有老师的指导和帮助，我不可能在有限的时间里完成我的毕业论文。另外，他对事业的执著追求、精益求精的工作态度和对问题的敏锐观察力都将是我永远学习的榜样，将会在我今后的学习和工作中起到深远影响。
参考文献
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