心轴配合件的加工工艺设计

1 心轴配合件的加工工艺设计 指导教师：王信 2011 级数控技术专业 学号 201111180 姓名 肖敏 摘 要 随着科学技术的不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性 能、高精度、高速度、高柔性化和模块化发展。数控加工的应用成突飞猛进之势，社 会上对数控加工技术的要求业更高。本设计从图样设计开始到零件加工结束说明了零 件工艺设计。体现了数控加工的高精度、高效率、高柔性等特点，提高了劳动效率和 加工精度，减小了劳动强度。本设计从数控加工的工艺分析、程序的编制，简单论述 了型腔零件与轴类零件配合的基本加工工艺，以及在加工中应该注意的工艺问题。 关键词：工艺分析；工艺设计；程序编制 2 目 录 1 绪 论 .4 2 机床的选择 .5 3 零件的加工工艺设计 .6 3.1 零件图的分析 .6 3.2 零件加工工艺性分析 .7 3.2.1 零件图尺寸的标注 .7 3.2.2 零件的结构分析 .7 3.2.3 表面质量与精度的分析 .7 3.3 毛坯选择 .8 3.4 定位基准的选择 .9 3.4.1 选择定位基准的原则 .9 3.4.2 定位基准的选择 .9 3.5 加工工艺路线设计 .9 3.5.1 心轴的加工方案 .9 3.5.2 圆锥轴套加工方案 .10 3.5.3 圆弧轴套加工方案 .10 3.6 夹具的确定 .10 3.7 刀具的选择 .11 3.8 切削用量的选择 .12 3.8.1 圆弧轴套切削用量的确定 .12 3.8.2 心轴切削用量的确定 .17 3.8.3 圆弧轴套加工方案 .17 3.9 加工路线的选择 .18 3.9.1 心轴加工路线图 .19 3.9.2 圆弧轴套加工路线图 .20 3.9.3 圆锥轴套加工路线图 .21 4 冷却液的选择 .22 5 加工工艺文件制定 .23 3 5.1 工艺过程卡片 .23 5.2 工序卡 .26 5.3 刀具卡 .34 6 程序的编制 .37 6.1 数控编程的内容与步骤 .37 6.2 数控编程的分类 .37 6.3 零件程序的编写 .37 7 仿 真 .37 结 论 .49 致 谢 .50 参考文献 .51 附 录 .52 4 1 绪 论 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响 到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工 业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。在我国，数控技术与装 备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步，特别是在通用微机数控领 域，以 PC 平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术 研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占 有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领 域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有 举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的问题。 随着社会经济发展对制造业的要求不断提高，以及科学技术特别足计算机技术的 高速发展，传统的制造业已发生了根本性的变革。以数控技术为主的现代制造技术占 据了重要地位，数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新 技术于一体，是制造业实现柔性化、自动化、集成化、智能化的重要基础。这个基础 是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。 因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。在我 国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步，特别是 在通用微机数控领域，基于 Pc 平台的国产数控系统，已经走在了世界前列。 为充分体现自己三年来在学校的知识，我按照我院数控专业学生所需掌握的要求， 所以设计了这个心轴配合零件。此零件为典型车削零件，它突出了数控加工的特点和 零件加工的工艺性特点，能培养我全面的数控加工能力，现在我能根据零件图制定出 合理的数控加工工艺规程，能够制定加工工艺，编制程序进行数学处理；能够自己利 用设备，执行加工工艺的过程，加工出合格的零件。并掌握加工中夹具的合理选用， 了解刀具的材料、特点、以及如何选用刀具等一系列问题，这次毕业设计有利于培养 我们各个方面的能力。 5 2 机床的选择 根据心轴、左配合件、右配合件的直径尺寸、加工精度要求及生产类型不同，应 采用不同的机床进行加工，此配合零件形状较复杂，又是轴套类零件，根据学校的实 际情况考虑，我们学院数控基地有数控加工中心、数控铣床、数控车床、电火花切割。 根据加工的需要因此都选择用数控车床加工。如图 6-1 所示。 图 2-1 C26136HK 车床 6 3 零件的加工工艺设计 3.1 零件图的分析 心轴配合件有三部分组成。其中心轴如图 3-1 所示，心轴部分由圆锥面、圆弧面、 阶梯轴、螺纹组成。圆锥轴套如图 3-2 所示由内圆弧、内圆锥面组成。圆弧轴套如图 3-3 由通孔、外圆弧、内圆弧面、内螺纹、倒角组成。三部分在数车加工中有一定的代 表性。综合考察了我运用大学所学知识解决实际问题的能力。 图 3-1 心轴 图 3-2 圆锥轴套 7 图 3-3 圆弧轴套 3.2 零件加工工艺性分析 3.2.1 零件图尺寸的标注 为使零件图样符合数控加工的要求，图样的尺寸标注应符合数控加工的特点。对 数控加工来说，零件图上应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。保持设计基准、 工艺基准、测量基准与编程原点设置一致。对于该配合件，所有标注如图 3-1、3- 2、3-3 所示，尺寸完整，便于加工。 3.2.2 零件的结构分析 制定工艺规程时，首先应分析零件图及该零件所在部件的装配图。通过分析零件 图样和部件的装配图，明确被加工零件在产品中的位置与作用；找出该零件上有多少 加工表面；找出该零件主要的技术要求和加工中的关键要求，了解各项公差与技术要 求指定的依据，在编制工艺过程中，有针对性的解决这些问题。 在圆弧的加工中除了一处用了半径为 3mm 的圆弧，其他的地方圆弧尺寸都是统一 的，减少换刀次数。便于数控编程，避免频繁换刀而增加的零件加工面上的接刀痕迹， 降低表面质量。由于两配合件都是通孔，为了减少加工时间，需要在车削加工以前进 行钻孔、镗孔加工。 3.2.3 表面质量与精度的分析 该配合件三部分的加工精度等级都为 IT14 级，外轮廓四周、内孔及螺纹要求表面 粗糙度为 Ra1.6 ,只有心轴的键槽处为 Ra3.2 ,要求都很高，粗糙度不容易保证，mm 而且公差要求较高，加工精度和表面质量要求较高，这就是加工该零件的难度。精度 8 要求是机械加工中考验操作者技术水平的重要指标。 3.3 毛坯选择 毛坯的选择主要是确定毛坯的种类、制造方法和制造精度等级。毛坯的形状、尺 寸越接近成品，切削余量就越小，但从加工成本考虑，切削余量越小，制造毛坯和余 量加工的成本就越高。在选择毛坯时应从制造毛坯和余量机械加工两方面来考虑。该 配合件由三部分组成。三部分所需材料都一样。要考虑毛坯的种类、形状与尺寸、现 有的生产条件。毛坯的种类有铸件、锻件、压制件、冲压件、焊接件、型材和板材等。 选择原则有: （1）根据图纸规定的材料及机械性能选择毛坯； (2)根据零件的功能选择毛坯； (3)根据生产类型选择毛坯； (4)根据具体生产条件选择毛坯。 轴类零件的材料一般为碳素结构钢和合金结构钢两类，这次毕业设计毛坯选择根 据以上四条原则本次选择碳素结构钢类，其中 以中碳钢 45 钢应用最多，该零件材料 为 45 钢，轴类零件的常用毛坯是型材圆棒料和锻件，直径相差不大的阶台轴常采用热 轧或冷拉的圆棒料。从经济考虑，45 钢的取材容易，价格适中，对于学生是比较理想 的加工原材料。平时上实训课时经常接触，对于 45 钢的性能比较了解。操作起来容易 掌控。根据零件图可知此阶梯轴零件各台阶直径相差不大，因此选择圆棒料。由于毛 坯大小主要考虑加工余量、加工装夹方面情况来选择,加工余量根据机械加工手册计算 机械加工余量，按零件图轮廓尺寸计算，心轴零件图最大尺寸直径 58mm，长度为 120mm,圆锥轴套零件图最大尺寸直径 58mm，长度 45mm，圆弧轴套零件图最大尺寸直 径 58mm，长度 35mm。考虑到粗加工和精加工的切削量。粗加工时切削量较大，而且 零件的加工精度要求较高，因此粗加工需要循环加工两次，每次粗加工时背吃刀量选 择 2mm，精加工时背吃刀量为 0.5mm。所以心轴毛坯大小定为直径 65mm,长度为 150mm 的棒料。圆锥轴套件毛坯大小定为直径 65mm，长度 80mm 的棒料。圆弧轴套件 毛坯大小定为直径 65mm，长度 65mm 的棒料。本次设计心轴配合件分为三部分，毛坯 选择时考虑到配合度，因此毛坯直径都是一样大。 9 3.4 定位基准的选择 3.4.1 选择定位基准的原则 选择定位基准主要应从保证工件的位置精度和装夹方便这两方面来考虑。因此基 准的选择应从精基准到粗基准。精基准的选择原则有基准重合、基准统一、自为基准、 互为基准、精准可靠，便于装夹。粗基准的选择原则有非加工表面原则、加工余量最 小原则、重要表面原则、不重复使用原则、便于工件装夹原则。 本次毕业设计所做的心轴配合件的三部分基准选择时，精基准的选择原则是基准 重合、自为基准。粗基准的选择原则是加工余量最小原则、便于工件装夹原则。所选 原则都是从零件加工的实际需要出发作出的选择。 3.4.2 定位基准的选择 选择定位基准时，保证工件精度要求，分析定位基准选择的顺序应从精基准到粗基准。 参照以上原则，经综合分析：加工心轴配合件的三部分时粗基准以左端面为准，加工 外圆柱面及外圆锥面时，以左端面及轴心线作为精基准，在加工内螺纹及内镗孔加工 时，以外圆作为精基准。心轴配合件的三部分加工时选择定位基准的原则都一样因此 在装夹毛坯时都是以三爪自定心卡盘为定位基准。心轴配合件三部分定位基准简图如 图 3-4 所示。 图 3-4 心轴配合件定位基准的选择 3.5 加工工艺路线设计 拟定加工工艺路线是制定加工工艺过程中的关键环节。 3.5.1 心轴的加工方案 根据零件图综合分析，采用先粗后精，程序段最少，走到路线最短的加工要求， 10 制定以下加工方案。 先加工心轴左端再加工右端 心轴左端：车端面倒角 C1粗车 24粗车 38粗车圆锥面 40粗车 52倒角 C1粗车 54精车 24精车 38精车圆锥面 40精车 54切 槽 2X2mm切槽 5X7mm 心轴右端：车端面倒角 C1粗车 30粗车 34粗车 R3粗车 40粗车 54粗车 R26精车 30精车 34精车 R3精车 40精车 54精车 R26 切槽 8X2mm粗车螺纹 M30精车螺纹 M30 3.5.2 圆锥轴套加工方案 根据零件图综合分析，采用先粗后精，程序段最少，走到路线最短的加工要求， 制定以下加工方案。 装夹左端外圆车端面3 中心钻打中心孔20 麻花钻钻孔20 镗刀粗镗 内圆锥面 40粗镗内孔 24精镗内圆锥面 40精镗内孔 24粗车 58粗 车 R2粗车 46粗车 54粗车 R2粗车 58精车 58精车 R2精车 46精车 54精车 R2精车 58切断装夹铜皮包裹的已加工面车左端面 倒角 C1粗镗内孔 36精镗内孔 36 3.5.3 圆弧轴套加工方案 根据零件图综合分析，采用先粗后精，程序段最少，走到路线最短的加工要求， 制定以下加工方案。 装夹左端外圆车端面3 中心钻打中心孔25 麻花钻钻孔20 镗刀粗镗 内孔 27精镗内孔 27倒角 C2粗车内螺纹 M30精车内螺纹 M30粗车 46 粗车 R3粗车 58精车 46精车 R3精车 58切断夹持右端外圆车左端 面粗车 R2粗车 R3粗车 30倒角 C1.5精车 R2精车 R3精车 30 3.6 夹具的确定 三部分零件图尺寸要求所需的精度适中，普通夹具可以满足需要。所加工的零件为 轴套类零件，所选择的材料为棒料。因此在加工此零件时，以三爪自定心卡盘和尾座 顶尖这两种车床中最常用的夹具来装夹毛坯，同时完成粗精加工。 本次毕业设计所选夹具简图如图 3-4，尾座如图 3-5 所示。 11 图 3-5 三爪卡盘简图 3.7 刀具的选择 刀具材料可以决定一个零件加工的质量、精度和加工效率。常用的刀具材料如下： 表 3-1 刀具材料的特征和用途 材 料 主要特征 用 途 优 点 高速钢 比工具钢硬 低速或不连续切削 刀具寿命较长，加工的表面较平滑 高性 9 能高速 钢 强韧、抗边缘磨损 性强 可粗切或精切几乎任何材料， 包括铁、钢、不锈钢、高温合 金和非金属材料 切削速度比高速钢高， 强度和韧性较粉末冶金 高速钢高 粉末冶金高速 钢 良好的抗热性和抗 碎片磨损 切削钢、高温合金、不锈钢、 铝、碳钢及其他不易加工的材 料 切削速度可比高性能高 速钢高 15% 硬质合金 耐磨损、耐热 可锻铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢的精加工 寿命比一般工具钢高1020 倍 陶 瓷 高硬度、耐热、冲击性好 高速粗加工，铸铁和钢的精加工 可用于高速加工 心轴配合件运用于汽车的装配中，材料为 45 钢，根据表 6-1，我选取硬质合金作 为刀具材料。 （1）圆弧轴套的刀具选择： 粗车外圆面时，选用 90 外圆车刀，粗车时副偏角可选稍微大些，但又不能与 工件轮廓超干涉，因此选择 35 ； 精车外圆面时，选用 93 外圆车刀，精车时副偏角可选稍微小些，因此选择 30 ； 3mm 的中心钻； 12 钻通孔，用 20 的钻头； 粗精镗内圆柱面是用 20 镗刀； 60 的螺纹车刀； 9 内圆车刀； 3mm 的切断刀。 （2）心轴部分的刀具选择： 粗车外圆面时，选用 90 外圆车刀，粗车时副偏角可选稍微大些，但又不能与 工件轮廓超干涉，因此选择 35 ； 精车外圆面时，选用 93 外圆车刀，精车时副偏角可选稍微小些，因此选择 30 ； 5mm 宽的切槽刀； 60 的螺纹车刀。 （3）圆锥轴套的刀具选择： 粗车外圆面时，选用 90 外圆车刀，粗车时副偏角可选稍微大些，但又不能与 工件轮廓超干涉，因此选择 35 ； 精车外圆面时，选用 93 外圆车刀，精车时副偏角可选稍微小些，因此选择 30 ； 选择 3mm 中心钻，钻中心孔以利于钻削底孔时刀具找正； 20mm 的标准麻花钻头，钻内孔底孔； 粗、精镗内孔选用 20mm 内孔镗刀； 5mm 宽的切断刀。 3.8 切削用量的选择 正确的选择切削用量，对保证产品质量，提高效率，降低加工成本具有重要作用。 切削用量的选择主要是根据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求进行，同时还要 兼顾刀具的耐用度、工艺系统的刚度和机床功率等条件。 切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数，包括切削速度、进给量 和背吃刀量。 3.8.1 圆弧轴套切削用量的确定 本次加工心轴配合件中的三部分要分别计算，根据三原则合理选择切削用量 13 （1）背吃刀量的确定： 背吃刀量 ：又称切削深度，一般指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离，pa 单位为 mm，主要根据加工余量和工艺系统的刚度确定。 粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量 切除；若余量过大不能以此切除，也应该先多后少的不等余量法加工；当冲击 载荷或工艺系统刚度较差，可适当降低 ，使切削力减小。pa 精加工时，背吃刀量应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低 的方法，pa 逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时，取 =0.050.8mm；半精加工时，取p =1.03.0mm。pa 根据以上内容分析得，在车外轮廓时，粗加工时背吃刀量选择 2mm，半精加工时背 吃刀量选择 1mm，精加工时背吃刀量选择 0.5mm；在加工内轮廓时，粗加工时背吃 刀量选择 0.8mm，半精加工时背吃刀量选择 0.5mm，精加工时背吃刀量选择 0.25mm；在 加工内螺纹时，背吃刀量选择按表 3-2 进行选择。 表 3-2 常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量 公制螺纹 螺距 1.0 1.5 2.0 2.5 牙深 0.649 0.947 1.299 1.624 1 次 0.7 0.8 0.9 1.0 2 次 0.4 0.6 0.6 0.7 3 次 0.2 0.4 0.6 0.6 4 次 0.16 0.4 0.4 5 次 0.1 0.4 背吃刀量及进给次数 6 次 0.15 （2）计算主轴转速 车外圆时的主轴转速 主轴转速是指每分钟主轴转的转数，车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位 的直径，并按零件和刀具材料及性质等条件所允许的切削速度来确定。主轴转速的计 算公式是： （式 3-1）dVnc10 式中： 为切削速度（m/min） ；cV 14 d 为工件待加工表面或刀具的最大直径（mm） 。 切削速度 ：在进行切削加工时，刀具切削刃的某一点相对于待加工面在主运动cV 方向上的瞬时速度，也可以理解为是主运动的线速度，单位为 m/min。切削速度是切削 用量中对切削加工影响最大的因素。切削速度的确定直接影响工件表面质量的好坏， 要加工出符合要求的零件，在选择切削速度上就要考虑多方面的因素。在大学的学习 课程中对于机械加工工艺的重视程度非常高，而其中的切削三要素又是重中之重。在 考量切削速度上，我翻阅了切削用量简明手册，归纳总结平时在实训课上所学到的知 识和一些经历，根据零件图的技术要求要综合考虑切削条件和要求，选择适当的切削 速度。以顺利完成这次零件加工的心轴配合件。 这次零件加工为了让每一步的加工都有数据支持，我特意从切削用量简明手册中 摘录了一些有用的切削数据绘制成表格以便于自己使用。下面的表格就是常见的切削 速度列表如下，见表 3-3 所示。 表 3-3 常用切削速度 单位：m/min 材料 铸铁 钢及其合金 铝及其合金 铜及其合金 高速钢 硬质合金 高速钢 硬质合金 高速钢 硬质合金 高速钢 硬质合金 车削 60100 1525 60110 15200 300450 6010 150200 通 孔 1015 3040 1020 3560 3040 3040 扩 沉 孔 812 2530 811 3050 2030 2030 粗 镗 2025 3550 1530 5070 80150 100200 80150 100200 镗 精 镗 3040 6080 4050 90120 15300 200400 150200 200300 粗 铣 1020 4060 1525 5080 15200 350500 100150 300400 铣 精 铣 2030 60120 2040 80150 20300 500800 150200 400500 15 铰孔 610 3050 620 2050 5075 200250 2050 60100 螺纹 2.55 1.55 515 515 钻孔 1525 1020 5070 2050 车外轮廓及内圆面的主轴转速： 根据表 3-3 得，车外轮廓时，选粗车切削速度 =90 m/min，精车切削速度cV =100m/min。cV 利用公式（3-1）计算主轴转速（粗车工件直径 D=50mm，精车工件直径取平均值） 。 粗车： = =373.248（r/min）400(r/min)dVnc10504.39 精车： = =606.157(r/min)600(r/min)c.1 由于车内孔比车外圆困难，内孔车刀刀杆细而长，刚性差，车削时弹性变形大， 而且排削困难、又不便观察，因此主轴转速应比车外圆时稍慢，粗车内孔时的主轴转 速定为 400r/min，精车内孔时的主轴转速定为 600r/min。 车螺纹时的主轴转速： 在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电动机 的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，大多数普通车床数控系统车螺纹 时的主轴转速为： （式 3-kpn10 2） 式中： 为工件螺纹的螺距或导程；p k 为保险系数，一般取 80。 零件图中螺纹导程 =1.5mm，由公式（3-2）得：p 16 min/036.2851 0rkpn 因此，车削内螺纹时取主轴转速 =300r/min。n （3）计算进给速度 进给速度是指切削单位时间内工件与进给方向相对位移，单位为 mm/min。进给速 度的大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率。主要根据零件的加工精度和表面粗糙 度以及刀具、工件的材料性质参考用量手册选取。 每转进给量，进给速度的计算公式： （式 3-fnV 3） 式中： 为进给量（mm/r 或 mm/行程） ；f 为主运动的转速 r/min。n 进给量 ：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，可用刀具或工件每转或f 每行程的位移量来描述和度量，单位为 mm/r 或 mm/行程。进给量的选择可根据以下方 法： 粗加工时， 主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力f 限制，一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时，可用大些的 ；反之，适当f 降低 ，粗车时一般选取为（0.30.8）mm/r。f 半精加工、精加工时， 根据工件的 要求选择。 要求小的，取较小的 ，faRa f 因此，在精车、半精车时一般选取（0.10.3）mm/r。 根据以上原则，选择粗车外圆时每转进给量为 0.5mm/r，精车时每转进给量 0.2mm/r，粗车内圆时每转进给量为 0.3mm/r，精车时每转进给量为 0.15mm/r，根据公 式（3-3）得： 加工外圆时： 17 粗车： =0.5600=300(mm/min)fnv 精车： =0.21000=200(mm/min)f 加工内圆时： 粗车： =0.3400=120(mm/min)fnv 精车： =0.15600=90(mm/min)f 3.8.2 心轴切削用量的确定 （1）背吃刀量的确定 背吃刀量的选择要根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的情况下， 就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。 因此轮廓粗车循环时选背吃刀量为 2mm,精车循环时选背吃刀量为 0.5mm。 （2）主轴转速的计算 车直线、圆弧及螺纹时的切削速度可通过查表 3-3 获得，粗车时的切削速度 =90m/min，精车的切削速度 =100m/min，根据公式（3-1）得：cvcv 粗车： = =573.248（r/min）600(r/min)dVnc10504.39 精车： = =806.157(r/min)800(r/min)c.8 车螺纹时的主轴转速，根据公式（3-2）得： kpn10 min/506.2 8r 因为是车削外螺纹， 转速可稍微高一些，选择车螺纹时的主轴转速为 =400r/min。n （3）进给速度的计算 先取进给量，然后用公式（3-3）计算进给速度。粗车时，选取进给量 =0.4mm/r， ；精车时，选取进给量 =0.15mm/r。f f 粗车： =0.4600=24(mm/min)fnV 18 精车： =0.15800=120(mm/min)fnV 3.8.3 圆弧轴套加工方案 （1）背吃刀量的选择： 粗车外轮廓时 2mm，精车外轮廓时 0.5mm；粗车内孔时的 0.8mm，精车papapa 内孔时 0.25。p （2）主轴转速的确定： 粗车外轮廓时，切削速度取 90mm/r； 精车外轮廓时，切削速度为 100mm/r； 再根据公式（7-1） ，计算得： 粗车： = =573.248（r/min）600(r/min)dVnc10304.1 精车： = =806.157(r/min)800(r/min)c.8 由于车内孔比车外圆困难，内孔车刀刀杆细而长，而且排削困难、又不便观察， 因此主轴转速应比车外圆时稍慢，粗车内孔时的主轴转速定为 400r/min，精车内孔时 的主轴转速定为 600r/min。 （3）进给速度的确定： 进给速度的确定根据公式（7-3）来计算，首先确定每转进给量，粗车时一般选取 为（0.30.8）mm/r，精车时一般取（0.10.3）mm/r，精车时每转进给量 0.2mm/r， 粗车内圆时每转进给量为 0.3mm/r，精车时每转进给量为 0.15mm/r，根据公式（7-3） 加工外圆时： 粗车： =0.5600=300(mm/min)fnV 精车： =0.21000 =200(mm/min)f 加工内圆时： 粗车： =0.3400=120(mm/min)fnV 精车： =0.15600 =90(mm/min)f 以上就是心轴配合件的切削用量的选择，通过查表和计算，得出了以上所有与加 工有关的数据。当进行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 19 形式输入程序中。切削用量包括主轴转速背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方 法需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工质量和表面粗糙 度充分发挥具切削性能保证合理的刀具切削性能和耐用度，并充分发挥机床的性能最 大限度地提高生产率减低成本。综合考虑各方面的因素，考虑到学校实训基地的实际 情况，机床的承受范围，在选择切削用量上都选择的比较小。 3.9 加工路线的选择 根据上述的加工方案、工艺文件等作出数控加工走刀路线如图 3-9-1、3-9-2、3- 9-3、3-9-4、3-9-5、3-9-6 所示： 3.9.1 心轴加工路线图 图 3-9-1 心轴左端走刀路线 20 图 3-9-2 心轴右端走刀路线图 3.9.2 圆弧轴套加工路线图 图 3-9-3 圆弧轴套右端走刀路线图 21 图 3-9-4 圆弧轴套左端走刀路线图 3.9.3 圆锥轴套加工路线图 图 3-9-5 圆锥轴套右端走刀路线图 22 图 3-9-6 圆锥轴套左端走刀路线图 4 冷却液的选择 由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与 刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。大量的切削热被工件吸收 9%30%、切屑 吸收 50%80%、刀具吸收 4%10%，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有 52%传 入麻花钻。 冷却液是为了提高切削加工效率而使用的液体。为了刀具和工件的温度，不仅要 减少切削热的产生，而且要改善散热条件，使用切削液可以有效的降低温度还可以防 止切削层金属的变形。 它可有效的减小摩擦，改善散热条件，从而降低切削力、切削温度和减少刀具摩 擦，提高生产率和表面加工质量。切削液具有冷却、润滑、清洗和防锈作用。 由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最 终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的 现象。为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须 使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。 常用的冷却液如表 4-1 所示。 23 表 4-1 常用冷却液 冷却液名称 主要成份 主要作用 水溶液 水、防锈添加剂 冷却 乳化液 水、油、乳化剂 冷却、润滑、清洗 切削油 矿物油、动植物油、极压 添加剂或油性 润滑 以上三个零件材料均为 45 钢，刀具大部分使用的是硬质合金，但为了在加工时有 良好的散热性，减少刀具磨损，增加加工的表面质量，选择低浓度的乳化液作为此次 加工的切削液，在加工过程中，连续不断的加工，避免硬质合金刀具冷热不均而产生 裂痕。保证加工质量。 5 加工工艺文件制定 零件图、数控加工刀具卡、数控加工工艺过程卡和数控加工工序卡是编制数控加 工程序的主要依据。可根据前面的分析按要求拟定填入。 5.1 工艺过程卡片 根据前面的工艺方案制定心轴、圆弧轴套、圆锥轴套主要工艺过程如表 5-1、表 5- 2 和表 5-3 所示 表 5-1 心轴加工工艺过程卡 序号 工序名称 工序内容 设备及工装 1 下料 45：65mm150mm 锯床 2 热处理 正火 3 车削 粗精车左端面粗车的外圆面 24mm、28mm、40mm 54mm，留余量 0.5mm，精车至尺寸， 切 2mm2mm,5mm7mm 的槽； 掉头装夹，车右端面，保证总长为 120mm， 粗车外圆柱面，留余量 0.5mm，精车外圆柱 面至尺寸，切槽 8mm2mm，车螺纹 M30mm 数控车床 （C 26136HK ） 4 调质 24 5 检验 编制 肖敏 审核 批准 共 1 页 第 1 页 表 5-2 圆锥轴套加工工艺过程卡 序号 工序名称 工序内容 设备及工装 1 下料 45：60mm80mm 锯床 2 热处理 正火 3 钻孔加工 钻 3mm 中心孔，钻 20mm 的通孔，深度 50mm 3 车削 粗精车右端面，粗镗内圆锥面、内孔，再精 镗内圆锥面、内孔至尺寸； 粗车外轮廓，再精车留余量 0.5mm 精车外 轮廓至尺寸； 切断，保证工件长 45mm； 车左端面，粗精镗内孔 36mm。 数控车床 （C 26136HK ） 4 调质 5 检验 25 编制 肖敏 审核 批准 共 1 页 第 1 页 表 5-3 圆弧轴套加工工艺过程卡片 序号 工序名称 工序内容 设备及工装 1 下料 45：60mm65mm 锯床 2 热处理 正火 3 钻孔 3mm 中心钻定位，20mm 麻花钻钻孔 40mm； 4 车削 车右端面，粗精镗内孔，粗车 M30mm 内螺纹， 精车内螺纹； 粗车外圆柱面、倒角、圆弧面，留余量 0.5mm，精车外圆柱面、倒角、圆弧面至尺 寸； 切断，保证工件长 35mm。 车左端面粗车 R2mm、R3mm、30mm，留余 量 0.5mm，精车至尺寸。 数控车床 （C 26136HK ） 5 调质 6 检验 26 编制 肖敏 审核 批准 共 1 页 第 1 页 5.2 工序卡 查表确定切削速度和进给量然后计算出机床主轴转速和机床进给速度。根据工划分的 原则。本次设计以加工部位划分工序。具体的内容如下。 （1）心轴左端部分 表 5-4 心轴左端加工工序卡 产品名称代号 零件名称 图样代号 单位 实训中心 01 心轴 使用设备 C26136HK 材料 45 工序内容 车心轴左端 程序编号 0001 夹具名称 三爪卡盘 27 夹具编号 0001 工步号 工步内容 量具及检具 主轴转速（r/min） 背吃刀量 （mm） 进给量（mm/r ） 1 备料( 65x150mm) 直尺 2 粗车外轮廓 游标卡尺 600 3 0.1 3 精车外轮廓 游标卡尺 800 0.5 0.2 4 编 制 肖敏 审 核 共 1 页 第 1 页 28 （2）心轴右端部分 表 5-5 心轴右端工序卡 产品名称代号 零件名称 图样代号 单位 实训中心 01 心轴 使用设备 C26136HK 材料 45 工序内容 车心轴右端 程序编号 0002 夹具名称 三爪自定心卡盘 夹具编号 0001 工步号 工步内容 量具及检具 主轴转速（r/min） 背吃刀量 （mm） 进给量（mm/r ） 1 粗车外轮廓 游标卡尺 600 3 0.1 2 精车外轮廓 千分尺 800 0.5 0.2 3 切槽 游标卡尺 300 3 0.1 4 粗车螺纹 游标卡尺 400 0.8 0.1 5 精车螺纹 游标卡尺 400 0.5 0.1 6 切断 游标卡尺 300 3 0.1 编 制 肖敏 审 核 共 1 页 第 1 页 29 （3）圆锥轴套右端外圆部分 表 5-6 圆锥轴套右端外圆工序卡 产品名称代号 零件名称 图样代号 单位 实训中心 02 圆锥轴套 使用设备 C26136HK 材料 45 工序内容 车圆锥轴套右端 程序编号 0003 夹具名称 三爪自定心卡盘 夹具编号 0001 工步号 工步内容 量具及检具 主轴转速（r/min） 背吃刀量 （mm） 进给量（mm/r ） 1 粗车外轮廓 游标卡尺 600 3 0.1 2 精车外轮廓 千分尺 800 0.5 0.1 编 制 肖敏 审 核 共 1 页 第 1 页 30 （4）圆锥轴套右端内孔部分 表 5-7 圆锥轴套右端内孔加工工序卡 产品名称代号 零件名称 图样代号 单位 实训中心 02 圆锥轴套 使用设备 C26136HK 材料 45 工序内容 车圆锥轴套右端 程序编号 0003 夹具名称 三爪自定心卡盘 夹具编号 0001 工步号 工步内容 量具及检具 主轴转速（r/min） 背吃刀量 （mm） 进给量（mm/r ） 1 3 中心钻打孔 800 2 2 20 麻花钻钻孔 游标卡尺 1200 3 3 粗镗内孔 游标卡尺 600 2 0.1 4 精镗内孔 游标卡尺 800 0.5 0.2 5 切断 游标卡尺 400 3 0.1 编 制 肖敏 审 核 共 1 页 第 1 页 31 （5）圆锥轴套左端部分 表 5-8 圆锥轴套左端加工工序卡 产品名称代号 零件名称 图样代号 单位 实训中心 02 圆锥轴套 使用设备 C26136HK 材料 45 工序内容 车圆锥轴套右端 程序编号 0004 夹具名称 三爪自定心卡盘 夹具编号 0001 工步号 工步内容 量具及检具 主轴转速（r/min） 背吃刀量 （mm） 进给量（mm/r ） 1 车端面 游标卡尺 600 3 0.1 2 粗镗内孔 游标卡尺 600 2 0.2 3 精镗内孔 游标卡尺 800 0.5 0.1 编 制 肖敏 审 核 共 1 页 第 1 页 32 （6）圆弧轴套左端外圆部分 表 5-9 圆弧轴套左端外圆加工工序卡 产品名称代号 零件名称 图样代号 单位 实训中心 03 圆弧轴套 使用设备 C26136HK 材料 45 工序内容 车圆锥轴套右端 程序编号 0005 夹具名称 三爪自定心卡盘 夹具编号 0001 工步号 工步内容 量具及检具 主轴转速（r/min） 背吃刀量 （mm） 进给量（mm/r ） 1 粗车外轮廓 游标卡尺 600 3 0.1 2 精车外轮廓 游标卡尺 800 0.5 0.1 3 切断 游标卡尺 400 3 0.1 4 5 6 5 6 7 编 制 肖敏 审 核 共 1 页 第 1 页 33 （7）圆弧轴套左端外圆部分 表 5-10 圆弧轴套左端外圆加工工序卡 产品名称代号 零件名称 图样代号 单位 实训中心 03 圆弧轴套 使用设备 C26136HK 材料 45 工序内容 车圆锥轴套右端 程序编号 0005 夹具名称 三爪自定心卡盘 夹具编号 0001 工步号 工步内容 量具及检具 主轴转速（r/min） 背吃刀量 （mm） 进给量（mm/r ） 1 10 中心钻打孔定位 游标卡尺 800 2 20 麻花钻钻孔 游标卡尺 1200 3 粗镗内孔 游标卡尺 600 2 0.1 4 精镗内孔 游标卡尺 800 0.5 0.2 5 粗车螺纹 游标卡尺 400 0.8 0.1 6 精车螺纹 游标卡尺 400 0.5 0.1 5 粗车外轮廓 游标卡尺 600 3 0.1 6 精车外轮廓 游标卡尺 800 0.5 0.1 7 切断 游标卡尺 400 3 0.1 编 制 肖敏 审 核 共 1 页 第 1 页 34 （8）圆弧轴套右端 表 5-11 圆弧轴套右端加工工序卡 产品名称代号 零件名称 图样代号 单位 实训中心 03 圆弧轴套 使用设备 C26136HK 材料 45 工序内容 车圆锥轴套右端 程序编号 0005 夹具名称 三爪自定心卡盘 夹具编号 0001 工步号 工步内容 量具及检具 主轴转速（r/min） 背吃刀量 （mm） 进给量（mm/r ） 1 车端面 直尺 600 0.5 0.1 2 粗车内孔 游标卡尺 600 2 0.1 3 精车内孔 游标卡尺 800 0.5 0.2 编 制 肖敏 审 核 共 1 页 第 1 页 35 5.3 刀具卡 根据上述材料中刀具材料及零件工艺的分析具体刀具选择如表 5-12、5-13、5-14 所示 表 5-12 心轴加工刀具卡片 产品代号 数控车工工艺分析 零件名称 心轴 零件图号 02 序 号 刀具 号 刀具规格名称 数量 加工面 刀尖圆弧半径 备注 1 T01 硬质合金 90外圆车刀 11 粗车端面及粗车轮廓 2 T02 硬质合金 93外圆车刀 1 精车端面及外轮廓 3 T03 硬质合金 60外螺纹车刀 1 粗精车螺纹 0.15 4 T04 刃宽为 3mm 切槽刀 1 切槽及切断 编 制 肖敏 审核 批准 共 1 页 第 1 页 36 表 5-13 圆锥轴套加工刀具卡片 产品代号 数控车工工艺分析 零件 名称 圆锥轴套 零件图号 01 序 号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工面 刀尖圆弧半径 备注 1 T01 硬质合金 90外圆车刀 1 车端及粗车轮廓 2 T02 硬质合金 93外圆车刀 1 精车外轮廓 0.15 3 T03 3mm 的中心钻 1 钻中心孔 4 4 T04 20 的标准麻花钻 1 钻底孔 9 5 T05 20 内镗孔刀 1 粗精镗内孔 0.15 6 T06 3mm 宽的切槽刀 1 切槽及切断 编 制 肖敏 审核 批准 共 1 页 第 1 页 37 表 5-14 圆弧轴套加工刀具卡片 产品代号 数控车工工艺分析 零件 名称 圆弧轴套 零件图号 03 序 号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工面 刀尖圆弧半径 备注 1 T01 硬质合金 90外圆车刀 1 车端及粗车轮廓 2 T02 硬质合金 93外圆车刀 1 精车外轮廓 0.2 3 T03 8mm 的中心钻 1 钻中心孔 4 4 T04 18 的标准麻花钻 1 钻底孔 9 5 T05 硬质合金 93内圆车刀 1 粗精车内孔 6 T06 20 内镗孔刀 1 粗精镗内孔 7 T07 60内螺纹车刀 1 粗精车内螺纹 0.15 8 T08 3mm 宽的切槽刀 1 切槽及切断 编 制 肖敏 审核 批准 共 1 页 第 1 页 38 6 程序的编制 6.1 数控编程的内容与步骤 (1)分析图样：包括零件轮廓分析，零件尺寸精度、形位精度、表面粗糙度、技术 要求的分析，零件材料、热处理等要求的分析； (2)确定加工工艺：包括选择加工方案，确定加工路线，选择定位与夹紧方式，选 择刀具，选择各项切削参数，选择对刀点、换刀点； (3)数值计算：选择编程原点，对零件图形各基点进行正确的数学计算，为编写程 序单做好准备； (4)编写程序单：根据数控机床规定的指令代码及程序格式编写加工程序单； (5)制作控制介质：简单的数控程序直接采用手工输入机床，当程序自动输入机床 时，必须制作控制介质。现在大多数程序采用软盘、移动存储器、硬盘作为存储介质， 采用计算机传输来输入机床。目前，除了少数老式的数控机床仍在采用穿孔纸带外， 现代数控机床均不再采用此种控制介质了； (6)程序校验：程序必须经过校验正确后才能使用。一般采用机床空运行的方式进 行校验，有图形显示卡的机床可直接在 CRT 显示屏上进行校验，现在有很多学校还采 用计算机数控模拟进行校验。以上方式只能进行数控程序、机床动作的校验，如果要 校验加工精度，则要进行首件试切校验。 6.2 数控编程的分类 数控编程可分为手工编程和自动编程两种。 手工编程：手工编程是指所有编制加工程序的全过程，即图样分析、工艺处理、 数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序校验都是由手工来完成。 自动编程：自动编程是指用计算机编制数控加工程序的过程。自动编程的优点是 效率高，正确性好。可以解决许多手工编制无法完成的复杂零件编程难题，但其缺点 是必须具备自动编程系统或自动编程软件。自动编程较适合形状复杂零件的加工程序 编制。 6.3 零件程序的编写 本次的设计因为零件形状简单，便于手工编程，所以该配合件设计采用手工编程。 以下是手工编程的全部内容，包括心轴、锥形轴套、圆弧轴套三部分的加工程序。 （1） 心轴加工程序 39 表 6-1 心轴左端加工程序 程序名：O0001 程序段号 程序内容 程序解释 N10 G54 G21 G98； 建立工件坐标系，进给单位 mm/min N20 G00 X100 Z100； 快速定位，换刀点 N30 M03 S800 T0101； 主轴旋转 N40 G00 X24 Z2； 起刀点 N50 G71 U2 R1； N60 G71 P70 Q170 U-0.5 F100； N70 G01 X0 F80； N80 Z0； 粗车循环 N90 X11； N100 X12 Z-1； N110 Z-15； N120 X18； N130 X20 Z-35； N140 Z-40； N150 X26； N160 X27 Z-41； N170 Z-57； 粗车循环 N190 G00 X100； N200 Z100； 换刀点 N210 T0202 S1200； N220 GOO X24 Z2； N230 G70 P70 Q170； 精车循环 N240 G00 X100； N250 Z100； 40 N260 T0303 S600； 换切槽刀 N270 G00 X70； N280 Z-15； N290 G01 X10 F40； 切槽 N300 G00 X100； N310 Z100； N320 M05； 主轴停转 N330 M30； 程序结束并回到开始 调头装夹 表 6-2 心轴右端加工程序 程序名：O0002 程序段号 程序内容 程序解释 N10 G54 G21 G98； 建立工件坐标系，进给单位 mm/min N20 G00 X100 Z100； 快速定位，换刀点 N30 M03 S800 T0101； 主轴正转，转速 800r/min N40 G00 X0 Z10； N50 G71 U2 R1； 粗车循环 N60 G71 P70 Q170 U0.5 F100； N70 G01 X0 F80； N80 Z0； N90 X14； N100 X15 Z-1； N110 Z-27； N120 X17； N130 G03 X20 Z-30 R3； N140 G01 Z-37； N150 X27； N160 Z-43； 粗车循环 41 N170 G03 Z-63； N180 G00 X70 Z100； N190 T0202 S1200； 换精车刀 N200 G00 X0 Z10； N210 G70 P70 Q170； 精车循环 N220 G00 X100； N230 Z100； N240 T0303 S600； N250 G00 X40 Z-27； 切槽 N260 G01 X13 F50； 切槽 N270 G00 X30； N280 W-1； N290 G01 X13 F50； N300 G00 X30； N310 W-1； N320 G01 X13 F50； N330 G00 X30； N340 W-1； N350 G01 X13 F50； N360 G00 X30； N370 W-1； N380 G01 X13 F50； N390 G00 X30； N400 W-1； N410 G01 X13 F50； N420 G00 X100； N430 Z100； 车螺纹 N440 T0404 S600； 车螺纹 42 N450 G00 X30 Z2； N460 G92 X29.2 Z-19 F1.5； 车螺纹 N470 X28.6； N480 X28.2； N490 X28.04； N500 G00 X100； 回到起刀点 N510 Z100； N520 M05； N530 M30； （2）圆弧轴套加工程序 表 6-3 圆弧轴套加工程序 程序名：O0003 程序段号 程序内容 程序解释 N10 G54 G21 G98； 建立工件坐标系，进给单位 mm/min N20 G00 X100 Z100； 快速定位，换刀点 N30 M03 S800 T0101； 主轴正转，转速 800r/min N40 G00 X40 Z4； N50 G71 U2 R1； 粗车循环 N60 G71 P70 Q140 U0.5 F120； N70 G01 X0 F100； N80 Z0； N90 X23； N100 Z-5； N110 X25 Z-5； N120 G02 Z-30 R26； N130 G01 X29； N140 W-5； N150 G00 X50； 43 N160 Z100； N170 T0202 S1200； N180 G00 X40 Z4； N190 G70 P70 Q140； 精车循环 N200 G00 X100； N210 Z100； 回换刀点 N220 T0303 S800； 换内镗孔刀 N230 G00 X30 Z4； N240 G71 U2 R0.5； G71 镗内孔循环 N250 G71 P260 Q330 U-0.5 F0.2； N260 G01 X29 Z0 F0.1； 精加工开始段 N270 X22； N280 G02 X20 Z-2 R2； 车顺时针圆弧 N290 G03 X17 Z-5 R3； 车逆时针圆弧 N300 G01 X30； N310 X14 Z-6； N320 Z-34； N330 X30 W-1； 精加工结束段 N340 G70 P260 Q330； 精镗内孔循环 N350 G00 X100； 回换刀点 N360 Z100； N370 T0404 S600； N380 G00 X14 Z4； N390 G92 X29.2 Z-19 F1.5； 车螺纹 N400 X28.6； N410 X28.2； N420 X28.04； N430 G00 X0； 44 N440 Z100； N450 M05 M30； 程序结束并回到开始 （3）圆锥轴套加工程序 表 6-4 圆锥轴套右端加工程序 程序名：O0004 程序段号 程序内容 程序解释 N10 G54 G21 G98； 建立工件坐标系，进给单位 mm/min N20 G00 X100 Z100； 快速定位，换刀点 N30 M03 S800 T0101； 主轴正转，转速 800r/min N40 G00 X70 Z4 N50 G71 U2 R1； 粗车循环 N60 G71 P70 Q170 U0.5 F120； N70 G01 X0 F100； N80 ZO； N90 X58； N100 Z-8； N110 G03 X54 Z-10 R2； N120 G01 X46； N130 Z-32； N140 X54； N150 G03 X58 Z-34 R2； N160 G01 Z-44； N170 X56 Z-45； N180 G00 X100 Z100； N190 T0202 S12000； N200 G00 X70 Z4； N210 G70 P70 Q170； 精车循环 N220 G00 X100 Z100； 45 N230 T0303 S800； N240 G00 X40 Z4； N250 G71 U2 R0.5； 内镗孔循环 N260 G71 P270 Q320 U-0.5 F0.2 内镗孔循环 N270 G01 X0 F0.1 N280 Z0； N290 X40； N300 X35.4 Z-21； N310 X24； N320 Z-45； N321 G70 P270 Q320； 精镗内孔循环 N330 G00 X0； N340 Z100； N350 X100； N360 M05； N370 M30； 表 6-5 圆锥轴套左端加工程序 程序名：O0005 程序段号 程序内容 程序解释 N10 G54 G21 G98； 建立工件坐标系，进给单位 mm/min N20 G00 X100 Z100； 快速定位，换刀点 N30 M03 S800 T0101； 主轴正转，转速 800r/min N40 G00 X60 Z4 下刀点 N50 G71 U2 R0.5 粗镗内孔循环 46 N60 G71 P70 Q120 U-0.5 F0.2 N70 G01 X0 F0.1； N80 Z0； N90 X38； N100 X36 Z-1； N120 Z-10； N130 G70 P70 Q130; 精镗内孔循环 N140 G00 X100 Z100 S400； N150 T0202； 换切断刀 N160 G00 X60 Z-45； N170 G01 X0 F0.05； 切断工件 N180 G00 X100； N190 Z100； N200 M05； N21