第5章 典型轴类零件的加工
5.1 轴类零件加工工艺分析
（1） 技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。
（2）毛坯选择 轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。如图典型轴类直径相差不大，采用直径为60mm，材料45#钢，在锯床上按150mm长度下料。
（3）定位基准选择 轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。
当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基准，或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高。
数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确性，或为了端面余量均匀，工件轴向需要定位。采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限未支承，以工件端面或台阶儿面作为轴向定位基准。
（4）轴类零件的预备加工 车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有:直--毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。过量弯曲变形会造成加工余量不足及装夹不可靠。因此在车削前需增加校直工序。
切断---用棒料切得所需长度的坯料。切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行，也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。
车端面和钻中心孔—对数控车削而言，通常将他们作为预备加工工序安排。 （5） 热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火火退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加
工后、精加工前应安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。
（6） 加工工序的划分一般可按下列方法进行：
①刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。
②以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。
③以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。
综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。
（7）工时在加,加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行： ①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。
②先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。
③以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。
④在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。 在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。工件调头装夹由程序中的M00或M01指令控制程序暂停，装夹后按“循环启动”继续加工。
（8）走刀路线和对刀点选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，
因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。 5.2 典型轴类零件加工工艺 （1）确定加工顺序及进给路线
加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。
（2）选择刀具
1）车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。 2) 粗、精车外圆：（因为程序选用 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr＇=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.
3)车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm） 4)车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀. （3）选择切削用量
表3-5切削用量选择 粗车外圆 精车外圆 粗车螺纹 精车螺纹 切槽 主轴转速s(rmin) 800 800 70 70 115 进给量f(mmr) 0.1 0.05 1.5 1.5 0.04 背吃刀量apmm 1.5 0.2 0.4 0.1 数控加工刀具卡片
表3-1 刀具卡片 产品名称或代号 序号 刀具号 1 2 3 4
刀具规格名称 零件典型轴 零件图名称 数量 号 加工表面 粗、精车端面 粗、精车外轮廓 切槽 粗、精车螺纹 备注 左偏刀 T01 T02 T03 T04 硬质合金端面45度车刀 1 硬质合金90度放型车刀 1 硬质合金车槽刀 60度硬质合金外螺纹车1 1
刀 用以上数据编制工艺卡如下：
表3-2 数控加工工艺卡
单位名称 工序号 001 工步号 1 2 3 4 车端面 程序编号 O1111 三爪自定心卡盘 刀具号 T01 45度刀 500 800 800 115 0.1 0.1 0.05 0.04 使用设备 Cjk6032 主轴转速rmin 0.1 0.1 0.05 0.04 1.5 刀具规格 主轴转速rmin Cjk6032 数控车间 备注 手动 粗车外轮廓 T02 90度防型刀 精车外圆轮廓 切槽 T02 90度防型刀 T03 切槽刀 车间 数控车间 备注 手动 2 3 4 5 粗车外轮廓 T02 90度防型刀 精车外圆轮廓 切退刀槽 粗车螺纹 T02 90度防型刀 T03 切槽刀 T04 60度外115 70 0.4 800 0.2 800 1.5 自动 自动 自动 自刀量mm 0.2 1.5 自动 自动 自动 工序号 程序编号 夹具名称 002 工步号 1 车端面 02222 工步内容 三爪自定心卡盘 刀具号 T01 45度刀 500 刀具规格 刀量mm 工步内容 进给速度mmr 背吃 夹具名称 产品名称或代号 零件名称 典型轴 使用设备 零件图号 车间 进给速度mmr 背吃
螺纹刀 6 编制
动 70 1.5 0.1 自动 年 月 日 共 第页 页 精车螺纹 T04 60度外螺纹刀 批准 审核 5.3 加工坐标系设置 （1）建立工件坐标系
图1-3坐标系设定
（2）试切法对刀
在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。
将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右端面O为工件原点时，对刀输入为Z0，如图3-4（a）用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4（b）根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。其他各刀都需要进行以上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。