凸轮轴零件的数控编程与加工 - 图文

题 目 凸轮轴零件的数控编程与加工

目录

摘要

第一节 零件图的分析

1.1 零件的材料及其力学性能????????????????????????1 1.2 零件的结构工艺分析??????????????????????????1

第二节 毛坯的分析

2.1 毛坯的选择??????????????????????????????2 2.2 毛坯图的设计?????????????????????????????3

第三节 工艺路线的拟定

3.1 定位基准的选择????????????????????????????4 3.2 加工方法的选择????????????????????????????5 3.3 加工顺序的安排????????????????????????????8

第四节 加工余量及工序尺寸的确定

4.1 加工余量???????????????????????????????10 4.2 总加工余量和工序加工余量???????????????????????10 4.3 加工余量、最大加工余量和最小加工余量?????????????????10 4.4 影响加工余量的因素??????????????????????????11 4.5 工序尺寸???????????????????????????????12

第五节 机床和工艺装备的选择

5.1 机床的选择??????????????????????????????13 5.2 夹具的选择??????????????????????????????16 5.3 刀具的选择??????????????????????????????17 5.4 量具的选择??????????????????????????????18

第六节 切削用量 ????????????????????????????19 第七节 程序编制 ????????????????????????????21

设计心得 ????????????????????????????????25 参考文献 ????????????????????????????????26

摘要

本文主要针对凸轮轴类零件的加工进行工艺分析。凸轮轴类零件通常由圆

柱面、端面、台阶面、螺纹、圆弧等组成，主要用于支撑传动零件，承受载荷，传递转矩等，有较高的精度和粗糙度要求。

为保证凸轮轴类零件的高精度要求，本设计针对零件进行了工艺分析、尺寸计算、程序编写以及数控仿真，制定了正确的工艺方案，包括：装夹方案和工艺路线，选择合理的刀具和夹具，并能利用数控仿真软件进行了验证。实现了数控车床的自动化，智能化，高精度、快速度，短周期等功能。

数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用。零件加工之前，进行工艺分析、编程设计具有非常重要的作用。本文通过对典型的凸轮轴类零件数控加工工艺的分析，给出了一般零件设计加工工艺分析的方法，对于提高制造质量和实际生产，具有一定的指导意义

一、零件图的分析

1.1 零件的材料及其力学性能 （1）材料

根据图纸可知该零件的材料是45号钢，俗称“油钢”。属于优质碳素结构钢中的中碳钢。其成分是碳量为0.42-0.50%，Si含量为0.1-0.37%，Mn含量为0.50-0.80%，Cr含量

?0.25%，Ni含量?0.30%。， Cu含量?0.25%。

45号钢经调质处理后具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质和表面淬火提高零件表面硬度。

（2）力学性能

①45号钢为优质碳素结构用钢 ，硬度不高，易切削加工。其热处理的温度为：正火850oC，淬火840oC，回火600oC。

②45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格，实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58），不要采用渗碳淬火的热处理。

③45号钢的抗拉强度为590--650Mpa；屈服强度为315--355 Mpa；伸长率为14%--18%。

1.2 零件的结构工艺分析

根据零件简图分析 ①圆柱面及螺纹： 加工尺寸 ?180?0.027公差等级 IT8 IT8 IT8 IT7 IT7 表面粗糙度(um) 3.2 1.6 1.6 1.6 3.2 其他 其中心轴线相对于?50其中心轴线相对于?500?0.039 中心轴线的同轴度中心轴线的同轴度为0.025 0?0.039?24?500?0.033为0.025 其中心轴线为基准A 其表面相对于?500?0.0390?0.039R20±0.016 M12-7h ②凸轮 加工尺寸 13?0.021 364600?0.0620?0.062左端面的圆跳动为0.025 粗牙螺纹，螺距为1.75mm 公差等级 IT9 IT9 IT9 IT11 IT9 表面粗糙度(um) 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 备注 两处 两处 两处 四周 两处 4?0.075 70?0.036

1

③长度加工 加工尺寸 10?0.029 8?0.09 5080?0.048公差等级 IT10 IT11 IT10 IT8 IT11 IT8 IT11 其他 右端为基准D 0 ?0.02229?0.065 36.7?0.050 100?0.09?0.089 零件结构工艺性分析

零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用的要求的前提下，制造的可行性和经济性，它是评价零件结构设计优劣的主要技术经济指标之一。零件切削加工的结构工艺性涉及加工时的装夹、对刀、测量和切削效率等。

结论：该轴结构较规则且为阶梯结构的凸轮轴，由于长度与直径之比小于5，所以该工件属于短轴。从表面加工类型看,主要加工表面有圆柱面、凸轮、单键槽、螺纹等表面组成，其中多个直径尺寸于轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度。零件尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。

二、毛坯的分析

2.1 毛坯的选择

毛坯类型:毛坯是用来加工各种工件的坯料，毛坯主要有：铸件，锻件，焊件，冲压件及型材等。

（1）铸件 对形状较复杂的毛坯，一般可以用铸造的方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造，精密型铸造，压力铸造等。

（2）锻件 锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织，因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大批生产锻件的制造。模型锻件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。

（3）型材 型材主要有板材，棒材，线材等，常用截面形状有圆形，方形和特殊截面形状。就其制造方法，又分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一

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般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。

（4）焊接件 焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单，生产周期短，节省材料，重量轻。但其抗震性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。

根据轴类零件的特性：在传递力矩过程中要承受很强的冲击力和很大的交变载荷，要求材料应有较高的强度、冲击韧性、疲劳强度和耐磨性，而且其轮廓形状不复杂，故采用型材。

其属于凸轮轴，该材料为45钢，本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择￠55mm的热轧圆钢作毛坯。

零件尺寸不大，而且零件属于小批量生产，故采用棒料。

2.2 毛坯图的设计

（1）毛坯余量确定

毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少，材料消耗越少，可充分提高劳动生产率，降低成本，但是毛坯制造费用会提高，在确定毛坯时，应根据机械加工和毛坯制造两方面考虑。

由于毛坯制造技术的限制，零件被加工表面的技术要求还不能从毛坯制造直接得到，因此毛坯上某些表面需要留一定的加工余量，通过查《机械设计与制造工艺简明手册》得毛坯尺寸为长度为90mm，直径为55mm的棒料。

（2）毛坯－－零件合图草图

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三、工艺路线的拟定

3.1 定位基准的选择

定位基准有粗基准与精基准之分。在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，则该表面称为粗基准。在随后的工序中，用加工过的表面作定位基准，称为精基准。选择各工序定位基准时，应先根据工件定位要求确定所需定位基准的个数，再接基准选择原则选定每个定位基准。为使所选的定位基准能保证整个机械加工下艺过程的顺利进行，通常应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。

（1）、精基准的选择

选择精基准首先考虑的是要保证加工精度，特别是加丁表面的相互位置精度。在此基础之上，还要考虑使工件装夹方便、可靠、准确。精基准的选择一般应遵循以下原则： ①基准重合原则。直接选用设计基准作为定位基准，称为基准重合原则。采用基准重台原则可以避免由于定位基准与设计基准不重台引起的定位误差(称为基准不重台误差)，使被加工工件的尺寸精度和位置精度得到可靠的保证。在数控机床上装夹的工件应力求使其设计基准、工艺基准与编程原点重合，以减少基准不重合误差及数控编程时的计算工作量。 ②基准统一原则。工件加工过程中尽可能地采用统一的定位基准，称为基准统一原则(也称基准单一原则或基准不变原则)。采用基准统一原则可以保证各加T表面间的相互位置精度，避免或减少因基准转换而引起的误差，并可使各工序所用夹具的结构相同或相似，简化夹具的设计和制造作，降低成本，缩短生产准备周期。

③自为基准原则。当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时．可选择加工表面本身作为精基准，称为自为基准原则。采用自为基准原则只能提高加工表面的尺寸精度。而不能提高加工表面与其他表面之间的相互位置精度，后者应由先行工序保证磨削床身导轨面，先用百分表(或观察磨削火花)拽正工件的导轨面，然后再对其表面进行加工。这种以导轨面本身为基准来找正定位就符合自为基准原则。

④互为基准原则。为使加工表面问有较高的位置精度及均匀的加工余量，有时可采用两个加工表面互为基准反复加工的方法，称为互为基准原则。例如，主轴前端的莫氏锥孔与支承轴颈在加工时，先以支承轴颈为定位基准加工莫氏锥孔，然后以莫氏锥孔定位加工支承轴颈，最后叉以支承轴颈定位加工奠氏锥孔，反复轮换使用，使两者获得很高的圆度及同轴度精度。叉如加工精密齿轮时，当把齿面淬硬后，需要进行磨齿，因其淬硬层较薄，故磨削余量要小而均匀。为此，需先以齿轮分度圆为基准磨内孔，再磨齿面。这样加工不仅可以使磨齿余量小而均匀，而且还能保证齿轮分度圆对内孔有较小的同轴度误差。

⑤保证工件定位稳定准确、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便的原则。一般采用面积大、精度较高和表面粗糙度值较低的表面作为精基准。

（2）、粗基准的选择 粗基准的选择，主要考虑如何保证加工表面与不加工表面之间的位置和尺寸要求，保证加工表面的加工余量均匀和足够，以及减少装夹次数等。具体原则有以下几方面：

①．如果零件上有一个不需加工的表面，在该表面能够被利用的情况下，应尽量选择该表面作粗基准。

②．如果零件上有几个不需要加工的表面，应选择其中与加工表面有较高位置精度要求的不加工表面作第一次装夹的粗基准。

③．如果零件上所有表面都需机械加工，则应选择加工余量最小的毛坯表面作粗基准。 ④．同一尺寸方向上，粗基准只能用一次。 ⑤．粗基准要选择平整、面积大的表面。

根据以上分析，对于该零件的加工的定位基准选择如下： ①粗基准的选择

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在车左端（或右端）时选择毛坯右端（或左端）面作为加工的粗基准 。 ②精基准的选择

在加工右端各外圆轮廓时，以Φ50外圆中心轴线为精基准；铣削凸轮时以凸轮中心及凸轮底部作为基准加工。

3.2 加工方法的选择

加工方法的选择原则是保证加工质量、生产率和经济型。表面加工方法的选择，出了考虑加工质量、零件的结构形状和尺寸、零件的材料和硬度以及生产类型外，还要考虑加工的经济性。

（1）加工经济精度

加工经济精度是指在正常的加工条件下（符合质量的标准设备、 工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工工时）所能保证零件的加工精度。经济粗糙度等同于经济精度的概念。即是指在正常的加工条件下（符合质量的标准设备、 工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工工时）所能保证零件的加工粗糙度。下面表1表2分别摘录了外圆、平面的加工方法和加工方案以及所能达到的加工经济精度和经济粗糙度 （经济精度以公差等级表示），选择时用作参考。

表1 外圆表面加工方案 序号 1 2 3 加工方法 粗车 粗车—半精车 粗车—半精车—精车 粗车—半精车—精车—抛光（滚压） 粗车—半精车—磨削 粗车—半精车—粗磨—精磨 粗车—半精车—粗磨—精磨—高精度磨削 粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨 粗车—半精车—精车—精细车（研磨） 公差等级 IT13～IT11 IT10～IT9 IT7～IT6 表面粗糙度Ra(μm) 12.5～50 3.2～6.3 0.8～1.6 适用范围 适用于淬火钢以外的各种金属 4 IT7～IT6 0.0250～.02 5 6 IT7～IT6 IT6～IT5 0.4～0.8 0.2～0.4 7 IT5～IT3 0.008～0.1 使用于淬火钢、未淬火钢、钢铁等，不宜加工强度低、韧性大的有色金属 8 IT5～IT3 0.008～0.01 适用于有色金属 9

IT6～IT5 0.025～0.4 5

表2 平面加工方法 序号 1 2 3 4 5 6 加工方法 粗车 粗车 粗车—半精车—精车 粗车—半精车—磨削 粗铣（或粗刨） 粗铣（或粗刨）—精铣（或精刨） 粗铣（或粗刨）—精铣（或精刨）—刮研 以宽刃精刨代替上述刮研 粗铣（或粗刨）—精铣（或精刨）—磨削 粗铣（或粗刨）—精铣（或精刨）—粗磨—精磨 粗铣—拉 粗铣—精铣—磨削—研磨 公差等级 IT11～13 IT8～10 IT7～8 IT6～8 IT11～13 IT6～7 表面粗糙度Ra(μm) 12.5～50 3.2～6.3 端面 0.8～1.6 0.2～0.8 6.3～25 1.6～6.3 一般不淬硬平面（端铣表面）Ra较小 精度要求较高不淬硬平面，批量较大时宜采用宽刃精刨方案 适用范围 7 IT8～10 1.6～25 8 IT6～7 0.1～0.8 9 IT7 0.2～0.8 10 IT6～7 0.025～0.4 精度要求较高的淬硬平面或不淬硬平面 11 12 IT7～9 T5以上 0.2～0.8 0.006～0.1 大量生产，较小的平面 高精度平面

（3）选择加工方法时应考虑的因素

在选择加工方法时，具体考虑因素如下。 ①选择相应能获得经济精度的加工方法；

②工件的材料性质 例如，淬火钢的精加工要用磨削，有色金属圆柱面的精加工则不适合磨削，因为有色金属在磨削时易堵塞砂轮，只适用于高速高速精细车或精细镗（金刚镗）。

③工件的结构形状和尺寸大小 如精度要求同为IT7的孔，如为回转体的中心孔，则采用镗削、铰削、拉削和磨削均可达到要求，但在箱体上的孔，一般不宜选用拉孔或磨孔，而宜采用镗孔（大孔）或铰孔（小孔）。

④结合生产类型考虑生产率与经济性 大批量生产时，应采用高效率的先进工艺，以提工效，降低成本。例如用拉削方法加工孔和平面，同时加工几个表面的组合铣削等。单件小批量生产时，宜采用刨削、铣削平面和钻、扩、铰孔等加工方法，没必要去追求高效，而

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只要保证质量即可。

⑤现有生产条件。

（4）外圆加工方法的选择

①最终加工工序为车削的加工方案，适用于出淬火钢以外的各种金属。

②最终工序为磨削的加工方案，适用于淬火钢、未淬火钢和铸铁，不适用于有色金属，因为有色金属韧性大，磨削时容易堵塞砂轮。

③最终工序为精细车或金刚车的加工方案，适用于要求较高的有色金属的精加工。 ④最终工序为光整加工，如研磨、超精磨及超精加工等，为提高生产效率和加工质量一般在光整加工前进行精磨。

⑤对表面粗糙度要求较高而尺寸精度要求不高的外圆，可采用滚压或抛光。

对于该工件，综合以上加工原则和参考资料，结合本工件各尺寸的精度等级，具体加工方法选择如下：

（1）圆柱面及螺纹 加工面 圆柱面?180?0.027公差等级 IT8 IT8 IT8 IT7 IT7 表面粗糙度(um) 3.2 1.6 1.6 1.6 3.2 加工方法 粗车—半精车—精车 粗车—半精车—精车 粗车—半精车—精车 粗车—半精车—精车 车螺纹 圆柱面?240?0.033圆柱面?500?0.039圆弧R20±0.016 螺纹M12-7h

（2）凸轮 加工面 13?0.021 364600?0.0620?0.062公差等级 IT9 IT9 IT9 IT11 IT9 表面粗糙度(um) 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 加工方法 粗铣—精铣 粗铣—精铣 粗铣—精铣 粗铣 粗铣—精铣 4?0.075 70?0.036

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（3）长度加工

加工面 10?0.029 8?0.09 5080?0.048公差等级 IT10 IT11 IT10 IT8 IT11 IT8 IT11 加工方法 粗车—半精车 粗车 粗车—半精车 粗车—半精车—精车 粗车 粗车—半精车—精车 粗车 0 ?0.02229?0.065 36.7?0.050 100?0.09?0.089

3.3 加工顺序的安排

（1) 切削加工顺序的安排

①先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。 ②先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧 固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。

③先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。

④基面先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，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)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，轴类零件顶尖孔的加工。

(2) 热处理工序的安排

热处理可以提高材料的力学性能，改善金属的切削性能以及消除残余应力。在制订工艺路线时，应根据零件的技术要求和材料的性质，合理地安排热处理工序。

①退火与正火 退火或正火的目的是为了消除组织的不均匀，细化晶粒，改善金属的加工性能。对高碳钢零件用退火降低其硬度，对低碳钢零件用正火提高其硬度，以获得适中的较好的可切削性，同时能消除毛坯制造中的应力。退火与正火一般安排在机械加工之前进行。

②时效处理 以消除内应力、减少工件变形为目的。为了消除残余应力，在工艺过程中需安排时效处理。对于—般铸件，常在粗加工前或粗加工后安排一次时效处理；对于要求较高的零件，在半精加工后尚需再安排一次时效处理；对于一些刚性较差、精度要求特别高的重要零件(如精密丝杠、主轴等)，常常在每个加工阶段之间都安排一次时效处理。

③调质 对零件淬火后再高温回火，能消除内应力、改善加工性能并能获得较好的综合力学性能。一般安排在粗加工之后进行。对一些性能要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。

④淬火、渗碳淬火和渗氮 它们的主要目的是提高零件的硬度和耐磨性，常安排在精加工(磨削)之前进行，其中渗氮由于热处理温度较低，零件变形很小，也可以安排在精加工之后。

(3) 辅助工序的安排

检验工序是主要的辅助工序，除每道工序由操作者自行检验外，在粗加工之后，精加工之前，零件转换车间时，以及重要工序之后和全部加工完毕、进库之前，一般都要安排检验

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工序。

除检验外，其它辅助工序有：表面强化和去毛刺、倒棱、清洗、防锈等。正确地安排辅助工序是十分重要的。如果安排不当或遗漏，将会给后续工序和装配带来困难，甚至影响产品的质量，所以必须给予重视。

综上所述，结合本零件的特点，可先加工各外圆轮廓表面再加工各槽及螺纹，最后加工凸轮。由于该零件为小批量生产，走刀路线不必考虑最短进给路线或最短空行程，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件除槽外的轮廓顺序进行（精加工路线如图1、图2）。在此拟定了两种方案，分别见表1、表2

图1 图2

表1

工序号 10 工序名称 下料 按Φ55X90/3下料 工序内容

热处理 20 车 车左端端面、外圆 30 车 加工零件右端各尺寸到要求 40 铣 （1）加工凸轮至要求 （2）钻Φ8的孔 50 60 钳 检 去毛刺 终检、防锈处理 表2

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工序号 10 工序名称 下料 按Φ55X90/3下料 工序内容 热处理 20 车 加工零件右端各尺寸到要求 30 铣 （1）铣端面 （2）加工凸轮至要求 （3）钻Φ8孔 去毛刺 终检、防锈处理 40 50 钳 检 比较两种加工方案，表2所示方案将长度通过铣来保证，增加了操作难度；另外表1所示方案相对表2，在加工右端外圆各个表面前将左端粗车，增加了基准精度，能较好地保证同轴度要求。因此选择表1所示方案为最终加工方案。

四、加工余量及工序尺寸的确定

4.1 加工余量的概念

加工余量是指加工过程中从加工表面切除的金属层厚度。

4.2 加工余量和工序加工余量

总加工余量：从毛坯表面上切除的多余金属层，称为该表面的总加工余量。

工序加工余量：为完成一道工序而从某一表面上切除的金属层，称为该工序的工序加工余量。零件某一方向上的总加工余量等于各工序在该方向的加工余量之和。

4.3 加工余量、最大加工余量和最小加工余量

加工余量即指公称加工余量，其值等于前后工序的基本尺寸之差。

平面的加工余量是单边余量，它等于实际切削的金属层厚度。 对于外圆和孔等的回转表面，加工余量指双边余量。

对于外表面，最大加工余量是前工序最大工序尺寸和本工序最小工序尺寸之差；最小加工余量是前工序最小尺寸与本工序最大尺寸之差。

工序加工余量的变动范围（即加工余量公差）等于前工序与本工序两道工序尺寸公差和，如图a所示。

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图a 加工余量及其公差

加工余量的公差带，一般是分布在零件加工表面的“入体方向”。毛坯尺寸的公差，一般采用双向标注，如图b所示。

(a) 轴 (b) 孔

图b 加工余量和加工尺寸分布图

4.4 影响加工余量的因素

加工余量的大小对零件的加工质量和生产率均有较大的影响。加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加了材料、工具、电力的消耗，提高加工成本。但是，加工余量过小，又不能保证消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生废品。因此，

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应该合理地确定加工余量。

各工序所留的最小加工余量，应该保证前工序所产生的形位误差和表面缺陷被相邻后续工序切除，这是确定工序最小余量的基本要求。

影响加工余量的因素可归纳为以下几项:

(1).前工序的表面缺陷层与表面粗糙度(Da+Ra)。 (2).前工序的工序尺寸公差(Ta)。 (3).前工序的形位误差 (ρ(4).本工序的装夹误差(ε加工余量的基本公式为

Zb=Ta+Ra+Da+｜ρa+ε

ba)。

b)。

︱ (单边余量时)

︱ （双边余量时）

2Zb= Ta+2(Ra+Da)+｜ρa+ε

b4.5 工序尺寸 （1）加工表面 460 ?0.062工序名称 精铣 粗铣 粗车 毛坯尺寸 工序余量 0.5 6.5 2 9（总余量） 0经济精度 0.062(IT9) 0.100(IT10) 0.16（IT11） ±2 工序尺寸（最小工序尺寸） 45.938 46.4 Ф52.84 Ф53 工序尺寸及其偏差 46?0.062 46.5?0.1 Ф53?0.16 Ф55?2 ?2000（2）加工表面Ф50?0.039 工序名称 精车 半精车 粗车 毛坯尺寸 工序余量 0.5 1.5 3 5（总余量） 经济精度 0.039（IT8） 0.062（IT9） 0.16（IT11） ±2 工序尺寸（最小工序尺寸） Ф49.961 Ф50.438 Ф51.84 Ф53 工序尺寸及其偏差 Ф50?0.039 Ф50.5?0.062 Ф52?0.16 Ф55?2 ?200012

（3）加工表面Ф24?0.033 工序名称 精车 半精车 粗车 毛坯尺寸 工序余量 0.5 1.5 29 31（总余量） 00经济精度 0.033（IT8） 0.052(IT9) 0.13（IT11） ±2 工序尺寸（最小工序尺寸） Ф23.967 Ф24.448 Ф35.87 Ф53 工序尺寸及其偏差 Ф24?0.033 Ф24.5?0.052 Ф26?0.13 Ф55?2 ?2000（4）加工表面Ф18?0.027 工序名称 精车 半精车 粗车 毛坯尺寸 工序余量 0.5 1.5 35 37（总余量） 0经济精度 0.027（IT8） 0.043（IT9） 0.11（IT11） ±2 工序尺寸（最小工序尺寸） Ф17.973 Ф18.457 Ф19.89 Ф53 工序尺寸及其偏差 Ф18?0.027 Ф18.5?0.043 Ф20?0.11 Ф55?2 ?2000（5）加工表面36?0.062 工序名称 精铣 粗铣 毛坯尺寸 工序余量 0.5 18.5 19（总余量） 经济精度 0.062（IT9） 0.16（IT11） ±2 工序尺寸（最小工序尺寸） 35.938 36.485 Ф53 工序尺寸及其偏差 36?0.062 36.5?0.16 Ф55?2 ?200

五、机床和工艺装备的选择

5.1 机床的选择

通过对工件的分析可知，该工件的加工需要车削与铣削共同完成，所以选择数控车床CK7150A与数控铣床XK7132SD。

选择原因：

（1）数控车床的选择

该工件的主要加工表面有圆柱面、圆弧、槽、螺纹，毛坯的尺寸为Ф55X90，且为小批

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量生产。而数控车床7150A的加工对象为φ250×1000以下轴件，能加工圆柱面、圆锥面、阶梯面、球面及其它各种回转曲面，能加工各种公、英制内外螺纹，能车削外圆、切槽及倒角，也可以进行钻、扩、铰、滚压及镗削加工，适用于中、小批量及单件生产，故选择该数控车床。

（2）数控铣床的选择

该工件需要铣削一个凸轮，且精度较高。而数控铣床XK7132SD能加工平面累零件和曲面类零件，故选择该数控铣床。

CK7150A主要技术规格

名 称 床身上最大回转直径 床鞍上最大回转直径 最大车削直径 轴类直径 盘类直径 mm 单 位 规 格 Φ505 Φ340 Φ250 Φ500 Φ20 Φ20 1000；500 X 最 大行 程 Z 主轴转速范围 主 轴 箱 尾 架 主轴定心轴颈锥度 锥孔锥度 主轴通孔直径 主轴中心至床面高度 主轴中心至地面高度 尾架套筒最大行程 尾架套简直径 尾架套筒锥孔锥度 X Z X Z X Z X Z X 快进 Z 螺纹导程 刀盘 驱动方式 刀位数 mm/min mm/r mm/min mm r/min mm 公制 mm mm mm mm mm 莫氏 260 1100；600 20-2000 14°15′ 80 Φ65 290 1000 80 Φ85 5# 0.001 0.001 0.0005 0.001 O.0005 0.001 0.0005-500 0.001-500 8 12 O.O01-500 电动 6 14

最大钻孔直径 最小车削直径 最大车削长度 最小设定单位 最小移动量 最小检测单位 工进 进给量及螺距范围 外圆刀方尺寸 最大镗刀杆直径 刀尖最大回转直径 夹具 液压动力卡盘 净 重 毛 重 mm Kg 主要配置

名 称 控制系统 主电机 型 号 FANUC Oi-mate 功 率 台湾先马变频电机， A06B-0226-B301 X轴伺服电机 （αC8/2000i） A06B-0241-B101 Z轴伺服电机 （αC12/2000i） 变频器 电动刀台 主轴前轴承 主轴后轴承 X向滚珠丝杠 Z向滚珠丝杠 手动集中润滑泵

XK7132SD主要技术参数 技术参数 |型号 控制系统 工作台面积（长*宽） 行程（X、Y、Z） 主轴中心线至立柱导轨面距离 主轴端面距工作台距离 BWD-40A D446120;D46120 D119 CDM3206-5-2 CDM4008-5-3 额定转速 最高转速 转 速 额定转矩 功 率 转 速 额定转矩 功 率 位 数 中 心 高 规 格 规 格 容 积 规格参数 机床外形尺寸(长x宽x高) 机床重量 mm 25×25 Φ40 Φ400 Φ250 3160×1480×1650 3000 4000 生产厂家 FANUC 7.5/11Kw 1000r/min 4000r/min 2000rpm 8Nm 1.2Kw 2000rpm 12Nm 1.8kW 11kW 6 63 100*150*72 90*145*24 0.8L 常州亚兴 国产 国产 西北机器厂 西北机器厂 南京贝奇尔 FANUC FANUC 台湾先马 XK7132SD FANUC Oi 850*320m㎡ 500*300*360mm 300mm 510mm 15

主轴锥孔 主轴转速 主电动机功率 X、Y轴电机扭矩 Z轴电机扭矩 进给电机 换刀方式 外型尺寸 机床重量 最小设定单位 BT40 100-6000无级变速 3.0KW 6NM 6NM 交流伺服电机 气动打刀 2100*2000*2300mm 2200kg 0.001mm

5.2 夹具的选择

按使用机床类型可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他机床夹具。就此零件选择夹具。

车床夹具用于确定零件在车床的正确位置，并可靠的夹紧零件。常用的车床夹具有通用夹具（三爪卡盘、四爪卡盘和各种形式的顶尖）\\可调整的夹具(如成组夹具、组合夹具等)、专用夹具—专门为满足某零件某道工序而设计的夹具，在各种批量生产中正确的选用和使用夹具，对保证产品质量、提高生产效率、减轻劳动强度是密切相关的，因为车床夹具在车削工艺中占有相当重要地位。

车削工艺中，被加工零件多数是旋转表面，即零件和主轴一起旋转，加工出来的表面和主轴旋转轴线同心。因此，车床夹具用于保持零件基准面和机床主轴轴线的正确的相互位置，从而也保证了零件被加工表面对基准的相对位置要求。

车床夹具的作用有：

（1）保证产品质量、提高加工精度。 （2）提高劳动生产率。 （3）充分发挥机床的性能。

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另外，选择夹具时，还应注意便于安装和拆卸，减少加工时的辅助时间；夹具工作时要保持平衡；结构要求简单、紧凑、质量轻。根据此零件实际情况，并考虑到经济性，此零件加工中选择夹具为: 三爪卡盘。

5.3 刀具的选择

由于刀具材料的切削性能直接影响生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，加工成本等，所以刀具选择是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧性，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济，性抗粘接性，化学稳定性。

圆柱面、圆弧、槽、螺纹，如Ф50?0.039、车削表面 Ф18?0.027、Ф24?0.033等 000铣削表面 凸轮，如R4、R6的圆弧等 通过分析选用以下几种刀具 （1）YT15硬质合金90°外圆车刀。 （2）YT15硬质合金35°外圆车刀 （3）宽3mm切槽刀 （4）60°螺纹车刀 （5）Ф12的立铣刀 （6）Ф8的立铣刀 （7）Ф8的钻头 工序号 工序名称 工序内容 车左端端面、外20 车 圆 圆 粗车右端各尺寸90°外圆车刀 加工工件右端各30 车 尺寸到要求 精车右端各尺寸35°外圆车刀 至要求 至要求 工步内容 车左端端面、外90°外圆车刀 刀具名称 17

切槽 车螺纹 粗加工凸轮各尺3mm切槽刀 60°螺纹车刀 Ф12的立铣刀 40 铣 （1）加工凸轮至要求 （2）钻Φ8的孔 寸 精加工凸轮各尺Ф8的立铣刀 寸 钻孔 Ф8的钻头

5.4 量具的选择

零件的加工过程中,量具的选择直接决定零件的精度等级,因此选择正确的量具有助于提高工仵的加工精度,加工精度要求高的零件必须正确的选择量具。此零件端面凸轮中尺寸精度较高,有外圆、内孔、长度、内径、外径、槽宽等的测量。

根据实际选择以下量具： 量具名称 测量范围 (mm) 测量精度 (mm) 测量尺寸 (mm) Ф30、Ф40、Ф10、游标卡尺 0-100 0.02 Ф8、10?0.09、8?0.09、10、6、13、3 Ф24?0.033、Ф18?0.027 0-25 0.001 13±0.021、4?0.075、10±0.029 46?0.062、36?0.062、 25-50 0.001 Ф50?0.039、36.7?0.05 29±0.029、 5-6 内径千分尺 6-7 R1-6.5 半径规 通止规 R7-14.5 R15-25 M12 0.001 70?0.0360?0.0890000000外径千分尺 0.001 50?0.048 R6 R10 R20 M12-7h 18

六 切削用量

工序20： 车

工步1. 粗车左端面、外圆

(1)选择切削深度 粗车工序中查《机械加工工艺手册》选ap=3mm.

(2)选 择进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及一定的切削深度。从机械加工工艺手册表11-1中选f=0.5mm/r。

(3)选择切削速度：根据工价材料及选定切削深度和进给量，从机械加工工艺手册表11-5中选u=1.5m/s.

(4)确定机床主轴转速：机床主轴转速n的计算值为n=1000v/3.14*55=492r/min 取整值得主轴转速取500r/min

故实际的切削速度v=3.14dn/1000=3.14*55*500/1000=1.4m/s(86m/min) (5)工时估算：t=l/f/n=30/0.5/500(min)=0.2min

工序30：车

工步1.粗车右端各尺寸至要求

(1)选择切削深度 ：查《机械加工工艺手册》得ap=3mm，预留0.5mm精车。 (2)选 择进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及一定的切削深度。从《机械加工工艺手册》表11-1中选f=0.5mm/r。

(3)选择切削速度：根据工价材料及选定切削深度和进给量，从《机械加工工艺手册》表11-5中选u=1.5m/s.

(4)确定机床主轴转速：机床主轴转速n的计算值为n=1000v/3.14*55=492r/min 取整值得主轴转速取500r/min

故实际的切削速度v=3.14dn/1000=3.14*55*500/1000=1.4m/s(86m/min) (5)计算切削公时：取切入长度l=2mm,切出长度12=2mm 则切削工时：tm=2*72=2+2/500*0.5=30s 工步2.精车右端各尺寸至要求

(1) 选择切削深度：粗车后留有ap=0.25mm

(2) 选 择进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及一定的切削深度。从《机械加工工艺手册》表11-2中选f=0.2mm/r。

(3) 选择切削速度：根据工价材料及选定切削深度和进给量，从《机械加工工艺手册》表11-5中选u=2m/s.

(4) 机床主轴转速：n=1000*2*60/3.14*(55-18)=1032r/min 取整值得主轴转速取为1000r/min.

故实际的切削速度v=3.14dn/1000=3.14*55*1000/1000=2.8m/s(172m/min) (5) 估算工时：t=l/f/n=65/0.2/1000(min)=0.3min 工步3.切槽

(1) 进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及一定的切削深度。从《机械加工工艺手册》表中选f=0.1mm/r。 (2)选择切削速度：根据工件材料及选定及进给量从《机械加工工艺手册》表中选取v=130m/min.

(3) 确定机床主轴转速：N=1000v/3.14*d=1000*81.68/3.14*48=862r/min

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取整值得主轴转速取为800r/min.

(4)工时估算：t=t0+t1+t2+t3=1.2+0.01+0.1+0.2(min)=1.51min 工步4.车螺纹 (1)背吃刀量：根据M12-7h查表得它的螺距是1.75。所以要走刀5次每次依次是0.925、0.6、0.4、0.3、0.15。

(2)进给量：因为螺距是1.75所以f=1.75mm/r.

(3)切削速度：查《金属机械加工工艺人员手册》表10-161可知：VC=29-51m/min,初步选定VC=30m/min(0.5m/s).

(4)主轴转速：根据n≤1200／p－k,p=1.5,k=80可以取500 r/min. (5)估算工时：t=4t1=0.08min.

工序40：铣

工步1.粗铣凸轮各尺寸

(1)切削宽度：表面粗糙度和尺寸精度要求都要求不高所以ap=5mm, 预留1mm精铣。 (2)每齿进给量：根据工件材料的力学性能，刀具材料，工件表面粗糙度选查《机械加工工艺手册》取fz=0.1(mm/z).

(3)切削速度：根据表选刀具耐用度t=7.8*1000。查《机械加工工艺手册》表11-28得v=0.3m/s.

(4)选定机床主轴转速

N=1000v/3.14*d=1000*81.68/3.14*53=104r/min 根据机床说明书选n=255r/min

实际切削速度为v=3.14dn/1000=3.14*100*255/1000=80.07m/min (5)计算基本工时

首先计算每分钟进给量vf=fz*z*n=0.1*6*255=153mm/min 根据机床说明书选vf=165m/min

基本工时：T=πd1/vf+πd2/vf =2.8min 工步2.精铣凸轮各尺寸

(1) 切削宽度：粗铣后留ap= 1mm

(2) 每齿进给量：查《机械加工工艺手册》取fz=0.02(mm/z)

(3) 计算切削速度：查《机械加工工艺手册》表11-28得v=0.6m/s=36m/min. (4) 选定机床主轴转速

N=1000v/3.14*d=1000*81.68/3.14*48=238r/min 根据机床说明书选n=500r/min

实际切削速度为v=3.14dn/1000=3.14*100*500/1000=157m/min (5) 计算基本工时

首先计算每分钟进给量vf=fz*z*n=0.02*6*500=150mm/min 根据机床说明书选vf=165m/min

基本工时：t=πd1/vf+πd2/vf=1.5min 工步3.钻孔

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(1)切削深度：ap=H+0.3D=10+2.4=12.4mm

(2)进给量：查《机械加工工艺手册》表11-10得f=0.22-0.28mm/r.因为是一般规格 取f=0.25mm/r.

(3)切削速度：查《机械加工工艺手册》表11-12得v=0.25m/s (4)机床主轴转速：n=1000v/π*D=9.95r/s=600r/min 根据机床说明书，取600r/min.

实际切削速度为：v=3.14*8*10/1000=0.25m/s.

(5)估算工时：t=h/f/n=12.4/0.25/600(min)=1/12min=5s.

七 程序编制

FANUC-0i系统 工序20车 O1111 程序名 T0101 90°外圆车刀 M04S500 主轴转动，转速500r/min G00X57Z0 快速定位 工序20车 G01X0F0.15 车左端面，每转进给 0.15mm X53 Z-30 粗车圆柱面 G00X100 Z100 M04S500 G00X57Z2.3 工序30车 O2222 G01Z0X0F02 粗车右端面 G71U1.5R0.5 粗车各外圆 G71P10Q20U1W0F0.15 N10G01X0 Z0 X10 G01X12Z-1 Z-13 X16 X18Z-14 Z-19 X22 X24Z-20 Z-31.5755 G03X40Z-45.7R20 G01X48 21

X50Z-46.7 Z-74.7 X57 N20G00X57Z2.3 GOOZ100 T0202 35°外圆车刀 M04S900 G70P10Q20 精车各外圆 G00X100Z100 T0303 直径 3mm槽刀 M04S600 G00X30Z-13 G01X10F0.05 切槽 X52 Z-60.7 X40 X52 Z-58.7 X40 X52 Z-74.7 X30 X52 Z-71.7 X30 X52 G00X100Z100 回原点 T0404 60°螺纹刀 M04S500 G00X16Z2 G92X11.05Z-12F1.75 X10.575 X10.175 X9.875 X9.725 G00X100 Z100 T0101 M04S500 G00X57Z-54.7 G01X50F0.1 X48Z-55.7 倒角 Z-60.7 X50Z-61.7 22

G00X100 Z100 M05 主轴停止 M30 程序结束

工序40铣 O3333 程序名 M03S500 主轴正转，转速500r/min G90G504G00X0Y0T01 设置编程原点、Φ12的立铣刀 G00Y-46 G01Z-10F1 00 Z向进刀Vc为100mm/min G42G01X-10Y33D01 刀具右补偿 G02X0Y-23R10 圆弧进刀切入 G03X8.6411Y-18.0330R10 G02X18.0330Y-8.6411R26.0293 G03X18.0330Y8.6411R10 G02X8.6411Y18.0330R26.0293 G03X-8.6411Y18.0330R10 G02X-18.0330Y8.6411R26.0293 G03X-18.0330Y-8.6411R10 G02X-8.6411Y-18.0330R26.0293 G03X0Y-23R10 G02X10Y-33R10 圆弧切出 G40G01X0Y-46 取消刀补 G00Z100 X100Y100 G00X0Y0 G00Z10 G01Z2F100 X10Y0 X-10Z-3 斜线下刀 X10Z-7 X-10 X0Y10 Y-10 G00X0Y0 G01Z-7F100 G41G01X-5Y-14D02 建立右刀补 G03X0Y-19R5 逆时针圆弧切入 G03X5.1847Y-16.0198R6 G02X16.0198Y-5.1847R26.0293 G03X16.0198Y-5.1847R6 23

G02X5.1847Y16.0198R26.0293 G03X-5.1847Y16.0198R6 G02X-16.0198Y5.1847R26.0293 G03X-16.0198Y-5.1847R6 G02X-5.1847Y-16.0198R26.0293 G03X0Y-19R6 G03X5Y-14R5 圆弧切出 G40G01X0Y0 G00Z100 G90G54G80G00X0Y0T02 Φ8的钻头 M03S600 G99G83Z-10.4R5Q4F60 钻孔 M80 取消钻孔循环 G00Z100 M05 主轴停止 M30 程序结束 仿真加工图：

工序20车（左端） 工序30车（右端）

工序40铣

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设计心得

这次毕业设计，让我受益良多，下面谈谈我的体会。

作为为组长的我，不仅在此设计中学到了技能，更重要的是学到一种团队精神，一种分享收获的喜悦，一个小组一个团队要有统一的目标，统一的意见，这样才能更有效的完成我们前进中遇到的难题和困难。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与老师同学交流等方式，使自己学到了很多，也经历了很多艰辛，但收获巨大。整个设计也培养了我的工作能力，相信对以后的工作学习有着非常重要的影响。

本设计能够顺利完成，也是与各个老师的认真负责分不开的，使我们能很好的掌握运用专业知识，并在毕业设计中得以体现。同时也感谢本组同学的辛勤付出和努力，我们本着统一的目标，在完成毕业设计过程中，本组同学积热情积极、充分发挥了各自的才能和长处，大家相互探讨设计中的难点，广泛听取意见，运用专业知识选择并统一了最好意见，有效的解决了我们在设计中的各个难题和困难。在此，也感谢在设计过程中给我们提供无私帮助并传授经验的老师和同学。

这次毕业设计也使我明白了自己的知识还很欠缺，自己往后要学的东西还有很多很多，在以后的工作和学习中我要更加努力提高自己的能力。

三年的校园生活，让我感受到了老师孜孜不倦的教诲和无微不至的关怀，让我有了更成熟的心智和豁达的心胸，学到了永不停息的终身学习理念。最后，衷心的感谢各位老师！

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参考文献

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3 许圣群主编《简明机械加工工艺手册》[M].上海：上海科学技术出版社，1991 4 张耀宸主编《机械加工设计手册》[M].北京：航空工业出版社，1993

5 上海机电设计研究院主编《金属机械加工工艺人员手册》[M].上海：上海科学技术出版社，1987

6 陆剑中 孙家宁主编《金属切削原理与刀具》[M].北京：机械工业出版社，2005 7 袁哲俊 刘华明主编《刀具设计手册》[M].北京：机械工业出版社，1999 8 何红华 马振宝主编《互换性与测量技术》[M].北京：清华大学出版社，2008

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