光轴零件的数控车削加工实例分析

任务描述

完成如图2-2-1所示光轴加工案例零件的数控车削加工，具体设计该光轴的数控加工工艺。

1.制订如图2-2-1所示短光轴零件的数控车削加工工艺；

2.编制如图2-2-1所示短光轴零件的数控车削加工工序卡和刀具卡等工艺文件。

图2-2-1　光轴

光轴加工案例零件说明：该光轴加工案例零件材料为45 钢，生产批量5 件，毛坯尺寸为ϕ35 mm×105 mm。

能力目标

1.会制订短光轴零件的数控车削加工工艺；

2.会编写短光轴零件的数控车削加工工艺文件。

任务实施

数控车削加工工艺设计步骤包括零件图纸工艺分析、加工工艺路线设计、机床选择、装夹方案及夹具选择、刀具选择、切削用量选择及填写数控加工工序卡与刀具卡等。

一、零件图纸工艺分析

零件图纸工艺分析主要引导学生审查图纸，以及分析零件的结构工艺性、尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求。

1.审查图纸

该案例零件图尺寸标注完整、正确，符合数控加工要求，加工部位清楚明确。

2.零件结构的工艺性分析

该零件材料45 钢为典型回转体轴类零件，工艺性好。

3.零件图纸技术要求分析

该光轴零件要求加工部位的两端面表面粗糙度Ra3.2 μm，长度尺寸精度mm，要求不高；外径表面粗糙度Ra1.6 μm，尺寸精度mm，要求稍高。

二、加工工艺路线设计

加工工艺路线设计主要引导学生选择加工方法、划分加工阶段、划分工序、工序顺序安排及确定进给加工路线。

1.选择加工方法

根据外回转表面的加工方法和该光轴零件的加工精度及表面加工质量要求，选择粗车—半精车—精车加工，即可满足零件图纸技术要求。但由于该零件毛坯长度较短，无法夹持一头即完成全部加工，因此，必须掉头车削加工，而掉头车削加工将造成两次安装无法避免的加工接刀痕迹问题，加工无法满足零件图纸技术要求。另由于外径加工余量不大，单边最大加工余量只有2.5 mm，因此，选择粗车—磨削的加工方法。但在数控车加工时，必须顺带打出中心孔，为磨削装夹做好准备。

2.划分加工阶段

根据上述加工方法，该案例零件加工划分为粗加工阶段—精加工阶段两个阶段。

3.划分工序

根据上述加工方法，该案例零件毛坯长度较短，无法夹持一头即完成全部加工，必须掉头车削加工，故工序划分以一次安装所进行的加工作为一道工序，数控车削加工共分两道工序，但每道工序又分3 道工步，即粗精车端面、粗车外径和打中心孔。

4.工序顺序安排

根据上述划分工序，该案例零件加工顺序按由粗到精、先面后孔、由近到远（由右到左）的原则确定，工步顺序按同一把刀能加工内容连续加工原则确定。

5.确定进给加工路线

根据上述加工顺序安排，该案例零件加工路线设计先粗精车一头端面，再粗车外径（含车倒角2 ×45°），后打中心孔；掉头粗精车一头端面（含车倒角2 ×45°），保证长度尺寸精度mm，后打中心孔；最后再安排磨削外径，保证外径尺寸精度mm 和表面粗糙度Ra1.6 μm。

三、机床选择

机床选择主要引导学生根据加工零件规格大小、加工精度和加工表面质量等技术要求，正确、合理地选择机床型号及规格。

该案例零件规格不大，尺寸精度要求较高的外径精加工安排磨削，故数控车削选用规格不大的经济型数控车床TK36（注：带尾架）即可，精加工磨削选用普通外圆磨床M1320即可。

四、装夹方案及夹具选择(https://www.xing528.com)

装夹方案及夹具选择主要引导学生根据加工零件规格大小、结构特点、加工部位、尺寸精度、形位精度及表面粗糙度等零件图纸技术要求，确定零件的定位、装夹方案及夹具。

该案例零件是典型回转体类零件，根据上述加工工艺路线设计，该案例零件装夹方案选用三爪卡盘反爪外台阶面以光轴一端定位，夹紧外径，因工件长径比小，且精加工安排磨削，故无须找正；掉头装夹加工，担心已粗加工外径夹伤严重，可考虑在工件已加工表面夹持位包一层薄铜皮。夹具选择普通三爪卡盘或液压三爪卡盘均可。数控车削夹持工件长度及夹紧余量参考值见表2-1-1。夹紧余量是指数控车刀车削至靠近三爪端面处与卡爪外端面的距离。

表2-2-1　数控车削夹持长度及夹紧余量参考值

注：1.工件能掉头装夹的不应加夹持长度。
2.坯料加工成最后两件或者多件能掉头互为夹持的，不应加夹持长度。

五、刀具选择

刀具选择主要引导学生根据加工零件余量大小、结构特点、材质、热处理硬度、加工部位、尺寸精度、形位精度及表面粗糙度等零件图纸技术要求，结合刀具材料，正确、合理地选择刀具。

根据上述加工工艺路线设计，该案例零件数控车只有加工端面、外径和中心孔，根据各类型车刀的加工对象和特点，加工端面和外径选用右偏外圆车刀（右手刀），刀片选用带涂层硬质合金刀片，刀尖圆弧半径为0.3 mm；加工中心孔选用B 型中心钻；磨削外径选用砂轮。

六、切削用量选择

切削用量选择主要引导学生根据加工零件余量大小、材质、热处理硬度、尺寸精度、形位精度及表面粗糙度等零件图纸技术要求，结合所选刀具和拟订的加工工艺路线，正确、合理地选择切削用量。

数控车削的切削用量包括背吃刀量ap、进给速度F 或每转进给量f 及主轴转速n。

1.背吃刀量ap

根据上述加工工艺路线设计，该案例零件外径、端面加工余量不大，单边最大加工余量只有约2.5 mm，选择粗车—磨削的加工方法。背吃刀量ap在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。因此，粗车端面和外径时，背吃刀量ap约取2.25 mm，外径单边留0.12 ～0.13 mm 的磨削余量，精车端面背吃刀量ap取0.25 ～0.28 mm。

2.每转进给量f

根据硬质合金车刀粗车外圆、端面的进给量，按表面粗糙度选择进给量的参考值，该案例零件粗车外径、端面的每转进给量f 取0.25 mm；精车端面的每转进给量f 取0.15 mm；中心钻按国产硬质合金刀具及钻孔数控车切削用量参考值，每转进给量f 取0.15 mm。

3.主轴转速n

主轴转速n 应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度vc（m/min），按公式n =（1 000 × vc）/（3.14 ×d）来确定。根据硬质合金外圆车刀切削速度的参考数值，粗车外径、端面的切削速度vc选100 m/min，则主轴转速n 约为500 r/min；精车端面的切削速度vc选130 m/min，则主轴转速n 约为650 r/min；钻中心孔的主轴转速选600 r/min。

七、填写数控加工工序卡和刀具卡

填写数控加工工序卡和刀具卡主要引导学生根据选择的机床、刀具、夹具、切削用量和拟订的加工工艺路线，正确填写数控加工工序卡和刀具卡。

1.光轴加工案例零件数控加工工序卡

光轴加工案例零件数控加工工序卡见表2-2-2（注：刀片为涂层硬质合金刀片）。

表2-2-2　光轴数控加工工序卡

续表

2.光轴加工案例零件数控加工刀具卡

光轴加工案例零件数控加工刀具卡见表2-2-3。

表2-2-3　光轴数控加工刀具卡

任务评价

评价方式见表2-2-4。

表2-2-4　评价表

巩固与提高

将如图2-2-1所示的光轴零件表面粗糙度改为Ra3.2μm，其他不变，试设计其数控加工工艺。