凸轮轴零件的数控编程与加工

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………………………………………………………………11.2零件的结构工艺分析……………………………………………………………………1第二节毛坯的分析2.1毛坯的选择………………………………………………………………………………22.2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…………………………………………………………………………43.2加工方法的选择…………………………………………………………………………53.3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…………………………………………………………………………………104.2总加工余量和工序加工余量……………………………………………………………104.3加工余量、最大加工余量和最小加工余量……………………………………………104.4影响加工余量的因素……………………………………………………………………114.5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………………………………………………………………………………135.2夹具的选择………………………………………………………………………………165.3刀具的选择………………………………………………………………………………175.4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1一、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--355Mpa；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：加工尺寸公差等级表面粗糙度(um)其他0027.018IT83.2其中心轴线相对于0039.050中心轴线的同轴度为0.0250033.024IT81.6其中心轴线相对于0039.050中心轴线的同轴度为0.0250039.050IT81.6其中心轴线为基准AR20±0.016IT71.6其表面相对于0039.050左端面的圆跳动为0.025M12-7hIT73.2粗牙螺纹，螺距为1.75mm②凸轮加工尺寸公差等级表面粗糙度(um)备注021.013IT93.2两处0062.036IT93.2两处0062.046IT93.2两处0075.04IT113.2四周036.007IT93.2两处2③长度加工加工尺寸公差等级其他029.010IT10009.08IT11右端为基准D048.005IT10022.008IT8065.029IT11089.0050.07.36IT8009.010IT11零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，用于一3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4三、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5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