螺紋軸的數控加工工藝研究目錄TOC\o"1-2"\h\u5368引言 124783一、螺紋零件加工簡述 223276（一）螺紋軸 22076（二）螺紋軸類加工注意點 220641二、螺紋軸數控加工工藝分析 324259（一）零件工藝分析 313692（二）毛坯的確定 417764（三）零件定位基準的選擇 521282三、數控機床的選擇 717520（一）選擇條件 726654（二）數控車床的選擇 7189四、裝夾方案的確定 911417（一）工件的裝夾方案 91488（二）工件坐標系的建立 927128五、刀具及切削用量的選擇 117051（一）刀具選擇 119315（二）切削加工順序的安排 1118964（三）確定加工順序及進給路線 123455（四）切削用量的選擇 121591結論 1429143參考資料 15

摘要隨著制造水平的提高，數控機床在現代制造業中起著越來越重要的作用，為保證零件加工量，除了數控機床自身的精度外，還與數控加工中的工藝有著密切關聯。數控加工中經常遇到螺紋軸的加工，螺紋軸是現代用途很廣，是很多機器當中不可缺少的部分，因此螺紋軸的精度直接影響到機器的運作好壞。本文在從某螺紋軸零件的數控加工實用角度出發,詳細地分析了螺紋軸零件中工藝規程的制訂，螺紋軸零件中工藝直接關系到工件質量、勞動生產率和經濟效益。在此基礎上，提出了適合于螺紋軸車削加工中刀具的技術要求，探討了車削這種傳統的切削方法在加工領域開發、應用的可行性。分析數控加工工藝目標的基礎上，編寫了數控加工程序，檢驗數控編程及各種工藝的正確性，為該類零件的數控加工提供了很有意義的參考。關鍵字：螺紋軸；數控車床；加工工藝螺紋軸的數控加工引言隨著信息化產業的高速發展，數控機床的功能日趨完善，數控機床已經完全取代了普通機床，而數控技術是機械加工自動化的基礎，是數控機床的核心技術，其水平高、低關系到國家戰略地位、國民經濟水平和體現國家綜合實力的系統化，自動化，智能化，集體化水平。今后數控技術又將向著高精化，高速化，高效化，方向發展，并注重工藝適用性和經濟性。數控機床的加工工藝技術是一種在我國數控機械制造工藝行業中的先進數控加工工藝技術，它采用的是一種能夠實現高效率，高自動精度與優良的高自動柔性各種具有特征和優勢的自動數控加工工藝技術，這種數控機床的加工工藝技術就是其能夠有效地解決復雜，精密，小批多變的加工零件所帶來的數控加工工藝的問題，充分地適應了當今我國現代化工業生產的進步和需要，制造工藝設備自動化技術作為先進的機械制造和加工技術中最重要不可分割組成部分的一個組成部分，其中核心技術主要包括工業數控技術，數控技術主要指的是一種被廣泛應用于計算機，自動控制技術，自動檢測及其他各種精密機器與設備等多種高新技術的集成和綜合生產產物，它的不斷涌現及所可能給我們帶來的巨大經濟利益，已逐漸地引起了國內外來自全球各國人民對于數控機床的加工制造技術和設備制造工藝界普遍的高度重視。數控機床已成為先進制造技術的基礎裝備，關系到國家的戰略地位開發。CNC機床給機械制造業帶來了革命性的變化。數控加工具有自動化、高效率、高適應性和高精度的特點。現代數控加工正朝著高速、高精度、高柔性、高集成度、高精度方向發展。數控加工與編程畢業設計是數控專業教學體系中數控加工技術的重要組成部分。通過本次畢業設計，我們對相關學科的基礎理論、基礎知識以及理論與實踐的結合有了更深的了解。同時，我們對這一先進的科技有了更全面、更系統的認識，以便鞏固、擴大和發展，促進和提高了綜合分析能力、解決問題能力和科研創新能力一、螺紋零件加工簡述（一）螺紋軸在圓柱或圓錐母體表面上制出的螺旋線形的、具有特定截面的連續凸起部分。螺紋按其母體形狀分為圓柱螺紋和圓錐螺紋；按其在母體所處位置分為外螺紋、內螺紋，按其截面形狀（牙型）分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋及其他特殊形狀螺紋，三角形螺紋主要用于聯接，矩形、梯形和鋸齒形螺紋主要用于傳動；按螺旋線方向分為左旋螺紋和右旋螺紋，一般用右旋螺紋；按螺旋線的數量分為單線螺紋、雙線螺紋及多線螺紋；聯接用的多為單線，傳動用的采用雙線或多線；按牙的大小分為粗牙螺紋和細牙螺紋等，按使用場合和功能不同，可分為緊固螺紋、管螺紋、傳動螺紋、專用螺紋等。（二）螺紋軸類加工注意點該零件先以外圓作為粗基準，車端面和鉆中心孔，再以二中心孔為定位基準粗車外圓，又以粗車外圓為定位基準加工錐孔，此即為互為基準原則，使加工有一次比一次精度更高的定位基準面。采用了二中心孔為定位基準，符合基準重合及基準統一原則。車內錐時，一端用卡爪夾住，一端搭中心架，亦是以外圓作為精基準。半精加工、精加工外圓時，采用了錐堵，以錐堵中心孔作為精加工該軸外圓面的定位基準。為保證工件外圓的磨削精度，熱處理后須安排研磨中心孔的工序，并要求達到較細的表面粗糙度。外圓磨削時，影響工件的圓度主要是由于二頂尖孔的同軸度，及頂尖孔的圓度誤差。螺紋一般不允許淬硬，所以在工件中的螺紋部分的直徑和長度上必需留去碳層。對于內螺紋，在孔口也應留出3mm去碳層。二、螺紋軸數控加工工藝分析（一）零件工藝分析零件結構分析，制訂零件的機械加工工藝規程之前，對零件進行工藝性分析。首先應熟悉零件在產品中的作用、位置、裝配關系和工作條件，搞清楚各項技術要求對零件裝配質量和使用性能的影響，找出主要的和關鍵的技術要求，然后對零件圖樣進行分析。如圖2-1所示零件便面由柱面，圓錐面，順圓弧，逆圓弧及外螺紋構成，外螺紋復雜其中多個直徑尺寸由較高的精度，表面粗糙，零件圖尺寸編注完整，符合數控加工尺寸標注要求，輪廓描述清楚完整，零件材料為45鋼，毛胚為ф50mm×80mm。圖2-1螺紋軸加工樣圖（45#棒材Φ50×80）該工件尺寸標注完整、正確、尺寸、基準統一、有利于定位基準與編程原點的統一。零件輪廓描述清楚，無熱處理及硬度要求。零件技術要求分析，小批量生產條件編程，不準用砂布和銼刀修飾平面，這是對平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB01804-m處理，零件加工表面上，不應有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷，銳邊倒角為C0.5未注粗糙度部分光潔度按Ra6.3。加工難點及處理方案，分析圖紙可知，此零件對平面度的要求高，左端更有內輪廓加工，為提高零件質量，在對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，編程時采用中間值。本設計圖紙中的各平面和外輪廓表面的粗糙度要求可采用粗加工精加工方案。在輪廓曲線上，有圓弧，因此在加工時應進行刀具半徑補償，以保證輪廓曲線的準確性。（二）毛坯的確定對于軸類零件的毛坯主要根據零件的材料、形狀結構、尺寸大小、及生產批量等因索來選擇。直徑較小的情況下，應該選擇棒料，也可以選擇實心鑄件。當需要大批量成產是，還可采用冷擠壓和粉末冶金等先進毛坯制造工藝，可在毛坯精度的提高基礎上提高生產率。選材時的一般工藝和使用性能的基本原則首先是材料選擇時需要充分地滿足所有材料的一般工藝和使用性能的必須要求和前提下,同時還需充分地考慮到材料在選擇時的一般工藝和使用性能及其選擇時的經濟性。使用性能設計基本原理一般認為是指一個企業對于零件加工所選擇的一種為主體所需要使用的材料或者零件,它們應該是在正常加工中制成某一種為主體的零件后才能夠正常地加工或者使用下來的情況下進行并且這樣才能與我們所應必須的零件所具備的基本使用性能完全相符合的設計原理,它通常被認為就是一個企業為了確保一個為主體所需要零件的基本使用設計性和生產制造的使用技術能力被基本實現、安全耐用所需要的必備條件,這也是現代化企業對于零件的選擇最主要基本設計原理。材料實際綜合利用的性能主要有以下幾種類型,包括物力學和化學性質、物力與物理化學性質。根據所需要的零部件圖形所規定的各種材料及其具體的機械運動特性可以選擇碳鋼作為毛坯.45鋼是最常見中的低碳鋼,綜合熱力學性能良好而且產品的價格低廉,淬透性較低,水淬時易于在空氣中產生變形或者裂紋。根據其整體動力學特點和性能情況而在要求其強度相對較低時也可以選擇成型圓柱毛坯或者其他類型的零件,根據其毛坯零部件的實際使用條件、材質、結構特點三者來進行綜合衡量考慮。對于圓柱毛坯零部件應適當地增加一些改性的熱處理劑以及提高其零部件的強度與增加其硬度。通過以上的分析可以選定需要加工這種螺紋軸的零部件的最大材質為45#,毛坯類型為棒料,螺紋軸的最大輪廓尺寸為φ56x105mm，設計毛坯尺寸為φ60x110mm（如圖2.2）。圖2-2螺紋軸零件的設計毛坯尺寸（三）零件定位基準的選擇不當選擇材料基面板的選用很可能導致其在生產和加工零件的制作工藝生產中所遇到的質量事故發生了一千萬計,更有甚者,還很可能直接導致其造成生產和加工的零件發生大批量報廢,使得零件制作生產的過程不能正常地進行。基準尺寸是目前機械制造中已經應用十分廣泛的一個技術概念,機械制造產品從開始設計時要求零件需要尺寸的正確標注,制造時需要工件的正確定位,校驗時工件尺寸的正確測量,一直到產品裝配時需要零部件的的正確裝配以及位置等的確定等,都是需要用來找到作為基準的這個概念。基準衡量就是我們用來衡量確定用在生產一個對象上面的幾何空間關系所需要依據的一個點,線或者平面。（1）粗基準的選用能夠保證這個面積具有足夠的加工余量。（2）對于粗糙的基準，我們認為應該盡量避免在機械工程中使用，因為這些粗糙的基準在機械工程應用中的物體有一些不規則的表面，通過各個物件的相對位置來精確定位精度。三、數控機床的選擇（一）選擇條件數控機床主要規格的尺寸應與工件的輪廓尺寸相適應。小工件選擇小規格數控機床；相對應的，大工件選擇大規格機床加工，保證資源效率優先的原則。機床結構取決于機床規格尺、加工工件的重量等相關因素的影響。主軸轉速的確定以及主軸轉速應根據允許的切削速度和工件以及刀具直徑來選擇。機床的工作精度與工要求的加工精度相適應。如精度要求低的加工零件就粗加工；要求精確度較高的零件，應選擇精度高的機床。（二）數控車床的選擇此畢業設計要求加工圖所示的零件，此零件必須使用數控機床進行加工，在加工過程種不需要更換機床和加工工作地點，該零件可以在車床上通過一次裝夾就能完成加工。本文選擇操做系統為SINUMERIK-802S型號為CK6140數控加工機床。機床的主要規格和參數見表:床身上最大回轉直徑mm360400進給X軸快速進給mm/min3000滑板上最大回轉直徑mm190210Z軸快速進給mm/min6000最大加工長度mm1000每轉切削進給量mm/r0.005-100換刀時間sec2床身寬度mm360行程X軸行程mm230精度mm0.001Z軸行程1080刀柄尺寸20*2025*25主軸轉速范圍r/min80-400-2000刀具數量6主軸端部尺寸C6主軸通孔直徑mm65重復定位精度mm0.01表面粗糙度Ra1.6尾座套筒直徑mm65尾座套筒行程mm100主電機功率KW45.5凈重1700KGX軸伺服電機N.m6機床外形尺寸2060*1200*1500Z軸伺服電機N.m6主軸內孔錐度(公制)70圖3-1CK6140數控加工機床規格參數四、裝夾方案的確定（一）工件的裝夾方案在數控車床上工件定位安裝的基本原則與普通機床相同。工件的裝夾方法影響工件的加工精度和效率，為了充分發揮數控機床的工作特點，在裝夾工件時，應考慮以下幾種因素：1.盡可能采用通用夾具，必須時才設計制造專用夾具；2.結構設計要滿足精度要求；3.易于定位和裝夾；4.易于切削的清理；5.抵抗切削力由足夠的剛度；（二）工件坐標系的建立本零件以切削端面和軸線交點為原點建立工件坐標系。加工零件左端部分時，工件坐標系的建立位置如下圖4-1。圖4-1建立左端切削點工作坐標系工件的定位與基準應與設計基準保持一致，應防止過定位，定位基準在數控機床上要仔細找正。由于這個工件是個軸，因軸的長度不是很長，所以采用普通三爪卡盤夾緊工件。加工零件右端部分時，工件坐標系的建立位置如下圖4-2。圖4-2建立右端切削點工作坐標系五、刀具及切削用量的選擇（一）刀具選擇刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調整方便、剛性好、耐用度和精度高。使用硬質保金涂層刀片時，必須注意涂層并不能改善刀片的基體的強度，應防止編程不當導致的碰撞，以免引起刀片破損。涂層刀片特別是進呂涂層刀片的價格一般都較高，因此不適合在首件試切削時使用。此外在使用時須注意防止被刀片銳利的邊緣劃傷。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。表5-1數控加工刀具卡片產品名稱或代號零件名稱典型軸零件圖號序號刀具號刀具規格名稱數量加工表面備注1T01φ5中心鉆1鉆φ5mm中心孔2T02硬質合金90°外圓車刀1車端面及粗車輪廓右偏刀3T03硬質合金90°外圓車刀1精車輪廓右偏刀4T04硬質合金60°外螺紋車刀1車螺紋編制審核批準（二）切削加工順序的安排①先粗后精。先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。②先主后次。先安排零件的裝配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如鍵槽、緊固用的光孔和螺紋孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常與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，精加工之前進行。③先面后孔。對于箱體、支架、連桿、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。這樣可使工件定位夾緊穩定可靠，利于保證孔與平面的位置精度，減小刀具的磨損，同時也給孔加工帶來方便。④基面先行。用作精基準的表面，要首先加工出來。所以，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工(有時包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。（三）確定加工順序及進給路線加工順序按由粗到精、由近到遠（由右到左）的原則確定。即先從右到左進行粗車（留0.25㎜精車余量），然后從右到左進行精車，最后車削螺紋。CK6140數控車床具有粗車循環和車螺紋循環功能，只要正確使用編程指令，機床數控系統就會自動確定其進給路線，因此，該零件的粗車循環和車螺紋循環不需要人為確定其進給路線。該零件從右到左沿零件表面輪廓精車進給，如圖5-1所示。圖5-1精車輪廓進給路線（四）切削用量的選擇背吃刀量的選擇，與普通機床相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅要求剛性好、，精確度高，而且要求尺寸穩定、耐用度高、斷屑和排屑性能好，同時要求安裝調鄭方便，滿足數控機床的高效率。輪廓粗車循環時選ap=3㎜，精車ap=0.25㎜；螺紋粗車時選ap=0.4㎜，逐刀減少，精車ap=0.1㎜。在車削螺紋時，車床的主軸轉速將受到螺紋的螺距P（或導程）大小、驅動電機的升降頻特性，以及螺紋插補運算速度等多種因素影響，故對于不同的數控系統，推薦不同的主軸轉速選擇范圍。大多數經濟型數控車床推薦車螺紋時的主軸轉速n（r/min）為：n≤（1200/P）－k式中P——被加工螺紋螺距，mm；k——保險系數，一般取為80。主軸轉速的選擇，車直線和圓弧時，選粗車切削速度vc=90m/min、精車切削速度vc=120m/min，然后利用公式vc=πdn/1000計算主軸轉速n（粗車直徑D=60㎜，精車工件直徑取平均值）：粗車500r/min、精車1200r/min。車螺紋時，計算主軸轉速n=320r/min。主軸轉速應根據已經選定的背吃力量、進給量及刀具耐用度來選擇切削速度。一般可根據經驗公式計算，了可根據生產實踐經驗在機床說明書允許的切削速度范圍內查閱有關切削用量手冊選取。需要注意的是交流變頻調速數數控機床低速輸出力矩小，因而切削速度不能太低。實際編程中，切削速度VC確定后，可按照公式n=1000vc/eD計算出主軸轉速n。進給速度的選擇，進給速度的大小直接影響到表在粗糙值和車削效率，因此應在保證表在質量的前提下，選擇較高的進給速度。一般根據零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查閱切削用量手冊選取。選擇粗車、精車每轉進給量，再根據加工的實際情況確定粗車每轉進給量為0.4㎜/r，精車每轉進給量為0.15㎜/r，最后根據公式vf=nf計算粗車、精車進給速度分別為200㎜/min和180㎜/min。表5-2典型軸類零件數控加工工藝卡片單位名稱產品名稱或代號零件名稱零件圖號典型軸工序號程序編號夾具名稱使用設備車間001三爪卡盤和活動頂尖CK6140數控車床數控中心工步號工步內容刀具號刀具規格/mm主軸轉速/r.min-1進給速度/mm.min-1背吃刀量/mm備注1平端面T0225×25500手動2鉆中心孔T01φ5950手動3粗車輪廓T0225×25500200綜合前面分析的各項內容，并將其填入表3所示的數控加工工藝卡片。此表是編制加工程序的主要依據和操作人員配合數控程序進行數控加工的指導性文件。主要內容包括：工步順序、工步內容、各工步所用的刀具及切削用量等。結論本文詳細地分析了螺紋軸零件中工藝規程的制訂，螺紋軸零件中工藝直接關系到工件質量、勞動生產率和經濟效益。在此基礎上，提出了適合于螺紋軸車削加工中刀具的技術要求，探討了車削這種傳統的切削方法在加工領域開發、應用的可行性。在車削螺紋軸的基礎上，開展了螺紋車削技術的研究。精密車削這種傳統的切削方法，在螺紋軸的加工中具有加工精度高、加工時間短及加工效率高等優點。參考資料[1]張敏.數控車床編程與操作教學中不能忽視的幾個問題[J].現代制造技術與裝備，2017(5):187-188.[2]范峰.宏程序在數控車床編程中的應用[J].職業，2017(18).[3]禹涌，張鐵昌，張定華.回轉類零件表面特征多軸數控加工編程技術研究[J].西北工業大學學報，1997(1):21-25.[4]劉衍益.基于FANUC0i的螺紋軸加工策略與路徑優化改進[J].設備管理與維修，2020(23):3.[5]譚曉郃.輸入軸螺紋端部裂紋分析[J].汽車零部件，2020.[6]呂償，曹玉華，李林，等.異形件轉動體多軸聯動加工工藝及編程技術研究[J].航空精密制造技術，2020，56(3):5.[7]孟維、黃龍、馬黎麗.起重機梯圓螺紋軸的車削加工[J].