数控

许昌职业技术学院

毕业论文

姓 名：专 业：论文题目：指导教师：

李想 学 号： 0802104825

数控技术与应用 螺纹轴的数控加工工艺设计 韩冰 职 称：讲师

2011年 4月25日

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目 录

1. 螺纹简述和工艺分析与设计 .............................................. 4

1.1 螺纹的简述 ........................................................ 4 1.2 数控加工工艺分析与设计 ............................................ 4 2. 螺纹轴车削加工工艺及编程 .............................................. 6

2.1 螺纹加工概念及加工工艺 ............................................ 6 2.2 G32螺纹切削指令应用 ............................................. 10 2.3 螺纹切削单一固定循环G92 ......................................... 13 2.4 螺纹切削复合循环G76 ............................................. 14 2.5 内螺纹切削编程示例 ............................................... 16 3. 典型轴类零件（螺纹轴）的数控加工工艺分析 ............................. 18

3.1零件图工艺分析 ................................................... 18 3.2选择设备 ......................................................... 19 3.3确定零件的定位基准和装夹方式 ..................................... 19 3.4刀具选择 ......................................................... 19 3.5确定加工顺序及进给路线 ........................................... 19 3.6切削用量选择 ..................................................... 20 4 结果分析．．．．．．．．．．.....................................................22

4.1零件的精度与尺寸检验..............................................22 4.2产生误差的主要因素................................................22 5轴类零件（螺纹轴）加工过程中几点说明 ................................... 23 结 论 ................................................................ 24 参考文献 ................................................................ 25 致谢 .................................................................... 26

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螺纹轴的数控加工工艺设计

摘 要

数控车削加工方案的拟订是制订车削工艺规程的重要内容之一，本设计是根据数控车削加工的工艺方法，安排工序的先后顺序，确定刀具的选择和切削用量的选择等设计的。根据设计思想总结了数控车削加工工艺的一些综合性的工艺原则，结合螺纹轴的设计加工，提出设计方案，并对比分析。

数控加工中经常遇到螺纹轴的加工，在对某螺纹轴零件进行加工工艺分析的基础上，编写了数控加工程序，检验数控编程及各种工艺的正确性，为该类零件的数控加工提供了很有意义的参考。

关键词：数控车床 数控车削加工工艺 螺纹加工 零件图的工艺分析

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1.螺纹简述和工艺分析与设计

1.1 螺纹的简述

在圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的、具有特定截面的连续凸起部分。螺纹按其母体形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按其在母体所处位置分为外螺纹、内螺纹，按其截面形状（牙型）分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹及其他特殊形状螺纹，三角形螺纹主要用于联接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动；按螺旋线方向分为左旋螺纹和右旋螺纹，一般用右旋螺纹；按螺旋线的数量分为单线螺纹、双线螺纹及多线螺纹；联接用的多为单线，传动用的采用双线或多线；按牙的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹等，按使用场合和功能不同，可分为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹、专用螺纹等。 1.2 数控加工工艺分析与设计

零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件零件工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。

分析零件，技术要求包括5个方面：

（1）加工表面的尺寸精度，该零件图的表面尺寸精度要求较高； （2）主要加工表面的形状精度，该零件主要加工的形状为外圆弧表面； （3）主要加工表面的相互位置精度； （4）加工表面的粗糙度和机械物理性能； （5）热处理及其它要求。

该零件有端面、外圆、倒角、圆弧、螺纹、退刀槽等，故为典型轴零件，最适合数控车床加工，选择FANUNC的Oi系列机床。

（1）确定工件的加工部位和具体内容

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确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序联系。

①工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余量等。

②前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准孔等。

③本工序要加工的部位和具体内容。 （2）确定工件的装夹方式

根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可以采用尾座顶尖支持工件。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂已通过了严格的平衡，具有高转速（极限转速可达4000～6000 r/min）、高夹紧力（最大推拉力为2000～8000 N）、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。还可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过调整油缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足夹紧各种薄壁和易变形工件的特殊需要。为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定心中心架，定心精度可达0.03 mm。

由于螺纹轴是一个普通轴类零件，所以采用三爪卡盘进行定位装夹。加工时以右端面为定位基准，取工件的左端面中心为工件坐标系的原点。

（3）走刀路线的确定标准

走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：

①寻求最短加工路线； ②最终轮廓一次走刀完成； ③选择切入切出方向；

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2. 螺纹轴车削加工工艺及编程

2.1 螺纹加工概念及加工工艺

螺纹加工是在圆柱上加工出特殊形状螺旋槽的过程，螺纹的常见的用途是连接紧固、传递运动等。螺纹常见的加工方法有：滚丝或螺纹成型、攻丝、铣削螺纹、车削螺纹等。CNC车床可加工出高质量的螺纹，本章主要用CNC车床车削螺纹的工艺编程方法。

车削螺纹加工是在车床上，控制进给运动与主轴旋转同步，加工特殊形状螺旋槽的过程。螺纹形状主要由切削刀具的形状和安装位置决定。螺纹导程由刀具进给量决定。如图2.1所示的螺纹车削加工。

图2.1 车削螺纹加工

CNC编程加工最多的是普通螺纹，螺纹牙形为三角形，牙型角为60°，普通螺纹分粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹。粗牙普通螺纹的螺距是标准螺距，其代号用字母“M”及公称直径表示，如M16、M12等。细牙普通螺纹代号用字母“M”及公称直径×螺距表示，如M24×1.5、M27×2等。

普通螺纹加工刀具刀尖角通常为60°，螺纹车刀片的形状跟螺纹牙型一样，螺纹刀切削不仅用于切削，而且使螺纹成型。

机夹式螺纹车刀如图2.2所示，分为外螺纹车刀和内螺纹车刀两种。可转位螺纹车刀是弱支撑，刚度与强度均较差。

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图2.2 车削螺纹加工

装夹外螺纹车刀时，刀尖应与主轴线等高 (可根据尾座顶尖高度检查)。车刀刀尖角的对称中心线必须与工件轴线垂直，装刀时可用样板来对刀。

一个螺纹的车削需要多次切削加工而成，每次切削逐渐增加螺纹深度，否则，刀具寿命也比预期的短得多。为实现多次切削的目的，机床主轴必需恒定转速旋转，且必须与进给运动保持同步，保证每次刀具切削开始位置相同，保证每次切削深度都在螺纹圆柱的同一位置上，最后一次走刀加工出适当的螺纹尺寸、形状、表面质量和公差，并得到合格的螺纹。

图2.3 螺纹加工路线

如图2.3，编程中，每次螺纹加工走刀至少有4次基本运动(直螺纹)。

运动①：将刀具从起始位置X向快速（G00方式）移动至螺纹计划切削深度处。 运动②：加工螺纹——轴向螺纹加工(进给率等于螺距)。

运动③：刀具X向快速（G00方式）退刀至螺纹加工区域外的X向位置。 运动④：快速（G00方式）返回至起始位置。 （1） 螺纹切削起始位置

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螺纹切削起始位置，既是螺纹加工的起点，又是最终返回点，必须定义在工件外，但又必须靠近它。X轴方向每侧比较合适的最小间隙大约为2.5mm，粗牙螺纹的间隙更大一些。

Z轴方向的间隙需要一些特殊考虑。在螺纹刀接触材料之前，其速度必须达到100％编程进给率。由于螺纹加工的进给量等于螺纹导程，所以需要一定的时间达到编程进给率。如同汽车在达到正常行驶速度以前需要时间来加速一样，螺纹刀在接触材料前也必须达到指定的进给率，确定前端安全间隙量时必须考虑加速的影响，故必须设置合理的导入距离。导入距离一般为螺纹导程长度的3～4倍。同理，螺纹切削结束前，存在减速问题，故必须合理设置的导出距离。

在某些情况下，由于没有足够空间而必须减小Z轴间隙，惟一的补救办法就是降低主轴转速(r／min)——不要降低进给率。

（2） 从螺纹退刀

为了避免损坏螺纹，刀具沿Z轴运动到螺纹末端时，必须立即离开工件，退刀运动有两种形式——沿一根轴方向直线离开(通常沿X轴)，或沿两根轴方向斜线离开(沿XZ轴同时运动)，如图2.4所示。

（a)直线退出 (b)斜线退出

图2.4 螺纹退刀

通常如果刀具在比较开阔的地方结束加工，例如退刀槽或凹槽，那么可以使用直线退出，车螺纹Z向终点位置一般选在退刀槽的中点，使用快速运动G00指令编写直线退出动作，如：

N63 G32 Z-20 F2 （螺纹加工程序） N64 G00 X50

如果刀具结束加工的地方并不开阔，那么最好选择斜线退出，斜线退出运动可以加工出更高质量的螺纹，也能延长螺纹刀片的使用寿命。斜线退出时，螺纹加工G代码和进给率必须有效。退出的长度通常为导程，推荐使用的角度为45°，退出程序如下：

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??

N63 G32 Z-20 F2；（螺纹加工程序） N64 U4 W2； (斜线退出，螺纹加工状态) N65 G00 X50； (快速退出) （3）螺纹加工直径和深度

由于螺纹不能一次切削加工出所需深度，所以总深度必须分成一系列可操控的深度，每次的深度取值，不仅要考虑螺纹直径，还要考虑加工条件：刀具类型、材料以及安装的总体刚度。

螺纹加工中随着切削深度的增加，刀片上的切削载荷越来越大。对螺纹、刀具或两者的损坏可以通过保持刀片上的恒定切削载荷来避免。要保持恒定切削载荷，一种方法是逐渐减少螺纹加工深度。

每次切削深度的计算并不需要复杂的公式,但需要一些常识和经验。螺纹加工循环在控制系统中建立了自动计算切削深度的算法，手动计算的逻辑是一样的。有关螺纹加工的一些数值可由下面列出经验计算方法得到：

外螺纹小径=外圆直径－2×牙高； 螺纹牙高=0.61343P≈0.6P 走刀次数=2.8P+4；

最大切深?牙高走刀次数

最小切深?最大切深走刀次数

式中：P为螺纹导程，单线螺纹导程与螺距相同

车三角形外螺纹时，由于受车刀挤压会使螺纹大径尺寸胀大，所以车螺纹前大径一般应车得比基本尺寸小约0.1P。车削三角形内螺纹时，内孔直径会缩小，所以车削内螺纹前的孔径要比内螺纹小径略大些，可采用下列近似公式计算：

车外螺纹前外圆直径=公称直径D－0.1P； 车削塑性金属的内螺纹底孔直径≈公称直径d—P 车削脆性金属的内螺纹底孔直径≈公称直径d一1.05P （4）主轴转速以及进给率

螺纹加工时将以特定的进给量切削，进给量与螺纹导程相同，CNC在螺纹加工模式

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下控制主轴转速与螺纹加工进给同步运行。螺纹加工是典型高进给率加工，比如加工导程为3 mm的螺纹，进给量则是3mm／r。

螺纹加工的主轴转速直接使用恒定转速（r/min）编程，而绝不是恒线速度(CSS)，这就意味着准备功能G97必须与地址字S一起使用来指定每分钟旋转次数，例如“G97 S500 M03”，表示主轴转速为500r／min。那么如果加工导程为3mm的螺纹，其进给速度计算如下：

F＝700r／min×3mm／r＝2100mm／min

为保证正确加工螺纹,在螺纹切削过程中，主轴速度倍率功能失效,进给速度倍率无效。

2.2 G32螺纹切削指令应用

G32是Fanuc控制系统中最简单的螺纹加工代码，该螺纹加工运动期间，控制系统自动使进给率倍率无效。 2.2.1 G32螺纹切削指令

指令格式：

G32 X(U)～Z(W) ～ F～ Q～；(等螺距螺纹切削指令) X(U) Z(W) ——为直线螺纹的终点坐标；

F——为直线螺纹的导程，如果是单线螺纹，则为直线螺纹的螺距；

Q——为螺纹起始角，该值为不带小数点的非模态值，其单位为0.001°，如果是单线螺纹，则该值不用指定，这时该值为0； 2.2.2 G32螺纹切削编程实例

试用G32指令,编写图2.5所示工件的螺纹加工程序。

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图2.5 螺纹加工工件

（1）相关工艺

设计螺纹切削导入距离6mm；刀具退出的方式为45°斜线，长度为导程1.5mm。如图2.6（a）所示。

图2.6 示例工件螺纹加工相关设计

车外螺纹前外圆直径＝公称直径D－0.1P＝24－0.1×1.5＝23.85； 螺纹牙高=0.61343P≈0.61343×1.5≈0.92；

外螺纹小径=外圆直径－2×牙高＝23.85－2×0.92＝22.01；

设计螺纹分五次切削加工出所需深度，第一刀切深0.32mm，然后，每刀逐渐减少螺纹加工深度，最后精加工切深0.045mm.。分层切削染余量分配如图2.6（b）所示。

拟定主轴转速使用恒定转速500r/min, 进给量则是导程1.5mm／r。 （2） 螺纹加工程序

编写螺纹加工程序O2001如下： O2001 G21 G99 ???

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T0404 (调用第4号外螺纹刀具) G97S500 M03

N20 G00 X30 Z6 M08 ；(起始点, 导人距离5 mm)

N21 G00 X23.21 ； （刀具从起始位置X向快速移动至螺纹计划切削深度处） N22 G32 Z-21 F1.5 ； （轴向螺纹加工，进给率等于螺距)。 N23 U4 W-2 ； （刀具退出的方式为45°斜线，保持螺纹切削状态） N24 G00 X30 ； （刀具X向快速退刀至螺纹加工区域外的X30位置） N25 Z6 ； (快速G00方式返回至起始位置)。 (N21～N25完成螺纹的第一刀切削) N26 G00 X22.76 ； N27 G32 Z-21 F1.5 ； N28 U4 W-2 ； N29 G00 X30 ； N30 Z6

(N26～N30完成螺纹的第二刀切削) ??? ???

N40 G00 X22.01 N41 G32 Z-21 F1.5； N42 U4 W-2； N43 G00 X30； N44 Z6

(N40～N44完成螺纹的最后切削) G00 X100 Z100 M09 M05

N41 M30 (程序结束)

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2.3 螺纹切削单一固定循环G92

（1）单一循环螺纹加工指令G92简介

由程序O2001可见，用G32编写螺纹多次分层切削程序是比较繁琐，每一层切削要五个程序段，多次分层切削程序中包含大量重复的信息。FANUC系统可用G92指令的一个程序段代替每一层螺纹切削的五个程序段，可避免重复信息的书写，方便编程。

G92指令称单一循环加工螺纹指令，如图2.7，G92螺纹加工程序段在加工过程中，刀具运动轨迹为：

图2.7 G92螺纹切削路线

首先：刀具沿X轴进刀至螺纹计划切削深度X坐标；第二步：沿Z轴切削螺纹；第三步：启动45°倒角螺纹（斜线切出）；第四步：刀具沿X轴退刀至X初始坐标；第四步沿Z轴退刀至Z初始坐标。

在G92程序段里，须给出每一层切削动作相关参数，必须确定螺纹刀的循环起点位置，螺纹切削的终止点位置。

（2） 单一循环螺纹加工指令G92格式 指令格式：G92 X(U)～Z(W) ～F～R～； 格式说明：

①X(u)、Z(w)为螺纹切削终点处的坐标；

②F为螺纹导程的大小，如果是单线螺纹，则为螺距的大小；

③45°斜线螺纹切出距离在0.1 L至12.7 L之间指定，指定单位为0.1 L，可通过系统参数进行修改。（L为导程）

④R为圆锥螺纹切削参数。R值为零时，可省略不写，螺纹为圆柱螺纹。 （3） G92编程示例

螺纹加工程序O2001用G92编程可改写成程序O2002 O2002

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G21 G99

T0404 (调用第4号外螺纹刀具) G97 S500 M03

N20 G00 X30 Z6 M08 ； (外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离6 mm) G92 X23.21 Z-23 F1.5 (完成第一层螺纹切削) X22.76；(完成第二层螺纹切削) X22.40；(完成第三层螺纹切削) X22.10；(完成第四层螺纹切削) X22.01；(完成螺纹的最后切削) G00 X100 Z100 M09 M05

N41 M30 (程序结束)

显然用G92编程的程序O2002比O2001简洁多了。 2.4 螺纹切削复合循环G76

（1）复合循环螺纹加工指令G76简介

CNC发展的早期，G92单一螺纹加工循环方便了螺纹编程。随着计算机技术的迅速发展，CNC系统提供了更多重要的新功能，这些新功能进一步简化了程序编写。螺纹复合加工循环G76是螺纹车削循环的新功能，它具有很多功能强大的内部特征。

图2.8 G76螺纹切削路线及有关参数

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使用G32方法的程序中，每刀螺纹加工需要4个甚至5个程序段；使用G92循环每刀螺纹加工需要一个程序段，但是G76循环能在一个程序段或两个程序段中加工任何单头螺纹。在机床上修改程序也会更快更容易。

如图2.8所示，表明G76指令的加工动作。G76螺纹加工循环需要输入初始数据。 （2） 复合螺纹加工循环指令G76格式 G76指令格式：

G76 P（m r α） Q（最小切深）R(精加工余量)；

G76 X(U) Z（W）P（牙高）Q（最大切深）R（锥螺纹参数）F（导程）；

FANUC 0i复合螺纹加工循环指令G76格式分两个程序段，格式中各参数含义如下表1：

表1 G76格式说明 第一程序段： G76 P（m r α） Q～ R～ （m） P～ （r） （α） Q～ R～ X(U) Z（W） Q～ R～ 精加工重复次数，为1~99的两位数 倒角量，当螺距为L，从0.0L到99L设定，单位为0.1L，为1~99的两位数 刀尖角度，选择80°、60°、55°、30°、29°、0°六种中的一种，由两位数规定。 为最小切深(用半径值指定) 切深小于此值时，切深钳在此值 精加工余量（微米） 第二程序段： G76 X(U) Z（W）R～ P～ Q～ F～ 螺纹最后切削的终端位置的X、Z坐标，X(U)表示牙底深度位置 第一刀切削深度，半径值，正值，（微米） 锥螺纹半径差；圆柱直螺纹切削省略。 P～ F～ 牙高，半径值，正值（微米） 螺距正值 （3） G76外螺纹切削编程示例

螺纹加工程序O2001用G76编程可改写成程序O2003 O2003 G21 G99

T0404 (调用第4号外螺纹刀具) G97S500 M03

N20 G00 X30 Z6 M08 ； (外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离6 mm) N30 G76 P011060 Q100 R0.1；（螺纹参数设定）

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N40 G76 X22.01 Z-23. P920 Q320 F1.5； G00 X100 Z100 M09 M05

M30 (程序结束)

显然用G76编程的程序O2003比O2001和O2002又简洁多了。 G76程序段N30，N40说明：

程序段“N30 G76 P011060 Q100 R0.1；”中：

P011060表示：精加工次数是一次；倒角量为一个导程；刀尖角度60°。 Q100表示：最小切深钳制在半径值100微米 R0.1：表示精加工余量0.1mm

程序段“N40 G76 X22.01 Z-21. P920 Q320 F1.5；”中

X22.01 Z-23.表示：牙底深度X值为X22.01；螺纹切削Z终点Z-23. P920表示：牙高为半径值920微米 Q320表示：第一刀切深为半径值320微米 F1.5表示：螺距1.5mm 2.5 内螺纹切削编程示例

试编写图2.9所示工件的内螺纹加工程序。

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图2.9 内螺纹示例工件及加工相关设计(单位:mm)

螺纹加工前的底孔直径≈公称直径d—P＝30－2＝28； 确定工件坐标系如图2.9；

设计螺纹切削循环G76起点在（X24，Z6），选择X24不仅保证刀具X向与实体的安全间隙，又避免螺纹刀退出时碰撞工件。Z6是螺纹切削导入距离6mm。如图2.9。

设计螺纹最后一刀切削的终点（与起点相对形成矩形切削区域）坐标是（X30，Z－35）。X30为内螺纹的牙底直径。Z－35保证刀具足够切出距离，又不至于让刀具碰撞到夹具。如图2.9。

内螺纹的其它切削参数计算如下：

螺纹牙高=0.61343P≈0.61343×2≈1.22(mm) 走刀次数=2.8P+4≈9；

最大切深?牙高走刀次数?1.229?0.4(mm)

最小切深?最大切深0.4??0.13(mm)

走刀次数9拟定主轴转速使用恒定转速400r/min, 进给量则是导程2mm／r。 设螺纹底孔已经加工完毕，内螺纹加工程序O2004如下： O2004； G21 G99；

T0404 (调用第4号外螺纹刀具) G97 S400 M03；

N20 G00 X24 Z6 M08 ； (外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离6 mm) N30 G76 P011060 Q130 R－0.1；（注意：内螺纹精加工余量取负值） N40 G76 X30 Z-35. P1220 Q400 F2； G00 X100 Z100 M09； M05；

M30； (程序结束)

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3. 典型轴类零件（螺纹轴）的数控加工工艺分析

典型轴类零件如图3.1所示，毛坯为φ58㎜×100㎜棒材，零件材料为45钢，数控车削前毛坯已粗车端面、钻好中心孔。无热处理和硬度要求，试对该零件进行数控车削工艺分析。

图3.1 典型轴类零件

3.1零件图工艺分析

该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面Sφ50㎜的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。

通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。

①对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。

②在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。

③为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选φ60㎜棒料。

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3.2选择设备

根据被加工零件的外形和材料等条件，选用TND360数控车床。 3.3确定零件的定位基准和装夹方式

①定位基准 确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。

②装夹方法 左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。 3.4刀具选择

①选用φ5㎜中心钻钻削中心孔。

②粗车及平端面选用900硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可用作图法检验），副偏角不宜太小，选κ=350。

③精车选用900硬质合金右偏刀，车螺纹选用硬质合金600外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取rε=0.15～0.2㎜。

将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表2），以便编程和操作管理。 产品名称或代号 序号 1 2 ××× 刀具号 T01 T02 表2数控加工刀具卡片 零件名称 典型轴 刀具规格名称 φ5中心钻 硬质合金90°外圆车刀 硬质合金90°外圆车刀 硬质合金60°外螺纹车刀 审核 数量 1 1 零件图号 加工表面 钻φ5 mm中心孔 车端面及粗车轮廓 精车轮廓 ××× 备注 右偏刀 3 T03 1 右偏刀 4 T04 1 车螺纹 编制 ××× ××× 批准 ××× 19

3.5确定加工顺序及进给路线

加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.25㎜精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。

TND360数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）。该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给，如图3.2所示。

图3.2 精车轮廓进给路线

3.6切削用量选择

①背吃刀量的选择

轮廓粗车循环时选ap=3 ㎜，精车ap=0.25㎜；螺纹粗车时选ap= 0.4 ㎜，逐刀减少，精车ap=0.1㎜。

②主轴转速的选择

车直线和圆弧时，选粗车切削速度vc=90m/min、精车切削速度vc=120m/min，然后利用公式vc=πdn/1000计算主轴转速n（粗车直径D=60 ㎜，精车工件直径取平均值）：粗车500r/min、精车1200 r/min。车螺纹时，计算主轴转速n =320 r/min.

③进给速度的选择

选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.4㎜/r，精车每转进给量为0.15㎜/r，最后根据公式vf = nf计算粗车、精车进给速度分别为200 ㎜ /min和180 ㎜/min。 单位名称 工序号 001 ××× 程序编号 ××× 表3 典型轴类零件数控加工工艺卡片 产品名称或代号 零件名称 ××× 典型轴 夹具名称 使用设备 三爪卡盘和活动顶TND360数控车床 零件图号 ××× 车间 数控中心 20

工步号 工步内容 平端面 钻中心孔 粗车轮廓 1 2 3 尖 刀具号 刀具规主轴转速进给速度背吃刀格 /r.min-1 /mm.mi-1 量 / mm / mm T02 25×25 500 T01 φ5 950 T02 25×25 500 200 备注 手动 手动 综合前面分析的各项内容，并将其填入表3所示的数控加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。

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4结果分析

4.1零件的精度与尺寸检验

零件的加工质量对其工作性能和使用寿命有着较大的影响，现对加工后零件质量分析；

零件的尺寸精度基本得到保证，零件的上下表面粗糙度值偏大。原因是其加工精度与机床，夹具，刀具本身误差和使用中的调速误差及工件的装夹定位误差以及自己的操作技能水平等多方面因素有关，这些原始误差反映到工件质量上，形成零件的加工误差。 4.2产生误差的主要因素

从零件加工质量分析得出；

（1） 零件出现误差或粗糙度值偏大与刀具，夹具的误差及工件的定位误差有关，机床

主轴或因为刀具的装夹不当引起的径向或端面的圆跳动等因素，都会使工件产生误差。

（2） 夹紧力对加工精度也有影响，工件在加紧时，由于工件的刚度较低加紧的作用力

或方向不当，均可造成定位端面不垂直。

（3） 切削用量对加工精度的影响，从零件的表面质量分析，这与合理选择切削用量很

有关系，选择较大的切削速度V适量减小进给量f。

通过对零件的系统分析得知，零件表面粗糙度值，尺寸精度基本得到保证。之所以出现这些问题与安排加工的工艺过程，刀具的质量，机床的定位，零件的装夹、定位基准的选择以及自己的操作技术水平也有关系。可以通过合理的选择刀具的几何参数，合理的选择切削用量，从而提高零件的加工精度。

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5.轴类零件（螺纹轴）加工过程中几点说明..

1．采用了二中心孔为定位基准，符合基准重合及基准统一原则。

2．该零件先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以二中心孔为定位基准粗车外圆，又以粗车外圆为定位基准加工锥孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。3号莫氏圆锥精度要求很高。因此，需用V型夹具以2－ф30js5外圆为定位基准达到形位公差要求。车内锥时，一端用卡爪夹住，一端搭中心架，亦是以外圆作为精基准。

3．半精加工、精加工外圆时，采用了锥堵，以锥堵中心孔作为精加工该轴外圆面的定位基准。

对锥堵要求：

① 锥堵具有较高精度，保证锥堵的锥面与其顶尖孔有较高同轴度。 ② 锥堵安装后不宜更换，以减少重复安装引起的安装误差。 ③ 锥堵外径靠近轴端处须制有外螺纹，以方便取卸锥堵。

4．主轴用20Cr低碳合金钢渗碳淬硬，对工件不需要淬硬部分发（M30×1.5－6g左、M30×1.5－6g、M12－6H、M6－6H）表面留2.5－3mm去碳层。

5.螺纹因淬火后，在车床上无法加工，如先车好螺纹后再淬火，会使螺纹产生变形。因此，螺纹一般不允许淬硬，所以在工件中的螺纹部分的直径和长度上必需留去碳层。对于内螺纹，在孔口也应留出3mm去碳层。

6.为保证中心孔精度，工件中心孔也不允许淬硬，为此，毛坯总长放长6mm。 7.为保证工件外圆的磨削精度，热处理后须安排研磨中心孔的工序，并要求达到较细的表面粗糙度。外圆磨削时，影响工件的圆度主要是由于二顶尖孔的同轴度，及顶尖孔的圆度误差。

8.为消除磨削应力，粗磨后安排低温时效工序（烘）。

9.要获高精度外圆，磨削时应分粗磨、半精磨、精磨工序。精磨安排在高精度磨床上加工。

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结 论

本文详细地分析了螺纹轴零件中工艺规程的制订，螺纹轴零件中工艺直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，螺纹轴车削加工时影响加工精度的几项主要因素。在此基础上，提出了适合于螺纹轴车削加工中刀具的技术要求，探讨了车削这种传统的切削方法在加工领域开发、应用的可行性。在车削螺纹轴的基础上，开展了螺纹车削技术的研究。精密车削这种传统的切削方法，在螺纹轴的加工中具有加工精度高、加工时间短及加工效率高等优点。并为精密、超精密车削结构和形状更为复杂的三维工件打下良好的技术基

我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！

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参 考 文 献

1. 董玉红.《数控技术》，高等教育出版社，2009.2

2. 周虹. 《数控车床编程与操作实训教程》，清华大学出版社，2006.9 3. 文朴、李田.《机械设计》，北京.机械工业出版社，2008.7

4． 机械设计手册.编写组《机械设计手册》，北京.化学工业出版社，2008.4 5． 王爱玲.《现代数控编程技术及应用》，国防工业出版社，2009.1 6． 濮良贵.《机械设计》，西安西北工业大学出版社，1996.5 7． 林栋梁.《英汉机电工程词典》，机械工业出版社，1997.7

8． 王卫兵.《Cimatron E 6.0数控编程实用教程》，清华大学出版社，2005.7

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致 谢

本论文设计在韩冰老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选

择到具体的写作过程，无不凝聚着程老师的心血和汗水，在我的毕业论文写作期间，韩老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完毕业论文。在此向韩老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。 同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。 我还要感谢各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！

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致 谢

本论文设计在韩冰老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选

择到具体的写作过程，无不凝聚着程老师的心血和汗水，在我的毕业论文写作期间，韩老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完毕业论文。在此向韩老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。 同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。 我还要感谢各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！

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