典型轴类零件的数控车削工艺与加工

电子科技大学 学院

课程名称：

验 报 告

典型轴类零件的数控车削工艺与加工

学生姓名： 学 号： 指导老师： 日 期：

实

电 子 科 技 大 学 实 验 报 告

学生姓名： 学 号： 指导教师：

一、 实验室名称：工程训练中心

二、 实验项目名称：典型轴类零件的数控车削工艺与加工

实验学时：32

三、 实验原理：

将工艺文件编制成数控加工程序，输入数控车床，加工出零件。

实验地点：工程训练中心114 实验时间：

四、 实验目的：

1. 熟悉、认识、并掌握基础Mastercam 软件操作及设计工艺流程； 2. 了解典型轴类零件的特点、生产过程与工程应用；

3. 学习工程制造工艺，学习工程手册的使用，掌握典型零件的毛坯制造、热处理、机

加工方法，将传统加工与现代制造技术有机结合，合理制定数控加工工艺，正确使用数控设备及刀夹量具；

4. 培养和提高综合分析轴类零件的问题和解决问题的能力，以及培养科学的研究和创

造能力。

五、 实验内容

(一) 数控车床的整体介绍与功能演示； (二) 运用Mastercam 进行传动轴的设计； (三) 制定毛坯加工工艺；

轴类零件是机器中经常碰到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭

矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构外形的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

1) 尺寸精度

起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5~IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6~IT9）。

2) 几何外形精度

轴类零件的几何外形精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其公差。

3) 相互位置精度

轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001~0.005mm。

4) 表面粗糙度

一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5~0.63µm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63~0.16µm。 (四) 制定毛坯热处理工艺； 1. 轴类零件的毛坯：

轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 2. 轴类零件的材料及热处理

轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45~52HRC。

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50~58HRC，并具有较高的耐疲惫性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。 (五) 制定数控车削工艺；

工序划分：按零件的装夹定位方式划分；按粗精加工划分；按所用刀具划分。 工部划分：车削螺纹、圆弧、切槽工步。

进给路线：基面先行、先主后次、先粗后精、先面后孔。 (六) 编制数控车削程序加工出所设计的零件； (七) 数控车床的操作。

z 机床及技术和刀具选择简介： 1. 机床结构：

主要由床身，数控系统，电器柜，主轴箱，刀架，进给传动系统，冷却液，润滑等组成。对主轴和工作台纵横向进行控制，用户按照加工零件的尺寸及工艺要求，先编成零件的加工程控，最后完成各种几何形状的加工。 2. 技术要求：

尺寸精度；几何形状精度；.相互位置精度；.表面粗糙度。 z 确定零件的定位基准和装夹方式： 1. 粗基准选择原则：

1) 为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选在加工表面作粗基准； 2) 合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准； 3) 粗基准应避免重复使用；

4) 选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。 2. 精基准选择原则：

1) 基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准； 2) 基准统一原则：自为基准原则，互为基准原则。 3. 定位基准：

由于是轴类零件，在车床上用三爪卡盘装夹定位，定位基准选在零件的轴线上。 4. 装夹方式：

数控机床选择定位基准和加紧应力要求设计、工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。

六、实验器材（设备、元器件）：

计算机、数控车床、90°外圆车刀、93°偏头仿形车刀、60°螺纹刀、3mm切槽刀、量具及金属材料。

七、实验步骤：

1. 设计零件，绘制图形；

2. 轴类零件的功用，结构特点及技术要求； 3. 轴类零件的毛坯材料及热处理；

4. 根据零件图样进行结构设计、工艺分析，编制数控加工工艺文件； 5. 根据加工工艺文件编制加工程序； 6. 在数控车床上加工出零件； 7. 对加工出的零件进行检验。

八、实验数据及结果分析：

1. 被加工零件的零件图纸及三维仿真图。（见附件图1）。 2. 数控加工工艺文件。（见附件工艺流程）。 3. 数控加工程序（见附件程序）。; 4. 结果分析： z 图纸及程序分析：

¾ 参考现有的工程图纸，在轴类零件设计过程中，应该知晓工程轴类零件复杂度不高。清楚实验与工程在尺寸、设计合理性、工程可加工性等方面的差距：

¾ 软件输出程序只能作为参考，不同厂商的数控车床因硬件参数等不同，需对程序进行必要的修改才能够进行制造。

z 在整个加工过程中，存在加工误差，原由是：

¾ 加工工艺上刀具的选着以及加工流程的不合理引起误差； ¾ 加工程序可能与部分车床操作系统不匹配，导致部分系统误差；

¾ 图形设计不合理，例如开槽深度，弧度设计等设计超过了车床的加工极限； ¾ 对刀引起的加工误差，尽管加工时，对刀点尽量选在工件的设计基准或工艺基准上； ¾ 进给线对零件的加工精度和表面粗糙度的直接影响，在实验中尽量保证了进给线长短的合理设计；

¾ 加工时刀具的磨损导致零件尺寸不合格。

九、实验结论：

1. 目前的自动编程系统主要解决了几何问题，从而代替了大量繁琐的手工计算，绝大多数不具备工艺处理能力；

2. 如选择毛坯，确定工艺路线和工艺参数，选择刀具等，这些工作设定的不够合适，结果往往不是最佳切削状态，这直接影响加工效率和加工质量；

3. 不能在一次装夹中加工完成的零星部位，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排在普通机床上进行补加工；

4. 工艺上的处理不仅仅影响到零件加工是否合格，更应该从工艺上提高加工的效率； 5. 零件进行热处理满足了使用时的机械性能, 同时热处理后造成了零件的变形, 所以需合理安排工艺,再进行加工。

十、总结及心得体会：

1. 在早先学习的《基础工程训练》中，对车工、铣工、数控加工有一定的了解与掌握。但对图纸设计掌握的不够好，通过此次实验，了解到机械专业比较强调的几个重要因素：尺寸、工艺流程、工程实践性、潜在误差分析。本课程的设计方式或者是流程为：数控机床的工作能力范围→对现有工程图纸参考→对尺寸误差的设计→对输出程序的实地修改。通过对不同专业实验课的学习，了解其他专业课程的思维方式，这也正是我们工科类学生需要补充的知识。

2. 认识熟悉了机械类专业的重要软件—Mastercam。虽然掌握尚浅，但对于非本专业学生来说，本实验课起到了很好的入门作用，将实验与专业结合在一起，这就是工科的

魅力。

3. 在工程中需要考虑的因素有很多，当我们进入公司，接触到这些工程性质的工作时，多吸取前辈的工程经验和工程方法，对于自身的发展有很大的帮助。

十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分：

指导教师签字：

附件：

图1：轴类零件图纸

z 工艺路线：

1. 夹一端，伸出105mm；

2. 先粗加工外轮廓M18、圆锥面、￠18的外圆； 3. 粗加工R42.0的圆弧； 4. 精加工第2、3步； 5. 切外圆为14.06的槽； 6. 加工M18的螺纹； 7. 切断；

8. 掉头装夹车削切断端面。

z 程序：

% G21

G0 T0101 （90°外圆车刀） G97 S1000 M03

G0 G54 X30.51 Z2.6 M8 G98 G1 Z-89.903 F70. X32.353

X35.182 Z-88.489

G0 Z3.301 X28.666 G1 Z-89.903 X30.71

X33.538 Z-88.489 G0 Z-87.303 X30.106

G1 Z-89.903 F80.

X32.

X34.828 Z-88.489 G0 Z2.6 X28.212 G1 Z-89.903 X30.306

X33.134 Z-88.489 G0 Z2.6 X26.318 G1 Z-59.598

X28.193 Z-62.973 G3 X28.2 Z-63. R.1 G1 Z-72. Z-89.903 X28.412

X31.24 Z-88.489 G0 Z2.6 X24.424 G1 Z-56.189

X26.518 Z-59.958 X29.346 Z-58.544 G0 Z2.6 X22.529 G1 Z-52.779

X24.624 Z-56.549 X27.452 Z-55.135 G0 Z2.6 X20.635 G1 Z-49.37

X22.729 Z-53.139 X25.558 Z-51.725 G0 Z2.6 X18.741 G1 Z-45.96

X20.835 Z-49.73 X23.664 Z-48.316 G0 Z2.6 X16.847 G1 Z-19.9 X18.

G3 X18.2 Z-20. R.1 G1 Z-40. Z-44.986

X18.941 Z-46.32

X21.77 Z-44.906 G0 Z2.6 X14.953 G1 Z-5.835

X15.141 Z-5.929 G3 X15.2 Z-6. R.1 G1 Z-19.9 X17.047

X19.875 Z-18.486 G0 Z2.6 X13.059 G1 Z-4.904

G3 X13.142 Z-4.929 R.1 G1 X15.141 Z-5.929 X15.153 Z-5.936 X17.981 Z-4.521 G0 Z2.6 X11.165 G1 Z-4.9 X13.

G3 X13.142 Z-4.929 R.1 G1 X13.259 Z-4.988 X16.087 Z-3.574 G0 Z2.6 X9.271 G1 Z-2.873

G3 X10.198 Z-4.9 R5.1 G1 X11.365

X14.193 Z-3.486 G0 Z2.6 X7.376 G1 Z-1.478

G3 X9.47 Z-3.106 R5.1 G1 X12.299 Z-1.692 G0 Z2.6 X5.482 G1 Z-.699

G3 X7.576 Z-1.585 R5.1 G1 X10.405 Z-.171 G0 Z2.6 X3.588 G1 Z-.226

G3 X5.682 Z-.765 R5.1 G1 X8.511 Z.65

M9

G28 U0. W0. M05 T0100 M00

G0 T0202 （93°偏头仿形车刀） G97 S1500 M03

G0 G54 X35.418 Z-85.303 M8 G2 X31.418 Z-87.303 R2. F60. G1 Z-89.903 X32.

X34.828 Z-88.489 G0 X34.836 Z-85.303

G2 X30.836 Z-87.303 R2. G1 Z-89.903 X31.618

X34.446 Z-88.489 G0 Z-85.303 X34.254

G2 X30.254 Z-87.303 R2. G1 Z-89.903 X31.036

X33.865 Z-88.489 G0 Z-85.303 X33.672

G2 X29.672 Z-87.303 R2. G1 Z-89.903 X30.454

X33.283 Z-88.489 G0 Z-85.303 X33.09

G2 X29.09 Z-87.303 R2. G1 Z-89.903 X29.872

X32.701 Z-88.489 G0 Z-85.303 X32.508

G2 X28.508 Z-87.303 R2. G1 Z-89.903 X29.29

X32.119 Z-88.489 G0 X32.2 Z-58.113

G2 X28.2 Z-60.113 R2.

G1 Z-62.626 Z-72.

G3 X28.196 Z-72.022 R.1

G2 X27.926 Z-72.646 R41.899 G1 Z-89.662

G2 X28.028 Z-89.903 R41.9 G1 X28.708

X31.537 Z-88.489 G0 X32.891 Z-70.652

G2 X32.034 Z-70.606 R2. X28.126 Z-72.177 R2. X27.344 Z-74.195 R41.9 G1 X27.345 Z-88.113

G2 X28.028 Z-89.903 R41.9 G1 X28.126

X30.955 Z-88.489 G0 X32.198 Z-72.017

G2 X31.48 Z-71.985 R2. X27.544 Z-73.625 R2. X26.762 Z-76.225 R41.9 G1 X26.763 Z-86.083

G2 X27.544 Z-88.683 R41.9 G1 X30.373 Z-87.268 G0 X31.47 Z-73.735

G2 X30.926 Z-73.716 R2. X26.962 Z-75.443 R2. X26.18 Z-81.154 R41.9 X26.962 Z-86.864 R41.9 G1 X29.791 Z-85.45 G97 S1500 G0 Z2. X0.

G1 Z0. F50.

G3 X10. Z-5. R5. G1 X13. X15. Z-6. Z-20. X18. Z-40. Z-45.

X28. Z-63.

Z-72.

G2 X25.981 Z-81.154 R42. X27.866 Z-90.003 R42. G1 X30.695 Z-88.589 M9

G28 U0. W0. M05 T0200 M00

G0 T0404 （3mm切槽刀） G97 S800 M03

G0 G54 X28. Z-45. M8 G1 X14. F15. G0 X28. Z-43.6 G1 X14.

X14.28 Z-43.74 G0 X28. M9

G28 U0. W0. M05 T0400 M00

G0 T0303 （60°螺纹刀） G97 S600 M03

G0 G54 X22. Z-17.425 M8 X17.075

G32 Z-42. F1.5 G0 X22. Z-17.567 X16.562

G32 Z-42. F1.5 G0 X22. Z-17.678 X16.162

G32 Z-42. F1.5 G0 X22. Z-17.772 X15.822

G32 Z-42. F1.5 G0 X22. Z-17.855 X15.522

G32 Z-42. F1.5 G0 X22. Z-17.931

X15.25

G32 Z-42. F1.5 G0 X22. Z-18. X15.

G32 Z-42. F1.5 G0 X22. Z-18. X15.

G32 Z-42. F1.5 G0 X22. Z-17.425 M9

G28 U0. W0. M05 T0300 M00

G0 T0404 （3mm切槽刀） G97 S900 M03

G0 G54 X37.866 Z-93.603 M8 G1 X4. F15. G0 X31.866 M9

G28 U0. W0. M05 T0400 M30 %