轴类零件常见加工表面及加工方法

一、任务导入

(一) 任务描述

内、外圆锥套的编程与加工。

毛坯尺寸φ65mm的棒料，已加工毛坯孔φ18mm，材料45号钢，试车削成如图1-4-17所示零件。1号刀为93°粗、精车外圆刀; 2号刀为镗孔刀; 4号刀为切断刀 (刀宽3mm)。

(二) 知识目标

(1) 套类零件加工知识。

(2) 套类零件的技术要求。

(3) 单一切削循环指令G90。

(4) 端面切削循环指令G94。

(三) 能力目标

了解套类零件的类型及用途; 掌握套类零件的几种加工方法、装夹特点以及精度要求;掌握钻、扩、锪孔的方法及其适用加工的范围，并能达到一般精度的要求; 掌握铰刀的选择方法和铰孔方法; 掌握内孔车刀的选择要求及装刀方法; 掌握内孔的几种测量方法; 掌握内沟槽几种加工和测量的方法。

图1-4-17 内、外锥套

二、知识准备

(一) 套类零件加工知识

套类零件的类型，如图1-4-18所示。

图1-4-18 典型套类零件

(a) 轴承套; (b) 齿轮套; (c) 带轮

(二) 套类零件的技术要求

形状精度、位置精度，如图1-4-19所示。

图1-4-19 轴承套

(三) 套类零件在车床上的加工方法

套类零件在车床上的加工方法可分为钻孔(包括扩孔、锪孔、钻中心孔)、车孔和铰孔等。

(四) 套类零件的加工特点

(1) 在孔加工时观察切削情况很困难。

(2) 刀杆尺寸由于受孔径和孔深的限制，不能做得太粗，又不能太短，因此刚性很差。

(3) 排屑和冷却困难。

(4) 圆柱孔的测量比外圆困难。

(五) 钻孔

1. 钻孔时的注意事项

(1) 在钻孔前，必须把端面车平。

(2) 钻头装入尾座套筒后，必须检查钻头轴线是否和工件的旋转轴线重合。

(3) 当使用细长钻头钻孔时，事前应该用中心钻钻出一个定心孔。

(4) 钻较深的孔时，要经常把钻头退出，清除切屑。

(5) 钻通孔快要钻透时，要减少进给量。

(6) 钻钢料时，必须浇注充分的切削液。

(7) 钻了一段深度以后，应该把钻头退出，停机测量孔径。

(8) 把钻头引向工件端面时，引入力不可过大。

(9) 当钻头长度较大但是要求不高的通孔时，可以调头钻孔。

2. 钻孔时的切削用量和切削液

(1) 背吃刀量(ap): 钻头直径的一半。

(2) 切削速度(vc): 用高速钢钻头钻钢料时，切削速度一般为20～40m/min; 钻铸铁时，应稍低些。

(3) 进给量f: 用直径30mm的钻头钻钢料时，进给量选0.1～0.35mm/r; 钻铸铁时，进给量选0.15～0.4mm/r。

(4) 切削液。

①钻削铸铁、黄铜、青铜时，一般不用切削液;

②钻削镁合金时，切忌用切削液。

3. 扩孔和锪孔

(1) 用麻花钻扩孔。用大直径的钻头将已钻出的小孔扩大。

(2) 用扩孔钻扩孔，如图1-4-20所示。

图1-4-20 扩孔钻和扩孔

(a) 扩孔钻; (b) 切削用量

(3) 圆锥形锪钻，如图1-4-21所示。

图1-4-21 圆锥形锪钻

(a) 60°锪钻; (b) 120°锪钻; (c) 锪钻工作情况

(六) 车孔

(1) 内孔车刀，如图1-4-22所示。

图1-4-22 内孔车刀

(a) 通孔车刀; (b) 不通孔车刀

(2) 车孔的关键技术是解决内孔车刀的刚性和排屑问题。

①尽量增加刀杆的截面积。

②刀杆的伸出长度尽可能缩短。

③内孔车刀的后刀面一般磨成两个后角的形式。

④通孔的内孔车刀最好磨成正刃倾角。

(七) 工件的安装

车孔的工件一般用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘装夹。

1. 保证同轴度和垂直度的方法

1) 在一次安装中加工内外圆和端面 (见图1-4-23)

图1-4-23 一次装夹中加工工件

2) 以内孔为基准保证位置精度

一般可用心轴 (见图1-4-24) 以内孔作为定位基准来保证工件的同轴度和垂直度。

3) 用外圆为基准保证位置精度

以外圆为基准时，一般应用软爪装夹工件，如图1-4-25所示。

(八) 单一切削循环指令 (G90)

G90是单一形状固定循环指令，该循环主要用于轴类零件外圆、锥面的加工。

图1-4-24 各种常用心轴

(a) 小锥度心轴; (b) 台阶心轴; (c) 胀力心轴; (d) 槽子做成三等分

图1-4-25 应用软卡爪盘装夹工件

(a) 装配式软卡爪; (b) 焊接式软卡爪

1. 外圆切削循环指令 (G90)

指令格式:G90 X(U)__Z(W)__F__;

程序中:

X，Z——圆柱面切削终点坐标值;

U，W——圆柱面切削终点相对循环起点的坐标分量。

如图1-4-26所示的循环，刀具从循环起点开始按矩形1R→2F→3F→4R循环，最后又回到循环起点。图1-4-26中虚线表示按R快速移动，实线表示按F指定的工件进给量移动。

图1-4-26 外圆切削循环

2. 锥面切削循环指令 (G90)

指令格式:G90 X(U)__Z(W)__R__F__;

程序中:

X，Z——圆锥面切削终点坐标值;

U，W——圆锥面切削终点相对循环起点的坐标分量;

R——圆锥面切削始点与圆锥面切削终点的半径差，有正负号。

如图1-4-27所示的循环，刀具从循环起点开始按梯形1R→2F→3F→4R循环，最后又回到循环起点。图1-4-27中虚线表示按R快速移动，实线表示按F指定的工件进给量移动。

图1-4-27 锥面切削循环

(九) 端面切削循环指令 (G94)

G94指令用于一些短、面大零件的垂直端面或锥形端面的加工，直接从毛坯余量较大或棒料车削零件时进行的粗加工，以去除大部分毛坯余量。其程序格式也有加工圆柱面、圆锥面之分，循环方式如图1-4-28和图1-4-29所示。

图1-4-28 端面切削循环

图1-4-29 带锥度的端面切削循环

1. 车大端面循环切削指令 (G94)

指令格式:G94 X(U)____Z(W)____F____;

程序中:

X，Z——端面切削终点坐标值;

U，W——端面切削终点相对循环起点的坐标分量。

2. 车大锥型端面循环切削指令 (G94)

指令格式:G94 X(U)____Z(W)____R____F____;

程序中:

X，Z——端面切削终点坐标值;

U，W——端面切削终点相对循环起点的坐标分量;

R——端面切削始点至终点位移在Z轴方向的坐标增量。

三、方案设计

(一) 零件图工艺分析

(1) 技术要求分析。如图1-4-17所示，零件包括内外圆锥面、内外圆柱面、端面、切断等加工。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求。

(2) 确定装夹方案、定位基准、加工起点、换刀点。由于毛坯为棒料，故用三爪自定心卡盘夹紧定位。由于工件较小，为了加工路径清晰，加工起点和换刀点可以设为同一点，放在Z向距工件前端面200mm、X向距轴心线100mm的位置。

(3) 制定加工方案，确定各刀具及切削用量。加工刀具的确定如表1-4-5所示，加工方案的制定如表1-4-6所示。

表1-4-5 刀具卡

表1-4-6 工序和操作清单

(二) 安全操作和注意事项

(1) 毛坯已有φ18mm毛坯孔; 当用棒料时，φ18mm孔可在普通车床上加工出。

(2) 对刀时，切槽刀左刀尖作为编程刀位点。

(3) 加工内孔时应先使刀具向直径缩小的方向退刀，再Z向退出工件，然后才能退回换刀点。

(4) 镗孔刀的换刀点应较远些，否则会在换刀或快速定位时碰到工件。

(5) 车锥面时刀尖一定要与工件轴线等高，否则会使车出工件圆锥母线不直，呈双曲线形。

四、任务实施

(1) 设定程序原点，以工件右端面与轴线的交点为程序原点建立工件坐标系。

(2) 计算各基点位置坐标值。

(3) 当循环起点Z坐标为Z3，计算精加工外圆锥面时，切削起始点的直径D值。

当X留有0.2mm余量时，加工外锥面的切削终点为 (X50.4，Z-20);

当X留有2.2mm余量时，加工外锥面的切削终点为 (X54.4，Z-20);

当X留有4.2mm余量时，加工外锥面的切削终点为 (X58.4，Z-20)。

(4) 内锥小端直径: d=20。

(5) 当加工内锥孔循环起点Z坐标为Z3，计算精加工内圆锥面时，切削起始点的直径D值。若D=31，则:

当R留有0.2mm余量时，加工内锥面的切削终点为 (X19.6，Z-30);

当R留有1.2mm余量时，加工内锥面的切削终点为 (X17.6，Z-30);

当R留有2.2mm余量时，加工内锥面的切削终点为 (X15.6，Z-30)。

(6) 加工参考程序与加工操作过程。

①工件的参考程序如表1-4-7所示。

表1-4-7 程序卡

续表

续表

②输入程序。

③数控编程模拟软件对加工刀具轨迹仿真，或数控系统图形仿真加工，进行程序校核及修整。

④安装刀具，对刀操作，建立工件坐标系。

⑤启动程序，自动加工。

⑥停车后，按图纸要求检测工件，对工件进行误差与质量分析。

五、任务考核 (见表1-4-8)

所有不同型号的数控车床、铣床都必须用到G00、G01、G02、G03指令，这四个指令在所有数控系统中都通用。在数控车、铣床自动编程中，任何平面、曲面加工的路径最后都是由直线、圆弧插补组成的。所以说，这四个指令是数控编程的最基本组成单元。

用G02、G03指令加工圆弧面时，要注意顺、逆方向及圆弧半径和圆心坐标编程的不同之处。

通过实训项目的学习，了解数控车床对刀与工件坐标系之间的关系; 通过半精加工、精加工掌握如何控制工件尺寸。

表1-4-8 任务考核

六、拓展练习

以数控车加工的典型零件轴承套为例，如图1-4-30所示。

图1-4-30 轴承套零件

(一) 零件图工艺分析

(1) 编程时取基本尺寸。但由于要求配合，故有的配合尺寸需取中间值。

(2) 先确定基准，加工左、右端面。保证零件的长度尺寸。

(3) 内孔尺寸较小，镗1∶20锥孔、φ32mm孔及15°斜面时需调头装夹。

(4) 右端有螺纹，所以放在最后加工，由于高速车削挤压引起螺纹牙尖膨胀变形，因此，外螺纹的外圆应车到最小极限尺寸，螺纹加工前，应先将加工表面加工到实际直径尺寸，M45×1.5的螺纹，加工前的外圆直径为:

D外≈D-(0.1～0.2165)P=45-0.2×1.5=44.7(mm)

一般数控车床推荐车螺纹时的最高转速为:

n≤1200P-k (k是保险系数，一般为80)。

加工螺纹时，长度应包括切入切出的空行程量，切入量一般取2～5mm，切出量一般取0.5～1mm; 也可无退刀槽。

(二) 确定装夹方案

(1) 内孔加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧。

(2) 加工外轮廓时，需要设一圆锥心轴装置，用三爪卡盘夹持心轴左端，心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧。

图1-4-31 外轮廓车削装夹方案

(三) 加工顺序走刀路线

依照基孔先行的原则，先加工内孔各表面，需要调头加工，由于右边有螺纹，所以应放在最后加工; 再加工外轮廓表面。由于该零件为单件小批量生产，故外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。

加工前，先手动加工通孔。

(四) 走刀路线

由于该零件为单件小批量生产，故外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行，并采用装夹、刀具集中原则划分工序。

(五) 刀具选择 (见表1-4-9)

表1-4-9 刀具

(六) 切削用量的选择 (见表1-4-10)

表1-4-10 切削用量

(七) 加工程序

O0001

G99 T0101; 选45°硬质合金端面车刀

M03 S600; 主轴正转

G00 X85 Z2;

G01 Z0 F0.1; 先加工左面，车端面

X-1;

G00 X100 Z150;

T0101; 换镗刀

G00 X82 Z2;

G71 U2 R0.5; 利用复合指令车外圆各面

G71 P1 Q2 U0.5 W0.2 F0.3 S800;

N1 G00 G42 X46;

G01 Z2 F0.1;

X49.97 Z-2;

Z-30;

X58;

G02 X68 Z-35 R5;

G01 X74

X78 Z-37;

N2 G40 Z-60;

G70 P1 Q2 S1000;

G00 X100 Z100;

T0202; 换内孔镗刀车内孔

G00 X25 Z2;

G71 U2 R0.5;

G71 P3 Q4 U-1 W0.5 F0.2 S600;

N3 G00 G41 X35.1;

G01 Z0 F0.05;

X32 Z-10;

Z-29;

G02 X30 Z-30 R1;

N4 G40 X28;

G70 P3 Q4;

M05; 主轴停

M30; 程序停止

准备调头加工右面 (方法同左边加工相同，程序略)。