箱体零件加工工艺研究的论文

关于数控机床加工精度高的误解(原创) 从事CNC机床设计也有一段时候了,发觉不少机械从业人员甚至专业工程技术人员对数控机床的加工精度存在不小的误解,在生产中常能听到这个是用某某数控机床加工出来的,精度如何如何,其实是不科学的,作为专业的技术人员,在下觉得有必要说明下数控的精度是不是真的如传说中那样神忽其神,还是另有隐情。 那么所谓命题就在于数控机床的加工精度好是不是事实。。。在下的愚见是：是事实，但是不完全的事实。 首先，我们要搞清楚何谓精度。通常机械加工上的精度指的主要是四点：1、尺寸公差 2、形状度公差 3、位置度公差 4、表面光洁度（至于其他最大实体尺寸之流其实是近年才出现的概念，可参考本科教材，这些概念，在公差的教学中是提到的，而且他举例时花键的标注是用到这些概念的；但你参看《机械设计课程设计》以及《机械实用设计手册》他在花键的标注中没有使用到这些概念，可见其实他是可用可不用的锦上添花型概念。新手可能觉得奇怪，怎么可能呢？实际上机械中有很多概念都可以互换的，比如说平行度公差，也可以说成两个面同时对和他们垂直的面有处置度公差。） 回到精度问题上，既然现在搞清楚精度的概念，下个问题就是数控机床是否这些精度做的好呢。首先，要搞清楚数控机床的特点。数控机床，其实就是把数控系统（NC）装在机床上，所以叫CNC。我国很多好机床数控化改装的就是把普通机床装上数控装置和饲服系统就改装成功了（当然做的考究点的会加滚珠丝杆，提高下主轴轴承精度啊，但根据偶的经验其实机械部分的精度提高对整床加工精度提高影响不多，因为刀具的影响，这个以后再说）。那么加数控装置和饲服系统提高了什么精度呢？位置度公差！！！对其他公差等级的提高有帮助吗？我研究下来的结果是没有！！！！ 这就是我要阐述的第一个观点，那就是CNC机床的核心（也就是人们最神化的）数控装置和饲服系统提高的就是机床加工的位置度公差（其实整个数控机床比普通机床提高的主要也是这个，以后会说到）。因为你想想数字控制提高的是什么，是刀具或则工作台在进给是走的准确度，位置走的准了位置度公差也就提高了。但他能提高其他公差吗？不可能，你位置走准了就能提高表面光洁度吗？没门啊，光洁度是什么保证的，一是刀具，二是机床刚性好，震动下，你装了数控装置和饲服系统能改善他们啊，不能啊，无论数控车床还是镗铣床甚至加工中心是不可能做到磨床的表面光洁度的。 而形状度公差也一样啊，所谓形状度公差就是他这个平面做的平不平，圆做的圆不圆，那时靠工作台的位置准保证的了的吗，不可能啊，他归根结底靠的是你表面做得光洁啊，你想表面不光，平面怎么可能平呢。 至于尺寸公差，那更是没关系拉，高精度的尺寸公差其实就是靠机床机械部分的精度保证的，与电气上的控制（在高精度加工时）没有关系,所以你看一般介绍数控机床的加工精度是,也就是统称的1丝,要知道这个公差你仪表车床也能做到,磨床更是随便搞搞啊。 也许有人要质疑，说数控机床主轴部件和主轴支承旋转精度高,刚性好,进给传动采用滚珠丝杆,且通过加预紧力消除方向间隙,所以机械部分精度高。那在下可以告诉你，一、机械部分精度的提高与电器无关，换而言之任何机床这样做都能提高精度何必非数控不可。二、其实这些对机床的光洁度以及形状度公差影响不大，因为精加工，关键是金属切削，而切削的最后一环在于刀具，磨床之所以精度高就在于砂轮和刀具存在本质上的区别，这个区别所造成的质量差异绝不是你提高下传动链精度所能够改观的，就好比再厉害在强壮的老虎能吃的了象吗？不可能，他也是老虎，最多老虎中厉害点，不可能变成象的；也就是说，你数控的车床、镗床甚至加工中心之流是都不可能做出磨床的品质，如光洁度、形状度等等。 说了这么多，恐怕有人要说在下反对先进生产了。不是的，在下写本文是希望各位能了解到什么是数控机床最适宜加工的零件，其实最典型的就是类似变速箱箱体这样有多个孔的孔系类零件，而其中各个孔之间都存在位置度公差关系的零件，而箱体无论是孔还是安装基准面其实它的表面光洁度以及圆度平面度公差要求都不是很高，一般的精铣精镗都可做到，这样就可以发挥数控机床加工位置度公差高的特点，而且由于编程后不需改变，加工效率也很高。反之，某些工件，加工曲线很简单，表面光洁度的要求较高（要上磨床），又没有特殊位置度要求的（如减速箱的轴），就根本没必要上数车，那才叫劳命伤财，得不偿失呢． 工艺是一件复杂而严肃的事情，是科学的事，可是现在不少工艺员知识不多，还不负责任，动则数控机床、加工中心，是的，这些先进的设备是使现在的加工变得方便了许多，许多传统机械中的技术如样板等由于这些技术的出现已不需要了；但事情都有双向性，若一味强调简单而依赖数控，势必造成零件生产成本的高涨，要知道数控的设备价格是很贵的，远超普通设备；数控加工人员的学历一般是专科以上，人力成本也是高的；数控机床的功率及主轴转速远高于普通机床，机床运行的成本也是惊人的。 所以我的意见是，我们生产中做工艺要尽量避免设备使用的成本提高，在同样条件下一定应该选取成本小的加工方法，因为企业是赢利为目的的，那些叫嚣不计成本的是自欺欺人的书呆子看法，是不切实际的。所以切不可把数控当万宝全书，动则加工中心，这样对企业的发展、产品的成熟、市场的推广都是不利的，数控应该实实在在成为生产过程中的一把尖刀（好钢用在刀刃上），而不应该像不少公司那样成了工艺偷懒的代名词或抬高身价的名片，那才是机械业从业者的悲哀 我原创的，够实力吧!!!

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。图 轴的种类a)光轴 b)空心轴 c)半轴 d)阶梯轴 e)花键轴 f)十字轴 g）偏心轴h)曲轴 i) 凸轮轴1 轴类零件的功用、结构特点轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。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。根据结构形状的不同，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。轴类零件的毛坯和材料轴类零件的毛坯轴类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。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。轴类零件的材料 轴类零件材料 常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。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，并具有较高的耐疲劳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。2 轴类零件一般加工要求及方法 轴类零件加工工艺规程注意点在学校机械加工实习课中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，但学生最后完工工件的质量总是很不理想，经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析工艺规程制订不够合理。轴类零件中工艺规程的制订，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，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。1.零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。2.渗碳件加工工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工（对不需提高硬度部分）→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。3.粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。且选择平整光滑表面，让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。4.精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。工艺规程制订得是否合理，直接影响工件的质量、劳动生产率和经济效益。一个零件可以用几种不同的加工方法制造，但在一定的条件下，只有某一种方法是较合理的。因此，在制订工艺规程时，必须从实际出发，根据设备条件、生产类型等具体情况，尽量采用先进加工方法，制订出合理的工艺规程。 轴类零件加工的技术要求1 尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6~IT9。2 几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。3 相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。4 表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。 轴类零件的热处理1锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。2调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。3表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。4精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。 典型轴类零件加工工艺改进的方法对于7级精度、表面粗糙度～μm的一般传动轴，其工艺路线是：正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。由于细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质量影响很大。为此，生产中常采用下列措施予以解决。 改进工件的装夹方法粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。采用跟刀架跟刀架是车削细长轴极其重要的附件。采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响，从而减少切削振动和工件变形，但必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一致。采用反向进给车削细长轴时，常使车刀向尾座方向作进给运动（此时应安装卡拉工具），这样刀具施加于工件上的进给力方向朝向尾座，因而有使工件产生轴向伸长的趋势，而卡拉工具大大减少了由于工件伸长造成的弯曲变形。采用车削细长轴的车刀车削细长轴的车刀一般前角和主偏角较大，以使切削轻快，减小径向振动和弯曲变形。粗加工用车刀在前刀面上开有断屑槽，使断屑容易。精车用刀常有一定的负刃倾角，使切屑流向待加工面。3 典型轴类零件的加工工艺轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。下面就以减速箱中的传动轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。零件图样分析 传动轴所示零件是减速器中的传动轴。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。根据工作性能与条件，该传动轴图样(图)规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。确定毛坯该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。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￠60mm的热轧圆钢作毛坯。确定主要表面的加工方法传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra= um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案可为：粗车→半精车→磨削。确定定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。划分阶段对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。热处理工序安排轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：下料→车两端面，钻中心孔→粗车各外圆→调质→修研中心孔→半精车各外圆，车槽，倒角→车螺纹→划键槽加工线→铣键槽→修研中心孔→磨削→检验。加工尺寸和切削用量传动轴磨削余量可取，半精车余量可选用。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。拟定工艺过程定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工￠52mm、￠44mm及M24mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确

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