数控车削编程与加工套类零件的任务

如图4－1所示零件是一个轴套，材料为45钢，毛坯为φ50 mm×58 mm，未注倒角全部为C1，未注长度尺寸允许偏差±0.1 mm。分析零件的加工工艺，编制数控加工程序并加工出此零件。

图4－1　轴套

二维码　立体图视频

1.技术要求分析

该零件图有哪些技术要求？

2.加工方案

1）装夹方案

加工该零件应采用何种装夹方案？如果用三爪自定心卡盘装夹，伸出长度如何确定？

2）位置点选择

（1）工件零点设置在什么位置最好？

（2）换刀点应设置在什么位置？说出理由。

3.确定工艺路线

该零件的加工工艺路线应怎样安排？

（一）套类零件的加工工艺

1.套类零件的特点

套类零件在机器中主要起支承和导向作用，在实际中应用非常广泛。这类零件结构上有共同的特点：外圆直径D一般小于其长度L，通常长径比（L／D）小于5；内孔与外圆直径之差较小，即零件壁厚较小，易变形；内外圆回转表面的同轴度公差很高；结构比较简单。如套筒、轴承套等都是典型的套类零件。

2.套类零件的精度要求

套类零件的精度主要有下列几个项目：

（1）孔的位置精度，如同轴度、平行度、垂直度、径向圆跳动和端面圆跳动等。

（2）孔径和长度的尺寸精度。

（3）孔的形状精度，如圆度、圆柱度、直线度等。

（4）表面粗糙度，要达到哪一级表面粗糙度，一般按加工图样上的规定。

一般套筒类零件在机械加工中的主要工艺问题：一是保证内、外圆的相互位置精度；二是防止变形。

3.套类零件的装夹要求

1）保证套类工件同轴度和垂直度的装夹方法

（1）一次装夹中完成车削加工：在单件小批量生产中，可以把工件在卡盘或花盘上一次装夹后将全部或大部分表面加工完毕。这种方法没有定位误差，如果车床精度较高，可获得较高的形位精度。但需要经常转换刀架及经常改变切削用量，尺寸也较难掌握。

（2）工件以内孔定位：如工件先车内孔，再车外圆，这时我们可以应用心轴，用已加工好的内孔定位进行车削。

（3）工件以外圆定位：如果工件的外圆已经过精加工，只要加工内孔，并要求内外圆同轴，这时可用未经淬火的软卡爪装夹工件来车内孔，可以保证装夹精度且不易夹伤工件表面。

2）薄壁型套类工件内孔的装夹方法

车削薄壁套筒的内孔时，由于工件的刚性差，在夹紧力的作用下容易产生变形，所以必须特别注意装夹问题。

（1）用开缝套筒：用开缝套筒来增大装夹的接触面积，使夹紧力均匀分布在工件外圆上，可减小夹紧变形。在使用时，先把开缝套筒装在工件外圆上，然后再一起夹紧在三爪自定心卡盘上。

（2）用轴向夹紧夹具：用轴向夹紧工件的夹具夹紧时，可使夹紧力沿工件轴向分布，防止夹紧变形。

4.车削套类零件常用刀具及其安装方法

1）中心钻与中心孔

中心孔又称顶尖孔，它是轴类零件的基准，对轴类零件的作用非常重要。在加工直径d＝1～10 mm的中心孔时，通常用不带护锥的A型钻；在加工工序要求较长、精度要求较高时，一般采用带护锥的B型钻，如图4－2所示。

图4－2　中心钻

转速的选择和钻削：由于中心钻直径小，钻削时应取较高的转速，进给量应小而均匀，切勿用力过猛。当中心钻钻入工件后应及时加切削液冷却润滑。钻毕时，中心钻在孔中应稍作停留，然后退出，以修光中心孔，提高中心孔的形状精度和表面质量。

2）麻花钻与钻孔

钻孔是在实体材料上加工孔的方法，它属于粗加工，其尺寸精度一般可达IT11～IT12，表面粗糙度Ra12.5～25μm。

（1）麻花钻的组成部分。

麻花钻由柄部、颈部和工作部分组成。柄部是钻头的夹持部分，装夹时起定心作用，切削时起传递转矩的作用。颈部是柄部和工作部分的连接段，颈部较大的钻头在颈部标注有商标、钻头直径和材料牌号等信息。工作部分是钻头的主要部分，由切削部分和导向部分组成，起切削和导向作用。

直径小于12 mm时一般为直柄麻花钻，直径大于12 mm时为锥柄麻花钻，如图4－3所示。

图4－3　麻花钻

（2）钻孔时切削用量的选择。

①切削深度（背吃刀量）：钻孔时的切削深度是钻头直径的1／2。

②切削速度：钻孔时的切削速度是指麻花钻主切削刃外缘处的线速度。用麻花钻钻钢料时，切削速度一般选15～30 m／min；钻铸件时，进给速度选75～90 m／min。扩钻时切削速度可略高一些。

③进给量f：在车床上钻孔时，工件转1周，钻头沿轴向移动的距离为进给量。在车床上是用手慢慢转动尾座手轮来实现进给运动的。进给量太大会使钻头折断。用直径为12～25 mm的麻花钻钻钢料时，f选0.15～0.35 mm／r；钻铸件时，进给量略大些，一般选f为0.15～0.4 mm／r。

3）内孔车刀

（1）内孔车刀的选用。内孔车刀可分为通孔车刀和盲孔车刀两种，如图4－4所示。

图4－4　内孔车刀

①通孔车刀切削部分的几何形状与外圆车刀相似，为了减小径向切削抗力，防止车孔时振动，主偏角应取得大些，一般在60°～75°之间，副偏角一般为15°～30°。为防止内孔车刀后刀面和孔壁摩擦又不使后角磨得太大，一般磨成两个后角。

②盲孔车刀用来车削盲孔或阶台孔，切削部分形状基本与偏刀相似，它的主偏角大于90°，一般为92°～95°，后角的要求和通孔车刀一样。不同之处是盲孔车刀的刀尖到刀杆外端的距离小于孔半径，否则无法车平孔的底面。

（2）内孔车刀的安装。

①刀尖应与工件中心等高或稍高。

②刀杆伸出长度不宜过长，一般比被加工孔长5～6 mm。

③刀杆基本平行于工件轴线，否则在车削到一定深度时，刀杆后半部分容易碰到工件孔口。

④盲孔车刀安装时，内偏刀的主刀刃应与孔底平面成角，并且在车平面时要求横向有足够的退刀余地，如图4－4（a）右图所示。

（3）内孔车刀的对刀。

①手动平端面。

②Z向补正。

③车内孔。

④测量车削后的孔径。

⑤X向补正。

4）内沟槽车刀与切内沟槽

（1）内沟槽车刀。

内沟槽车刀和外沟槽车刀（车槽刀）的几何角度相似，只是内沟槽车刀的刀头形状因为被加工沟槽的截面形状不同而更加多样化，如图4－5所示。

图4－5　常见的内沟槽车刀(www.xing528.com)

（2）内沟槽的加工方法。

内沟槽的加工方法与外沟槽的加工方法类似。

①直进法。宽度较小和要求不高的内沟槽，可用主切削刃宽度等于槽宽的内沟槽车刀采用直进法一次车出，如图4－6（a）所示。

②多次直进法。要求较高或较宽的内沟槽，可采用直进法分多次车出。对有精度要求的槽，先粗车槽壁和槽底，然后根据槽宽、槽深进行精车，如图4－6（b）所示。

③纵向进给法。如果槽较大较浅，可用内圆粗车刀先车出凹槽，再用内沟槽车刀车沟槽的两端垂直面，如图4－6（c）所示。

图4－6　内沟槽的加工方法

5.套类零件的检测与测量

1）孔径的测量

（1）内径千分尺测量。如图4－7所示，内径千分尺可用于测量5～30 mm的孔径，分度值为0.01 mm。这种千分尺的刻线与外径千分尺相反，顺时针旋转微分筒时，活动爪向右移动，测量值增大。由于结构设计方面的原因，其测量精度低于其他类型的千分尺。

图4－7　内径千分尺

（2）塞规测量。在成批生产中，为了测量的方便，常用塞规测量孔径，如图4－8所示。塞规由通端、止端和手柄组成。通端尺寸等于孔的最小极限尺寸，止端尺寸等于孔的最大极限尺寸。

图4－8　塞规测量

测量时，通端通过，而止端通不过，说明尺寸合格。使用塞规时，应尽可能使塞规温度与被测工件温度一致，不要在工件还未冷却到室温时就去测量。测量内孔时，不可硬塞强行通过，一般靠自身重力自由通过，测量时塞规轴线应与孔轴线一致，不可歪斜。

（3）内径百分表测量。根据工件内孔直径，用外径千分尺将内径百分表对“零”后，进行测量，测量方法如图4－9所示，取最小值为孔的实际尺寸。

图4－9　内径百分表测量

2）内槽的检查和测量

（1）测量内槽直径，如图4－10所示，可用卡钳、带千分表内径量规、特殊弯头游标卡尺测量。

图4－10　内槽直径的测量

（2）测量内槽宽度，如图4－11所示，可用样板、游标卡尺、钩形游标卡尺测量。

图4－11　内槽宽度的测量

（二）编程指令

内孔的轮廓加工采用G71、G90等加工指令，可以参考项目二；内孔中的槽的加工可以参考项目三槽的加工。

1.图样分析

如图4－1所示，该零件为典型的套类零件，有较高的精度要求。外圆右端直径φ42 mm是基准尺寸，尺寸精度要求较高，表面粗糙度为Ra1.6μm；内孔右端为锥孔，锥度为1∶3，表面粗糙度为Ra3.2μm；内孔中间段为直孔，直径为φ26 mm，精度要求不高；内孔左端为直孔，直径为φ22 mm，基孔制，该内孔轴线与φ42 mm外圆轴线的同轴度要求控制在φ0.025 mm之内；工件总长56 mm，左右两端与φ42 mm外圆轴线的垂直度要求控制在0.02mm之内。

2.加工方案

1）装夹方案

该零件采用三爪自定心卡盘夹持零件右端（毛坯外圆），确定伸出合适的长度（应将机床的限位考虑进去）。

2）位置点

（1）工件零点。设置在工件左、右端面上。

（2）换刀点。为防止刀具与工件或尾座碰撞，换刀点设置在（X100，Z100）的位置上。

（3）起刀点。零件毛坯尺寸为φ50 mm×58 mm，该零件外轮廓的加工采用循环指令，为了使走刀路线短，减少循环次数，外轮廓循环起点可以设置在（X50，Z2）的位置上，内轮廓循环起点可以设置在（X20，Z2）的位置上。用刀宽为3 mm的内切槽刀以左刀尖为刀位点。

3.工艺路线确定

（1）平左端面。

（2）打中心孔并钻通孔至φ20 mm。

（3）粗、精车左端φ45 mm外圆及倒角，车至外圆长度27 mm。

（4）粗、精车内孔φ22 mm内孔面。

（5）零件调头平右端面，保证总长56 mm。

（6）粗、精车右端φ42 mm外圆及倒角，车至外圆长度32 mm。

（7）粗、精车内孔φ26 mm内孔面及内锥面。

（8）车内槽。

4.制定工艺卡片

刀具的选择见表4－1刀具卡。

表4－1　刀具卡

切削用量的选择见表4－2工序卡。

表4－2　工序卡

续表

5.编制程序

切左端内孔参考程序如表4－3所示。

表4－3　切左端内孔参考程序

续表

切右端内孔参考程序如表4－4所示。

表4－4　切右端内孔参考程序

续表

切右端内槽参考程序如表4－5所示。

表4－5　切右端内槽参考程序

6.零件加工

按表4－3～表4－5所示程序加工零件。

教师与学生评价表参见附表，包括程序与工艺评分表、安全文明生产评分表、工件质量评分表和教师与学生评价表。表4－6所示为本工件的质量评分表。

表4－6　工件质量评分表