轴类零件

轴类零件（共8篇）

1.轴类零件 篇一

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前言

数控加工是机械制造中的先进的加工技术是一种高效率，高精度与高柔性特点的自动加工方法，数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要，制造自动化是先进制造技术的重要组成部分，其核心技术是数控技术，数控技术是综合计算机、自动技术、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它的出现及所带来的巨大利益，已引起了世界各国技术与工业界的普遍重视，目前，国内数控机床使用越来越普及，如何提高数控加工技术水平已成为当务之急，随着数控加工的日益普及，越来越多的数控机床用户感到，数控加工工艺掌握的水平是制约手工编程与CAD/CAM集成化自动编程质量的关键因素。

数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量发挥数控机床的前提条件，从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在介绍数控加工切削基础，数控机床刀具的选用，数控加工的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识的基础上，分析了数控车削的加工工艺。

I

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目录

前言

第一章 设计概要…………………………………………….1 第一节 设计题目及目的……………………………………… 1 第二节 选用设计软件………………………………………….1

第二章 实体设计………………………………………….2

第一节 CAXA平面图的绘制………………………………….2 第二节 零件实体的构造……………………………………..4 第三章 工艺分析………………………………………….7

第一节 零件工艺分析………………………………………..8 第二节 刀具的选择…………………………………………..9 第三节 刀具卡片……………………………………………..10 第四节 确立工件的定位与夹具方案………………………..10 第五节 确定走刀顺序和路线………………………………..11 第六节 切削用量的选择……………………………………..15 第七节 数控加工工艺文件的填写…………………………..16 第八节 保证加工精度的方法…………………………………17

第四章 数控加工程序……………………………………18 第五章 零件仿真加工……………………………………23

第一节 仿真软件简介……………………………………….23 第二节 仿真加工过程……………………………………… 25 结论……………………………………………………………… 30

II

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参考文献…………………………………………..31 III

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摘要：

本次设计主要是对数控加工工艺进行分析与具体零件图的加工，首先对数控加工技术进行了简单的介绍，然后根据零件图进行数控加工分析。第一，根据本零件材料的加工工序、切削用量以及其他相关因素选用刀具及刀柄和零件的轮廓特点确定需要7把刀具分别为外圆粗车刀、外圆精车刀、外切槽刀、外螺纹刀、内镗孔刀、内切槽刀。第二，针对零件图图形进行编制程序，此零件为轴类零件，外轮廓由直线、圆弧和螺纹组成，零件的里面要镗出一个锥孔，在加工过程中，工件需要调头钻孔再镗孔，第三，早钻孔对刀时要先回参考点，要以孔中心作为对刀点，刀具的位置要以此来找正，使刀位点与换刀点重合。

关键字：

刀具的确定、走刀路线的选择、刀具的对刀点、工件的定位。

IV

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第一章 设计概要

第一节 设计题目及目的

设计题目：轴类零件的加工及工艺分析

设计目的：本次毕业综合实训实践项目为轴类零件的加工及工艺 分析，用所学理论知识和实际操作知识，在工作中分析问题、解决实际问题的能力同时达到对我们基本技能的训练，例如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）的能力。加强对在加工机械零件时的零件工艺分析、及其加工精度、刀具机床的选用、刀具补偿，工件的定位与装夹的分析等。同时提高我们编写技术文件、编写数控程序、仿真数控机床操作的独立工作能力。

第二节 选用设计软件

本课题二维图选用：CAXA电子图表

实体图选用：CAXA制造工程师2008 仿真加工用:斯沃仿真软件

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第二章 实体设计

第一节 CAXA平面图的绘制 1.软件简介

我们采用CAXA电子图版2007绘制，CAXA电子图板2007打造了全新软件开发平台，多文档、多标准以及交互方式上带来全新体验，而且在系统综合性能方面进行了充分改进和优化，对于文件特别是大图的打开、存储、显示、拾取等操作的运行速度均提升100%以上，Undo/Redo性能提升了十倍以上，动态导航、智能捕捉、编辑修改等处理速度的提升，给用户的设计绘图工作带来流畅、自如的感受。而且依据中国机械设计的国家标准和使用习惯，提供专业绘图工具盒辅助设计工具，通过简单的绘图操作将新品研发、改型设计等工作迅速完成，提升工程师专业设计能力。2.软件界面介绍 CAXA电子图版工作界面

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3.利用该软件作此图的平面图

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第二节 零件实体

一、零件主体的实体化

我们这里使用CAXA数控车2008来进行实体，首先选择工作界面，打开软件后，点击软件的左下角的

命令，然后出现一个界面如下

然后右键点击平面XY，创建草图，绘制如下图的封闭图形

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完成上图之后，点击菜单栏里的 按钮，完成实体创建。如下图：

二、在右端创建螺纹

利用公式曲线来创建螺纹，点击

按钮，出现如下图所示的界面

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将参数X=12*sin(t)Y=12*cos(t)Z=0.239*t 设置好之后点击

按钮，完成如图的曲线，单击，在曲线的一端创建一个平面，在此 6

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平面内绘制一个等边三角形，如图：导动除料，完成实体创建，如下图：，退出草绘，选择至此，整个零件的实体完成。

第三章 工艺分析

工艺分析是工艺员的中心工作也是设计者设计的一个重要环节，它是对工件进行数控加工的前期准备。合理正确的工艺分析也是编制数控加工程序的重要依据。故工艺分析是数控加工不可缺少的。正确合理的工艺分析需完成如下工作步骤和内容。

零件尺寸的正确标注：由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何元素间的相互关系一定要明确；各种几何元素的条件要充分，应无引起冲突的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等；构成零件轮廓的几何尺寸的条件应充分。

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识读零件：零件图纸直接反映零件的结构，而零件的结构决定工艺分析的合理性，所以我们要保证良好的零件结构。

工艺步骤：制定数控加工程序、划分工步、工序，确定对刀点、换刀点，刀具补偿，选择切削刀具、冷却液，编制工艺文件等。

编制加工程序：将工艺分析融入加工程序，并对其程序进行校验和优化。

第一节 零件工艺分析

零件结构分析

1.如图所示零件便面由柱面，圆锥面，顺圆弧，逆圆弧及外螺纹构成，外螺纹绞复杂其中多个直径尺寸由较高的精度，表面粗糙，零件图尺寸编注完整，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45钢，毛胚为ф60mm*122mm 零件技术要求分析

小批量生产条件编程，不准用砂布和锉刀修饰平面，这是对平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB1804-M，热处理，调质处理，HRC25-35，未注粗糙度部分光洁度按Ra6.3，毛胚尺寸ф60mm*122mm。

加工难点及处理方案

分析图纸可知，此零件对平面度的要求高，左端更有内轮廓加工，为提高零件质量，采用以下加工方案：

1.对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间值。2.在轮廓曲线上，有圆弧，因此在加工时应进行刀具半径补偿，以保证轮廓曲线的准确性。

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本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工---精加工---超精加工方案。选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度

第二节 刀具选择

数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻 ；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

综上所诉：本零件的加工(1)选用φ5mm中心钻钻削中心孔。用ф20的钻头加工左端的孔(2)粗车及平端面选用90°硬质合金左偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小，选Kr´=35°。(3)为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金60°外

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螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取re=0.15～0.2mm。

第三节 刀具卡片

第四节 确定工件的定位与装夹方案

在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率，为了充分发挥数控机床的工作特点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素： 1.尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具； 2.结构设计要满足精度要求； 3.易于定位和装夹； 4.易于切削的清理； 5.抵抗切削力由足够的刚度；

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工件的定位与基准应与设计基准保持一致，应防止过定位，对与箱体工件最好选择“一面两销”作为定位基准，定位基准在数控机床上要仔细找正。

由于这个工件是个实心轴，末端要镗一个30的锥孔，因轴的长度不是很长，所以采用工件的右端面和48的外圆作定位基准，使用普通三爪卡盘夹紧工件，取工件的右端面中心为工件坐标的原点，对刀点在（100.1000）处。

第五节 切削加工顺序的安排：

①先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。

②先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧 固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。

③先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。

④基面先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，轴类零件顶尖孔的加工 综上所诉：此零件的的加工顺序如下：

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1.先进行右端部分的加工，右端部分首先 1加工主轮廓走刀路线如下 ○

圆弧段加工

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切槽

螺纹加工

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2.调头加工，调头之后的加工在分成3部 1首先加工外轮廓，走刀路线如下： ○

2钻孔：钻一个ф20深度为29的孔 ○3加工左端部分的内轮廓，走刀图如下 ○ 14

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以上为整个零件的加工路线

第六节 切削用量的选择

切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。车削时，工件加工表面最大直径处的线速度称为切削速度，以v(m/min)表示。其计算公式：

v=πdn/1000(m/min)式中：d——工件待加工表面的直径（mm）n——车床主轴每分钟的转速（r/min）

根据零件的结构特点，外轮廓用采用90度外圆车刀，轮廓粗加工时留1mm的精车余量，粗加工时选主轴转速为s=800r/min，精加工选择1000 r/min，由公式计算得：切削速度v 粗加工：v=150(m/min)精加工：v=188(m/min)

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第七节 数控加工工艺文件的填写

1.工艺过程卡片

2.机械加工工序卡片

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第八节 保证加工精度的方法

为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的主要原因，采取相应的误差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始误差对零件加工精度的影响。

一、刀具半径的选定

1.刀具的半径R比工件转角处半径大时不能加工。2.刀具较小时不能用较大的切削量加工（刀具刚性差）。

二、采用合适的切削液

1.切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。2.非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。

3.水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷却作用和清洗作用。

故本设计加工时采用水溶液进行冷却。

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第

4章 数控加工程序

本零件采用电脑软件编程，由于程序过多，这里只打出一部分，这里只展示左端部分的程序

O1234 T0404 M03 S1200 M08 F1500 G00 X77.917 Z13.100 G00 Z6.549 G00 X71.414 G01 X61.014 F5.000 G01 X59.600 Z5.841 G01 Z-14.200 F10.000 X60.000 G01 X61.414 Z-13.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X60.014 F5.000 G01 X58.600 Z5.841 G01 Z-14.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-13.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X59.014 F5.000 G01 X57.600 Z5.841 G01 Z-15.200 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-14.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X58.014 F5.000 G01 X56.600 Z5.841 G01 Z-15.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-14.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X57.014 F5.000 18

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G01 X55.600 Z5.841 G01 Z-16.200 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-15.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X56.014 F5.000 G01 X54.600 Z5.841 G01 Z-16.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-15.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X55.014 F5.000 G01 X53.600 Z5.841 G01 Z-17.200 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-16.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X54.014 F5.000 G01 X52.600 Z5.841 G01 Z-17.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-16.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z5.800 G01 X51.600 F10.000 G01 Z-18.200 G01 X59.600 G01 Z-36.000 G01 X61.014 Z-35.293 F20.000 G01 X71.014 G00 Z6.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z5.300 G01 X50.600 F10.000 G01 Z-18.700 G01 X58.600 G01 Z-36.000 G01 X60.014 Z-35.293 F20.000 G01 X70.014 19

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G00 Z5.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z4.800 G01 X49.600 F10.000 G01 Z-19.200 G01 X57.600 G01 Z-36.000 G01 X59.014 Z-35.293 F20.000 G01 X69.014 G00 Z5.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z4.300 G01 X48.600 F10.000 G01 Z-19.700 G01 X56.600 G01 Z-36.000 G01 X58.014 Z-35.293 F20.000 G01 X68.014 G00 Z4.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z3.800 G01 X47.600 F10.000 G01 Z-20.200 G01 X55.600 G01 Z-36.000 G01 X57.014 Z-35.293 F20.000 G01 X67.014 G00 Z4.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z3.300 G01 X46.600 F10.000 G01 Z-20.700 G01 X54.600 G01 Z-36.000 G01 X56.014 Z-35.293 F20.000 G01 X66.014 G00 Z3.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z2.800 G01 X45.600 F10.000 G01 Z-21.200 G01 X53.600 G01 Z-36.000 G01 X55.014 Z-35.293 F20.000 20

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G01 X65.014 G00 Z3.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z2.300 G01 X44.600 F10.000 G01 Z-21.700 G01 X52.600 G01 Z-36.000 G01 X54.014 Z-35.293 F20.000 G01 X64.014 G00 Z2.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z1.800 G01 X43.600 F10.000 G01 Z-22.200 G01 X51.600 G01 Z-36.000 G01 X53.014 Z-35.293 F20.000 G01 X63.014 G00 Z2.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z1.300 G01 X42.600 F10.000 G01 Z-22.700 G01 X50.600 G01 Z-36.000 G01 X52.014 Z-35.293 F20.000 G01 X62.014 G00 Z1.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z0.800 G01 X41.600 F10.000 G01 Z-23.200 G01 X49.600 G01 Z-36.000 G01 X51.014 Z-35.293 F20.000 G01 X61.014 G00 Z1.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z0.300 G01 X40.600 F10.000 G01 Z-23.700 G01 X48.600 G01 Z-36.000 21

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G01 X50.014 Z-35.293 F20.000 G01 X71.414 G00 X77.917 G00 Z13.100 G00 X100 Z100 T0404 M03 S1200 G00 X70.318 Z11.144 G00 Z0.707 G00 X59.414 G01 X-1.414 F5.000 G01 X0.000 Z0.000 G01 X40.000 F10.000 G01 Z-24.000 G01 X48.000 G01 Z-36.000 G01 X49.414 Z-35.293 F20.000 G01 X59.414 G00 X70.318 G00 Z11.144 G00 X100 Z100 T0505 M3S500 G0X20.Z20 G0X0.Z5.G99G1Z-32.F0.1 G0Z5.X100.Z100.G0 T0606 G97 S3600 M03 G0 X21.92 Z2.5 M8 G50 S3600 G96 S330 G99 G1 Z-23.8 F.2 X20.X17.172 Z-22.386 G0 Z2.5 X23.84 G1 Z-23.8 X21.52 X18.692 Z-22.386 G0 Z2.5 X25.76 G1 Z-14.341 22

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X24.6 Z-15.965 Z-23.8 X23.44 X20.612 Z-22.386 G0 Z2.5 X27.68 G1 Z-11.653 X25.36 Z-14.901 X22.532 Z-13.487 G0 Z2.5 X29.6 G1 Z-8.965 X27.28 Z-12.213 X24.452 Z-10.799 G0 X19.5 Z2.X30.G1 Z0.Z-9.X25.Z-16.Z-24.X20.X17.172 Z-22.586 G0Z2.M9 G28 U0.W0.M05 T0606 M30

第五章 零件仿真加工

第一节、仿真软件介绍

1.软件简介

市面上的仿真软件有很多，例如：南京斯沃和上海宇龙、斐克，这里我们选用斯沃，南京斯沃软件技术有限公司开发的，是结合机床厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体所开发的国内第一款自

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动免费下载更新的数控仿真软件。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备投入。

斯沃数控仿真(数控模拟)软件包括16大类，66个系统，121个控制面板。具有FANUC、SIEMENS(SINUMERIK)、MITSUBISHI、FAGOR、美国哈斯HAAS、PA、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND系统、大连大森DASEN、南京华兴WA、江苏仁和RENHE、南京四开、天津三英、成都广泰GREAT、巨森数控JNC编程和加工功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内掌握各系统数控车、数控铣及加工中心的操作，可手动编程或读入CAM数控程序加工，教师通过网络教学，可随时获得学生当前操作信息。斯沃数控仿真软件也是目前国内唯一自动免费下载更新的数控仿真软件

2.斯沃界面

打开软件，选择GSK980TD

工作界面

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第二节 仿真加工过程

（一）第一段加工

1.装入刀具

2.设置毛胚，内江职业技术学院

3.对刀，输入刀补

4.开始加工

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第一段加工完成

（二）第二段加工

1.调头加工另一端，因为有内部轮廓的加工，我们这里选择透明模式，便于观察,对刀方式和第一段方法相同

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车外轮廓

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钻孔 钻一个ф20深度为29的孔

完成内轮廓加工

至此整个零件仿真加工完成

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结论

通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对数控机床的了解，巩固了书本的知识。结论总结如下：

1.对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。

2． 在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去，这样可为编程带来不少方便。

3.有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如：控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制等。此外，程序太长会增加出错与检索困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。致谢

非常感谢各位指导老师，没有你们交给我们知识，我们是不可能完成这项毕业设计，非常感谢你们这几年对我们的辛勤教导，你们不仅仅是传授给我们了知识，更是教会我们技能，从而让我们在这个社会上更好的立足，让我们的人生更加丰富多彩，在这里我们全组成员（曹阳，赵志城，雷露，郭川）向你们致敬！！

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参考文献：

[1]陈洪涛.数控加工工艺与编程.高等教育出版社，2003 [2]罗学科.数控机床编程与操作实训.北京化学工业出版社，2002 [3]李佳.数控机床及应用.北京清华大学出版社，2001 [4]姜爱国.数控机床技能数实训.北京理工大学出版社，2006 [5]汪建安.CAXA自动编程与训练 化学工业出版社

2008 [6] 钟日铭.CAXA实体设计2009基础教程 清华大学出版社2009

2.轴类零件 篇二

2 零件图分析

如图1所示, 通过分析, 该图需要加工的要素有圆柱、圆弧、内外螺纹、孔、槽等组成。尺寸清晰完整, 毛坯材料为45号钢, 尺寸大小为Φ65×122 mm, 没有其它要求。

3 加工方法的确定

加工方法选择主要考虑表面质量, 通过分析该零件图的表面粗糙度值达到Ra0.8, 尺寸公差基本都在0.03 mm以内, 尺寸精度较高。形位公差有一个同轴度的要求。通过上面的数据分析, 兼顾加工效率, 选择数控车床加工这个零件较为合适。

4 加工方案的确定

分析该零件先加工左端, 再加工右端, 具体为车端面、粗精车左端外圆、钻孔、镗孔、切内螺纹退刀槽、切内螺纹, 再掉头, 车端面保总长、粗精车右端轮廓、车外螺纹退刀槽、车外螺纹。

5 轴类零件工艺分析

1) 加工工序划分。数控加工工序有几个分法:一是刀具集中法, 即同一把刀具加工的部位集中加工, 主要是减少换刀次数, 减少定位误差。二是加工部位分序法, 即对于零件数量较多的零件, 可以按照这个加工方法, 先面后孔, 先简单后复杂的原则进行加工。三是以粗精加工分法, 即主要针对容易变形的加工零件, 一般粗加工结束后零件容易发生变形需要校正, 需要将粗精加工分开[1]。

2) 加工顺序原则。第一, 互不干涉原则, 即上道工序的加工不能影响下道工序的加工。第二, 先面后孔的加工原则。第三, 装夹次数最少原则, 一次装夹最好能完成多个面的加工, 减少换刀次数。第四, 工序集中原则, 一次装夹多道工序, 注意先后顺序。第五, 走刀路线最优原则, 加工中要避免刀具长时间的空走, 切削轨迹要合理, 起刀点的位置要便于机床更换刀具, 同时要求走刀路线最短[2]。

6 填写工艺卡片

表1为数控加工工艺卡。

7 结语

在数控车削加工中经常会遇到轴类零件的加工, 较好的工艺制定能有效提高零件的加工效率。但是工艺设计中有很多的注意点需要工艺人员仔细研究, 认真制定, 发挥设备的最大功效。数控技术在不断发展, 还有很多加工技术在不断更新, 我们要不断学习, 夯实基础, 勇于创新, 为中国数控事业的发展添砖加瓦。

摘要：以典型轴类零件为例, 分析加工方案, 确定加工方法和工艺。以期数控加工能有效提高加工质量, 缩短产品生产周期, 提升企业市场竞争力。

关键词：轴类零件,数控加工工艺,分析

参考文献

[1]徐嘉元.机械加工工艺基础[M].北京:机械工业出版社, 1989.

3.轴类零件加工策略 篇三

【中图分类号】TG519.1-4

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；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。下面以减速器中的传动轴为例对轴类零件加工策略进行阐述。

一、轴类零件加工的工艺策略：

1、零件图分析

减速器中的传动轴属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。根据工作性能与条件，传动轴的主要轴颈，特殊外圆以及特殊轴肩均有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。因此，传动轴的关键工序是特殊要求的轴颈和外圆的加工。

2、确定毛坯

一般传动轴外圆直径尺寸相差不大，选择热轧45圆钢作毛坯可满足要求。

3、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。由于其主要表面的公差等级较高，表面粗糙度Ra值较小，故车削后还需磨削。

4 、确定定位基准

传动轴的主要配合表面及轴肩面对基准轴线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。

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。先以毛坯外圆作粗基准，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。

5、加工阶段划分

各阶段划分大致以热处理为界。分为粗车（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）。

6、热处理工序安排

对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。调质处理一般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。

7、加工尺寸和切削用量

传动轴半粗车余量可取2mm，精车余量可选用，0.4mm，磨削余量可取0.1mm。

车削用量的选择，一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。

8、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。在半精加工外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；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定。

二、轴类零件加工的编程策略：

利用CAXA制造工程师或Mastercam等CAD＼CAM软件，按以下步骤进行进行自动编程：

建立轴类零件的几何模型→加工方案和加工参数的合理选取（粗精车均选用菱形涂层硬质合金外圆刀，副偏角48°，刀尖半径0.4mm，粗、精车主轴转速n取450r/min，进给速度F分别取0.15mm/r或0.05mm/r，吃刀深度ap分别选2mm和0.4mm；加工螺纹用硬质合金60°螺纹刀，刀尖半径0.2mm，主轴转速n取115r/min，吃刀深度ap分别选0.4mm和0.1mm；）→生成刀具轨迹→数控加工仿真（考虑加工过程的过切和欠切，机床各部件的干涉和碰撞。）→后置处理生成加工程序。

三、轴类零件加工的加工策略：

1、工件装夹：直接用三爪卡盘装夹，调头加工；能保证位置精度，尺寸精度和表面质量。

2、对刀：绝大多数的数控车床采用手动对刀，其常用方法有定位对刀法、光学对刀法、试切对刀法。以下以试切对刀法为例进行分析：

（1）、外圆车刀对刀：先回参考点；然后先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀，保持X向尺寸不变，Z向退刀，按设置编程零点键，CRT屏幕上显示X、Z坐标值都清成零；然后，主轴停转，测量工件外圆直径D，进刀补输入界面，输入所测量外圆数值。再将工件端面车一刀，进刀补输入界面，输入数值Z =0。系统内部完成了编程零点的设置功能。

（2）、普通外螺纹车刀对刀方法如下：先用用外圆车刀，把毛坯的端面和外圆车一刀。然后让主轴转起来。x方向：利用手轮，控制螺纹刀的刀尖往外圆表面上靠近，直到刀尖，贴上工件的外圆，即可停下。进刀补输入界面，输入所测量外圆数值。z方向：用手轮控制螺纹刀刀尖，逼近工件的端面，控制Z轴移动，目测刀尖在工件的右端面上，停下。进刀补输入界面，输入数值Z =0。

3、刀具的选择及安装：在实际生产中，数控车刀主要根据数控车床回转刀架的刀具安装尺寸、工件材料、加工类型、加工要求及加工条件从刀具样本中查表确定，其步骤如下：

（1）、据粗、精加工要求和加工条件确定刀片的牌号和几何槽形；

（2）、根据刀架尺寸、刀片类型和尺寸选择刀杆。

在刀具安装过程中应注意以下问题：

（1）、安装前保证刀杆及刀片定位面清洁，无损伤；

（2）、将刀杆安装在刀架上时，应保证刀杆方向正确；

（3）、安装刀具时需注意使刀尖等高于主轴的回转中心。

（4）、车刀伸出的长度不超过刀杆厚度的2倍。

（5）装车刀用的垫片要平整，一般用2-3片厚垫片。各垫片与刀杆正下方，前端与刀座边缘齐。

（6）车刀装上后，一般要紧固两个螺钉。紧固时，应轮换逐个拧紧。

4、程序校验：一般有空运行、图形模拟和实际加工几种方法。

5、首件试切：主要目的是验证程序编制和刀具选用是否正确。运行时操作者应关闭快速运动开关，打开单程序运行开关，使程序单段逐段运行；并将手置于暂停开关上。

6、首件试切后工件质量不合格则进行程序修改或刀具补偿，直到首件试切达到要求。

7、进行工件批量加工。

《参考文献》：

（1）、车工操作技术与窍门；何建民主编，机械工业出版社，2005.6；

4.8轴类零件的加工工艺分析 习题 篇四

课题：轴类零件的加工工艺分析习题

【学习目标】

1.知识点：了解轴类零件的加工工艺过程； 2.技能点：掌握轴类零件的加工工艺分析方法。3.过程与方法：自主学习，积极讨论，踊跃展示。

4.情感和价值观：激情投入课堂每一分钟，体验学习的快乐。【重点与难点】

轴类零件的加工工艺分析方法。【导学过程】

一、通过对课本第158-163页知识点的认真阅读，完成下面的问题： 1.试简述分析轴类零件加工工艺的分析过程。

2.试简述轴类零件加工工艺分析的内容有哪些。

3.如下图所示的齿轮轴零件主要用于传递动力，材料是20Cr，齿面要求高频淬火50~54HRC，批量生产，试分析其加工工艺。（课本35页图1-77）

4.如下图所示的齿轮轴零件主要用于传递动力，材料是45钢，齿面要求高频淬火48~52HRC，批量生产，试分析其加工工艺。（课本42页图1-83）

快乐学习班级：

姓名：

小组：

组内评价：

教师评价：

5.如下图所示的台阶轴零件主要用于传递动力，材料是40Cr，齿面要求表面淬火46HRC，批量生产，试分析其加工工艺。（课本44页图2-1）

6.分析课本158页图5-1所示的传动轴，材料为45钢，小批量生产，淬火硬度40~45HRC，试分析其加工工艺过程。

7.分析课本163页图5-1所示的C6136A型车床的挂轮轴，材料为45钢，小批量生产，热处理220~260HB，试分析其加工工艺过程。

三、试一下：能不能用最简洁的语言总结出本节课的主要内容？

四、课后总结：通过本节课的学习，同学们有哪些收获？

六、每日一笑

有两个香蕉一前一后走在大街上,前面那个突然说:好热,偶要把外套脱掉,然后后面的那个就滑倒了。

一天逛小吃街，发现一家卖蛋塔的店，每一种看起都十分美味可口，想买个来试试，我问店员:请问这是单卖（丹麦）的吗？，店员：不，这是日本的。

5.轴类零件 篇五

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行必要的数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

下图所示零件材料为45号钢，批量20件。

大作业一：轴类零件的数控加工工艺分析

要求：1.用AutoCAD软件绘制出零件二维图纸；

2.对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值；

3.对零件进行数控加工工艺分析； 4.编制数控加工工艺规程文件；

5.以上各项均要求以A4纸打印后上交，字体为宋体小四，1.5倍行距。并附上同组人员名单以及分工明细。

6.轴类零件 篇六

实 验 报 告

（实验）课程名称典型轴类零件的数控车削工艺与加工

电子科技大学教务处制表

电 子 科 技 大 学

实

验

报

告

学生姓名：dfkjf;laj lk 学fg dfg 指导教师：

实验地点：工程训练中心114

实验时间：f2012-4fsdf-15

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

三、实验学时：32

四、实验原理：

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。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、几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、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，应在图纸上标注其允许偏差。

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 Ra2.5~0.63?m，与轴承 相配合的支承轴径的表面粗糙度为 Ra0.63~0.16?m。

（二）、轴类零件的毛坯和材料及热处理）、轴类零件的毛坯和材料及热处理 轴类零件的毛坯和材料

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。

五、实验目的：了解典型零件的特点、生产过程与应用；学习工 实验目的： 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。

五、实验目的：

设计轴件，完成代码，完成轴件的加工。了解轴件加工的原理。

六、实验器材（设备、元器件）：

计算机、Mastercam X3软件、仿真软件、数控车床、90°外圆车刀、60°螺纹刀、切槽刀，尖头车刀量具及材料。

七、实验步骤：

1、设计零件，绘制图形。

2、根据零件图样进行工艺 实验步骤：

分析、处理，编制数控加工工艺文件。

3、根据加工工艺文件编制加 工程序。

4、在数控车床上加工出零件。工艺路线：

（1）夹一端，伸出101mm（2）先粗加工外轮廓SR9、R5、圆锥、M30及32、38的外圆！（3）精加工第（2）步

（4）切外圆为26的槽（5）加工M30的外圆（6）切断

八、实验数据及结果分析：

附件：轴类零件的数控加工工艺

程序： % G21 G0 T0101 G97 S1400 M03 G0 X42.Z0.G98 G1 X0.F60.G0 Z2.G97 S900 X28.395 Z4.5 G1 Z2.5 F200.Z-93.334 G2 X30.394 Z-99.965 R131.663 G1 X33.222 Z-98.551 G0 Z4.5 X26.396

G1 Z2.5 Z-64.969

X26.4 Z-64.98 Z-70.Z-75.Z-79.063

G2 X28.795 Z-94.864 R131.663 G1 X31.623 Z-93.449 G0 Z4.5 X24.397 G1 Z2.5 Z-59.971

X26.4 Z-64.98 Z-70.Z-75.Z-79.063 G2 X26.796 Z-84.527 R131.663 G1 X29.624 Z-83.113 G0 Z4.5 X22.397 G1 Z2.5 Z-54.974 X24.797 Z-60.971 X27.625 Z-59.557 G0 Z4.5 X20.398 G1 Z2.5 Z-49.976 X22.797 Z-55.974 X25.626 Z-54.559 G0 Z4.5 X18.399 G1 Z2.5 Z-24.879 X18.595 Z-24.93 G3 X18.81 Z-25.107 R.2 G1 Z-46.006 X20.798 Z-50.976 X23.627 Z-49.562 G0 Z4.5 X16.4 G1 Z2.5 Z-20.Z-24.8 X18.G3 X18.185 Z-24.823 R.2 G1 X18.595 Z-24.93 G3 X18.799 Z-25.061 R.2 G1 X21.628 Z-23.646 G28 U0.W0.M05 T0100 M00 G0 T0202 G97 S1200 M03 G0 X24.419 Z-23.522 G1 X20.648 Z-22.854 F120.G2 X17.912 Z-26.505 R30.482 F100.G1 Z-44.201 F120.G2 X18.38 Z-44.937 R30.482 G1 X21.208 Z-43.523 G0 X22.114 Z-26.493

G1 X18.312 Z-25.871

G2 X17.038 Z-28.102 R30.482 F100.G1 Z-42.603 F120.G2 X18.312 Z-44.835 R30.482 G1 X21.141 Z-43.421 G0 X21.296 Z-27.856

G1 X17.438 Z-27.33

G2 X16.163 Z-30.208 R30.482 F100.G1 Z-40.498 F120.G2 X17.438 Z-43.376 R30.482 G1 X20.266 Z-41.962 G0 X20.479 Z-29.559

G1 X16.563 Z-29.152

G2 X15.288 Z-35.353 R30.482 F100.X16.563 Z-41.554 R30.482 F120.G1 X19.391 Z-40.14 G97 S1300 G0 Z2.X16.G1 Z0.Z-20.X18.41 Z-25.107

G2 X14.887 Z-35.353 R30.682 X18.Z-45.R30.682 G1 X26.Z-65.Z-70.Z-75.G2 X25.969 Z-77.032 R131.863 X30.Z-100.R131.863 G1 X32.828 Z-98.586 G28 U0.W0.M05 T0200 M00

G0 T0303

G97 S600 M03 G0 X36.8 Z-69.G1 X20.4 F40.G0 X36.8 Z-68.2 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-69.8 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-70.2 G1 X26.4 G2 X25.6 Z-69.8 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-67.8 G1 X26.4 G3 X25.6 Z-68.2 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-66.386 X28.828 G1 X26.Z-67.8 G3 X25.6 Z-68.R.2 G1 X20.G0 X28.828 Z-71.614 G1 X26.Z-70.2 G2 X25.6 Z-70.R.2 G1 X20.X20.3 Z-69.85 G0 X28.828 Z-24.X26.8 G1 X10.4 G0 X26.8 Z-23.2 G1 X10.4 X10.64 Z-23.32 G0 X26.8

Z-24.8 G1 X10.4

X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-25.2 G1 X16.4

G2 X15.6 Z-24.8 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-22.8 G1 X16.4

G3 X15.6 Z-23.2 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-21.386 X18.828

G1 X16.Z-22.8 G3 X15.6 Z-23.R.2 G1 X10.G0 X18.828 Z-26.614

G1 X16.Z-25.2 G2 X15.6 Z-25.R.2 G1 X10.X10.3 Z-24.85 G0 X18.828 X36.8 Z-69.G1 X20.4 G0 X36.8 Z-68.2 G1 X20.4

X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-69.8 G1 X20.4

X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-70.2 G1 X26.4

G2 X25.6 Z-69.8 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-67.8 G1 X26.4 G3 X25.6 Z-68.2 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-66.386 X28.828 G1 X26.Z-67.8 G3 X25.6 Z-68.R.2 G1 X20.X20.3 Z-68.15 G0 X28.828 Z-71.614 G1 X26.Z-70.2 G2 X25.6 Z-70.R.2 G1 X20.X20.3 Z-69.85 G0 X28.828 Z-24.X26.8 G1 X10.4 G0 X26.8 Z-23.2 G1 X10.4 X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-24.8 G1 X10.4 X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-25.2 G1 X16.4 G2 X15.6 Z-24.8 R.4 G1 X10.4 X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-22.8

G1 X16.4

G3 X15.6 Z-23.2 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-21.386 X18.828

G1 X16.Z-22.8 G3 X15.6 Z-23.R.2 G1 X10.X10.3 Z-23.15 G0 X18.828 Z-26.614

G1 X16.Z-25.2 G2 X15.6 Z-25.R.2 G1 X10.X10.3 Z-24.85 G0 X18.828

G28 U0.W0.M05 T0300 M00

G0 T0404

G97 S800 M03 G0 X20.Z3.45 X15.022

G99 G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.301 X14.486

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.185 X14.068

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.087 X13.713

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.X13.4

G32 Z-22.F1.5

G0 X20.Z3.X13.4 G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.45 G28 U0.W0.M05 T0400 M01 G0 T0303

G97 S600 M03 G0 X44.Z-103.G98 G1 X40.F40.X1.8 X5.8 G0 X34.G28 U0.W0.M05 T0300 M30 %

九、实验结论：

完场轴件设计与代码实现，并且最后完成轴件的加工！

十、总结及心得体会：

在实验中自己通过对数控机床的操作切实的参与轴件的加工，对轴件的设计与代码的实现。

十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议： 实验的过程中时间的安排与其他的课会有所冲突。

报告评分：

指导教师签字：

平时得分：

实际操作得分：

报告得分：

总成绩：

指导教师：

7.轴类零件形状误差优化评定的研究 篇七

目前, 精确评定圆度及圆柱度误差通常采用三坐标测量仪、圆度仪、圆柱度仪的径向测量方法[1]。评定大多数采用最小二乘法 (LSM) [2], 该评定方法虽然简单快捷, 但由于不能满足形位误差评定的最小条件原则, 因此, 该方法是近似评定, 易对合格工件造成误判。在ISO及国家标准中, 包容评定法则能严格地按照最小条件进行评定, 它包括最小区域法 (MZC) 、最小外接法 (MCC) 、最大内切法 (MIC) 3种方法。3种方法的实质在于按不同的准则求出相应的理想要素, 若能确定拟合圆心、拟合轴线位置, 即可精确求出圆度、圆柱度误差。确定评定基准理想要素需建立误差评定规划模型, 通过选择合适的优化算法实现模型的求解[3,4]。

本研究在分析圆度、圆柱度误差几何模型的基础上, 建立其包容评定规划模型, 并利用线性规化的单纯形优化算法进行求解。

1 包容评定数学模型

包容拟合是指用理想包容要素 (理想要素的等距图形) 包容实际要素, 并使包容域的特征参量为最小, 与函数中的一致逼近理论相联系。如果拟合中仅有一个理想包容要素, 称之为单包容拟合;如果有两个理想包容要素, 用它们形成的带状域去包容实际要素, 则称为双包容拟合。最小外接拟合和最大内切拟合为单包容拟合, 最小区域拟合为双包容拟合。根据包容评定的定义, 可得到评定结果:

外包容:

$\text{Δ}=\underset{X}{{\displaystyle \min }}\underset{U}{{\displaystyle \max }}g(U,X)$

$s.th{}_j\left(X\right)=0,j=1,2,\cdots ,n(1)$

内包容:

$\text{Δ}=\underset{X}{{\displaystyle \max }}\underset{U}{{\displaystyle \min }}g(U,X)$

$s.th{}_j\left(X\right)=0,j=1,2,\cdots ,n(2)$

双包容:

$\Delta =\underset{X}{{\displaystyle \min }}(\underset{U}{{\displaystyle \max }}g(U,X)-\underset{U}{{\displaystyle \min }}g(U,X))$

$s.th{}_j\left(X\right)=0,j=1,2,\cdots ,n(3)$

式中 g (U, X) —实际要素与理想要素之间的误差Δ;U—理想要素上点坐标的参数向量;X—理想要素的位置参数向量。

当理想要素为平面曲线时, U=p, X= (x, y) T;当理想要素为曲面时U= (p, q) T, X= (α, β, γ, x, y, z) T, 其中α、β、γ为角位移变量, x、y、z为线位移变量。函数hj (X) 为条件包容拟合位置约束函数, 一般是位置参数的线性函数。

圆度误差评定几何模型, 如图1所示。在极坐标系中, 圆上各测点半径ri与方位角θi关系为ri=f (θi) 。评定基准圆心为O′, 其位置由x和y两参数决定, 各测点到评定基准圆心的距离Ri表示为:Ri=ri-xcosθi-ysinθi, 根据该几何特征, 并利用包容拟合定义, 可得到圆度误差评定规划模型。

最小外接圆法评定:

$\begin{array}{l}\min w=u\\ s.t.u\ge r{}_i-x\text{c}\text{o}\text{s}\theta {}_i-y\text{s}\text{i}\text{n}\theta {}_i\\ u,x,y\ge 0；i=1,2,\cdots ,n\end{array}\}(4)$

最大内切圆法评定:

$\begin{array}{l}\min w=-v\\ s.t.v\le r{}_i-x\text{c}\text{o}\text{s}\theta {}_i-y\text{s}\text{i}\text{n}\theta {}_i\\ v,x,y\ge 0；i=1,2,\cdots ,n\end{array}\}(5)$

最小区域法评定:

$\begin{array}{l}\min w=u-v\\ s.t.u\ge r{}_i-x\text{c}\text{o}\text{s}\theta {}_i-y\text{s}\text{i}\text{n}\theta {}_i\\ v\le r{}_i-x\text{c}\text{o}\text{s}\theta {}_i-y\text{s}\text{i}\text{n}\theta {}_i\\ u,v,x,y\ge 0；i=1,2,\cdots ,n\end{array}\}(6)$

式中 w—目标函数;u和v—特征参量, 分别表示最大半径和最小半径, 被测点以 (θi, ri) 来表示;其中θi—转角参数;ri—采样点处测得的半径值。

同理, 可以建立圆柱度误差评定规划模型, 其几何模型, 如图2所示。圆柱上各测点半径ri与方位角θi及高度zi之间的关系为ri=f (θi, zi) 。评定圆柱度误差时, 评定基准轴线O′T的方向由α和β两参数决定, 位置由x和y两参数决定。由于圆柱度几何模型复杂, 实际圆柱面各测点到评定基准轴线上的距离为非线性关系, 为求解方便, 可基于测量评定误差的两点假设[5] (小偏差假设和小误差假设) 将其线性化, Ri可表示为:

Ri=ri-xcosθi-ysinθi-αzicosθi+βzisinθi

由此得到圆柱度误差评定规划模型。

最小外接圆柱法评定:

$\begin{array}{l}\min w=u\\ s.t.u\ge r{}_i-x\text{c}\text{o}\text{s}\theta {}_i-y\text{s}\text{i}\text{n}\theta {}_i-\alpha z{}_i\sin \theta {}_i+\beta z{}_i\cos \theta {}_i\\ u,x,y,\alpha ,\beta \ge 0；i=1,2,\cdots ,n\end{array}\}(7)$

最大内切圆柱法评定:

$\begin{array}{l}\min w=-v\\ s.t.v\le r{}_i-x\text{c}\text{o}\text{s}\theta {}_i-y\text{s}\text{i}\text{n}\theta {}_i-\alpha z{}_i\sin \theta {}_i+\beta z{}_i\cos \theta {}_i\\ v,x,y,\alpha ,\beta \ge 0；i=1,2,\cdots ,n\end{array}\}(8)$

最小区域法评定:

$\begin{array}{l}\min w=u-v\\ s.t.u\ge r{}_i-x\text{c}\text{o}\text{s}\theta {}_i-y\text{s}\text{i}\text{n}\theta {}_i-\alpha z{}_i\sin \theta {}_i+\beta z{}_i\cos \theta {}_i\\ v\le r{}_i-x\text{c}\text{o}\text{s}\theta {}_i-y\text{s}\text{i}\text{n}\theta {}_i-\alpha z{}_i\sin \theta {}_i+\beta z{}_i\cos \theta {}_i\\ u,v,x,y,\alpha ,\beta \ge 0；i=1,2,\cdots ,n\end{array}\}(9)$

式中 w—目标函数;u和v—特征参量, 被测点以 (θi, zi, ri) 来表示, 其中θi—转角参数, zi—轴向坐标, ri—采样点处测得的半径值。

2 包容评定的最小条件判据

形位误差评定的基本原则是遵循最小条件[6], 所建立的规划模型评定误差是否符合要求, 需用最小条件判据来进行校验。上述建立的圆度、圆柱度形状误差评定模型可以归结为统一的线性规划模型, 规划的最优条件也就是评定问题的最小条件, 它对于评定的理论认识、评定方法的解算、评定结果的仲裁等方面起着关键性的作用。

将被测点到评定基准的距离用下式表示:

式中 p—形成变量, 表示表面形状所需的独立变量;q—描述变量, 表示确定评定基准位置所需的独立变量;g (p) —测量数据, 它是形成变量p的函数;h (p) —p的矢量函数。

由上述可知, f (p;q) 为q的线性函数, f (p;q) 为高值点集合映射, 是一凸函数, f (p;q) 为低值点集合的映射, 是一凹函数, 理论证明对于最小区域法评定要使minimize△ (p;q) 成立的q必须满足:

$conv\overline{f}(q)]{\displaystyle \cap \text{c}}\text{o}\text{n}\text{v}[\underset{-}{{\displaystyle f}}(q)]\ne \text{ϕ}(11)$

对于最小外接法、最大内切法评定要求q满足:

0∈conv$[\underset{-}{{\displaystyle f}}(q)](0\in \text{c}\text{o}\text{n}\text{v}[\overline{f}(q)])(12)$

其中, conv$[\underset{-}{{\displaystyle f}}(q)]$、conv$[\overline{f}(q)]$为集合R的凸包。

最小条件的判别只与高、低值点的集合有关, 式 (11) 、式 (12) 满足时达到最小条件, 否则未达到小条件, 它是满足最小条件的充要条件。

3 规划模型的求解

由上述可知, 圆度、圆柱度误差评定模型的最优解确保了形状误差评定中的最小条件, 因此求解线性规划模型的最优解是误差评定的关键。求解线性规划的方法很多, 包括:单纯形法、对偶解法、有效集法、多项式算法等[7], 对于不同的线性规划问题, 寻求合适的解法, 从而提高求解精度和速度是线性规划问题的关键, 本研究利用单纯形法实现了规划模型的求解。

3.1 线性规划的标准形式

线性规划的数学模型包括决策变量、目标函数、约束条件3部分, 具有m个约束条件和n个设计变量的线性规划问题的标准形式为:

目标函数:

$\min {\rm Z}={\displaystyle \sum _{j=i}^{n}c}{}_{j}x{}_j(13)$

满足于约束条件:

$s.t.\{\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{j=1}^{n}a}{}_{ij}x{}_j=b{}_{i}i=1,2,\cdots ,m\\ x{}_j\ge 0j=1,2,\cdots ,n\end{array}(14)$

式中 xj—待确定的非负决策变量;cj—与决策变量相对应的价格系数;aij—技术系数;bi—右端项系数。

求解线性规划问题的方法一般要求将问题用标准形式表达, 将一般型线性规划化为标准型的方法有:

(1) 若目标函数是求极大化的线性函数, 即maxZ, 只需令Z′=-Z, 于是有min Z′, 就将极大化问题转化为极小化问题。

(2) 对于“≤”约束, 可以引入非负的松弛变量xn+1, 在不等式左端加上松弛变量, 使之变为等式约束;同理, 对于“≥”约束, 在不等式左端减去松弛变量xn+1, 使之变为等式约束。

(3) 对于自由变量, 通常可以用两个非负变量的差来表达, 比如自由变量xi, 引入两个非负变量xi1, xi2, 使xi=xi1-xi2。

3.2 单纯形法原理

单纯形法的基本思路是采取逐步逼近的方法求得最优解。标准线性规划的可行域是凸多面体, 若非空, 则必有基本可行解;若有最优解, 则必有最优基本可行解。由此看来, 只须进行基本可行解的叠代。单纯形法的寻优过程可以通过基本可行解来描述:寻找一个初始基本可行解;检查现行的基本可行解是否为最优;从一个基本可行解叠代出使目标函数值下降的另一个基本可行解。

采用向量表示法, 标准型线性规划可写成:

minZ=CΤBXB+CΤNXN

s.t. BXB+NXN=b XB, XN≥0 (15)

式中 XB—基变量, XB= (x1, x2, …, xm) Τ;XN—非基变量, XN= (xm+1, xm+2, …, xn) Τ;与此相对应系数矩阵A= (B, N) , 其中, B—基本可行解所对应的基本矩阵, B= (a1, a2, …, am) ;N—非基变量的系数所对应的矩阵, N= (am+1, am+2, …, an) 。

如令所有的非基变量的取值为零, 则关于B的基本可行解为:

$X{}^{(0)}=\left[\begin{array}{l}X{}_B\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}B{}^{-1}b\\ 0\end{array}\right](16)$

对于任意满足AX=b的X可写为:

$X=\left[\begin{array}{l}X{}_B\\ X{}_{{\rm N}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}B{}^{-1}b-B{}^{-1}{\rm N}X{}_{{\rm N}}\\ X{}_{{\rm N}}\end{array}\right](17)$

与其相应的目标函数值为:

Z=CΤBB-1b+σΤNXN=Z (0) +σΤNXN (18)

其中, Z (0) =CΤBB-1b是与基本可行解X (0) 对应的目标函数值, σ${}_{{\rm N}}^{{\rm T}}$=C${}_{{\rm N}}^{{\rm T}}$-CΤBB-1N, σN为与非基本变量XN对应的检验向量, 它的各个分量称为检验数。若σN的每个检验数均大于等于0, 即σN≥0, 那么这个基本可行解就是最优解。

如果现行的基本可行解不是最优解, 则需要在原基本可行解的基础上寻找一个新的基本可行解, 并使目标函数有所改善。其办法是:从检验数为正的非基变量中确定一个换入变量, 使之变为基变量, 再从原来的基变量中确定一个换出变量, 使之变为非基变量, 从而得到一个新的基本可行解。为了保证新的基本可行解能够使目标函数值有所改善, 换入变量和换出变量的确定应分别满足最大减少原则和最小比值原则。

3.3 求解步骤

基于上述算法原理的形状误差, 计算机评定的一般步骤如下[8]:

(1) 将形状误差评定的规划模型化为标准形式, 如式 (14) ;

(2) 输入各测点坐标值及误差测量值;

(3) 计算理想要素初值;

(4) 利用单纯形算法求取线性规划的最优解, 即获得理想要素位置;

(5) 用最小条件判据进行校验, 若不满足, 改变单纯形算法的初始值并执行 (4) , 否则继续下一步;

(6) 输出理想要素位置和误差评定结果。

4 计算机评定实例

实际测量评定一个ϕ80 mm轴, 周向等角度采样1 000个点, 等间距测量3个截面。分别进行最小二乘法、最小区域法、最小外接法、最大内切法圆柱度的评定, 其中后三种利用上述单纯形优化算法求解。评定结果, 如表1所示。对比结果可以看出, 最小二乘评定比包容评定结果偏大, 最小区域评定结果最小, 可作为仲裁的依据。同一组数据, 圆柱度仪最小区域评定结果为6.582 μm, 本研究算法求得结果与其接近并且偏小。

最小区域法评定结果的三维显示图, 如图3所示, 分别给出了两评定理想圆柱包容被测轴的情况, 以及第2个截面处的包容情况, 从图中可以直观地看出双包容评定满足最小条件时特征高、低点的分布。

本研究通过对不同测量点数的各种情况数据进行了验证, 结果表明, 评定具有较高的求解精度和可靠性, 且能够快速收敛。

5 结束语

本研究针对轴类零件形状误差评定的几何特征, 建立了圆度、圆柱度误差评定的数学模型, 并将包容评定统一为线性规划问题。在此基础上采用优化单纯形算法进行求解, 可求得符合最小条件的评定基准轴线, 进而求得符合最小条件的圆度、圆柱度误差。通过大量实验验证, 可获得准确、可靠的误差评定结果, 表明了上述模型的建立及优化评定算法具有理论上的正确性, 从而为轴类零件形状误差的优化评定提供了一种可行、有效的方法。

参考文献

[1]艾青林, 吴玉厚, 富大伟.零件圆柱度误差测量的现状及发展趋势[J].沈阳建筑工程学院学报, 2001, 17 (1) :71-74.

[2]朱芳利, 葛动元, 岳卫宏.轴类零件形位误差数据的处理[J].机械传动, 2004, 28 (2) :28-30.

[3]CARR K, FERREIRA P.Verification of form tolerances, partⅡ:cylindricity and straightness of a median line[J].Precision Engineering, 1995, 17 (2) :144-156.

[4]WEBER T, MOTAVALLI S, FALLAHI B, et al.A unifiedapproach to form error evaluation[J].Precision Engineer-ing, 2002, 26 (3) :269-278.

[5]熊有伦.精密测量的数学方法[M].北京:中国计量出版社, 1989.

[6]粟时平, 李圣怡, 王贵林.基于鞍点规划法的形位误差计算机评定[J].计量学报, 2003, 24 (1) :26-28.

[7]薛毅.最优化原理与方法[M].北京:北京工业大学出版社, 2001.

8.某轴类零件的加工工艺分析 篇八

1引言

本次所加工的连接轴属于台阶轴类零件，是由圆柱面、轴肩、轴端螺纹孔、键槽等组成。轴肩是用来固定安装在轴上的轴承，键槽用于安装键，以传递转矩;螺纹用于安装吊钩锁紧螺母。

2加工图纸分析

根据工作性能与条件，该传动轴规定了主要轴颈（含有键槽）以及轴肩有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值。另外对于尾端螺纹孔的技术要求也是成品能否正常工作的重中之重。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前段含有键槽轴颈和尾端螺纹孔的加工。如图1所示为吊钩连接轴的加工技术要求图。

图1 传动轴零件图

3吊钩传动轴加工流程及分析

根据轴类零件的加工工艺流程并集合本次所加工传动轴的实际情况，该传动轴的工艺路线如下：

车两端面，钻中心孔→粗车各外圆→半精车各外圆，倒角→粗磨加工→精磨加工→铣键槽→钻孔→检验。

（1）确定毛坯

吊钩连接轴为一般传动轴，故选45钢可满足其要求。该传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择Φ100mm的热轧圆钢作毛坯。

（2）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。由于该传动轴的大部分要表面的公差等级（IT6）较高，表面粗糙度Ra值较小，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。

（3）确定定位基准

吊钩连接轴并不是所有的面都进行加工，所选取有的Φ100mm毛坯中间一段无需进行加工，则取图中B作为粗基准。对其他需要加工的表面，根据加工余量最小来找正。精基准的选择则选取Φ80mm的装配的轴承面。

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。由于该零件的几个主要配合表面及轴肩面对基准轴线A-B均有端面圆跳动和径向圆跳动的要求，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。

（4）划分加工阶段

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。

（5）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。

（6）加工尺寸和切削用量

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《切削用量手冊》中选取。

传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定。

（7）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。采用卡顶法可避免这种现象的产生。

精加工时，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。

（8）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表面粗糙度值。在制定传动轴的加工工艺过程中，除了考虑主要装配表面加工的同时，还需考虑次要表面的加工。在半精加工Φ60mm、Φ65mm及Φ80mm外圆时，应车到图样所规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角;Φ60mm面上的键槽应该在半精车工序后和磨削工序前铣削加工出来，这样既可以确保在铣键槽时有精确的定位基准，又可以避免在精磨后铣键槽时磨损已经精加工出来的的外圆表面。

结语

在现实生产中轴类零件的加工，占有很大一部分的比例，只有利用合理的加工工艺才能生产出合格的工件。每一次的加工都不能马虎，每一部分加工都能决定产品的成败。

参考文献：

【1】吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，2008，6

【2】 林弈鸿.机床数控技术及其应用.北京：国防工业出版社，2001，2