零件的结构工艺性分析(格式)

毕业设计(论文)

零件的结构工艺性分析

学 院

年 级 专 业

学 号 学生姓名

指导老师

工业制造与管理学院 2 刘俊蓉 2013 年 3 月

毕业论文(设计)诚信承诺书

四川科技职业学院毕业设计（论文）评审表（指导教师用）

说明：在“A、B、C、D、E”对应的栏目下划“√”

四川科技职业学院毕业设计(论文)任务书

摘 要

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，它是继传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通讯技术和光电技术一体的现代制造业的基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。数控装备则是以数控技术为代表的新技术对传统制造业和新兴制造业的渗透而形成的机电一体化的产品。数控技术制造自动化的基础，是现在制造装备的灵魂核心，是国家工业和国防工业现代化的重要手段，关系到国家的战略地位，体现国家的综合水平，其水平高低和数控装备的多少是衡量一个国家工业现代化的标志。

零件的结构工艺性是指在满足使用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。机械零部件的工艺性不足是现代工业生产中提高效益、确保产品质量的关键。零部件的结构应满足在制造、维修全过程中符合科学性、可行性和经济性的要求。工艺性具有整体性、相对性和灵活性的特点。本论文就数控加工对典型的轴类零件进行的零件结构工艺性分析，主要是对零件图的分析、毛胚的选择、零件的热处理、工艺路线的制定、数控加工工艺文件的填写、数控加工过程的编写。设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点，以及对零件的加工工艺进行分析。

关键词：零件；结构；工艺性；数控加工

目 录

第一章 零件的结构工艺性 ............................................ 1

1.1、零件结构工艺性的一般原则 ....................................... 1

1.1.1、便于安装 .............................................. 1

1.1.2、便于加工和测量 ........................................ 1

1.1.3、利于保证加工质量和提高生产效率 ........................ 2

1.2、零件的结构工艺性 ............................................... 2

1.2.1、合理确定零件加工精度与表面质量 ........................ 2

1.2.2、保证位置精度的可能性 .................................. 2

1.2.3、尽量避开或简化内表面的加工 ............................ 2

1.2.4、合理的规定表面粗糙等级和粗糙度的数值 .................. 2

1.2.5、零件结构工艺分析——图纸的审查 ........................ 3

第二章 零件加工工艺分析 ............................................ 9

2.1、分析零件图纸中的尺寸标注 ...................................... 10

2.2、零件的结构工艺性分析 .......................................... 11

第三章 工艺方案 ................................................... 12

3.1、零件的材料选择、毛胚及热处理 .................................. 12

3.1.1、轴类零件的材料 ....................................... 12

3.1.2、轴类零件的热处理 ..................................... 12

3.2、轴类零件的安装方式 ............................................ 12

3.2.1、采用两中心孔定位装夹 ................................. 13

3.2.2、用外圆表面定位装夹 ................................... 13

3.2.3、用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 ......................... 13

第四章 零件加工工艺设计 ........................................... 14

4.1、确定加工路线 .................................................. 14

4.2、数控加工工艺过程卡片 .......................................... 15

4.3、编写程序数控加工程序 .......................................... 16

结 论 .............................................................. 20

致 谢 ............................................................. 21

参考文献 ........................................................... 22

第一章 零件的结构工艺性

1.1、零件结构工艺性的一般原则

为了获得良好的工艺性，设计人员首先要了解和熟悉常见的加工策略毕业论文的工艺特点。典型表面的加工方案以及工艺过程的基本知识等。在具体设计零件结构时，除了考虑满足使用要求之外，通常还应该注意如下几项原则：

1.1.1、便于安装

零件的结构应便于装配、拆卸，并尽可能减少装配工作量。主要应考虑：

（1）能装能拆

例如，为螺钉留出装入的空间和合理的扳手工作空间、对圆柱面过盈配合零件增设拆卸螺钉、采用便于装配的结构等。

（2）保证正确地安装

例如，要有正确的装配定位基准、要求零件的端面同时贴合、采用不易导致安装错误的结构等。

（3）力求降低装配精度要求

例如，圆柱齿轮传动

两轮沿全齿宽接触等。 小齿轮应比大齿轮宽一些，即使有装配误差，仍能保证

1.1.2、便于加工和测量

零件的切削加工工艺对零件结构设计影响很大，因此应考虑零件的结构要能够加工，例如车、刨、磨加工应留有退刀槽或砂轮越程槽等。

零件的结构要便于加工，例如，保证采用一般刀具加工时所需的工作空间和定位支承面，减少刀具及量具的种类，减少刀具调整次数等。

1.1.3、利于保证加工质量和提高生产效率

例如，被加工表面形状应尽量简单、尽量减少加工面积、尽量减少加工过程的装夹次数、尽量减少工作行程次数。

1.2、零件的结构工艺性

1.2.1、合理确定零件的加工精度与表面质量

加工精度若定得过高会增加工序，增加制造成本，过低会影响机器的使用性能，故必须根据零件在整个机器中的作用和工作条件合理地确定，尽可能使零件加工方便制造成本低。

1.2.2、保证位置精度的可能性

为保证零件的位置精度，最好使零件能在一次安装中加工出所有相关表面，这样就能依靠机床本身的精度来达到所要求的位置精度。

1.2.3、尽量避开或简化内表面的加工

由于外表面的加工要比内表面加工方便经济，又便于丈量。因此，在零件设计时应力求避开在零件内腔进行加工。

1.2.4、合理的规定表面的粗糙等级和粗糙度的数值

在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值。在对机械产品设计进行机械加工工艺性评价时，必须对主要工作表面的尺寸公差、极限偏差逐一加以校核。在没有特殊要求的情况下，表面粗糙度值应与该表面加工精度等级相对应。

尽量选用切削加工性好的材料。材料的切削加工性是指在一定生产条件下，材料切削加工的难易程度。材料切削加工性评价与加工要求有关，粗加工时要求具有较高

的切削效率；精加工时则要求被加工表面能获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度。

材料的强度高，切削力大，切削温度高，刀具磨损快，切削加工性差；材料强度相同时，塑性较大的材料切削大较大，切削温度也较高，易与刀具发生粘接，刀具磨损加剧，表面粗糙度值增大，切削加工性差；在钢材中适当添加磷、硫等元素，可以降低钢的塑性，对提高钢材的切削加工性有利。

1.2.5、零件结构工艺分析——图纸的审查

零件的结构工艺性是指在满足使用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。主要考虑如下几方面。

（1）有利于达到所要求的加工质量

①合理确定零件的加工精度与表面质量

图1-1 有利于保证位置精度的工艺结构

(a) 错误 (b) 正确

加工精度若定得过高会增加工序，增加制造成本，过低会影响机器的使用性能，故必须根据零件在整个机器中的作用和工作条件合理地确定，尽可能使零件加工方便制造成本低。

②保证位置精度的可能性

为保证零件的位置精度，最好使零件能在一次安装中加工出所有相关表面，这样就能依靠机床本身的精度来达到所要求的位置精度。如图1-1(a)所示的结构，不能保证φ80㎜与内孔φ60㎜的同轴度。如改成图(b)所示的结构，就能在一次安装中加工出外圆与内孔，保证二者的同轴度。

(2) 有利于减少加工劳动量

①尽量减少不必要的加工面积减少加工面积不仅可减少机械加工的劳动量，而且还可以减少刀具的损耗，提高装配质量。图 1-2(b)中的轴承座减少了底面的加工面积，降低了修配的工作量，保证配合面的接触。图1-3(b)中减少了精加工的面积，又避免了深孔加工。

图1-2 减少轴承座底面加工面积

图1-3 避免深孔加工的方法

（a) 错误 (b) 正确

②尽量避免或简化内表面的加工

图1-4 将内表面转化为外表面加工

(a) 错误 (b) 正确

因为外表面的加工要比内表面加工方便经济，又便于测量。因此，在零件设计时应力求避免在零件内腔进行加工。如图1-4所示箱体，将图(a)的结构改成图(b)所示的结构，这样不仅加工方便而且还有利于装配。再如图1-5所示，将图(a)中件2上的内沟槽a加工，改成图(b)中件1的外沟槽加工，这样加工与测量就都很方便。

图1-5 将内沟槽转化为外沟槽加工

(a) 错误 (b) 正确

(3) 有利于提高劳动生产率

图1-7 退刀槽尺寸一致

(a) 错误 (b) 正确

①零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。如图1-7(b)中改为退刀槽尺寸一致，则减少了刀具的种类，节省了换刀时间。如图1-8(b)采用凸台高度等高，则减少了加工过程中刀具的调整。如图1-9(b)的结构，能采用标准钻头钻孔，从而方便了加工。

图1-8 凸台高度相等

(a) 错误 (b) 正确

②减少零件的安装次数 零件的加工表面应尽量分布在同一方向，或互相平行或互相垂直的表面上；次要表面应尽可能与主要表面分布在同一方向上，以便在加工主要表面时，

图1-9 便于采用标准钻头

(a) 错误 (b) 正确

同时将次要表面也加工出来；孔端的加工表面应为圆形凸台或沉孔，以便在加工孔时同时将凸台或沉孔全锪出来。如1-10图(b)中的钻孔方向应一致；图1-11(b)中键槽的方位应一致。

图1-10 钻孔方向应一致 图1-11 键槽方位一致

(a)正确 (b)错误 (a)正确 (b)错误

零件的结构应便于加工如图1-12(b)、1-13(b)所示，设有退刀槽、越程槽，减少了刀具(砂轮)的磨损。图1-14(b)的结构，便于引进刀具，从而保证了加工的可能性。

图1-12 应留有越程槽

(a)正确 (b)错误

图1-13应留有退刀槽

(a)正确 (b)错误

图1-14砖头应能接近加工表面

(a)错误 (b)正确

便于多刀或多件加工如图1-14(b)所示，为适应多刀加工，阶梯轴各段长度应相

似或成整数倍；直径尺寸应沿同一方向递增或递减，以便调整刀具。零件设计的结构要便于多件加工，如图1-15所示，图(b)结构可将毛坯排列成行便于多件连续加工。

图1-15 便于多刀加工

(a)错误 (b)正确

图1-16 便于多件连续加工

(a)错误 (b)正确

第二章 零件加工工艺分析

图2-1

图2-2

轴套零件是各种机械中最常见的零件之一。数控车床加工点轴类零件一般由圆柱面、圆锥面、圆弧面、台阶、端面、内孔、螺纹和沟槽构成，材料为45#。如上图所示的轴套零件配合件适合采用数控车床加工。通常轴类零件上的圆柱面用于支撑传动零件（如带轮、齿轮等）和传递扭矩，圆锥面有传递扭矩、高精度定心和装卸方面等特点，端面和台阶用来确定装在轴上的零件的轴向位置，螺纹常用于轴或轴上零件的锁紧，沟槽的作用是使磨削外圆或车螺纹时退刀方便，还可以对轴上的传动零件进行轴向定位。

如上图2-1、2-2所示的轴套配合件适合采用数控加工。通常轴类零件上的圆柱面用于装卸方面等特点，端面和台阶用来确定装在轴上的零件的轴向位置，螺纹常采用于轴或轴上的锁紧，沟槽的作用是使磨削外圆或车螺纹是退刀方便，还可以对轴上的传动零件进行轴向定位。如上图所示轴套配合件为该零件未进行热处理前的零件工序图。

该零件属于轴套配合件。其主要技术要求为：不许用锉刀修整表面。左端φ30的外圆对φ20的槽的同轴度公差为0.01mm，周涛内径和外径的同轴度为0.05mm,φ30的外径与φ48的外径的垂直度为0.02mm.

2.1、分析零件图纸中的尺寸标注

对数控加工来说，最倾向与同一基准引注尺寸或直接给坐标尺寸这就是坐标标注法。这种标注法，即便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，保证设计、定位、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员往往在尺寸标注中较多的考虑装配等使用特性要求。而不得不采取局部分散的标注方法，这样会给工序安排与数控加工带来很多不便，事实上，由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的累计误差而破坏使用特性，因而改变局部的分散标注法为集中引注或坐标式尺寸、标注是完全可行的。上图所示即为尺寸标注法，这是基本采用数控设备制造并充分考虑数控加工特点所采取的一种设计原则。

2.2、零件的结构工艺性分析

零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下制造、维修的可行性和经济性。即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高，它涉及面广，采此有必要对零件进行结构工艺性分析，找出技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的加工措施加以保证。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。

该零件的视图符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素之间的关系准确；尺寸标注完整、清晰。

（1）尺寸精度

轴是轴类零件的主要表面，他影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6-IT9,精密轴颈可达IT5，套的外径精度相对于内径精度来说相对高一些。

该零件总长度为125mm,20的槽上偏差为0，下偏差为0.08精度要求非常高。30外圆的上偏差为0，下偏差为-0.02.最左端外圆直径为φ30，上偏差为0.09，下偏差为0.套与轴的配合处的公差为正负0.06.

（2）表面粗糙度的要求

根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度。例如普通机床主轴支撑轴颈的表面粗糙度为Ra1.6-6.3um。随着机械运转速度的增大和精密度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。

第三章 工艺方案

3.1、零件的材料选择、毛坯及热处理

3.1.1、轴类零件的材料

⑴ 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20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

⑵ 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。

3.1.2、轴类零件的热处理

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。

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。

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。 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。

3.2、轴类零件的安装方式

轴类零件的安装方式主要有以下三种。

3.2.1、采用两中心孔定位装夹

一般以重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准，它自身质量非常重要，其准备工作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。

3.2.2、用外圆表面定位装夹

对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。

3.2.3、用各种堵头或拉杆心轴定位装夹

加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴。

第四章 零件加工工艺设计

4.1、确定加工路线

加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 应能保证加工精度和表面粗糙要求； 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间;

选择切入切刀方向，尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。

应尽量简化数学处理时的，数值计算工作量，以减少编程工作量。 加工路线如下： 平右端面画；

用G71循环粗加工指令右轮廓到88； 用G70精加工指令进行精加工； 然后用G75指令切φ20的槽; 用G92指令加工M20的螺纹； 调头加工左端轴、并且保证长度；

用G71循环粗加工指令进行加工右轮廓到46； 用G70循环精加工指令进行精加工左端外轮廓； 用G75切槽；

取下轴套、对套筒进行加工；

夹住毛坯右端，手动车削端面，程序加工外圆； 调头加工毛坯左端，并在保证长度的情况下车削端面； 手动钻φ24内孔； 编程自动镗内孔到Z-42；

对工件进行测量，取下工件，收拾工具，进行总结；

4.2、数控加工工艺过程卡片

4.3、编写程序数控加工程序

车削轴右端 O0001

N10 MO3 S500 T0101 N15 GOO X52 Z2 M08; N20 G71 U2.0 R1.5;

N25 G71 P30 Q70 UO.3 W0.1 F0.25; 循环粗车右端外圆 N30 G00 X14; N35 G01 Z0 F0.3; N40 X20 Z-3; N45 Z-23.92;

N55 Z-61;

N60 G02 X48 Z-88; N65 G01 X48 Z-88; N70 G01 X80; N75 G00 X80; N80 Z100;

N85 M03 S1200 T0101; N90 G00 X52 Z2;

N95 G70 P30 Q70 F0.15; N100 G00 X80; N105 Z100; N110 M05 M00; N115 M03 S500 T0202; N120 G00 X34 Z-39.96; N125 G75 R0.1;

N130 G75 X19.96 Z-48 P500 Q3500 F0.2; N135 G00 X100; N140 Z100;

N145 M03 S800 T0303; N150 G00 X22 Z-2;

N155 G92 X19.4 Z-16 F2.0; N160 X18.8; N165 X18.3; N170 X17.8; N175 X17.5; N180 X17.4; N185 G00 X100; N190 Z100;

精车右端外圆 切槽 车螺纹

N200 M05; N205 M30; 车削轴左端 O0002

N05 M03 S500 T0101; N10 G00 X52 Z2; N15 G71 U2.0 R1.5;

N20 G71 P25 Q61 U0.4 W0.1 F0.3; N25 G00 X27.05; N30 G01 Z0 F0.3; N35 X29.05 Z-1; N40 Z-15; N45 X35 Z-40; N50 Z-45; N55 X46; N60 X48 Z-46; N65 X52; N70 G00 X80; N75 Z100; N80 M05 N85 M00;

N90 M03 S1200 T0101; N95 G00 X50 Z2;

N100 G70 P25 Q61 F0.2; N105 G00 X80; N110 Z100; N115 S500 T0202; N120 G00 X33 Z-15;

粗车左端外圆 精车左端外圆

N125 G75 R0.1;

N130 G75 X27.05 Z-15 P500 Q1000 R0 F0.2; 切槽 N135 G00 X100; N140 Z100; N145 M09; N150 M05; N155 M30; 编写内孔程序 O0003

N05 M03 S500 T0404; N10 M08;

N15 G00 X22 Z2; N20 G71 U2.0 R1.5;

N25 G71 P25 Q40 U-2.0 W0.1 F0.2; N30 G00 X24; N35 G01 Z0 F0.2; N40 X30.04 Z-25; N45 Z-42; N50 GOO Z100; N55 X100; N60 M05; N65 M00; N70 M03 S1100; N75 G00 X22 Z2;

N80 G70 P25 Q40 F0.1; N85 M09; N90 G00 Z100; N95 X100; N100 M30;

粗镗内孔 精镗内孔

结 论

通过这次毕业论文，让我更加了解机械零件结构工艺性设计是涉及诸多因素的综合性不足，它与所选的制造机械零件材料的性能、制造工艺过程、生产的现场条件、生产批量及经济性等众多因素有关，机械零件结构工艺尤其应考虑零件整个生产工艺过程结构的合理性.培养了我综合运用所学的基础理论知识，技术基础，专业知识和实践技能去分析和解决实际工作中的一半工程技术问题和能力，使我建立了正确的设计思想，学会如何把三年所学的理论知识运用到实践当中去。巩固专业基础知识，还利用CAD进行工艺刀路设计的能力，并进一步巩固，扩大和深化了我所学的基本知识和基本技能，提高论文设计计算，计算机制图，工艺规程编制，设计说明书，正确使用技术资料，标准手册等工具书的能力。

随着科技的进步和加工经验的累积，加工精度会更加提高，加工难度会根据机床的开发与设计会变的更加简易，让机械加工的适宜人群扩大，工业是社会发展的血液，工业的发展是和国防科技及国家经济息息相关，熟练的时候CAD软件会简化程序及提高加工效率、数控技术普及率。

致 谢

在此次毕业设计和论文写作过程中，我通过查资料和收集相关文献， 使我增长了不少的专业知识，学习到了很多课堂无法学习到的知识，从被动的学习变为了主动的学习。增强了自学能力和动手能力，在学习上有很大的突破。学习要有好奇心和耐心，遇到问题也要有毅力去解决它，总会找到解决问题的办法。而且还要学会与人合作，共同探讨和解决问题，这样做起事情来回事半功倍。

在这次毕业设计和论文写作中， 谨向我尊敬的指导老师刘俊蓉老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。无论是程序的编写还是论文的撰写， 刘老师都将他的知识与经验心得毫不保留的传授给我们，给予我真诚的鼓励、 中肯的建议和悉心的指导他以严谨的治学作风给予我深深地影响促使我在整个毕业设计过程中精益求精。另外， 我还要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的精心教导使我们有了良好的专业知识， 这也是论文完成的基础。

也要感谢此次毕业设计和论文写作中，给予我帮助的同学。

最后，我再次衷心的感谢所有关心、支持、帮助过我的老师和同学，祝你们身体健康、工作顺利、幸福平安。

参考文献

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