传动轴数控加工工艺设计 毕业论文.doc
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1、宜宾职业技术学院宜宾职业技术学院 毕业设计毕业设计 题目:传动轴数控加工工艺设计 系 部 现代制造工程系 专 业 名 称 数 控 技 术 班 级 数 控 11102 姓 名 学 号 201114849 指 导 教 师 2013 年 10 月 1 日 传动轴数控加工工艺设计传动轴数控加工工艺设计 指 摘摘 要要 本次设计内容介绍了数控加工工件的材料选择、零件图分析、加工工艺 分析以及数控编程等。在此以本设计(传动轴的设计与加工工艺)为例。 关键词关键词:传动轴,加工工艺,数控编程 目目 录录 1 绪论1 2 零件图样工艺性分析2 2.1 传动轴的功用与结构特点.3 2.2 传动轴的技术要求.3
2、2.2.1 尺寸精度.3 2.2.2 几何形状精度3 2.2.3 相互位置精度4 2.2.4 表面粗糙度.4 3 传动轴的加工工艺设计5 3.1 毛坯的选择.5 3.2 夹具、刀具的选择.5 3.3 确定定位基准6 3.4 切削用量的选择8 3.5 机床设备的选择12 3.5.1 切削液的选择13 3.5.2 主轴转速的确定13 3.6 拟定工艺过程14 3.7 加工工艺过程简图.16 3.8 填写相关工艺卡片.19 4 程序的编写21 总结26 致谢27 参考文献28 附录:零件图 1 1 1 绪论绪论 本设计主要研究材料数控加工工艺的综合性技术,它是发展国民经济的重要基础 学科之一。 数控
3、技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础,数控技术的应用是 提高制造业产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段,数控机床是国防工业现代化 的战略装备,是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。它集现代 精密机械、计算机、通信、液压气动、充电等学科技术为一体,具有高效率,高精度, 高自动化和兼并性的特点,是当代机械制造业的主流装备,它可加工一般机床无法加 工的复杂零件,同时具有很高的加工质量和效率。因此,有专家说:21 世纪机械制造 业的竞争,实质上是数控技术和数控人才的竞争。 我们知道,我国机械制造业是在 1949 年以后才逐步建立和发展起来的,50 多年来, 我国的机械制造
4、技术和材料加工工艺等都有了很大的发展,已经建成了机械制造、治 金、交通运输、石油加工、航空航天、机密仪表等许多现代化工业生产基地,为工业、 农业、科技、国防提供了大量的机械产品和设备,为我国国民经济的发展做出了巨大 贡献。 我国的机械制造业除了要不断提高常规机械生产的工艺装备和工艺水平外,还必须研 究开发优质高效精密装备与工艺,为提高技术产品的生产提供新工艺、新装备;同时加 强基础技术研究,消化和掌握引进技术,提高自主开发能力,形成常规制造技术与先 进制造技术并行的机械制造工业结构。 随着生产地发展和科学实验的需要,许多部门,尤其是国防工业部门要求的尖端 产品向高精度、高速度、高温、高压、大功
5、率、微型化等方向发展,零件的形状越来 越复杂,精度要求越来越高,表面粗糙度要求越来越低。所以这些要求迫使人们去探 索新的加工方法和测量方法,相继出现了如化学机械加工、电化学加工、超声波加工、 激光加工、超精密研磨与抛光、纳米加工等特种加工、超精密加工技术及复合加工技 术。同时也出现了像原子力显微镜、扫描电子显微镜等先进的测量技术。这些技术的 进步大大提升了机械制造技术的能力。 本设计充分利用了数控机床加工技术、数控编程技术,也包括了机械制造和数控 加工过程中的部分内容,主要有机械工程材料、金属材料、金属切削原理与刀具、金 属切削机床与夹具、机械制造工艺及装配工艺等。 2 2 2 零件图工艺性分
6、析零件图工艺性分析 本设计的零件简图如图: 1.调质处理 230280HBS 2.锐边倒角1X45 技术要求 Q P NM 12.5 其余 B-B A-A 6.4 6.4 3.2 3.2 B B A A 3.2 3.2 3.2 3.2 0.80.8 1.6 1.6 图 21 传动轴简图 如图所示是本设计的零件简图。它是减速器中的传动轴。它属于台阶轴类零件, 由圆柱面、轴肩、倒角、退刀槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的 轴向位置;倒角可以使零件装配时方便快捷;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退刀方便;键槽用于安装键,以传递转矩。 根据工作性能与条件,
7、该传动轴图样规定了主要轴颈 M,N,外圆 P、Q 以及粗糙度 为 3.2 的轴肩都有较高的尺寸、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。 传动轴大都是回转表面,主要采用车削与外圆磨削成形。由于本传动轴的主要表 面 M、N 的公差等级(IT6)较高,表面粗糙度 Ra 值(Ra=0.8 um)较小,故车削后还需磨 削。 3 2.12.1 传动轴的功用与结构特点传动轴的功用与结构特点 轴类零件是机械零件中的关键零件之一。在机器中,它的主要功用是支撑传动零 件、传递扭矩、承受载荷,以及保证装在轴上
8、的零件等有一定的回转精度。 同样,此传动轴也是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来传递力和扭矩。 轴类零件是回转体零件。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;根据结构外形的不同,轴类零件可分 为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等;加工表面一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、键 槽、横向空、内孔和螺纹及相应的端面所组成。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。 此传动轴是短轴,是一个高转速、少支承的 回转体零件。它属于阶梯轴, 加 工表面有外圆柱面、键槽等。 2.22.2 传动轴的技术要求传动轴的技术要求
9、本传动轴用轴承支承,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: 2.2.1 尺寸精度 尺寸精度包括直径尺寸精度和长度尺寸精度。传动轴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(如图中 20 的轴颈) ,用于确定轴的位 置并支承轴,尺寸精度要求较高,通常为 IT5IT7;另一类为与各类传动件配合的轴 颈,及装配轴颈(如图中 14 和 25 的轴颈) ,其精度一般要求较低,通常为 IT6IT9。 2.2.2 几何形状精度 传动轴的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面等的圆度、
10、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(如图中 25)表面,应在图 纸上标注其允许偏差。 2.2.3 相互位置精度 传动轴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, 4 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 0.010.03mm,高精度轴(如主轴)通常为 0.0010.005mm。 因为本传动轴为普通精度轴,所以它的径向跳动为 0.01mm,直线度为 0.1mm。 2.2.4 表面粗糙度 轴类零件的表面粗糙度和尺寸精度应与表面工作要求相适
11、应,一般根据加工的可 能性和经济性来确定。此传动轴与传动件相配合的轴径表面粗糙度为 Ra1.6m,与轴 承相配合的支承轴径的表面粗糙度为 Ra0.8m。 2.32.3 传动轴材料的分析与热处理传动轴材料的分析与热处理 轴类零件应根据不同的工作状况,选择不同的材料和热处理规范。一般轴类零件 常用中碳钢,如 45 钢,经正火、调质及部分表面淬水等热处理,得到所要求的强度、 韧性和硬度。对中等精度而转速较高的轴类零件,一般选用 40Cr 等合金结构钢,经过 调质和表面淬火处理,实其具有较高的综合力学性能。对在高转速、重载荷等条件下 工作的轴类零件,可选用 20CrMnTi、20Mn2B、20Cr 等
12、低碳合金钢,经渗碳淬火处理 后,使其具有很高的表面硬度,心部则获得较高的强度和韧性。对高转速、高精度的 轴,可选用 38CrMoAl 氮化钢,经调质和表面氮化后,使其具有很高的心部强度和表 面硬度,优良的耐磨性和耐疲劳性,热处理变形也较小。 因为本传动轴是一般轴,所以选用 45 钢。45 钢碳具有较高的强度和较好的塑性、 韧性;经正火、调质热处理后,得到所要求的强度、韧性和硬度。 5 3 3 传动轴的加工工艺设计传动轴的加工工艺设计 3.13.1 毛坯的选择毛坯的选择 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、铸件 等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴,一般以棒料为主;
13、而对于外圆直径相差大 的阶梯轴或重要的轴,常选用锻件;对于结构比较复杂的轴,如曲轴等,可选用铸件; 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。 根据本传动轴的结构特点(外圆直径相差不大),我选择棒料。 本传动轴材料为 45 钢,因其属于一般传动轴,故选 45 钢可满足其要求。 因本传动轴属于中、小传动轴,并且各外圆直径尺寸相差不大,故选择 35mm 的热轧圆钢作毛坯。 3.23.2 夹具、刀具的选择夹具、刀具的选择 在车床上用来装夹工件的装置称为车床夹具。我们知道,它能缩短辅
14、助时间,提 高劳动生产率;确保并稳定加工精度,保证产品质量;降低对操作工人的技术要求和 工人的劳动强度;使机床的加工范围得到扩大。 数控车床的夹具与普通车床的夹具相同,车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两 大类。通用夹具是指能够装夹两种或两种以上 工件的同一类夹具,例如:车床的三爪 卡盘、四爪卡盘、弹簧夹套和通用芯轴等,专用夹具是专门为加工某一指定工件的某 一工序而设计的夹具。 在本设计中,由于工件为轴类零件,所以我们选择的夹具是三爪卡盘和顶尖。 我们知道,要提高数控机床的加工效益,刀具是一个十分关键的因素。刀具的选 择主要考虑刀具的材料性能、刀具的几何形状及尺寸。数控机床在选用刀具时,通常要
15、考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。 与普通机床加工方法相比,数控机床加工对刀具提出了更高的要求。数控机床用 刀具要求刚性好,耐用度高,要有良性的断屑性能,还要求安装调整方便。 6 表 31 常见刀具材料的性能比较 刀具的材料切削速度耐磨性硬度硬度随温度的变化 高速钢最低最差最低最大 硬质合金低差低大 陶瓷刀片中中中中 金刚石高好高小 但是,如果刀具的刚度不够,不仅会影响生产效率和加工精度,加工过程中还会 造成刀具折断事故;如果耐用度不够,则会增加换刀次数,增加准备时间,还可能在 加工表面留下接刀痕迹。 因此,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
16、的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。 数控机床在加工工件时,常在一次装夹加工过程中使用多把刀具发。而数控机床 加工时就根据程序指令实现自动换刀,因此刀具的配备极为重要。应注意如下几点: (1)尽量使用工件的形状、尺寸标准化,以减少刀具的种类,实现不换刀或少换刀, 缩短准备和调整时间。 (2)使刀具规格化和通用化,以减少刀具种类,便于刀具管理。 (3)尽可能采用可转位刀片。 (4)采用高效率切削的刀具。 在此零件加工过程中,我们选择材料为硬质合金的刀具,外圆粗车刀、外圆精车 刀、切槽刀、铣槽刀、中心钻各一把。 3.33.3 确定定位基准确定定位基准 合理地选择定位基准,对于保证零
17、件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。 由于本传动轴的几个主要配合表面(M、N)均有较高的技术要求,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。 而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。 7 但有些情况下是不能用中心孔作定位基面的
18、,例如: (1)粗加工外圆时,为提高工件刚度,则采用轴外圆表面为定位基面,或以外圆 和中心孔同作定位基面,即一夹一顶。 (2)当轴为通孔零件时,在加工过程中,作为定位基面的中心孔因钻出通孔而消 失。为了在通孔加工后还能用中心孔作定位基面,工序上采用如下三种方法: 当中心通孔直径较小时,可直接在孔口倒出宽度不大于 2mm 的内锥面来代替中 心孔; 当轴有圆柱孔时,可采用图 32(a)所示的锥堵,取 1500 锥度;当轴孔锥 度较小时,取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同; 轴通孔的锥度较大时,可采用带锥堵的心轴,简称锥堵心轴。如图 32(b) 图 32 锥堵定位方法简图 3.43.4 切削用量的选
19、择切削用量的选择 所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能,在保证加工质量 的前提下,获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 8 我们知道,不同的加工性质,对切削加工的要求是不一样的。因此,在选择切削 用量时,考虑的侧重点也应有所区别。粗加工时,应尽量保证较高的金属切除率和必 要的刀具耐用度,故一般优先选择尽可能大的切削深度,其次选择较大的进给量,最 后根据刀具耐用度要求,确定合适的切削速度。精加工时,首先应保证工件的加工精 度和表面质量要求,故一般选用较小的进给量 f 和切削深度,而尽可能选用较高的切 削速度。 切削用量的选择原则是:粗加工时以提高生产率为主,同时兼顾经济性和
20、加工成 本的考虑;半精加工和精加工时,应同时兼顾切削效率和加工成本的前提下,保证零 件的加工质量。表 33、34 为刀具车削用量推荐表 值得我们注意的是,切削用量(主轴转速、切削深度及进给量)是一个有机的整 体,只有三者相互适应,达到最合理的匹配值,才能获得最佳的切削用量。 确定切削用量时除了遵循一般的原则和方法外,还应考虑以下因素的影响: (1)刀具差异的影响不同的刀具厂家生产的刀具质量差异很大,所以切削用量 需根据实际用刀具和现场经验加以修正。 (2)机床特性的影响切削性能受数控机床的功率和机床的刚性限制,必须在机 床说明书规定的范围内选择。避免因机床功率不够发生闷车现象,或刚性不足产生大
21、 的机床振动现象,影响零件的加工质量、精度和表面粗糙度。 (3)数控机床生产率的影响数控机床的工时费用较高,相对而言,刀具的损耗 成本所占的比重较低,应尽量采用高的切削用量,通过适当降低刀具寿命来提高数控 机床的生产率。 表 33 硬质合金刀具切削用量推荐表 粗加工精加工 刀具 材料 工件材料切削速度 (m/min) 进给量 (mm/r) 背吃刀量 mm 切削速度 (m/min) 进给量 (mm/r) 背吃刀量 mm 碳钢 2200.232600.10.4 低合金钢 1800.232200.10.4 高合金钢 1200.231600.10.4 铸铁 800.231200.10.4 不锈钢 80
22、.22600.10.4 钛合金 400.21.51500.10.4 硬质 合金 或涂 层硬 质合 金 灰铸铁 1200.221200.150.5 9 球墨铸铁 100 0.2 0.3 21200.150.5 铝合金 16000.21.516000.10.5 (1)切削深度的选择 切削深度应根据工件的加工余量来确定。粗加工时,除留下精加工余量外,一次 走刀应尽可能切除全部余量。当加工余量过大,工艺系统刚度较低,机床功率不足, 刀具强度不够 或断续切削的冲击振动较大时,可分多次走刀。切削表面层有硬皮的铸 锻件时,应尽量使切削深度大于硬皮层的厚度,以保护刀尖。 半精加工和精加工的加工余量一般较小时,
23、可一次切除,但有时为了保证工件的 加工精度和表面质量,也可采用二次走刀。 多次走刀时,应尽量将第一次走刀的切削深度取大些,一般为总加工余量的 2/3- 3/4。 在中等功率的机床上、粗加工时的切削深度可达 8-10mm,半径加工(表面粗糙度 为 Ra6.3-3.2m)时,切削深度取为 0.5-2mm,精加工(表面粗糙度为 Ra1.6- 0.8m)时,切削深度取为 0.1-0.4mm。 表 34 常用切削用量推荐表 工件材料加工内容背吃刀量 mm 切削速度 (m/min) 进给量 (mm/r) 刀具材料 粗加工5760800.20.4 粗加工23801200.20.4 精加工261201500.
24、10.2 YT 类 钻中心孔500800钻中心孔 钻孔2530钻孔 W18Cr4V 碳素钢 切断:d5mm701100.10.2切断YT 类 粗加工50700.20.4 精加工701000.10.2铸铁 切断:d5mm50700.10.2切断 YG 类 (2)进给量 f 的选择 在切削深度选定后,接着我们就应尽可能选定进给量 f。粗加工时,进给量的选择 主要受切削力的限制,在工艺系统的刚度良好的情况下,可选用较大的进给量值。表 35 为粗车时进给量的参考值。 10 表 35 硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量 背吃刀量/mm 3 355881212工件材 料 车刀刀杆 尺寸 B/mm
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