齿轮轴数控加工-学位论文.doc

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毕业设计（论文）

论文题目： 齿轮轴数控加工毕业设计

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　　　　　 专 业：　 　
　　　　　 班 级：　　 　
学 号：　　 　
　　　　　 学生姓名：　　　 　　
指导教师：　　　 　　

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目 录
1. 概述 3
1.1 数控车床的特点 3
1.2 齿轮轴零件数控加工的目的 4
1.3 数控编程的特点 4
2 零件机械加工工艺分析 5
2.1 零件图样分析 5
2.1.1 结构分析 5
2.1.2 分析零件主要尺寸公差和技术要求 5
2.1.3 保证尺寸公差及形位公差的工艺措施 5
2.1.4 毛坯、余量分析 5
2.1.5 结构工艺性分析 6
2.2 定位基准选择 6
2.3 确定切削用量 6
2.3.1 粗、精车外轮廓 6
2.3.2 粗镗孔 6
2.4 刀具选择 7
2.5 分析加工顺序制定加工步骤 7
2.5.1.加工零件左端部分 7
2.5.2.加工右端面部分 8
2.6加工顺序（工艺路线） 8
2.6.1.工序1：零件左端部分1加工 8
2.6.2 工序2：零件右端部分2加工 8
2.7 加工设备选择 9
2.7.1 数控车的刀具 9
2.7.2 数控车床的卡盘 9
2.7.3 数控车床的尾座 10
2.7.4 数控车的刀架 10
3 加工过程仿真 11
结论 17
参考文献： 18

齿轮轴数控加工
摘 要： 齿轮轴零件在现代生活中有十分重要和不可忽视的地位，数控生产的加工工艺对于我们熟练应用数控编程等相关技术有很大的帮助。在此我通过所学数控基础知识和原有的加工工艺设计基础上对齿轮轴零件的数控加工等工艺做出说明，希望通过这毕业设计使我们在数控技术应用和产品的加工方面得到一定的经验。
关键词： 齿轮轴 数控编程与加工 工艺分析
1. 概述
1.1 数控车床的特点
数控机床是机电一体化的典型代表，与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点 ：
（1）具有高度柔性，适于多品种、单件小批零件的加工
缩短了生产、技术准备时间，节省了大量工艺装备的费用，因此，应变能力很强，适合于多品种、单件小批零件的加工。
（2）加工精度高，多轴联动可实现复杂轮廓的插补运动，适于高精度、形状复杂零件的加工
由于数控机床的主传动和进给传动采用直流或交流伺服电机，可实现无级调速。消除由于刀具磨损、刀具调整误差所造成的工件尺寸误差，提高了工件加工精度。数控机床可以对结构形状复杂的零件进行手工编程或自动编程。机床可进行多轴联动或多维插补。因此，数控机床适于高精度、形状复杂零件的加工。
（3）高的加工生产率
良好的结构刚度允许数控机床进行强力切削、高速切削。数控机床移动部件的快速移动和定位采用加速与减速措施，选用了很高的空行程运动速度。配合加工中心的刀库使用，可实现一次装夹下进行多工序的连续加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产率。
（4）减轻劳动强度，改善劳动条件
数控机床加工前经调整好后，输人程序并启动，机床就能自动连续进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑，装卸零件，刀具准备，加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低。数控机床一般是封闭式加工，既清洁，又安全。
（5）有利于实现机械加工的现代化管理
数控机床加工能准确地计算出或自动记录单件加工工时和总的加工工时，实现对半成品、成品的统计与管理；对所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理；能实现一台中央计算机对几台、十几台数控机床的集中控制和管理（DNC）。实现计算机辅助设计( CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助质量监督（CAQ）等的有机结合，是现代集成制造技术的基础。
1.2 齿轮轴零件数控加工的目的
作为一名刚踏出学校走向社会的学生，在平时的工作实践不断的总结经验 学习知识是尤为重要的，数控技术在生产实践中的应用越来越广泛，它使得制造业生产面貌焕然一新，它所带来的巨大效益也受到世界各国科技界的高度重视，轮轴零件的数控生产加工工艺对我们熟练掌握运用数控编程等相关技术具有很大的帮助。为此我们在原有的加工工艺设计基础上对齿轮轴零件的数控加工等工艺在此作出较为详细的阐述，希望通过对此设计能使我们在数控技术应用和产品的加工方面得到一定的经验。数控技术是一门全新的技术，它整合了机械技术、物理技术、电子技术、计算机技术、网络通信技术等多门学科的知识。它是先进的数字控制技术与传统的机床制造技术相结合的产物。区别于普通机械加工，数控加工技术更适合于多品种、小批量、结构复杂、精度要求较高的零件的自动化生产，它具有加工精度高、加工对象适应性强、自动化程度高、劳动强度低、生产效率高、经济效益好、现代化管理程度高等特点。
1.3 数控编程的特点
（1）在一个程序段中，根据被加工零件的图样标注尺寸，从方便编程的角度出发，可采用绝对尺寸编程，增量尺寸编程或二者混合编程。
（2）加工零件的毛坯通常为圆棒料，加工余量较大，要加工到图样标注尺寸，需要一层层切削，如果每层加工都编写程序，编程工作量将大大增加。数控系统有毛坯切削循环等不同形式的循环功能以减少编程工作量。
（3）对于刀具位置的变化，刀具几何形状的变化及刀尖圆弧半径的变化，都无须更改加工程序，编程人员可以按照工件的实际轮廓尺寸进行编程。数控系统具有的刀具补偿功能使编程人员只要将有关参数输入到储存器中，数控系统就能自动进行刀具补偿。
2 零件机械加工工艺分析
2.1 零件图样分析
2.1.1 结构分析

该零件由两部分组成分别是零件左端部分和零件右端部分，由圆柱面，螺纹（内、外），退刀槽，圆弧面，圆锥面、倒角等构成的中等复杂轴零件图
2.1.2 分析零件主要尺寸公差和技术要求
（1）φ16对φ19(2处)有很高的跳动公差0.025
（2）φ19外圆表面同轴度允许差为0.04mm
（3）圆锥齿轮外圆对φ19(2处)有很高的跳动公差0.004
（4）其余地方粗糙度均为Ra=3.2um
2.1.3 保证尺寸公差及形位公差的工艺措施
选择 φ19外圆表面为定位基准面，在一次装夹加工中 圆锥齿轮外圆保持一定的跳动公差，即可保证他们之间的垂直度和同轴度要求。
φ19外圆(2处)应该一次装夹加工,不可分2处装夹,以免影响同轴度要求

2.1.4 毛坯、余量分析
（1）零件采用锻造毛坯，由于零件左端的台阶起伏不大,按照φ19外圆的外圆毛坯进行处理,该部分单边留3mm的加工余量。右边锥齿轮部分按照最大外圆留3mm的余量,2侧端面留3.5mm的余量.

2.1.5 结构工艺性分析
1、加工零件左端部分工艺分析
工序1：用2号刀车外圆车φ19外圆 工序
2：用2号刀车 各台阶处外圆面加工退刀槽和螺纹
2、加工零件右端部分工艺分析
工序1：用2号刀车4圆锥面
2.2 定位基准选择
本文加工的零件是齿轮轴，轴类零件本身的结构特征和主轴上各主要表面的尺寸要求都决定了以轴线为定位基准。
根据粗基准选择原则外圆为粗基准，再根据基准统一原则选择主轴中心线为精基准
2.3 确定切削用量
2.3.1 粗、精车外轮廓
所用刀具为Ｔ2，90°外圆车刀，刀具尺寸20×20，型号是MVJNR2020K16加工φ19和工件左端所有外圆余量为1mm，因为加工量比较大，所以分2次走刀切除φ19和工件左端所有外圆的全部余量，背吃刀量为2。根据表面粗糙度要求3.2Ra/um，要求比较高，查《机械加工切削数据手册》得：f=0.29mm/r
查《机械加工切削数据手册》得：切削速度为140mm/min，因此根据公式Vc=πdn/1000求得转速n=1100。
2.3.2 粗镗孔
所用刀具为T3，镗孔刀，刀具尺寸20×20，型号是SI2K--STTCR11,加工 φ22余量为0.3mm。因为加工量比较小，所以可以一次走刀切除φ 22的剩余余量，背吃刀量为0.3。查《机械加工切削数据手册》得：f=0.18mm/r
查《机械加工切削数据手册》得：切削速度为150mm/min，因此根据公式 Vc = πdvn /1000求得转速n=900
2.4 刀具选择
根据刀具的选择原则，选择刀具
表1-1
T1号刀—45°弯头车刀
加工内容：车端面
T2号刀—90°外圆车刀
加工内容：轴件左端 φ19的外圆面和台阶。
T4号刀—切槽刀
加工内容：车两处退刀槽
T5号刀—外螺纹
加工内容：车M12的螺纹

2.5 分析加工顺序制定加工步骤
2.5.1.加工零件左端部分
1、车端面
用三爪自定义卡盘装夹大头，伸出长度为大于等于130，端面车平即可。
2、车外圆
外圆尺寸为 φ19mm，长度为125mm。
3、车台阶面
外圆为 φ16，长度为25, 另一φ16外圆，长度为33,
M12外圆为 φ12，长度为31
4、车退刀槽4Xφ8
5、车螺纹M12
5、倒角两处1*45°
2.5.2.加工右端面部分
1、车端面，掉头装夹 φ19，保证长度8
2、车圆锥齿轮表面
3、铣齿
2.6加工顺序（工艺路线）
齿轮轴零件的加工可以分三道工序：
1、第一道工序是左端部分外圆柱面、台阶面、切槽加工；
2、第二道工序是圆锥面加工；
3、第三道工序是按零件精度检验表和图样要求全部检验。
2.6.1.工序1：零件左端部分1加工
此工序的加工内容包括：
1、先加工左端面零件伸出卡盘约130毫米，找正后夹紧。
2、使用1号刀粗精车零件左右端面。快速退回换刀点。
3、用2号刀，采用G71进行工件左端面部分的轮廓循环粗加工。
4、用2号刀，采用G70进行工件左端面部分的轮廓循环精加工。
6、卸下工件用铜皮包住已经加工过的φ19mm的外圆，掉头使工件上γ80的台阶端面与卡盘端面紧密接触后夹紧，准备加工工件右端。
7、手动车端面控制工件总长。如两断角平整，则不必进行此操作。
5、用8号刀用G76进行螺纹循环加工
2.6.2 工序2：零件右端部分2加工
此工序的加工内容包括：
1、使用1号刀粗精车零件左右端面。快速退回换刀点
2、用2号刀，采用G71进行工件右端面部分的轮廓循环粗加工。
3、用2号刀，采用G70进行工件右端面部分的轮廓循环精加工。
4、用5号刀用G75进行切槽循环加工。
2.7 加工设备选择
根据数控实训中心的数控机床切削性能，我选择卧式CK6140数控车床。其有很多优点:
1、控制精度高，可靠性好
2、主轴轴承采用国外进口，噪音小，抗震能力强，旋转精度高
3、机床床身采用特殊加强筋，机床刚性好
4、机床导轨采用中频淬火处理，表面硬度搞，耐磨性好，使用寿命长；
5、自动刀架采用多刀装夹，系统控制，重复定位精度高；
6、纵，横向进刀采用高精度滚珠线杆，动态稳定性可靠
2.7.1 数控车的刀具
1、对刀的要求
数控车床能兼作粗，精加工。为使粗加工能以较大切削深度，较大进给速度
地加工，要求粗车刀具强度高，耐用度好。精车首先是保证加工精度，所以要求刀具的精度高，耐用度好。为减少换刀时间和方便对刀，应可能多地采用机夹刀。数控车床还要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具寿命管理功能。在使用刀具寿命管理时，刀片耐用的设定原则是以该批刀片耐用度最低的刀片作为依据的。在这种情况下，刀片耐用的一致性甚至比其平均寿命更重要。
2、数控车床的刀具
数控车削用的车刀一般分为三类，即尖形车刀，圆弧车刀和成型车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖（同时也为其刀位点）由直线形的主，副切削刃构成，如90°内，外圆车刀，左，右端面车刀，切槽（断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线。
2.7.2 数控车床的卡盘
液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。
2.7.3 数控车床的尾座
对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾座。
2.7.4 数控车的刀架
刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量一般为8把，10把，12把或16把，有些数控车床可以安装更多的刀具。刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架，可以安装径向车刀，轴向车刀，钻头，镗刀。车削加工中心还可安装向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。
数控车床可以配备两种刀架：
1、 专用刀架 由车床产生厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点是制造成本底，但缺乏通用性。
2、通用刀架 根据一定的通用标准而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。
3 加工过程仿真

加工外轮廓程序代码
%
O11
N5 G90 G40 G80 G17
N10 M3 S500
N15 G0 X-1.64 Y-.822
N20 Z7.5
N25 G1 X58.557 Y29.349 F500.
N30 Z9.5
N35 X58.56 Y29.351 Z9.609
N40 X58.571 Y29.356 Z9.718
N45 X58.589 Y29.365 Z9.826
N50 X58.614 Y29.377 Z9.932
N55 X58.645 Y29.393 Z10.036
N60 X58.684 Y29.412 Z10.136
N65 X58.728 Y29.435 Z10.234
N70 X58.779 Y29.46 Z10.327
N75 X58.836 Y29.489 Z10.416
N80 X58.899 Y29.52 Z10.501
N85 X58.967 Y29.554 Z10.58
N90 X59.04 Y29.591 Z10.653
N95 X59.117 Y29.63 Z10.72
N100 X59.199 Y29.671 Z10.78
N105 X59.284 Y29.713 Z10.834
N110 X59.373 Y29.758 Z10.88
N115 X59.464 Y29.804 Z10.919
N120 X59.558 Y29.851 Z10.951
N125 X59.654 Y29.899 Z10.975
N130 X59.75 Y29.947 Z10.991
N135 X59.848 Y29.996 Z10.999
N140 X59.898 Y30.021 Z11.
N145 X114.432 Y57.353
N150 M5
N155 G91 G28 Z0.
N160 G91 G28 X0. Y0. A0. B0. C0.
N165 G90
N170 M30
%

结论
短暂几个月的毕业设计在匆匆忙忙中过去了，这次的毕业设计让我受益匪浅，学到了很多新的东西，比如工艺设计的流程，加工的方案，加工的顺序，刀柄刀具的选择，切削用量的选择，以前这些数据都是随便定的，通过这次的实习才知道真正设计的时候都是要通过查阅相关的手册得来的。
在几个月的时间中，我们学习了零件的工艺分析、数控机床的选用，零件工艺方案设计，包括进给路线、加工余量、切削用量、机床夹具的选择等内容。最终完成零件的机械加工工艺过程卡片，数控加工工序卡片，工件的定位和夹紧方案草图，数控刀具卡片，数控加工进给路线图。既完成了课程，又对以往学习的知识进行了完整的复习，可以说是一举多得。大大提高了我们的专业水平，培养了我们掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养我们掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼我们分析与解决工程实际问题的能力。给我们树立正确的设计思想和培养我们严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。
我们即将踏入工作岗位，这次毕业设计为我们的未来打下坚实的基础，让我们更好的适应工作环境，同时业锻炼了我们坚忍不拔，迎难而上的精神。锻炼了我们发现问题，解决问题的能力。使我们的专业知识和水平更加的完善。
我们要发扬实习期间的能力和精神，成为社会有用的人才，为自己开创美好的未来。
在我设计过程中，我了解到什么叫工艺设计，怎么样去完成一个工件的全部工艺流程，通过查手册，找数据，给设计过程中的所有数据都能有一个详细的标准，这是我的最终学习目的，现在的学习为的就是以后在工作当中的熟练运用，我想在这几个月的实习中我的确学到了很多东西，为自己以后在数控技术应用方面奠定一定的基础。

参考文献：
[1] 王志平 《数控编程与操作》 高等教育出版社2003
[2] 金喜德 《金工实习》 高等教育出版社2000
[3] 赵长明 《机械加工工艺及编程》 机械工业出版社2001
[4] 李真峰 《数控加工工艺》 上海交通出版社2004
[5] 张耀宗 《机械加工工艺设计实用手册》 航空公司出版社2000
[6] 黄卫 《数控技术与数控编程》 上海机械工业出版社1998