花鍵軸加工工藝及編程設計

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花鍵軸的工藝設計與編程 姓 名： 班 級： 專 業(yè)：機械制造與設計 教 學 系： 機電系 指 導 老 師： 目 錄 摘 要 第1章 前言 ------------------------------------------------------- 第2章 花鍵軸的結構工藝性分析 ------------------------------------- 2.1 零件的作用 ---------------------------------------------------- 2.2 零件的結構特點分析 -------------------------------------------- 2.3 零件的主要加工表面 ------------------------------------- 7 2.4 零件加工工藝分析----------------------------------------------- 第3章 工藝規(guī)程設計 ------------------------------------------------ 3.1 零件毛坯的選擇及制造形式的確定 3.2 定位基準的選擇 3.2.1 粗基準的選擇 3.2.2 精基準的選擇 3.3 制定工藝路線 3.3.1 工藝路線 3.3.2 確定各表面的加工方案 3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 3.5 加工機床、刀具的選擇 3.5.1 機床的選擇 3.5.2 刀具的選擇 3.6 確定切削用量及基本工時 第4章 零件的編程 ------------------------------------------------- 第5章 結束語------------------------------------------------------- 參考文獻----------------------------------------------------------- 附 錄 1、花鍵軸的零件圖 2、花鍵軸的毛坯圖 3、花鍵軸的工藝過程卡片 4、花鍵軸的加工工序卡 摘要 本文首先對花鍵軸的零件進行分析，通過對花鍵軸進行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、機械加工余量、基準選擇、工序尺寸和毛坯尺寸的確定，以及切削用量和工時的計算等相關內容。為了提高勞動生產率，降低勞動強度，保證加工質量，與指導老協(xié)商后，覺得用編程比較合適。 在這次畢業(yè)設計中，根據課題所給的零件圖、技術要求，通過查閱相關資料和書籍，了解和掌握了的機械加工工藝和編程的一般方法和步驟，并運用這些方法和步驟進行了花鍵軸的機械加工工藝規(guī)程與編程設計。整個設計的指導思想“簡便、高效、經濟”。力求生產處符合要求的產品。 關鍵詞：工藝 編程 花鍵軸 數控機床 第1章 前 言 本文首先對花鍵軸的零件進行分析，通過對花鍵軸進行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、機械加工余量、基準選擇、工序尺寸和毛坯尺寸的確定，以及切削用量和工時的計算等相關內容。為了提高勞動生產率，降低勞動強度，保證加工質量，與指導老協(xié)商后，覺得用編程比較合適。 在這次畢業(yè)設計中，根據課題所給的零件圖、技術要求，通過查閱相關資料和書籍，了解和掌握了的機械加工工藝和編程的一般方法和步驟，并運用這些方法和步驟進行了花鍵軸的機械加工工藝規(guī)程與編程設計。整個設計的指導思想“簡便、高效、經濟”。力求生產處符合要求的產品。 第2章 花鍵軸的結構工藝性分析 2.1 零件的作用 軸是由軸頸支承在機器的支架或箱體上，實現運動和動力的傳遞。主要用于支承齒輪、帶輪等傳動零件及傳動運動和扭矩，其結構組成中具有許多外圓、退刀槽、和鍵槽等。軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件。 花鍵軸的零件圖 2.2 零件的結構特點分析 軸類零件按其結構特點可分為簡單軸、階梯軸、空心軸和異形軸4大類。 2.3 零件的主要技術要求 （1） 尺寸精度和形狀精度 （2） 位置精度 （3） 表面粗糙度 2.4 零件加工工藝性分析 該零件屬于軸類零件，它的主要表面需要加工，主要表面的精度等級和表面粗糙度如下： （1）、、三個外圓表面粗糙度均為，精度等級為。 （2）外圓表面粗糙度為，精度等級為。 （3）內孔表面粗糙度為，精度等級為。 第3章 工藝規(guī)程設計 機械加工工藝規(guī)程是指在一定的加工條件下，確定一種較為合理的加工工藝，并將它以表格形式的技術文件呈現來指導生產的一類文件，同時也是規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。機械加工工藝過程的基本單元是工序。工序是由安裝、工位、工步及走刀組成。 生產過程就是指將原材料轉變?yōu)槌善返娜^程。包括原材料的運輸、保管和準備、產品技術、生產準備、毛坯制造、零件的機械加工和材料熱處理，部件和產品的裝配、檢驗與調試、油漆包裝、以及產品的銷售和售后服務等等。 3.1 零件毛坯的選擇及制造形式的確定 毛坯的選擇不僅影響毛坯的制造工藝步驟，而且也與零件的機械加工工藝和加工質量密切相關。正確選擇合適的毛坯，對零件的加工質量材料消耗和加工工時都有很大的影響。如果當毛坯的尺寸與零件圖尺寸相近時，則就提高了工作效率，但是毛坯制造的成本就越高，所以選擇合適的毛坯需要毛坯制造和機械加工兩方面的工藝人員密切配合，合理地確定毛坯的種類、結構形狀，并繪出毛坯圖。 花鍵軸的毛坯圖 由于花鍵軸的零件結構比較簡單，所以此次采用鍛件的毛坯?；ㄦI軸在工作中承受傳遞的作用，要求具有很高的強度。因此，該花鍵軸采用40Cr。 3.2定位基準的選擇 定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。定位基準的選擇是否正確關系到零件加工的好壞，甚至有可能導致所加工零件大量損壞，導致生產加工無法繼續(xù)，將嚴重損害企業(yè)利益。定位基準的正確選擇還可以保證加工質量，提高生產效率。定位基準有粗基準和精基準之分。在工件加工的第一道工序中，只能用毛坯上未曾加工過的表面作為定位基準，則該表面稱為粗基準。在以后的加工工序中，則使用加工過的表面作為定位基準，則該表面稱為精基準。 3.2.1 粗基準的選擇 粗基準選擇時，應重點考慮兩個問題：一是保證主要加工面有足夠而均勻的加工余量和各待加工表面有足夠的加工余量；二是保證加工面與不加工面之間的位置精度。 其選擇原則為： 1） 為了保證加工面與不加工面之間的位置要求，應選不加工面為粗基準 2） 合理分配個加工面的加工余量 a 、為了保證各加工面都有足夠的加工余量，應選擇毛坯余量最小的面為粗基準。b、為了保證重要加工表面的加工余量均勻，應選重要加工面為粗基準。c、粗基準的選擇應使工件上各加工表面總的金屬切除量最小。 3） 粗基準應避免重復使用，在同一尺寸方向上通常只使用一次 4） 選作粗基準的表面應光潔，要避開鍛造、飛邊和鑄造澆冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保證定位準確，加緊可靠。當使用夾具裝夾時，選擇的粗基準面最好使夾具結構簡單，操作方便。 綜上所述，在起始工序中，只能選擇未經加工的毛坯表面作為定位基準，所以對于一般的軸類零件來說，以外圓作為粗基準是完全合理的。先以外圓作為粗基準，加工兩個端面，鉆中心孔，粗車5個外圓臺階面。 3.2.2 精基準的選擇 精基準的選擇，重點是考慮如何減小工件的定位誤差，保證工件的加工精度，同時也要考慮工件的裝夾方便可靠，夾具結構簡單，使零件的制造較為經濟、容易。 其選擇原則為： 1） 基準重合原則 以設計基準作為定位基準。 2） 基準統(tǒng)一原則 加工過程中采用統(tǒng)一的定位基準，這樣做可以簡化工藝規(guī)程的制定工作，減小夾具設計，制造量和成本，縮短生產準備周期。由于減少了基準轉換，便于保證各加工表面的相互位置精度?；鶞手睾虾突鶞式y(tǒng)一原則是選擇精基準的兩個重要原則。但有時兩者相互矛盾，必須處理好。當遇有尺寸精度較高的表面時，應以基準重合為主，以免給加工帶來困難，這時不宜做到基準統(tǒng)一原則，除此之外，均應考慮基準統(tǒng)一原則。 3） 自為基準原則 當加工余量小而均勻時選擇加工表面本身作為定位基準 4） 互為基準原則 用于兩個有相互位置要求的表面，采用反復加工，相互作為基準。 3.3 制定工藝路線 制訂工藝路線的目的應該是使零件的幾何形狀、位置精度、尺寸精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已經確定是大批生產的條件下，我們可以考慮采用萬能性的機床并配備有專用夾具，盡量使工序集中以提高生產率。但是除此以外，還應當考慮到經濟效果，最大可能的使生產成本下降。 根據先面后孔、先主后次和先粗后精的基本原則，將外圓表面先加工來作為基準面，按基準面畫出各主要加工部位的中心線，然后車左端主軸的各端面，銑各槽，鉆孔、劃線等次要表面放在最后來加工。 因為該零件工序安排較為清晰明確，所以無需安排兩種不同的工序進行分析與比較。由于考慮到該零件本身的加工精度要求比較高，需要進行精加工才能夠滿足其要求，所以相對來說工序步驟也就多一些。 3.3.1 工藝路線 工序1 粗車外圓處至 粗車外圓處至 粗車外圓處至 粗車外圓處至 粗車內孔處至，長度 工序2 220-270HB 工序3 右端平面車出 車外圓長、、 車槽，保持尺寸，外圓倒角 車孔，擴孔，孔口倒角 孔底鉆中心孔A2 車左端平面，控制尺寸260，研磨左端中心孔 夾外圓，頂左端，中間車至尺寸，至尺寸 放余量，長 放余量，外圓倒角C1.5 工序4 軟氮化 工序5 以外圓定位，插內花鍵 插去—齒 工序6 銑半圓鍵 以內花鍵定位，銑平鍵槽 以內花鍵定位，校正左端面，鉆孔 槽口，孔口去毛刺 工序7 磨外圓、、、，涂油保護 工序8 按圖紙要求，檢驗零件 工序9 包裝入庫 3.3.2 確定各表面的加工方案 花鍵軸的加工面有外圓、內孔、端面、槽及小孔等，材料為50圓鋼40Cr。以公差等級和表面粗糙度要求，查閱工藝手冊中零件表面加工方法、加工經濟精度與表面粗糙度相關內容，其加工方法選擇如下： 1. 端面的加工 零件右端面沒有粗糙度要求，粗車就可達到要求。 2.外圓的加工 外圓、和。表面粗糙度為，其公差等級，需進行粗車及半精車。 外圓。表面粗糙度為，其公差等級，需進行粗車、半精車及磨削。 3.內孔的加工 內孔。表面粗糙度要求為，其公差等級，需進行鉆及擴。 4.槽的加工 槽寬和槽深的表面粗糙度要求為和，其公差等級分別為和，，需進行粗銑及半精銑。 半圓槽和平鍵槽，都只需粗銑。 5. 孔的加工 小孔，采用復合鉆頭一次鉆出即成。 3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 鍛件的公差及機械加工余量按GB/T12362-2003確定。要確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量，應先確定一下因素。 （1） 鍛件公差等級。通過零件的功用和技術要求，確定鍛件公差為普通級。 （2） 鍛件質量。根據零件成品質量，估算。 （3） 鍛件形狀復雜系數S。 該鍛件為圓形，假設他最大直徑，長，可計算出鍛件外輪廓包容體質量： 查工藝手冊中鍛件形狀復雜系數S分級表，0.539介于0.32和0.63之間，所以該零件的形狀復雜系數是級。 （4） 鍛件材質系數M。該零件材料為45鋼，是碳的質量分數小于0.65％的碳素鋼，查手冊可知鍛件的材質系數是級。 1） 的外圓 工序名稱 工序加工余量 工序加工經濟精度 工序尺寸及公差 半精車 粗車 毛坯 2） 的外圓 工序名稱 工序加工余量 工序加工經濟精度 工序尺寸及公差 磨削 0.2 IT7 半精車 1.8 IT9 粗車 3 IT12 毛坯 5 3） 的外圓 工序名稱 工序加工余量 工序加工經濟精度 工序尺寸及公差 半精車 1.5 IT9 粗車 3.5 IT12 毛坯 5 4） 的外圓 工序名稱 工序加工余量 工序加工經濟精度 工序尺寸及公差 半精車 1.5 IT9 粗車 3.5 IT12 毛坯 5 5） 的內孔 工序名稱 工序加工余量 工序加工經濟精度 工序尺寸及公差 擴 1.5 鉆 3.5 毛坯 5 6）加工 外圓 由于粗糙度沒有要求。粗車即可滿足要求。 粗車， 3.5 機床、刀具的選擇及工藝裝備的確定 3.5.1機床的選擇 根據不同的工序選擇機床，相關內容《工藝手冊》中常用金屬切削機床的技術參數部分。 （1） 工序1、3是粗車和半精車。各工序的工步數差不多，成批生產不需要很高的生產率，故選用臥式車床就能滿足要求?；ㄦI軸外輪廓尺寸不大，精度要求不是很高，選用最常用的C620-1型臥式車床即可。 （2） 工序5是插內花鍵。從加工要求及尺寸大小考慮，選 （3） 工序6是用三面刃銑刀粗銑鍵槽。應選臥式銑床?？紤]花鍵軸屬成批生產，所選機床適用范圍較廣為宜，選常用的X62型銑床能滿足加工要求。 （4） 工序6是鉆小孔?？刹捎脤Ｓ玫姆侄葕A具在立式鉆床上加工，故選Z525型立式鉆床。 （5） 工序7是磨削。應選 3.5.2 刀具的選擇 根據不同的工序選擇刀具。 （1）在車床上加工的工序，一般都選用硬質合金車刀和鏜刀。為了提高生產率及經濟性，應選用可轉位車刀。切槽刀宜選用高速鋼 （2）銑刀選鑲齒三面刃銑刀。 （3）鉆小孔，由于帶有90的倒角，可采用復合鉆一次鉆出。 3.6 工序一切削用量及基本工時的確定 切削用量包括背吃刀量、進給量和切削速度。確定順序是先確定、，再確定。 3.6.1切削用量計算 已知加工材料為40Cr鋼，鍛件，有外皮，機床為CK6140型數控車床，工件裝卡在三爪自定心卡盤中。 （1）外圓 粗車。 1） 確定背吃刀量。由于粗加工單邊余量為1.75mm可在一次走刀內完成，故 2）確定進給量。根據查《切削用量簡明手冊》得，刀桿尺寸為，以及工件直徑為時 按CK6140車床說明書選擇 確定的進給量尚需滿足車床進給機構強度的要求，故需進行校驗。 根據CK6140車床說明書，其進給機構允許的進給力。 當鋼的強度，，，，（預計）時，進給力為。 切削時的修正系數為，，故實際進給力為 由于切削時的進給力小于車床進給機構允許的進給力，故選的進給量可用。 3）確定切削速度 當用硬質合金車刀加工鋼料，，，切削速度 4）選擇車刀磨鈍標準以及刀具壽命 根據查《切削用量簡明手冊》得，車刀后刀面最大磨損量取為1.4mm，因為車刀的材料為硬質合金，所以車刀的壽命T=60min。 5）確定車削速度和每分鐘進給量 根據《切削用量簡明手冊》表1.27與1.28中公式計算： =8.88m/min； 3.6.2基本工時計算 根據一下公式，可得： = 3.7 工序二切削用量及基本工時的確定 3.7.1切削用量計算 本工序為半精車，已知加工材料為40Cr鋼，鍛件，有外皮，機床為CK6140型數控車床，工件裝卡在三爪自定心卡盤中。 （1）外圓半精車。 1） 確定背吃刀量。由于半精加工單邊余量為1.3mm可在一次走刀內完成，故 2）確定進給量。根據查《切削用量簡明手冊》得，刀桿尺寸為，以及工件直徑為時 按CK6140車床說明書選擇 確定的進給量尚需滿足車床進給機構強度的要求，故需進行校驗。 根據CK6140車床說明書，其進給機構允許的進給力。 當鋼的強度，，，，（預計）時，進給力為。 切削時的修正系數為，，故實際進給力為 由于切削時的進給力小于車床進給機構允許的進給力，故選的進給量可用。 3）確定切削速度 當用硬質合金車刀加工鋼料，，，切削速度 4）選擇車刀磨鈍標準以及刀具壽命 根據查《切削用量簡明手冊》得，車刀后刀面最大磨損量取為1.4mm，因為車刀的材料為硬質合金，所以車刀的壽命T=60min。 5）確定車削速度和每分鐘進給量 根據《切削用量簡明手冊》表1.27與1.28中公式計算： =8.88m/min； 3.7.2基本工時計算 根據一下公式，可得： = 3.8 工序三切削用量及基本工時的確定 3.8.1切削用量計算 本工序為粗車、半精車內孔以及插內花鍵工序，已知加工材料為40Cr鋼，鍛件，有外皮，機床為CK6140型數控車床，工件裝卡在三爪自定心卡盤中。 （1）內圓 粗車、半精車。 1） 確定背吃刀量。由于半精加工單邊余量為1.3mm可在一次走刀內完成，故 2）確定進給量。根據查《切削用量簡明手冊》得，刀桿尺寸為，以及工件直徑為時 按CK6140車床說明書選擇 確定的進給量尚需滿足車床進給機構強度的要求，故需進行校驗。 根據CK6140車床說明書，其進給機構允許的進給力。 當鋼的強度，，，，（預計）時，進給力為。 切削時的修正系數為，，故實際進給力為 由于切削時的進給力小于車床進給機構允許的進給力，故選的進給量可用。 3）確定切削速度 當用硬質合金車刀加工鋼料，，，切削速度 4）選擇車刀磨鈍標準以及刀具壽命 根據查《切削用量簡明手冊》得，車刀后刀面最大磨損量取為1.4mm，因為車刀的材料為硬質合金，所以車刀的壽命T=60min。 5）確定車削速度和每分鐘進給量 根據《切削用量簡明手冊》表1.27與1.28中公式計算： =8.88m/min； 3.8.2基本工時計算 根據一下公式，可得： = 3.8.3切削用量計算 本工序為用插床插內花鍵工序，已知內花鍵深度33，確定的進給量尚需滿足插床進給機構強度的要求，故需進行校驗。 根據B5032插床說明書，其進給機構允許的進給力。 切削深度： 進給量：根據切削深度，再參照《實用機械工藝簡明手冊中》表2.4-66。因此確定進給量; 切削速度：參照《實用機械工藝簡明手冊中》表2.4-66，取 機床主軸轉速：，取 實際插削速度： 工作臺每分鐘進給量： 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 行程次數： 機動時間： 由于切削時的進給力小于插床進給機構允許的進給力，故選的進給量可用。 3）確定切削速度 當用CX鎢鋼插齒刀加工鋼料，，，切削速度 4）選擇插齒刀磨鈍標準以及刀具壽命 根據查《切削用量簡明手冊》得，插齒刀后刀面最大磨損量取為1mm，因為插齒刀的材料為鎢鋼，所以車刀的壽命T=90min。 5）確定插削速度和每分鐘進給量 根據《切削用量簡明手冊》表1.27與1.28中公式計算： r/min. 3.8.4基本工時計算 根據一下公式，可得： 第4章 零件的編程 程序： M43 M03 S500 //主軸轉動轉速500r/min G00 X100 Z200 T0101 GOO X52 Z2 G71 U1 R2 G71 P10 Q20 U0.5 F0.2 N10 X38 G01 Z0 X40 Z-1 Z-28 X43 X45 W-1 Z-59 N20 X52 G70 P10 Q20 G00 X100 Z200 T0202 G00 X30 Z2 G71 U1 R0.5 G71 P10 Q20 U-0.5 F0.2 N10 G00 X36 G01 Z0 X32 Z-2 Z-49 N20 X30 G70 P10 Q20 M05 M30 M03 S500 T0101 G00 X52 Z2 G71 U2 R1 G71 P10 Q20 U0.5 F0.2 N10 G00 X20 G01 Z-20 X30 W-181 X43 X45 W-1 N20 X47 G70 P10 Q20 G00 X100 Z200 M05 //主軸旋轉停止 M30 //程序停止并返回開始處 第5章 結束語 畢業(yè)設計是我們所學的機械專業(yè)課和其他課程結束后的一次綜合性的機械設計。 我選擇了機械工藝設計和數控編程作為畢業(yè)設計的主要內容，其中包括金屬切削用量的基本知識，機床、刀具選擇的基本知識，裝配工藝規(guī)范和機械加工的設計理念，尖端的制造技術和發(fā)展趨勢的加工精度和表面質量的發(fā)展。 通過這次畢業(yè)設計和學習，我有了一個大致的了解，能夠掌握金屬切削過程的基本原則，掌握機械加工的基礎知識，可以根據不同的機器來選擇不同的刀具，夾具和工藝參數，開發(fā)流程和程序的能力，掌握基本的理論和加工精度和表面質量的基本知識，初步具備的分析和解決問題的現場處理能力。了解當今先進制造技術和先進制造業(yè)發(fā)展概覽模式，最初與制造系統(tǒng)，制造模式選擇決策的能力。 最后在這里我向在這次畢業(yè)設計中給予過我指導及幫助的老師和同學表示衷心的感謝！對此我真的很感謝我的這些老師。我想老師們的教誨將使我一身受用！ 參考文獻 1 李益民主編.機械制造工藝設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1993 2 孫本緒，熊萬武編.機械加工余量手冊.北京：國防工業(yè)出版社，1999 3 劉占斌，黃東編.常用金屬切削刀具的選用.北京：化學工業(yè)出版社，2010 4 余英良主編.數控銑削加工實訓及案例解析.北京：化學工業(yè)出版社，2007 5 顧京主編.數控加工編程及操作.北京：高等教育出版社，2002 7 孟少農主編.機械加工工藝手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1991 8 艾興，肖詩綱編.切削用量簡明手冊.北京：機械出版社，1991 9 劉登平主編.機械制造工藝及機床設計.北京：北京理工大學出版社，2008 10 周學世.機械制造工藝與夾具.北京：北京理工大學出版社，2006