传动器主要部件的数控加工

题 目 ： 传 动 器 主 要 部 件 的 数 控 加 工摘 要随着数控技术的发展，数控机床不仅在宇航、造船、军工等领域广泛使用，而且也进入了汽车、机床等民用机械制造行业。目前，在机械行业中，单件、小批量的生产所占有的比例越来越大，机械产品的精度和质量也在不断地提高。所以，普通机床越来越难以满足加工精密零件的需要。同时，由于生产水平的提高，数控机床的价格在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用已很普遍。Pro/Engineer 实体设计系统,是由美国 PTC 公司于 1989 年开发出来的，其主要功能有：Pro/Engineer。基本三维造型，参数化功能定义、组装、三维实物着色、二维视图生成、二三维图形输出；复杂部件生成；二三维装配图组装设计，结构和运动干涉检查；工程图生成；复杂造型；系统间数据交换标准接口；有限元网格；复杂曲面造型；数控自动编程及刀具轨迹仿真；模具设计等。MasterCAM 设计及制造系统是将设计和制造结合在一起的 PC 级套装软件，利用MasterCAM 可以绘制零件的图纸，生成零件的数控加工程序并通过电缆直接送至数控机床上，由数控机床完成零件的加工，是一套 CAD/CAM 一体化软件。在MasterCAM 系统中，可以将用 AutoCAD 等 CAD 软件绘制的图形调入至 MasterCAM 中使用，也可将用 MasterCAM 绘制的图形送入到其它 CAD 软件中去使用。关键词： 数控机床 Pro/E MasterCAM目 录摘 要 .(1)1 绪 论1.1 数控机床 .(1)1.2 数控加工技术 .(5)1.3 数控加工工艺 .(8)1.4 CAD/CAM 技术 .(8)1.5 本课题设计的主要内容 .(9)2 各部分零件的工艺分析2.1 金属材料的分析 .(10)2.2 各零部件的材料选择及工艺分析 .(13)3 主要零件的参数设置及加工路径分析3.1 概述 .(15)3.2 轴类零件的材料、毛坯及热处理 .(16)3.3 工艺装备的选择 .(17)3.4 切削用量的选择 .(18)3.5 进给路线的确定 .(20)3.6 加工顺序的确定 .(22)3.7 加工余量的确定 .(22)3.8 程序的确定 .(23)3.9 轴的加工程序 .(24)4 结论与展望4.1 本文总结 .(38)4.2 将来展望 .(39)致 谢 .(40)参考文献 .(41)毕业设计任务书 .(42)1 绪 论1.1 数控机床1.1.1 数控机床的概述数控机床和数控技术是微电子技术同传统机械技术相结合的产物，是一种技术密集型的产品和技术。它是根据机械加工工艺的要求，使电子计算机对整个加工过程进行信息处理与控制，实现生产过程自动化。较好地解决了复杂、精密、多品种、中小批量机械零件加工问题，是一种通用、灵活、高效能的自动化机床。同时，数控技术又是柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统（CIMS）的技术基础之一，是机电一体化高新科技的重要组成部分。1.1.2 数控机床的组成数控技术可以应用于各种加工机床，例如数控车床、数控铣床、加工中心、数控冲床、数控电火花、线切割、激光加工机床等等。虽然数控机床的种类繁多，但它们的组成部分基本相同，主要包括以下几个方面。(一)机床的主体数控机床的主体即数控机床的主要机械结构部分。包括数控机床的床身、主轴以及进给机构等。与传统的机床相比，数控机床的外部造型、整体部局、传动系统、刀具系统以及操作机构等方面部已发生了很大的变化，这些变化的目的是为了满足数控技术的要求，从而使数控机床的特点得以充分发挥。(二)控制装置控制装置是数控机床的中心环节，也叫做计算机数控（CNC）装置。CNC装置实际上就是一个计算机系统，通过对加工程序的运行处理，发出控制信号。实现对加工过程的自动控制。典型CNC装置的构成如图1-1所示。由图可知，CNC装置包含以下几个部分：1. 微处理器及其总线微处理器(CPU)及其总线(BUS)是CNC装置的核心。CPU由运算器和控制器组成，实现数据的算术运算和逻辑运算以及指令的操作控制CPU最基本的运算处理就是插补运算。所谓插补就是求取零件加工路径的坐标数据，用以控制数控机床坐标轴的运动。总线是计算机系统内部各部分之间传递信号的渠道，一般由数据总线、地址总线和控制总线等组成。2. 输入装置输入装置是把加工程序输人至计算机的装置，通常可以采用以下三种方式：(1)纸带输入 纸带输人方式就是在特制的纸带上穿孔用孔的不同位置的组合构成不同的数控代码，通过纸带阅读机，把纸带上的代码转换为计算机可以识别和处理的电信号。(2)手动输人 手动输入方式就是使用数控机床上的键盘输入加工程序。输入方法有两种一是MDI(手动数据输入)，这种方法适用于比较短的程序，只能使用一次，机床动作后程序就消失；二是在控制装置的EDIT(编辑)状态下输入加工程序，存放在控制装置的内存中，用这种方法可以对程序进行修改，并且可以重复使用。(3)直接输入存储器 直接输入方式是采用CNC装置的串行通信接口等，通过对有关参数的设定，直接读入由自动编程机或者其它计算机编制的程序。3. 存储器存储器是用来存放CNC装置的数据、参数及程序的。存储器一般由存放系统程序的只读存储器ROM、存放运算的中间结果的随机存储器RAM以及存放加工零件程序、数据和参数的RAM等组成。4. 位置控制单元位置控制单元是把插补运算求取的坐标给定值与位置检测装置测得的实际值进行比较，然后将结果送入速度控制单元，对进结机构的运动进行控制。5. 可编程序控制器可编程序控制器(PLC)是用来替代传统的机床强电控制线路，实现对数控机床的切削液供给、停止、刀具的自动交换、工作台的自动交换等的自动控制功能。6. 通信接口现代数控机床往往都带有标准数据通信接口，以便与编程机及上级计算机联接，实现通信功能。随着柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS的发展，CNC装置的通信功能将发挥更加重要的作用。CNC与上级计算机等的网络通信功能主要是通过串行数据通信接口来实现的。(三)伺服系统伺服系统接收来自CNC装置的指令信息，严格按照指令信息的要求，拖动机床的移动部件，完成零件的加工。伺服系统直接决定了刀具与零件的相对位置，因而伺服系统的性能是决定数控机床的加工精度的主要因素。伺服系统主要由伺服控制电路、功率放大电路、检测装置以及伺服电动机等部分组成。(四)附加装置为了进一步提高生产率、提高加工精度和提高自动化程度，数控机床还具有许多附加装置，例如自动换刀装置、自动交换工作台及切屑处理装置等等。1.1.3 数控机床的基本工作原理在数控机床上加工一个零件，一般包含以下几个步骤：1.根据加工零件的图纸和工艺方案，用规定的代码和程序格式来编写加工程序；2.将加工程序制作成穿孔带；3.通过纸带阅读机将穿孔带上的程序输入CNC装置。也可以来用手动输入方式将程序输入CNC装置；4.CNC装置对程序代码进行译码、寄存和运算，然后为伺服系统提供控制信号，实现对刀具与零件相对运动的控制；5.与此同时，CNC装置提供的信号，还可以实现对机床其它各运动部件的控制与操作，包括主轴变速、工件松夹、刀具转位以及开关冷却液等。通过以上步骤，数控机床最终便可以加工出合格的零件了。1.1.4 数控机床的特点及用途进入 80 年代的机械制造业，其产品面临市场竞争带来的挑战，促使越来越多的企业走上小批量、多品种、不断更新产品的道路。随着以航天、精密仪器制造业为主的高技术产品不断的出现，复杂零件越来越多，精度要求也越来越高，传统的刚性自动化生产模式难以满足要求，柔性自动化生产则应运而生。数控机床就是在这种形势下产生的自动化设备，它是发展柔性生产的基础装备。与其他类型的自动化机床型比较，数控机床主要有如下一些优点:(1) 具有较大柔性由前述可知，数控机床是按照记录在穿孔带等信息载体上的指令信息自动加工进行加工的。加工对象改变时，只需重新编制程序或更换一条穿孔带、磁带或其他形式的信息载体，即不需要对机床结构重新进行调整，也不需要制造凸轮、靠模一类的辅助装置。这样，便非常迅速地从一种零件的加工过渡到另一种零件的加工，生产准备周期大为缩短。(2) 能获得较高的加工精度机床加工精度在很大程度上取决于进给传动的位置精度。数控机床的进给传动为数字式伺服传动，它能保证运动参数，如位移、速度的准确性。此外，传动链短、传动机构精密、高效，也极大地提高了传动精度。因此，数控机床具有较高的加工精度。(3) 便于加工复杂形状的零件数控机床能同时控制多个坐标联动，可加工其他机床很难加工甚至不可能加工的复杂曲面。对于以函数形式或列表值表示的曲面，加工更为方便。(4) 机床的使用、维护技术要求高数控机床是多学科、高新技术的产物，相应地，这就对机床的操作和维护提出了较高的要求。此外，机床价格高，设备一次性投资大，为保证数控加工的综合技术经济效益，同样要求机床的使用者和维修人员应具有较高的专业素质。按照以上特点，数控机床最适合在单件、小批生产条件下，加工下列类型的零件:普通机床难以加工，或虽能加工，但需要复杂、昂贵的工艺设备材料昂贵、不允许报废的零件结构复杂、需要多工序加工的零件生产周期要求短的急缺零件1.2 数控加工技术1.2.1 数控加工技术简介数控加工技术是现代化工业生产中的一门新型的发展十分迅速的高新技术，它将制造技术、数字化技术、微电子技术、监控检测技术等多种高新建设传统的机械加工技术有效地结合起来，成为制造自动化领域最重要的基础技术。数控加工技术的发展十分迅速，从第一代的电子管元件数控装置，经历了晶体管电路、小中规模集成电路、大规模集成电路控制系统，发展到计算机控制系统。数控装置体积越来越小，精度越来越高，在工业生产中日益发挥着重要作用。1.2.2 数控加工的特点1) 自动化程度高 在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都有机床自动完成.在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断对到、传输、调度、管理等也都有机床自动完成，这样减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。2) 加工精度高，加工质量稳定 数控加工的尺寸精度通常在0.005 0.lm 之间，日前最高的尺寸精度可达士0.0015mm，不受零件形状复杂程度的影响，加工中消除了操作者的人为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，是产品质量保持稳定。3) 加工对象适应性强 数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。当加工对象改变时，除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外，只要重新编写并输入该零件的加工程序，便可自动加工出新的零件，不必对机床作任何复杂的调整，这样缩短了生产准备周期，给新产品的研制开发以及产品的改进、改型提供了捷径。4) 生产效率高 数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序;另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时间短。5) 易于建立计算机通讯网络 由于数控机床是使用数字信息，易于与计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)系统连接，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。1.2.3 数控加工技术的发展1.高速化 数控系统采用高速的32位以上的微处理器，使其输人、译码、计算、输出等环节都在高速下完成，并可提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速加工。目前采用64位微处理器的新型数控系统，更增强了插补运算功能、快速进给功能，可进行更高速的加工，并实现了多轴控制功能，一般控制轴数为315轴，最多24轴，同时控制轴数可达36轴。2.高精度化 以加工中心为例其主要精度指标直线坐标的定位精度和重复定位精度都有了明显的提高：定位精度由土5umm提高到土(0.153)umm，重复定位精度由土2um提高到土1um。为了提高加工精度，对数控机床本身除了在结构总体设计、主轴箱、进给系统中采用低热胀系数材料、通人恒温油等措施外，还在控制方面采取了一系列措施。3.多功能 新型数控机床具有多种监控、检测及补偿功能，具有更强的通信功能、图像编程和显示功能，比如刀具磨损的检测、系统的精度及热变形的检测等，还具有刀具寿命管理、刀具长度偏置、刀具半径补偿、刀尖补偿、螺距补偿等功能。更先进的数控机床有自动编程能力，通过键盘和图像显示可进行人机对话，可根据图样自动编程并通过远距离串行接口输入给机床，使之实现自动加工。4.智能化 在现代数控系统中，引进了自适应控制这种智能化技术。自适应控制(Adaptive Control简称AC)技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特征，且能使切削加工过程达到并维持最佳状态的技术。在工艺系统中，大约有30余种变量直接或间接影响加工效果，如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨损、工件变形、机床热变形、切削液的粘度、刀具与工件材料化学亲和力的大小等因素。这些变量一般事先难以预知，编制加工程序时常依据经验数据。实际加工中，很难选择最佳参数进行切削。而自适应控制技术则能根据切削条件的实时变化，自动调整并保持最佳工作状态，从而得到高的加工精度、较小的表面粗糙度值，并提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。5.高可靠性 为了提高数控系统和数控机床的可靠性，人们采取了以下一些措施：(1)提高数控系统的硬件质量 选用高质量的集成电路芯片、印制电路板和其它元器件，建立并实施从元器件筛选、稳定产品的制造和装配工艺到性能测试等一系列完整的质量保证体系。(2)实现模块化、标准化和通用化 性能越来越完善，功能愈来愈丰富的现代数控系统有利地促进了其硬件、软件实现“三化”：模块化、标准化和通用化，包括数控机床的主轴部件，变速箱立柱、工作台、刀架、刀库等都可模块化生产。“三化”的实现，不仅便于组织开发、生产和应用，而且也提高了机床的质量和运行的可靠性，并便于用户的维修和保养。(3)配备先进的检测、监控装置、红外线、声发射、温度测量、功率测量、激光检测等1.3 数控加工工艺所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的一种方法。在数控机床上加工时，将记录在控制介质上、描述加工过程所需的全部工艺信息，即原先在通用机床上加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输人数控机床的数控装置，对输入信息进行运算和控制，并不断向伺服机构使机床实现加工运动的机电功能转换部件发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床按所编程序进行运动，便可加工出我们所需要的零件。可见，实现数控加工，编程是关键。但必须有编程前的数控工艺做必要准备工作和编程后的善后处理工作。严格说来，数控编程也属于数控工艺的范畴。因此，数控加工工艺主要包括以下几方面的内容：1)选择并确定需要进行数控加工的零件及内容。2)进行数控加工工艺设计。3)对零件图形进行必要的数学处理。4)编写加工程序(自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序加工程序)。5)按程序单制作控制介质。6)对程序进行校验与修改。7)首件试加工与现场问题处理。8)数控加工工艺技术文件的编写与归档。1.4 CADCAM 技术1963 年，美国麻省理工学院首次提出 CAD(Computer Aided Design计算机辅助设计)的概念。MIT 小组初步设想了采用计算机设计、分析，并开发了交互式图形处理系统、绘制出了工程图，从而使 CAD 由试验阶段过渡到了实施阶段。 CAM(Computer Aided Manufacturing计算机辅助制造)是从 APT 开始的。它是 20世纪 50 年代 MIT 设计的一种专门用于零件 NC 加工的自动编程语言，到 1967 年 APT系统己实用化。从 l974 年开始，人们把 CAD 系统和生产计划管理及力学计算相结合，发展成为 CADCAM 综合系统。70 年代后期，CADCAM 进人初期实用阶段。CADCAM 技术推动了几乎一切领域的设计革命，CAD 技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。CADCAM 技术从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图样组织整个生产过程的技术管理方式，将它变为在图形工作站上交互设计、用数据文件发送产品定义、在统一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺计划、工艺装备设计、数控加工、质量控制、编印产品维护手册、组织备件订货供应等等。1.5 本课题设计的主要内容传动器是一种常见的中间传递机构,其构成的主要零部件,如图所示：由图可知，该传动器主要有以下几部分组成：中间是箱体,内部是轴,其左侧是端盖,右侧分别是端盖、调整环和齿轮。传动器是动力的中间传递机构。当动力通过齿轮输入时，通过键联接，带动轴传动，只要在轴的左端安上齿轮、带轮等零件，就可实现动力的传递。下面就对本课题所设计的主要零部件的加工工艺进行分析。2 各部分零件的工艺分析2.1 金属材料的分析一、材料机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于 2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于 2%的称为铁。1 铸铁常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。2 钢钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此其应用极为广泛。钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢）主要用于特殊的工况条件下。按化学成分钢可分为碳素钢和合金钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越多，其强度越高，但塑性越低。碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如Q215、Q235）一般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳量低于 0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。含碳量在 0.1%0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中碳钢的含碳量在 0.3%0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在 0.55%0.7%的高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于 2%或合金元素总量低于 5%的称为低合金钢。每一种合金元素含量为 2%5%或合金元素总含量为 5%10%的称为中合金钢。每一种合金元素含量高于 5%或合金元素总含量高于 10%的称为高合金钢。加入不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需经过热处理才能提高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较敏感，因此只用于碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率的铸铁件大，故铸钢的壁厚常大于 10，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。表 1-1 是常用的金属材料的机械性能。表 1-1 常用钢铁材料的机械性能材料 机械性能名称 牌号抗拉强度b(N/mm2)屈服强度s(N/mm2)硬度(HBS)普通碳素结构钢Q215Q235Q255Q275335410375460410510490610215235255275优质碳素结构钢203545410530600245315355156197220合金结构钢18Cr2Ni4W35SiMn40Cr40CrNiMo20CrMnTi65Mn1187859819801079735835510785835834430260229247269217285铸钢ZG230-450ZG270-500ZG310-570450550570230270310130143153灰铸铁HT150HT200HT250145195240150200170220190240球墨铸铁QT450-10QT500-7QT600-3QT700-2450500600700310320370420160210170230190270225305二、材料选用的原则从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则：（1） 载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选铸铁。脆性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。（2） 零件的工作条件在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料，在高温下工作的零件应选耐热材料，在湿热环境下工作的零件，应选防锈能力好的材料，如不锈钢、铜合金等。零件在工作中有可能发生磨损之处，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢。金属材料的性能可通过热处理和表面强化（如喷丸、滚压等）来提高和改善，因此要充分利用热处理和表面处理的手段来发挥材料的潜力。（3） 零件的尺寸及质量零件尺寸的大小及质量的好坏与材料的品种及毛坯制取方法有关，对外形复杂、尺寸较大的零件，若考虑用铸造毛坯，则应选用适合铸造的材料；若考虑用焊接毛坯，则应选用焊接性能较好的材料；尺寸小、外形简单、批量大的零件，适于冲压和模锻，所选材料就应具有较好的塑性。（4） 经济性选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料，这对于大批量制造的零件尤为重要。此外还应考虑加工成本及维修费用。为了简化供应和储存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。2.2 各零部件的材料选择及工艺分析1.齿轮齿轮的材料及热处理对齿轮的使用性能和寿命有很大的影响。考虑材料的综合性能及经济性，本课题所设计的齿轮的材料选用 45 钢，齿面硬度 220250HBS。因其加工精度并不高，因此采用：滚齿齿端加工-齿面热处理-修正内孔的加工方案。2.端盖本课题所设计的端盖采用铸铁 HT200，因为铸铁具有良好的耐磨性和减振性，而且价格低廉。加工工艺路线：车削其外形铣削内形钻孔。3.调整环非合金结构钢 Q235 碳的质量分数低，具有良好的塑性和焊接性能，但强度较低，在机械制造中主要用于制造受力不大的普通机械零件，因此本课题所设计的调整环，选用 Q235-A。因其结构简单，故只需先钻孔后车削即可。4. 箱体箱体零件是机器的基础零件之一。由它将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件集合成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置关系，并按一定的传动关系协调的传递运动或动力。因此，箱体的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有直接的影响。本课题所设计的箱体采用铸铁 HT200，因为铸铁具有较好的耐磨性、铸造性、切削性和减振性，且成本低廉。加工方法多采用铸造，毛坯在铸造时应防止砂眼和气孔产生。为了减少残余应力，箱体铸造后应进行时效处理。5. 轴通过对材料的综合性能及经济性的分析，本课题所设计的轴采用 45 钢，因其在机构中起传递作用，则需要有较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火 35-45HRC。其加工工艺路径为：车削其外圆轮廓铣削键槽 攻螺纹热处理精磨。3. 主要零件的参数设置及加工路径分析3.1 概述轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。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，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面： 尺寸精度 轴类零件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，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为 IT 5IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6IT9。 几何形状精度 主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。 相互位置精度 包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。 表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为 0.21.6 m，传动件配合轴颈为 0.43.2 m。 其他 热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。3.2 轴类零件的材料、毛坯及热处理1轴类零件的材料 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。 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。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。经综合考虑，本课题所设计的轴采用 45 钢，因其在机构中起传递作用，则需要有较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火 35-45HRC。3.3 工艺装备的选择 工艺 装 备 选 择 的 合 理 与 否 ， 将 直 接 影 响 工 件 的 加 工 精 度 、 生 产 效 率 和 经 济 效 益 。应 根 据 地 生 产 类 型 、 具 体 加 工 条 件 、 工 件 结 构 特 点 和 技 术 要 求 等 选 择 工 艺 装 备 。一、夹具的选择 单件、小批生产应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、机床用平口虎钳、分度头等；对于大批和大量生产，为提高生产率应采用专用高效夹具；多品种中、小批量生产可采用可调夹具或成组夹具。因为本课题所要加工的轴形状较简单，采用通用夹具即可，因此选用三角卡盘。二、 刀具的选择 一般优先采用标准刀具。若采用机械集中，则可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。其次在选用刀具时还应注意以下几点：1）在数控机床上铣削平面时，应采用镶装可转位硬质合金刀片的铣刀。一般采用两次走刀，一次粗铣，一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径要小一些，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工面的整个宽度。加工余量大，且加工面又不均匀时，刀具直径要选得小些，否则当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响加工质量。2）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，刀具会很快被磨损。3）加工余量较小，并且要求表面粗糙度值较低时，应采用镶立方氮化硼刀片的端铣刀或镶陶瓷刀片的端铣刀。4）镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面。5）镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削，铣削毛坯表面和用于孔的粗加工。6）精度要求较高的凹槽加工时，可以采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。7）在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模，钻孔深度为直径的 5 倍左右的深孔加工容易折断钻头，应注意冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或用一个刚性好的短钻头锪窝引正。锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以代替孔口倒角。三、量具的选择 单件、小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等；大批、大量生产应采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。因本零件属于小批量生产，因此，选用通用量具即可。3.4 切削用量的选择对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。 背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。表 2.1 为车削加工时的选择切削条件的参考数据。 根据经验选择，一般粗车切削深度为 23mm,半精车切削深度为 0.52mm，精车切削深度为 0.20.5mm。本课题所加工的为 45 钢，由表可知：切削速度应在 70220mm/min,根据经验,我们选择 Vc=120mm/min.由公式 n=1000v/dw (dw-未加工工件的直径)可以计算出,粗车时 n=500r/min;精车时 n=1200r/min.刀具及切削参数如下：3.5 进给路线的确定 在数控机床加工过程中，进给路线的确定是非常重要的，它与工件的加工精度和粗糙度直接相关。所谓进给路线就是数控机床在加工过程中刀具中心的移动路线。确定进给路线，就是确定刀具的移动路线。1）数控车削进给路线的确定 确定数控车削进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件设计图确定的轮廓顺序进行的。车削进给路线泛指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。其基本原则是： 力求空行程路线最短。可通过巧用起刀点、将起刀点与其对刀点重合在一起；巧设换（转）刀点，如果将第二把刀的换刀点也设置在合适点位置上，则可缩短空行程距离，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足进给路线为最短的要求。 力求切削进给路线最短。切削进给路线为最短，可有效地提高生产效率，降低刀具的损耗等。矩形进给路线，适用于棒料毛坯，进给路线较短。三角形进给路线，适用于棒料毛坯，进给路线较长。仿形进给路线，用于铸、锻件毛坯时进给路线较短。因毛坯形状为圆棒料，排除第三种进给路线，根据力求进给路线最短原则，第一种走刀路线较适合。2）数控铣削进给路线的确定 数控铣削加工中进给路线对零件的加工精度和表面质量有直接的影响，因此，确定好进给路线是保证铣削加工精度和表面质量的工艺措施之一。下面是铣削中几种常见的走刀路线。在图中，左图和中图分别为用行切法加工和环切法加工凹槽的走刀路线，而右图是先用行切法，最后环切一刀光整轮廓表面。三种方案中，左图方案的加工表面质量最差，在周边留有大量的残余；中图方案和右图方案加工后的能保证精度，但中图方案采用环切的方案，走刀路线稍长，而且编程计算工作量大。根据以上分析，本课题所加工的轴上的键槽采用右图所示的走刀方案。3.6 加工顺序的确定主轴加工顺序安排如下：外圆表面左右两端的粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面左右两端的精加工（以顶尖孔定位）攻螺纹轴上键槽的铣削淬火精磨。当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需加工了，这样可以避免浪费工时。但这些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的主要表面。对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。3.7 加工余量的确定加工余量的大小等于每个中间工序加工余量的总和。工序间的加工余量的选择应根据下列条件进行。1）应有足够的加工余量，特别是最后的工序，加工余量应能保证达到图样上所规定的精度和表面粗糙度值要求。2）应考虑加工方法和设备的刚性，以及工件可能发生的变形。过大的加工余量反而会由于切削抗力的增加而引起工件变形加大，影响加工精度。3）应考虑到热处理引起的变形，否则可能产生废品。4）应考虑工件的大小。工件越大，由切削力、内应力引起的变形亦会越大，加工余量也要相应地大一些。5）在保证加工精度的前提下，应尽量采用最小的加工余量总和，以求缩短加工时间，降低加工费用。3.8 程序的确定一、数控指令的介绍数控程序的指令由一系列的程序字组成，而程序字通常由地址（address）和数值（number）两部分组成，地址通常是某个大写字母。数控程序中的地址代码意义如表1-1所示。表 1-1 功 能 地 址 意 义程序号 ：(ISO)，O (EIA) 程序序号顺序号 N 顺序号准备功能 G动作模式（直线、圆弧等）X、Y、Z 坐标移动指令A、B、C、U、V、W 附加轴移动指令R 圆弧半径尺寸字I、J、K 圆弧中心坐标进给功能 F 进给速率主轴旋转功能 S 主轴转速刀具功能 T 刀具号、刀具补偿号辅助功能 M辅助装置的接通和断开补偿号 H、D 补偿序号暂停 P、X 暂停时间子程序号指定 P 子程序序号子程序重复次数 L 重复次数参数 P、Q、R 固定循环二、程序编制方法的确定程序编制分为：手工编程和自动编程两种。1.手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。2.自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定， 将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。自动编程适用于：形状复杂的零件、虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件） 、虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲