减速器的三维造型及低度速轴数控加工设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 河南工业职业技术学院毕业论文 题目 减速器的造型及数控加工 班 级： 04143 姓 名： 凌清雨 专 业： 数控技术及应用 指导教师： 杨瑞兰 答辩日期： 2007 年 6 月 20 日 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 1 摘要 数控加工，就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床 的特性和系统所规定的指令格式 (数控语言或符号 )编制的。所谓编程，就是把被加工零件的工艺过程、工艺参数、运动要求用数字指令形式 (数控语言 )记录在介质上，并输入数控系统。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。 体设计系统 ,是由美国 司于 1989 年开发出来的，其主要功能有： 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。 用以绘制零件的图纸，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 以将用 使用，也可将用 关键： 数控加工 数控编程 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 2 目 录 摘 要 I 绪论 1 控机床 . (1) 控加工技术 . (5) 控加工工艺 . (8) 术 . (8) 课题设计的主要内容 . (9) 2减速器的简介 用 减速器的主要类型，特点和应用 . . (10) 速器的结构 . (13) 3 端盖的参数设置及加工路径分析 述 . (15) 盖的加工工艺路线 . (16) 艺装备的选择 . (17) 削用量的选择 . (18) 给路线的确定 . (20) 工顺序的确定 . (22) 工余量的确定 . (22) 盖的加工程序 . (24) 4 低速轴 的加工工艺过程 述 . 件材料选择及热处理 . 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 3 择定位基准 . 择加工方法 . 定各工序的加工余量，工序尺寸和公差 . 算差时间额定 . 速轴的程序 . 4 总结与展望 文总结 来展望 . (39) 致 谢 . (40) 参考文献 . (41) 毕业设计任务书 . (42) 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 4 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 5 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 6 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 7 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 8 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 9 1 绪 论 控机床 控机床的简述 随着科学技术的迅速发展，社会对产品多样化的要求愈来愈强烈，从而要求产品更新换代的周期越来越短，使 多品种、小批量生产的比重明显增加；同时，随着航空航天、造船、军工、汽车、农业机械等行业对产品性能要求的不断提高，产品中形状复杂的零件越来越多，加工质量要求也不断提高。采用传统的普通加工设备已难以适应这种多样化、柔性化及复杂形状零件的高效率高质量加工的要求。为解决上述问题，一种高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备 数控机床就应运而生了。 控机床的组成 数字控制（ 称 术是指采用数字化信息进行控制的技术。用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的机床 ，称作数控机床，它是数字控制技术与机床相结合的产物。 数控机床是典型的机电一体化产品，是集现代机械制造技术、自动控制技术、检测技术、计算机信息技术于一体的高效率、高精度、高柔性和高自动化的现代机械加工设备。它同其它机电一体化产品一样，也是由机械本体、动 力源、电子控制单元、检测传感部分和执行机器（伺服系统）组成。 1机械本体 为数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。 2动力源 为数控机床提供动力的部分，主要使用电能。 3电子控制单元 其核心是计算机数控（ 称 置，它把接 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 10 收到的各种数字信息经过译码、运算和逻辑处理，生成各种指令信息输出给伺服系统，使机床按规定的动作进行加工。这部分还包括相应的外围设备，如显示器、打印机等。 4检测传感部分 主要对工作台的直线位移和回转工作台的角位移进行检测，检测结果送入计算机，或用于位置显示，或用于反馈控制。 5执行器（伺服系统） 用来驱动机床上的移动部件作相应的运动，并对其定位精度和速度进行控制。如许多数控机床的走刀运动就是利用伺服电机驱动滚珠丝杠来完成的。 控机床的基本工作原理 在普通机床上加工零件，是由操作者根据零件图纸的要求，不断改变刀具与工件之间相对运动轨迹，由刀具对工件进行切削而加工出要求的零件。而在数控机床上加工零件时，则是将被加工零件的加工顺序、工艺参数和机床运动要求用数控语言编制出加工程序，然后输入到 置对加工程序进行一系列处理后，向伺服系统发出执行指令，由伺服系统驱动机床移动部件运动，从而自动完成零件的加工。图 8 图 8控机床的工作过程 控机床的特点及用途 与传统机床相比，数控机床具有如下特点 ：制造工程工艺基础 1、生产效率高，由于加工过程是自动进行的，且机床能自动换刀、自动不停车变速和快速空行程等功能，使加工时间大大减少，且由于只需试车检验和过程中抽检，大大减少了停车时间，通常其工效是普通机床的 3 7倍。 2、能稳定地获得高精度，数控加工时人工干预减少，可以避免人为误差，且零件 图纸 制成 零件 加工 程序 置 伺服 系统 机床 部件 编制 加工 驱动 命令 送入 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 11 机床重复精度高，因此，可较经济地获得高精度。 3、减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，这是由于机床自动化程度大大提高，替代了大部分手工操作。 4、加工能力提高，应用数控机床可以很准确的加工出曲线、曲面、圆弧等形状非常复 杂的零件，因此，可以通过编写复杂的程序来实现加工常规方法难以加工的零件。 控加工技术 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。 控机床的加工特点 过改变加工程序可对不同零件进行加工，特别适应于目前多品种、小批量、产品更新快的生产特征。 般情况下，除了装卸工件外，其它大部分加工过程都由机床自动完成，大大减轻了工人的劳动强度。 加工过程，机床自始至终都在给定的控制指令下工作，消除了操作者的技术水平及情绪变化对加工质量的影响，因而加工质量稳定且一批零件的尺寸一致性好。 控机床的主轴转速和进给量的范 围大，允许机床进行大切削量的强力切削，另外在加工中心上，由于刀库的使用，可实现在一台机床上进行多道工序的连续加工，大大减少了零件的加工时间和辅助时间，因而生产率高。 控机床使用数字信号与标准代码作为控制信息，易 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 12 于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（ 机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。 控加工技术的发展 年来，高速加工机床的发展速度很快，目前主轴转速可达 100，000r/给速度可达 80m/ 化：精密级数控机床的加工精度可达 面粗糙度值 现代数控系统中，引进了自适应控制技术，可自动控制和优化加工参数，从而使操作者不需具备专门的技能。 控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展，如柔性加工单元（ 柔性制造系统（ 。 80 年代中期以来，以数控机床为主体的加工自动化已从“点”的自动化（单台数控机床）发展到“线”的自动化（ “面”的自动化（柔性制造车间），结合信息管理系统 的自动化，逐步形成整个工厂“体”的自动化。 产厂家通过不断提高数控系统的硬件质量以及促使系统的硬件、软件实现模块化、标准化和通用化，已大大提高了数控机床使用的可靠性。 控加工工艺 数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和工具的相对运动，使之加工出合格零件的方法。数控加工工艺的主要内容： 1选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。 2分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定 数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等等。 3调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 13 术 1963 年，美国麻省理工学院首次提出 计算机辅助设计 )的概念。 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 试验阶段过渡到了实施阶段。 计算机辅助制造 )是从 始的。它是 20世纪 50 年代 计的一种专门用于零件 工的自动编程语言，到 1967 年 开始，人们把 展成为 70年代后期， 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。 课题设计的主要内容 减速箱的装配件爆炸图 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 14 2减速器的简介 用减速器的主要类型，特点和应用 1齿轮减速器 齿轮减速器的特点是效率高，工作耐久，维护简便，因而应用范围很广。 齿轮减速器按其减速齿轮的级数可分为单级，两级，三级和多级的；按其轴在空间的相互配置可分为立式和卧式的；按其运动简图的特点可分为展开式、同轴式 (又称回归式 )和分流式等。具体形式的特点如下： 单级圆 柱齿轮减速器的轮齿可用直齿、斜齿或人字齿。直齿用于低速 ( 8ms)或载荷较轻的传动，斜齿或人字齿用于较高速 ( =2550m s)或载荷较重的传动。箱体常用铸铁制造，轴承常用滚动轴承。传动比范围： i 3 6，直齿 i 4，斜齿 i 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 15 6。 两级展开式圆柱齿轮减速器的高速级常用斜齿，低速级可用直齿或斜齿。展开式圆柱齿轮减速器由于齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮应安排在远离转矩输入端，以减少因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均的现象。这种类型的减速器常用于载荷较平稳的场合，应用广泛。传动比范 围： i=8 40。 两级同轴式圆柱齿轮减速器的箱体长度较短，轴向尺寸及重量较大，中间轴较长，刚度较差，其轴承润滑困难。当两大齿轮浸油深度大致相同时，高速级齿轮的承载能力难以充分利用。这种减速器仅有一个输入轴和输出轴，传动布置受到限制。传动比范围： i 8 40。 单级圆锥齿轮减速器用于输入轴和输出轴的轴线垂直相交的传动，有卧式和立式两种。轮齿加工较复杂，圆锥齿轮可用直齿、斜齿或曲齿。传动比范围： i=2 5，直齿 i 3，斜齿 i 5。 两级圆锥 圆柱齿轮减速器用于输入轴和输出轴的轴线垂直相交且传动比较大的传动。圆 锥齿轮宜布置在高速级，以减少圆锥齿轮的尺寸，便于加工。传动比范围： i=8 25。 2蜗杆减速器 蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。其中应用最广的单级蜗杆减速器，传动比大，结构紧凑，但传动效率低，用于中小功率、输入轴和输出轴垂直交错的传动。蜗杆下置式的润滑条件较好，应优先选用。当蜗杆圆周速度 4 5m s 时，应采用上置式，此时蜗杆轴承润滑条件较差，传动比 i 1040。两级蜗杆减速器则应用较少。 3蜗杆 齿轮减速器 这类减速器在绝大多 数情况下都是把蜗杆传动作为高速级，称为蜗杆 齿轮减速器，因为在高速时，蜗杆传动的效率较高，它所适用的传动比一般在 50 130 的范围内，最大可达 250。而把圆柱齿轮传动作为高速级，即齿轮 蜗杆减速器则应用较少，它的传动比可达 150左右。 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 16 速器的结构 减速器箱体的作用是支承轴系零件，固定轴系的位置，保证轴系运转精度 ; 箱体内装有润滑轴系的润滑油，因此箱体必须是密封防尘的，但又要使箱体内与箱体外的大气压平衡。因此减速器箱体的重要质量指标是整体刚度和稳定性、密封性。大批量生产的减速器箱体常常 采用铸造方法制作，铸造的材料通常是价廉的普通灰铸铁、球墨铸铁与变性灰铸铁等，在有较高强度和刚度要求时使用铸钢。 在某些场合为了使机器的重量尽可能轻，也有使用铝合金制作箱体的。如果生产的批量较小，则多数采用焊接的方式来制作箱体。 减速器的箱体受力情况较复杂，常常会受到较大的弯曲和扭转应力作用，因此如何在不大幅度增加重量的情况下提高箱体的刚度就显得很关键，在箱体外设计肋板就是很有效的办法。但采用肋板使箱体的加工工艺变得更加复杂。 铸造工艺方面的要求是箱体形状力求简单，易于造型和拔模，壁厚均匀，过渡平缓，金属不 要局部积聚等。机械加工工艺方面应尽量减少加工面积，以提高生产率和减少刀具的磨损，应尽量减少工件和刀具的调整次数，以提高加工精度和节省加工时间，例如同 轴上的两个轴承座孔直径应尽量相同。 当轴承采用箱体内的油润滑时，须在箱座剖分面的凸缘上开设输油沟，使飞溅到箱盖内壁上的油经油沟流入轴承。输油沟有铣制和铸造两种形式，设计时应使箱盖斜口处的油能顺利流入油沟，并经轴承盖的缺口流入轴承。 窥视孔应开在箱盖顶部，以便于观察传动零件啮合区的情况，可由孔注入润滑油，孔的大小应该足够大，以便进行检查操作， 窥视孔应设凸台便于加工。视孔盖可用铸铁、钢板或有机玻璃制成。孔与盖之间加有密封垫片。 油标用来指示油面高度，一般安置在低速级附近的油面稳定处。油标形式有油标尺、管状油标、圆形油标等。常用的是带有螺纹部分的油标尺。油标尺的安装位 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 17 置不能太低，以防油从该处溢出。油标座孔的倾斜位置要保证油标尺便于插入和取出。 工作一段时间后，减速箱中的润滑油需要进行更换。为使减速箱中的污油能顺利排放，放油孔开在油池的最低处，油池底面有一定斜度，放油孔座应设凸台，螺塞与凸台之间应有油圈密封。 减速器工作时由于轮齿啮合摩擦会产生热量，热量使箱内的空气受热膨胀，通气器能使箱内受热膨胀的气体排出，以便箱内外气压平衡，避免密封处渗漏。通气器一般安放在箱盖顶部或视孔盖上，要求不高时，可用简易的通气器。 起吊装置用于拆卸和搬运减速器，包括吊环螺钉、吊耳和吊钩。吊环螺钉或吊耳用于起吊箱盖，设计在箱盖两端的对称面上，吊环螺钉是标准件，设计时应有加工凸台，便于机械加工。吊耳可在箱盖上直接铸出。 吊钩用于吊运整台减速器，在箱座两端的凸缘下面铸出。 定位销用来保证箱盖与箱座联接 以及轴承座孔的加工和装配精度。一般用两个圆锥销安置在联接凸缘上，距离较远且不对称布置，以提高定位精度。定位销长度要大于联接凸缘的总厚度，定位销孔应为通孔，以便于装拆。 在拆卸箱体时，起盖螺钉用于顶起箱盖。它安置在箱盖凸缘上，其长度应大于箱盖联接凸缘的厚度，下端部做成半球形或圆柱形，以免在旋动时损坏螺纹。 减速器中的齿轮或蜗轮蜗杆，需要安装在轴上。减速器中的轴都是直轴，并且为了轴上零件安装定位的方便大多数是阶梯轴，当齿轮和高速轴的轴径相差不大时，常常制成齿轮轴。根据轴所受载荷的性质， 轴可分为三类：只承受弯矩而不承受扭矩的称为心轴，例如二级圆柱齿轮减速器中的中间轴；既承受弯矩又承受扭矩的轴 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 18 称为转轴，例如减速器中的输入和输出轴；主要承受扭矩的轴称为传动轴。 轴的设计一般应满足轴的强度和刚度要求，对于高速运转的轴还要注意振动稳定性的问题。轴的结构设计应满足以下几点，首先要保证轴和轴上零件有确定的工作位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性。轴的材料一般采用碳钢和合金钢。 由于齿轮传动具有传动效率高、传动比恒定、结构紧凑、工作可靠等优点，减速器都采用齿轮传动。 减速器大部分采用闭式齿轮传动，只有部分农业和建筑机械才采用开式齿轮传动。减速器齿轮常采用的材料有锻钢，铸钢、铸铁、非金属材料等。一般用途的齿轮常采用锻钢，经热处理后切齿，用在高速、重载或精密仪器的齿轮还要进行磨齿等精加工；当齿轮的直径较大时采用铸钢；工作平稳速度较低、传动功率不大时用铸铁；高速轻载和精度要求不高时常采用非金属材料制作齿轮。 减速器中的轴通过轴承支承在箱体的轴承座上。由于减速器的空间有限所以常采用滚动轴承而不采用滑动轴承，采用的轴承通常有向心轴承和向心推力轴承。根据轴承所受载荷 的大小、方向和性质选择轴承的类型。 艺路线的确定 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 19 1）内孔表面的加工方法 2）平面的加工方法 3）平面轮廓加工方法 4）曲面轮廓加工方法。 1）有利于保证加工质量； 2）有利于及早发现毛坯的缺陷； 3）有利于设备的合理使用。 1）按所用刀具划分工序的原则； 2）按粗、精加工分开，先粗后精的原则； 3）按先面后孔的原则划分工序。 1）切削加工工序的安排 a基面先 行原则； b先粗后精原则； c先主后次原则； d先面后孔原则。 2）热处理工序的安排 a预备热处理； b消除残余应力； c最终热处理。 3）辅助工序的安排 4）数控加工工序与普通工序的衔接 合夹具的应用） （ 1） 寻求最短加工路线 如加工图 示零件上的孔系。 的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用 少空刀时间 ， 则可节省定位时间近一倍 ，提高 了 加工效率。 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 20 a)零件图样 b)路线 1 c)路线 2 图 短走刀路线的设计 （ 2）最终轮廓一次走刀完成 为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。 如图 种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用 用行切法，最后 沿周向 环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图 a)路线 1 b)路线 3 c)路线 3 图 内腔的三种走刀路线 （ 3）选择切入切出方向 考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 21 暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，如 右 图所示。 艺装备的选择 确定了工序集中或工序分散的原则后，基本上也就确定了设备的类型。如采用工序集中，则宜选用高效自动加工设备；若采用工序分散，则加工设备可较简单。此外，选择设备时还应考虑： 1）机床精 度与工件精度相适应； 2）机床规格与工件的外形尺寸相适应； 3）选择的机床应与现有加工条件相适应，如设备负荷的平衡状况等； 4）如果没有现成设备供选用，经过方案的技术经济分析后，也可提出专用设备的设计任务书或改装旧设备。 2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。 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。 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。 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。 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 22 具选择 1. 数控刀具材料： 高速钢、硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、金刚石、立方氮化硼、表面涂层。 2. 数控铣削对刀具的要求： 刚性好、耐用度高。 3. 铣刀的种类： 面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀、成形铣刀。 削用量的选择 切削用量包括 ： 切削速度（主轴转速）、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。 粗加工时，首先选取尽可能大的背吃刀量；其次，根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量，最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度； 精加工时，首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次，根据已加工表面的粗糙度要求，选择尽较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，选择较高的切削速度； 端铣 )或侧吃刀量 (圆周铣 ) 背吃刀量 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 23 侧吃刀量 铣刀转速 n、铣刀齿数 单位为 mm/z) 的关系 ： 削的切削速度与刀具耐用度 T 、每齿进给量 背吃刀量 侧吃刀量 成反比，与铣刀直径