数控车削圆锥轴套的加工工艺及仿真

目 录 摘 要 . I 第 一 章 绪论 . 2 第二章 零件的结构分析 . 3 分析 . 3 分析 . 4 轴 装配分析 . 5 . 5 公差等级 . 5 公差等级 . 6 3 1加工设备的选定 . 7 3 2零件材料和毛坯的选用 . 7 3 3夹具的选用 . 7 3 4刀具的选择 . 7 用的刀具 . 8 用的刀具 . 8 . 8 . 8 . 9 . 9 第四章 加工工艺方案 . 10 艺方案 . 10 艺方案 . 10 第五章 零件的加工编制 . 12 . 12 . 12 . 12 工程序 . 13 工程序 . 14 第六章 轴套常见故障及修复方法 . 19 坏原因 . 19 复方法 . 19 第七章 轴常见的类型、结 构、扭转刚度、磨损及修复 . 21 的分类 . 21 构设计 . 21 转刚度 . 22 . 22 总结 . 25 参考文献 . 27 结 束 语 . 29 摘 要 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等 。 做成 整圆筒形的轴瓦称为轴套。 轴套和轴瓦都相当 于滑动轴承的外环，轴套是整体的而轴瓦是分片的。 轴颈：组成轴被轴承支承的部分； 轴瓦：与轴颈相配的零件； 轴套：做成整圆筒形的轴瓦。 关键词 ： 配合件 ;工艺 ;程序 第 一 章 绪论 数控机床是机电一体化最典型的产品 ,利用数字化控制机械加工过程，不仅可提高产品的质量和生产率，同时也可降低劳动强度。数控技术发展迅猛，数控机床应用越来越普及，学习和掌握数控加工技术已成为一种新的趋势。 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。 在数控机床上加工零件时， 首先要对零件进行工艺分析：零件的结构和技术要求分析；确定零件的公差等级；对零件进行零件的工艺设计；制定零件的工艺方案；最后编写零件的加工程序。 数控 车床 、 车削中心 ，是一种高精度、高效率的自动化 机床 。配备多 工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加 工艺性能 ，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种 螺纹 、槽、蜗杆等复杂 工件 ，可咨询：宁波众鑫数控机床厂。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂 零件 的批量生产中发挥 了良好的经济效果。 两年多来通过对数控专业的学习，对数控机床和编程和操作有一定程度的了解和掌握，已经可以进行独立的编程和操作，这时就需要一次来锻炼自己，检验自己的掌握程度。这次设计就达到了这样的目的，使自己更了解数控机床，对它的结构系统等有了一定更进一步的掌握，使自己的理论水平和实际操作水平更上一层楼。 第二章 零件的结构分析 套的分析 图 2套零件图 该零件总长度： 105大回转直径为 60多个台阶及退刀槽， 4处倒角从左至右分别为 2*2*45， 2* 5 ,1： 10的配合件 1的锥孔。表面粗糙度 3处为 m， 1处为 m，其余为 m 轴套需要加工的表面有 60 30 25度为 1： 10 的锥度孔， 3处 3*1的退刀槽 轴套的技术要求为： （ 1）未标注倒角为 （ 2） 不准使用砂纸，磨石，锉刀，等辅具抛光加工表面。 （ 3） 1： 10锥度孔与件 2配合，用涂色法检验接触面大于 70%。 （ 4）未注尺寸公差 按 1804 的分析 图 2零件图 该零件总长： 为 160最大外径 50，工件有一处 处 D=50，d=44锥度为 1： 10，长度为 30的锥形轴，工件总体粗糙度为 m。 轴套需要加工的表面有： 50， 44 402* 25 301：10锥度轴。 轴的技术要求为： （ 1）未标注倒角为 （ 2） 1： 10锥度轴与件 1配合，用涂色法检验接触面大于 70% （ 3）不准使用砂纸、磨石、锉刀等辅具抛光加工表面。 （ 4）未注尺寸公 差按 1804 套与轴装配分析 图 2件 1与件 2为典型的圆锥轴套配合，为间隙配合，其装配总长要求为 205中相互配合的锥轴之间的配合间隙要求在 了保证零件间相互配合的精度，所以加工难度大，必须要有严格的尺寸要求，在加工中应该先加工套，并以此为基准来加工轴，以保证轴套零件的尺寸精度、几何精度。 定零件的公差等级 公差的等级是指确定尺寸精确度的等级，不同的零件和零件上不同的部位的尺寸，对精度要求不同，所以确定零件的公差等级对后期的工艺与加工处理有十分重要的意义。 套的公差等级 表 2基本尺寸 上偏差 下偏差 公差等级 加工方式 60 0 精加工 55 精加工 50 精加工 44 精加工 40 精加工 30 0 加工 25 0 精加工 的公差等级 表 2本尺寸 上偏差 下偏差 公差等级 加工方式 60 精加工 50 0 加工 40 0 加工 25 0 加工 第三章 零件的工艺设计 3 1 加工设备的选定 本设计采用数控机床加工的方法，根据实际的机床设备和零件的加工要求，选用广州数控 3 2 零件材料和毛坯的选用 根据实际情况和加工零件的具体要求， 选用零件的材料为 45号钢， 45 号钢为 优质碳素结构用钢 ， 是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达 45 52 毛坯的选择：轴套的毛坯的尺寸为 65*110棒料，轴的毛坯为55*1653 3 夹具的选用 数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： 1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具， 以缩短生产准备时间。 2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 选择使用三爪卡盘： 是数控车床的通用卡具 夹持范围大 ，根据图样可知，所加工的零件为典型轴类零件中的圆锥套筒配合件，由于锥度孔与锥度轴之间的配合要求较高，故要求零件的同轴度也有较高要求。 3 4 刀具的选择 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。 在数控加工中刀具的选用直接 关系到加工精度的高低，加工表面质量的优劣和加工效率的高低，数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点与普通机床相比，数控加工时对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、精度高，而 且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控机床的高效率。在本设计中所加工的零件的零件材料为 45 号钢，图样尺寸要求较高，故选择的刀具材料是硬质合金。根据每个工件的情况，来选取刀具。 套选用的刀具 表 3号 刀具类型 备注 1 外圆精车刀，刀尖角为 35 用于右端和左端外 圆的粗，精加工 2 内圆粗车刀，刀尖半径为 于左端锥孔和内阶孔的粗加工 3 内圆精车刀，刀尖半径为 于左端锥孔和内阶孔的精加工 4 切槽刀，刀宽为 3于加工 2处 35 中心钻 钻制定位中心孔 6 40的钻头 预钻 40深度为 40的内孔 选用的刀具 表 3号 刀具类型 备注 1 外圆粗车刀，刀尖角为 55 用于右端外圆和左端锥度轴和外圆粗加工 2 外圆精车刀，刀尖角为 35 用于右端外圆和左端锥度轴和外圆精加工 3 切槽刀，刀宽为 10于加工 10工参数的选用 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。 轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/D 公 式中 ： 位为 m/刀具的耐用度决定； 主轴转速，单位为 r/ 位为 计算的主轴转速 给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。 确定进给速度的原则： 1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在 100 200mm/ 2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 20 50mm/围内选取。 3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在 2050mm/ 4）刀具空行程时，特别是远距离 “ 回零 ” 时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。 吃刀量确定 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留 少量精加工余量，一般 总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。 第四章 加工工艺方案 套工艺方案 (1)确定工艺方案 采用三爪卡盘夹持 65外圆，棒料伸出卡盘外约 65后掉头，棒料伸出约 65 (2)工具的准备 200尺 ,深度卡尺 ,25 50 ,35 50 内径百分表。万能内角度尺。 (3)工艺路线的的设计 1）用 1 号刀进行轮廓的粗车和精车，采用轮廓粗车循环指令 精车循环指令 2）用 2号刀进行内锥度孔的粗加工，采用轮廓粗车循环指令 行编程。 3）用 3号刀进行内锥度孔的精加工，采用精车循环指令 4）用 4号刀进行 3 （ 4）切削用量 粗车轮廓时车削深度为 1刀量为 给量为 1mm/r,主轴转速为800r/车轮廓和内孔时进给量为 r,主轴转速为 1200r/车完毕后， X 向单边精车余量为 向单边精车余量为 r,主轴转速为 600r/刀进入槽底部进给暂停 2S （ 5）工件原点 以装夹零件右端面与回转轴线交点为工件原点。 工艺方案 （ 1） 确定工艺方案 采用三爪卡盘夹持 55外圆，棒料伸出卡盘外约 110加工右端外圆轮廓。然后掉头，棒料伸出约 70工右端外圆轮廓。 （ 2） 工具的准备 200深度卡尺 ,25 50 （ 3）工艺路线的的设计 1）用 1号刀进行轮廓的粗车，采用轮廓粗车循环指令 2）用 2号刀进行轮廓的精车，采用轮廓粗车循环指令 3）用 4号刀进行 10* （ 4）切削用量 粗车轮廓时车削深度为 1量为 给量为 1mm/r,主轴转速为800r/车轮廓时进给量为 r,主轴转速为 1200r/车完毕后， 向单边精车余量为 槽时进给量为 r,主轴转速为 600r/刀进入槽底部进给暂停 2S （ 5）工件原点 以装夹零件右端面与回转轴线交点为工件原点。 第五章 零件的加工编制 控车床编程基础 数控车床是当今应用较广泛的一种自动化程度高、结构复杂且又昂贵的数控加工设备，主要要用于轴类、套类和盘类等回转体零件的加工。通过程序的控制，能自动完成外圆柱面、锥面、螺纹等工序的切削加工。并能进行切槽、钻孔、扩孔等加工工作。加工零件的尺寸精度可达 面粗糙度可达 m 以下。 控车床编程特点 数控车床的主要编程特点如下： （ 1） 在以个程序段中，可以采用绝对值编程（ X、 增量值编程（用U、 者二者混合编程。 （ 2） 直径方向（ X 方向）用绝对值编程时， X 以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附方向符号（正向可以省略）。系统默认直径编程，也可以采用半径编程，但必须更改系统设定。 （ 3） 向的一半。 （ 4） 车削加工毛胚余量较大时，可以进行多次重复循环车削。 （ 5） 编程时也应考虑刀具的半径补偿。 控车床的坐标系和参考点 数控车 床的坐标系分为机床坐标系和工件坐标，二者都符合右手定则。其中机床坐标系是机床固有的坐标系，一般不能随意更改，参考点也是机床上一个固定的点，它是刀具退到一个固定不变的位置。对于程序的编制有十分重要的作用。 工件坐标系是编程者在程序编制过程中使用的坐标系，程序的坐标值都以此为依据。在进行程序的编制时，必须首先确定工件工件坐标系和工件原点，工件原点一般选择在工件的右端面与主轴回转中心得交点上。 套加工程序 轴套右端面轮廓加工 800; 65. 1 71 200 1.; 00 0. 1200; 100 00 35. 2.; 40.; 28.; 2.; 32.; 100.; 轴套左端轮廓及内孔程序 100. 800; 1 71 200 1.; 00 1200; 100.; 50.; 100 00 6 100 01 50. 50.; 100 50.; 加工程序 轴右端加工程序 800; 55. 1 71 200 1.; 00 0. 1200; 100.; 100 00 60. 2.; 100.; 轴右端加工程序 800; 55. 1 71 200 1.; 00 0. 1200; 01 100.; 100 00 第六章 轴套常见故障及修复方法 坏原因 轴套在长期运行过程中， 轴颈 表面受到胀套的挤压力和复合机械力的作用，将导致其永久性变形，直径或缩减 而导致机械胀紧配合力度达不到要求的缩紧力，轴套与主轴之间出现配合间隙，引起了轴套的磨损。 复方法 由于部件价值较大，传统的修复方法较为昂贵，随着国外 高分子复合材料等先进技术的发展，一些修复快速同时花费低的维修方法受到青睐。国内亦引进了此种方法，较为成熟的有 福世蓝 2211F 材料等。材料具有传统方法所无法比拟的综合机械性能、优良的粘结力和抗温抗腐蚀能力，最大抗压强度可达1200kg/着力（重叠剪切拉力试验）在光滑的钢表面为 225 kg/以可 用于大型轴套部位磨损的修复。且设备不需要大范围拆卸，为企业节省大量人力物力。 第七章 轴常见的类型、结构、扭转刚度、磨损及修复 的分类 常见的轴有 曲轴 、 直轴 和 软 轴 三种。 直轴又可分为：转轴，工作时既承受弯矩又承受 扭矩 ，是机械中最常见的轴，如各种 减速器 中的轴等。 心轴 ，用来支承转动 零件 只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如 铁路车辆 的轴等，有些心轴则不转动，如支承 滑轮的轴等。 传动轴 ，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如 起重机 移动机构中的长光轴、 汽车 的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或 合金钢 ，也可采用 球墨铸铁 或 合金铸铁 等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。 构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况， 轴承 的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素 有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： 1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3、采用各种减少应力集中 和提高强度的结构措施； 4、便于加工制造和保证精度。 转刚度 轴的扭转刚度校核是计算的轴的工作时 扭转变形量，是用每米轴长的扭角 度量的。轴的扭转变形要影响 机器 的性能和工作精度，如内燃机 凸轮 轴的扭转角过大，会影响气门的正确启闭时间； 龙门式起重机 运动机构传动轴的扭转角会影响驱动轮的同步性；对有 发生扭转振动危险的轴以及操纵系统中的轴，都需要有较大的扭转刚度。 轴类磨损是轴使用过程中最为常见的设备问题。轴类出现磨损的原因有很多，但是最主要的原因就是用来制造轴的金属特性决定的，金属虽然硬度高，但是退让性差（变形后无法复原 ），抗冲击性能较差，抗疲劳性能差，因此容易造成 粘着磨损 、磨料磨损、疲劳磨损、 微动磨损 等，大部分的轴类磨损不易察觉，只有出现机器高温、跳动幅度大、异响等情况时，才会引起人们的察觉，但是到人们发觉时，大部分轴都已磨损，从而造成机器停 机。 大型设备轴头磨损后的修复是一个值得关注的问题。当轴的材质为 45号钢（调质处理）时，如果仅采用堆焊处理，则会产生焊接内应力，在重载荷或高速运转的情况下，可能在轴肩 处出现裂纹乃至断裂的现象。如果采用去应力退火，则难于操作，且加工周期长，检修费用高。当轴的材质为 用铸铁焊也不理想。 国内针对轴类磨损一般采用的是补焊、襄轴套、打麻点等，如果停机时间短又有备件，一般会采用更换新轴，一些维修技术较高的企业会采用电刷镀、激光 焊、微弧焊甚至 冷焊 等，这些维修技术需要采购高昂的设备和高薪聘请技术工人，国内一些中小企业一般通过技术较高外协来帮助修复高价值轴，只不过要 支付高昂的维修费用和运输费用。 对于以上修复技术，在欧美日韩企业已不太常见，因为传统技术效果差，而激光焊、微弧焊等高级修复技术对设备和人员要求高，费用支出大，现在欧美日韩一般采用的是 福世蓝 高分子复合材料 技术和纳米技术，现场操作，不仅有效提升了维修效率，更是大大降低了 维修费用和维修强度。 1 因金属材质为“常量关系”，虽然强度较高，但抗冲击性以及退让性较差，所以长期的运行必造成配合间隙不断增大造成轴磨损，意识到这种关键原因后，欧美新技术研究机构研制的高分子复合材料即具有金属所要求的强度和硬度，又具有金属所不具备的退让性（变量关系），通过“模具修复”、“部件对应关系”、“机械加工”等工艺，可以最大限度确保修复部位和配合部件的尺寸配合；同时，利用复合材料本身所具有的抗压、抗弯曲、延展率等综合优势，可以有效地吸收外力的冲击，极大化解和抵消轴承对轴的径向冲击力，并避免了 间隙出现的可能性，也就避免了设备因间隙增大而造成相对运动的磨损，所以针对轴与轴承的静配合，复合材料不是靠“硬度”来解决设备磨损的，而是靠改变力的关系来满足设备的运行要求。 总结