(精品)传动轴加工工艺 毕业论文(机电一体化)

151 绪论随着社会的不断进步，机电一体化技术日趋重要，在机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术之间的有机地结合上做出了更高的要求。机电一体化技术的应用已呈突飞猛进的趋势，特别是计算机技术的飞速发展也使机电一体化技术也得到了提高。机电一体化技术也从另一方面反映了一个国家的制造业水平，发展机电一体化设备是当前我国机械制造业技术改造的必经之路，是未来自动化工厂的基础。现代数控机床是典型的机电一体化产品，是一种高精度的自动化设备，用数字化信号对机械设备运动及其工作过程进行控制，综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控机床的广泛应用与现代企业对零件加工精度要求的提高，对数控技术的要求也日益提高。作为一名机电一体化专业的学生，将来工作学习都会以机械为主，所以必须掌握好各种机械的专业知识，本着认真的态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养。为了提高机电一体化设备的操作能力，对所学的知识加以巩固，为进入社会工作打下坚实的基础，特对数控技术学习实践，从而达到能制定加工工艺、自己编制程序、自己动手执行工艺过程，并加工出合格的零件。2 零件图的分析和毛坯选择2.1 零件图的分析此零件图为轴类零件，由于结构、尺寸的实际加工需要两头装夹，该零件由端面、圆柱、圆弧面、螺纹、槽、内孔等结构组成，该零件图为数控回转体车削零件。零件尺寸为外形件图2-1所示。图2-1 传动轴零件图2.2 毛坯的选择轴类零件可根据使用要求、生产类型设备条件及结构，选用棒料及其他形式的毛坯。但对于外圆直径相差不大的轴一般以棒料为主。45钢是轴类零件的最常用材料，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。零件的下料毛坯尺寸为60mm170mm。3 设备的选择3.1 机床选择根据现有的数控机床及加工的对象来分析，我院的数控机床都能完成对此零件的加工，由于我院数控加工室有FANUC-0i系统的车床共有六台，其中分为两种都具有不同加工性能，三台为长征数控机床，另外三台为重庆第二机床厂生产的数控机床。根据零件的结构形状和精度以及加工的难易程度等条件来选择数控设备的型号，由于该零件由圆柱、圆弧等组成。形状也比较简单，以上六台设备均可以进行加工，但是考虑到该零件的表面粗糙度和加工精度有一定的要求，综上几点考虑结合学校数控加工室的条件，特选用FANUC0i系统重庆第二机床厂生产的数控机床进行零件程序编制与加工。机床简图见图3-1。机床参数见表3-2。图3-1C26136HK车床表3-2C26136HK车床参数表 技术参数加工范围项目单位参数床身最大回转直径mm360床身导轨宽度mm312最大工件长度mm750最大车削长度mm650横拖板上最大工件回转直径mm180主轴主轴通孔直径mm55主轴内孔锥度莫氏6号主轴头部形式A2-6主轴转速范围r.p.m1803000主电机功率kw5.5卡盘直径mm200（可选液压）尾座尾座套筒直径mm60尾座套筒移动距离mm95尾座套筒内孔锥度莫氏4号刀架进给轴快速移动速度（X/Z）m/minX：6Z：8进给最大行程（X/Z）mmX：240Z：650刀架刀具容量4（可选排刀）刀具规格mm2020精度加工精度IT6表面粗糙Ra值m0.81.6进给轴最小设定单位（X/Z）mm0.001进给轴重复定位精度（X/Z）mmX：0.007Z：0.010重量及外型机床净重/机床总重kg1900/2400外型尺寸（长宽高）mm230013001650包装箱尺寸（长宽高）mm2467149020623.2 设备介绍我院数控机床型号为C26136HK是由重庆第二机床厂生产的，机床为360750 CNC LATHE。主轴的转速范围在502000r/min，电压为3380V 电源频率为50HZ，系统为FANUC，具有较高可操作性，功能齐全和加工精度好的优点。3.3 夹具选择确定装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位与夹持，并选择合理的夹具。夹紧机构和其它元件不得影响进给，加工部位要敞开，要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动发生干涉。因此，必须慎重考虑夹持时的支撑点、定位点和夹紧点。夹具结构应力求简单，对形状简单的单件小批量生产的零件可以选用通用夹具。夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。由于该零件材料是45钢一般不会产生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较简单，不需要用专用夹具，所以只需要用三爪定位卡盘和一辅助装夹的垫片。由于三爪卡盘具有自动定心功能，最终选择夹具3-3如图所示：图3-3三爪卡盘4 量具与冷却液的选择4.1 量具的选择在数控车削加工工件中，为了确保工件的尺寸精度，必须选择正确的测量工具，量具种类很多，但不同的工件采用不同的量具作为测量工具。但在数控车削外圆中多采用千分尺和游标卡尺作为测量工件的量具。由于游标卡尺是一种通用量具使用方便的特点。对一般精度高的零件选用千分尺。4.2 冷却液的选择由于在切削加工过程在，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。工件和刀具吸收了一部分的热量后，工件和刀具会产生变形，最终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的现象。为了提高加零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。该工件材料为45钢，为了避免刀具与工件摩擦产生大量热影响工件精度，在加工时主要是以冷却为主，多采用乳化液作为冷却液。常用的冷却液如表4-1所示。表4-1常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、极压添加剂或油性润滑由上所述乳化液是通过乳化添加剂形成的切削油和水溶液的混合物。通常是由一定比例的油和乳化剂制成的乳化膏。其性能介于水溶液和切削油之间，使用时根据需要将乳化膏按重量稀释成一定浓度的水溶液。低浓度的乳化液主要起冷却作用，用于粗加工和削加工；高浓度的乳化液主要起润滑作用，用于精加工。5 刀具的选择在加工的过程中，对刀具的选择是非常重要的，一个零件好与坏直接给刀具的选择有关，刀具的好坏会影响整个加工过程，所以我们要注意刀具的材料和刀具的性能（如表5-1）。表5-1刀具材料与性能表具备的性能作为刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度耐磨性化学稳定性良好耐氧化性耐扩散性高韧性耐崩刃破损性低亲和性耐熔点、凝点、粘力性高耐热性耐塑性变形性磨削成型性良好刀具制造的高生产率热传导能力好耐热冲击性耐热裂纹性锋刃性良好刃口锋利表面质量好小切削可能5.1 各种刀具材料刀具简介高速钢在600仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击性较弱。硬质合金具有较高的硬性，能在800-1000保持较好的加工性能。复合碳化物系硬质合金在铣削金属的切削中显示出极好的性能。于是，硬质合金得到了很大的普及。通过上面的分析，由于我的材料为45钢的材料，零件比较复杂，所以我选用硬质合金刀具来加工此零件5.2 数控刀具卡片将选定的各式步所用刀具的刀具型号、刀片型号、刀片牌号、及刀尖圆弧半径等填入表52数控加工刀具卡片中6 加工工艺的制定数控车床加工工艺设计是在制定了工艺路线的基础上兼顾考虑程序编制的要求，安排数控车床工序的具体内容和工步顺序。工序内容：加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具所加工的内容安排在一个工序（或工步）中。按照工件加工表面的性质和要求，先进行零件表面的粗加工，然后进行零件表面的精加工。按照从简单到复杂的原则，先加工简单一端，再加工复杂的一端。6.1 工艺分析零件材料为45钢料 ；该零件右端由外圆、钻孔、外螺纹、右端尾部洗削和铣键槽工艺过程组成。结构形状较为复杂，但加工过程中还是要保证尺寸和形位精度；毛坯尺寸为60mm170mm。6.2 确定装夹方案为了使工序基准与定位基准重合，又由于该零件是两头加工，单段加工对零件的要求性不高，只需采用三爪卡盘夹持。采用三爪卡盘夹紧工件60mm外圆左端面，车削左端面，工件伸出长度为140mm。在装夹过成中，调整好工件在卡盘内的基准，装夹定位应夹紧可靠。6.3 确定加工方案采用三爪自定心卡盘夹持右端手动车削左端面自动粗、精车右端各段外螺纹三爪自定心卡盘夹持左端手动车削右端面自动粗、精车右端各段铣右端铣键槽钻孔6.4 确定工步顺序，进刀路线和所用刀具6.4.1 粗车外表面选用75度的T01外圆车刀，并用外圆粗切削循（G71）进行外表面粗车加工。X轴方向精加工余量0.5mm，轴方向精加工余量留0.5mm走刀路线及加工部位如图6-1、6-2所示。由于是粗加工，可选一把刀具将整个外表面车削成型，其次再进行钻孔加工，还必须考虑为以后的加工留有足够的余量。图中细实线为对刀时的走刀循环路线的终点。G71指令分若干次一层层加工，逐渐靠近加工中的各基点组成的回转体，后两次的走刀路线于前两次的相同。图6-1左端外圆加工图6-2右端外圆加工6.4.2 精车外表面调换精车刀T02，重新调整主轴转速及进给速度，刀具进给路线一定要保证正确，保证安全生产，保证精度。精车加工，走刀路线相同，但要确保程序的正确性，达到表面尺寸的要求加工方法及要点与前面相同，走刀路线及加工部位如图6-1、6-2所示。6.4.3 钻孔表面加工后，选用12mm顶角为120度的钻头，用手工进行内孔加工（钻孔之前要用中心钻钻中心孔），与内孔车刀的切削效率相比，钻头效率更高。6.4.4 粗精铣内圆柱面、内圆锥面选用刃径为4mm的铣刀进行内孔粗精加工，达到所要求的尺寸，走刀路线以切削部位为准，如图6-3所示。图6-3右端孔加工注意：要留有一定的加工余量给精加工。密切注意换刀点要远离工件，保证安全生产。6.4.5 加工外螺纹加工螺纹前，刀具的选择很重要，我们可选用专用的内螺纹车刀进行加工。选用G92指令进行螺纹加工。另外要注意：在车削螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速度比关系。要考虑到刀具从停止状态达到指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必须有一个过度过程，沿轴向的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加25mm的刀具切入距离和12mm的刀具切出距离，以保证加工正常进行，有必要时最后一刀还须重复车几次，以保证加工质量。切削过程如图6-4所示图6-4左端螺纹加工6.5 确定切削用量当进行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输入程序中。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：保证零件加工质量和表面粗糙度充分发挥切削性能保证合理的刀具切削性能和耐用度。并充分发挥机床的性能最大限度的提高生产率减低成本。6.5.1 背吃刀量的确定背吃刀量的确定时根据余量确定的，在机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。一般当毛坯直径余量小于6mm 时，根据加工精度考虑是否留出半精加工和精加工余量，剩下的余量可一次切除。当零件的精度较高时，应留出半精车和精车的余量，半精车余量一般为0.5mm左右，半精车之后留精车余量，一般比普通车削时所留余量少，通常取0.10.5mm。余量一般留0.20.5mm。因为材料硬度HB为70120，刀具材料为45钢，背吃刀量粗车时取每层2mm，精车时取0.5mm。铣削时，工件表面粗糙度要求为Ra3.212.5um时，粗铣做到一次进给铣去全部加工余量，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分为两次进给。粗铣后留余量0.51mm在精铣时切除。6.5.2 主轴转速的确定根据公式可以看出：每齿进给量的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。当工件材料的强度和硬度越高。主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取n= 其中Vc-切削速度，D-工件或刀具的直径（mm），现选取工件为32的直径为例说明其计算过程。D=32mm根据车削原理可知，车削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素，可参考表6-1选取。表6-1数控切削用量推荐表工件材料加工内容背吃刀量ap/mm切削速度(mmin)进给量/(mmr)刀具材料碳素钢b600MPa粗加工5760800.20.4YT类粗加工23801200.2.4精加工0.10.51201500.10.2钻中心孔500800rmin-1W18Cr4V钻孔0300.10.2切断（宽度5mm）701100.10.2YT类铸铁200HBS以下粗加工50700.20.4YG类精加工701000.10.2切断（宽度5mm）50700.10.2从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑： 取粗车时 =120m/min 精车时 =150m/min代入式中： n粗=1000120/（3.1442）=910r/minn精=1000150/（3.1442）=1137r/min计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取 取=1000r/min =1500 r/min6.5.3 进给速度的确定加工零件时选择进给速度，应根据零件的要求合理的选择进给速度。在能保证零件的要求前提下，可以在粗加工零件时选择较高的进给速度，在零件精加工时应选择较低的进给速度，同时对零件切断或加工孔时也应选择较低的进给速度，以免影响零件的加工精度。则在加工零件时一定要考虑其切削用量的选择，同时也要根据所选择