动车转向架构架横梁零件的数控加工工艺分析与设计毕业论文.doc

摘 要 转向架是高速动车组的核心组成部分 其制造技术是确保动车组能够实现安全 平稳 舒适 快捷运行的关键性技术之一 转向架构架是转向架的基体 其制造精 度直接影响着转向架的装配精度 安全性能 进而影响到动车组的运行品质及安全 性 本论文主要介绍了动车转向架构架横梁零件的数控加工工艺分析与设计 通过 对零件图 毛坯件 以及其结构工艺性的分析 从定位基准入手 确定各个表面的 加工方法 划分加工阶段 合理安排加工顺序 选择机床设备 确定切削用量得到 最终的工艺规程 一个优化的工艺设计 为零件加工的可行性和经济性提供理论依据 从而可以 减少零件的加工时间 提高生产率 降低生产成本 关键字 转向架 数控加工 工艺 铣削 切削用量 AbstractAbstract Bogie is a high speed EMU core component of its manufacturing technology is to ensure that the DMUs to achieve safe stable comfortable fast and run one of the key technologies Bogie bogie frame is the matrix and its direct impact on manufacturing precision bogie assembly accuracy security performance there by affecting the operation of EMU quality and safety This paper introduces the vehicle bogie frame beams moving parts CNC machining process analysis and design Map of parts pieces of rough and its structure analysis process starting from the base position to identify the various surface processing methods dividing the processing stage reasonable arrangements for processing the order select the machine tool equipment to determine the final cutting process has been a point of order An optimized process design for the feasibility of machining and economy and provide a theoretical basis which can reduce machining time and improve productivity reduce production costs Keywords Bogie CNC Machining Process Design Milling Cutting 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别加以标 注和致谢的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果 也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的 材料 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体 均已在文中作 了明确的说明并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和电子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并提供目录检索与 阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其它复制手段保存论文 在不以赢利为目的前提下 学校可以公布论文的部分或全部内容 作者签名 日 期 目目 录录 1 绪论 1 1 1 课题研究的背景与意义 1 1 2 国内外现状分析 1 1 3 课题研究的方法 内容与目的 2 1 4 小结 2 2 动车转向架构架横梁的加工工艺分析 3 2 1 动车转向架构架横梁的数控加工 3 2 2 动车转向架构架横梁数控加工工艺分析 4 3 工艺路线的拟定 18 3 1 基准的选择 18 3 2 动车转向架构架横梁各表面的加工方法的选择 19 3 3 加工阶段的划分 25 3 4 动车转向架构架横梁工序的划分 26 3 5 合理安排加工顺序 27 4 数控加工工艺设计 28 4 1 数控机床的选择 28 4 2 刀具的选择 29 4 3 夹具的选择 31 4 4 量具的选择 31 4 5 定位与夹紧方案的确定 31 4 6 走刀路线的确定 31 4 7 切削用量的选择 32 5 动车转向架构架横梁数控加工典型工序分析 35 5 1 侧铣 Y740 面 35 5 2 加工平面切削用量的选择 35 5 3 加工 20H7 孔 36 5 4 配合孔 20H7 切削用量的选择 36 6 结论和展望 40 参 考 文 献 41 长春工业大学学士毕业论文 1 1 1 绪论绪论 1 11 1 课题研究的背景与意义课题研究的背景与意义 高速动车组技术是我国近年来从国外引进的先进交通运输技术之一 是轮轨技 术的颠峰之作 可与磁悬浮技术相提并论 转向架是高速动车组的核心组成部分 其制造技术是确保动车组能够实现安全 平稳 舒适 快捷运行的关键性技术之一 转向架构架是转向架的基体 其制造精度直接影响着转向架的装配精度 安全性能 进而影响到动车组的运行品质及安全性 铁路车辆的安全关系着全国千家万户的生命财产安全 每年因为机车车辆质量 问题造成的运行事故屡见不鲜 其中绝大多数都与转向架相关 铁道部高速动车组 联合办公室明确提出在高速动车组制造过程中要实现零缺陷 如何能够提高转向架 构架加工的精度和效率是众多轨道交通装备企业所面临的难题 随着国家因拉动内需对轨道交通运输领域的投入加大 铁道部组织北京铁路局 与中国北车股份有限公司于 2009 年 3 月 16 日签署 100 列新一代高速动车组采购合 同 合同总金额达到 392 亿人民币 新一代高速动车组持续运营时速 350 公里 试 验时速将超过 400 公里 届时将成为世界上商业运营速度最快 科技含量最高 系 统匹配最优的动车组 新一代高速动车组将在 2011 年用于京沪高速铁路 在未来 5 10 年 我国将有约 2000 多列的高速动车组需求 约合 1 万亿的商业 价值 1 在机械制造业中 对零件的加工工艺进行合理的优化设计可以提高生产效率 降低生产成本 提高加工质量 1 21 2 国内外现状分析国内外现状分析 自二十世纪 60 年代末轮轨蠕滑理论有了突破性的进展以来 对轮轨接触面上的 作用力有了真正的认识 机车车辆动力学得到了迅猛的发展 使重载牵引 高速列 车得以顺利发展 机车车辆径向转向架的发展是轮轨蠕滑理论在曲线通过领域应用 的重要成果 车辆转向架的结构及作用相对比较简单 其径向转向架在 70 年代初便开始出现 并陆续投入运用 目前已有不少国家作为货车转向架的一种重要形式 机车转向架除必须具备车辆转向架的所有功能外 还必须把轮周上的牵引力由 车轴传递到转向架构架 这通常是由轮对定位的纵向方向来传递的 因而轮对定位 的纵向刚度通常都很大 否则无法传递牵引力 定位纵向刚度大 轮对就无法向径 向位置偏斜 机车径向转向架就难以实现 这就是通常所说的牵引和导向的矛盾 所谓导向 这里是指使轮对占径向位置 利于通过曲线 机车径向转向架的导向机 理 设计方法以及结构形式远较车辆径向转向架复杂 因此 机车径向转向架的发 展远远滞后于车辆转向架 经过长时间的技术积累 到 80 年代末 90 年代初 机车 长春工业大学学士毕业论文 2 径向转向架的技术出现了突破 德国 瑞士 南非 奥地利等国家相继在电力机车 转向架上采用了径向调节技术 值得特别提出的是 美国 GM 公司与德国西门子公司于 1992 1993 年联合开发 了新一代的 SD60M AC 及 SD70M AC 内燃机车 其特征为交流传动 微机控制及径向 转向架 被称为径向交流机车 该机车取得了极大的成功 达到了前所未有的轮轨 粘着水平和牵引能力 并可用于过去三轴转向架难以涉足的多小半径曲线的困难区 段 扩大了三轴转向架的应用范围 1993 年初 美国以承担重载运输著称的伯灵顿 北方铁路提出一份 350 台 SD70M AC 机车的订单 准备用来代替原有的 600 台直流电 传动内燃机车 这将大大节约燃料 减少维修 节省人力物力 成为美国国内市场 近年来最大的一笔机车订货 1 31 3 课题研究的方法 内容与目的课题研究的方法 内容与目的 加工工艺设计是一个长期现场实践和经验积累的过程 必须采用理论分析及实 际相结合的方法 根据现场实际情况 通过查阅各种资料 了解相关工艺的基础上 在保证产品质量的前提下 以获得最大的经济效益 包括高效率和低成本等 为目 标 通过大量对比试验 采集数据并进行优化处理 从而确定较为合理的加工工艺 解决生产难题 1 41 4 小结小结 随着机车不断向高速 重载方向发展 必然会对转向架的强化提出越来越高的 要求 为适应这种状况 必须对转向架的可靠性提出更高的要求 相关企业为此也 投入相当大的精力去研发各种新的工艺来适应这种要求 本章通过对目前国 内外企业在相关转向架领域的加工工艺现状研究 分析 阐述了本课题研究的意义 长春工业大学学士毕业论文 3 2 2 动车转向架构架横梁的加工工艺分析动车转向架构架横梁的加工工艺分析 2 12 1 动车转向架构架横梁的数控加工动车转向架构架横梁的数控加工 2 1 12 1 1 数控加工的简介数控加工的简介 数控加工 泛指在数控机床上进行零件加工的一种工艺过程 数控加工的特点 1 柔性化高 传统的通用机床 虽然柔性好 但效率低下 而传统的专机 虽然效率很高 但对零件的适应性很差 刚性大 柔性差 很难适应市场经济下的激烈竞争带来的 产品频繁改型 只要改变程序 就可以在数控机床上加工新的零件 且又能自动化 操作 柔性好 效率高 因此数控机床能很好适应市场竞争 2 加工自动化 数控机床加工时 不需人工控制刀具 自动化程度高 带来的好处很明显 1 对操作工人的要求降低 一个普通机床的高级工 不是短时间内可以培养的 而一个不需编程的数控工 培养时间极短 如数控车工需要一周即可 还会编写简单的加工程序 并且 数控 工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高 时间要 省 2 降低了工人的劳动强度 数控工人在加工过程中 大部分时间被排斥在加 工过程之外 非常省力 3 产品质量稳定 数控机床的加工自动化 免除了普通机床上工人的疲劳 粗心 估计等人为误差 提高了产品的一致性 4 加工效率高 数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑 提高了劳动生产率 3 工序集中 数控机床一般带有可以自动换刀的刀架 刀库 换刀过程由程序控制自动进行 因此 工序比较集中 工序集中带来巨大的经济效益 1 减少机床占地面积 节约厂房 2 减少或没有中间环节 如半成品的中间检测 暂存搬运等 既省时间又省 人力 4 加工能力强 机床能精确加工各种轮廓 而有些轮廓在普通机床上无法加工 2 2 1 22 1 2动车转向架构架横梁的数控加工动车转向架构架横梁的数控加工 动车转向架构架横梁结构复杂 多孔多圆弧曲线 五面体加工 重量大 最好 能一次装夹 而数控加工的高效 高柔性 高自动化 能够满足动车转向架构架横 长春工业大学学士毕业论文 4 梁的加工要求 2 22 2 动车转向架构架横梁数控加工动车转向架构架横梁数控加工工艺分析工艺分析 2 2 12 2 1 零件图分析零件图分析 分析零件图 就是根据零件图了解零件的名称 材料和用途 弄清零件各部分 的结构形状及相对位置关系 了解零件的制造方法和技术要求 从而找出制定零件 各项技术要求的根据 零件图分析包括 检查零件图的完整性和正确性 零件的技 术要求分析 零件的材料分析 合理的标注尺寸 本设计只对零件的技术要求做出 分析 3 零件的技术要求包括下列几个方面 加工表面的尺寸精度 主要加工表面的形 状精度 主要加工表面之间的相互位置精度 加工表面的粗糙度以及表面质量方面 的其它要求 1 根据图纸标注 图 2 1 图 2 2 可确定 零件的设计基准是以 A 面作为 XY 面 以转向架构架横梁的中间空腔的中心线作为 XZ 基面和 YZ 基面 三个平面的空 间坐标作为设计基准 2 图 2 2 中 A 端面位于 XY 上方 342 5 1mm 处 表面粗糙度 Ra12 5 与 XY 面 的平行度误差为 0 4 3 图 2 1 和图 2 2 中以 YZ 为基准的加工表面有 X558 X590 X580 以 XZ 为基 准的加工面有 Y602 Y740 Y374 对于这些加工表面除了 Y740 加工表面有四个 表面粗糙度 Ra 为 12 5 其他加工表面都有两个 表面粗糙度都为 Ra6 3 四个空心 圆柱端面 Y740 与 XZ 面的平行度误差为 1 4 图 2 1 图 2 10 和图 2 11 中 在基面 A 上 槽的加工部位有四处 其中距 XZ 基面 374mm 距 YZ 基面 475mm 处有两个 距 XZ 基面 602mm 距 YZ 基面 475mm 处 有两个 对于这四个槽的加工尺寸是槽宽 80mm 槽深 2 5mm 表面粗糙度 Ra12 5 5 图 2 4 和图 2 10 中 槽的加工部位在侧面有两处 距离 YZ 方向 590mm 距 离基面 XZ 方向 374mm 在基面 A 下方 58 5mm 处 槽宽 40K6 槽深 5mm 表面粗糙 度为 Ra1 6 6 图 2 4 和图 2 10 中 孔的加工部位有十八处 在与基面 XZ 距离 374mm 的侧 面上有十处 其中八个螺纹孔 M24 孔 坐标为 420 27 5 530 27 5 420 27 5 530 27 5 420 122 5 530 122 5 420 122 5 530 122 5 钻孔深度 55mm 攻丝深度 45mm 两个配合孔 20H7 坐标 475 52 5 475 52 5 孔的内表面粗糙度 Ra1 6 孔加 工在与基面 YZ 距离 590mm 的侧面上有四处 坐标为 415 58 5 535 58 5 415 418 5 535 418 5 尺寸精度 M24 攻丝深度 45mm 钻孔深度 55mm 7 图 2 2 和图 2 11 中 孔的加工部位有十处 在与基面 XZ 距离 602mm 的侧面 长春工业大学学士毕业论文 5 上 其中八个 M24 螺纹孔 坐标 420 27 5 530 27 5 420 27 5 530 27 5 420 82 5 420 82 5 530 122 5 530 122 5 攻丝深度 45mm 钻孔深度 55mm 两个配合孔 20H7 坐标 425 52 5 425 52 5 孔的内表面粗糙度 Ra1 6 8 图 2 2 中 位于基面 A 下方 447 5 0 3 在四个空心圆柱端面的下方 距离 YZ 面 400 处有四个加工部位 R20 的圆角 表面粗糙度为 Ra12 5 9 图 8 中 距离 XZ 基面 379 距 YZ 基面 406 9 加工 R45 表面粗糙度为 Ra12 5 距离 XZ 基面 357 距离 YZ 基面 489 加工 R130 外切线和 YZ 面的角度为 15 表面粗糙度为 Ra12 5 10 图 9 中 加工部位在圆弧 R52 上 倒 45 角 表面粗糙度 Ra12 5 图 2 1 长春工业大学学士毕业论文 6 图 2 1 图 2 2 长春工业大学学士毕业论文 7 图 2 3 图 2 4 长春工业大学学士毕业论文 8 图 2 5 图 2 6 图 2 7 长春工业大学学士毕业论文 9 图 2 8 图 2 9 图 2 10 长春工业大学学士毕业论文 10 图 2 11 2 2 22 2 2 毛坯分析毛坯分析 毛坯是根据零件或产品所要求的形状 工艺尺寸等而制成的更进一步加工的生 产对象 毛坯的种类 形状 尺寸及精度对机械加工工艺过程 产品质量 材料消 耗和生产成本有着直接的影响 2 2 2 12 2 2 1 毛坯的选择原则毛坯的选择原则 选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素 1 零件的生产纲领 大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法 用于毛坯制造的昂 贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿 如铸件采用金属模机器 造型或精密铸造 锻件采用模锻 精锻 型材件选用冷拉和冷轧型材 单件小批生 产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法 2 零件材料的工艺性 例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯 钢质零件当形状不复杂 力学性能要求又不太高时 可选用型材 重要的钢质零件 为保证其力学性能 应 选择锻造件毛坯 3 零件的结构形状和尺寸 形状复杂的毛坯 一般采用铸造方法制造 薄壁零件不宜用砂型铸造 一般 用途的阶梯轴 如各段直径相差不大 可选用圆棒料 如各段直径相差较大 为减 少材料消耗和机械加工的劳动量 则宜采用锻造毛坯 尺寸大的零件一般选择自由 锻造 中小型零件可考虑选择模锻件 4 现有的生产条件 选择毛坯时 还要考虑本厂的毛坯制造水平 设备条件以及外协的可能性和经 济性等 2 2 2 22 2 2 2 常见的毛坯种类常见的毛坯种类 常见的毛坯种类有以下几种 1 铸件 对形状较复杂的毛坯 一般可用铸造方法制造 目前大多数铸件采用砂型铸 造 对尺寸精度要求较高的小型铸件 可采用特种铸造 如永久型铸造 精密铸造 压力铸造 熔模铸造成和离心铸造等 2 锻件 锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织 因此锻件的力学性 能较好 常用于受力复杂的重要钢质零件 其中自由锻件的精度和生产率较低 主 要用于小批生产和大型锻件的制造 模型锻造件的尺寸精度和生产率较高 主要用 于产量较大的中小型锻件 长春工业大学学士毕业论文 11 3 型材 型材主要有板材 棒材 线材等 常用截面形状有圆形 方形 六角形和特 殊截面形状 就其制造方法 又可分为热轧和冷拉两大类 热轧型材尺寸较大 精 度较低 用于一般的机械零件 冷拉型材尺寸较小 精度较高 主要用于毛坯精度 要求较高的中小型零件 4 焊接件 焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制 其优点是制造简单 生产周期短 节省材料 减轻重量 但其抗振性较差 变形大 需经时效处理后才 能进行机械加工 5 其它毛坯 其它毛坯包括冲压件 粉末冶金件 冷挤件 塑料压制件等 2 2 2 32 2 2 3 毛坯的形状及尺寸毛坯的形状及尺寸 毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状 结构 尺寸及加工余量等因素 确定的 并尽量与零件相接近 以达到减少机械加工的劳动量 力求达到少或无切 削加工 但是 由于现有毛坯制造技术及成本的限制 以及产品零件的加工精度和 表面质量要求愈来愈来高 所以 毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量 以便 通过机械加工达到零件的技术要求 2 2 2 42 2 2 4 毛坯的加工余量毛坯的加工余量 加工余量是指加工过程中在工件表面所切去的金属层厚度 余量有总加工余量 和工序余量之分 由毛坯转变为零件的过程中 在某加工表面上切除金属层的总厚 度 称为该表面的总加工余量 亦称毛坯余量 一般情况下 总加工余量并非一次 切除 而是分在各工序中逐渐切除 故每道工序所切除的金属层厚度称为该工序加 工余量 简称工序余量 工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差 毛坯余量是毛坯 尺寸与零件图样的设计尺寸之差 由于工序尺寸有公差 故实际切除的余量大小不 等 2 2 2 52 2 2 5 动车转向架构架横梁的毛坯的选择动车转向架构架横梁的毛坯的选择 转向架的功能是承载 牵引 缓冲 导向 所用材料要有好的抗弯矩和扭矩的 能力 本设计毛坯的材料选用低碳钢 由于动车转向架构架横梁的形状结构复杂 尺寸与重量都很大 难于用铸 锻方法整体生产 属于复杂结构件 在毛坯制造上 选用组合毛坯 对形状较复杂的部分 选用铸造 零件中对力学性能要求高 受力 复杂的重要部分 选用锻件 对形状不复杂 力学性能要求又不太高的部分 选用 型材 用焊接的方法将以上的锻件 型材或局部加工的半成品组合为一个整体的毛 坯 此类毛坯的优点是对毛坯材料利用率高 生产周期较短 生产成本较低 能满 足动车转向架构架横梁的大批量生产的要求 由于焊接的接头组织不均匀使得整体 尺寸误差较大和抗震性较差 并有焊接应力和变形存在 所以毛坯需经时效处理后 长春工业大学学士毕业论文 12 才能进行机械加工 2 2 32 2 3 结构工艺性分析结构工艺性分析 零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行 性和经济性 它包括零件的各个制造过程中的工艺性 有零件结构的铸造 锻造 冲压 焊接 热处理 切削加工等工艺性 由此可见 零件结构工艺性涉及面很广 本设计只对零件切削加工工艺性进行分析 2 2 3 12 2 3 1 机械加工对零件局部结构工艺性的要求机械加工对零件局部结构工艺性的要求 1 便于刀具的引进和退出 如图 2 12 中边缘孔的钻削 图 2 12 2 保证刀具正常工作 例如图 2 13a 所示结构 孔的入口端和出口端都是斜面 或曲面 钻孔时钻头两个刃受力不均 容易引偏 而且钻头也容易损坏 宜改用图 b 所示结构 图 c 所示孔结构 入口是平的 但出口都是曲面 宜改用图 d 所示结 构 图 2 13 3 保证能以较高的生产率加工 例如 被加工表面形状应尽量简单 图 2 14a 所示键槽形状只能用生产率较低的键槽铣刀加工 图 b 所示结构就能 用生产率较高的三面刃铣刀加工 长春工业大学学士毕业论文 13 图 2 14 尽量减少加工面积 图 2 15 a 所示两种气缸套零件 图 b 所示结构比图 a 所示结构加工面积小 工 艺性好 图 2 16 所示箱体零件耳座结构 图 b 图 c 所示结构不但省料而且生产效率高 它的工艺性就优于图 a 所示结构 图 2 15 图 2 16 尽量减少加工过程的装夹次数 加工图 2 17 示零件螺孔 需作两次装夹 先钻 攻螺孔 B C 然后翻身装夹 再钻 攻螺孔 A 如果设计允许 宜将螺孔 A 改成图左上角的结构 长春工业大学学士毕业论文 14 图 2 17 尽量减少工作行程次数 图 2 18 右边所示平面结构只需一次工作行程就可以铣出来 工艺性好 图 2 18 左边平面结构需作 3 次工作行程才能加工完 工艺性差 应统一或减少尺寸种类 图 18 右边轴上槽宽尺寸统一 可减少刀具种类 减少换刀时间 图 2 18 避免深孔加工 例如图 2 19 中 左图为深孔加工 工艺难 采用右图结构 避免深孔加工 节 约了零件材料 图 2 19 外表面联接代替内表面联接 例如图 长春工业大学学士毕业论文 15 图 2 20 零件的结构应与生产类型相适应 例如 在大批量生产中 图 2 21a 所示箱体同轴孔系结构是工艺性好的结构 在单件小批生产中 则认为图 2 21b 是工艺性好的结构 这是因为在大批大量生产 中采用专用双面组合镗床加工 此机床可以从箱体两端向中进给镗孔 采用专用组 合镗床 一次性投资虽然高 但因产量大 分摊到每个零件上的工艺成本并不多 经济上仍是合理的 图 2 21 有位置要求或同方向的表面能在一次装夹中加工出来 例如图 2 22 图 2 22 零件要有足够的刚性 便于采用高速和多刀切削 例如加工时 工件要承受切削力和夹紧力的作用 工件刚性不足易发生变形 影响加工精度 图示两种零件结构 图 2 23b 所示结构有加强筋 零件刚性好 加 工时不易产生变形 其工艺性就比图 2 23a 所示结构好 长春工业大学学士毕业论文 16 图 2 23 2 2 3 22 2 3 2 机械加工对零件整体结构工艺性的要求机械加工对零件整体结构工艺性的要求 零件是各要素 各尺寸组成的一个整体 所以更应考虑零件整体结构的工艺性 具体有以下几点要求 1 尽量采用标准件 通用件 2 在满足产品使用性能的条件下 零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度 要求应取最经济值 3 尽量选用切削加工性好的材料 4 有便于装夹的定位基准和夹紧表面 5 节省材料 减轻质量 3 2 2 3 32 2 3 3 动车转向架构架横梁结构工艺分析动车转向架构架横梁结构工艺分析 动车转向架构架横梁进行结构工艺性分析主要侧重于其制造的可行性和经济性 以下分别对动车转向架构架横梁加工部位进行结构工艺性分析 1 图 2 1 中对 Y740 平面加工时 由于加工表面比较大 壁厚较薄 结构性较 好但是力学性能较差 不便于刀具进给 对 Y602 平面加工时 由于受到 Y740 平面 的位置影响 要注意刀具的进刀点 避免刀具和零件部位的干涉 2 图 2 2 中 X558 X590 X580 加工平面 结构性和力学性能较好 便于刀具的 切削和进给 3 图 2 10 和图 2 11 中 槽的加工部位在 A 端面上有四处 槽深 2 5 结构性 和力学性能较好 便于刀具的切削和进给 4 图 2 10 中槽的加工部位在侧面有两处 表面精度 Ra1 6 表面精度要求较 高 在加工时要注意刀具的切削速度和进给 以保证加工部位的表面精度 5 图 2 3 中 在空心圆柱端面的下方 距离 YZ 面 400mm 处有两个加工部位 R20 的弧段 由于圆柱端面力学性较差 不便于刀具的进给 刀具的选择上要注意刀 具的半径小于或等于工件圆弧 6 图 2 8 中 圆弧 R45 R130 表面粗糙度为 Ra12 5 在加工两个圆弧面时 合理选择刀具的路径 避免刀具与工件干涉 长春工业大学学士毕业论文 17 7 图 2 10 中 螺纹孔 M24 要注意刀具的走刀路线 避免刀具和零件的干涉 20H7 孔的尺寸精度和表面精度要求都较高 加工时要注意刀具的进给和起床转速 的选择 在槽里面钻孔时 要特别注意入刀点的选择 避免干涉到 Y590 面 造成其 表面划伤 8 图 4 中 右侧两个 M24 由于所在位置 构件表面较大 壁厚较薄 所以在 加工时 要注意刀具的进给和主轴转速的选择 以保证 Y580 面的位置精度 长春工业大学学士毕业论文 18 3 3 工艺路线的拟定工艺路线的拟定 包括选择定位基准 确定各表面的加工方法 划分加工阶段 确定工序的集中 和分散的程度 合理安排加工顺序等 3 13 1 基准的选择基准的选择 3 1 13 1 1 基准的基本概念基准的基本概念 基准就是确定生产对象上的某些点 线 面的位置所依据的那些点 线 面 基准的分类 基准分为设计基准和工艺基准两大类 1 设计基准是设计工作图上所采用的基准 2 工艺基准是加工过程中所采用的基准 又分为有工序基准 定位基准和测量 基准等 1 工序基准是工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸 形状和位置 的基准 2 定位基准是在机械加工中用作工件定位的基准 3 测量基准是测量时所采用的基准 此外还有装配过程中用于确定零 部件间相互位置的装配基准 3 1 23 1 2 定位基准的选择定位基准的选择 正确选择定位基准是制订机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键 定位基准 包括粗基准和精基准 粗基准是用未加工过的毛坯表面做基准 精基准 用已加工 过的表面做基准 1 粗基准的选择原则 1 合理分配加工余量的原则 应保证各加工表面都有足够的加工余量 如外圆加工以轴线为基准 以加工余 量小而均匀的重要表面为粗基准 以保证该表面加工余量分布均匀 表面质量高 2 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则 一般应以非加工面做为粗基准 这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有 较为精确的相对位置 当零件上有几个不加工表面时 应选择与加工面相对位置精 度要求较高的不加工表面作粗基准 3 便于装夹的原则 选表面光洁的平面做粗基准 以保证定位准确 夹紧可 靠 4 粗基准一般不得重复使用的原则 在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使 用一次 这是因为粗基准一般都很粗糙 重复使用同一粗基准所加工的两组表面之 间位置误差会相当大 因此 粗基一般不得重复使用 2 精基准的选择原则 1 基准重合原则 利用设计基准做为定位基准 即为基准重合原则 长春工业大学学士毕业论文 19 2 基准统一原则 在大多数工序中 都使用同一基准的原则 这样容易保 证各加工表面的相互位置精度 避免基准变换所产生的误差 3 互为基准原则 加工表面和定位表面互相转换的原则 一般适用于精加工 和光磨加工中 4 自为基准原则 以加工表面自身做为定位基准的原则 如浮动镗孔 拉 孔 只能提高加工表面的尺寸精度 不能提高表面间的位置精度 5 3 1 33 1 3 动车转向架构架横梁的定位基准的选择动车转向架构架横梁的定位基准的选择 动车转向架构架横梁的定位基准是以经过两个空心圆柱轴线的平面作为 XY 面 以转向架构架横梁的中间空腔的中心线作为 XZ YZ 三个平面的空间坐标作为定位 基准 动车转向架构架横梁是一个复杂的结构件 体积大 质量很重 大部分表面 精度要求不高 采用一次装夹加工 缩短生产周期 降低成本 由分析可知 动车 转向架构架横梁零件的定位基准和设计基准是不重合的 定位基准 XY 面在设计基准 中 A 面下方 342 5 1mm 处 表面粗糙度 Ra12 5 与A 面的平行度误差为 0 4 3 23 2 动车转向架构架横梁各表面的加工方法的选择动车转向架构架横梁各表面的加工方法的选择 加工方法的选择应以满足加工精度和表面粗糙度的要求为原则 由于获得同一 级加工精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多 在实际选择时 要结合零件的形 状 尺寸和热处理要求等全面考虑 3 2 13 2 1 选择加工方法应考虑因素选择加工方法应考虑因素 选择加工方法应考虑每种加工方法加工经济精度 零件材料可加工性 工件结 构形状和尺寸 生产类型及工厂现有身产条件 加工表面技术要求是决定表面加工 方法最重要因素 3 2 23 2 2 平面加工平面加工 平面加工的方法通常有刨 铣 拉 车 磨及光整加工等 其中 铣 刨 磨 为主要加工方法 采用哪种加工方法较合理 需根据零件的形状 尺寸 材料 技 术要求 生产类型及工厂现有设备来决定 1 刨削主要用于加工平面和直槽 如果对机床进行适当的调整或使用专用夹具 还可用于加工齿条 齿轮 花键以及母线为直线的成形面等 刨削加工精度一般可 达 IT8 IT7 表面粗糙度 Ra 值可达 6 3 1 6um 刨削加工的工艺特点如下 1 刨床结构简单 调整 操作方便 刀具制造 刃磨容易 加工费用低 2 刨削特别适宜加工尺寸较大的 T 形槽 燕尾槽及窄长的平面 3 刨削加工精度较低 粗刨的尺寸公差等级为 ITl3 ITll 表面粗糙度 Ra 值 12 5um 精刨后尺寸公差等级 IT9 IT7 表面粗糙度 Ra 值 3 2 1 6um 直线度 为 0 04 0 08mm m 4 刨削生产率较低 因刨削有空行程损失 主运动部件反向惯性力较大 故 长春工业大学学士毕业论文 20 刨削速度低 生产率低 但在加工窄长面和进行多件或多刀加工时 刨削生产率却 很高 2 铣削 铣削是平面加工中应用最普遍的一种方法 利用各种铣床 铣刀和 附件 可以铣削平面 沟槽 弧形面 螺旋槽 齿轮 凸轮和特形面 一般经粗铣 精铣后 尺寸精度可达 lT9 1T7 表面粗糙度可达Ra12 5 0 63 m 1 铣削的工艺特征及应用范围 铣刀由多个刀齿组成 各刀齿依次切削 没有空行程 而且铣刀高速回转 因此与刨削相比 铣削生产率高于刨削 在中批以上生产中多用铣削加工平面 当加工尺寸较大的平面时 可在龙门铣床上 用几把铣刀同时加工各有关平 面 这样 既可保证平面之间的相互位置精度 也可获得较高的生产率 2 铣削工艺特点 生产效率高但不稳定 由于铣削属于多刃切削 且可选用较大的切削速度 所以铣削效率较高 但 由于各种原因易导致刀齿负荷不均匀 磨损不一致 从而引起机床的振动 造成切 削不稳 直接影响工件的表面粗糙度 断续切削 铣刀刀齿切入或切出时产生冲击 一方面使刀具的寿命下降 另一方面引起 周期性的冲击和振动 但由于刀齿间断切削 工作时间短 在空气中冷却时间长 故散热条件好 有利于提高铣刀的耐用度 半封闭切削 由于铣刀是多齿刀具 刀齿之间的空间有限 若切屑不能顺利排出或有足够 的容屑槽 则会影响铣削质最或造成铣刀的破损 所以选择铣刀时要把容屑槽当作 一个重要因素考虑 3 磨削 平面磨削与其它表面磨削一样 具有切削速度高 进给量小 尺寸精 度易于控制及能获得较小的表面粗糙度值等特点 加工精度一般可达 IT7 IT5 级 表面粗糙度值可 Ra1 6 0 2 m 平面磨削的加工质量比刨和铣都高 而且还可以加 工淬硬零件 因而多用于零件的半精加工和精加工 生产批量较大时 箱体的平面 常用磨削来精加工 4 平面加工方案的正确选择应根据零件的形状 尺寸 材料 技术要求和生产 类型等情况 如表 2 1 为平面加工方法 长春工业大学学士毕业论文 21 表 2 1 平面加工方法 序号加工方法经济精度 用 公差等级表示 经济粗糙度 值 RA um 适用范围 1 粗车IT11 1312 5 6 3 2 粗车 半精车IT8 106 3 3 2 3 粗车 半精车 精车IT7 80 8 1 6 4 粗车 半精车 磨削IT6 80 2 0 8 端面 5 粗刨 或粗铣 IT11 136 3 12 5 6 粗刨 或粗铣 精刨 或精铣 IT8 101 6 6 3 一般不淬硬平面 7 粗刨 或粗铣 精刨 或精铣 刮研 IT6 70 1 0 8 8 粗刨 或粗铣 精刨 或精铣 宽刃精刨 IT7 0 2 0 8 精度要求较高的 不淬硬平面 批 量较大采用宽刃 精刨 9 粗刨 或粗铣 精刨 或精铣 磨削 IT7 0 2 0 8 10 粗刨 或粗铣 精刨 或精铣 粗磨 精磨 IT6 70 025 0 4 精度较高的淬硬 平面或不淬硬平 面 11 粗铣 拉IT7 90 2 0 8大量生产 较小 平面 12 粗铣 精铣 磨削 研磨 IT5 以上0 006 0 1高精度平面 动车转向架构架横梁尺寸重量都较大 采用的是一次性装夹 对于需加工端面 不宜进行车削加工 对于刨削加工由于其生产效率的制约 对于动车转向架构架横 梁这种大批量生产 也不作为一种优先选择方式 而铣削加工因其加工精度和粗糙 经济度均能达到动车转向架构架横梁的要求 而且效率较高 所以作为加工方式的 首选 之所以加工过程中没采用磨削加工 主要考虑的是经济性 3 2 33 2 3 孔加工孔加工 孔加工的方法通常有钻 扩 铰 镗 采用哪种加工方法较合理 需根据零件 的形状 尺寸 材料 技术要求 生产类型及工厂现有设备来决定 1 钻孔 用钻头在工件实体部位加工孔称为钻孔 钻孔属粗加工 可达到的尺 寸公差等级为 IT13 IT11 表面粗糙度值为 Ra50 12 5 m 由于麻花钻长度较长 钻芯直径小而刚性差 又有横刃的影响 故钻孔有以下工艺特点 1 钻头容易偏斜 由于横刃的影响定心不准 切入时钻头容易引偏 且钻头的 长春工业大学学士毕业论文 22 刚性和导向作用较差 切削时钻头容易弯曲 在钻床上钻孔时 容易引起孔的轴线 偏移和不直 但孔径无显著变化 2 孔径容易扩大 钻削时钻头两切削刃径向力不等将引起孔径扩大 卧式车床 钻孔时的切入引偏也是孔径扩大的重要原因 此外钻头的径向跳动等也是造成孔径 扩大的原因 3 孔的表面质量较差 钻削切屑较宽 在孔内被迫卷为螺旋状 流出时与孔壁 发生摩擦而刮伤已加工表面 4 钻削时轴向力大 这主要是由钻头的横刃引起的 试验表明 钻孔时 50 的轴向力和 15 的扭矩是由横刃产生的 因此 当钻孔直径 d 30mm 时 一般分两 次进行钻削 第一次钻出 0 5 0 7 d 第二次钻到所需的孔径 由于横刃第二次不 参加切削 故可采用较大的进给量 使孔的表面质量和生产率均得到提高 2 扩孔 扩孔是用扩孔钻对已钻出的孔做进一步加工 以扩大孔径并提高精度 和降低表面粗糙度值 扩孔可达到的尺寸公差等级为 IT11 IT10 表面粗糙度值为 Ra12 5 6 3 m 属于孔的半精加工方法 常作铰削前的预加工 也可作为精度不高 的孔的终加工 故扩孔钻的结构与麻花钻相比有以下特点 1 刚性较好 由于扩孔的背吃刀量小 切屑少 扩孔钻的容屑槽浅而窄 钻 芯直径较大 增加了扩孔钻工作部分的刚性 2 导向性好 扩孔钻有 3 4 个刀齿 刀具周边的棱边数增多 导向作用相对 增强 3 切屑条件较好 扩孔钻无横刃参加切削 切削轻快 可采用较大的进给量 生产率较高 又因切屑少 排屑顺利 不易刮伤已加工表面 因此扩孔与钻孔相比 加工精度高 表面粗糙度值较低 且可在一定程度上校正 钻孔的轴线误差 此外 适用于扩孔的机床与钻孔相同 3 铰孔 铰孔是在半精加工 扩孔或半精镗 的基础上对孔进行的一种精加工 方法 铰孔的尺寸公差等级可达 IT9 IT6 表面粗糙度值可达 Ra3 2 0 2 m 故铰 削的工艺特点 1 铰孔的精度和表面粗糙度主要不取决于机床的精度 而取决于铰刀的精度 铰刀的安装方式 加工余量 切削用量和切削液等条件 例如在相同的条件下 在 钻床上铰孔和在车床上铰孔所获得的精度和表面粗糙度基本一致 2 铰刀为定径的精加工刀具 铰孔比精镗孔容易保证尺寸精度和形状精度 生产率也较高 对于小孔和细长孔更是如此 但由于铰削余量小 铰刀常为浮动联 接 故不能校正原孔的轴线偏斜 孔与其它表面的位置精度则需由前工序或后工序 来保证 3 铰孔的适应性较差 一定直径的铰刀只能加工一种直径和尺寸公差等级的 孔 如需提高孔径的公差等级 则需对铰刀进行研磨 铰削的孔径一般小于 长春工业大学学士毕业论文 23 80mm 常用的在 40mm 以下 对于阶梯孔和盲孔则铰削的工艺性较差 4 镗孔 镗孔是用镗刀对已钻出 铸出或锻出的孔做进一步的加工 可在车床 镗床或铣床上进行 镗孔是常用的孔加工方法之一 可分为粗镗 半精镗和精镗 粗镗的尺寸公差等级为 IT13 IT12 表面粗糙度值为 Ra12 5 6 3 m 半精镗的尺寸 公差等级为 IT10 IT9 表面粗糙度值为 Ra6 3 3 2 m 精镗的尺寸公差等级为 IT8 IT7 表面粗糙度值为 Ra1 6 0 8 m 镗削的工艺特点 1 镗削的适应性强 镗削可在钻孔 铸出孔和锻出孔的基础上进行 可达的 尺寸公差等级和表面粗糙度值的范围较广 除直径很小且较深的孔以外 各种直径 和各种结构类型的孔几乎均可镗削 2 镗削可有效地校正原孔的位置误差 但由于镗杆直径受孔径的限制 一般 其刚性较差 易弯曲和振动 故镗削质量的控制 特别是细长孔 不如铰削方便 3 镗削的生产率低 因为镗削需用较小的切深和进给量进行多次走刀以减小 刀杆的弯曲变形 且在镗床和铣床上镗孔需调整镗刀在刀杆上的径向位置 故操作 复杂 费时 4 镗削广泛应用于单件小批生产中各类零件的孔加工 在大批量生产中 镗 削支架和箱体的轴承孔 需用镗模 5 车床车孔 车床上车孔是工件旋转 车刀移动 孔径大小可由车刀的切深量和走刀次数予以 控制 操作较为方便 车床车孔多用于加工盘套类和小型支架类零件的孔 6 拉孔 拉孔是一种高效率的精加工方法 除拉削圆孔外 还可拉削各种截面形状的通孔 及内键槽 拉削圆孔可达的尺寸公差等级为 IT9 IT7 表面粗糙度值为 Ra1 6 0 4 m 故拉削的工艺特点 1 拉削时拉刀多齿同时工作 在一次行程中完成粗精加工 因此生产率高 2 拉刀为定尺寸刀具 且有校准齿进行校准和修光 拉床采用液压系统 传 动平稳 拉削速度很低 2 8m min 切削厚度薄 不会产生积屑瘤 因此拉削 可获得较高的加工质量 3 拉刀制造复杂 成本昂贵 一把拉刀只适用于一种规格尺寸的孔或键槽 因此拉削主要用于大批大量生产或定型产品的成批生产 4 拉削不能加工台阶孔和盲孔 由于拉床的工作特点 某些复杂零件的孔也 不宜进行拉削 例如箱体上的孔 7 孔加工方案的正确选择应根据零件的形状 尺寸 材料 技术要求和生产类 型等情况 如表 2 2 为孔加工方法 长春工业大学学士毕业论文 24 表 2 2 孔加工方法 序号加工方案经济加工精 度等级 加工表面粗糙 度 适合范围 1 钻11 12 12 5 2 钻 铰8 93 2 1 6 3 钻 粗铰 精铰7 81 6 0 8 加工为淬火 钢及铸铁的 实心毛坯 也可用于加 工非铁金属 但粗糙度 稍高 孔径 20mm 4 钻 扩 11 12 5 6 3 5 钻 扩 铰8 93 2 1 6 6 钻 扩 粗铰 精铰 7 1 6 0 8 7 钻 扩 机铰 手铰6 70 4 0 1 加工未淬火 钢及铸铁的 实心毛坯 也可以用于 加工非铁金 属 但粗糙 度稍高 但 孔径 20mm 8 钻 扩 拉 或 推 7 91 6 0 1大批量生产 的中 小零 件的通孔 9 粗镗 或扩孔 11 1212 5 6 3 10 粗镗 粗扩 半精 镗 精扩 9 103 2 1 6 11 粗镗 粗扩 半精镗 精扩 精 镗 铰 7 81 6 0 8 12 粗镗 扩 半精镗 精扩 精镗 浮 动镗刀块精镗 6 70 8 0 4 除淬火钢外 的各种材料 毛坯有铸出 孔或锻出孔 13 粗镗 扩 半精镗 磨孔 7 80 8 0 2 14 粗镗 扩 半精镗 粗磨 精磨 6 7 0 2 0 1 主要用于加 工淬火钢 也可以用于 未加工未淬 火钢 但不 宜用于加工 非铁金属 15 粗镗 半精镗 粗镗 精钢镗 6 7 0 4 0 05 主要用于精 度要求较高 的非铁金属 16 钻 扩 粗铰 精铰 珩磨 5 6 0 2 0 025 17 以研磨代替上述方案5 6 0 1 精度要求很 高的孔 长春工业大学学士毕业论文 25 中的珩磨 18 钻 或粗镗 扩 半精镗 精镗 金刚镗 脉冲滚挤 6 7 0 1 成批大量生 产的非铁金 属零件中的 小孔 铸铁 箱体上的孔 动车转向架构架横梁的孔加工中 包括 M24 螺纹孔和 20H7 孔的加工 考虑了 加工精度和经济性因素 采用钻削孔和铰孔 3 2 43 2 4 动车转向架构架横梁各表面加工方法 动车转向架构架横梁各表面加工方法 1 图 2 1 和图 2 2 中 加工表面有 X558 X590 X580 Y602 Y740 Y374 对于这些加工表面除了 Y740 的粗糙度 Ra 为 12 5 其他表面的粗糙度都为 Ra6 3 四个空心圆柱端面 Y740 与 XZ 面得平行度误差为 1 对于平面加工 可以选择的加 工方法有粗车 粗刨 粗铣 不宜选用车削 因为工件不是回转类零件 刨削的效 率比较低也不宜选用 磨削考虑到零件的表面精度要求不高 为了降低加工成本也 不易选用 铣削加工 能达到精度要求 加工成本比较低 效率高 可以选用 2 图 2 1 和