齿轮泵主动轴的数控加工.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除毕 业 设 计课题名称齿轮泵主动轴的数控加工二级学院（系）/专 业机械工程学院/机械制造与自动化（数控加工工艺与编程）班 级 机自1013学 号 1001053129学生姓名 陆伟指导教师：翁秀奇2013 年 5 月 26日齿轮泵主动轴的数控加工工艺规程及数控编程机自1013 陆伟摘 要当今社会，数控机床的运用已经越来越普遍，数控机床是一种高精度、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。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。本文主要介绍齿轮泵主动轴的数控加工程序的编制及加工工艺过程，首先对该其零件图纸进行分析，然后再确定加工工艺，选择合适的设备及工艺装备，并制定出可行的工艺路线，选择合理的刀具、切削用量等，最终编写加工的程序。关键词：主动轴；工艺分析；切削参数；数控编程Abstract Drive shaft parts processing process were introduced in this paper and the preparation of the nc machining program, through the analysis of the the drawings first, then determine its processing technology, selecting rational equipment and process equipment, and to develop a reasonable technology route, the choice of the reasonable cutting tool, cutting dosage, the final formulation and fill in the machining process card and working procedure card, and write processing applications. Key Words:Drive,Process analysis,The cutting parameters,NC programming目 录齿轮泵主动轴的数控加工第1章 绪论11.1 齿轮泵数控轴的用途.11.2 齿轮泵主动轴的结构组成.2第2章 零件结构分析22.1 零件的结构功用性分析32.2 零件的结构工艺性分析32.3 零件的技术要求分析3第3章 零件的加工工艺分析43.1 毛坯的选择43.2 定位基准的选择53.3 加工方案的确定63.4 夹具的选择63.5 刀具的选择73.6 量具的选择73.7 切削参数的选择8第4章 工艺路线的拟定84.1 主要表面的加工方法的确定84.2 加工阶段的划分84.3 加工顺序的安排94.4 工序及工步的划分.9第5章 数控加工程序的编制105.1 编程方法的选择115.2 编程原点的确定115.3 加工程序清单11第6 章 设计总结16致谢17第1章 绪论1.1数控轴的用途随着国家经济的不断发展，我国的数控加工技术也在奔腾的发展着。数控加工技术对我们国家的一些重要行业（IT、汽车、医疗等）起着越来越重要的作用，承担着为国民经济各部门、各行业提供技术指导和生产工具的任务。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。齿轮泵是机器中用来传送润滑油的一个部件，它主要的构成零件有泵体，左右端盖,运动零件，密封零件及标准件组成。通过对齿轮泵的原理和主要零部件主动轴的加工工艺分析，选出传动轴所需要的材料，加工所要用的刀具夹具和机床，并且编写出一套完整规范的工艺规程。为了更好的便于齿轮泵主动轴的使用和维修，我们要了解齿轮泵主动轴的结构，只有这样才能更好的保证轴的使用效率和寿命。轴上零件的定位和固定就是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置和保证轴上的零件在运转中保持原位不变。我的这篇毕业论文主要就是讨论对齿轮泵主动轴的加工工艺和制造。从而制定合理的加工工艺以及所加工零件的使用性能和寿命。这篇毕业论文的目的就是为了检验一下我这三年来在学校里所获得知识，从分析问题到解决问题，这样可以让我对自己所学的知识有一个重新的回顾，巩固并加深印象，能够培养我们以后的独立精神和团队协作能力，并能够更好的提高我们以后解决问题的能力。1.2齿轮泵主动轴的结构与组成如图1.1所示为齿轮泵主动轴的零件二维图，图1.2所示为齿轮泵主动轴的零件三维图，生产批量为小批量生产。图1.1 齿轮泵主动轴二维图图1.2 齿轮泵主动轴三维图第2章 零件图纸分析 2.1 零件的结构功用性能分析从结构上来看，该轴是用于连接其他的部件，起到了传动或者被传动的作用，零件的两个键槽用于安装齿轮或者其他的零部件，螺纹孔的作用主要是用于安装紧定螺钉，圆弧槽的主要作用是用于安装弹珠。2.2 零件的结构工艺性能分析从图上看来，该零件的结构主要由外圆柱面、内圆柱面、圆弧槽、外沟槽、螺纹孔等组成，这些结构是轴类零件的常见加工的结构，零件的加工精度要求比较高，在加工时需要考虑各个方面的因素，如尺寸精度，表面粗糙度，位置度等等要求；总体来说，该零件的各部分结构设计较为合理，在目前的机械加工中具有良好的工艺性能。2.3 零件的技术要求分析零件的技术要求分析主要包括位置精度、表面粗糙度、尺寸精度、形状精度等等。经分析，该零件的尺寸精度要求有：长度尺寸66.5的精度等级为IT8的级别、长度尺寸为14的精度等级为IT10级、长度尺寸为17.5的精度等级为IT11级、长度尺寸为13.2的精度等级为IT11级、长度尺寸为6的精度等级为IT9级、长度尺寸为3的精度等级为IT9级；内孔尺寸为20的精度等级为IT7级、外圆尺寸是20的精度等级为IT6级、外圆尺寸是15的精度等级为IT6级；其余未注尺寸公差按IT12进行控制。形状精度要求有：15外圆圆柱度要求则为0.005，20外圆的圆柱度要求是0.004，20内孔的圆柱度要求为0.004，其余未注形状公差按自由公差进行控制。位置精度要求有：20外圆与A基准的同轴度要求为0.01，15外圆与A、B基准的同轴度要求是0.012，两个键槽的侧面之间的对称度要求是0.05。表面粗糙度要求有：20内孔、20外圆、15外圆等部位的表面粗糙度要求为R0.6，键槽侧面、轴阶梯端面的表面粗糙度要求为R0.8，其余加工面的表面粗糙度为R0.3。第3 章 零件的工艺分析3.1 毛坯的选择选择合适的毛坯，主要是要确定毛坯的种类、制造方法和它的制造精度。毛坯的形状、尺寸越是接近成品，它的切削加工余量也就越少，也就可以提高材料的高性能和生产效率，然而这样往往会使毛坯制造比较困难，需要采用比较昂贵的毛坯制造的设备，从而增加毛坯的制造成本。所以选择适当的毛坯时应从机械加工和毛坯制造这两方面来出发，综合考虑了之后以求最好的效果。该零件是回转型的零件，它的毛坯通常是选择圆柱棒料为毛坯，零件图中所规定的材料是45号钢，所以它的毛坯材料也应该选择45号钢棒料为材料，45号钢有良好的切削性能和韧性，在机械加工中有较好的加工工艺性，但是它的硬度比较低，所以通常要在加工过程中进行热处理，以能够达到比较高的硬度。当然，在选择相应毛坯时还应选择合适的加工余量，余量比较大的话，往往会降低加工效率和浪费材料，通常圆棒料毛坯选择的加工余量为单边5mm，故可确定该零件的毛坯尺寸为38mm76mm。3.2 定位基准的选择基准的定义： 在零件图上或实际的零件上，用来确定其它点、面位置时所依据的那些点、线、面，称为基准。基准按其功用可分为：1） 设计基准： 零件工作图上用来确定点、线、面位置的基准，为设计基准。2） 工艺基准： 是加工、测量和装配过程中使用的基准，又称为制造基准。 a、度量基准（测量基准）： 是用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准。b、 定位基准： 是加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准。c、工序基准： 是指在工序图上，用来确定加工表面位置的基准。d、 装配基准： 是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准。定位基准的选择对与零件的加工尺寸和位置精度、零件各表面的加工顺序和夹具结构等都会产生举足轻重的影响，正确选择定位基准是制订机械加工艺规程和进行夹具设计的关键问题。定位基准有粗基准和精基准二种。在起始工序中，只能是选用未经加工过的毛坯表面作基准面。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）粗基类零件的定位，最常用的是两个中心孔。在单件小批量生产中钻中心孔工序常用的方法是在普通的车床上进行，在大批量生产中则常在端面钻中心孔专用机床上进行，中心孔是轴类零件在加工全过程中使用的定位基准，是为轴类零件各外圆表面，螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是以轴为中心线，釆用两个中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多工序都釆用中心孔作为定位基面，所以能最大限度地加工出多个多圆和端面。1）粗基准的选择原则：粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量的大小。重点考虑：如何能够保证各加工表面都有足够的余量，使不加工的表面和加工的表面间的尺寸、位置符准一般不得重复使用之前的原则：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，多以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较大，因此，粗基准一般不得重复使用。 2）精基准的选择： 重点考虑：如何较少误差，提高定位的精度。但根据轴类的加工工艺及其应用，符合零件图要求。 综上所述，根据该零件的粗基准为毛坯外轮廓及其两端面，以此来加工出精基准，零件的精基准为零件的设计基准。3.3 加工方案的确定根据以上分析，及零件的结构特点，确定该零件的车削加工部分均是在数控车床上进行加工，其键槽的铣削在普通铣床上进行的加工，螺纹孔在钻床和攻丝机上进行加工；在加工时需要对零件分粗、半精加工、精加工等过程进行。3.4 夹具的选择经分析， 该零件需要装夹四次方能完成所有工序的加工。第一次装夹时为粗加工，本次装夹，先粗车左端面、最大外圆、钻底孔、粗镗内孔，这次装夹可直接采用三爪卡盘进行装夹。第二次装夹时还是粗加工，本次装夹是先粗车右端面然后粗车右端台阶外圆最后精镗7孔并倒角，本次装夹同样是直接采用了三爪卡盘进行装夹。第三次装夹时为半精加工，此次装夹时精车左端圆柱面、精车28外圆面、半精镗内孔、精车内孔槽，本次装夹同样可采取三爪卡盘进行装夹，但在装夹后，必需要对零件的圆跳动进行再次的校正。第四次装夹时为半精加工，此次装夹时精车右端面、半精车右端外圆，由于零件右端外圆与左端内孔有较高的位置度要求，故此次装夹时需要采用软爪进行装夹。第五次装夹时，铣零件外圆上的两个键槽，此次装夹需要在数控铣床上进行装夹。第六次装夹时，钻螺纹底孔和攻丝，此次装夹也需要用专门的夹具进行装夹。第七次装夹时为磨左端内孔，此次装夹采用内圆磨床专门的夹具进行装夹。第八次装夹时为磨右端外圆，此次装夹采用外圆磨床专门的夹具进行装夹。3.5刀具的选择选择刀具时，一般优先采用标准刀具。必要时，可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。根据该零件的加工工序，确定其刀具如表3.1、3.2所示。表3.1 数控车加工刀具卡片序号刀具规格名称数量加工表面190外圆车刀2车端面及外圆2麻花钻6mm1钻底孔360镗刀2镗内孔4内圆弧槽刀（R1.1）1车内孔圆弧槽5外圆弧槽刀（R1.1）1车外圆圆弧槽6外直槽刀（1mm）1车外圆直槽7麻花钻3.3mm1钻2-M4螺纹孔底孔8丝锥M41攻2-M4螺纹孔表3.2数控铣加工刀具卡片序号刀具规格名称数量加工表面1键槽铣刀5mm1粗铣6mm宽键槽2立铣刀6mm1精铣6mm宽键槽3键槽铣刀2.5mm1粗铣3mm宽键槽4立铣刀3mm1精铣3mm宽键槽3.6 量具的选择其长度方向的尺寸均采用250mm游标卡尺进行测量，外圆精度要求较高的部分采用外径千分尺进行测量，内孔20采用20的光滑塞规进行测量，键槽采用键进行检测，螺纹孔采用M4螺纹塞规进行检测。3.7 切削参数的选择选择合理的切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。切削用量包括主轴的转速、背吃刀量、进给量。合理选择切削用量的原则：粗加工时，一般以提高效率为主，并考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应该在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性、加工成本。查阅相关手册，最后确定的切削用量如表3.3、3.4所示。表3.3 数控车切削用量选用表加工部位主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm粗车左端面及外圆5001202精车左端面及外圆8001000.5钻底孔630050粗镗左端内孔4001001.5精镗左端内孔650800.5车左端内槽30030粗车右端面及外圆5001202精车右端面及外圆8001000.5表3.4数控铣切削用量选用表加工部位主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm粗车键槽5001202精车键槽8001000.5第4章 工艺路线的拟定4.1 主要表面的加工方法的确定经分析，该零件的主要加工表面为20内孔、20外圆、15外圆等表面，其表面的粗糙度均为，其中内孔表面的尺寸精度要求为IT7级、外圆表面的尺寸精度要求为IT6级，这些表面的加工精度及表面粗糙度要求较高，在加工时需要进行粗车、半精车、精加工、粗铣、精铣、磨削加工。4.2 加工阶段的划分根据零件的技术要求，可将零件划分为以下几个阶段：（1）粗加工阶段 此阶段粗车零件外圆和镗内孔。（2）半精加工阶段 此阶段半精车外圆，半精镗内孔。（3）精加工阶段 此阶段精车外圆，精镗内孔，精铣键槽，攻2-M4螺纹孔。（4）热处理阶段 对零件进行调质处理。（5）表面光整阶段 对零件的主要加工表面进行磨削加工。4.3 加工顺序的安排按照先粗后精、先主后次、基面先行的原则，确定该零件最后的加工顺序如下：粗车左端面及外圆钻底孔粗镗刀左端内孔调头粗车右端面及右端外圆精车右端内孔及倒角精车左端面及左端28外圆半精车左端内孔精车左端内槽调头，精车右端面半精车右端外圆铣键槽攻2-M4螺纹孔磨削主要表面。4.4 工序及工步的划分根据以上分析，确定该零件的工序及工步的划分如下：工序1：制造毛坯38mm76mm棒料。工序2：粗车左端面，见光即可；粗车28外圆至32mm，长26mm；钻底孔6mm；粗镗内孔20至16mm，深20mm。 工步1：粗车左端面； 工步2：粗车28外圆至32mm，长26mm； 工步3：钻底孔6mm，钻通； 工步4：粗镗20孔至16mm，深20mm；工序3：粗车右端面，控制总长68.5mm；粗车外圆20至24mm，长39.5mm；粗车外圆15至19mm，长19.5mm。 工步1：粗车右端面，控制总厂68.5mm； 工步2：粗车外圆20至24mm，长39.5mm； 工步3：粗车外圆15至19mm，长19.5mm；工序4：精车左端面；精车28外圆至28mm并倒角C1；半精镗内孔20至19.6mm，深23；精车内孔圆弧槽R1.1，控制尺寸22，19。 工步1：精车左端面； 工步2：精车28外圆至28mm并倒角； 工步3：半精镗内孔20至19.6mm，深23mm； 工步4：精车内孔圆弧槽R1.1，控制尺寸22，19；工序5：精车右端面，控制总长66.5mm；半精车外圆20至20.4mm，控制尺寸40.5；半精车外圆15至15.4mm，控制尺寸21.5，并倒角；切两处外槽10.5；精镗内孔至7mm并倒角，孔口倒角研磨至。 工步1：精车右端面，控制总长66.5mm； 工步2：半精车外圆20至20.4mm，控制尺寸40.5； 工步3：半精车外圆15至15.4mm，控制尺寸21.5，并倒角； 工步4：切两处外槽10.5； 工步5：精镗内孔至7mm并倒角； 工步6：手动研磨孔口倒角至；工序6：铣键槽6，3，控制尺寸17.5，13.2。 工步1：粗铣键槽6mm至5mm，深17.5； 工步2：精铣键槽6mm，深17.5； 工步3：粗铣键槽3mm至2.5mm，深13.2； 工步4：精铣键槽3mm，深13.2；工序7：钻2-M4螺纹孔底孔3.3，控制尺寸12。工序8：攻2-M4螺纹孔。工序9：热处理，调质225255HB。工序10：磨20内孔，控制尺寸及表面粗糙度要求。工序11：磨20外圆、15外圆，控制尺寸及表面粗糙度要求。工序12：去毛刺。工序13：检验。工序14：入库。第5章 数控加工程序的编制5.1 编程方法的选择数控编程方法大体可以分为手工编程和自动编程两种。（1）手工编程主要是指主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作。当被加工零件形状不十分复杂和程序较短时，就可以采用手工编程的方法。手工编程在目前仍是广泛采用的编程方式，即使在自动编程高速发展的将来，手工编程的重要地位也不可取代，仍是自动编程的基础。在先进的自动编程方法中，许多重要的经验都来源于手工编程，并不断丰富和推动自动编程的发展。（2）自动编程自动编程是指借助数控语言编程系统或图形编程系统，由计算机来自动生成零件加工程序的过程。编程人员只需根据加工对象及工艺要求，借助数控语言编程系统规定的数控编程语言或图形编程系统提供的图形菜单功能，对加工过程与要求进行较简便的描述，而由编程系统自动计算出加工运动轨迹，并输出零件数控加工程序。由于在计算机上可自动地绘出所编程序的图形及进给轨迹，所以能及时地检查程序是否有错，并进行修改，得到正确的程序。综合考虑该零件的外形，确定该零件的加工程序采用手工编程的方法进行编制。5.2 编程原点的确定该零件为回转型零件，其结构对称，设计基准在端面极轴中心线上，故其编程原点均设置在轴的端面中心上。5.3 加工程序清单1.粗车左端程序程序解释说明O0001;程序号T0101;换1号刀，外圆车刀M03 S500;主轴正转，转速500r/min；M08;切削液开G00 X40 Z-1;快速运动至切削起点G01 X-1 F120;粗车端面；X40；退刀G00 Z2;退刀G90 G01 X36 Z-26 F120;建立外圆车削循环,车外圆至36mmX32车外圆至32mmG00 X100 Z200;退刀至换刀位置M00;暂停，手动钻底孔6T0202;换2号刀，镗刀M03 S400;主轴正转，转速400M08;切削液开G00 X4 Z2;快速运动至切削起点G90 G01 X9 Z-20 F100;镗内孔至9X12;镗内孔至12X15;镗内孔至15X16;镗内孔至16G00 X100 Z200;快速运动至换刀位置M30;程序结束2.粗车右端程序程序解释说明O0002;程序号T0101;换1号刀，90外圆车刀M03 S500;主轴正转，转速500r/minM08;切削液开G00 X40 Z0;快速运动至切削起点G01 X-1 F120;粗车端面X40;退刀Z2;G90 G01 X34 Z-39.5 F120;车外圆至34X30;车外圆至30X26;车外圆至26X24;车外圆至24X20 Z-19.5;车外圆至19X19;G00 X100 Z200;快速运动至换刀位置M30;程序结束3.精车左端程序程序解释说明O0003;程序号T0101;换1号刀，90外圆车刀M03 S500;主轴正转，转速500M08;切削液开G00 X34 Z2;快速运动至循环起点G71 U1 R0.5;调用G71外圆粗车循环G71 P100 Q200 U0.5 W0.5 F120;N100 G00 X14;G01 Z2 F30;靠近工件X26 F100;精车端面X28 Z-1;倒角N200 Z-25;精车外圆28M03 S800;G70 P100 Q200;精车循环G00 X100 Z200;快速运动至换刀位置T0202;换2号刀，镗刀M03 S400;G00 X14 Z2;快速运动至循环起点G90 G01 X19 Z-23 F100;粗车M03 S650;G01 X19.6 F80;精车G00 X100 Z200;快速运动至换刀位置T0303;换3号刀，圆弧内槽刀M03 S300;G00 X18 Z-19;快速运动至切削起点G01 X22 F30;切圆弧槽X18;退刀G00 Z200;Z向快速退刀X100;X向快速退刀M30;程序结束4.精车右端程序程序解释说明O0004;程序号T0101;换1号刀，90外圆车刀M03 S500;主轴正转，转速500M08;切削液开G00 X30 Z2;快速运动至循环起点G71 U1 R0.5;G71 P100 Q200 U0.5 W0.5 F120;N100 G00 X4;G01 Z0 F30;靠近工件X13 F100;车端面X15.4 Z-1;倒角Z-21.5;车外圆15.4X20.4;车台阶面Z-40.5;车外圆20.4N200 X30;车台阶面M03 S800;G70 P100 Q200;精车循环G00 X100 Z200;快速运动至换刀位置T0202;换2号刀，外直槽刀M03 S300;G00 X22 Z-21.5;快速运动至切槽点G01 X14 F30;切槽X22;退刀G00 X30;Z-40.5;快速运动至下一个切槽点G01 X19 F30;切槽X30 ;退刀G00 X100 Z200;快速运动至换刀点T0303;换3号刀，外圆弧槽刀M03 S300;G00 X22 Z-26.5;快速运动至切槽点G01 X18 F30;切槽X22;退刀G00 X100 Z200;快速运动至换刀位置T0404;换4号刀，镗刀M03 S450;G00 X7 Z2;快速运动至切削起点G01 Z-44 F80;镗内孔X6;退刀G00 Z1;X8.5;G01 Z0 F20;靠近工件X7 Z-1.3 F80;倒角X6;G00 Z100;退刀X100;X向退刀M30;程序结束5.铣3mm的键槽0005程序文件名%01程序起始句G00 X100 Z200;T0505;铣槽的刀号 3的键槽N10 G17 G90 G40 G54 G49采用G54坐标系，取消各种功能N20 M03 S1000主轴正转，转速1000/minN30 G00 X3 Y0快速定位N40 X17加工14mm键长N50 Z5高度定位到Z5的位置N60 G01 Z-1.8 F100靠近工件N70 G00 Z150抬刀N80 M30程序结束6.铣6mm的键槽0006程序文件名%02程序起始句G00 X100 Z200;T0605;铣槽的刀号 6的键槽N10 G17 G90 G40 G54 G49采用G54坐标系，取消各种功能N20 M03 S1000主轴正转，转速1000r/minN30 G00 X27 Y0快速定位N40 X39加工12mm键长N50 Z5高度定位到Z5的位置N60 G01 Z-1.8 F100靠近工件N70 G00 Z150抬刀N80 M30程序结束第6章 毕业总结经过了这么多个多月的学习，我终于完成了这篇齿轮泵主动轴的数控加工毕业论文。从一开始想到这个论文题目到现在完全完整的实现，再到论文文章的完成，每走一步对于我来说都是一次全新的尝试和努力，这篇论文也是我在整个大学期间独立完成的最大的项目。在这段编写毕业论文的时间里，我也学到了很多新的知识，也有很多感慨良多的感受，由于对机械零件的加工工艺等相关技术属于不是很了解的状态，我就开始了我自己的论文的编写，不仅查看了相关的机械资料方面的书籍，能够让自己头脑中模糊的概念逐渐变得清晰，在每一次的改进之后都是我学习后