发动机连杆加工组合机床主轴加工工艺设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除河北机电职业技术学院毕业设计发动机连杆加工组合机床主轴加工工艺设计 陈陶成 班 级 机制0702 专 业 机械制造与自动化教 学 系 机械系 指导老师 娄海汇 完成时间2009年12月20日至2010年6月10日目录摘要3前言. 4第一章 零件的分析51.1 零件的作用 51.2 零件的工艺分析 6第二章 工艺规程设计 72.1 确定毛坯的制造形式 72.2 基面的选择 7 2.2.1确定主要加工表面方法 8 2.2.2划分阶段 8 2.2.3 热处理工序安排 92.3制定工艺路线 102.3.1工艺路线方案一 112.3.2工艺路线方案二 112.3.3工艺路线的分析与比较 122.4 工序尺寸及机械加工余量的确定.132.4.1工序尺寸确定 112.4.2机械加工余量 11 第三章 数控车床程序的编制 203.1加工方案制定 203.2数控加工程序编制 21总结 24参考文献 25摘 要 本文通过查阅相关的资料和参考文献并结合所学的机械制图、机械制造工艺与夹具及相关的专业知识，对发动机连杆加工组合机床主轴图样的技术要求、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，明确加工内容和要求，确定加工工艺方案，选择适合的机床和刀具，设置合理的走刀路线及选择合理的切削用量。最终根据主轴的零件图、技术要求和加工批量，设计出合适的加工工艺路线和选择合适的加工工艺装备，最终加工出符合要求的合格零件。我觉得本次论文设计是对三年大学课程的一次深入复习，所以我非常重视本次毕业设计的实践,通过本次毕业设计可以使我们各方面的能力都有所加强,这将对我今后走上工作岗位有很大帮助,使我受益匪浅。整个设计的指导思想是“简便、高效、经济”。通过发动机连杆加工组合机床主轴的设计与加工的整个过程，掌握零件设计与制造的步骤，进一步增加对机械业的了解，提高对本专业的兴趣爱好，培养出严谨周密的思维方式，为将来的发展打下基础。关键词 组合机床主轴；加工工艺路线；切削用量；数控编程 前言1.机械制造的特点机械制造是一门研究材料加工工艺的综合性技术学科，他是发展国民经济的重要基础学科之一。随着全球经济一体化进程的加快和中国加入WTO，我国的工业发展在受到越来越大的竞争压力和严峻挑战的同时也得到了难得的机遇。我国的机械制造业就在1949年以后才逐步建立和发展起来的，50多年来，我国的机械制造技术和材料加工工艺等都有了很大的发展，已经建成了机械制造、冶金、交通运输、石油化工、航空航天、精密仪表等许多现代化的工业生产基地，为工业、农业、科技、国防提供了大量的机械产品和设备，为我国国民经济的发展做出了巨大的贡献。2数控技术的特点社会的要求精度与效率、通用性与灵活性数控机床的特点与发展数控机床加工的优点:1提高加工精度4有利于生产管理2提高生产效率5有利于向高级计算机控制与管理方面发展3减轻劳动强度，改善劳动条件数控机床较好地解决了复杂、精密、多变的零件加工问题，是一种灵活的、高效能的自动化 机床。它是机床控制技术的一个重要发展方向。随着电子、自动化、计算机、精密机械、测量及人工智能技术的发展，数控机床也在迅速发展和演变，以适应社会生产的需要。数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量复杂零件的加工等特点，在机械加工中得到日益广泛的应用。随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。第一章 零件的分析1.1 零件的作用：轴类零件是常见的典型零件之一。按照轴类零件的结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，是机床上的一个重要部件。主轴部件由主轴、主轴支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成。图1为发动机连杆加工组合机床主轴零件简图，属于阶梯轴类零件。主轴属于阶梯轴或者空心轴。1.2零件的工艺分析轴是主成机械的一个重要零件，它支承其它回转件并传递转矩，同时它又通过轴承和支架连接，所有轴上零件都围绕轴心线做回转运动，形成一个以轴为基准的锝组合体轴系部件，所以在轴的设计中不能只考虑轴的本身，还必须和轴系零件的整个结构密切联系起来。 轴设计的特点：在轴系零部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用点和支点间的跨距无法精确的确定，故弯距大小和分布情况不能求出，因此在轴的设计中必须把轴的强度计算和轴系零件结构设计交错进行，边画图，边计算，边修改。发动机连杆加工组合机床主轴。 图1主轴零件图图1所示零件时主轴。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便。键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。该主轴有些加工面有一定的要求：花键部分62mm的外圆相对于B面平行度公差为0.02mm70mm对B面的圆跳动公差为0.02mm，相对于轴线A圆度0.03mm mm对A-B的轴线的圆跳动公差为0.02mm，对B面的圆度0.03mm7:24的锥度相对于B的圆跳动0.02mm,圆度0.03mm左端面的垂直度为0.02 mm两个槽对C的对称度公差为0.04mm材料为40C r 热处理HBS220270 发蓝 淬火HRC4550第二章工艺规程设计2.1毛坯的制造形式：查机械加工工艺设计员手册表2-5，锻件毛坯的制造方法及其主要特点如下：成形特点：固态下塑性变形 常用材料：中碳钢及合金结构钢 金属组织特征：晶粒细小、致密 力学性能：比同等成分的铸钢件好 结构特征：形状一般较铸件简单 零件材料利用率：高 生产周期：自由锻短，模锻长主要适用范围：用于对力学性能，尤其是强度和韧性，要求较高的传动零件和工具、模具 自由锻是只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变 形而获得所需要的几何形状及内部质量锻件的方法。该传动轴材料为40Cr，属于中碳钢，该零件属于中等精度及转速较高的轴，故选40Cr可满足其要求，该零件经自由锻造而成，经调制和表面处理后，具有较高的综合力学性能。该传动轴属于中小传动轴，并且各外圆相差尺寸较大，单件小批量生产，要求力学性能、强度和韧性，故选择锻件毛坯。2.2基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。基面的选择正确合理，可以保证加工质量，提高生产率。正确选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择合理与否，不仅影响加工表面的位置精度，而且对于零件各表面的加工顺序也有很大的影响。（1）粗基准的选择起始工序中，为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，只能选择未加工的毛坯表面作为粗基准，对于一般的零件而言，按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现选取零件两侧面的不加工外轮廓表面作为粗基准，选择粗基准时应注意两个问题：一是保证主要加工面有足够而均匀的余量和各待加工表面有足够的余量。二是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度。对于一般的轴类零件而言，以外圆毛坯作为粗基准。如图2，以外圆毛坯面作为粗基准。图2 粗基准的选择（2）精基准的选择选择精基准时，重点是考虑如何减小工件的定位误差、保证工件的加工精度、同时也要考虑装夹方便、夹具结构简单。选择时应遵循以下原则：1） 基准重合原则2） 基准统一原则3） 自为基准原则4） 互为基准原则该零件加工采用两顶尖孔定位加工各外圆加工表面，该选择方式符合基准统一原则。如图7，以B面作为精基准。图3 精基准的选择2.2.1确定主要加工表面方法因为该零件为传动轴，主要采用车削与外圆磨削成形。由于主要加工表面的公差等级（IT6）较高，表面粗糙度Ra值较小，故车削后磨削。各面的加工方案可为：外圆：122.74mm：粗车-半精车-磨削 mm：粗车-半精车-磨削 78mm：粗车-半精车 ：粗车-半精车-磨削70mm：粗车-半精车62mm：粗车-半精车花键部分：粗铣-半精铣-磨削 内孔：粗镗-半精镗-精镗-磨削的面：粗铣-精铣2.2.2划分阶段 对于精度要求高的零件，粗精应分开，以保证零件的加工质量。该轴划分为三个阶段：粗车（粗车外圆、钻中心孔），半精车（半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等），粗、半精磨（粗、精磨）各处外圆。各阶段以热处理为界。2.2.3热处理工序安排 钢的热处理是通过加热、保温和冷却工序改变钢的内部组织结构，从而获得预期性能的工艺。热处理在机械制造中有着重要的地位和作用。钢的热处理在生产上应用的种类很多，可按加热和冷却方式的不同进行分类：热处理：普通热处理；表面热处理普通热处理：正火、退火、淬火、回火、冷处理；表面热处理：1）表面淬火：火焰加工表面淬火，感应加工表面淬火 2）化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗及其他等。 40Cr属于调制钢，该锻件行成后，应进行预先热处理，以锻造过程产生的应力及不正常组织，去除锻造缺陷、表面硬度，提高钢的力学加工性能。对碳的质量分数较低、合金元素含量较少的低淬性调制钢，其预先热处理采用正火;而对碳的质量分数较高、合金元素含量较多的中淬透性调制钢，通常采用退火。该锻件材料（40Cr）预先热处理为正火。调制件经粗加工后，通常需进行淬火后高温回火，该材料（40Cr）要求调制处理，安排在半精车与粗磨工序之间，保证零件的加工精度。2.3制定工艺路线制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。工艺路线的拟定合理与否，不仅影响加工质量和生产率，而且工厂设备、工艺装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本。在生产纲领已确定为中小批量的条件下，尽量使工序集中来提高生产效率。除此之外，还应考率经济效果，以便降低生产成本，结合实际情况分析比较，确定合理的工艺路线。2.3.1工艺路线方案一1. 下料2. 热处理3. 粗车右端面4. 钻中心孔B2.5，用尾座顶住中心孔5. 粗车62mm、70mm、78mm、M80-1.56gmm、95mm、122.74mm外圆6. 半精车62mm、70mm、78mm、M80-1.56gmm、95mm、122.74mm外圆7. 倒C2.5的角8. 割66mm，宽为3mm的槽9. 铣凹槽，双边留余量8.5mm，平面留余量2mm10. 粗铣，双边留余量4.5mm ，平面留余量1mm11. 半精铣，双边留余量1.5mm，平面留0.3mm12. 精铣至图样尺寸13. 粗铣花键槽，尺寸8 mmx10 mm14. 半精铣精铣至图样尺寸，保证加工精度15. 修研中心孔16. 倒角C117. 镗42的孔18. 掉头装夹19. 镗削7:24 的锥度面，40的孔并倒角20. 半精镗精镗7:24 的锥度面21. 钻6.5 mm以及8.5 mm的底孔。22. 攻螺纹M8, M1023. 倒角C224. 淬火25. 磨各阶梯圆、轴肩面及内孔7:24 的锥度面见光，达到精度要求26. 去毛刺27. 发蓝处理28. 检验29. 入库2.3.2工艺路线方案二1.下料2.热处理3.粗车右端面4.钻中心孔B2.5，用尾座顶住中心孔5.粗车62mm、70mm、78mm、M80-1.56gmm95mm、122.74mm外圆6.半精车62mm、70mm、78mm、95mm、122.74mm外圆7.倒C2.5的角8 割66mm，宽为3mm的槽,修研中心孔9. 倒角C110.镗42的孔11.掉头装夹12.镗削7:24 的锥度面，40的孔并倒角, 半精镗-精镗7:24 的锥度面13. 钻6.5 mm以及8.5 mm的底孔。14.攻螺纹M8 M1015.车倒角C216.荒铣凹槽，双边留余量8.5mm，平面留余量2.3mm17.粗铣，双边留余量4.5mm，平面留余量1.3mm18.半精铣，双边留余量1.5mm，平面留0.3mm，精铣至图样尺寸19.粗铣花键槽，尺寸8 mmx10 mm，半精铣精铣至图样尺寸，保证加工精度20磨各阶梯圆及轴肩面见光，达到精度要求21.淬火22.去毛刺23.发蓝处理24.检验25.入库2.3.3工艺路线分析与比较工艺一加工方法先将左端面的槽铣削出来，再去加工轴内的孔与端面上的孔，这样可以保证在槽加工时，工件的刚度比较高，精度更加能保证，符合加工的生产纲领。而且方案二中淬火后再对工件进行磨削，淬火后的40Cr材料大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，不便于工件进行其他加工。综合考虑，工艺一比较合理，符合加工要求。所以该零件采用工艺方案一来进行加工。2.4确定切削用量工序1下料该零件材料为40Cr（在以下各道工序分析中，工件材料就不一一介绍），毛坯锻造方式采用自由锻造方式来确定。工序2 正火40Cr属于调制钢，该锻件行成后，应进行预先热处理，以锻造过程产生的应力及不正常组织，去除锻造缺陷、表面硬度，提高钢的力学加工性能。工序3 粗车右端面见平1.加工条件 加工机床：CA6140卧式车床， 刀具：60外圆车刀，刀片材料为YT15，刀杆尺寸为16mm25mm,kr=90，ro=15,o=8,r=0.5mm2.切削用量（1）背吃刀量：端面余量Z=1.5mm，可一次切除。（2）进给量：根据机械制造工艺与机床夹具课程设计指导选用f=0.4mm/r工序4 钻中心孔B2.5图4 钻中心孔工艺简图1.加工条件加工机床：CA6140卧式车床，刀具：带维护的高速钢d=2.5mm中心钻2.切削用量进给量：机械加工工艺手册表10.4-1，f取0.05mm/r主轴转速：机械工艺指导表3-9，v取420r/min工序5粗车62mm、70mm、78mm、M80-1.56g、95mm、122.74mm外圆1.加工条件加工内容： 粗车62mm、70mm、78mm、M80-1.56gmm、95mm、122.74mm外圆加工机床：CA6140卧式车床，刀具：刀片材料为YT15，刀杆尺寸为16mm25mm,kr=90，ro=15,o=8,r=0.5mm图5 粗车62mm、70mm、78mm、M80-1.56g、95mm、122.74mm外圆(1)粗车62mm外圆1） 背吃刀量：取ap =1.5mm，可一次切除。2) 确定进给量f：根据切削用量简明手册当刀杆尺寸为16mmx25mm,ap=3mm以及工件直径为62mm时，按照CA6140车床说明书选用f=0.5mm/r3) 切削速度 Vc=Cv*Kv/TmapXvfYv 式中，Cv=242，m=0.2, T=60, xv=1.5, yv=0.5, Kv=1.44, kk=0.8Vc=CvKv/TmapXvfYv=2421.440.80.810.97/600.21.50.150.50.2m/min=107.3m/min4)确定主轴转速：Ns=1000Vc/Dw =1000107.3/3.1465r/min=486r/min根据机床选取n=500r/min，所以实际切削速度为：v=dn/1000=623.14/1000=0.19m/min(2) 粗车M801.56gmm螺纹外圆1)背吃刀量：单边余量Z=1.5mm，可一次切除。2)进给量：根据切削手册选用f=0.5mm/r切削速度：Vc=CvKv/TmapXvfYv=2421.440.80.810.97/600.21.50.150.50.2m/min=107.3m/min(3)粗车70mm、78mm、95mm、122.74mm外圆（略），因为这几个外圆加工在同一道工序中，而且可以在一次装夹中即可完成加工，所以其背吃刀量、进给量、切削速度、所用主轴转速都应该相同。工序8割66mm，宽为3mm的槽图6 割槽加工简图1.加工条件加工内容：割尺寸为66x3mm的槽加工机床：CA6140卧式车床，刀具：刀片材料为YT15，刀宽为3mm1)背吃刀量：外圆余量Z=1.5mm，可进行一次切除2) 进给量：f=0.3mm/r 切削速度：Vc=CvKv/TmapXvfYv=2421.440.80.810.97/600.21.50.150.50.2m/min=107.3m/min4)确定主轴转速：Ns=1000Vc/Dw =1000107.3/3.1465r/min=486r/min根据机床选取n=500r/min，所以实际切削速度为：v=dn/1000=663.14/1000=0.21m/min工序9荒铣凹槽，双边留余量8.5mm，平面留余量2.3mm 粗铣，双边留余量4.5mm，平面留余量1.3mm半精铣，双边留余量1.5mm，平面留0.3mm精铣至图样尺寸1.加工条件加工内容：铣削宽17mm左端面的两个槽，保证其表面粗糙度1.6加工机床：卧式升降台铣床XQ6025B, 采用高速钢镶齿三面刃铣刀(选用错齿与镶齿) D=32,d=125，L=10齿数Z=20进给量fz=0.08mm/齿 Nw=50r/min切削速度：参考有关手册，确定v=20m/min，则有：ns=1000Vc/Dw=1000x20/3.14125=50m/min当ns=50r/min时，则工作台的每分钟进给量fm应为fm= fzZns=0.08x20x50mm/min=80mm/min查机床说明书，可以确定fm=80mm/min。工序13 粗铣花键槽，尺寸8 mmx10 mm半精铣精铣至图样尺寸，保证加工精度1.加工条件加工内容：铣削宽8 mmx10 mm的8个花键槽，保证其表面粗糙度1.6加工机床：卧式升降台铣床XQ6025B, 采用高速钢镶齿三面刃铣刀(选用错齿与镶齿) D=32,d=125，L=10齿数Z=20，采用分度头辅助，每次铣削完一个，将其旋转45度，加工下一个。 进给量fz=0.08mm/齿 Nw=50r/min切削速度：参考有关手册，确定v=20m/min，则有：ns=1000Vc/Dw=1000x20/3.14125=50m/min当ns=50r/min时，则工作台的每分钟进给量fm应为fm= fzZns=0.08x20x50mm/min=80mm/min查机床说明书，可以确定fm=80mm/min。成对铣刀一次性可以铣出两个花键，所以以中心线A旋转90度，继续加工其他的花键槽，加工方法如上工序14 镗42的孔1.加工条件工件材料：40Cr加工要求：镗42的孔加工机床：CA6140卧式车床，主电动机功率/转速：7.5KW 刀具：刀片材料为高速钢硬质合金2.切削用量1） 确定进给量f：根据切削用量简明手册表1.4， ap =3mm以及工件直径为42mm时，f=0.4-0.7mm/r按CA6140车床说明书取f=0.51mm/r2）计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度计算公式为（T=60min）Vc=Cv*Kv/TmapXvfYv=242*1.44*0.8*0.81*0.97/600.2*1.250.15*0.510.2m/min=106.9m/min3）确定机床主轴转速：Ns=1000Vc/Dw=1000*106.9/3.14*60r/min=567.4r/min按机床使用说明选取n=560r/min，所以实际切削速度为v=dn/1000=60*3.14/1000=0.19m/min工序19 镗削7:24 的锥度面，40的孔并倒角 该工序是将工件掉头装夹，然后进行镗削，说明同上。工序21钻26.5mm和48mm孔以钻26.5mm为例：1）加工条件刀具：GB143685 直柄麻花钻 d=6mm 刀具耐用度T=35进给量f=120mm/min被吃刀量ap =3mm钻头转速V=CVD0ZV/ Tmapxvfyv 查表得: CV =8.1 ZV=0.25 XV=0 YV=0.55 m=0.125 求得V=800m/min2）. 攻2处螺纹M8（1）加工条件采用手动丝锥，在已有底孔的工件上的螺纹，也可以采用丝锥攻螺纹，刀具：加工刀具为硬质合金丝锥，尺寸：M8 实际切削速度为114.35m/min工序25磨各精度高的外圆面 磨削方法选择高速磨削：其特点1）提高了生产率，2)延长了砂轮的耐用度，降低了砂轮的消耗，3）改善工件的表面粗糙度和加工精度1.粗磨各外圆（1）以粗磨mm的外圆为例进给磨外圆磨削用量，查机械设计工艺手册表10-81） 砂轮速度：v=80m/s q=vs/vw 取速度比100工件速度：vw取0.8m/s2） 纵向进给量：fa=（0.3-0.7）bs bs-砂轮宽度fa=0.6x0.5=0.3mm/r横向进给量：fa=0.020.07dst3)磨削深度：ap=0.020.05mm2.精磨进给精磨外圆磨削用量（1）精磨mm的外圆1）工件速度：vw取1m/s2）纵向进给量fa：查表10-9可取fa=0.3mm/r横向进给量: fa=0.0050.02mm/dst 3)切削深度：ap取0.008mm/st3.粗精磨各阶梯轴肩面及7:24的锥面平面磨削砂轮速度选择查书机械工艺手册表10-19粗磨V取18m/s 精磨v取25mm/s 磨削至加工精度要求 第三章 数控车床程序的编制3.1加工方案制定加工机床：CK6141 机床总容量5.6KVA 法那克系统 T01(外圆车刀) T02（割刀 宽3mm,左刀刃） T04（镗刀）车端面 车外圆轮廓 割槽 镗孔 割断T01 T01 T02 T04 T02 S600 粗加工 精加工 S300 粗加工 精加工 S3000.1 S600 S800 F0.02 S400 S600 F0.02F0.1 2 0.1 1.5 0.1 F0.2 F0.1掉头加工车端面 镗孔T01 T04 S600 粗加工 精加工 0.1 S400 S600 F0.1 1.5 0.1 F0.15 F0.13.2数控加工程序的编制图7 加工原点设置2.加工工艺程序如下：O0010%N10 G54 X100 Z200 N20 T0101 使用1号刀具N30 M03 S600 主轴正转N40 G00 X70 Z5 快速移动靠近工件N50 G79X30Z10F0.1 端面切削，进给量0.1N60 G00X53Z2 快速点定位至工件附近N64 G71U2R1 N68 G71P70Q180U0.2W0.1F0.2 N70 G01X62Z-2.5 倒角2.5N80 Z-331 切削62的外圆N90 X70 切削70的外圆N100 Z-380 N110 X78 78的外圆加工N120 Z-486 N130 X80Z-487 倒角C1N140 Z-581 车80的外圆N150 X95 N160 Z-595 车95的外圆N170 X122.74 N180 Z-625 车122.74的外圆N190 G70P70Q180 精加工外圆N200 G00X100Z200 N210 T0202 S300 调用2号刀N220 G00X75Z-356 N230 G01 X66 F0.02 割宽为3mm的槽N240 G00X100 N250 Z200 回参考点N260 T0404 调用四号刀N270 G00X46 N280 Z2 N290 G01X42Z-1F0.1 N300 Z-10 N310 G70P300Q330 精加工循环N320 G00X34 N330 Z200 N340 X100 回参考点 M30 主轴准停调头装夹工件（镗孔，锥面）图8 调头后工件加工原点设置O0020N1