齿轮轴工艺设计论文

常常州州信信息息学学院院 毕毕业业设设计计 齿轮轴的加工工艺齿轮轴的加工工艺 学生姓名 李文涛李文涛 指导教师 高飞 所系与专业 机电工程系数控技术 班 级 数控 104 所在 学 期 2010 2013 学年 学 号 1004033446 2013 年年 3 月月 27 日日 摘要摘要 本设计是关于输出齿轮轴加工工艺规程的设计 总体介绍所追踪的典型零 件的加工流程 包括毛坯 初检 粗加工 精加工等步骤 所加工零部件的形状 结 构 尺寸及重要配合参数 并完成工件的三维造型 数控机床程序编制过程主 要包括 分析零件图纸 工艺处理 数学处理 编写零件程序 程序校验 确 定零部件的加工方法和步骤 包括使用设备 装夹方法 工装夹具 加工方位 刀具选择 加工参数选择等 关键词关键词 零件 工艺 数空加工程序 目录目录 摘要 2 前言 3 第一章 零件图分析 5 1 零件图分析 5 2 零件在生活中的作用 6 第二章 毛坯的选择 7 二 1 设计毛坯图 7 二 2 确定毛坯 7 第三章 加工过程 8 三 1 1 刀具选择 8 1 2 切削用量的选择 9 三 2 齿轮的加工过程 10 根据图示数据计算齿轮参数 10 三 3 基准的概念和分类 11 1 设计基准 11 2 工艺基准 11 3 定位基准的选择 12 4 粗基准的选择 12 5 精基准的选择 12 三 4 加工工艺路线 13 1 加工阶段的划分 13 2 各加工阶段的主要任务 13 3 加工顺序的安排 13 4 数控车床加工与普通车床加工的区别 14 5 拟定加工工艺路线方案 14 6 数控编程的过程 15 1 分析零件图纸 15 2 确定工艺过程 15 3 数值计算 15 4 编写程序单 16 5 制备控制介质 16 6 程序调试和检验 16 7 程序编制方法 16 8 编制程序 16 制作完成效果图 18 总结 20 致谢 22 前言前言 零件的加工需要有步骤的进行 首先对要加工的零件进行工艺分析 齿轮 轴类件的工艺特点首先是它的形面特征多 在基于特征的零件信息描述中可以 把它分为主特征 内外圆柱面 齿轮表面等 辅助特征 键槽 小平面 等 另外 齿轮轴类件加工所使用的机床多 材料及热处理种类也较多 再者 它 的工艺特征如尺寸精度 形位公差 表面质量也要求较高 在机械加工中 每 一种零件都有几种加工工艺方法与之对应 根据生产规模 零件整体形状和轮 廓尺寸 制造资源等 针对每一特征的加工精度 表面粗糙度及不同材料选择 不同加工方法 画出零件的设计图纸 根据要求进行编程 把程序输入数控机床 通过数 控机床把零件加工出来 基本工艺过程 1 下料 锯床 2 粗车 车床 3 热处理 箱 式炉 4 精车 车床 5 铣键槽 铣床 6 齿面淬火 高频淬火机床 7 磨 外圆磨床 8 成品检验 第一章 零件图分析第一章 零件图分析 1 零件图分析 零件图分析 2 零件在生活中的作用 零件在生活中的作用 本零件为汽车变速箱中输出齿轮轴 其功用是传递动力和改变输出轴运动 方向 轴用轴承支承 与轴承配合的轴段称为轴颈 轴颈是轴的装配基准 它们 的精度和表面质量一般要求较高 其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条 件制定 通常有以下几项 1 尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置 通常对其尺寸精度要求较高 IT5 IT7 装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低 IT6 IT9 1 几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈 外锥面 莫氏锥孔等的圆度 圆柱 度等 一般应将其公差限制在尺寸公差范围内 对精度要求较高的内外圆表面 应在图纸上标注其允许偏差 1 相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的 通常应 保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求 否则会影响传动件 齿轮等 的传动精度 并产生噪声 普通精度的轴 其配合轴段对支承轴颈的径向跳动 一般为 0 01 0 03mm 高精度轴 如主轴 通常为 0 001 0 005mm 1 表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为 Ra2 5 0 63 m 与轴承相配合的 支承轴径的表面粗糙度为 Ra0 63 0 16 m 一 2 零件的结构工艺分析 从零件图上看 本零件为回转体零件 结构比较简单 其表面组成为 60 65 142 75 圆柱面 M16 1 5 螺纹 52 18 的槽 由于传动 与装配的要求较高 对于 60 65 141 75 圆柱面有较高的同轴度要 求 粗糙度方面表现在 对于 60 65 圆柱表面有较高的要求为 Ra0 8 其m 余为 Ra1 6 这些在安排加工工艺时也需给予注意 m 第二章 毛坯的选择第二章 毛坯的选择 二 二 1 设计毛坯图 设计毛坯图 毛坯 锻件 图是根据产品零件设计的 经查 机械加工工艺手册 机械零件工艺手册 再考虑到其所要加工的次数 知磨削余量 精车 粗车各余量 粗车余量可选用 1mm 精车余量可选用 0 5mm 传动轴磨削余量可 取 0 25mm 毛坯工件长度 300mm 工件直径 120mm 二 二 2 确定毛坯 确定毛坯 毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一 也是一个 比较重要的阶段 毛坯的形状和特征 硬度 精度 金相组织等 对机械加工 的难易 工序数量的多少有直接影响 因此 合理选择毛坯在生产占相当重要 的位置 同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题 毛坯种类的选择决定与零件的实际作用 材料 形状 生产性质以及在生 产中获得可能性 毛坯的制造方法主要有以下几种 1 型材 2 锻造 3 铸造 4 焊接 5 其他毛坯 根据零件的材料 推荐用型材或锻件 但从经济方面着 想 如用型材中的棒料 加工余量太大 这样不仅浪费材料 而且还增加机床 刀具及能源等消耗 本零件的主要功用是传递动力 其工作时需承受较大的冲 击载荷 要求有较高的强度和韧性 故毛坯应选择锻件 以使金属纤维尽量不 被切断 为达到了批量生产的水平 且零件形状较简单 尺寸也不大 故应采 用模锻 轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材 料并采用不同的热处理规范 如调质 正火 淬火等 以获得一定的强度 韧 性和耐磨性 45 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 52HRC 40Cr 等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件 这类钢经调质和 轴承钢 GCr15 和弹簧钢 65Mn 经调质和表面高频淬火后 表面硬度可达 50 58HRC 并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能 可制造较高精度的轴 精密机床的主轴 例如磨床砂轮轴 坐标镗床主轴 可选用 38 淬火后 具有 较好的综合机械性能 CrMoAIA 氮化钢 这种钢经调质和表面氮化后 不仅能获得很高的表面硬度 而且能保持较软的芯部 因此耐冲击韧性好 2 毛坯图的设计 毛坯 锻件 图是根据产品零件设计的 经查 机械 加工工艺手册 机械零件工艺手册 再考虑到其所要加工的次数 知磨 削余量 精车 粗车各余量 粗车余量可选用 1mm 精车余量可选用 0 5mm 传动轴磨削余量可取 0 25mm 第第 3 章章加工过程加工过程 三 三 1 刀具选择 刀具选择 选用 5mm 中心钻钻削中心孔 普通车床上使用 2 T0001 95 外 圆车刀 从右至左粗车外轮廓和从右至左半精车外轮廓使用 选用带涂层硬质 合金 左手刀 主偏角 95 外圆车刀 副偏角 Kr 35 圆角半径为 1 5mm 刀具规格为 16X25mm 长为 90mm 3 T0002 95 外圆车刀 从左至右粗车外轮廓和从左至右半精车外轮廓使用 选用带涂层硬质合金 右 手刀 主偏角 95 副偏角 Kr 35 圆角半径为 1 5mm 刀具规格为 16X25mm 长为 90mm 4 T0003 93 外圆车刀 从 右至左精车外轮廓使用 选用带涂层硬质合金 右手刀 主偏角 90 副偏角 Kr 15 圆角半径为 0 2mm 刀具规格为 16X25mm 长为 90mm 5 T0004 93 外圆车刀 从左至右精车外轮廓使用 选用带涂层硬质合金 左 手刀 主偏角 90 副偏角 Kr 15 圆角半径为 0 2mm 刀具规格为 16X25mm 长为 90mm 2 切削用量的选择 切削用量的选择 背吃刀量的选择背吃刀量的选择背吃刀量的选择背吃刀量的选择 齿轮 轴零件材料为 40Cr 为合金结构钢 查 数控加工工艺规划 中的国产硬 质合金刀具切削用量的参考数值选择如下数据 轮廓粗车循环时选 aaaap p p p 4 2 mm 半精车时 aaaap p p p 1 25 mm 精车时 aaaap p p p 0 25 mm 主轴转速主轴转速主轴转速主轴转速 nnnn 的选择的选择的选择的选择 车直线轮廓时 查 数控加工工艺规划 表 1 15 中的参考数值 选粗车的切削 速度 Vc 70m min 半精车 Vc 100m min 精车 Vc 120m min 经过调质处 理 然后利用公式 n 1000 Vc 3 14 d 其中粗车和半精车工件回转最 大直径 d 为 140mm 精车 d 为 60mm 计算转速 n 得到 粗车 160r min 半 精车 230r min 精车 637 r min 进给速度的选择进给速度的选择进给速度的选择进给速度的选择 查 数控加工工艺规划 表 1 13 中的进给量参考数值和表 1 14 中的参考数值 再根据加工的实际情况 确定粗车时选取进给量 f 0 55mm r 半精车时选取进 给量 f 0 25mm r 精车时选取进给量 f 0 16mm r 三 三 2 齿轮的加工过程 齿轮的加工过程 根据图示数据计算齿轮参数 根据图示数据计算齿轮参数 图纸所给斜齿轮参数为 模数 m 4 齿数 z 33 压力角 a 20 度 螺旋角 b 9 37 度 齿顶圆直径 da 141 78mm 齿根圆直径 db 133 78mm 则分度圆直 径 d m z 4 33 132mm 根据齿轮参数选择齿轮加工方法 经查阅资料可选择滚齿的加工方法 滚齿刀具及工作原理蜗杆上螺旋形轮 齿与蜗轮的啮合 同普通圆柱齿轮啮合一样 实现了蜗 轮的周向转动 同时 蜗杆螺旋形轮齿在蜗轮的齿槽内还在沿齿槽方向 也是齿向 是不停运动的 这两个运动正好满足了齿面加工切削运动的要求 即 蜗轮蜗杆的啮合运动可 以满足展成法形成切削包络线的要求 螺旋形轮齿在被加工齿槽内的移动 也 可以满足了齿轮齿宽尺寸的切削要求 蜗轮蜗杆的啮合向滚齿加工的转变 蜗轮 被切齿轮 蜗杆 滚齿刀 具 刀具的特点 为实现顺利切削 刀具具 有各种切削角度 为利于切屑排出 刀具上需有容屑槽 蜗杆向滚刀的转变 a 在垂直于螺旋线切线方向开出沟 槽 起到容屑槽的作用 同时形成了滚刀特有的多排刀齿 b 铲削齿面 形成 切削刃及刀具的前 后角 蜗轮则是向向被切齿轮的齿坯进行转变 经过这 样的转变后 滚齿加工就可以进行了 从滚刀刀槽看滚刀刀齿 一排排刀齿如同齿条 滚刀旋转起来 便有多排 齿条连续不断地投入切削 所以滚齿属于多刃刀具的连续切削加 而非断续切 削 滚刀转动的同时 排排 齿条 在沿着螺旋线旋移方向方向缓慢移动 这 种移动是有利于形成啮合的 配合被加工齿轮的转动 滚齿时滚刀每一刀齿的 切削线形成的包络线即为所需的齿廓线 三 三 3 基准的概念和分类 基准的概念和分类 零件是由若干表面组成的 各表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求 用以确定零件上点 线 面间的相互位置关系所依据的点 线 面称为基准 基准按其作用不同 可分为设计基准和工艺基准 1 设计基准设计基准 设计图样上所采用的基准称为设计基准 如零件图上的轴心线是各外圆和 孔的设计基准 2 工艺基准工艺基准 在工艺中采用的基准称为工艺基准 按用途可分为定位基准 测量基准和 装配基准 定位基准 加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置所使用的基准 如零件在精车时 中心孔就是定位基准 测量基准 零件检验时 用于测量已加工表面尺寸及位置的基准 装配基准 装配时用已确定零件在部件或产品中位置的基准 零件图中的 25 40 35 即为装配基准 3 定位基准的选择定位基准的选择 选择工件的定位基准 实际上是确定工件的定位基面 根据选定的基面加 工与否 又将定位基准分为粗基准和精基准 在起始工序中 只能选择未经加 工的毛坯表面作为定位基准 这种基准称为粗基准 用加工过的表面作为定位 基准 则称为精基准 在选择定位基准时 是从保证精度要求出发的 因此分 析定位基准选择的顺序就应为精基准到粗基准 4 粗基准的选择 粗基准的选择 选择的原则是 1 非加工表面原则 2 加工余量最小原则 3 重要表 面原则 4 不重复使用原则 5 便于装夹原则 根据以上选择的原则 在加 工时 1 车左端时 以两端端面中心孔作为粗基准 2 车右端时 以两端 端面中心孔作为粗基准 5 精基准的选择 精基准的选择 选择的原则是 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 5 便于装夹原则 根据以上选择的原则 我们就可以选 择端面的中心孔作为精基准 由于该传动轴的几个主要配合表面 25 40 圆柱面有较高的同轴度要求 对 于 86 30 的两端面及 35 左端面 50 右端面有端面跳动要求 轴肩面对基准轴线 A B 均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求 它又是实心轴 所以应选择两端中 心孔为基准 采用双顶尖装夹方法 以保证零件的技术要求 三 三 4 加工工艺路线 加工工艺路线 1 加工阶段的划分加工阶段的划分 工件的加工质量要求较高时 都应划分加工阶段 一般可分为粗加工 半 精加工和精加工三个阶段 如果加工精度和表面质量要求特别高 则还可增设 光整加工和超密加工阶段 2 各加工阶段的主要任务各加工阶段的主要任务 1 粗加工阶段的任务是切除毛坯大部分余量 使毛坯接近成品的形状和 尺寸 2 半精加工阶段的任务是留下精加工余量后使主要表面达到一定的精度 为精加工做好准备并完成一些次要表面的加工 3 精加工阶段的任务是保证各主要表面达到规定的精度和表面粗糙度 3 加工顺序的安排加工顺序的安排 1 切削加工的安排原则 A 基准先行 B 先粗后精 C 先主后次 D 先面后 孔 2 热处理工序的安排 A 预备热处理的目的的改善工件的加工性能 消除残余内应力 改善金相组织 为最终热处理做好准备 如正火 退火和调 质等 预备热处理一般安排在粗加工前 但调质常安排在粗加工后进行 B 消 除残余应力处理的目的是消除毛坯制造和切削加工过程中产生的残余应力 如 时效和退火 C 最终热处理的目的是提高零件的力学性能 如强度 硬度 耐 磨性等 如调质 淬火 回火以及各种表面处理 一般安排在精加工前 本零件的主要功用是传递动力 其工作时需承受较大的冲击载荷 要求有 较高的强度和韧性 故需要进行渗碳淬火回火热处理 3 辅助工序的安排 辅助工序包括检验 去毛刺 清洗 防锈等检验 除了工序中自检外 还需在下列场合单独安排检验工序 a 重要工序前后 b 送 往外车间加工之前 c 全部加工工序完成 去毛刺之后 有些特殊去毛刺常安 排在下列场合进行 a 淬火工序之前 b 全部加工工序结束之后 此零件为配合件 配合部位的精度要求比较高 为了达到图纸的精度要求 应该安排磨削工序 来达到精度要求和提高表面性能 4 数控车床加工与普通车床加工的区别数控车床加工与普通车床加工的区别 本零件在粗加工阶段所使用的是 C616 型普通车床 这是一种小型车床 床 身最大工件回转半径为 160mm 最大加工长度为 550mm 适合批量较小 精度要 求不高零件的加工 他的投资较数控车床的低 但对工人的技术要求较高 在 精加工阶段使用的是 CJK6132 型数控车床 床身上最大工件回转直径 320mm 最 大加工长度 600mm 精加工阶段使用数控车床加工的优势在于 数控车床的加 工精度比普通车床的高 能满足零件设计的要求 而普通车床难以达到要求 再者数控车床本身的精度高 刚性大 可选择有利的加工用量 生产率高 是 普通车床的 3 5 倍 但数控车床的投资大 使用费用高 生产准备工作复杂 由于整个加工过程采用程序控制 数控加工的前期准备工作较为复杂 包含工 艺确定 程序编制等 综合考虑这些因素 所以在粗加工阶段所使用的是 C616 型普通车床来加工 精加工阶段使用的是 CJK6132 型数控车床来加工 5 拟定加工工艺路线方案拟定加工工艺路线方案 该零件是批量生产 可以采用机床配以专用夹具 工序以分散为主 某些 工序可以适当集中应划分加工阶段 将粗加工和精加工分开 刀具和量具的选 择可以专用的与适用的相结合 根据以上分析 初步拟订的工艺路线方案如下 1 毛坯锻造并正火 160 200HB 2 两端同时铣端面钻中心孔 3 粗车左端外 圆 4 粗车右端外圆 5 钻孔 6 扩孔倒角 7 攻丝 8 粗车检验 9 精车长头 10 精车短头 11 齿坯检验 12 滚齿 13 滚花键 14 倒棱 去毛刺 15 剃齿 16 热前检验 17 热处理 18 研磨中心孔 19 磨外 圆端面 20 珩齿 21 成品检验 22 清洗 封油 包装 入库 综合考虑所要加工零件的尺寸及要加工表面所要达到的粗糙度 选择如下 机床 普通车床 CA616 数控机床 CJK6132A 外圆磨床 M1432A 端面铣 床 GL2 X336 台式钻床 Z4006A 滚齿机 YM3608 6 数控编程的过程数控编程的过程 数控程序的编制应该有如下几个过程 1 分析零件图纸分析零件图纸 要分析零件的材料 形状 尺寸 精度及毛坯形状和热处理要求等 以便确定该零件是否适宜在数控机床上加工 或适宜在哪类数控机床上加工 有时还要确定在某台数控机床上加工该零件的哪些工序或哪几个表面 2 确定工艺过程确定工艺过程 确定零件的加工方法 如采用的工夹具 装夹定位方法等 和加工路线 如对刀点 走刀路线 并确定切削用量等工艺参数 如切削进给速度 主轴 转速 切削宽度和深度等 3 数值计算数值计算 根据零件图纸和确定的加工路线 算出数控机床所需输入数据 如零 件轮廓相邻几何元素的交点和切点 用直线段或圆弧线段逼近零件轮廓曲线时 相邻几何元素的交点和切点等的计算 4 编写程序单编写程序单 根据加工路线计算出的数据和已确定的加工用量 结合数控系统的程 序段格式编写零件加工程序单 此外 还应填写有关的工艺文件 如数控加工 工序卡片 数控刀具卡片 工件安装和零点设定卡片等 5 制备控制介质制备控制介质 按程序单将程序内容记录在控制介质上作为数控装置的输入信息 应 根据所用机床能识别的控制介质类型制备相应的控制介质 6 程序调试和检验程序调试和检验 可通过模拟软件来模拟实际加工过程 或将程序送到机床数控装置后 进行空运行 或通过首件加工等多种方式来检验所编制出的程序 发现错误应 及时修正 一直到程序能正确执行为止 7 程序编制方法程序编制方法 方法一 在机床坐标系状态 分别使标准刀和当前刀轻微碰到坯料上 表面 记下其 Z 坐标 则当前刀的长度补偿值为两者之差 方法二 先在机床坐标系中 用标准刀对刀也就是标准刀的刀位点碰工件 的零点 设置工件坐标系 再在工件坐标系中用当前刀对刀 记录此时动态坐 标 Z 当前的长度补偿值为 Z 刀具半径补偿值可以通过对刀仪测量 再将其输入数控系统 8 编制程序编制程序 右侧圆柱面的加工 O0001 N10 T0101 N20 M03 S800 N30 G00 X150 0 Z2 0 N40 G94 X 1 0 Z0 F0 1 N50 G71 U0 2 R1 0 N60 G71 P70 Q170 U3 0 W3 0 F0 5 N70 G00 X52 0 N80 G01 X60 0 Z 2 0 N90 Z 52 0 N100 X65 0 Z 66 0 N110 Z 127 5 N120 G02 X70 0 Z 130 0 R2 5 N130 G01 X80 0 N140 Z 133 0 N150 G02 X90 0 Z 138 0 R5 0 N160 G01 X133 78 N170 X141 78 Z 140 0 N180 M03 S1200 N190 G42 G00 X149 0 Z2 0 N200 G70 P70 Q170 F0 2 N210 G40 G00 X200 0 Z100 0 N220 M05 N230 M30 左端外圆柱面的加工 O0002 N10 T0101 N20 M03 S800 N30 G00 X150 0 Z2 0 N40 G94 X 1 0 Z0 F0 1 N50 G71 U0 2 R1 0 N60 G71 P70 Q150 U4 0 W3 0 F0 5 N70 G00 X52 0 N80 G01 X60 0 Z 2 0 N90 Z 35 0 N100 X75 0 N120 Z 43 0 N130 G02 X85 0 Z 48 0 R0 5 N140 G01 X133 78 N150 X133 78 Z 4