减速器从动轴加工工艺与工艺装配设计

1、 编号 淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目减速器从动轴加工工艺与工艺装备设计 学生姓名徐同学 学 号XXXXXXXX 系 部机电系 专 业机械制造与自动化 班 级XXXXXX 指导教师万苏文 顾问教师舒希勇 2014 年 6 月 摘 要 I 摘摘 要要 本文以一级减速器传动轴为引导，讲解从毛坯选择到材料处理；从刀具选 择到数控加工；从模拟切削加工到模拟装配。对减速器传动轴的加工工艺分析 与制定，加工方案的分析与确定，通过计算机软件实现让虚拟与实际相结合， 从而更好的优化加工装配工艺，更改工艺的不足与缺陷之处，节约成本、提高 效率。 本文重点放在加工工艺与装配工艺

2、，在加工工艺方面从毛坯的选料开始， 根据选择的原则确定毛坯的材质、尺寸；之后确定定位基准与毛坯的夹持方式； 接着对毛坯进行相应的热处理，确保毛坯性能达到要求；再则选择合适的切削 刀具、完成工件的工序与工步卡，对毛坯加工数控编程，以及运用计算机虚拟 软件数控加工软件预先模拟加工。 在装配工艺方面主要运用三维建模软件对零件进行虚拟装配，通过对虚拟 零件的约束完成对减速器从动轴的装配。 通过参考、查阅资料与经验总结选择数控车床加工，同时运用数控加工模 拟软件对编写的减速器从动轴程序、加工流程进行检验，减少实际加工时出现 不必要的错误，优化程序与流程，使其更加合理化、高效化、经济化。在未加 工出实际实

3、体零件前，我们通过三维建模软件，模拟出需要实际装配的与减速 器从动轴相关联的零件进行虚拟装配，检验实际装配时可能出现的问题、不合 理的地方，从而实现在未加工零件前发现问题，解决问题，避免造成加工出来 装配不合理造成的经济、物资、人力的损失，从而真正实现高效、经济。 关键词关键词 加工工艺分析 装配工艺分析 软件模拟 数控加工 Abstract II Abstract In this paper, a speed reducer shaft to guide, to explain the material selected from the rough handling; choose fro

4、m the tool to the CNC machining; cutting from analog to analog assembly. Processing technology on the reducer shaft analysis and formulation, analysis and processing programs determined by the computer software to make the virtual and reality, in order to better optimize the processing and assembly

5、process, change process deficiencies and defects of the Department, cost savings and improve efficiency. This paper focuses on processing and assembly process, the processing technology of election materials from the rough start, according to the principle of choice to determine the rough material,

6、size; determined after the rough positioning reference and clamping means; went on to rough treatment accordingly ensure that rough performance to meet the requirements; Furthermore select the appropriate cutting tool, complete with step process workpiece card for rough machining CNC programming, an

7、d the use of computer simulation software, CNC machining simulation software pre-processing. Main aspects of the assembly process using three-dimensional modeling software for virtual assembly of parts by the constraints of the virtual parts to complete the assembly of the gear unit driven shaft. By

8、 reference to, access to information and lessons learned choose CNC lathe, while the use of CNC machining simulation software program written reducer driven shaft, inspect manufacturing processes to reduce the actual machining unnecessary errors and optimize procedures and processes, so that its mor

9、e rationalized, efficient, economical technology. In the actual physical part unprocessed ago, we passed three- dimensional modeling software to simulate the actual assembly required reducer driven shaft with associated parts for virtual assembly, testing the actual assembly problems that may arise,

10、 unreasonable, in order to achieve the unprocessed parts before the discovery and solve problems, to avoid processing out assembly caused by the irrational economic, physical, human losses, in order to realize efficient and economical. Keywords Manufacturing process analysis Assembly process analysi

11、s Software simulation CNC machining 目 录 III 目目 录录 摘摘 要要.I 第一章第一章 绪论绪论.1 第二章第二章 减速器传动轴的工艺分析减速器传动轴的工艺分析.2 2.1 零件图.2 2.2 零件图样分析.2 2.3 确定加工方式.2 2.4 确定加工方案.2 第三章第三章 毛坯的选择毛坯的选择.4 3.1 毛坯材料的选择原则.4 3.1.1 保证使用要求.4 3.1.2 满足经济性.4 3.1.3 生产类型.4 3.1.4 现有生产条件.4 3.1.5 充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能性.4 3.2 毛坯的结构和尺寸.4 3.2.1 毛坯的

12、尺寸.4 3.2.2 毛坯的结构.4 3.3 毛坯材料.4 3.3.1 常见的毛坯材料与类型.4 第四章第四章 工件的装夹工件的装夹.6 4.1 定位基准的选择.6 4.2 定位基准选择的原则.6 4.2.1 粗基准的选择原列.6 4.2.2 精基准的选择原则.6 4.3 确定零件的定位基准.7 4.4 装夹方式的选择.7 4.4.1 直接找正装夹.7 4.4.2 划线找正法.7 4.4.3 夹具装夹.7 4.4.4 数控车床常用的装夹方式.7 4.5 六点定位原理.7 4.6 确定合理的装夹方式.7 第五章第五章 毛坯材料的热处理毛坯材料的热处理.8 5.1 钢的热处理.8 5.2 热处理的

13、一般分类.8 5.2.1 整体热处理.8 5.2.2 表面热处理.8 5.2.3 化学热处理.8 5.3 热处理的选择.8 目 录 IV 5.3.1 选择处理方式.8 5.3.2 钢的正火.8 5.3.3 表面淬火.9 第六章第六章 刀具材料与刀具选择刀具材料与刀具选择.10 6.1 刀具选择的原则.10 6.2 刀具材料应具备的基本性能.10 6.2.1 硬度.10 6.2.2 耐磨性.10 6.2.3 耐热性.10 6.2.4 强度和韧性.10 6.2.5 减摩性.10 6.2.6 导热性和热膨胀系数.10 6.2.7 工艺性和经济性.10 6.3 刀具材料的选择.11 6.3.1 高速钢

14、.11 6.3.2 硬质合金.11 6.3.3 陶瓷.11 6.3.4 立方氮化硼.12 6.3.5 金刚石.12 6.3.6 金属陶瓷.12 6.3.7 涂层硬质合金刀具材料.12 6.4 刀具角度.13 6.4.1 前角.13 6.4.2 后角.13 6.4.3 副后角.13 6.4.4 刃倾角.13 6.4.5 主偏角.13 6.4.6 副偏角.14 第七章第七章 减速器从动轴的加工工艺减速器从动轴的加工工艺.15 7.1 确定加工顺序及进给路线.15 7.2 刀具与量具选择.15 7.2.1 刀具的选择.15 7.2.2 量具的选择.15 7.3 加工坐标系设置确定.15 7.3.1

15、建立工件坐标系.15 7.3.2 试切法对刀.16 7.4 数控车床加工工艺卡.17 7.4.1 数控车床加工工序卡.17 7.4.2 数控车床加工工步卡.17 7.5 数控编程.19 7.6 零件加工完成建模模拟图.21 第八章第八章 虚拟切削加工虚拟切削加工.22 目 录 V 8.1 软件简介.22 8.2 软件界面.22 8.3 模拟加工.23 8.3.1 加工左端外轮廓.23 8.3.2 加工右端外轮廓.26 8.3.3 铣键槽.27 第九章第九章 工艺装备设计工艺装备设计.28 9.1 装配的概念.28 9.2 机械产品的装配精度.28 9.2.1 几何方面的精度要求.28 9.2.

16、2 物理方面的要求精度.28 9.3 装配尺寸链.28 9.4 装配工作的基本内容.29 9.4.1 清洗.29 9.4.2 联接.29 9.4.3 校正、调整和配作.29 9.4.4 平衡.30 9.4.5 验收实验.30 9.5 装配工艺规程的制定.30 9.6 模拟装配.32 9.6.1 装配零件介绍.32 9.6.2 具体装配过程工艺.32 第十章第十章 总结与展望总结与展望.37 致致 谢谢.38 参考文献参考文献.39 装配图装配图.40 爆炸图爆炸图.41 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 机械制造业是现代工业的主体，是国民经济的支柱产业，是国家工业体系 的重要基础和国民

17、经济各部门的装备部。在国民经济的各行业中所使用的各种 各样的机械仪器及工具，其性能、质量都受机械制造业生产能力、加工效益的 影响。因此，机械制造业对整个工业的发展起到基础和支撑作用，机械制造技 术水平的提高对整个国民经济的发展，以及科技、国防实力的提高有着直接和 重要的影响，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志。 在机械加工生产中，加工工艺是机械加工生产的必要条件，加工工艺的优 劣直接影响加工出来的零件的质量。其次就是装配工艺，好的加工工艺需配合 好的装配工艺，一个好的装配工艺才能发挥出零件应有的功能。本文以一级减 速器从动轴的加工工艺和装配工艺为主体，结合目前机械加工主要的加工方式，

18、对一级减速器从动轴的加工工艺和装配工艺进行分析。 本文通过对典型零件的加工工艺与装配工艺的叙述，总结归纳了一些加工 方法、加工流程、装配方法、装配流程，可以更好的了解、掌握加工与装配工 艺技术。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 第二章第二章 减速器传动轴的工艺分析减速器传动轴的工艺分析 2.1 零件图零件图 图 2.1 减速器主动轴尺寸图 2.2 零件图样分析零件图样分析 该零件图为减速器的传动轴，属于阶梯轴，长度 255mm，最大直径 48mm，圆跳动误差不超过 0.02mm，表面加工精度为 Ra0.8，两个键槽。加工时 因先完成零件的全部轮廓，再铣键槽。 2.3 确定加工方式确定加工

19、方式 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由 于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时， 要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。图 2.1 上几个精度要 求较高的尺寸，因其公差值较小，根据实际加工经验，加工时取其基本尺寸。 通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为数 控车床加工车削，且编程时以基本尺寸为编程尺寸。根据加工零件的外形和材 料等条件，选用 CK6136 数控车床。 2.4 确定加工方案确定加工方案 减速器从动轴要求尺寸、表面精度较高，应通过粗加工和精加工的方式逐 步的达到要求，具体的加工流程

20、为： 毛坯先夹持右端，车毛坯左端面，打中心孔并用顶针顶住左端面；车左端 轮廓 48mm 至 228mm 处，车左端轮廓 40mm 至 212mm；车左端轮廓 第二章 减速器传动轴的工艺分析 3 35mm 至 154mm；车左端轮廓 30mm 至 109mm；车左端轮廓 28mm 至 58mm。 掉头装夹，用铜皮包裹 40mm 外圆再用三抓卡盘夹持，避免损伤零件表面； 车毛坯右端面，打中心孔并用顶针顶住右端面；车右端轮廓 35mm 至 27mm 处 （所有车削长度尺寸包含倒角、倒圆角） 。 该减速器主动轴加工顺序为：预备加工-车端面-粗车左端轮廓-精车左端轮廓- -工件调头-车端面-粗车左端轮廓

21、-精车左端轮廓。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 第三章 毛坯的选择 5 第三章第三章 毛坯的选择毛坯的选择 3.1 毛坯材料的选择原则毛坯材料的选择原则 3.1.1 保证使用要求保证使用要求 就是满足零件的使用要求。体现在对其形状、尺寸、精度、表面质量等外 部质量；对其化学成分、金属组织、力学性能、物理性能和化学性能等内部质 量的要求上。 3.1.2 满足经济性满足经济性 一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗的燃料、动力费用， 工资和工资附加费，各项折旧费及其它辅助性费用等分摊到该零件上的份额。 要把满足使用要求和降低制造成本统一起来。同时考虑经济性应从降低整体的 生产成本考

22、虑。 3.1.3 生产类型生产类型 大量生产应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如模锻、金属型 机器造型铸造等。单件小批生产时则应使用木模手工造型铸造或自由锻造。 3.1.4 现有生产条件现有生产条件 选择毛坯时要充分考虑现有的生产条件。如毛坯制造的实际生产水平和能 力、外协的可能性。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。 3.1.5 充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能性充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能性 为节约材料和能源，随着毛坯专业化生产的发展，精铸、精锻、冷轧、冷 挤压等毛坯制造方法的应用将日益广泛，为实现少切屑、无切屑加工打下良好 基础，这样可以大大减少

23、切屑加工量甚至不需要切屑加工，大大提高经济效益。 3.2 毛坯的结构和尺寸毛坯的结构和尺寸 3.2.1 毛坯的尺寸毛坯的尺寸 2-1 图中轴的长度为 255mm，最大直径为 48mm,考虑到端面与表面质量毛 坯应稍大于这两个尺寸 ，即毛坯的最大长度为 255mm=250mm+5mm,其中 5mm 为车削毛坯两端面的用量；考虑加工效率，刀具最大切削量等，毛坯的直径为 50mm，且对毛坯的精度要求较高，直径误差不得超过 2mm；即毛坯长度为 255mm，直径为 50mm。 3.2.2 毛坯的结构毛坯的结构 从零件图中轴的结构可以判断出应选用棒料进行加工最方便，选用直径 50mm 的圆柱形钢材经过锯

24、床按 255mm 长度锯下，即是零件的毛坯。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 3.3 毛坯材料毛坯材料 3.3.1 常见的毛坯材料与类型常见的毛坯材料与类型 常见的毛坯有铸件、锻件、焊接件、冲压件、轧材，2.1 图为减速器的从动 轴，其属于一般传动轴，考虑大批量生产、性能及经济性，应使用 45 钢。根据 表 3.3.1 毛坯主要类型比较，应选用锻件类型的毛坯进行加工。 表 3.3.1 毛坯主要类型比较 毛坯类型毛坯类型铸件锻件冲压件焊接件轧材 成形特点成形特点液态下成形塑性变形塑性变形永久性连接同锻件 结构特性结构特性复杂简单轻巧、复杂轻巧简单 工艺性要求工艺性要求 流动性好，收 缩率低

25、 塑性好、变形 抗力小 塑性好、变形 抗力小 强度高、塑性 好 同锻件 常用材料常用材料 铸铁、铸钢、 铝合金等 中碳钢及合金 结构钢 低碳钢、有色 金属薄板 低碳钢、低合 金钢等 碳钢、合金结 构钢等 组织特征组织特征 晶粒粗大、疏 松 晶粒细小 拉伸时流线有 变化 接头组织不均 匀 同锻件 机械性能机械性能较差好好降低较好 材料利用率材料利用率高低高较高较低 生产周期生产周期长短/长长较短短 生产成本生产成本较低较高较低中 应用举例应用举例机架、床身轴、齿轮油箱车身、船体丝杠、螺栓 第三章 毛坯的选择 7 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 第四章第四章 工件的装夹工件的装夹 4.1 定

26、位基准的选择定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要 的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各 表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是在保证零件加工精度的 前提下，还能简化加工工序，提高加工效率。 4.2 定位基准选择的原则定位基准选择的原则 4.2.1 粗基准的选择原列粗基准的选择原列 （1）相互位置要求原则。选取与加工表面相互位置精度要求较高的不加工 表面作为粗基准，以保证不加工表面与加工表面的位置要求。轴类毛坯，以不 加工的外圆作粗基准，可以在一次安装中加工出大部分要加工的表面。 （2）加工余量合理分配原则。以

27、余量最小的表面作为粗基准，以保证各加 工表面有足够的加工余量。 （3）重要表面原则。为保证重要表面的加工余量均匀，选择重要加工面为 粗基准。 （4）不重复使用原则。粗基准未经加工，表面比较粗糙且精度低，二次安 装时，其在机床上(或夹具中)的实际位置可能与第一次安装时不一样，从而产 生定位误差，导致相应加工表面出现较大的位置误差。因此，粗基准一般不应 该重复使用。 （5）便于装夹原则。作为粗基准的表面，应尽量平整光滑，以便使工件定 位准确、夹紧可靠。 4.2.2 精基准的选择原则精基准的选择原则 （1）基准重合原则。直接选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准 重合原则。采用基准重合原则可以避

28、免由定位基准与设计基准不重合而引起的 定位误差(基准不重合误差)。 （2）基准统一原则。同一零件多道工序尽可能选择同一个定位基准，称为 基准统一原则。这样既可保证各加工表面的相互位置精度，避免或减少因基准 转换而引起的误差，又可简化夹具设计与制造工作，降低成本，缩短生产准备 周期。 （3）自为基准原则。对于研磨、铰孔等精加工或光整加工工序要求余量小 而均匀，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。采用自为基准 原则时，只能提高加工表面本身的尺寸精度、形状精度，而不能提高加工表面 的位置精度，加工表面的位置精度应由前道工序保证。 （4）互为基准原则。为使各加工表面之间具有较高的位置精度，

29、或为使加 工表面具有均匀的加工余量，可采取两个加工表面互为基准反复加工的方法， 第四章 工件的装夹 9 称为互为基准原则。 4.3 确定零件的定位基准确定零件的定位基准 在数控车床切削加工中，分别以主动轴的左右端端面为工件的定位基准， 对工件的两端分别进行加工。 4.4 装夹方式的选择装夹方式的选择 4.4.1 直接找正装夹直接找正装夹 工件的的定位过程可以由操作工人直接在机床上利用千分表、划线盘等工 具，找正有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称之为直接找正法。 4.4.2 划线找正法划线找正法 按照图纸要求在工件的表面划出位置线、加工线和找正线。装夹工件时， 先在机床上按找正线找正工件的位

30、置，然后夹紧工件。 4.4.3 夹具装夹夹具装夹 用夹具装夹工件时，不需要划线和找正，直接由夹具来保证工件在机床上 的正确位置，并在夹具上夹紧。 4.4.4 数控车床常用的装夹方式数控车床常用的装夹方式 （1）三爪自定心卡盘装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能 自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用 于装夹外形规则的中、小型工件。 （2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了 保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或 精加工。 （3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另 一段用后顶

31、尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好， 轴向定位准确，应用较广泛。 （4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合螺纹进行装夹，叫心 轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准 确。 4.5 六点定位原理六点定位原理 六点定位原理是指工件在空间具有六个自由度，即沿 x、y、z 三个直角坐 标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定工 件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限 制工件六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。 4.6 确定合理的装夹方式确定合理的装夹方式 装夹方法：先用三爪

32、自定心卡盘夹住毛坯左端后用顶尖顶住毛坯右端，加 工右端达到工件精度要求。再工件调头，用铜片包裹住毛坯右端 40mm 外圆后 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 再用三爪自定心卡盘夹住及顶尖顶住左端面，避免工件外表面损伤，加工左端 达到工件精度要求。 第五章 毛坯材料的热处理 11 第五章第五章 毛坯材料的热处理毛坯材料的热处理 5.1 钢的热处理钢的热处理 钢的热处理是将固态钢材通过不同的方式加热、保温和冷却，来改变钢的 内部组织结构，从而改变钢的性能的一种工艺方法。热处理是机械零件和工具 制造过程中的一个重要的工序，它是发挥材料潜力，改善使用性能，提高产品 质量，延长使用寿命的有效措施。

33、 5.2 热处理的一般分类热处理的一般分类 5.2.1 整体热处理整体热处理 如退火、正火、淬火、回火等。 5.2.2 表面热处理表面热处理 如火焰加热表面淬火，感应加热表面淬火及其他表面热处理。 5.2.3 化学热处理化学热处理 如渗碳、渗氮、碳氮共渗（氰化） 、其他化学热处理。 5.3 热处理的选择热处理的选择 5.3.1 选择处理方式选择处理方式 为了使毛坯在加工前获得良好的机械性能，对毛坯进行整体热处理，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。 5.3.2 钢的正火钢的正火 钢的正火加热温度通常是将钢件加热到临界点 Ac3或 Acm 以

34、上的温度。由 加热时间由公式可得“(S) T=KD” 。式中 D 为工件厚度，单位 mm，K 为系数， 可查工厂经验数据表。 图 5.3.2 加热、冷却对临界转变温度的影响 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 保温一段时间(见奥氏体化)，然后进行空冷。由于冷却速度稍快，与退火 组织相比，组织中的珠光体量相对较多，且片层较细密，故性能有所改善，细 化了晶粒，改善了组织，消除了残余应力。对低碳钢来说，正火后提高硬度可 改善切削加工性，提高零件表面光洁度；对于高碳钢，则正火可消除网状渗碳 体，为下一步退火及淬火作好组织准备。其工艺简单，操作方便，生产周期短， 成本低，是一种经济的金属热处理工艺。

35、它可作为预备热处理，亦可作为最终 热处理而广泛应用于工业生产。 5.3.3 表面淬火表面淬火 当加工完成零件后，要获得良好的使用性能及寿命，需对零件表面进行淬 火，表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有 的良好韧性。表面淬火采用的快速加热方法有多种，如电感应、火焰、电接触、 激光等，目前应用最广的是电感应加热法。将钢加热到 Ac1或 Ac3以上的某一温 度，保温一定时间，然后快速冷却到室温而获得马氏体组织或贝氏体组织的热 处理操作。 第六章 刀具材料与刀具选择 13 第六章第六章 刀具材料与刀具选择刀具材料与刀具选择 6.1 刀具选择的原则刀具选择的原则 刀具由工作部

36、分和夹持部分组成，对夹持部分的要求是保证刀具正确的工 作位置，传递动力 、夹固可靠、方便。工作部分决定了切削性能的优劣，由刀 体材料、几何参数、结构三种因素决定。在切削金属时，直接负担切削工作的 是刀具的切削部分。刀具切削性能的好坏取决于构成刀具切削部分的材料、切 削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。切削加工生产率和刀具 耐用度的高低，刀具消耗和加工成本的多少，加工精度和表面质量的优劣，在 很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。同时 ，刀具材料的发展受 工件材 料发展的促进和影响。 6.2 刀具材料应具备的基本性能刀具材料应具备的基本性能 6.2.1 硬度硬度 一般而言，刀具材料的

37、硬度要大于工件材料的硬度，常温硬度要在 62HRC。 6.2.2 耐磨性耐磨性 表示刀具抵抗磨损的能力，且维持一段切削时间，通常而言硬度高其耐磨 性也高。此外，耐磨性还与基体中的硬质点的大小、数量、分布的均匀程度及 化学稳定性有关。 6.2.3 耐热性耐热性 刀具材料能在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，即刀具的耐 热性。常用热硬温度，即维持切削性能的最高温度来评定。 6.2.4 强度和韧性强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具备足够的强度和韧性。强度 用抗弯强度表示，韧性用冲击强度表示。刀具材料的强度和韧性越高硬度和耐 磨性也就越差，这两方面的性能常常是相互矛盾的。 6

38、.2.5 减摩性减摩性 刀具材料的减摩性越好，则刀面上的摩擦系数就越小，既可以减少切削力 和降低切削温度，还可抑制刀-屑界面处冷焊的形成。 6.2.6 导热性和热膨胀系数导热性和热膨胀系数 刀具材料的导热系数越大，散热就越好，有利于降低切削区温度，从而提 高刀具的使用寿命。线膨胀系数小，可减少刀具的热变形和对尺寸精度的影响。 6.2.7 工艺性和经济性工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应具有良好的可加工性（锻、轧、焊接、切削加 工、可磨削性和热处理等） 。其次，刀具材料的价格应低廉，便于推广使用。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 6.3 刀具材料的选择刀具材料的选择 如何才能正确选

39、择刀具材料、牌号，需要全面掌握金属切削的基本知识和 规律，最主要的是了解刀具材料的切削性能和工件材料的切削加工性能以及加 工条件，抓住切削中的主要矛盾并考虑经济合理来决定取舍。 6.3.1 高速钢高速钢 高速钢（High Speed Steel，简写标记 HSS）是含钨（W） 、钼（Mo） 、铬 （Cr） 、钒（V） 、钴（Co）等元素的高合金钢。它具有较好的韧性，可以承受冲 击载荷，化学稳定性、制造工艺性、刃磨性较好，红硬性不如硬质合金好，一 般应用在数控加工中的低速切削中。但是一些数控刀具材料生产厂家近年来研 制了一些新型高速钢，提高了其耐磨耐热性能，也可以用来进行中速切削和对 不锈钢等难

40、加工材料的加工。 6.3.2 硬质合金硬质合金 硬质合金（CementedCarbide）是采用高硬度的金属碳化物 （WC、TiC、NbC 等）与金属粘接剂（Co、Ni 等）通过粉末冶金的方法制造的 烧结体。它具有较好的较高的硬度、良好的耐磨性和耐热性，是数控机床刀具 应用最为广泛的材料，适于数控加工的中速和高速切削。ISO 标准中把硬质合金 分为 P、M、K 三类: （1）P 类主要用于长切屑黑色金属加工，如钢、不锈钢、可锻铸铁等； （2）M 类主要用于长切屑或短切屑黑色金属和有色金属加工，如钢、锰钢、 奥氏体不锈钢等； （3）K 类主要用于短切屑黑色金属、有色金属和非金属材料的加工，如铸

41、铁、有色金属等。 6.3.3 陶瓷陶瓷 陶瓷（Ceramics）材料是在氧化铝（Al2O3）基体内加入属氧化物、碳化物 或氮化物的无机非金属材料。早期的陶瓷刀片由于脆性、不均匀性和强度低， 同时又因使用不当，因此其应用没有取得令人满意的效果。通过对陶瓷材料的 例子细微化和高密度化等方面的改进，现在有了强度高、材质均匀、质量稳定 的各类陶瓷刀片，配合功率更高、刚性更好的高速数控机床，其应用已经取得 了重大进展，如晶须强化陶瓷刀片、致密氮化硅基陶瓷刀片、赛隆陶瓷刀片等。 陶瓷材料的硬度高达 9195HRA，耐磨性好；在 1200 度高温下仍能保持良 好的切削性能；具有良好的化学稳定性，较低的磨擦系

42、数，较强的抗粘结磨损 与抗扩散磨损能力。这种材料的主要缺点是抗湾强度低、耐冲击性能差。因此 目前主要用于高速精车、精铣与半精车、半精铣等。部分韧性较高的陶瓷刀具 材料也可用于粗车或粗铣。 第六章 刀具材料与刀具选择 15 6.3.4 立方氮化硼立方氮化硼 立方氮化硼（简称 CBN）是 20 世纪 70 年代出现的超硬刀具材料。是氮化 硼（BN）的同素异形体，其结晶结构与金刚石相似。在分子结构构成上主要有 单晶体和聚晶体两大类。单晶体主要用于制造砂轮，聚晶体用作制造切削刀具， 可制成圆形，方形，三角形等各种形状的无孔刀片。CBN 具有良好的是耐热性， 能够在 1300 度的高温下保持其硬度，因而

43、也具有有良好的耐磨性，可在高速下 切削高温合金。其切削速度比硬质合金高 46 倍。另外，它还具有良好的化学 稳定性，在 12001300 度高温下也不与铁族金属起化学作用，表现出良好的抗 氧化和抗化学侵蚀的性能。所以，CBN 刀具在加工钢铁材料的应用方面，具有 比其它超硬刀具材料（如金刚石刀具）更广泛的用途。 6.3.5 金刚石金刚石 金刚石刀具材料有天然单晶金刚石与人造聚晶金刚石（PCD）两种。天然 金刚石作为切削刀具材料，已有很长历史，而人造聚晶金刚石作为切削刀具材 料还是近期的事。聚晶金刚石刀片绝大多数是将聚晶金刚石微粉与硬质合金基 体一起烧结而成。 6.3.6 金属陶瓷金属陶瓷 金属陶

44、瓷（Cermet）是以碳化钛（TiC） 、氮化钛（TiN）以及碳氮化钛 （TiCN）为基体，以镍（Ni）为粘结剂，加入少量其它材料（如 Cr、Mo、W 等）构成的复合材料，其性质介于硬质合金和陶瓷之间。它的的硬度和红硬性 高于硬质合金，低于陶瓷；其抗弯强度高于陶瓷低于硬质合金。特别是金属陶 瓷的化学稳定性很好，具有良好的抗氧化性和抗月牙洼磨损的性能，在高温下 具有较高的抗与钢的反应能力，所以能够得到优良的加工表面光洁度。金属陶 瓷制造工艺性较好，相对于陶瓷刀具可以在刀片上方便的压出断屑槽，用于控 制切屑的流动和进行断屑。金属陶瓷刀具具有较高的寿命。 6.3.7 涂层硬质合金刀具材料涂层硬质合金

45、刀具材料 硬质合金材料由于是粉末冶金材料，虽然相对于高速钢其具有高硬度、高 耐磨性、良好的红硬性的特点，但是高速大功率切削时，容易产生粘接磨损， 耐热冲击性能不好，容易产生崩刃。而高速钢材料虽然具有韧性好、工艺性好、 刀刃锋利的特点，但是其红硬性、耐磨性欠佳的特点使之在实际应用中受到较 大的限制。涂层刀具材料就是为了提高刀具（刀片）的表面硬度和改善其耐磨 性、润滑性，通过化学气相沉积（CVD） 、物理气相沉积（PVD）或者了物理化 学气相沉积（P-CVD）技术在硬质合金或高速钢的基体上（其中以涂层硬质合 金刀具材料应用最为广泛） ，涂上极薄的一层或多层硬度高、耐磨性好、抗氧化、 耐腐蚀、抗粘结

46、的金属化合物材料所构成的新型刀具材料。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 6.4 刀具角度刀具角度 图 6.4 刀具角度图 6.4.1 前角前角 前角（o）：在正交平面中测量的前刀面与基面的夹角。 前刀面与基面平行时，o=0；前刀面与切削平面之间的夹角小于 90 度时， o0；前刀面与切削平面之间的夹角大于 90 度时，o0；前刀面与基面之间的夹角大于 90 度时 o 0. 后角愈大，刀具与工件之间的磨擦愈小，但刀具强度也愈差。 6.4.3 副后角副后角 副后角（o）：在副正交平面中测量的副后刀面与副切削平面的夹角。 副后角影响刀面与已加工表面之间的磨擦和刀具强度。 6.4.4 刃倾角刃

47、倾角 刃倾角（s）在切削平面内度量的主切削刃与基面之间的夹角。 它总是正值，刃倾角影响切屑排出的方向和刀头形状。 6.4.5 主偏角主偏角 主偏角（kr）在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹 角。 第六章 刀具材料与刀具选择 17 主偏角一般为正值，它影响刀头强度。 6.4.6 副偏角副偏角 副偏角（kr）在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向 的夹角。 副偏角一般为正值，它影响刀头强度和表面粗糙度。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 第七章第七章 减速器从动轴的加工工艺减速器从动轴的加工工艺 7.1 确定加工顺序及进给路线确定加工顺序及进给路线 加工顺序

48、按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件左端加工： 先从右到左进行外轮廓粗车（留 0.5mm 余量精车） ，然后从右到左进行外轮廓精 车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切 退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。 7.2 刀具与量具选择刀具与量具选择 7.2.1 刀具的选择刀具的选择 刀具的合理选择选择对加工减速器从动轴有重大的影响，根据数控加工的 经验、现有条件及实际加工需求我们选择如表 7.2.1 所示的刀具。 表 7.2.1 刀具 产品名称或代号产品名称或代号零件名称零件名称典型轴典型轴零件图号零件图号 序号序号刀具号刀具号刀具规格名称刀具规格名称数量数

49、量加工表面加工表面备注备注 1T01硬质合金端面 45 度车刀1粗、精车端面 2T02硬质合金 90 度放型车刀1粗、精车外轮廓 7.2.2 量具的选择量具的选择 在进行数控加工过程中，量具与工具是加工过程中必不可少的，如表 7.2.2 所示。有助于快捷方便的加工出零件，在对减速器从动轴的加工加工过程中我 们需要如下的量具与工具参与零件的切削加工中。 表 7.2.2 量具与工具 序号序号量具名量具名规格规格 1千分尺025mm 2千分尺 2550mm 3游标卡尺 0300mm 4螺纹千分尺050mm 工具表工具表 1垫刀片若干 2铜皮 3计算器 第七章 减速器从动轴的加工工艺 19 7.3 加

50、工坐标系设置确定加工坐标系设置确定 7.3.1 建立工件坐标系建立工件坐标系 在数控车床加工中，对零件加工前需设定坐标系，以方便数控编程，根据 数控车床的结构我们设定夹持零件的右端面为参考平面且右端面圆的圆心为 X- Y 坐标系的 0 点建立坐标系，如图 7.3.1 所示 图7.3.1 车床坐标 简图 7.3.2 试切法对刀试切法对刀 将工件安装好之后，先用 MDI 方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面 车一刀，然后保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。当取工件右 端面 O 为工件原点时，对刀输入为 Z0，如图 7.3.2（a）用同样的方法，再将工 件的表面车一刀，然后保持刀具在横

51、向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴 转动，再量出工件车削后的直径如图 7.3.2（b）根据长度和直径，既可确定刀具 在工件坐标系中的位置。其他各刀具都需要进行以上操作，从而确定每把刀具 在工件坐标系中的位置。 图 7.3.2（a） Z 轴方向对刀 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 图 7.3.2（b） X 轴方向对刀 7.4 数控车床加工工艺卡数控车床加工工艺卡 7.4.1 数控车床加工工序卡数控车床加工工序卡 下表 7.4 为减速器从动轴的数控加工工序卡，分为 6 个工序，每一个工序都 给出了详细的车床转速、进给量与切削余量。 表 7.4 数控加工工序卡 零件图号零件图号机床型号机床

52、型号 零件名称零件名称 数控车床加工工序卡数控车床加工工序卡 机床编号机床编号 切削用量切削用量 工序工序 序号序号 工序内容工序内容 S （r/min） F (mm/r) ap/mm 备备 注注 一一手动车左端面打中心孔4000.1 二二一顶一夹粗加工左端外轮廓6000.21.5 三三精加工右端外轮廓至尺寸要求8000.10.5 四四掉头装夹左端手动车右端面打中心孔4000.1 五五一顶一夹粗加工右端外轮廓6000.21.5 六六精加工右端外轮廓至尺寸要求8000.10.5 7.4.2 数控车床加工工步卡数控车床加工工步卡 下表 7.4.2 为数控车床加工工步卡，具体说明了每一个工序包含的各

53、个工 步以及每个工步的具体操作规程。 第七章 减速器从动轴的加工工艺 21 表 7.4.2 数控车床加工工步卡 零件图号零件图号机床型号机床型号 零件名称零件名称 数控车床加工工艺卡数控车床加工工艺卡 机床编号机床编号 切削用量切削用量 工序工序 序号序号 工步工步 序号序号 工步内容工步内容 S （r/min） F (mm/r) ap/mm 备备 注注 一一 1 2 3 4 装夹好车削毛坯。 用车床尾座打中心孔。 装夹刀具，1 号刀位：硬质合金端 面 45 度车刀，2 号刀位硬质合金 90 度放型车刀。 调用 1 号刀位刀具车削毛坯右端面 400 4000.1 二二 1 2 用尾座顶针顶住毛

54、坯。 调用 2 号刀位刀具使用 G71 命令 粗车图 2.1 左端外轮廓。 6000.21.5 三三 1 2 3 车床调整转速与进给量。 调用 G70 命令对图 2.1 左端外轮廓 进行精加工。 刀座回换刀点，主轴停止。 8000.10.5 四四 1 2 3 拆卸毛坯零件，用铜皮包裹已加工 好的 40mm 外圆，用三爪卡盘夹 持，爪尖与 48mm 外圆距离 5mm。 用车床尾座打中心孔。 调用 1 号刀位刀具车削右端面。 400 4000.1 五五 1 2 3 用顶针顶住毛坯。 调用 2 号刀位刀具靠近毛坯右端 调用 G71 命令，粗车削图 2.1 右端 外轮廓 6000.21.5 淮安信息职

55、业技术学院毕业设计论文 22 续表 7.4.2 六六 1 2 3 4 车床调整转速与进给量 调用 G70 命令对图 2.1 右端外轮 廓进行精加工 刀具回换刀点，主轴停止。 完成加工，拆卸零件。 8000.10.5 7.5 数控编程数控编程 本文对减速器从动轴加工采用 FANUC 0i-TB 数控系统编程，根据图 2.1 分 为两大部分，一为加工图 2.1 的左轮廓，另一为加工图 2.1 的右轮廓。 表 7.5 数控加工程序 毛坯直径毛坯直径 5mm, ,长度长度 255mm（250mm +5mm,5mm 为左右端面车削用量）为左右端面车削用量） ，刀具，刀具 最大切屑深度最大切屑深度 3mm

56、。 车好右端面车好右端面 O0001 N10 T0202调用 2 号刀具 N20 M03 S600主轴转速 600r/min N30 G00 X55 Z5靠近毛坯 粗加工粗加工 N40 G71 U1.5 R1;调用 G71 命令粗车循环 N50 G71 P60 Q220 U0.5 F0.2 N60 G01 X24粗加工起点 N70 Z0 N80 X28 Z-2加工 C2 倒角 N90 Z-57加工 28mm 外圆 N100 G02 X30 Z-58 R1加工 R1 倒圆角 N110 G01 Z-107加工 30mm 外圆 N120 G02 X34 Z-109 R2加工 R2 倒圆角 N130

57、G01 X35加工 35mm 端面 N140 Z-152加工 35mm 外圆 N150 G02 X39 Z-154 R2加工 R2 倒圆角 N160 G01 X40加工 40mm 端面 N170 Z-210加工 40mm 外圆 N180 G02 X44 Z-212 R2加工 R2 倒圆角 第七章 减速器从动轴的加工工艺 23 续表 7.5 N190 G01 X46加工 35mm 外圆 N200 G03 X48 Z-213 R1加工 48mm 端面 N210 G01 Z-220加工 48mm 外圆 精加工精加工 N220 M03 S800主轴调速 800r/min N230 G70 P60 Q2

58、20 F0.1精加工外轮廓 N240 G00 X100 Z200回换刀点 N250 M05主轴停止 N260 M30程序结束 用铜皮包裹右端外圆用铜皮包裹右端外圆 40mm 且掉头装夹右端，卡盘爪尖离外圆且掉头装夹右端，卡盘爪尖离外圆 48mm 端面端面 有有 8mm，手动车左端面打中心孔。，手动车左端面打中心孔。 O0002 N10 T0202调用 2 号刀具 N20 M03 S600主轴调速 600r/min N30 G00 X55 Z5靠近毛坯 粗加工粗加工 N40 G71 U1.5 R1调用 G71 命令粗加工 N50 G71 P60 Q140 U0.5 F0.2 N60 G01 X3

59、3开始粗加工 N70 Z0 N80 X35 Z-2加工 C2 倒角 N90 Z-25加工 35mm 外圆 N100 G02 X39 Z-27 R2加工 R2 倒圆角 N110 G01 X44加工 44mm 端面 N120 G03 X48 Z-29 R2加工 R2 倒圆角 N130 G01 Z-43加工 48mm 端面 精加工精加工 N140 M03 S800主轴调速 800r/min N150 G70 P60 Q140 F0.1精加工外轮廓 N160 G00 X100 Z200回换刀点 N170 M05主轴停止 N180 M30程序结束 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 24 7.6 零件加工

60、完成建模模拟图零件加工完成建模模拟图 采用 Inventor 2014 三维建模，模拟出轴加工出时样子。便于检验加工是否 正确。 图 7.6 三维建模模拟图 第八章 虚拟切削加工 25 第八章第八章 虚拟切削加工虚拟切削加工 虚拟切削加工是指在没有实际生产加工设备的基础上通过计算机软件模拟 数控车床加工来检验数控程序、加工流程与加工过程，确定是否有不合理的地 方及需要修改的地方，避免实际加工时出现问题。 8.1 软件简介软件简介 南京斯沃软件技术有限公司开发的，发那科(FANUC)、西门子 (SINUMERIK)、三菱(MITSUBISHI)、 西班牙发格(Fagor)、美国哈斯 (HAAS、