齿轮轴的数控车削加工工艺分析与编程

1、台州科技职业学院毕业设计（论文）（15 级）齿轮轴的数控车削加工工艺分析与编程学习类别专业数控技术班级（函授站）数控技术13-2学号2013251215学生姓名指导教师一、引言3二、齿轮轴的加工工艺分析4_1.选建设备：42 .齿轮轴的特点和结构的工艺性分析43. 材料的选用54. 热处理工序的安排55. 确定主要表而加工方法和加工方案56. 划分加工阶段57. 加工顺序安排68. 加工基准的选择69. 尺寸精度要求710. 切削用量的选择711工艺路线的安排：712.加工工工艺卡7三、程序编制齿轮轴的加工81数控车削加工过程82. 编写程序93. 仿真与实验114. 加工注意事项12四、总结

2、13五、致谢14参考文献15齿轮轴的数控车削加工工艺分析与编程摘要：本次毕业设计是做齿轮轴的数控车削加工工艺分析与编程，根据零件的特点，针对 其用途，工艺要求等，进行了加工工艺分析。方案的确立，刀具和切削用量的选择，确定加 工顺序和加工路线。主要是在介绍典型齿轮轴的基础上，初步了解以及掌握轴的基本特点和 结构，着重对典型阶的加工方法及其工艺进行了分析，了解了齿轮轴轴数控加工的工艺过程。 齿轮轴零件的主要作用是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴具备传动 效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用机械特别是工程机械传动中的重要零 件之一。齿轮轴加工材料、热处理方式、机械加工工

3、艺过程的优化，将对提高齿轮轴的加工 质量及寿命有着重要借鉴意义。关键词：加工工艺编程 车削齿轮轴一、引言随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主题。髙速、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 和提髙市场竞争能力。而对于数控加工，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所 加工的零件进行工艺分析，拟左加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问 题（如对刀点、加工路线等）也需要一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加 工出合格的

4、产品。轴有多种分类法，按轴的受载情况可分为芯轴、传动轴和转轴三种。芯轴 工作时只承受弯曲载荷而不传递转矩，传动轴工作时只传递转矩而不承受或承受很小弯曲载 荷转轴工作时既承受弯曲载荷又传递转矩。按轴的结构形状不同又可分为直轴与曲轴光轴与 阶梯轴、实心轴与空心轴、刚性轴与挠性轴等。英中齿轮轴在机械中应用广泛，齿轮轴是现 代机械中应用最为广泛的一种传动零件，广泛适用于机械、汽车、航空、印刷、仪器仪表及 矿山行业。我国是一个机械大国，但不是机械强国。尤其是我国很多中小企业用的设备是十 年以前、甚至是二十年以前的设备，生产设备相对落后。齿轮轴的种类多种多样，但是每一 种齿轮都有一左的特点，如何在现有设备

5、的条件下，从夹具，刀具，加工工艺等方而综合考 虑，针对每一种齿轮轴制造过程编制工艺，从而生产岀高质的齿轮，就显得尤为重要。二、齿轮轴的加工工艺分析技术要求炖转曲珈工后鳧理？250H8如图2.1齿轮轴的结构图1. 选定设备：数控车床CA6140数控铳床齿轮轴是工程中常用的一种零件，英工作环境也比较复杂，受到各种力的的作用，这些 力可以使其产生拉伸、压缩、扭转和弯曲变形。这些因素使在做他时必须有更髙的强度和刚 度。而锻造件在锻造的时候可以使其产生纤维组织强化钢材，同时锻造也可以打碎铸态组织, 获得较髙综合力学性能。对于要求更高的轴类可以通过锻造再加上淬火、调质处理，使钢获 得更好的力学性能。同时用

6、锻件做零件毛坯可以减少用材，肖约资金比较经济实惠。2. 齿轮轴的特点和结构的工艺性分析如图2.1所示的齿轮轴是某型号的输入齿轮轴，属于阶梯轴，由花键，圆柱面，圆弧 而，轴肩，齿轮等不同形式的几何实体组成。齿轮轴的精度要求髙，输入齿轮轴加工难度大, 必须对齿轮轴加工过程中的一些重要问题，如材料，基准，热处理等做岀正确的选择和分析, 才能保质保量的完成齿轮轴的加工。齿轮轴的位置精度要保证轴线的平行度、端面的垂直度 以及轴的同轴度。此零件中涉及两段与基本轴线的同轴度。轴肩端而与基本轴线的垂直度， 还有键槽对所在的轴的对称度。中间的轴肩起泄位作用，且两面与轴承接触，故对苴靠近轴 承的端而应提出平而度要

7、求，同时需要提出与轴线的垂直度要求，防止产生偏心。3. 材料的选用传动机械齿轮轴常用的材料可选用优质炭素结构钢中的45钢，合金钢中的40Cr,20MnTi 等。该齿轮轴我们选用45号钢才材料。由于齿轮轴机械强度要求，各阶梯直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动 量，通常选择锻件毛坯。尺寸大的齿轮轴通常选择自由锻件，中小型齿轮轴可以选择锻件， 一些小齿轮轴也可以制成整体毛胚。若锻件毛胚为锤上钢质自由锻件，其机械加工余量与 公差应遵循GB/T15826系列，若毛胚为铜制模锻件，英机械加工余量与公差应遵循GB/T12362 系列标准。锻件毛胚应防止晶粒不均匀，裂纹，龟裂等由于锻造工艺不当所产生

8、的锻造缺陷。4. 热处理工序的安排预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织。 本设计热处理工艺有退火、正火、时效、调质。（1）退火和正火：退火和正火用于经过热加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳钢和合金钢, 为降低其硬度易于切削，常采用退火处理：含碳量低于0.概的碳钢和合金钢，为避免其硬 度过低切削时粘刀，而采用正火处理。退火和正火尚能细化晶粒、均匀组织，为以后的热处 理作准备。（2）时效处理：时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。为避免过多 运输工作量，对于一般精度的零件，在精加工前安排一次时效处理即可。但精度要求较髙的 零件，应安排两次或数次

9、时效处理工序。简单零件一般可不进行时效处理。除铸件外，对于 一些刚性较差的精密零件，为消除加工中产生的内应力，稳泄零件加工精度，常在粗加工、 半精加工之间安排多次时效处理。（3）调质：调质即是在淬火后进行髙温回火处理，它能获得均匀细致的回火索氏体组织， 为以后的表而淬火和渗氮处理时减少变形作准备，因此调质也可作为预备热处理。5. 确定主要表面加工方法和加工方案轴主要是采用车削和外圆磨削，但是该齿轮轴有键槽，需要在铳床上加工。由于该轴主 要表而公差等级要求不是很高，表而粗糙度值较小，所以不需要磨削加工，。6. 划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔），半精车（半精车务

10、处 外圆、台肩和修研中心孔等），即铳键槽。各加工阶段大致以热处理为界。7. 加工顺序安排除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意：（1）外圆表而加工顺序应为，先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开 始就降低了工件的刚度。（2）轴上的花键、键槽等表而的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。轴上矩形花键的加工，通常采用铳削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铳床上 加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径，而内径铳岀后不必进行磨削，但如经过淬火 而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径泄心的花键，其内径和键侧均 需进行磨削加工。（3）轴上的螺

11、纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生 的变形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。&加工基准的选择粗基准的选择。为保证不加工表面与加工表面之间的位置要求应选用不加工 表面为粗基准；如果零件上有不需加工的表面，则应选择该面作粗基准：当零件 上有儿个不需加工的表面时，应选择与加工表面之间相互位置精度要求较高的表 面作粗基准；为保证工件某重要表面的余量均匀，选择该表面为粗基准，选择重 要表面或加工余量最小的表面作为粗基准；若工件所有表面都需加工，应选择工 件上的重要表面或加工余量最小的表面作为粗基准可使各加工表面都有足够的 加丄余量，并使重要表面的余量

12、均匀；选择较为平整光洁、面积较大的表面作粗 基准。依据以上原则本设计粗车时以外圆和两端面为粗基准精基准的选择。用工序基准做精基准，实现基准重合，以免产生基准不重合 误差；当用一组精基准定位可以较方便加工其它各表面时，应尽可能多采用此组 精基准定位，实现基准统一，减少工装费用，避免基准转换误差；当精基准要求 加工余量小而且均匀时，应选择加工表面自身为精基准，实现自为基准原则；为 获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循互为基准，反复加工原则：选择 定位准确、稳定、夹紧可靠，使夹具结构简单原则。依据以上原则本设计精车时 以两侧端面中心孔为精基准。选择定位基准：轴类零件的定位基面，最常用的是两中心

13、孔。因为轴类零 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 项訂，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，釆用两中心孔定位就能符合 基准重合原则。而且山于多数工序都釆用中心孔作为定位基面，能最大限度地加 工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。9. 尺寸精度要求根据图纸上的标注，零件上有很多尺寸要求，有同轴度、圆跳动、表而粗粗糙度等等。 同轴度的误差基本含义是指被测圆柱而轴线对基准线不共轴的程度，根据左位最小包 容区的槪念，用与基准轴线同轴的圆柱面来包容被测圆柱面的实际轴线，在被测长度内，最 小包容圆柱面的直径准就是同轴度误差。即图纸上的A跟B同轴度为0.03。圆

14、跳动公差是在被测要素在某一固立参考点基准轴线旋转一周时，指示器值所允许的最 大变动呈:。即图纸上AB圆跳动值不能大于0. 03.表而粗糙度原称表而光洁度，是指加工表而上所具有的较小间距和邮谷所组成的微观几 何形状特性，通俗的讲，就是指零件表而经加工后遗留的痕迹，在微小的区间内形成的高低 不平的程度用数值表现岀来，作为评价表而状况的一个依据。即图纸上零件表而粗糙度值为 1.6:其余的为3. 210. 切削用量的选择根据零件“齿轮轴”的使用性能、劳动强度确定采用棒料，材料45号钢， 结合加工工艺分析，分别确定加工余量、工序尺寸及主尺寸如下：（其中2Z为直 径上的加工余量）1. 外圆表面轮廓只需粗车

15、、半精车、精车可达到要求。外圆加工余量的确定：外 圆加工直径余量（mm）,粗车1.54 mm,半精车0. 52. 5 mm。粗车：加工余量 2Z二3mm；半精车：加工余量2Z二1. 5 mm。2. 外圆表面轴向长度方向的加工余量：总长余量2Z二5mm。12工艺路线的安排：退火（正火）一一粗车一一半精车一一调质（硬度200250HB）铳键槽一一精 加工（外圆、螺纹）13.加工工工艺卡机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称轴类类零件零件名称齿轮轴铁块毛坯种类锻件毛坯外刃尺寸备注工序名称工序内容车间设备刀具夹具卜-料直径45 长度150mm的铁块机加工实训车间粗车三爪卡盘夹住工件一半，车平一个

16、端而，以这 个端面为基准，X轴车50mm进去。直径40,留一 个毫米的余量。CA614090c的车刀三爪自泄心卡盘粗车车直径为16的，保留一个亳米的余量，车到 直径为17, x轴向里走7mnuCA614090的车刀精车精车直径39的外圆，转速调快，上下偏差为0. 0250 050CA614090的车刀粗车工件调头，加紧直径40的大圆，车削一个端 面，然后车直径16的小圆，保留一个亳米的余量， 长度保证100mm。CA614090c的车刀粗车以直径16的端面为基准，x轴车36mm进去， 直径保证在15.CA614090的车刀粗车车x轴进去100mm的，退刀槽。宽度2mm.深 度 1mm.CA61

17、40宽2mm的切槽刀精车车直径15的端而，长度保证在32mm, x轴慢慢车进4亳米CA614090c的车刀精车车螺纹刀的退刀槽，宽2.5mm,深为2mmCA6140宽2mm的切槽刀精车车Ml2的螺纹，长度为15. 5.转速调慢。CA6140螺纹刀精车车直接16的小圆，上下偏差为0. 0160. 034mmCA614090c的车刀精车调头精车装夹直径39的外圆，车直径为16的小圆，上下偏差00160034倒角C1CA614090的车刀粗车车退刀槽，深度为1CA6140宽2mm的切槽刀粗车根据图纸上的要求，倒角为C1CA614045的车刀铳床在铳床上，铳出键槽，长度12mm,宽度1mm数控铳床铳刀

18、夹头三. 程序编制齿轮轴的加工1. 数控车削加工过程(1) 工件安装与校正：采用三爪自圧心卡盘进行装夹。根据加工要求，完成工件的正确 装夹，并用百分表进行找正。(2) 程序输入、编辑、保存。(3) 数控车床电源的启动，做好检査工作。(4) 返回参考点(回零)。(5) 设置编程原点(建立工件坐标系)。(6) 设宜刀具刀尖圆弧半径补偿。(7) 数控车床试运行。(8) 自动加工。(9) 1件检测。(10) 数控车床关机。2. 编写程序左边一头先车(程序如下)毛胚J)40X140mm;00001G98G40G21G90G54G28U0W0M3S500T0101(外圆车刀)；G0X42Z2G1Z0F15

19、0X-1G0X42Z2G71U2R1G71P1N2U0. 2W0. 1S1000F100N1G1X14Z0X16Z-1Z-17X37X39Z-18N2Z-50G70P1Q2GOX100Z100T0202S150(切槽刀刀宽为2mm)G0x41z-17G1X12F100G0X100Z1OOG28M30右边带螺纹一头程序00002G98G40G21G90G54G28U0W0M3S600T0101G0X42Z2G1Z0F150X-lG0X42Z-lG1X-1（保证总长138mm）G0X42Z-l. 98G1X-1G0X42Z2G71U2R1G71P3N4U0. 2W0. 1S1000F100N3G1

20、X8. 98Z0X11.98Z-1.5Z-18X14Z-32X13X16W-1. 5Z-96N4X42G70P3Q4G0X100Z100M3S450T0202（切槽刀，刀宽为2mm）G0xl6zT8G1X9. 5F80G0X16WO. 5G1X9. 5G0X18Z-95X42Z-96G1X15GOX1OOZ1OOM3S600T0303（螺纹车刀）G0X14Z2G92X11Z-17F1.5X10.6X10.4X10.2X10. 02X10. 02G28U0W0M303. 仿真与实验为了验证以上程序，我们在实训中心进行了仿真实训，通过实际仿真，发现经我们数控 车床加工岀来的阶梯轴，零件的表而的的光泽度明显提高，相对与普车加工，效果更加的明 显。图3. 1实际加工阶梯轴零件4. 加工注意事项(1) 在程序的输入、编辑、保存过程中，必须做到字母、数字和符号输入正确。(2) 数控车床必须进行回零操作。(3) 要检查程序中的刀位号和车刀安装的位垃是否一致。(4) 螺纹加工时，两端应设巻升速进刀段和降速退刀段。(5) 螺纹加工宜采用恒转速控制功能。(6) 严格按照数控机床安全操作规程进行操作四、总结通过对于阶梯