数控论文

摘要车削细长轴时，由于长径比大，在切削力作用下会产生弯曲变形与振动，故细长轴的车削加工目前仍是一个工艺难题。当前该问题的解决主要靠操作者的经验，因此对工人的技术水平要求很高，且效率很低。在科技高速发展的今天，对零件加工精度的要求越来越高，设计和制造的高效与自动化是今后发展的必然趋势，传统的加工方法很难满足加工精度和生产效率的要求，数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用,对零件进行编程加工之前,工艺分析具有非常重要的作用。本文通过对典型的轴类零件数控加工工艺的分析,给出了对于一般零件数控加工工艺分析的方法,对于提高制造质量、实际生产具有一定的指导意义。关键词:轴类零件数控加工工艺设计。1绪论1．1课题的发展背景及意义零件加工工艺毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。本设计要求“以质量求发展，以效益求生存”，在保证零件加工质量的前提下，提高了生产率，降低了生产成本，是国内外现代机械加工工艺的主要发展方面方向之一。通过对减速器传动轴图的分析及结构图形式的了解，从而对轴进行工艺分析、工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析。随着制造水平的提高,数控机床在现代制造业中起着越来越重要的作用,为保证零件加工量,除了数控机床自身的精度外,还与数控加工中的工艺措施密切相关。在编制数控工艺规程时,和编制传统工艺规程一样,要考虑到机械的用途和性能,零件材料,生产条件和批量大小等。同时,要根据自身的特点和要求,在编制中作一些调整,从而有效的保证产品质量,充分发挥数控机床的优势,提高生产效率。机械制造厂生产的各种机械产品，可以是一台机器，可以是机器中的某个部件，或是某个零件。机械产品的生产过程是将原材料转变成为成品的全过程。工艺过程是在生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的全过程。长度与直径比值大于20的轴通常称为细长轴，它在生产生活中有着广泛的应用，有些场合起着非常关键的作用。如机床的丝杠、光杠、发动机的凸轮轴、拉床用拉刀、卫星展开天线的螺杆等都是典型的细长轴类零件。另外，在纺织、印染、造纸等机械中也有大量的用无缝钢管制造的细长导辊。车床车螺纹时，进给运动靠丝杠传递，车其它表面则靠光杠传递，因此车削后工件的精度与丝杠或光杠有直接的关系。凸轮轴是发动机的第二大运动件，刚性差，但驱动着整个配气系统及其它附件，对发动机的性能影响很大。在一定的生产条件下，确保加工质量和最少的生产成本是制定工艺规程的基本原则。机械加工工艺规程首先应能够保证加工后工件达到图样上规定的技术要求；其次，该工艺规程应该是在现场生产条件下、在规定的生产批量下最经济的，应能取得最好的经济效益；同时，要求是工人具有良好而安全的劳动条件。制定零件机械加工工艺规程的工作大致可分为下述四个阶段进行：（1）准备性工作阶段在拟定零件机械加工工艺路线之前，需要做必要的准备性工作，包括计算生产纲领，确定生产类型；对零件进行工艺分析；确定毛坯种类。（2）工艺路线拟定阶段这是制定工艺规程的核心，其主要内容是：选择定位基准；选择零件表面加工方法；划分加工阶段；安排加工顺序和工序整和等。（3）工序设计阶段在拟定了的工艺路线后，该阶段用于确定工艺路线中每一道工序的工序内容，包括确定加工余量、工序尺寸及其公差；选择机床和工艺装备；确定切削用量、计算工时定额等。（4）填写工艺零件机械加工工艺规程经上述步骤确定后，应将有关内容填如各种不同的卡片，以便贯彻执行。这些卡片总称为工艺文件。填写工艺文件是编制零件工艺规程的最后一项工作。工艺分析是数控加工编程的前期工艺准备工作,无论是手工编程还是自动编程,在编程之前均需对所加工的零件进行工艺分析。如果工艺分析考虑不周,往往会造成工艺设计不合理,从而引起编程工作反复,工作量成倍增加,有时还会发生推倒重来的现象,造成一些不必要的损失,严重者甚至还会造成数控加工差错。因此,全面合理的工艺分析是进行数控编程的重要依据和保证。2传动轴加工工艺分析2.1轴的使用性能和设计要求该传动轴是数控车机床减速器的关键部件之一。在机床工作时，传动轴组件把回转运动和转矩通过齿轮传递给主轴实现变速，其主要承受转矩和弯矩的作用，而且传动轴组件的回转精度，对机床的加工精度和工件的质量以及生产率都有很重要的影响。根据该轴的使用性能，传动轴设计时应有足够的强度、刚度，且结构简单，安装方便，组件装配时应有良好的装配工艺性。轴的尺寸精度、位置精度、和形状精度应满足轴的回转精度要求。除此之外，有相对运动的表面应具有良好的耐磨性，轴材料及结构应有良好的加工工艺性等。2.2毛坯的确定轴在工作过程中经常承受变化的不稳定冲击性载荷，且轴的阶梯直径相差很大。所以选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断以保证工作可以正常可靠的进行。由与其年产量达5000件，是大规模生产水平，且零件尺寸不大。故可以模锻成型。这对提高生产率，保证加工质量也是有利的。故选用圆钢坯料，材料为40Cr。2.3传动轴的技术要求分析对被加工零件的精度要求进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确合理的选择。然而在车削加工中，由于细长轴的长径比大，在切削力作用下极易产生弯曲变形与振动，故细长轴的车削加工是个工艺难题。困难在于:(1)易产生弯曲与振动。因为细长轴的长径比大，径向刚度低，不仅因自重会下垂，更重要的是加工中受切削力和离心力的共同作用，极易产生弯曲和振动。(2)热变形大。由于轴向尺寸大且散热性差，在切削热的作用下会产生轴向伸长，尾座如不采用弹性顶尖，极易弯曲。(3)刀具磨损大。由于细长轴轴向尺寸大，进给量较小，走刀所用时间很长，刀具磨损大，工件容易产生锥度。(4)对操作者的技能要求高。在细长轴整个车削过程中，对机床的调整、辅具的应用、刀具与切削用量等都提出了严格的要求。如某一环节处理不当，都可能影响加工精度。鉴于此，车削后的细长轴常产生如图1一1所示的竹节形及腰鼓形等几形误差。当前上述问题的解决主要靠操作者的经验。因此，车削细长轴不仅对工人的技术水平要求很高，而且产品质量不稳定，容易产生废品，生产效率低。随着科学技术的不断发展，特别是航天航空工业的发展对零件加工精度的要求越来越高，传统的加工方法很难满足加工精度和生产效率的要求，因此寻找解决细长轴车削加工难题的突破口就显得尤为重要。在加工细长轴时可采用反向走刀车削法消除加工时出现的竹节形和腰鼓形1）细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定心卡盘夹紧，减小接触面积，使工件在卡盘内能自由地调节其位置，避免夹紧时形成弯曲力矩，在切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内应力2）．尾座顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退，可避免热膨胀引起的弯曲变形。3）．采用三个支承块跟刀架，以提高工件刚性和轴线的稳定性，避免“竹节”形。4）．改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移动，使工件受拉，不易产生弹性弯曲变2.4工艺分析及主要表面加工方法该传动轴需要加工的部分主要为回转面。另外，轴两端为螺纹加工部分。轴的各个轴肩相邻处需要加工退槽或者是砂轮越程槽。轴肩两端要进行倒角加工。在轴径为Φ40±0.005mm，Φ50±0.005mm和右端螺纹部分要加工键槽。表面除了轴径为Φ64和Φ54的两部分表面的精度要求较小外，其他表面的粗糙度要求都为0.8。为此可以以Φ64为分界分别对两边轴表面进行加工从图样上可知：Φ40±0.005外圆相对A-B的圆跳动为0.02Φ45±0.005相对于A-B的圆跳动为0.02Φ54端面相对于A-B的圆跳动为0.02Φ64外圆相对A-B的圆跳动为0.02Φ50±0.008外圆相对A-B的圆跳动为0.02Φ40±0.005外圆内花键槽关于A-B对称度为0.03。Φ50±0.008花键槽关于A-B的对称度为0.03。主要表面M、N、P和Q的尺寸精度要求很高，表面粗糙度值很小（Ra0.8um），所以车削后，还需要进行磨削。这些表面的加工顺序为：粗车调质半精车磨削。2.5选择定位基准粗基准的选择：对于一般轴类零件而言，一般以外圆做为粗基准。对于本零件来说，根据粗准的选择原则，零件上有较多的加工面时，为使各加工表面都得到足够的加工余量，应该选择毛坯上加工余量最少的表面做为粗基准。对于本传动轴来说，轴径为Φ64mm慢慢的外圆表面精度较小，故其加工余量也会小，从而可做为粗基准分别加工其两边的表面。而当加工传动轴的两端面时，为保证两端面的相互位置精度时，采用互为基准原则进行切削加工。精基准的选择：由精基准统一原则，对加工轴类零件时，采用两个顶尖孔做为统一精基准来加工轴上所有的外圆表面及端面。这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。其次，还可以减少夹具的种类，降低夹具的设计和制造费用。由于该轴的几个主要配合表面和台阶面，对基准轴线A——B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，所以应在粗车之前加工B型中心孔作经向定位基准。在传动轴的车削加工中，零件外圆与中心孔都在起定位作用，但由于毛坯不均匀，必然与中心孔存在一个大的同轴度误差，且卡盘爪为刚性连接，必然造成中心孔不能起到定位作用。为解决这个问题，可采用如图6所示的带中心顶针液压浮动卡盘。此类卡盘主要用于加工轴类零件，以轴心线为基准，三爪具有浮动补偿功能。故能保证中心孔定位。2.6拟定工艺路线拟定工艺路线时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工和热处理。对轴上的各阶梯外圆表面，应先加工大直径的外圆，后加工小直径外圆，以避免加工初始就降低工件钢度。要求不高的外圆表面（如Φ52mm）。应在半精车时加工。轴上的螺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。轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前，再划线、铣削。轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径，而内径铣出后不必进行磨削，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。以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。否则在精车外圆时产生断续切削，影响车削精度也易损坏刀具。在磨削前，一般还应研修一次中心孔，以提高定位精度。3刀具及夹具的选择3.1确定工件的装夹1）、粗加工右端时，以工件外圆表面为装夹基准，用三爪自定心卡盘夹紧。2）、粗车左端时，由于工件轴径比很大，而且未经过调质的毛坯钢性差，重量大，加工时容易使工件变形影响加工精度，所以应采用一夹一顶装夹并且以工件的台阶作限位。一夹一顶装夹的工件的安装钢性好，轴向定位正确，且比较安全，能承受较大的轴向切削力。3）、半精车、精车时，由于工件较长、需要多次装夹加工、工序较多而且车削后还有铣削和磨削。故采用两顶尖间装夹，前顶尖夹在卡盘上，后顶尖插入尾座套筒，两顶尖都是死顶尖，因为死顶尖钢性大，定心精度高，但工件中心孔易磨损。3.2刀具的选择和切削用量的确定与普通机床相比,数控加工时对刀具提出了更高的要求,不仅要求刚性好、精度高,而且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好,同时要求安装调整方便,满足数控机床的高效率。根据加工要求和各工步加工表面形状选择刀具和切削用量。所选刀具除成形车刀外，都是机夹式可转位车刀。各工步所用刀片、成形车刀及切削用量具体选择如下：1）、粗车外表面。刀片：800菱形车刀片，主偏角930，刃长9.00mm，型号CCMT09T308。切削用量：车削端面时的主轴转速n=800r/min,其余部位n=600r/min,端部倒角进给量f=0.15mm/r,其余部位f=0.2～0.3mm/r，背吃刀量5mm。2）、半精车表面。刀片：800菱形且带R0.4mm圆弧刃刀片，主偏角930