齿轮机械加工工艺设计.docx
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齿轮机械加工工艺设计
毕业设计
题目齿轮轴机械加工工艺设计
摘要
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体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
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，拟定加工方案，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）也需做一些处理。
并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。
本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。
通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。
齿轮轴机械加工工艺设计
第一章零件图工艺分析
1.1零件的作用分析
轴是组成机器零件的主要零件之一。
一切做回转运动的传动零件（例如：
齿轮，蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此，轴的主要功用是支撑回转零件和传递运动和动力。
1.2零件的结构分析
该零件由圆柱面、螺纹、齿轮、键槽、径向孔、退刀槽倒角及中心孔组成。
1.3零件的技术要求分析
该零件的尺寸的尺寸精度和表面粗糙度要求很高，该图尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
材料为45钢，有热处理和硬度要求。
齿轮轴有径向圆跳动要求，表面粗糙度最小值为0.8.
1.4工艺措施
通过以上描述，可以采取以下几点工艺措施：
1.对图样上给定的有精度要求的尺寸，因为公差数值很小，所以编程时不可以取平均值，或者不能省去小数点后面的，要对好刀。
2.在轮廓曲线上，没有要进行间隙补偿的。
但也要保证轮廓曲线的准确性。
第二章制定机械加工工艺方案
2.1毛坯的选择
由于该传动轴在工作过程中要承受交变负荷和冲击，为增强其强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。
由于生产类型为单件小批量生产，且轮廓尺寸较大，宜采用自由锻的方法来制造毛坯。
零件的材料为45钢，45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。
但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。
所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。
2.2定位基准的选择
2.2.1精基准的选择原则
（1）基准重合原则。
为避免基准重合误差，方便编程，应选用设计基准作为定位基准，并使设计基准、定位基准、编程原点三者统一，这是最佳考虑的方案。
因为当加工面的定位基准与设计基准不重合，且加工面与设计基准不在一次安装中同时加工出来的情况下，会产生基准重合误差。
（2）基准统一原则。
在多工序或多次安装中，选用相同的定位基准，这样既可保证各加工表面间的相互位置精度，避免或减少因基准转换而引起的误差。
（3）自为基准原则。
精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，因此选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。
（4）便于装夹原则。
所选精基准应能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用，操作方便灵活，能加工尽可能多的内容。
（5）便于对刀原则。
批量加工时，在工件坐标系已经确定的情况下，采用不同的定位基准为对刀基准建立工件坐标系，会使对刀的方便性不同，有时甚至无法对刀。
这时就要分析此种定位方案是否能满足对刀操作的要求，否则原设工件坐标系须重新设定。
2.2.2粗基准的选择原则
（1）非加工表面原则。
为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准。
（2）加工余量最小原则。
以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，应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，粗基准一般不应重复使用。
（5）便于工件装夹原则。
作为粗基准的表面，应尽量平整光滑，没有飞边、冒口、浇口或其他缺陷，以便使工件定位准确、夹紧可靠。
确定坯件轴线和右端大端面（设计基准）为定位基准。
2.3热处理的选择及工序位置安排
正火将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
调质将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。
使用于调质处理的钢称调质钢。
它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢
淬火加回火叫调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到临界温度以下某个温度进行回火。
调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
但表面硬度较低，不耐磨。
可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。
渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。
经热处理后，表面可以获得很高的硬度，芯部硬度低，耐冲击。
所以调质处理是不可或缺的一道重要工序。
根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。
可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
2.4制定机械加工工艺路线
根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。
可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
加工路线是：
1.加工零件右端
2.切槽
3.换头
4.切槽
5.攻螺纹
单位
名称
长春职业技术学院
产品名称及代号
零件名称
零件图号
OM齿轮轴
轴类零件
GDSKC020107
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
三抓卡盘
卧式车床
数控工段
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格/mm
主轴转速/（r·min-1）
进给速度/（mm·min-1）
背吃刀量/mm
备注
1
加工零件右端
T01
25×25
500
0.1
自动
2
切槽
T02
25×25
300
0.05
自动
3
换头
T01
25×25
500
0.1
自动
4
切槽
T02
25×25
300
0.05
自动
5
攻螺纹
T03
25×25
400
1.5
自动
编制
审核
批准
2012年11月20日
共1页
第1页
第三章选择刀具及确定切削用量
3.1选择刀具
3.1.1数控车刀的类型及选用
数控车削用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。
当数控车床进行粗加工时，要求刀具强度高，耐用度好，以满足粗加工背吃刀量大、进给速度高的要求。
当数控车床进行精加工时，要选用精度高，锋利、耐用度高的刀具，以保证加工精度。
为方便对刀和减少刀具安装时间，尽量使用机夹刀，刀具材料最好选用涂层硬质合金刀片。
刀片的几何结构（如刀尖圆角、几何角度等）应根据加工零件的形状决定。
特别要注意的是在加工球面时要选用副偏角大的刀具，以免刀具的后刀面与工件产生干涉。
3.1.2数控加工的刀具选择
T1号刀—90°外圆车刀
加工内容：
加工零件右端
T2号刀—切槽刀宽1.1
加工内容：
切槽深度
T1号刀—90°外圆车刀
加工内容：
换头
T3号刀—螺纹刀
加工内容：
攻螺纹M10-6h
3-1
3.2确定切削用量
切削条件的三要素：
切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。
伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。
切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。
切削用量的选择原则是：
粗车时，首先考虑选择尽可能大的背吃刀量αp，其次选择较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度Vc。
增大背吃刀量αp可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。
精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，选择切削用量时应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。
因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量αp和进给量f，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度Vc。
根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后公式计算主轴转速与进给速度，计算结果填入背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。
粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，根据材料以保证零件表面粗糙度要求，一般要多次加工。
第四章编制加工程序
4.1确定加工顺序及走刀路线
加工顺序的确定按由左到右、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工作表面。
结合本零件的结构特征，可以加工外轮廓表面，然后加工内孔各表面，由于该零件为单件中批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。
4.2编制加工程序
O0608
N010T010190°外圆车刀
主轴用1号刀
N020M03S500
主轴正转,转速500
N030G90G95G0X32Z2加工零件右端
绝对值，快速定位到（32,2）
N040G71U1R0.5
外圆粗切循环
N050G71P60Q110U0.2W0F0.2
N060G1X9F0.1S800
精加工程序第一个程序段，转速800，进给速度为0.1
N070X15Z-1车Ø15倒角1X45
直线插补到（15,-1）
N080Z-79车Ø15
直线插补到（15,-79）
N090X22
直线插补到（22,-79）
N100X24Z-80车Ø24倒角1X45°
直线插补到（24,-80）
N110Z-140车Ø24
直线插补到（110,-115）
N120G70P60Q110
精加工程序最后一个程序段
N130G0X100Z100
快速定位到（100,100）
N140T0202宽1.1切槽刀
换2号刀
N150M03S300
主轴正转,转速300
N160G0X17Z-5
快速定位到（17,-5）
N170G1X14.3F0.05Ø15上切宽
深切至Ø14.3
直线插补到（14.3,-5）
N180G4X2
延时2秒
N190G0X26
快速定位到（26,-5）
N200Z-79
快速定位到（26,-79）
N210G1X14F0.05切2×0.5的槽
直线插补到（26,-79）,进给速度为0.05
N220G4X2
延时2秒
N230G0X17
快速定位到（17,-79）
N240Z-78.1
快速定位到（17,-78.1）
N250G1X14F0.05
直线插补到（14,-78.1）,进给速度为0.05
N260G4X2
延时2秒
N270G0X100
快速定位到（100,-78.1）
N280Z100
快速定位到（100,100）
N290M02
程序停止
换头
O0420
N010T010190°外圆车刀
主0轴用1号刀
N020M03S500
主轴正转,转速500
N030G90G95G0X32Z2
绝对值，快速定位到（32,2）
N040G71U1R0.5
外圆粗切循环
N050G71P60Q140U0.2W0F0.2
N060G1X4F0.1S800
精加工程序第一个程序段，转速800，进给速度为0.1
N070X9.87Z-1M10倒角1×45°
直线插补到（9.87,-1）
N080Z-23车M10
直线插补到（9.87,-23）
N090X14
直线插补到（14,-23）
N100Z-51车Ø14
直线插补到（14,-51）
N110X18
直线插补到（18,-51）
N120Z-82车Ø18
直线插补到（18,-82）
N130X20
直线插补到（20,-82）
N140X26Z-85Ø24倒角2×45°
直线插补到（26,-85）
N150G70P350Q440
精加工程序最后一个程序段
N160G0X100Z100
快速定位到（100,100）
N170T0202宽1.1切槽刀
主轴用2号刀
N180M03S300
主轴正转,转速300
N190G0X16Z-23
快速定位到（16,-23）
N200G1X7.8F0.05M10上切3×1.1的槽
直线插补到（7.8,-23）,进给速度为0.05
N210G4X2
延时2秒
N220G0X16
快速定位到（16,-23）
N230Z-22
快速定位到（16,-22）
N240G1X7.8F0.05
进给速度为0.05
N250G4X2
延时2秒
N260G0X12
快速定位到（12,-22）
N270Z-21.1
快速定位到（84,0）
N280G1X7.8F0.05
直线插补到（7.8,0）,进给速度为0.05
N290G4X2
延时2秒
N300G0X20
快速定位到（20,0）
N310Z-51
快速定位到（22,-51）
N320G1X13F0.05Ø14上切2×0.5的槽
直线插补到（13,-51）,进给速度为0.05
N330G4X2
延时2秒
N340G0X16
快速定位到（16,-51）
N350Z-50.1
快速定位到（16,-50.1）
N360G1X13F0.05
直线插补到（13,-50.1）,进给速度为0.05
N370G4X2
延时2秒
N380G0X20
快速定位到（20,-50.1）
N700Z-54.1
快速定位到（20,-54.1）
N390G1X17F0.05Ø18上切宽
深至Ø
直线插补到（17,-54.1）,进给速度为0.05
N400G4X2
延时2秒
N410G0X24
快速定位到（24,-54.1）
N420Z-82
快速定位到（24,-82）
N430G1X17F0.05Ø18上切2×0.5的槽
直线插补到（17,-82）,进给速度为0.05
N440G4X2
延时2秒
N450G0X24
快速定位到（24,-82）
N780Z-81.1
快速定位到（24,-81.1）
N460G1X17F0.05
直线插补到（17,-81.1）,进给速度为0.05
N470G4X2
延时2秒
N480G0X100
快速定位到（100,-81.1）
N490Z100
快速定位到（100,-81.1）
N500T0303
主轴用3号刀60°螺纹刀
N510G0X12Z5
快速定位到（12,5）
N520G76P021060Q100R0.1攻螺纹M10-6h
螺纹切削循环
N530G76X8.05Z-22P975Q400F1.5
螺纹切削循环终点（8.05，-22）
N540G0X100
快速定位到（100,-22）
N550Z100
快速定位到（100,100）
N560M05
主轴停
N570M02
程序结束
参考文献
（1）机电工业考评技师复习丛书编审委员会编·车工·北京：
机械工业出版社，1997
（2）杨授时主编·高级车工技术·北京：
机械工业出版社，1999
（3）张俊生主编·金属切削机床与数控机床·北京：
机械工业出版社，2001
（4）张恩生主编·车工实用技术手册·南京：
江苏科学技术出版社，1999
（5）王洪主编·数控加工程序编制·机械工业出版社；2003
（6）徐宏海主编·数控加工工艺·化学工业出版社；2004
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