毕业设计齿轮轴加工工艺.docx
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毕业设计齿轮轴加工工艺
摘要
齿轮轴零件在现代生活中有十分重要和不可忽视的地位，数控生产的加工工艺对于我们熟练应用数控编程等相关技术有很大的帮助。
在此我通过所学数控基础知识和原有的加工工艺设计基础上对齿轮轴零件的数控加工等工艺做出说明，希望通过这毕业设计使我们在数控技术应用和产品的加工方面得到一定的经验。
本论文针对典型零件的工艺设计与加工及对数控技术的发展进行了简单的阐述。
对轴类零件的分类，轴类零件的加工材料，选用刀具及其加工方法进行了简单的描述，本文中详细的描述了对轴类中心孔的定位方法。
关键词：
齿轮轴.数控编程与加工.工艺分析.加工方案.定位方法控制尺寸
Abstract
Gearshaftpartsinmodernlifeisveryimportantandcannotbeneglected,CNCproductionandprocessingtechnologyforourskilledapplicationofNCprogrammingandotherrelatedtechnologyhasagreathelp.IlearnedthisbyCNCbasicsandtheoriginalmachiningprocessdesignbasedonthegearshaftpartsoftheNCprocessingtechnologytoexplain,hopethatthroughthisgraduationdesignsothatweintheapplicationofnumericalcontroltechnologyandtheproductprocessinghassomeexperience.Inthispaper,thetypicalpartsoftheprocessdesignandprocessingandthedevelopmentofnumericalcontroltechnologytocarryonthesimpleelaboration.Ontheclassificationofshaftparts,shaftpartsoftheprocessingofmaterials,theselectionoftoolanditsprocessingmethodinasimpledescription,thispaperdetaileddescriptionfortheshaftcenterholelocatingmethod.
Keywords:
gearaxisNCprogrammingandmachiningprocessanalysisprocessingpositioningmethodtocontrolthesizeof
第1章绪论
在大学里学了几年的“数控技术”，仔细的想想自己学到了很多，相信自己也能对一个一般的零件进行数控分析了。
这次的毕业设计是对在大学三年中学习成果的一个总结，也是一个毕业生将正式走入这个社会的开始。
这份毕业设计是在学完数控技术（含机床夹具设计）和大部分相关专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这次的设计可以使我能综合的运用机械制造工艺学的基础理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题具备了设计一个零件（高速铣头齿轮轴）的工艺规程的能力，也是熟悉和运用夹具设计的基本原理和方法，拟计夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册，图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的相关工作打下良好的基础。
我更可以自信的说我的大学是不会白费的，而是辉煌的。
由于能力有限，经验不足设计中还有许多不足的地方，希望各位老师能多加指教。
1.1数控机床的特点
数控机床的组成部分包括测量系统、控制系统、伺服系统及开环或闭环系统，在对数控零件进行实际程序设计之前，了解各组成部分是重要的。
数控中，测量系统这一术语指的是机床将一个零件从基准点移动到目标点的方法。
目标点可以是钻一个孔、铣一个槽或其它加工操作的一个确定的位置。
用于数控机床的两种测量系统是绝对测量系统和增量测量系统。
绝对测量系统（亦称坐标测量系统）采用固定基准点（原点），所有位置信息正是以这一点基准。
换句话说，必须给出一个零件运动的所有位置相对于原始固定基准点的尺寸关系。
X和Y两维绝对测量系统，每维都以原点为基准。
增量测量系统有一个移动的坐标系统。
运用增量系统时，零件每移动一次，机床就建立一个新的原点（基准点）。
使用增量测量系统时的X和Y值。
注意，使用这个系统时，每个新的位置在X和Y轴上的值都是建立在前一个位置之上的。
这种系统的缺陷是，如果产生的任何错误没有被发现与校正，则错误会在整个过程中反复存在。
用于数控设备的控制系统通常有两类，即点位控制系统和连续控制系统。
点位控制数控系统机床（有时称为位置控制系统数控机床）只有沿直线运动的能力。
然而，当沿两轴线以等值（X2.000,Y2.000）同时编程时，会形成45度斜线。
点位控制系统常用于需确定孔位的钻床和需进行直线铣削加工的简单铣床上，以一
系列小步运动形成弧形和斜线。
然而，用这种方法时，实际加工轨迹与规定的切削轨迹略有不同。
具有在两个或多个坐标轴方向上同时运动的能力的机床，归属连续轨迹控制或轮廓控制类机床。
这些机床用于加工两维或三维空间中各种不同大小的弧形，圆角，圆及斜角。
连续轨迹控制的数控机床比点位控制的机床贵得多，在加工复杂轮廓时，一般需要计算机辅助程序设计。
数控伺服机构是使工作台或滑座沿坐标轴准确运动的装置。
用于数控设备的伺服机构常有两种：
步进电机和液压马达。
步进电机伺服机构常用于不太贵重的数控设备上。
这些电机通常是大转矩的伺服机构，直接安装在工作台或刀座的丝杠上。
大多数步进电机是由来自定子和转子组件的磁力脉冲驱动的，这种作用的结果是电机轴转一转产生200步距。
把电机轴接在10扣/英寸的丝杠上，每步能产生0.0005英寸的移动（1/200X1/10=0.0005英寸）。
液压伺服马达使压力液体流过齿轮或柱塞，从而使轴转动。
丝杠和滑座的机械运动是通过各种阀和液压马达的控制来实现的。
液压伺服马达产生比步进电机更大的转矩，但比步进电机贵，且噪声很大。
大多数大型数控机床使用液压伺服机构。
使用开环系统的数控机床，没有反馈信号来确保机床的坐标轴是否运动了所需的距离。
即，如果接受的输入信号是使一特定工作台坐标轴移动1.000英寸，伺服装置通常使工作台运动1.000英寸，但无法将共子台的实际运动与输入信号加以比较。
使工作台实际移动了1.000英寸的唯一保证是所用的伺服机构的准确性。
当然，开环系统比闭环系统便宜。
闭环系统能将实际输出（工作台一英寸的运动量）与输入信号加以比较，并对任何误差进行了比较。
用于闭环系统的一些反馈装置是传感器，电尺或磁尺以及同步器等。
闭环系统大大增加了数控机床的准确性。
1.2齿轮轴零件的加工目的
作为一名刚踏出学校走向社会的学生，在平时的工作实践不断的总结经验学习知识是尤为重要的，数控技术在生产实践中的应用越来越广泛，它使得制造业生产面貌焕然一新，它所带来的巨大效益也受到世界各国科技界的高度重视，齿轮轴零件的数控生产加工工艺对我们熟练掌握运用数控编程等相关技术具有很大的帮助。
为此我们在原有的加工工艺设计基础上对齿轮轴零件的数控加工等工艺在此作出较为详细的阐述，希望通过对此设计能使我们在数控技术应用和产品的加工方面得到一定的经验。
第2章零件图
2-1
第3章加工工艺分析
3.1零件图工艺分析
该零件由圆柱面、螺纹及中心孔组成，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40Cr，有热处理和硬度要求。
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。
3.为便于装夹，采用三角卡盘，先车左端面，再车出一个夹头，再打中心孔。
然后掉头，车右端面，打中心孔，再进行精车。
再掉头，进行精车。
3.2确定装夹方案
确定坯件轴线和右端大端面（设计基准）为定位基准。
左端采用三角自定心卡盘夹紧。
3.2.1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。
3.2.2刀具的选择
将所选定的刀具参数填入表所示的数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。
注意：
在车削外轮廓时，为防止副刀面与工件表面发生干涉，应选择较大的副谝角，必要时可作图检验。
根据刀具的选择原则，选择刀具
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
3.2.3切削用量选择
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。
3.2.4数控加工工艺卡片拟定
将前面分析的各项内容综合成表所示的数控加工工艺卡片，此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控加工的指导性文件，主要内容包括：
工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。
3.2.5.加工工艺卡片
单位名称
沈阳格泰水电设备有限公司
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2月16日
共1页
第1页
3-2
第4章程序分析
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
第5章数控车床的概述
数控车床是目前使用较广泛的数控机床之一，主要用在加工轴类和盘类回转体零件的内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹面，并能进行切槽、钻、扩、铰等工作，特别适用于形状复杂的零件加工。
一般数控车床的主轴由直流或交流调速电动机驱动，主轴作主运动，刀架的纵、横向分别由伺服电动机驱动。
为了车削螺纹，在主传动系统里装有主轴脉冲发生器，以检测主轴的转速，保证车削螺纹时，主轴（工件）每转一转，Z轴（刀具）移动一个加工螺纹的导程。
普通数控车床的主轴不是卧式的，刀架运动的纵方向即为Z方向，刀架的横向即为X方向，当刀架沿Z向和X向协调运动时，可形成各种复杂的平面曲线，以这条曲线绕轴线回转时，可形成各种复杂的回转体。
一般数控车床只需要两坐标联动。
同样数控立式车床也是刀架沿着工件的轴向和径向运动实现两坐标联动
数控车床又称为CNC（ComputerNumericalControl）车床，既用计算机数字控制的车床。
普通卧式车床是靠手工操作机床来完成各种切削加工，而数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床X、Z坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴转速的转向，和自动换刀系统，使能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件。
因此，数控车床是目前使用较为广泛的机床。
第6章数控车床的使用
数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。
它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。
具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。
合理选用数控车床，应遵循如下原则：
6.1选用原则
6.1.1前期准备
确定典型零件的工艺要求、加工工件的批量，拟定数控车床应具有的功能是做好前期准备，合理选用数控车床的前提条件
满足典型零件的工艺要求
典型零件的工艺要求主要是零件的结构尺寸、加工范围和精度要求。
根据精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求来选择数控车床的控制精度。
根据可靠性来选择
可靠性是提高产品质量和生产效率的保证。
数控机床的可靠性是指机床在规定条件下执行其功能时，长时间稳定运行而不出故障。
即平均无故障时间长，即使出了故障，短时间内能恢复，重新投入使用。
选择结构合理、制造精良，并已批量生产的机床。
一般，用户越多，数控系统的可靠性越高。
6.1.2机床附件及刀具选购
机床随机附件、备件及其供应能力、刀具，对已投产数控车床、车削中心来说是十分重要的。
选择机床，需仔细考虑刀具和附件的配套性。
6.1.3注重控制系统的同一性
生产厂家一般选择同一厂商的产品，至少应选购同一厂商的控制系统，这给维修工作带来极大的便利。
教学单位，由于需要学生见多识广，选用不同的系统，配备各种仿真软件是明智的选择。
6.1.4根据性能价格比来选择
做到功能、精度不闲置、不浪费，不要选择和自已需要无关的功能。
6.1.5机床的防护
需要时，机床可配备全封闭或半封闭的防护装置、自动排屑装置。
在选择数控车床、车削中心时，应综合考虑上述各项原则。
6.2安装方法
1.起吊和运输
机床的起吊和就位，应使用制造厂提供的专用起吊工具，不允许采用其他方法进行。
不需要专用起吊工具，应采用钢丝绳按照说明书规定部位起吊和就位。
2.基础及位置
机床应安装在牢固的基础上，位置应远离振源；避免阳光照射和热幅射；放置在干燥的地方，避免潮湿和气流的影响。
机床附近若有振源，在基础四周必须设置防振沟。
3.机床的安装
机床放置于基础上，应在自由状态下找平，然后将地脚螺栓均匀地锁紧。
对于普通机床，水平仪读数不超过0.04/1000mm，对于高精度的机床，水平仪超过0.02／1000mm。
在测量安装精度时，应在恒定温度下进行，测量工具需经一段定温时间后再使用。
机床安装时应竭力避免使机床产生强迫变形的安装方法。
机床安装时不应随便拆下机床的某些部件，部件的拆卸可能导致机床内应力的重要新分配，从而影响机床精度。
6.3试运转前的准备
机床几何精度检验合格后，需要对整机进行清理。
用浸有清洗剂的棉布或绸布，不得用棉纱或纱布。
清洗掉机床出厂时为保护导轨面和加工面而涂的防锈油或防锈漆。
清洗机床外表面上的灰尘。
在各滑动面及工作面涂以机床规定使滑油。
仔细检查机床各部位是否按要求加了油，冷却箱中是否加足冷却液。
机床液压站、自动间润滑装置的油是否到油位批示器规定的部位。
检查电气控制箱中各开关及元器件是否正常，各插装集成电路板是否到位。
通电启动集中润滑装轩，使各润滑部位及润滑油路中充满润滑油。
做好机床各部件动作前的一切准备。
数控车床调试与验收
数控车床的验收应按国家颁布实行的《数控卧式车床制造与验收技术要求》进行，在验收过程中，如发生争执，应以国家有关标准为依据，通过协商解决。
1.开箱验收
按随机装箱单和合同中特定附件清单对箱内物品逐一核对检查。
并做检查记
录。
有如下内容：
包装箱是否完好，机床外观有无明显损坏，是锈蚀、脱漆；
有无技术资料，是否齐全；
附件品种、规格、数量：
备件品种、规格、数量；
工具品种、规格、数量；
刀具〈刀片〉品种、规格、数量；
安装附件；
电气元器件品种、规格、数量；
2.开机试验
机床安装调试完成后，即通知制造厂派人调试机床。
试验主要有如下：
3.各种手动试验
（1）手动操作试验试验手动操作的准确性。
（2）点动试验
（3）主轴变档试验
（4）超程试验
4.功能试验
（1）用按键、开关、人工操纵对机床进行功能试验。
试验动作的灵活性、平稳性及功能的可靠性。
（2）任选一种主轴转速做主轴启动、正转、反转、停止的连续试验。
操作不少于7次。
（3）主轴高、中、低转速变换试验。
转速的指令值与显示值允差为±5%。
（4）任选一种进给量，在XZ轴全部行程上，连续做工作进给和快速进给试验。
快速行程应大
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