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毕业论文（设计）

课题名称：

棘轮的加工工艺及故障分析

专业及班级：

数控08-1

学号：

080222112

姓名：

吴昊

指导教师：

赵亚平

2011年05月06日

摘要

本论文是对中环集团机加工部门中的棘轮工件进行分析加工，并且使其能够达到要求的各项尺寸，形位公差等要求，能够投入使用。

为此，本论文主要对此零件的加工工艺进行分析，对如何能够用最方便的方法，完成该零件的加工，并达到要求进行研究，其中包括材料的选择，机床的选择，夹具的选择，加工方法的确定，加工步骤的确定，加工路线的选择，如何进行后处理等。

通过对零件的分析和研究，已制定了一套完整的加工方案，使零件达到所要求的各项尺寸，形位公差等要求，可以投入使用。

关键词：

棘轮；线切割；加工工艺

ABSTRACT

Thepresentpaperistocentralgrouptheratchetworkpiecemachiningdepartmentanalysisprocessing,andsoitcanmeettherequirementsofvarioussize,formandpositiontolerancesetcrequirement,andcanputintouse.Therefore,thisthesismainlytoanalyzetheprocessingofthispart,howtousethemostconvenientmethod,enablesthepartsprocessingcompleted,andreachtherequiredresearch,includingthechoiceofmaterials,machinetoolselection,fixturechoice,processingmethods,thedeterminationofprocessstepstodetermine,processingroutechoice,andhowtoimplementthepost-treatment.Basedontheanalysisofthecomponentsandresearch,hasestablishedacompletesetofprocessingplantomakethepartstoreachtherequiredsize,formandpositiontolerancesrequirementsfor,canputintouse.

Keywords:

Ratchet，Linearcutting,Processingcraft

目录

摘要I

ABSTRACTII

1绪论1

2棘轮图纸的分析2

3加工前的准备3

3.1机床的选择3

3.2加工前机床的检查与准备4

3.2.1线切割机床4

3.2.2铣床5

3.3夹具的选择5

3.4刀具的选择5

4加工工艺过程分析7

4.1棘轮在线切割上的加工7

4.2棘轮在铣床上的加工8

5加工中的故障分析与解决方法10

5.1线切割机床断丝故障分析及排除方法10

5.2线切割表面质量的改善10

5.3铣床中出现的故障和解决方式10

6结论12

谢辞13

参考文献14

1绪论

随着社会的进步，线切割也在不断的发展。

它自60年代以来经过30多年的不断发展和完善，现已成为模具加工不可缺少的装备，也是中国模具生产企业中装备数量最多的电火花加工机床。

目前它的切割速度有的已超过250mm2/min，加工精度达到±0.01mm，工件表面粗糙度为Ra1.25微米。

今后高速走丝切割机床的发展策略应该是扬长避短，以发展中低档机床为主，使机床向适当的加工精度、良好的加工稳定性和容易操作及优良的性能价格比的方向发展。

为此，高速走丝线切割机床应在基於PC的开放式数控系统方面、数字自适应脉冲电源、加工参数的优化及自动选取、人工智能技术的运用、机床整体结构的改进、螺距误差与间隙补偿技术的运用、多次切割工艺的应用进行研究，以及计算机软件的不断改进来提高机床的整体加工性能。

 随着国内经济形势的蓬勃发展以及“以焊代铸趋势的加速，数控铣床的优势正在逐渐为人们所认识。

数控铣床不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。

目前，我国金属加工行业使用的数控铣床是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要。

本论文是研究棘轮在线切割上和铣床上的加工，用线切割加工工件时能够将我们所学的AUTOCAD等绘图软件，机械设计基础、机械制造、数控原理与数控系统、数控技术基础与应用、机械制造工艺装备等基础课程加以巩固。

由于实训时是使用的数控车床、普通车床，对线切割和铣床了解甚少，通过这次实习很好的弥补了我这块空白。

本论文是通过零件图纸识别，难点分析，AUTOCAD绘制工程图、选择机床、选择刀具、夹具、确定走刀路线及切削用量，如何合理处理零件的技术特性，如何使用模拟仿真软件对程序进行检验，加工实体零件，零件的后处理，这一系列的加工过程完成的。

通过该毕业论文的完成，把我们所学的理论和实践操作得以结合，对于巩固我们所学的知识有很大的帮助。

2棘轮图纸的分析

本论文所加工的零件为棘轮（如图2.1），材料为45钢。

分析图纸可知该产品的生产要用线切割机床和铣床来加工。

该零件的外形要按尺寸要求加工，厚度为6cm，中心的孔为Φ8.5,3个小孔为Φ4，小孔上要有Φ7的倒角。

通过分析，该零件加工难点如下：

（1）此零件在外形方面要求非常的高，而且加工难度很高所以先要通过OUTCAD画该零件的图形，再将图形传输到线切割机床系统中，通过线切割来完成外形的加工。

（2）在打中心的孔时要先用中心钻定中心，中心孔的位置要求很高。

（3）此零件的3个小孔的定位很困难。

（4）在小孔上的Φ7的倒角的深度很难控制。

图2.1棘轮零件图

3加工前的准备

3.1机床的选择

由于此工件外形复杂，表面精度要求很高，尺寸精度也很高，所以采用电火花线切割加工出外形，而对表面的4个孔的加工采用铣床。

我厂选择的是苏州威汉数控有限公司生产的环保型中走丝线切割（图3.1），还有晋桥铣床厂生产的X5036B立式铣床。

（图3.2）。

（1）环保型中走丝线切割

该机床的优点为：

床身内壁厚实，采用树脂砂铸件，整体刚性好：

丝杆为台湾上银双螺母精密滚珠丝杠副，定位精度高；独特恒张力走丝机构，封闭式镶宝石丝嘴结构使运丝更加平稳，加工精度更高；一键机动Z轴机动升降和机动上丝，大大减少操作人员劳动强度和工作时间，提高生产效率；采用工业级液面浸入多极离心式水泵，质量稳定，水压可达18米扬程、排泄效果好，水位自动监测，光洁度大副提升。

图3.1环保型中走丝线切割

（2）X5036B立式铣床

X5036B立式铣床底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座、主轴箱等主要构件均采用高强度材料铸造而成，保证机床长期使用的稳定性。

进给速度能满足不同的加工要求，快速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快捷，缩短非加工时间。

主轴轴承为圆锥滚子轴承，承载能力强，且主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速、可靠。

图3.2X5036B立式铣床

3.2加工前机床的检查与准备

3.2.1线切割机床

（1）检查设备外壳的接地是否可靠。

（2）擦拭设备。

（3）检查各按键，仪表，手柄及运动部件是否灵活正常，查看钼丝是否放在导轮内，并紧丝。

检查调整钼丝垂直度，开启走丝开关，检查钼丝是否抖动。

（4）根据加工程序选定的坐标方向和起切点，将工件固定在合适的位置上，保证加工件在行程范围内，防止碰撞丝架和因超程撞坏丝杠，螺母等转动部件。

（5）机床启动前，各运动机构上要加注润滑油，使用后机床要擦净并加油。

（6）接通电源，机器预热20-30分钟。

3.2.2铣床

（1）做好劳动保护工作，高速切削时要戴好眼镜。

（2）按巡回检查路线检查铣床，同时做好润滑，调整，扭紧工件。

（3）检查各手柄位置是否正确灵活，位置不对、不灵活不准开车。

（4）开动主轴慢速运转，此时油泵来油正常，随后纵横垂直进刀再慢速运转。

3.3夹具的选择

为了提高零件加工的效率，如何装夹是相当重要的。

因为零件要在两台机上加工所以要用2种夹具。

（1）在线切割上的装夹采用螺栓压板

由于线切割上有装夹的夹具螺栓压板（图3.3），所以可以很方便的对材料进行装夹。

装夹时一定要夹紧工件，不能使工件产生松动，这样会影响零件的精度。

该加工对零件精度要很高。

图3.3螺栓压板

（2）在铣床上的装夹

使用普通台虎钳和专用形块。

因为在铣床上要对零件表面先进行铣削，还要确定表面上的4个孔的位置，所以要用专用的形块和台虎钳来固定零件。

3.4刀具的选择

为了提高零件加工的效率，零件寸精度高，形位误差小，刀具的选择至关重要。

所以，在这次零件的加工过程中，铣床上要选用3把刀对此零件进行加工。

（1）直径Φ8的2刃钨钢立铣刀。

（2）直径Φ8.5的普通高速钢标准钻头。

（3）直径Φ4的普通高速钢标准钻头。

4加工工艺过程分析

4.1棘轮在线切割上的加工

考虑零件加工的效率、夹具装夹的位置，在线切割上要尽量的设计好走丝的线路和电压电流的选择。

（1）走丝线路的确定

通过CAD的制图将该工件外形画出来，将该图形通过传输系统传入线切割的系统当中，通过线切割中的系统将图形加以辅助线来完成运丝的路线。

使工件在切割完毕时不会跌落撞断电极丝。

（2）机床参数的设定

①脉冲宽度ti：

加大时加工速度提高而表面粗糙度变差。

②脉冲间隔to：

减小时平均电流增大，切割速度正比加快，但to不能过小，以免引起电弧和断丝。

③开路电压ui：

ui提高，加工间隙增大，排屑容易，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动

④放电峰值电流ie：

ie增大时，切割速度提高，表面粗糙度变差，电极丝损耗比加大甚至断丝。

⑤进给速度：

对切割速度、加工精度和表面质量的影响很大。

进给速度应均匀、平稳。

（3）对工件外形的加工

选好参数后手动的将钼丝移动到预先设定的好位置，当钼丝完全和工件接触时，再开启自动走丝状态自动切割。

加工好的工件如下图（图4.1）。

图4.1棘轮外形

4.2棘轮在铣床上的加工

（1）铣削厚度的选择

选用直径Φ8的2刃钨钢立铣刀对加工好外形的工件进行厚度铣削，在加工时所用的转速为2000r/min，加工时进给量为150㎜/min。

在铣削时留一定的余量将工件的另一面也铣削一下，使工件两表面光亮些。

（2）钻中心的大孔

选用直径Φ10的镀钛定心钻，用专业形块将工件定位好。

打中心孔时转速为1500r/min，打中心孔时进给量为200㎜/min。

打好中心后，用直径Φ8.5的普通高速钢标准钻头打通孔。

打孔时转速为800r/min，打孔时进给量为150㎜/min。

打完孔后工件如下图（图4.2）

图4.2棘轮半成品图

（3）3个Φ4小孔的加工

利用专用形块固定好工件后，通过铣床上的坐标来确定3个小孔的位置。

先选用直径Φ10的镀钛定心钻定好位置，打中心孔时转速为1500r/min，打中心孔时进给量为200㎜/min。

定好后用直径Φ4的普通高速钢标准钻头打通孔，打孔时转速为800r/min，打孔时进给量为150㎜/min。

（4）小孔上倒角的加工

想选好直径Φ10的镀钛定心钻，通过铣床的限位功能来确定铣削的深度，从而确定所打的每个倒角都是一样的，都能达到尺寸要求。

通过以上的工艺加工好的零件如下图（图4.3）

图4.3棘轮工件

5加工中的故障分析与解决方法

5.1线切割机床断丝故障分析及排除方法

断丝故障是线切割机床最常见故障之一，造成这种故障的因素较多,现分析如下：

（1）导轮不转或不灵活，钼丝与导轮造成滑动磨擦而把钼丝拉断。

应重新调整导轮，电极丝受伤后，也会引起加工过程中的断丝，紧丝时，一定要用紧丝轮紧丝，不可用不恰当的工具。

（2）在工件接近切完时断丝，这种现象往往是工件材料变形，将电极丝夹断，并在断丝前会出现短路。

主要解决办法是选择正确的切割路线和材料，从而最大限度地减少变形。

（3）工件切割完时跌落撞断电极丝，一般可在快切割完时用磁铁吸住工件，防止铁落撞断电极丝。

（4）空运转时断丝，主要可检查钼丝是否在导轮槽内，钼丝排列有无叠丝现象，可检查贮丝筒转动是否灵活，还可检查导电块挡丝棒是否已割出沟痕。

5.2线切割表面质量的改善

对线切割加工质量有直接影响的因素主要涉及人员、设备、材料等方面。

（1）人为因素的控制与改善主要包括加工工艺的确定和加工方法的选择。

（2）高速走丝电火花线切割机属于高精度机床，机床的维护保养非常重要，因为加工工件的高精度和高质量是直接建立在机床的高精度基础上的，因此在每次加工之前必须检查机床的工作状态，才能为获得高质量的加工工件提供条件。

（3）为了加工出尺寸精度高、表面质量好的线切割产品，必须对所用工件材料进行细致考虑。

5.3铣床中出现的故障和解决方式

（1）开机不上电，原因：

输入电源不正确或者接线不正确或接线端子松动。

处理方法：

按要求输入正确电源；正确接线；压紧接线端子。

（2）主轴不能正常工作，原因：

主传动变速齿轮换档未到位；切削过载；电机故障；主轴机械部分损坏。

处理方法：

检查主传动变速箱；按切削规范正确使用机床；检修电机；详见机床机械部分使用说明书。

（3）主轴温升超标，原因：

轴承损伤；锁紧螺母过紧。

处理方法：

更换轴承；调整锁紧螺母。

（4）进给箱噪音大，原因：

传动齿轮发生错位或松动；电机噪声。

处理方法：

检查各传动齿轮是否松动，打牙；检查电机噪声。

（5）切削时振动，原因：

切削参数不合理；主轴箱传动轴轴承松动；机床镶条磨损，导轨间隙大；工件未夹紧或夹紧方法不合理。

处理方法：

调整切削参数；修理主轴箱；修镶条；夹紧工件。

6结论

通过对这个零件的工艺分析和加工，使我更好的了解到要能够很好的加工一个工件就要制定好加工工艺。

加工一个或者一批零件时，第一步是要对其进行工艺分析，如何用最省时省事的方法加工出我们所需要的零件，是要花费相当长的一段时间的。

所谓“磨刀不误砍材功”说的就是这个道理。

如果是生产一批零件的话，在成批加工之前，我们还需要进行试加工，即先生产出一个零件，并对其进行严格的检验，确保此种加工方法能够生产出合格的零件后，才能进行大批量的生产。

通过这次的毕业设计，使我掌握了很多课外的知识，并且把理论与实际紧密地结合了起来。

在线切割方面我学到了很多东西，也适应了公司的一些制度。

为我将来出去更好地适应企业环境奠定了良好的基础。

在学到知识的同时，我也增强了自己的动手能力，在线切割上从不懂到现在的能很顺畅的能够由自己来加工零件。

通过这次的设计，也学会了如何写一篇论文，写论文时资料准备、论文格式等等。

这些都是我以前没有接触过的，借此学到了许多新的知识。

虽然完成毕业设计的整个过程中遇到了不少的困难，但在老师和企业里员工的帮助下我克服困难，顺利的完成了。

总之，通过毕业设计使我受益非浅。

谢辞

经过几个月的忙碌和学习，本次毕业论文设计已经接近尾声。

作为一个大专生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导教师的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。

在这里首先要感谢我的论文指导老师。

老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。

除了敬佩老师的专业水平外，老师治学严谨的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。

最后还要感谢大学三年来所有的苏州农业职业技术学院的老师们，是在他们的教诲下，使我成功的完成了我的学业，掌握了坚实的专业知识基础，为我以后的工作和学习奠定了良好的基础。

参考文献

[1]林朝平.线切割加工中断丝原因分析及预防措施[J].现代制造工程,2003,（12）

[2]张建峰.浅谈线切割加工表面质量的改善与提高[J].黑龙江科技信息,2008,（05）

[3]程瑾.高速走丝线切割工艺数据表和数据库的建立[J].电加工,1996

（2）:

24-26.

[4]王兆原.数控龙门铣故障的分析及处理[J].制造技术与机床,2000,（09）

[5]李开武.谈PRCIMILL数控铣床的故障及预防[J].设备管理与维修,1994,（05）

[6]华茂发主编.数控机床加工工艺[M].北京:

机械工业出版社，2006.

[7]宋建武、曹志宏.数控技术基础与应用[M].北京：

北京大学出版社，2007.