轴套复合件的设计及加工毕业设计 精品文档格式.docx

1、 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。 日期：导师签名： 日期：指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；

2、设计方案的合理性5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？3、论文（设计说明书）所体现的整体水平建议成绩：（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量二、论文（设计）水平评阅教师：教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情

3、况2、对答辩问题的反应、理解、表达情况3、学生答辩过程中的精神状态评定成绩：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）教学系意见：系主任：摘要数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控 （Computerized Numerical Control ），简称CNC，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控加工工艺与编程是学习数控技术的重点。掌握数控加工工艺及程序编制的基本知识和基本理论，掌握

4、机床、刀具、夹具及量具的相关知识；掌握数控加工工艺设计方法和数控加工程序编制方法的能力；同时，还能分析解决生产中一般工艺问题的能力。基于以上几点看法，我选择第四届全国数控技能大赛（河南赛区）选拔决赛学生组在数控车床上加工的轴类配合零件作为毕业设计课题，并以此来强化所学的知识。关键词：数控技术 CNC 数控加工工艺 数控大赛 轴类配合件第一章 引言近几年来，机械加工业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加工，普通机械逐渐被数控机械所代替。数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制、电机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制造技术等多种先进技术的机电一体化产品，是数

5、控机床的心脏。具有高精度，高效率，柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工厂自动化的基础。数控机床在各个机械制造企业已成为大、中型企业的主要技术装备。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他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，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数据控车床主要用于加工轴类、套筒类、盘状类等精度要求高、表面质量要求高、表面形状复杂、带特殊螺纹的回转体零件。通过执行数

6、控程序，可以自动完成外圆柱、圆锥面、成形表面、螺纹、端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等工作，数控车床具有加工精度高，能作直线和圆弧插补以及在加工过程中能自动变速的特点。第二章 概述21数控车床概述211数控车床的组成数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。212数控车床分类数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工。卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。（1）经济型数

7、控车床：采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床。成本较低，自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。（2）普通数控车床：根据车削加工要求在结构上进行专门设计，配备通用数控系统而形成的数控车床。数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即x轴和z轴。（3）车削加工中心：在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是（X、Z）、（X、C）或（Z、C）。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数

8、控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。4液压卡盘和液压尾架液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。5数控车床的刀架数控车床可以配备两种刀架：（1）专用刀架 由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点

9、是制造成本低，但缺乏通用性。（2）通用刀架 根据一定的通用标准（如VDI，德国工程师协会）而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。6铣削动力头数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工能力。如：利用铣削动力头进行轴向钻孔和铣削轴向槽。213数控系统的发展趋势数控系统是由系统程序、输入输出设备、通信设备、数控装置、可编程控制器、伺服驱动装置和测量装置等组成。数控装置是数控系统的核心，数控装置有两种类型：一是完全由硬件逻辑电路的专用硬件组成的数控装置即NC装置；二是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置即CNC装置。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势

10、来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面：高精高速高效化速度柔性化多轴化软硬件开放化实时智能化22轴类零件的加工概述221轴类零件的功用与结构轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。根据功用和结构形状，轴类有多种形式，如光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。222轴类零件的

11、技术要求1加工精度 （1）尺寸精度 轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9级，精密的轴颈也可达IT5级。轴长尺寸通常规定为公称尺寸，对于阶梯轴的各台阶长度按使用要求可相应给定公差。（2）几何精度 轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。除了尺寸精度外，一般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。（3）相互位置精度 轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴

12、度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为0.01-0.03mm，高精度轴为0.001-0.005mm。此外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。 223表面粗糙度 根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度 Ra值为0.63-0.16 m；配合轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5-0.6 m第三章 任务加工工艺分析与设计31零件图纸该配合零件分为壳体和轴两部分，都为45号钢。壳体加工完成后的最终尺寸长为36mm，最大直径为40mm。如图3.1-1图形3.1-1轴加

13、工完成后的最终尺寸长为96mm，最大直径为如图3.1-2图3.1-2由此确定其毛坯尺寸,如图3.1-3图3.1-3最终配合后,还要保证其配合尺寸为如图3.1-4图3.1-432任务描述轴套配合件为典型的轴类零件。该配合件形状轨迹复杂，综合了台阶、圆弧、圆球、直槽、圆弧槽、螺纹、椭圆、锥面和内孔等形状，而且还要保证相互的配合，有内外螺纹配合、圆锥面配合、球孔配合和台阶面间的配合。另外尺寸精度、几何精度和形位公并差方面要求严格，都在正负偏差0.02mm左右，粗糙度要求在3.2-0.8。所以加工该零件重点在于数控加工知识的运用和加工中相互衔接的总体考虑。33任务分析这对配合件主要加工的面有内外圆柱面

14、、内外圆锥面、内外螺纹、半椭圆、圆弧及孔的加工，故而选择卧式数控车床即可完成所有加工面的加工要求（我选用的是我学院由沈阳机床厂生产的FANUC-0i型经济数控机床）。由选用的毛坯料可确定加工路线：先加工轴图3.1-2的左端，再调头加工壳体图3.1-1的左端，加工完成后切断，选用二级开口套夹住已加工壳体的左端，加工壳体的右端与轴的左端配合加工轴的右端。加工中要分粗加工,半精加工和精加工以确保零件的尺寸精度和表面粗糙度。由于配合尺寸占了8分，所以最后要保证其配合尺寸正确。34工艺解析341零件加工工艺分析（1）结构分析在数控车削加工中，该零件属典型的轴套配合零件加工。零件车削加工成形轮廓的结构形状

15、复杂，再从零件配合角度考虑，零件的轨迹精度和零件的几何形位精度要求较高。（2）精度分析在该零件车削加工中，尺寸精度主要集中在轴上，占分也高，但其精度却主要由壳体加工时保证。因为加工轴左端时要与壳体配合后加工，壳体的精度将影响轴的精度，包括圆度、轴跳动和对称度等。检验壳体零件的重要尺寸有：两圆弧保证的台阶，因为此台阶关系到配合尺寸的测量；内槽车刀要保证的内孔的长度，因为此尺寸直接关系到零件的配合长度；60的内锥面，因为此面与轴的锥面要接触配合，也关系到零件的配合。轴零件的重要尺寸有：圆球，此圆球跳动较大且要与壳体的内孔配合；圆弧，虽然精度要求不高，但此处与壳体孔相接触，影响着配合尺寸；的外锥面；

16、椭圆加工，整个尺寸占了8分；11的薄壁孔，因为容易变形的粗糙度不好保证。整体分析：在加工薄壁端时，要保证配合尺寸。此配合件粗糙度要求达到了0.8所以要选择合理的切削用量和良好的刀具。由于壳体的精度直接影响了轴的装配的形位肥差，所以壳体的装夹和加工要精细。342零件装夹与定位基准分析该零件毛坯为150mm长的料，所以先夹住毛坯45外圆留出65长，加工轴的螺纹端，采用三爪自定心卡盘对零件装夹定位。调头加工壳体的圆弧端，用三爪自定心卡盘夹毛坯45处留出45长加工。切断工件。将二级开口套夹于三爪自定心卡盘中，再将壳体已加工端夹于开口套内，上紧卡盘。所以壳体R100的圆弧面作为了基准面。对壳体的外圆和内

17、孔粗加工完之后，要适当松一下卡盘，以释放应力，再进行精加工。最后将轴配合于壳体内对轴的薄壁端进行加工。 第四章 任务加工前准备与配置该零件车削加工在刀具配置上用到了外圆刀车刀、仿形车刀、切槽车刀、外圆螺纹车刀、左偏车刀、内孔车，内孔螺纹车刀、内切槽刀、切断刀、球头刀、铰刀和钻头等刀具，所以在刀具方面的知识相当重要。加工时零件轮廓有倒角、圆弧、锥面等复杂形面，所以刀具半径补偿知识也要用到，该零件在尺寸分析以及在配合上还需用到尺寸链的相关知识。在车削加工时切削用量方面的知识自然是必不可少的。结合该零件对这几方面的知识做详细介绍。41刀具的材料与选用数控刀具应具有高硬度、足够的强度和韧性、高的耐磨性

18、和耐热性、良好的导热性、化学稳定性好、良好的亲和性和良好的工艺。411刀具的材料1高速钢（典型牌号：W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2）硬度：HRC6370热硬性：550650切削速度：V=40m/min特点：强度和韧性好、工艺性好、容易磨得锋利主要制作复杂形状刀具：如铣刀、孔加工刀具、螺纹刀具、拉刀、齿轮刀具等2硬质合金（1）制作方法：是由高硬度和高熔点的金属碳化物（碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等）和金属粘结剂（Co、Mo、Ni等）用粉末冶金工艺制成。（2）特点：硬质合金刀具常温硬度为8993HRA，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达8001000C。硬

19、质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高510倍 。但强度、韧度均较高速钢低，工艺性也不如高速钢。常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀柄（刀体）上使用。（3）常用种类及性能及应用 K类硬质合金（红色），相当于旧牌号YG类硬质合金（WC+Co）韧性好，导热性好，工艺性好，适宜加工短切屑的金属材料或非金属材料 P类硬质合金（蓝色），相当于旧牌号YT类（WC+TiC+Co）高硬度，耐热性、抗粘接性、抗氧化性好，主要用于以钢为代表的塑性材料等， M类硬质合金（黄色），相当于旧牌号YW类（添加稀有金属碳化物）（WC+TiC+Co）加入TaC、NbC，提高高温硬度和高温强度，同时改

20、善工艺性（焊接、刃磨） 3涂层材料（1）涂层刀具：通过气相沉积或其它技术方法，在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al203及其复合材料等, 涂层厚度随刀具材料不同而异。（2）常见涂层：TiC、TiN、MoS2、金刚石、 CBN、多相涂层TiC涂层：硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。TiN涂层：在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度TiC-TiN复合涂层：第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂TiN,减少表面层

21、与工件间的摩擦。TiC-Al203复合涂层：第一层涂TiC, 与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。常用涂层方法：CVD物理涂层法，其特点是硬涂层、涂层厚， 左右喷制而成。PVD化学涂层法，其特点是软涂层、涂层薄，左右电渡而成。4陶瓷刀具以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。其优点是硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩散能力强；其缺点是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。5金刚石碳的同素异形体，

22、在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。由于硬度极高，耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤，可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达6570HRC的材料。也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超精加工。缺点是热稳定性差，强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。6CBN（立方氮化硼）是靠高压、高温技术人工合成的新型刀具材料，与铁族元素亲和力小，摩擦力小，不易产生积削瘤，可加工占火钢。硬度达到4500HV。412刀具结构刀具由工作部分

23、（切削部分）的非工作（刀杆）部分组成1刀具切削部分的定义（1）刀面前刀面 切屑流过的刀面。主后刀面 与工件正在被切削加工的表面（过渡表面）相对的刀面。副后刀面 与工件已切削加工的表面相对的刀面。如图4.1-1图4.2-1（2）刀刃主切削刃 前刀面与主后刀面在空间的交线。副切削刃 前刀面与副后刀面在空间的交线。（3）刀尖三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。2定义刀具角度的参考系刀具角度是刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状（各表面空间位置）的重

24、要参数。参考系：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面。分为刀具静止参考系和刀具工作参考系。（1）刀具静止参考系刀具静止参考系或标注角度参考系：在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何参数的参考系。在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。静止参考系中最常用的是正交平面参考系。（2）正交平面参考系基面pr 通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。 切削平面ps 通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。正交平面po 通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。3刀具的标注角度（1）基面中测量的刀具角度主偏角r 主切削刃在基面上的投

25、影与进给运动速度vf 方向之间的夹角。副偏角r 副切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf反方向之间的夹角。（2）切削平面中测量的刀具角度刃倾角s 主切削刃与基面之间的夹角。（3）正交平面中测量的刀具角度前角O 前面与基面之间的夹角。后角o 后面与切削平面之间的夹角。4刀具角度的选择（1）前角O 功用 增大前角使切削刃锋利，但使切削刃强度下降，散热降低，刀具寿命降低。选择 工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。 加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。 刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。 粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。（2）后角o 功用 增大后角使后刀面与工件的的磨擦降低选择 粗加工或工件材料较硬，后角取较小值； 工件材料越软、塑性越大，后角越大； 工艺系统刚度较差时，适当减小后角；（3）主偏角r 和副偏角r 功用 增大主偏角或副偏角刀刃强度增大，散热增强，刀具寿命增加，背向力增大。选择 工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反之取较大值。 副偏角大小取决于表面粗糙度（515），粗加工时取大值，精加工取小值。（4）刃倾角s 功用 主要影响