单十字式万向联轴器的加工.docx

1、单十字式万向联轴器的加工绪 论“毕业设计”是我们对所学各课程的一个检验，是一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练；因此,它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。本次设计主要用到了数控加工。数控加工是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们更多的了解相关学科中的基本理论、基本知识，以及理论实践相结合，同时对本专业有了较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力。实际的数控加工工件必须对数控机床有实际的了解和操作，还应对机床的性能和结构有初步的了解等，才能做出合格的工件；工艺分析是

2、分析零件图，确定加工工艺规程，包括切削用量，主轴转速等的选择；除了这些，期间还有对加工设备，夹具，刀具，量具等的选择。每一步的选择都很重要，所以在设计过程要严谨细心。并且在保证加工生产效率的前提下，要尽量降低生产成本，提高生产效率。本毕业设计内容主要详叙如何对轴类、套类进行工艺分析和加工，大致包含了零件的分析、工艺规程设计及加工程序的编制及调试、实际加工，另外还涉及到加工软件的运用、参考文献等部分。对我自己而言，我希望通过这次毕业设计对自己有个具体的评价，同时也是对将从事的工作进行一次适应性的训练，打下一定的基础，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。当然个人的能力、见识和知识量都是有限的，在

3、设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请位评审老师能给予批评和指正。第1章 单十字式万向联轴器的工艺分析1.1联轴器的图样分析图1-1 联轴器零件（单叉及套筒） 图1-1 联轴器零件（销钉）如图1-1及附图4所示，单十字式万向联轴器是由单叉（两副），圆柱销，销钉，套筒（两根）十字块构成：从外形看，销钉，套筒圆柱销机构简单，但单叉结构复杂，工序较多，需要车床，铣床，以及线切割的综合加工。1.2零件的形状及加工表面的尺寸分析1.2.1零件的形位公差分析（1）单叉的形位公差分析参看附图1，可知单叉的外形设计尺寸为120mm85mm，左端要加工圆弧，内孔孔径为mm，双耳上的孔为mm，键槽为120mm

4、12.5mm，公差为0.1。（2）套筒的形位公差参看附图2，可知套筒的外形设计尺寸为36mm，长为20mm、；倒角145内孔为mm，长度为10mm；（3）销钉的形位公差分析参看附图3，可知销钉有台阶，第一个台阶设计尺寸为83mm10mm，公差为0.1， mm，第二个台阶设计尺寸为20mm4mm。1.2.2零件表面粗糙度的分析表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控机床、刀具及确定切削用量的依据。从零件图样可知：单叉内孔直径粗糙度Ra1.6um,其余粗糙度Ra6.3um，见附图1。1.2.3零件的设计基准由于该联轴器的零件外形结构，很多部分都需要在数控车床上加工，包括两套单叉

5、的外圆及内孔，所以各零件的中心线就是零件的设计基准。1.2.4毛坯材料的选择根据该配合件零件外形形状分析，大多是套类、轴类的零件，所以毛坯一般选择型材(型材是具有一定的几何形状断面的轧制材料，型材按其截面形状分类有圆形、方形、角形、线材以及各种异型等，这些材料按一定的长度切断即可成为零件的毛坯)。根据教学需要，由于设计加工的是一组教具，所以要求的力学性能较低，切削性能好，轻巧便于携带，而且经济、实用，故材料选择铝合金（LY12）的最为合适。1.2.5毛坯尺寸及形状选择选择毛坯形状和尺寸总的要求是：外形要符合图纸要求，实现少屑或无屑加工，减少机械加工的劳动量。根据零件图纸设计，在采用数控加工时其

6、加工表面应有较充分的余量，所以选择如下：（1）单叉毛坯尺寸的选择单叉毛坯尺寸选90mm130mm(两根)；（2）销钉毛坯尺寸的选择销钉为25mm85mm；（3）套筒毛坯尺寸的选择套筒为25mm40mm（两根）。1.3设备的选用对附图1至3的分析，虽然零件结构简单，但加工工序烦琐；零件的加工的外形由孔、边倒角和圆柱几部分组成；但单叉长度达120mm，销钉长度长达83mm且销钉直径相对较小，所以不宜加工，在加工过程中有可能变形。因此，在加工过程中不仅要合理地选择切削参数，而且在刀具的选择上也要注意。再者该零件有倒圆角的要求，而且该零件在装夹的时候不同于普通的工件的装夹，单叉必须在车床上把孔以及外形

7、做到位，再采用四轴的加工中心，最后联轴器的两个单叉的键槽还要用到线切割的加工才能将零件完整的加工出来，所以在装夹时要尽量提高装夹精度，以保证在公差范围内。该零件的材料为LY12，强度和硬度相对于合金钢要差一些，因此切削性能好。1.3.1选择设备纵观零件图，联轴器的套筒、销钉以及单叉的部分要在车床上才能加工出来，故选用CK6140卧式数控车床；单叉大部分在铣床上加工，故选用华中四轴加工中心。1.3.2夹具的选择数控加工所用的夹具，首先要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；其次要能协调零件与机床坐标系的尺寸关系；根据联轴器零件（圆柱销、销钉、套筒等）的毛坯为铝合金圆形棒料的特点，所以在车床

8、上加工时，以工件一个端面作为定位基准，采用三爪自定心卡盘夹紧工件（夹具如图1-2所示）； 图1-2 三爪卡盘 图 1-3 平口虎钳根据工件的特点，单叉以及圆柱销的一部分工序要在铣床上完成，在铣床上加工时，采用平口虎钳装夹，夹持时工件的上表面至少要高出虎钳10mm15mm，保证加工时的安全性，使刀具不会铣削到虎钳；工件的下面用垫块垫起（如图1-3所示）。1.4确定加工顺序及走刀路线整个联轴器零件的加工顺序按照基面先行、先粗后精、先面后孔的原则确定；分析附图可以确定套筒、单叉都是以外圆柱为基准，所以先加工零件的外圆柱部分，再加工零件的内孔部分。由于单叉的毛坯必须在数控车床上去除，所以加工该零件时先

9、车圆柱的尺寸再钻孔；在车销钉时尽减小径向的力防止小直径的销钉弯曲，由零件图可以分析出套筒与销钉需要配合，所以精度要求较高且要完成配合，而一般钻孔的表面粗糙度Ra值只能达到R6.312.5um，所以在加工这几个孔时需要先钻孔，扩孔，最后镗孔，以达到其精度要求。在数控加工中，刀具相对于运动轨迹的方向称为加工路线。加工路线的确定首先必须保证被加工表面零件的尺寸精度和表面质量。其次考虑数值计算简单，走刀路线短，效率高。为了保证表面质量和提高生产率，切削方式和切削方向应如下确定。结合分析，单叉的加工方式：以在数控车床上加工的部分（单叉）做为基准，粗加工时先用立铣刀对单叉并选择跟随周边开粗，精加工时应选择

10、配置文件的方式再用球头刀对单叉进行精加工。1.5刀具的选择合理选择数控加工用的刀具是工艺处理工作中的重要内容。在数控加工中，产品的加工质量和劳动生产率在很大程度上将受到刀具、夹具的制约，虽然大多数刀具、夹具与普通加工中所用相差不大，但实际的具有较高要求的加工必须或需做进一步特殊处理，或者选用适合本次加工的刀具，以满足零件加工的需要。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。在选择数控加工刀具时，还应考虑以下几个方面：（1）切削性能好；（2）精度高；（3）可靠性高；（4）耐用度高；（5）切削及排削性能好。故而根据零件结构特点，车刀选择刀具如下：表1-1 数控加工刀具卡片产品名称

11、或代号零件名称单十字式万向联轴器的加工零件图号01序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面备注1T0195外圆车刀1粗、精加工销钉、套筒、单叉2T0216立铣刀1粗加工单双耳3T03内孔镗刀1粗、精加工内孔4T04宽4mm的切槽刀1切断5T05A3中心钻1打预钻孔6T0630钻头1钻孔7T079.81钻孔88T0810立铣刀1精铣单叉双耳7铣削单叉（即双耳部分）时，受单叉轮廓尺寸的限制，同时考虑硬铝属于一般材料，加工性能较好，所以加工都选用三刃硬质合金立铣刀。用16的硬质合金立铣刀对单叉双耳粗加工，再选用10的硬质合金立铣刀进精加工见表1-1所示。1.6切削参数的选择当进行数控编程时，编程人员必须

12、确定每道工序的切削用量。并以指令的形式输入程序中。切削用量包括：主轴转速，背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法需要选用不同的切削用量。1.6.1主轴转速的确定主轴转速n（r/min）要根据允许的切削速度Vc（m/min）来确定。n=1000Vc/D公式中：D铣刀直径 单位（mm）Vc切削速度 单位 (m/min)查 “切削用量手册”可知当工件材料为铝合金，铣刀材料为硬质合金钢时Vc=(240460)m/min。当D=16时，n=1000Vc/D=1000240/3.1416 =4777r/min。通过上面的计算和考虑机床的性能选定，直径为16mm的立铣刀的转速n=1600r/min。 1.

13、6.2进给速度的确定进给速度()是数控机床切削用量中的重要参数。主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具工件的材料性能选取。进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。式中：z为所选刀具的齿数n为主轴转速 单位（r/min）为进给量 单位（mm/z）查 “切削用量手册”可知当工件材料为铝合金，铣刀材料为硬质合金时=0.1mm/z；当z=3,n=1600r/min时， =316000.1=480mm/min；通过上面的计算和实际加工的情况选定，直径为16mm的立铣刀的进给速度=500mm/min。 1.6.3背吃刀量的确定为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量一般留0.10.3mm。选择零件

14、的切削用量必须根据零件的材料,刀具的材料,机床设备的加工精度等来确定。下表是加工单叉的工艺卡片：数控工艺卡片零件名称单叉材料牌号硬质合金LY12工序号1设备名称数控铣床设备编号文件号1零件图号DC-1材料硬度工序名称粗铣双耳精铣双耳设备型号关重工序第2版第1页一、作业准备1按设备操作作业指导书设备点检表要求进行开机。作业参数车外圆主轴转速1500进给量300mm/min车端面主轴转速1600进给量200mm/min2按照工装点检表的要求进行日点检并记录工艺装备工艺装备工艺装备种类名称规格及编号数量种类名称规格及编号数量种类名称规格及编号数量刀具立铣刀16X50X751夹具三爪卡盘K11250C

15、/D81辅具游标卡尺0150/0.021立铣刀16X30X50R31千分尺25501立铣刀10X30X601千分尺25503按照计量器具（设备）点检表的要求进行日点检并记录。4加工首件并按首件三检执行，（当人员、设备工装、材料、工艺、环境变更要进行首件检查）二、作业过程作业工步特性规范/公差重要度评价/测量手段1清扫三爪卡盘，确认无异物或碰伤长度120mm游标卡尺0150/0.02外径85mm游标卡尺0150/0.022装夹毛坯右端，并使毛坯在转动过程中无较大抖动，粗铣双耳 宽度46mm游标卡尺0150/0.02粗糙度Ra3.2粗糙度对比块3精铣双耳外径60mm游标卡尺0150/0.026取零

16、件，去毛刺三 作业终：停机取料，并把工件整齐放入盛具内，不合格品做好标记分类摆放，并作好相关记录。四 反应计划：对可疑产品作标记分类摆放。1.7零件的装夹和定位在机械加工中，必须使机床、夹具、刀具和工件之间保持正确的相互位置，才能加工出合格的零件。这种正确的相互位置关系，是通过工件在夹具中的定位，夹具在机床上的安装，刀具相对于夹具的调整来实现的。因此在实际的装夹中零件的夹紧力要合理，防止没有夹紧而甩出或是夹坏已加工表面，定位时要注意刀架和卡盘的相对位置。第2章 单十字式万向联轴器的程序编制2.1单叉的程序编制由于单叉零件的特征，需要用到车床和铣床。2.1.1车床加工部分首先编制单叉在车床上的程

17、序；由于工件长 120mm所以需要掉头加工，首先夹持左端加工右端（如图2-1），当然当单叉外圆柱达到要求时，必须手动打中打中心孔，以便钻内孔到20mm，然后再镗孔。右端也是如此。图2-1单叉零件图程序如下：(毛料为90mm130mm)%0062(程序名)T0101(调用1号刀具、1号刀补，建立工件坐标系)G00X100Z150(确定起刀点)M03S800G00X95Z10G01X92Z5F100(刀具到循环起点位置)G71U1R1.5P10Q20X0.4Z0.2F100(粗切循环，粗切量1，精车量X0.4Z0.2)S1500N10G01X0F80(精加工起始行，到轴心延长线上)G01Z0(到端

18、面中心)X84X85Z-0.5(倒角0.5)Z-62N20X95(精加工程序结束行，退出加工端面)G00X100GOOZ150M30(程序结束并返回起始行)掉头以已加工的端面为基准加工。程序如下：%0063(程序名)T0101(调用1号刀具、1号刀补，建立工件坐标系)G00X100Z150(确定起刀点)M03S800G00X95Z140G01X92Z5F100(刀具到循环起点位置)G71U1R1.5P5Q6X0.4Z0.2F100(粗切循环，粗切量1，精车量X0.4Z0.2)S1500N5G01X0F80(精加工起始行，到轴心延长线上)G01Z120(到端面中心)X84X85Z-129.5(倒

19、角0.5)Z60N6X95(精加工程序结束行，退出加工端面)G00X100GOOZ150M30(程序结束并返回起始行)加工内孔的程序，内孔已经钻到20mm：%0064(程序名)T0303(调用3号刀具、3号刀补，建立工件坐标系)G00X15Z150(确定起刀点)M03S800G00X10Z10G01X5Z5F100(刀具到循环起点位置)G71U1R1.5P5Q6X-0.4Z0.2F100(粗切循环，粗切量1，精车量X0.4Z0.2)S1500N5G01X40F80(精加工起始行，到轴心延长线上)G01Z0(到端面中心)X45X46Z-0.5(倒角0.5)Z-62N6X5(精加工程序结束行，退出

20、加工端面)G00Z100GOOX150M30(程序结束并返回起始行)掉头加工内孔，以已加工端面为基准：%0065(程序名)T0303(调用3号刀具、3号刀补，建立工件坐标系)G00X15Z150(确定起刀点)M03S800G00X10Z140G01X5Z125F100(刀具到循环起点位置)G71U1R1.5P5Q6X-0.4Z0.2F100(粗切循环，粗切量1，精车量X0.4Z0.2)S1500N5G01X40F80(精加工起始行，到轴心延长线上)G01Z120(到端面中心)X45X46Z119.5(倒角0.5)Z60N6X5(精加工程序结束行，退出加工端面)G00Z150GOOX150M30

21、(程序结束并返回起始行)2.1.2铣床加工部分的程序编制与调试由于单叉双耳部分架构复杂，因此采用UG软件自动编程，具体的操作如下：（1）单叉加工工件坐标系的建立双击UG4.0，打开已建好的单叉模型，首先在建模状态下画R42.5的圆并拉伸长度为60mm，以便定义工件毛料时使用。在加工状态下锁定锁定操作导航器，i空白处单击右键插入几何视图双击MCS_MILL坐标，如图2-2，移动坐标到如图所示，并旋转坐标，使XC在长端，在间隙里打上勾，并指定安全平面为100，将装夹偏置改为“1”，如图2-3所示，然后确定。图2-2坐标系的移动图2-3安全高度的指定（2）创建几何体单击工具栏中的创建几何体按钮，弹出

22、创建几何体对话框（如图2-4），选击工件对话框中的毛坯，选择，弹出毛坯几何体对话框，选择工件的毛坯，单击确定（如图2-5），即完成了毛料的选择；再单击工件对话框中的部件，选择，弹出工件几何体对话框，选择工件（如图2-6），单击确定即完成了几何体的创建。 图2-4毛坯的选择 图2-5 毛坯的确定 图2-6部件的选择（3）选择加工方式创建几何体中已经把加工坐标系，安全平面以及装夹偏置处理完成了，接下来就是选择加工的方式，进入右边的操作导航器，在WORKPIECE右击进入后找到插入，将鼠标指向插入将会弹出一个对话框点击操作就显示如图2-7所示的创建操作对话框。在如图的类型栏里边找到型腔铣(mill_

23、contour)也就是现在所显示的子类型第一个。 图2-7加工方式的选择由于部件和毛料在创建几何体时就定义了，所以此时不需要在选择。将切削方式选择为“跟随工件”，将第一刀的全局深度改为“1” 在根据图2-7中所示的进行更改，点击切削层，进去显示如图2-8所示的对话框，将范围深度改为顶层，范围深度为22.5，每一刀的局部深度改为“1”。值得说明的一点是切削层的作用是控制刀路高低的，设置好以后然后点击确定即可。图2-8切屑层的设定（4）创建刀具单击工具栏中的创建刀具按钮，弹出创建刀具对话框如图2-9所示，单击新建，弹出选择子类型为mill-contour，选择铣削平底刀，取刀具名为D8，单击确定，

24、弹出如图2-10所示的对话框，设置刀具直径为，单击确定。 图2-9刀具的建立 图2-10选择刀具种类 如图2-10所示对话框中将刀具名称设置好以后，单击确定，弹出如图2-11所示的一个对话框，将第一项的直径值改为之前设置好的数字“8”单击确定这样开粗要用的刀具就设置好了。图2-11修改刀具直径（5）刀路的生成刀具设置好以后，这时可以将刀路先生成，先看一下是否正确；刀路生成，正确后才开始设置其它相关的参数，单击如图2-12所示把方框中的勾去掉，确定；这时刀路生成，如图2-13所示：图2-12刀路的生成将图2-12所示中的“显示参数中的緑色钩全部去掉单击确定这样刀路就完全生成，如图2-13所示：图

25、2-13刀路显示认真检查后无误，然后开始设置参数如图2-14：图2-14设置刀路参数在如图2-14中，单击方法，把进退刀中的竖直改为5，传送方式为“先前的平面”，确定。单击切削，修改切削参数，方框中打上勾，把部件侧边余量改为“0.3”如图2-15；单击机床，勾上刀具号、补偿寄存器，并分别输入“1, 如图2-16；单击进给率，勾上主轴转速，输入“800”如图2-17；在进给上的第一刀输入“100”，剪切中输入“200”，如图2-18.这些都设置好后，单击确定再次生成刀路。图2-15余量的留取 图2-16设置刀具寄存器 图2-17 给定主轴转速 图2-18进给的给定（6）刀路的变换由于单叉直径大，

26、所以一次性不能做完，还得用到变换，具体操作如下：右键第一刀生成的刀路，选择对象变换，如图2-19所示；选择与平面成镜像，即与XY平面做镜像（如图2-20），然后确定复制接受确定，如图2-21所示，当然这些实际的加工是要在四周的铣床上才能做到的，实际的加工是刀具不动，工件旋转一定角度即可，最后是工件的精加工。 图2-19刀路的变化 图2-20变换平面图2-21镜像后的刀路（7）两个孔的加工首先是中心钻打预钻孔，其作用是导向和定位；然后扩孔，其余操作和双耳的操作大同小异，也需要变换，所不同的是选择平面铣对孔进行精加工，最终如图2-22。图2-22铣孔刀路 确定无误后进行2D的仿真，确认无误后借助后

27、处理生出加工刀路，利用在线加工对单叉进行加工。2.2套筒的程序编制套筒4共两根，工序有车外形，钻中心孔、钻孔、切断以及铰孔；程序如下：(毛料为25mm40mm)%0065(程序名)T0101(调用1号刀具、1号刀补，建立工件坐标系)G00X100Z150(确定起刀点)M03S800G00X45Z10G01X27Z5F100(刀具到循环起点位置)G71U1R1.5P10Q20X0.4Z0.2F100(粗切循环，粗切量1，精车量X0.4Z0.2)S1500N10G01X0F80(精加工起始行，到轴心延长线上)G01Z0(到端面中心)X19X20Z-0.5(倒角0.5)Z-40N20X27(精加工程

28、序结束行，退出加工端面)G00X100GOOZ150M30(程序结束并返回起始行)2.3销钉的程序编制由于销钉长度长，在加工时必须用到顶尖，防止在销钉的加工是甩动，加工完后切断，倒角，去毛刺，(毛料为25mm90)程序如下：%0066(程序名)T0101(调用1号刀具、1号刀补，建立工件坐标系)G00X100Z150(确定起刀点)M03S800G00X27Z10G01X27Z5F100(刀具到循环起点位置)G71U1R1.5P10Q20X0.4Z0.2F100(粗切循环，粗切量1，精车量X0.4Z0.2)S1500N10G01X8F80(精加工起始行)G01Z0(到端面中心)X19X20Z-0

29、.5(倒角0.5)Z-83X19X20Z-83.5N20X27(精加工程序结束行，退出加工端面)G00X100GOOZ150M30(程序结束并返回起始行)第3章 单十字式万向联轴器的加工3.1机床夹具的安装与校正夹具以数控铣削加工中使用较为广泛的平口钳作为对象，介绍其安装与校正方法。3.1.1平口钳的安装在安装平口钳之前，需将机床工作台面、平口钳底面擦拭干净，若一次装安装之后使用时间较长，应将工作台面上放置平口钳的位置及平口钳底面涂上润滑油，以防生锈。将平口钳轻放在机床工作台面上，使钳口大致与X轴方向平行。若只安装一台平口钳，一般将其放在工作台的中间位置；将固定螺栓放入相应的位置，轻度旋紧以初步固定平口钳的位置（螺母不能旋得太紧，以方便校正平口钳）；3.1.2平口钳的校正平口钳的校正即是通过某种方法使平口钳的固定钳口（钳口平面）与机床坐标X轴或Y轴平行（通常将钳口平面与X轴平行），一般采用打表的方法进行校正，所使用的工具是百分表及磁性表座（如图3-1所示）。