毕业设计典型轴类零件说明书.docx

1、毕业设计典型轴类零件说明书1.绪论毕业设计是我对大学三年基础知识的总结以及自己实际掌握情况的体现，我的毕业设计的内容主要偏向于机械制造。大学期间我的主要课程是AUTO-CAD机械制图机械制造基础公差测量与分析机械设计以及数控加工。辅修课程是电路基础PLC单片机CAM和数控编程。根据设计任务书的要求,本设计说明书针对轴类零件的加工工艺的设计进行说明。机械加工工艺规程是车间中一切从事生产的人员都要严格认真执行的工艺技术文件，按照它来组织生产，就可以使各工序科学的衔接，实现优质高产和低能耗。本设计主要内容包括进行零件的工艺性审查，进行毛坯的选择，选择基准，拟定机械加工工艺路线的，确定机械加工余量、工

2、序尺寸及公差，选择机床及工艺设备，确定切削用量（确定背吃刀量、进给量、切削速度、主轴转速），填写工艺文件，填写机械加工工艺卡片。2数控加工技术现状和前景数控是现代机床的核心技术传统的机床延伸了人的体力成为工作母机而数控技术赋予机床一个大脑使机床变得越来越“聪明”。数控技术已经从被动执行运动指令发展到能够“感知”机床的温度、振动、能耗等工况并加以调整和控制在线测量工件尺寸、刀具破损和预测刀具寿命以及防止刀具和运动部件干涉甚至为操作者进行语音导航或发送短消息。数控机床具备智能化功能可以保证机床自动适应加工环境的变化从而使机床操作更加便利精度更加稳定效率更加提升。五轴联动大大拓展了机床的加工范围使得

3、复杂形状和空间曲面零件的加工成为可能为各类产品的结构创新和优化提供了广阔的前景和空间。复合加工可以将复杂零件在一台机床全部加工完成避免了工序间的工件搬运和多次装夹缩短了加工链提高了加工质量。高速加工大幅度提高了加工效率高效加工除了关注高效率外还考虑高能效和高效益。滑板自动交换、机器人装卸、柔性制造单元和系统等自动化系统集成是进一步提高劳动生产率重要措施是机床产业可持续发展的重要途径。直线电动机和直接驱动大大简化了机床的机械传动结构。机床运动部件的移动和转动都直接由伺服电动机提供明显提高了机床的动态性能使“零传动”机床成为现实更加能够适应高速、高精加工需要。数控系统的前瞻控制和轨迹平滑处理技术、

4、位置与速度精确控制技术、工厂总线和网络技术显著提高了系统动态性能和控制精度保证了数控机床的高速化、高精度和多轴联动的稳定性和可靠性。我国数控技术的现状近年来我国数控加工技术发展迅速国产数控车床已完全能满足国内市场需要。高性能的卧式车削中心和车铣复合中心通过合资、引进技术和自主开发某些产品已能满足部分国内高端用户要求。但是卧式车铣复合加工中心、带Y轴或C轴的卧式车削中心、双主轴卧式车削中心和高精度卧式车削中心仍然主要依靠进口。国产立式加工中心在技术上比较成熟技术性能与国际水平接近生产厂家较多并具有一定批量得到了国内用户认可。由于在性价比上具有优势保质期过后维修服务费用较低基本可以满足国内市场的需

5、要。当前的关键是大力提高产品的质量和可靠性加强售前和售后服务。国产卧式加工中心虽能满足市场部分需要但在精度和性能上与国外同类产品相比还有一定差距。国外卧式加工中心大多都装有温度补偿系统定位精度较高而且精度保持性好。因此近年卧式加工中心进口较多。在高速加工中心、五轴加工中心方面国内各企业都开发出不少新产品。但是多数产品还没有经过严格的生产考验难以取得用户的普遍认可仅个别品种进入企业生产现场。关键在于需要经过不同类型用户的生产考核并加以不断改进和完善。高精度亚微米级和纳米级加工中心我国基本上处于空白状态绝大部分依赖国外进口。国产数控齿轮机床的性能已与国际水平大体相当除个别高精度数控齿轮加工机床DI

6、N 56级和高精度数控齿轮磨床DIN 23级仍需进口外已能大部分替代进口产品。3轴类零件轴(shaft)是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。 根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各减速器中的轴等。心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，轴的

7、材料主要采用碳素钢合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则：1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；3、采用各种减少应力

8、集中和提高强度的结构措施；4、便于加工制造和保证精度。4.零件的工艺分析4.1零件的结构特点 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。4.2 主要技术要求轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般

9、要求不高。几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。4.3 加工表面及其要求几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。4.4 零件材料 轴类

10、零件材料 常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。因其属于一

11、般传动轴，故选45钢可满足其要求。5零件的毛坯的选择5.1确定毛坯类型及制造方法5.1.1毛坯类型常用圆棒料和锻件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。5.1.2制造方法传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。表面粗糙度Ra值较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案可为：粗车半精车磨削。5.2确定毛坯的形状尺寸及公差本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择160*60mm的热轧圆钢作毛坯，公差等级为IT6-I

12、T8。5.3毛坯的技术要求尺寸精度轴类零件的主要为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6IT6. 选择基准6.1粗基准选择有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。且选择平整光滑表面，让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。6.2精基准选择要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准

13、重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。6.3 定位基准选择合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。6.4 使用到的夹具选择 7机械加工工艺7.1 拟定机械加工工艺路线 外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。粗车半精车精车 对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。粗车半精车粗磨精磨 对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要

14、淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。 粗车半精车精车金刚石车 对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。 粗车半精粗磨精磨光整加工 对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。对于本文所加工的典型轴类零件，将采用“粗车精车”的车削方式，即分别对本零件的两个端面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤进行粗加工和精加工。加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：既先从右到左进行外轮廓粗车，然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件

15、调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。72确定机械加工余量、工序尺寸 传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。 该典型轴类零件长度为60mm，螺纹大径为14mm、长度为13mm在加工该轴类零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工零件表面轮廓时，必须保证0.5mm的精加工余量，必要时需使用刀偏表，对刀具进给时进行误差的控制，有效地减小误差，方能确定该零件在加工精度方面的各种要求。7.3选择机床及工艺设备7.3.1 选择机床 数控车床与其他类型的车床相比有下列特点：1）通用性强，生

16、产率高，加工精度高且稳定，操作者劳动强度低。2）适合于复杂零件的加工。3）换批调整方便，适合于多种中小批柔性自动化生产。4）便于实现信息流自动化，在数控车床基础上，可实现CIMS（计算机集成制造系统）。CNC6140D：该车床可以实现轴类、盘类的内外表面，锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔加工，也可以实现非圆曲线加工。FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点7.3.2选择工艺7.3.2.1镗孔工艺： 根据工件的加工要求，可选择三种镗削方案。 在一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的切除，镗孔后再倒角。为了不影响生产节拍，两把粗、精切镗刀需同时工作。由于是在镗

17、杆上钻孔及攻丝，进一步削弱了镗杆的刚性及强度。而镗削余量的不均匀分布使得切削力很大，两把镗刀同时工作使机床功率不足，因此不可避免地要引起切削振动，无法满足工件加工精度和表面粗糙度要求。在同一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的去除：其中任何两把刀都不得同时工作。采用该方案虽然可降低切削力，但镗杆长度增加了两倍，造成镗杆刚性不足；同时单件加工工时也增加了一倍，保证不了生产节拍。 安排两台机床，即增加一台半精镗床来分担余量的精加工。该方案虽可解决问题，但工件加工成本太高。对于本零件中的孔，将采用镗刀对其进行加工，并安排粗、精镗来分担余量的切除，镗孔后再倒角。 7.3.2.2.螺纹加工工艺（1）普通

18、螺纹的尺寸分析分析主要包括以下两个方面：a.螺纹加工前工件直径考虑螺纹加工牙型的膨胀量，螺纹加工前工件直径D/d0.1P，即螺纹大径减0.1螺距，一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。b.螺纹加工进刀量螺纹加进刀量可以参考螺纹底径，即螺纹刀最终进刀位置。螺纹小径为：大径倍牙高；牙高=0.54P（P为螺距）螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。（2）普通螺纹的编程加工在目前的数控车床中，螺纹切削一般有三种加工方法：G32直进式切削方法、G76斜进式切削方法和G82直进式切削方法，由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。我们在操作使用上要仔细

19、分析，争取加工出精度高的零件。a.G32直进式切削方法，由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。b.G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。

20、由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用G76加工方法进行粗车，然后用G32加工方法精车。但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。c.G82直进式切削方法，螺纹切削循环同G32螺纹切削一样，在进给保持状态下，该循环在完成全部动作之后再停止动作。螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施，当螺纹牙顶未尖时，增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大，增大量视材料塑性而定，当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小，根据这一特点要正确对待螺纹的切入量，防止报废。本零件中螺纹的

21、切削加工就采用G82直螺纹切削循环加工的方法，并且使用粗车与精车结合切削方式（精加工余量为0.5mm），须先倒角后车螺纹。 7.4.选择刀具1）车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。2) 粗、精车外圆：（因为程序选用 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.3)车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm）4)车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀. 表3-1 刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号 刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1

22、T01硬质合金端面45度车刀1粗、精车端面2T05硬质合金车槽刀1切槽3T0360度硬质合金外螺纹车刀1粗、精车螺纹7.5 确定切削用量 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。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。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。7.5.1 背吃刀量在工艺系统刚度和机床功率

23、允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.10.5。本零件属于典型轴类零件，其中包含了螺纹、圆锥、切槽、圆弧、镗孔等工艺内容，其背吃刀量分别为：粗加工表面为1.5、精加工表面为0.1，加工圆锥、切槽及圆弧的背吃刀量与加工表面时一样，粗镗孔为1.25、精镗孔为0.25,螺纹则为：粗车1.25、精车0.1。7.5.2 进给量 进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000/min以下）。在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速

24、度。当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。粗车时，一般取f=0.30.8/r，精车时常取f=0.10.3/r，切断时f=0.050.2/r。本论文中加工该典型轴类零件采用的进给量为：粗加工表面（圆锥、圆弧、切槽等）为0.14、精加工表面为0.04，粗镗孔为0.09、精镗孔为0.04，螺纹粗车为0.08、螺纹精车为0.03。7.5.3 主轴转速 1.光车外圆时主轴转速 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。加工本零件时的主轴转速为：粗加工时500、精加工时800。 2.车螺纹时主轴的转速 在车削螺纹时，

25、车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n(r/min)为：n （1200/P）k 式中 P被加工螺纹螺距，； k保险系数，一般取为80。加工该典型轴类零件时的主轴转速为：粗车时500、精车时800。7.6机械加工工艺卡片 在生产过程中，那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维修等则属于辅助过程。在工艺过程中，以机

26、械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。它们是工序、安装、工位、工步和走刀。其中工序是工艺过程中的基本单元。零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，每一个工步可能包括一个或几个走刀。 工序一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作过程是否连续。例

27、如，在车床上加工一批轴，既可以对每一根轴连续地进行粗加工和精加工，也可以先对整批轴进行粗加工，然后再依次对它们进行精加工。在第一种情形下，加工只包括一个工序；而在第二种情形下，由于加工过程的连续性中断，虽然加工是在同一台机床上进行的，但却成为两个工序。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。本论文中所加工的典型轴类零件将分五个工序来完成整个加工过程。 安装在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。有时，工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。在数控车床上加工本零件将采用卡盘进行装夹，在加工必要时将采用钻头进行辅助加工。 工位

28、采用转位（或移位）夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工，工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。简单来说，工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容，称为工位。为了减少因多次装夹而带来的装夹误差和时间损失，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工。 工步在加工表面不变，加工工具不变的条件下，所连续完成的那一部分工序内容称为工步。生产中也常称为“进给”。整个工艺过程由若干个工序组成。每一个工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步通常包括一个工作行程，

29、也可包括几个工作行程。为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个加工表面的工步，称为复合工步，也可以看作一个工步，例如，组合钻床加工多孔箱体孔。 走刀加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。例如轴类零件如果要切去的金属层很厚，则需分几次切削，这时每切削一次就称为一次走刀。因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成一次进给运动称为一次走刀。机自0902机械加工工艺卡产品名称轴图号1零件名称典型轴类零件共1页第1页毛坯种类圆钢材料牌号45号钢毛坯尺寸60mm*160mm序号工种工步工艺内容备注 工具夹具刀具量具1下料60x40卡盘游标卡尺、千分尺2车床车端面、外圆、倒角粗车一端面、外圆、

30、倒角中心钻卡盘外圆刀3精车一端面、外圆、倒角4车圆锥粗车圆锥外圆车刀5精车圆锥6车螺纹粗车螺纹螺纹刀7精车螺纹8车槽粗车车槽切槽刀9精车车槽11精车圆弧13镗孔（精车）粗加工8 CNC程序N10 t0101;N20 g97 g99 s1200 m03;N30 m08;N40 g00 x60 z20;N50 g73 u8 r8;N60 g73 p70 q150 u0.6 w0 f0.15;N70 g00 x12 z5;N80 g01 z0 f0.05;N90 x14 z-1;N100 z-20;N110 x16;N120 x20 z-35;N130 z-46;N140 g02 x28 z-50 r4 f0.3;N150 g01 z-60;N160 g00 x150;N170 z200;N180 m05;N190 m09;N200 m00;精加工T0101N10 g97 s1500 m03;N20 m08;N30 g00 x60 z20;N40 g70 p70 q150;N50 g00 x150;N60 z200;N70 m05;N80 m09;N90 m00;螺纹T0303N10 g97 s500 m03;N20 m08;N30 g00 x18 z5;N40 g92