傳動器主要部件的數(shù)控加工.doc

河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 論 文 題目：傳動器主要部件的數(shù)控加工ii摘 要隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床不僅在宇航、造船、軍工等領(lǐng)域廣泛使用，而且也進入了汽車、機床等民用機械制造行業(yè)。目前，在機械行業(yè)中，單件、小批量的生產(chǎn)所占有的比例越來越大，機械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量也在不斷地提高。所以，普通機床越來越難以滿足加工精密零件的需要。同時，由于生產(chǎn)水平的提高，數(shù)控機床的價格在不斷下降，因此，數(shù)控機床在機械行業(yè)中的使用已很普遍。pro/engineer實體設(shè)計系統(tǒng),是由美國ptc公司于1989年開發(fā)出來的，其主要功能有：pro/engineer?；救S造型，參數(shù)化功能定義、組裝、三維實物著色、二維視圖生成、二三維圖形輸出；復雜部件生成；二三維裝配圖組裝設(shè)計，結(jié)構(gòu)和運動干涉檢查；工程圖生成；復雜造型；系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換標準接口；有限元網(wǎng)格；復雜曲面造型；數(shù)控自動編程及刀具軌跡仿真；模具設(shè)計等。mastercam設(shè)計及制造系統(tǒng)是將設(shè)計和制造結(jié)合在一起的pc級套裝軟件，利用mastercam可以繪制零件的圖紙，生成零件的數(shù)控加工程序并通過電纜直接送至數(shù)控機床上，由數(shù)控機床完成零件的加工，是一套cad/cam一體化軟件。在mastercam系統(tǒng)中，可以將用autocad等cad軟件繪制的圖形調(diào)入至mastercam中使用，也可將用mastercam繪制的圖形送入到其它cad軟件中去使用。關(guān)鍵詞： 數(shù)控機床 pro/e mastercam目 錄摘 要(1)1 緒 論1.1數(shù)控機床(1)1.2數(shù)控加工技術(shù)(5)1.3數(shù)控加工工藝 (8)1.4 cad/cam技術(shù) (8)1.5本課題設(shè)計的主要內(nèi)容(9)2 各部分零件的工藝分析2.1 金屬材料的分析(10)2.2 各零部件的材料選擇及工藝分析(13)3 主要零件的參數(shù)設(shè)置及加工路徑分析3.1 概述(15)3.2 軸類零件的材料、毛坯及熱處理(16)3.3 工藝裝備的選擇(17)3.4 切削用量的選擇(18)3.5 進給路線的確定(20)3.6 加工順序的確定(22)3.7 加工余量的確定(22)3.8 程序的確定(23)3.9 軸的加工程序(24)4 結(jié)論與展望4.1 本文總結(jié)(38)4.2 將來展望(39)致 謝(40)參考文獻(41)畢業(yè)設(shè)計任務書(42)iii1 緒 論1.1 數(shù)控機床1.1.1 數(shù)控機床的概述數(shù)控機床和數(shù)控技術(shù)是微電子技術(shù)同傳統(tǒng)機械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種技術(shù)密集型的產(chǎn)品和技術(shù)。它是根據(jù)機械加工工藝的要求，使電子計算機對整個加工過程進行信息處理與控制，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。較好地解決了復雜、精密、多品種、中小批量機械零件加工問題，是一種通用、靈活、高效能的自動化機床。同時，數(shù)控技術(shù)又是柔性制造系統(tǒng)(fms)、計算機集成制造系統(tǒng)（cims）的技術(shù)基礎(chǔ)之一，是機電一體化高新科技的重要組成部分。1.1.2 數(shù)控機床的組成數(shù)控技術(shù)可以應用于各種加工機床，例如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控沖床、數(shù)控電火花、線切割、激光加工機床等等。雖然數(shù)控機床的種類繁多，但它們的組成部分基本相同，主要包括以下幾個方面。(一)機床的主體 數(shù)控機床的主體即數(shù)控機床的主要機械結(jié)構(gòu)部分。包括數(shù)控機床的床身、主軸以及進給機構(gòu)等。與傳統(tǒng)的機床相比，數(shù)控機床的外部造型、整體部局、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)以及操作機構(gòu)等方面部已發(fā)生了很大的變化，這些變化的目的是為了滿足數(shù)控技術(shù)的要求，從而使數(shù)控機床的特點得以充分發(fā)揮。(二)控制裝置控制裝置是數(shù)控機床的中心環(huán)節(jié)，也叫做計算機數(shù)控（cnc）裝置。cnc裝置實際上就是一個計算機系統(tǒng)，通過對加工程序的運行處理，發(fā)出控制信號。實現(xiàn)對加工過程的自動控制。典型cnc裝置的構(gòu)成如圖1-1所示。由圖可知，cnc裝置包含以下幾個部分：1. 微處理器及其總線微處理器(cpu)及其總線(bus)是cnc裝置的核心。cpu由運算器和控制器組成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運算和邏輯運算以及指令的操作控制cpu最基本的運算處理就是插補運算。所謂插補就是求取零件加工路徑的坐標數(shù)據(jù)，用以控制數(shù)控機床坐標軸的運動?？偩€是計算機系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間傳遞信號的渠道，一般由數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等組成。2. 輸入裝置輸入裝置是把加工程序輸人至計算機的裝置，通?？梢圆捎靡韵氯N方式：(1)紙帶輸入 紙帶輸人方式就是在特制的紙帶上穿孔用孔的不同位置的組合構(gòu)成不同的數(shù)控代碼，通過紙帶閱讀機，把紙帶上的代碼轉(zhuǎn)換為計算機可以識別和處理的電信號。(2)手動輸人 手動輸入方式就是使用數(shù)控機床上的鍵盤輸入加工程序。輸入方法有兩種一是mdi(手動數(shù)據(jù)輸入)，這種方法適用于比較短的程序，只能使用一次，機床動作后程序就消失；二是在控制裝置的edit(編輯)狀態(tài)下輸入加工程序，存放在控制裝置的內(nèi)存中，用這種方法可以對程序進行修改，并且可以重復使用。(3)直接輸入存儲器 直接輸入方式是采用cnc裝置的串行通信接口等，通過對有關(guān)參數(shù)的設(shè)定，直接讀入由自動編程機或者其它計算機編制的程序。3. 存儲器存儲器是用來存放cnc裝置的數(shù)據(jù)、參數(shù)及程序的。存儲器一般由存放系統(tǒng)程序的只讀存儲器rom、存放運算的中間結(jié)果的隨機存儲器ram以及存放加工零件程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)的ram等組成。4. 位置控制單元位置控制單元是把插補運算求取的坐標給定值與位置檢測裝置測得的實際值進行比較，然后將結(jié)果送入速度控制單元，對進結(jié)機構(gòu)的運動進行控制。5. 可編程序控制器可編程序控制器(plc)是用來替代傳統(tǒng)的機床強電控制線路，實現(xiàn)對數(shù)控機床的切削液供給、停止、刀具的自動交換、工作臺的自動交換等的自動控制功能。6. 通信接口現(xiàn)代數(shù)控機床往往都帶有標準數(shù)據(jù)通信接口，以便與編程機及上級計算機聯(lián)接，實現(xiàn)通信功能。隨著柔性制造系統(tǒng)fms、計算機集成制造系統(tǒng)cims的發(fā)展，cnc裝置的通信功能將發(fā)揮更加重要的作用。cnc與上級計算機等的網(wǎng)絡通信功能主要是通過串行數(shù)據(jù)通信接口來實現(xiàn)的。(三)伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)接收來自cnc裝置的指令信息，嚴格按照指令信息的要求，拖動機床的移動部件，完成零件的加工。伺服系統(tǒng)直接決定了刀具與零件的相對位置，因而伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機床的加工精度的主要因素。伺服系統(tǒng)主要由伺服控制電路、功率放大電路、檢測裝置以及伺服電動機等部分組成。(四)附加裝置為了進一步提高生產(chǎn)率、提高加工精度和提高自動化程度，數(shù)控機床還具有許多附加裝置，例如自動換刀裝置、自動交換工作臺及切屑處理裝置等等。1.1.3 數(shù)控機床的基本工作原理在數(shù)控機床上加工一個零件，一般包含以下幾個步驟：1.根據(jù)加工零件的圖紙和工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式來編寫加工程序；2.將加工程序制作成穿孔帶；3.通過紙帶閱讀機將穿孔帶上的程序輸入cnc裝置。也可以來用手動輸入方式將程序輸入cnc裝置；4.cnc裝置對程序代碼進行譯碼、寄存和運算，然后為伺服系統(tǒng)提供控制信號，實現(xiàn)對刀具與零件相對運動的控制；5.與此同時，cnc裝置提供的信號，還可以實現(xiàn)對機床其它各運動部件的控制與操作，包括主軸變速、工件松夾、刀具轉(zhuǎn)位以及開關(guān)冷卻液等。通過以上步驟，數(shù)控機床最終便可以加工出合格的零件了。1.1.4 數(shù)控機床的特點及用途進入 80 年代的機械制造業(yè)，其產(chǎn)品面臨市場競爭帶來的挑戰(zhàn)，促使越來越多的企業(yè)走上小批量、多品種、不斷更新產(chǎn)品的道路。隨著以航天、精密儀器制造業(yè)為主的高技術(shù)產(chǎn)品不斷的出現(xiàn)，復雜零件越來越多，精度要求也越來越高，傳統(tǒng)的剛性自動化生產(chǎn)模式難以滿足要求，柔性自動化生產(chǎn)則應運而生。數(shù)控機床就是在這種形勢下產(chǎn)生的自動化設(shè)備，它是發(fā)展柔性生產(chǎn)的基礎(chǔ)裝備。與其他類型的自動化機床型比較，數(shù)控機床主要有如下一些優(yōu)點:(1) 具有較大柔性由前述可知，數(shù)控機床是按照記錄在穿孔帶等信息載體上的指令信息自動加工進行加工的。加工對象改變時，只需重新編制程序或更換一條穿孔帶、磁帶或其他形式的信息載體，即不需要對機床結(jié)構(gòu)重新進行調(diào)整，也不需要制造凸輪、靠模一類的輔助裝置。這樣，便非常迅速地從一種零件的加工過渡到另一種零件的加工，生產(chǎn)準備周期大為縮短。(2) 能獲得較高的加工精度機床加工精度在很大程度上取決于進給傳動的位置精度。數(shù)控機床的進給傳動為數(shù)字式伺服傳動，它能保證運動參數(shù)，如位移、速度的準確性。此外，傳動鏈短、傳動機構(gòu)精密、高效，也極大地提高了傳動精度。因此，數(shù)控機床具有較高的加工精度。(3) 便于加工復雜形狀的零件數(shù)控機床能同時控制多個坐標聯(lián)動，可加工其他機床很難加工甚至不可能加工的復雜曲面。對于以函數(shù)形式或列表值表示的曲面，加工更為方便。(4) 機床的使用、維護技術(shù)要求高數(shù)控機床是多學科、高新技術(shù)的產(chǎn)物，相應地，這就對機床的操作和維護提出了較高的要求。此外，機床價格高，設(shè)備一次性投資大，為保證數(shù)控加工的綜合技術(shù)經(jīng)濟效益，同樣要求機床的使用者和維修人員應具有較高的專業(yè)素質(zhì)。按照以上特點，數(shù)控機床最適合在單件、小批生產(chǎn)條件下，加工下列類型的零件:普通機床難以加工，或雖能加工，但需要復雜、昂貴的工藝設(shè)備材料昂貴、不允許報廢的零件結(jié)構(gòu)復雜、需要多工序加工的零件生產(chǎn)周期要求短的急缺零件1.2 數(shù)控加工技術(shù)1.2.1數(shù)控加工技術(shù)簡介數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門新型的發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)，它將制造技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、微電子技術(shù)、監(jiān)控檢測技術(shù)等多種高新建設(shè)傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)有效地結(jié)合起來，成為制造自動化領(lǐng)域最重要的基礎(chǔ)技術(shù)。數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展十分迅速，從第一代的電子管元件數(shù)控裝置，經(jīng)歷了晶體管電路、小中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路控制系統(tǒng)，發(fā)展到計算機控制系統(tǒng)。數(shù)控裝置體積越來越小，精度越來越高，在工業(yè)生產(chǎn)中日益發(fā)揮著重要作用。1.2.2 數(shù)控加工的特點1) 自動化程度高 在數(shù)控機床上加工零件時，除了手工裝卸工件外，全部加工過程都有機床自動完成.在柔性制造系統(tǒng)上，上下料、檢測、診斷對到、傳輸、調(diào)度、管理等也都有機床自動完成，這樣減輕了操作者的勞動強度，改善了勞動條件。2) 加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定 數(shù)控加工的尺寸精度通常在0.005 0.lm 之間，日前最高的尺寸精度可達士0.0015mm，不受零件形狀復雜程度的影響，加工中消除了操作者的人為誤差，提高了同批零件尺寸的一致性，是產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定。3) 加工對象適應性強 數(shù)控機床上實現(xiàn)自動加工的控制信息是加工程序。當加工對象改變時，除了相應更換刀具和解決工件裝夾方式外，只要重新編寫并輸入該零件的加工程序，便可自動加工出新的零件，不必對機床作任何復雜的調(diào)整，這樣縮短了生產(chǎn)準備周期，給新產(chǎn)品的研制開發(fā)以及產(chǎn)品的改進、改型提供了捷徑。4) 生產(chǎn)效率高 數(shù)控機床的加工效率高，一方面是自動化程度高，在一次裝夾中能完成較多表面的加工，省去了劃線、多次裝夾、檢測等工序;另一方面是數(shù)控機床的運動速度高，空行程時間短。5) 易于建立計算機通訊網(wǎng)絡 由于數(shù)控機床是使用數(shù)字信息，易于與計算機輔助設(shè)計和制造(cad/cam)系統(tǒng)連接，形成計算機輔助設(shè)計和制造與數(shù)控機床緊密結(jié)合的一體化系統(tǒng)。1.2.3 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展1.高速化 數(shù)控系統(tǒng)采用高速的32位以上的微處理器，使其輸人、譯碼、計算、輸出等環(huán)節(jié)都在高速下完成，并可提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率及實現(xiàn)連續(xù)小程序段的高速加工。目前采用64位微處理器的新型數(shù)控系統(tǒng)，更增強了插補運算功能、快速進給功能，可進行更高速的加工，并實現(xiàn)了多軸控制功能，一般控制軸數(shù)為315軸，最多24軸，同時控制軸數(shù)可達36軸。2.高精度化 以加工中心為例其主要精度指標直線坐標的定位精度和重復定位精度都有了明顯的提高：定位精度由土5umm提高到土(0.153)umm，重復定位精度由土2um提高到土1um。為了提高加工精度，對數(shù)控機床本身除了在結(jié)構(gòu)總體設(shè)計、主軸箱、進給系統(tǒng)中采用低熱脹系數(shù)材料、通人恒溫油等措施外，還在控制方面采取了一系列措施。3.多功能 新型數(shù)控機床具有多種監(jiān)控、檢測及補償功能，具有更強的通信功能、圖像編程和顯示功能，比如刀具磨損的檢測、系統(tǒng)的精度及熱變形的檢測等，還具有刀具壽命管理、刀具長度偏置、刀具半徑補償、刀尖補償、螺距補償?shù)裙δ?。更先進的數(shù)控機床有自動編程能力，通過鍵盤和圖像顯示可進行人機對話，可根據(jù)圖樣自動編程并通過遠距離串行接口輸入給機床，使之實現(xiàn)自動加工。 4.智能化 在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，引進了自適應控制這種智能化技術(shù)。自適應控制(adaptive control簡稱ac)技術(shù)是能調(diào)節(jié)在加工過程中所測得的工作狀態(tài)特征，且能使切削加工過程達到并維持最佳狀態(tài)的技術(shù)。在工藝系統(tǒng)中，大約有30余種變量直接或間接影響加工效果，如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨損、工件變形、機床熱變形、切削液的粘度、刀具與工件材料化學親和力的大小等因素。這些變量一般事先難以預知，編制加工程序時常依據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)。實際加工中，很難選擇最佳參數(shù)進行切削。而自適應控制技術(shù)則能根據(jù)切削條件的實時變化，自動調(diào)整并保持最佳工作狀態(tài)，從而得到高的加工精度、較小的表面粗糙度值，并提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。 5.高可靠性 為了提高數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床的可靠性，人們采取了以下一些措施：(1)提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量 選用高質(zhì)量的集成電路芯片、印制電路板和其它元器件，建立并實施從元器件篩選、穩(wěn)定產(chǎn)品的制造和裝配工藝到性能測試等一系列完整的質(zhì)量保證體系。(2)實現(xiàn)模塊化、標準化和通用化 性能越來越完善，功能愈來愈豐富的現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)有利地促進了其硬件、軟件實現(xiàn)“三化”：模塊化、標準化和通用化，包括數(shù)控機床的主軸部件，變速箱立柱、工作臺、刀架、刀庫等都可模塊化生產(chǎn)?！叭钡膶崿F(xiàn)，不僅便于組織開發(fā)、生產(chǎn)和應用，而且也提高了機床的質(zhì)量和運行的可靠性，并便于用戶的維修和保養(yǎng)。(3)配備先進的檢測、監(jiān)控裝置、紅外線、聲發(fā)射、溫度測量、功率測量、激光檢測等1.3 數(shù)控加工工藝 所謂數(shù)控加工工藝，就是用數(shù)控機床加工零件的一種方法。在數(shù)控機床上加工時，將記錄在控制介質(zhì)上、描述加工過程所需的全部工藝信息，即原先在通用機床上加工時需要操作者考慮和決定的內(nèi)容及動作的數(shù)碼信息輸人數(shù)控機床的數(shù)控裝置，對輸入信息進行運算和控制，并不斷向伺服機構(gòu)使機床實現(xiàn)加工運動的機電功能轉(zhuǎn)換部件發(fā)送脈沖信號，伺服機構(gòu)對脈沖信號進行轉(zhuǎn)換與放大處理，然后由傳動機構(gòu)驅(qū)動機床按所編程序進行運動，便可加工出我們所需要的零件。可見，實現(xiàn)數(shù)控加工，編程是關(guān)鍵。但必須有編程前的數(shù)控工藝做必要準備工作和編程后的善后處理工作。嚴格說來，數(shù)控編程也屬于數(shù)控工藝的范疇。因此，數(shù)控加工工藝主要包括以下幾方面的內(nèi)容： 1)選擇并確定需要進行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容。 2)進行數(shù)控加工工藝設(shè)計。 3)對零件圖形進行必要的數(shù)學處理。 4)編寫加工程序(自動編程時為源程序，由計算機自動生成目標程序加工程序)。 5)按程序單制作控制介質(zhì)。 6)對程序進行校驗與修改。 7)首件試加工與現(xiàn)場問題處理。 8)數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的編寫與歸檔。1.4 cadcam技術(shù) 1963年，美國麻省理工學院首次提出cad(computer aided design計算機輔助設(shè)計)的概念。mit小組初步設(shè)想了采用計算機設(shè)計、分析，并開發(fā)了交互式圖形處理系統(tǒng)、繪制出了工程圖，從而使cad由試驗階段過渡到了實施階段。 cam(computer aided manufacturing計算機輔助制造)是從apt開始的。它是20世紀50年代mit設(shè)計的一種專門用于零件nc加工的自動編程語言，到1967年apt系統(tǒng)己實用化。從l974年開始，人們把cad系統(tǒng)和生產(chǎn)計劃管理及力學計算相結(jié)合，發(fā)展成為cadcam綜合系統(tǒng)。70年代后期，cadcam進人初期實用階段。 cadcam技術(shù)推動了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計革命，cad技術(shù)的發(fā)展和應用水平已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。cadcam技術(shù)從根本上改變了過去的手工繪圖、發(fā)圖、憑圖樣組織整個生產(chǎn)過程的技術(shù)管理方式，將它變?yōu)樵趫D形工作站上交互設(shè)計、用數(shù)據(jù)文件發(fā)送產(chǎn)品定義、在統(tǒng)一的數(shù)字化產(chǎn)品模型下進行產(chǎn)品的設(shè)計打樣、分析計算、工藝計劃、工藝裝備設(shè)計、數(shù)控加工、質(zhì)量控制、編印產(chǎn)品維護手冊、組織備件訂貨供應等等。1.5本課題設(shè)計的主要內(nèi)容傳動器是一種常見的中間傳遞機構(gòu),其構(gòu)成的主要零部件,如圖所示：由圖可知，該傳動器主要有以下幾部分組成：中間是箱體,內(nèi)部是軸,其左側(cè)是端蓋,右側(cè)分別是端蓋、調(diào)整環(huán)和齒輪。傳動器是動力的中間傳遞機構(gòu)。當動力通過齒輪輸入時，通過鍵聯(lián)接，帶動軸傳動，只要在軸的左端安上齒輪、帶輪等零件，就可實現(xiàn)動力的傳遞。下面就對本課題所設(shè)計的主要零部件的加工工藝進行分析。2 各部分零件的工藝分析2.1 金屬材料的分析一、材料機械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機械制造中也得到廣泛的應用。金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2%的稱為鐵。1鑄鐵常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當?shù)囊兹坌院土己玫囊簯B(tài)流動性，因而可鑄成形狀復雜的零件?；诣T鐵的抗壓強度高，耐磨性、減振性好，對應力集中的敏感性小，價格便宜，但其抗拉強度較鋼差。灰鑄鐵常用作機架或殼座。球墨鑄鐵強度較灰鑄鐵高且具有一定的塑性，球墨鑄鐵可代替鑄鋼和鍛鋼用來制造曲軸、凸輪軸、油泵齒輪、閥體等。2鋼鋼的強度較高，塑性較好，可通過軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機械性能，因此其應用極為廣泛。鋼的類型很多，按用途分，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結(jié)構(gòu)鋼可用于加工機械零件和各種工程結(jié)構(gòu)。工具鋼可用于制造各種刀具、模具等。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要用于特殊的工況條件下。按化學成分鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越多，其強度越高，但塑性越低。碳素鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（如q215、q235）一般只保證機械強度而不保證化學成分，不宜進行熱處理，通常用于不太重要的零件和機械結(jié)構(gòu)中。碳素鋼的性能主要取決于其含碳量。低碳鋼的含碳量低于0.25%，其強度極限和屈服極限較低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺釘、螺母、墊圈和焊接件等。含碳量在0.1%0.2%的低碳鋼零件可通過滲碳淬火使其表面硬而心部韌，一般用于制造齒輪、鏈輪等要求表面耐磨而且耐沖擊的零件。中碳鋼的含碳量在0.3%0.5%之間，它的綜合力學性能較好，因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。含碳量在0.55%0.7%的高碳鋼具有高的強度和剛性，通常用于制作普通的板彈簧、螺旋彈簧和鋼絲繩。合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成。每一種合金元素低于2%或合金元素總量低于5%的稱為低合金鋼。每一種合金元素含量為2%5%或合金元素總含量為5%10%的稱為中合金鋼。每一種合金元素含量高于5%或合金元素總含量高于10%的稱為高合金鋼。加入不同的合金元素可改變鋼的機械性能并具有各種特殊性質(zhì)。例如鉻能提高鋼的硬度，并在高溫時防銹耐酸；鎳使鋼具有良好的淬透性和耐磨性。但合金鋼零件一般都需經(jīng)過熱處理才能提高其機械性能；此外，合金鋼較碳素鋼價格高，對應力集中亦較敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時才考慮采用。用碳素鋼和合金鋼澆鑄而成的鑄件稱為鑄鋼，通常用于制造結(jié)構(gòu)復雜、體積較大的零件，但鑄鋼的液態(tài)流動性比鑄鐵差，且其收縮率的鑄鐵件大，故鑄鋼的壁厚常大于10，其圓角和不同壁厚的過渡部分應比鑄鐵件大。表1-1是常用的金屬材料的機械性能。表1-1 常用鋼鐵材料的機械性能材料機械性能名稱牌號抗拉強度sb(n/mm2)屈服強度ss(n/mm2)硬度(hbs)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼q215q235q255q275335410375460410510490610215235255275優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼203545410530600245315355156197220合金結(jié)構(gòu)鋼18cr2ni4w35simn40cr40crnimo20crmnti65mn1187859819801079735835510785835834430260229247269217285鑄鋼zg230-450zg270-500zg310-570450550570230270310130143153灰鑄鐵ht150ht200ht250145195240150200170220190240球墨鑄鐵qt450-10qt500-7qt600-3qt700-2450500600700310320370420160210170230190270225305二、材料選用的原則從各種各樣的材料中選擇出合用的材料是一項受到多方面因素制約的工作，通常應考慮下面的原則：（1） 載荷的大小和性質(zhì)，應力的大小、性質(zhì)及其分布狀況對于承受拉伸載荷為主的零件宜選用鋼材，承受壓縮載荷的零件應選鑄鐵。脆性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時應選擇塑性材料。（2） 零件的工作條件在腐蝕介質(zhì)中工作的零件應選用耐腐蝕材料，在高溫下工作的零件應選耐熱材料，在濕熱環(huán)境下工作的零件，應選防銹能力好的材料，如不銹鋼、銅合金等。零件在工作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增強耐磨性，應選擇適于進行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。金屬材料的性能可通過熱處理和表面強化（如噴丸、滾壓等）來提高和改善，因此要充分利用熱處理和表面處理的手段來發(fā)揮材料的潛力。（3） 零件的尺寸及質(zhì)量零件尺寸的大小及質(zhì)量的好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)，對外形復雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應選用適合鑄造的材料；若考慮用焊接毛坯，則應選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡單、批量大的零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應具有較好的塑性。（4） 經(jīng)濟性選擇零件材料時，當用價格低廉的材料能滿足使用要求時，就不應選擇價格高的材料，這對于大批量制造的零件尤為重要。此外還應考慮加工成本及維修費用。為了簡化供應和儲存的材料品種，對于小批制造的零件，應盡可能減少同一部設(shè)備上使用材料的品種和規(guī)格，使綜合經(jīng)濟效益最高。2.2 各零部件的材料選擇及工藝分析1.齒輪齒輪的材料及熱處理對齒輪的使用性能和壽命有很大的影響?？紤]材料的綜合性能及經(jīng)濟性，本課題所設(shè)計的齒輪的材料選用45鋼，齒面硬度220250hbs。因其加工精度并不高，因此采用：滾齒齒端加工-齒面熱處理-修正內(nèi)孔的加工方案。2.端蓋 本課題所設(shè)計的端蓋采用鑄鐵ht200，因為鑄鐵具有良好的耐磨性和減振性，而且價格低廉。加工工藝路線：車削其外形銑削內(nèi)形鉆孔。3.調(diào)整環(huán)非合金結(jié)構(gòu)鋼q235碳的質(zhì)量分數(shù)低，具有良好的塑性和焊接性能，但強度較低，在機械制造中主要用于制造受力不大的普通機械零件，因此本課題所設(shè)計的調(diào)整環(huán)，選用q235-a。因其結(jié)構(gòu)簡單，故只需先鉆孔后車削即可。4. 箱體箱體零件是機器的基礎(chǔ)零件之一。由它將機器和部件中的軸、套、齒輪等有關(guān)零件集合成一個整體，使它們之間保持正確的相互位置關(guān)系，并按一定的傳動關(guān)系協(xié)調(diào)的傳遞運動或動力。因此，箱體的加工質(zhì)量對機器的精度、性能和壽命都有直接的影響。本課題所設(shè)計的箱體采用鑄鐵ht200，因為鑄鐵具有較好的耐磨性、鑄造性、切削性和減振性，且成本低廉。加工方法多采用鑄造，毛坯在鑄造時應防止砂眼和氣孔產(chǎn)生。為了減少殘余應力，箱體鑄造后應進行時效處理。5. 軸通過對材料的綜合性能及經(jīng)濟性的分析，本課題所設(shè)計的軸采用45鋼，因其在機構(gòu)中起傳遞作用，則需要有較高的強度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45hrc。其加工工藝路徑為：車削其外圓輪廓銑削鍵槽攻螺紋熱處理精磨。3. 主要零件的參數(shù)設(shè)置及加工路徑分析3.1概述軸是機械加工中常見的典型零件之一。它在機械中主要用于支承齒輪、帶輪、凸輪以及連桿等傳動件，以傳遞扭矩。按結(jié)構(gòu)形式不同，軸可以分為階梯軸、錐度心軸、光軸、空心軸、曲軸、凸輪軸、偏心軸、各種絲杠等，其中階梯傳動軸應用較廣，其加工工藝能較全面地反映軸類零件的加工規(guī)律和共性。根據(jù)軸類零件的功用和工作條件，其技術(shù)要求主要在以下方面： 尺寸精度 軸類零件的主要表面常為兩類：一類是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為it 5it7；另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為it6it9。 幾何形狀精度 主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。 相互位置精度 包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。 表面粗糙度 軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟性來確定。支承軸頸常為0.21.6m，傳動件配合軸頸為0.43.2m。 其他 熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。3.2軸類零件的材料、毛坯及熱處理1軸類零件的材料 軸類零件材料 常用45鋼，精度較高的軸可選用40cr、軸承鋼gcr15、彈簧鋼65mn，也可選用球墨鑄鐵；對高速、重載的軸，選用20crmnti、20mn2b、20cr等低碳合金鋼或38crmoal氮化鋼。 軸類毛坯 常用圓棒料和鍛件；大型軸或結(jié)構(gòu)復雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度。2軸類零件的熱處理鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內(nèi)部晶粒細化，消除鍛造應力，降低材料硬度，改善切削加工性能。調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。經(jīng)綜合考慮，本課題所設(shè)計的軸采用45鋼，因其在機構(gòu)中起傳遞作用，則需要有較高的強度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45hrc。3.3 工藝裝備的選擇 工藝裝備選擇的合理與否，將直接影響工件的加工精度、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。應根據(jù)地生產(chǎn)類型、具體加工條件、工件結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求等選擇工藝裝備。 一、夾具的選擇 單件、小批生產(chǎn)應首先采用各種通用夾具和機床附件，如卡盤、機床用平口虎鉗、分度頭等；對于大批和大量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率應采用專用高效夾具；多品種中、小批量生產(chǎn)可采用可調(diào)夾具或成組夾具。因為本課題所要加工的軸形狀較簡單，采用通用夾具即可，因此選用三角卡盤。二、 刀具的選擇 一般優(yōu)先采用標準刀具。若采用機械集中，則可采用各種高效的專用刀具、復合刀具和多刃刀具等。刀具的類型、規(guī)格和精度等級應符合加工要求。其次在選用刀具時還應注意以下幾點：1）在數(shù)控機床上銑削平面時，應采用鑲裝可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的銑刀。一般采用兩次走刀，一次粗銑，一次精銑。當連續(xù)切削時，粗銑刀直徑要小一些，精銑刀直徑要大一些，最好能包容待加工面的整個寬度。加工余量大，且加工面又不均勻時，刀具直徑要選得小些，否則當粗加工時會因接刀刀痕過深而影響加工質(zhì)量。2）高速鋼立銑刀多用于加工凸臺和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因為毛坯面有硬化層和夾砂現(xiàn)象，刀具會很快被磨損。3）加工余量較小，并且要求表面粗糙度值較低時，應采用鑲立方氮化硼刀片的端銑刀或鑲陶瓷刀片的端銑刀。 4）鑲硬質(zhì)合金的立銑刀可用于加工凹槽、窗口面、凸臺面和毛坯表面。 5）鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀可以進行強力切削，銑削毛坯表面和用于孔的粗加工。 6）精度要求較高的凹槽加工時，可以采用直徑比槽寬小一些的立銑刀，先銑槽的中間部分，然后利用刀具半徑補償功能銑削槽的兩邊，直到達到精度要求為止。 7）在數(shù)控銑床上鉆孔，一般不采用鉆模，鉆孔深度為直徑的5倍左右的深孔加工容易折斷鉆頭，應注意冷卻和排屑。鉆孔前最好先用中心鉆鉆一個中心孔或用一個剛性好的短鉆頭锪窩引正。锪窩除了可以解決毛坯表面鉆孔引正問題外，還可以代替孔口倒角。三、量具的選擇 單件、小批生產(chǎn)應廣泛采用通用量具，如游標卡尺、百分尺和千分表等；大批、大量生產(chǎn)應采用極限量塊和高效的專用檢驗夾具和量儀等。量具的精度必須與加工精度相適應。因本零件屬于小批量生產(chǎn)，因此，選用通用量具即可。3.4 切削用量的選擇對于高效率的金屬切削機床加工來說，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。這些條件決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。 在確定每道工序的切削用量時，應根據(jù)刀具的耐用度和機床說明書中的規(guī)定去選擇。也可以結(jié)合實際經(jīng)驗用類比法確定切削用量。在選擇切削用量時要充分保證刀具能加工完一個零件，或保證刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于半個工作班的工作時間。 背吃刀量主要受機床剛度的限制，在機床剛度允許的情況下，盡可能使背吃刀量等于工序的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率。對于表面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工余量，數(shù)控加工的精加工余量可比通用機床加工的余量小一些。在確定切削用量時，要根據(jù)被加工工件材料、硬度、切削狀態(tài)、背吃刀量、進給量，刀具耐用度，最后選擇合適的切削速度。表2.1為車削加工時的選擇切削條件的參考數(shù)據(jù)。 根據(jù)經(jīng)驗選擇，一般粗車切削深度為23mm,半精車切削深度為0.52mm，精車切削深度為0.20.5mm。本課題所加工的為45鋼，由表可知：切削速度應在70220mm/min,根據(jù)經(jīng)驗,我們選擇vc=120mm/min.由公式n=1000v/dw (dw-未加工工件的直徑)可以計算出,粗車時n=500r/min;精車時n=1200r/min.刀具及切削參數(shù)如下：3.5 進給路線的確定 在數(shù)控機床加工過程中，進給路線的確定是非常重要的，它與工件的加工精度和粗糙度直接相關(guān)。所謂進給路線就是數(shù)控機床在加工過程中刀具中心的移動路線。確定進給路線，就是確定刀具的移動路線。 1）數(shù)控車削進給路線的確定 確定數(shù)控車削進給路線的工作重點，主要在于確定粗加工及空行程的進給路線，精加工切削過程的進給路線基本上都是沿其零件設(shè)計圖確定的輪廓順序進行的。 車削進給路線泛指刀具從對刀點（或機床固定原點）開始運動起，直至返回該點并結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具切入、切出等非切削空行程。其基本原則是： 力求空行程路線最短?？赏ㄟ^巧用起刀點、將起刀點與其對刀點重合在一起；巧設(shè)換（轉(zhuǎn)）刀點，如果將第二把刀的換刀點也設(shè)置在合適點位置上，則可縮短空行程距離，在合理安排“回零”路線時，應使其前一刀終點與后一刀起點間的距離盡量減短，或者為零，即可滿足進給路線為最短的要求。 力求切削進給路線最短。切削進給路線為最短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具的損耗等。25矩形進給路線，適用于棒料毛坯，進給路線較短。三角形進給路線，適用于棒料毛坯，進給路線較長。仿形進給路線，用于鑄、鍛件毛坯時進給路線較短。因毛坯形狀為圓棒料，排除第三種進給路線，根據(jù)力求進給路線最短原則，第一種走刀路線較適合。 2）數(shù)控銑削進給路線的確定 數(shù)控銑削加工中進給路線對零件的加工精度和表面質(zhì)量有直接的影響，因此，確定好進給路線是保證銑削加工精度和表面質(zhì)量的工藝措施之一。下面是銑削中幾種常見的走刀路線。 在圖中，左圖和中圖分別為用行切法加工和環(huán)切法加工凹槽的走刀路線，而右圖是先用行切法，最后環(huán)切一刀光整輪廓表面。三種方案中，左圖方案的加工表面質(zhì)量最差，在周邊留有大量的殘余；中圖方案和右圖方案加工后的能保證精度，但中圖方案采用環(huán)切的方案，走刀路線稍長，而且編程計算工作量大。根據(jù)以上分析，本課題所加工的軸上的鍵槽采用右圖所示的走刀方案。3.6 加工順序的確定主軸加工順序安排如下：外圓表面左右兩端的粗加工（以頂尖孔定位）外圓表面左右兩端的精加工（以頂尖孔定位）攻螺紋軸上鍵槽的銑削淬火精磨。當主要表面加工順序確定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。對主軸來說非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品，所以盡量安排在后面工序進行，主要表面加工一旦出了廢品，非主要表面就不需加工了，這樣可以避免浪費工時。但這些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面過程中損傷已精加工過的主要表面。對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后，精磨之前進行加工。3.7 加工余量的確定 加工余量的大小等于每個中間工序加工余量的總和。工序間的加工余量的選擇應根據(jù)下列條件進行。 1）應有足夠的加工余量，特別是最后的工序，加工余量應能保證達到圖樣上所規(guī)定的精度和表面粗糙度值要求。 2）應考慮加工方法和設(shè)備的剛性，以及工件可能發(fā)生的變形。過大的加工余量反而會由于切削抗力的增加而引起工件變形加大，影響加工精度。 3）應考慮到熱處理引起的變形，否則可能產(chǎn)生廢品。 4）應考慮工件的大小。工件越大，由切削力、內(nèi)應力引起的變形亦會越大，加工余量也要相應地大一些。 5）在保證加工精度的前提下，應盡量采用最小的加工余量總和，以求縮短加工時間，降低加工費用。3.8 程序的確定一、數(shù)控指令的介紹數(shù)控程序的指令由一系列的程序字組成，而程序字通常由地址（address）和數(shù)值（number）兩部分組成，地址通常是某個大寫字母。數(shù)控程序中的地址代碼意義如表1-1所示。表 1-1 功 能地 址意 義程序號：(iso)，o (eia)程序序號順序號n順序號準備功能g動作模式（直線、圓弧等）尺寸字x、y、z坐標移動指令a、b、c、u、v、w附加軸移動指令r圓弧半徑i、j、k圓弧中心坐標進給功能f進給速率主軸旋轉(zhuǎn)功能s主軸轉(zhuǎn)速刀具功能t刀具號、刀具補償號輔助功能m輔助裝置的接通和斷開補償號h、d補償序號暫停p、x暫停時間子程序號指定p子程序序號子程序重復次數(shù)l重復次數(shù)參數(shù)p、q、r固定循環(huán)二、程序編制方法的確定程序編制分為：手工編程和自動編程兩種。1.手動編程：整個編程過程由人工完成。對編程人員的要求高（不僅要熟悉數(shù)控代碼和編程規(guī)則，而且還必須具備機械加工工藝知識和數(shù)值計算能力）手工編程適用于：幾何形狀不太復雜的零件。2.自動編程：編程人員只要根據(jù)零件圖紙的要求，按照某個自動編程系統(tǒng)的規(guī)定， 將零件的加工信息用較簡便的方式送入計算機，由計算機自動進行程序的編制，編程系統(tǒng)能自動打印出程序單和制備控制介質(zhì)。自動編程適用于：形狀復雜的零件、雖不復雜但編程工作量很大的零件（如有數(shù)千個孔的零件）、雖不復雜但計算工作量大的零件（如輪廓加工時，非圓曲線的計算）。根據(jù)以上各種程序編制的特點，對軸的加工程序的編制進行以下選擇：由于軸的幾何形狀不太復雜，因此對其外圓表面的加工，應選擇手工編程；其軸上的鍵槽雖不復雜但計算工作量大，因此選擇自動編程。3.9 軸的加工程序軸的加工尺寸如圖所示： 一、軸外圓表面的加工程序如下：1、粗車 右端面程序：o1000 n10 g92 x50 z100 n20 m03 s500 n30 t0101 n40 g00 x28.4 z5 n50 g01 x35.2 z-1.6 f0.5 n60 z-25.5 n70 x35.8 n80 z-54 n90 x36 n100 z-70.5n110 g00 x45n120 z5n130 g01 x45n140 z5n150 g01 x22.7n160 x31.2 z-0.8n170 z-25.5n180 x31.8n190 z-45n200 x32 n210 z-70.5 n220 x35 n230 z-131 n240 g00 x45 n250 z5 n260 01 x27 z0 n270 z-24.7 n280 x27.8 n290 z-54 n300 x28 n310 z-70.5 n320 g00 x50 n330 z5 n340 x11.4 n350 x23.2z-0.8 n360 z-25.5 n370 x35 n380 g00 z5 n390 x100 z100 t0100 n400 m05 n410 m30 左端面程序： n10 g92 x100 z200 n20 m03 s500 n30 t0101 n40 g00 x32.4 n50 g01 x38 z2 n60 z-38 n70 g00 x42n80 z5n90 x28.