一級減速器主要零部件的數控加工

1、河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術 學 院Henan Polytechnic Institute畢業(yè)設計（論文）題 目：一級減速器主要零部件的數控加工班 級：數控0701 姓 名：張軍 指導教師：王宏穎 摘 要齒輪減速器是把機械傳動中的動力機（主動機）與工作機（從動機）聯(lián)接起來，通過不同齒形和齒數的齒輪以不同級數傳動，實現定傳動比減速（或增速）的機械傳動裝置，減速時稱減速器（增速時稱為增速器）。由于減速器使用場合不同、重要程度不同、損壞后對人身安全及生產造成的損失大小不同、維修難易不同，因而對減速器的可靠度的要求也不相同。齒輪減速器的規(guī)格選擇要滿足強度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等諸多條件。減速

2、器有不同的種類，本文選擇的是一級圓柱齒輪減速器中箱蓋、箱座的設計與加工。主要從毛坯的選擇、箱體的熱處理、刀具、夾具的選擇以及切削用量的確定等進行了綜合的工藝分析。通過CAD、UG進行圖形的繪制，并通過UG導出ProSolid格式的箱蓋、箱座文件，最后通過CAM進行自動編制加工程序。關 鍵 詞：毛坯的選擇 熱處理 刀具、夾具 切削用量 加工程序目錄1 緒論11.1數控技術的發(fā)展概況11.2減速器的功用22 各部分零件的工藝分析32.1金屬材料的分析32.2 各零部件的材料選擇及工藝分析63. 主要零件的參數設置及加工路徑分析123.1概述123.2箱體的材料及熱處理133.3 箱體的工藝性分析1

3、53.4工藝裝備的選擇163.5 切削用量的選擇203.6 進給路線的確定253.7加工路線的確定253.8加工余量的確定274.加工程序的編制304.1數控指令簡介304.2程序的編制方法和確定324.3加工程序：355.結論與展望745.1本文總結745.2將來展望74致 謝76參 考 文 獻771 緒論1.1數控技術的發(fā)展概況隨著科學技術的發(fā)展，世界先進制造技術的興起和不斷成熟，現代數控技術的總發(fā)展趨勢是：高速化與高精度化、復合化、小型化與開放式結構、高柔性化、智慧化 。（1）高速化與高精度化實現數控機床高速化，首先要求計算機系統(tǒng)讀入加工指令數據后能高速處理并計算出伺服電動機的

4、移動量，并要求伺服系統(tǒng)能快速地作出反應；為使數控機床在極短的空程內由零加速到高速度和高行程速度下保持高定位精度，必須具有高加（減）速度、高精度的位置檢測系統(tǒng)和伺服質量。所以必須重新考慮主軸、進給系統(tǒng)、刀具交換系統(tǒng)、托盤交換系統(tǒng)等各種關鍵部分的全部特性，即從機床的基礎部件到刀架等。數控機床的加工精度的提高，一般通過減少數控系統(tǒng)的誤差和采用補償技術來達到。在減少系統(tǒng)控制誤差方面、通常采用的是提高數控系統(tǒng)的分辯率，以微小程序段實現連續(xù)進給，使CNC控制單位精細化，提高位置檢測精度，以及在位置伺服系統(tǒng)中采用前饋控制與非線性控制等方法。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%80%。由

5、于計算機運算速度和主軸轉速的較大提高，具有真正零跟蹤誤差的現代數控裝置已被開發(fā)出來，能滿足現代機床工作的要求，使機床可以進行同時具備高進給速度和高精度的加工。（2） 復合化復合化包含工序復合化和功能復合化，例如工件在一臺設備上一次裝夾后，可通過自動換刀等各種措施來完成多任務序和多表面的加工。在一臺數控設備上能完成多任務序切削加工（如車、銑、鏜、鉆等）的加工中心，可代替多機床和多裝夾的加工，這樣既能減少裝卸時間，省去工件搬運時間，提高每臺機床的加工能力，又能保證和提高形位精度，從而打破了傳統(tǒng)的工序界限和分散加工的工藝規(guī)程，如主軸頭立臥自動轉換的加工中心、車銑加工中心等。（3） 小型化與開放式結構

6、由于數控技術中大量采用了計算機新技術，新一代數控系統(tǒng)的體系結構向開放式系統(tǒng)發(fā)展。（4） 高柔性化柔性是指數控機床適應加工對象變化的能力。數控機床發(fā)展到今天，已對滿足加工對象變化有了很強的適應能力。在提高單機柔性化的同時，數控機床也朝著單元柔性化（如柔性加工單元FMC）和系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)FMS）方向發(fā)展。（5） 智能化1）引進自適應控制技術 自適應控制 AC（Adaptive Control）技術的目的是要求在隨機變化的加工過程中，通過自動調節(jié)加工過程中所測得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評價指標自動校正自身的工作參數，以達到或接近最佳工作狀態(tài)。2） 采用故障自診斷

7、、自修復功能理論 這主要是指利用 CNC 系統(tǒng)的內裝程序實現在線故障診斷，一旦出現故障時，立即采取停機等措施，并通過 CRT 進行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。并利用“冗余”技術，自動使故障模塊脫機，接通備用模塊。3）刀具壽命自動檢測和自動換刀功能利用紅外、聲發(fā)射（ AE ）、激光等檢測手段，對刀具和工件進行檢測 發(fā)現工件超差、刀具磨損、破損等，進行及時報警、自動補償或更換備用刀具，以保證產品質量。4）引進模式識別技術應用圖像識別和聲控技術，使機器自己辨識圖樣，按照自然語言命令進行加工。5） 高可靠性 1.2減速器的功用減速器

8、在原動機和工作機或執(zhí)行機構之間起匹配轉速和傳遞轉矩的作用，在現代機械中應用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設計、制造和使用特點各不相同。減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來的減速器；按照傳動的級數可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。圖11 一級圓柱齒輪減速器總裝配圖上圖所示為

9、一級圓柱齒輪減速器的裝配圖，由圖可知，它主要由傳動零件（齒輪）、軸系零件（軸、軸承）、連接零件（螺栓、螺釘、銷、鍵）、箱體及附屬零件（通氣器、啟蓋螺釘、吊耳、油標等）、潤滑和密封裝置等組成。2 各部分零件的工藝分析2.1金屬材料的分析2.1.1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

10、焊接，但具有適當的易熔性和良好的液態(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?；诣T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，鋼可分為結構鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結構鋼可用于加工機械零件和各種工程結構。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、

11、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構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼。普通碳素結構鋼（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構中。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%

12、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。合金結構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。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過熱處理才能

13、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，通常用于制造結構復雜、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2-1 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)普通碳素結構鋼Q215Q235Q255Q275335410375460410510490610215235255275優(yōu)質碳素結構鋼20354541

14、0530600245315355156197220合金結構鋼18Cr2Ni4W35SiMn40Cr40CrNiMo20CrMnTi65Mn1187859819801079735835510785835834430260229247269£217285鑄鋼ZG230-450ZG270-500ZG310-570450550570230270310³130³143³153灰鑄鐵HT150HT200HT250145195240150200170220190240球墨鑄鐵QT450-10QT500-7QT600-3QT700-2450500600700310320

15、3704201602101702301902702253052.1.2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，應力的大小、性質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

16、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）零件的尺寸及質量零件尺寸的大小及質量的好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關，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

17、材料品種，對于小批制造的零件，應盡可能減少同一部設備上使用材料的品種和規(guī)格，使綜合經濟效益最高。2.2 各零部件的材料選擇及工藝分析1、標準件的選擇在現代加工生產中，一個機器的生產和裝配往往不是一個單獨的廠家所完成的。有些工廠就是一個大大的裝配基地，它將裝配體所需要的各式各樣的零件集中到一起，然后在按照裝配要求進行統(tǒng)一的裝配以及銷售。而標準件的通用性強，消耗量巨大，尺寸、材料消耗、強度、加工生產各方面要綜合權衡。在生產設計中只需查閱標準件手冊即可。（部分零件附圖如下）1、1墊圈1、2銷1、3軸承1、4 鍵2、定距環(huán)通過對材料的綜合性能及經濟性的分析，本課題所設計的定距環(huán)采用45鋼，因其在機構中

18、起定距作用，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：先鉆孔后車削即可。3、封油圈非合金結構鋼Q235碳的質量分數低，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，因此本課題所設計的定距環(huán)，選用Q235-A。因其結構簡單，故只需先鉆孔后車削即可。4、油標油標為一組合件，其主要部件選用材料Q235-A, 因為其構簡單，故只需車削外圓、鉆孔即可。5、通蓋本課題所設計的軸承蓋通蓋采用鑄鐵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：車削其外形銑削內形鉆孔。6、封蓋本課題所設計的軸承蓋封蓋采用

19、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：車削其外形銑削內形鉆孔。7、蓋板在本課題中對蓋板的力學性能要求不高，采用材料Q235-A就可以滿足使用要求。加工工藝路線：銑削外形及平面、鉆孔。8、大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濟性，本課題所設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孔的加工方案。9、齒輪軸通過對材料的綜合性能及經濟性的分析，本課題所設計的軸采用45鋼，因其在機構中起傳遞作用，則需要有較高的強度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35

20、-45HRC。其加工工藝路徑為：車削其外圓輪廓滾齒齒端加工齒面熱處理銑削鍵槽攻螺紋熱處理精磨。10、傳動軸傳動軸的使用要求同于齒輪軸的使用要求，因此本課題設計中采用45鋼。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。11、箱蓋箱蓋零件是減速器的基礎零件之一。箱蓋在該機構中起支撐作用。箱蓋的加工質量對機器的精度、性能和壽命都有直接的影響。本課題所設計的箱蓋采用鑄鐵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。箱蓋的制造方法多采用鑄造，毛坯在鑄造時應防止砂眼和氣孔產生。為了減少殘余應力，箱蓋鑄造后應進行時效處理。12、箱座箱座零件也是減速器的基礎零件之一。

21、本課題所設計的箱座采用鑄鐵HT200。箱座的制造方法要求與箱蓋相同。3. 主要零件的參數設置及加工路徑分析3.1概述箱體是減速器加工中常見的典型零件之一。它是箱體部件裝配時的基準件，由它將一些軸、套、齒輪、軸承、離合器等零件和組件裝在一起，使其保持正確的相互位置，彼此能按照一定的傳動關系運動。箱體零件按結構可分為整體式箱體和分離式箱體；按外形可分為狹義箱體（近似長方體）和殼體（非長方體）；按用途可分為具有主軸支撐孔的箱體和沒有主軸支撐孔的箱體。減速器的箱體由箱蓋和箱座組成，其本身應有足夠的剛度，以免在載荷作用下產生過大的變形，導致齒輪沿齒寬載荷分布不均勻；故在箱體的外側軸承座處添加加強筋以提高

22、剛性，同時可增大減速器的散熱面積。為了便于安裝，通常將箱體做成剖分式結構，箱蓋與箱座的剖分面應與齒輪軸線平面重合。箱體是傳動的基座，為保證齒輪軸線的相互位置的正確，箱體上的軸承孔要求精度很高，應盡量設計成相同直徑的通孔，以便在一次鏜削完成。根據箱體類零件的功用和工作條件，其技術要求主要在以下方面：（1） 孔徑精度箱體軸承支撐孔徑的尺寸公差和幾何誤差會造成軸承與孔的配合不良，因而影響軸的回轉精度、傳動平穩(wěn)性、噪聲、軸承壽命等。（2） 孔與孔間的相互位置精度同一軸線上各軸承孔的同軸度和端面對軸心線的垂直度誤差，會使軸承裝配時出現歪斜，影響軸的回轉精度和軸承壽命；孔系之間的平行度誤差會影響齒輪的嚙合

23、質量。（3） 孔和平面的位置精度主軸孔與安裝基面的平行度要求決定了主軸與床身導軌的相互位置關系。（4） 平面精度裝配面的平面度會影響箱體與床身的接觸質量，加工過程中的定位基面的平面度會影響其他表面的加工精度。（5） 表面粗糙度配合面的表面粗糙度會影響連接面的配合質量，接觸表面的表面粗糙度會影響接觸面間的接觸剛度。3.2箱體的材料及熱處理1、箱體類零件的材料（1）箱體的材料 箱體零件的結構形狀比較復雜，一般選用鑄造毛坯。材料普遍采用灰鑄鐵。因為灰鑄鐵容易成形、易切削、成本低、吸振性和耐磨性較好。其牌號根據需要選用HT150HT300，最常用的是HT200。對于精密機床的主軸箱則選用耐磨的鑄鐵；負

24、荷較大的箱體采用鑄鋼制造；對于結構簡單，單件小批量生產的箱體，為了縮短制造周期則可采取鋼板焊接結構形式?；诣T鐵的用途 根據牌號的不同而選用：HT100低負荷和不重要的零件，如防護罩、小手柄、蓋板和重錘等；HT100承受中等負荷的零件，如機座、支架、箱體、帶輪、軸承座、法蘭、泵體、閥體、管路、飛輪和電動機座等；HT200、HT250承受較大負荷的重要零件，如機座、床身、齒輪、汽缸、飛輪、齒輪箱、中等壓力閥體、汽缸體和汽缸套等；HT300、HT350承受高負荷、要求耐磨和高氣密性的重要零件，如重型機床床身、壓力機床身、高壓液壓件、活塞環(huán)、齒輪和凸輪等。表31鑄鐵牌號和力學性能（摘自 GB/T 94

25、391988）牌號抗拉強度b/MPa抗壓強度bc/MPa顯微組織基  體石  墨HT100HT150HT200HT250HT300HT350·100150200250300350500650750100011001200F+P（少）F+PP細PS或TS或T粗  片較粗片中等片較細片細小片細小片（2）箱體的毛坯 毛坯為鑄鐵件，其鑄造方法視鑄件精度和生產批量而定。鑄件毛坯在單件小批量生產時，多采用手工木模造型，毛坯精度低，加工余量大；大批大量生產的毛坯多采用金屬模機器造型，毛坯精度較高，加工余量可適當減小。 單件小批量生產時直徑大于50mm的孔及成批生產時大

26、于30mm的孔，一般都在毛坯上鑄出預孔，以減少加工余量及節(jié)約材料。圖31 箱體的鑄件實物圖2、箱體的熱處理為了消除鑄造時形成的內應力，減少變形，保證其加工精度的穩(wěn)定性，毛坯鑄造后要安排人工時效處理。箱蓋、箱座的人工時效處理規(guī)范為加熱到500600，加熱速度50120/h，保溫46h，冷卻速度不大于30/h，出爐溫度不大于200普通精度的箱體，只需鑄造工序后安排一次人工時效處理。對于高精度或形狀復雜的箱體，要在粗加工后在安排一次人工時效，以消除粗加工帶來的內應力。經綜合考慮，本課題所設計的箱體箱蓋采用HT200。箱體毛坯采用金屬模機器造型，鑄造后進行人工時效處理，由于加工要求不太高，故工序間不穿

27、插熱處理。3.3 箱體的工藝性分析（1）減速器的箱蓋、箱座主要加工部分是分割面、軸承孔、通孔和螺孔，其中軸承孔要在箱蓋、箱座合箱后再進行鏜孔或銑削加工，以確保兩軸承孔中心線與分割面的位置，以及兩孔中心線的平行度和中心距。（2）減速器整個箱體壁薄，容易變形，在加工前要進行人工時效處理，以消除鑄件的內應力，加工時要注意夾緊位置和夾緊力的大小，防止零件變形。（3）如果磨削加工分割面達不到平面度要求時，可采用箱蓋與箱座對研的方法。最終安裝使用時，一般加密封膠密封。（4）減速器箱蓋和箱座不具有互換性，所以每裝配一套必須鉆鉸定位銷，做標記和編號。（5）減速器若批量生產可采用專用的鏜?；驅Ｓ苗M床，以保證加工

28、精度及提高生產效率。（6）兩孔的平行度的精度主要由設備精度來保證。工件一次裝夾，主軸不移動，靠移動工作臺來保證兩孔中心距。（7）兩孔平行度檢查，可用兩根心軸分別裝入兩個軸承孔中，測量兩根心軸兩端的距離差，即可得出平行度誤差。（8）兩孔軸心的位置度也通過兩根心軸進行測量。（9）箱蓋、箱座的平面度檢查，可將工件放在平臺上，用百分表測量。（10）一般孔的位置，靠鉆模和劃線來保證。3.4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、生產效率和經濟效益。應根據地生產類型、具體加工條件、工件結構特點和技術要求等選擇工藝裝備。 一、夾具的選擇 數控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是保

29、證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能協(xié)調零件與機床坐標系的尺寸。除此之外，重點考慮以下幾點：1）單件小批量生產時，優(yōu)先選用組合夾具、可調夾具和其他通用夾具，以縮短生產準備時間和節(jié)省生產費用；2）在成批生產時，應考慮采用專用夾具，并力求結構簡單；3）零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間；4）夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊機構元件不能影響加工中的走刀(如產生碰撞等)；5）為提高數控加工的效率，批量較大的零件加工可以采用多工位、氣動或液壓夾具。因為本課題所要加工的箱體類零件形狀比較復雜、生產批量較大，故在生產中較多的采用專用機床和

30、專用夾具。二、 刀具的選擇（1）刀具材料的選擇刀具材料的種類有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼和硬質合金。其中，硬質合金刀具應用較廣泛，它的硬度很高，常溫硬度達HRC74HRC81，耐磨性好，紅硬性高，在8501000仍能保持良好的切削性能，切削速度可比高速鋼高幾倍甚至幾十倍。因此，從加工效率和切削性能方面而言，應選擇硬質合金刀具。（選擇刀具材料見表32、33）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）在數控機床上銑削平面時，應采用鑲裝可轉位硬質合金刀片的銑刀。一般

31、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

32、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。表32 刀具的選擇原則加工材料加工性質設備余量工具材料牌號結構碳鋼合金鋼鑄鋼耐熱鋼粗銑大及中等動力機床大的；不均勻的YT5粗、精銑不大的YT15、YT30YG8鑄鐵粗銑不均勻的YG6、YG3粗、精銑大動力機床均勻的全部材料粗、精銑小動力機床W18Cr4V表33常

33、用硬質合金牌號的用途牌號用途YG3鑄鐵、有色金屬及其合金的精加工、半精加工。要求無沖擊YG6X鑄鐵、冷硬鑄鐵高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工及粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工，也能用于斷續(xù)切削YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼連續(xù)切削時的粗加工、半精加工及精加工。也可用于斷續(xù)切削時的精加工YT14YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削YT6冷硬鑄鐵，有色金屬及其合金的半精加工，也可用于合金的半精加工YW1不銹鋼、高強度鋼與鑄鐵的半精加工與精加工YW2不銹鋼、高強度鋼與鑄鐵的粗加工與半精加工YN05低碳鋼、中碳鋼、合金鋼的高速精車

34、，系統(tǒng)剛性較好的細長軸精加工YN10碳鋼、合金鋼、工具鋼、淬硬鋼連續(xù)表面的精加工（2）刀具類型的選擇根據被加工零件材料、熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量，選擇剛性好、耐用度高的銑刀，是充分發(fā)揮數控銑床的生產效率和獲得滿意加工質量的前提。圖32 幾種常見的銑刀數控銑床除可使用各種通用銑刀、成型銑刀外，還常使用適于加工空間曲面零件的球頭銑刀（圖33）。另外還有鼓形銑刀（圖34），它主要用于加工變斜角面。圖33 球頭銑刀端銑刀是數控銑床最常用的刀具，編程前經常要對端銑刀的幾何尺寸進行選擇。圖34 鼓形銑刀 圖35 端銑刀 經過選擇，本次加工時平面及斜面銑削采用鎢鈷類硬質合金。粗加工中使用YG6硬質合金

35、面銑刀或平底刀，精加工中使用YG3硬質合金球頭銑刀。三、量具的選擇單件、小批生產應廣泛采用通用量具，如游標卡尺、百分表和千分尺等；大批、大量生產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。根據本課題的需要，需選用游標卡尺、百分表、專用心軸等。3.5 切削用量的選擇切削用量是指切削時各運動參數的數值,它是調整機床的依據.切削用量包括切削速度v、進給量f和被吃刀量或側吃刀量。這三者常稱為切削用量三要素。（1）背吃刀量與側吃刀量背吃刀是指待加工表面與已加工表面的垂直距離,單位為mm。在銑削中為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸。端銑時，為切削層深度；而圓周銑削時，為被加工

36、表面的寬度。側吃刀量為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，端銑時為被加工表面寬度；而圓周銑削時為切削層深度。背吃刀量或側吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質量的要求決定。1）當工件表面粗糙度值要求為Ra=12.525時，如果圓周銑削加工余量小于5mm，端面銑削加工余量小于6mm,粗銑一次進給就可以達到要求。但是在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性；較差或機床動力不足時，可分為兩次進給完成。2）當工件表面粗糙度值要求為Ra=3.212.5,應分為粗銑和半精銑兩步進行。粗銑時背吃刀量或側吃刀量選取同前。粗銑后留0.51.0余量，在半精銑時切除。3）當工件表面粗糙度值要求為Ra=0.83.2;應分為粗銑、半精銑、精

37、銑三步進行。半精銑時背吃刀量或側吃刀量取1.52mm；精銑時，圓周銑側吃刀量取0.30.5mm，面銑刀背吃刀量取0.5mm。（2）切削速度V的選擇切削速度是指主運動的線速度，單位為m/s（或m/min）。數控銑削時的切削速度為：V=dwnw/1000式中 dw 銑刀回轉直徑，單位：mm；nw 銑削刀具的轉速，單位：r/s或r/min。銑削的切削速度V與刀具的壽命、每齒進給量（fZ）、側吃刀量以及銑刀齒數成反比，而與銑刀直徑成正比。其原因是當fZ、ap、ae和Z增大時，刀刃負荷增加，而且同時工作的齒數也增多，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高。為提高刀具壽命允許使用較低的切削速

38、度。但是加大銑刀直徑則可改善散熱條件，可以提高切削速度。表34 銑削加工的切削速度參考值工件材料硬度/HBSVc/m.min-1高速鋼銑刀硬質合金銑刀鋼<2251842661502253251236541203254256123675鑄鐵<19021366615019026091845902603204.51021303）進給量f與進給速度Vf的選擇銑削加工的進給量f(mm/r)是指刀具每轉一周，刀具與工件之間沿進給方向的相對位移量；進給速度Vf（mm/min）是單位時間內工件與銑刀沿進給方向的相對位移量。進給速度與進給量的關系如下式：Vf=fn式中 n 刀具的轉速，單位：r/mi

39、n。進給量與進給速度是數控銑床加工切削用量中的重要參數，根據零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，參考切削用量手冊選取或通過先取每齒進給量fZ，再根據公式f= fZ * Z計算（其中Z銑刀齒數）。每齒進給量fZ的選取主要依據工件材料的力學性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強度和硬度越高，fZ越??；反之則越大。硬質合金銑刀的每齒進給量高于同類高速鋼銑刀。工件表面粗糙度要求越高，fZ就越小。確定進給速度的原則： 1）當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100200mm/min范圍內選取。2）在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜

40、選擇較低的進給速度，一般在2050mm/min范圍內選取。3）當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在2050mm/min范圍內選取。4）刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設定該機床數控系統(tǒng)設定的最高進給速度。每齒進給量的確定可參考表35選取。工件剛性差或刀具強度低時，應取較小值。表35銑刀每齒進給量fZ的參考值刀具材料工件材料粗銑精銑高速鋼銑刀硬質合金銑刀高速鋼銑刀硬質合金銑刀鋼0.100.150.100.250.200.050.100.15鑄鐵0.120.200.150.30根據經驗選擇，一般粗銑的切削深度為23mm，半精銑的切削深度為0.52mm,精銑的切削深度為

41、0.20.5mm。本課題中研究的是HT200，由表可知：切削速度應在4590m/min，根據經驗我們選擇90m/min。由公式n=1000v/dw (dw-未加工工件的直徑)可以計算出,粗銑時時n=1500r/min ,精銑時n=2000r/min。刀具切削參數設定如下：圖36 刀具的選擇及參數設定3.6 進給路線的確定進給路線是刀具在整個加工工序中相對于工作的運動軌跡,它不但包括了工步的內容,而且也反映出工步的順序。進給路線是編寫程序的依據之一。因此，在確定走刀路線時最好畫一張工序簡圖，將已經擬定出的走刀路線畫上去（包括進、退刀路線），這樣可為編程帶來很多方便。在確定進給路線時，主要考慮以下

42、幾點：1）要考慮盡可能縮短走刀路線，以減少空行程時間，提高加工效率。2）為保證工作輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應安排最后一次走刀連續(xù)加工。3）刀具的進退刀路線須認真考慮，要盡量避免在輪廓處停刀或垂直切入切出工件，以免留下刀痕（切削力發(fā)生突然變化而造成彈性變形）。4）銑削輪廓的加工路線要合理選擇，一般采用三種走刀方式，如圖37：圖37 常見的進給路線（1）Z字形雙走刀 （2）單向走刀 （3）環(huán)形走刀在實際加工中Z字形雙方向走刀和單向走刀用于加工凹槽。而環(huán)形走刀，最后環(huán)切一刀光整輪廓表面。三種方案中，Z字雙方向走刀的加工表面質量最差，在周邊留有大量的殘余。單向走刀和環(huán)形走刀加工后都能保證精

43、度?？紤]到在本課題加工的箱體多為平面的銑削，故采用環(huán)形走刀。3.7加工路線的確定在數控銑削加工中，刀具相對于零件運動的每一細節(jié)都應該在編程時確定。這時，除考慮零件輪廓、對刀點、換刀點及裝夾方便外，還應注意到，在銑削輪廓表面時一般采用立銑刀側面刃口進行切削。由于主軸系統(tǒng)和刀具的剛度變化，當沿法向切入工件時，會在切入處產生刀痕，所以應避免，而應像圖38那樣，由零件輪廓曲線的切線上切入零件的輪廓，以避免在加工表面產生痕跡。在切出時，也是如此。而且在刀具切入切出時，均應考慮有一定的外延，以保證零件輪廓光滑過渡。圖38切入切出的路線 在銑削封閉的內輪廓表面時，切入切出無法外延，這時銑刀只有沿法線方向切入

44、和切出，這種情況下，切入切出點應選在零件輪廓兩幾何要素的交點上，而且進給過程中要避免停頓。為了消除由于系統(tǒng)剛度變化引起進退刀時的痕跡，可采用多次走刀的方法，減小最后精銑時的余量，以減小切削力。用圓弧插補方式銑削整圓外側面時，不要在切點處直接退刀，而應讓刀具沿切線方向多運動一段距離，以免取消刀補時，刀具與工件表面相碰，造成工件報廢。如圖1.6（a）所示。銑削內圓弧時也要遵循從切向切入的原則，最好安排從圓弧過渡到圓弧的加工路線，這樣可以提高內孔表面的加工質量。如圖1.6（b）所示。圖39整圓加工刀具路線（a） （b）a)銑削外圓刀具路線 1-2-3-4-5 b) 銑削內圓刀具路線1-2-3-4-5

45、箱體的在本課題的加工過程中，應遵循以下原則：（1）“先面后孔”的加工順序 箱體的平面與孔相比，通常孔的精度要求高，加工難度大。先以孔粗基準加工作為基準的平面，在以加工后的平面作精基準來加工孔，這樣既能為孔的加工提供穩(wěn)定可靠的精基準，也可使孔的加工余量較為均勻。同時先加工平面也可以切去鑄件表面的夾砂等缺陷，加工孔時可避免鉆頭引偏、崩刃。（2）加工過程粗細分開 箱體重要加工表面都要分為粗、精加工兩個階段，這樣可以避免或減小粗加工產生的內應力和切削熱對加工精度的影響；粗、精加工分開也可及時的發(fā)現毛坯缺陷，避免浪費；粗精加工分開還可以根據不同的加工要求、特點，合理選擇加工設備，使高精度設備的使用壽命延

46、長，提高經濟效益。（3）工序間安排時效處理 箱體的結構復雜、壁厚不均勻，鑄造的殘余應力較大?？紤]到本課題箱體精度要求不高，故工序間無需安排時效處理。（4）選擇箱體的重要孔為粗基準 加工順序的原則就是以上內容，具體的加工工序見附表加工工藝過程卡。3.8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

47、處理引起的變形，否則可能產生廢品。 4）應考慮工件的大小。工件越大，由切削力、內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。要確定各工序的加工余量首先要確定箱體的加工方法及鑄件總的加工余量，下表為平面加工的經濟精度與表面粗糙度，我們可以參照選取合適的加工方案。表36 平面加工的經濟精度與表面粗糙度序號加工方法經濟精度表面粗糙度適用范圍1粗車101112.56.3未淬硬鋼、鑄鐵、有色金屬2粗車半精車896.33.23粗車半精車精車671.60.84粗車半精車磨削790.80.2鋼、鑄鐵5粗銑1214

48、12.56.3不淬硬鋼6粗銑半精銑11126.31.67粗銑精銑796.31.68粗銑半精銑精銑783.21.69粗銑拉690.80.2未淬硬平面10粗銑精銑寬刃刀精刨670.80.2為淬硬鋼件、鑄鐵件、有色金屬11粗銑半精銑精銑寬刃刀低速精刨50.80.212粗銑精銑刮研560.80.113粗銑半精銑精銑刮研14粗銑精銑磨削670.80.2淬硬或為淬硬的黑色金屬工件15粗銑半精銑精銑磨削560.40.216粗銑精銑磨削研磨5級以上<0.1注：加工方案刨同銑在本課題中，由于使用的設備為數控機床，加工精度高，故加工方案選擇序號7，即進行粗銑和精銑。其加工余量的選擇參照下表：表37 平面的加

49、工余量加工工序加工長度加工寬度1001003003001000粗加工后、精刨或精銑3003001000100020001.01.52.01.52.02.52.02.53.0精銑或精刨后磨削3003001000100020000.20.30.250.40.30.50.250.40.30.50.40.60.40.60.40.7刮研3003001000100020000.150.200.250.150.200.250.200.250.30查表可知，箱體在磨削加工中的加工余量為0.5mm，精加工時的加工余量為1或1.5mm。現在只剩下粗加工的加工余量，這時只需求得鑄件的總加工余量就可以求出粗加工的加工

50、余量了。鑄件總加工余量的選取參照表38即可。鑄件的機械加工余量代號為MA，分為A、B、C、D、E、F、G、H和J9個等級。在表38中每欄有兩組數據，上面的數據是以一側為基準、進行單側加工的加工余量，下面的數據位進行雙側加工時每側的加工余量值。表38 灰鑄鐵的加工余量鑄件的最大尺寸澆注時的位置加工面與基準面之間的距離50501201202602605005008008001250120頂面底、側面3.54.52.53.54.04.53.03.5120260頂面底、側面4.05.03.04.04.55.03.54.05.05.54.04.5260500頂面底、側面4.56.03.54.55.06.

51、04.04.56.07.04.55.06.57.05.06.0500800頂面底、側面5.07.04.05.06.07.04.05.06.57.04.55.57.08.05.06.07.59.06.57.08001250頂面底、側面6.07.04.05.56.55.55.05.57.08.05.06.07.58.05.56.08.09.05.57.08.5106.57.5由上表可知：箱蓋與箱座結合面（箱蓋處）、箱座底面的加工余量為3mm,箱蓋蓋板處、箱蓋與箱座結合面（箱座處）、軸承孔端面的加工余量為3.5mm，箱蓋與箱座合箱后軸承孔處的加工余量為8mm。粗加工工序的加工余量由鑄件的加工總余量減

52、去精加工的加工余量即可。4.加工程序的編制4.1數控指令簡介數控系統(tǒng)常用的功能有準備功能、輔助功能及其他功能三種，這些功能是編制加工程序的基礎。（1）準備功能準備功能又稱G功能或G指令。它的定義是執(zhí)行機床或控制系統(tǒng)某種功能的一種命令。準備功能字中的后續(xù)數字大多為兩位正整數（包括0 0）。表41 常用的G代碼及功能G代碼組別功 能G代碼組別功 能G0001快速點定位G5414選擇第一工件坐標系G01直線插補（進給速度）G55選擇第二工件坐標系G02圓弧/螺旋線插補（順圓）G56選擇第三工件坐標系G03圓弧螺旋線插補（逆圓）G57選擇第四工件坐標系G0400暫停G58選擇第五工件坐標系G1702選擇XY平面G59選擇第六工件坐標系G18選擇ZY平面G6512宏程序及宏程序調用指令G19選擇YZ平面G66宏程序模式調用指令G2006用英制尺寸輸入G67宏程序模式調用取消G21用公制尺寸輸入G6816坐標旋轉指令G2800返回參考點G69坐標旋轉撤銷G30返回第二參考點G7309深孔鉆削循環(huán)G31跳步功能G74攻螺紋循環(huán)G4007刀具半徑補償撤銷G80撤消固定循環(huán)G41刀具半徑左偏補償G81鉆孔循環(huán)G42刀具半徑右偏補償G85鏜孔循環(huán)G4308刀具長度正