传动轴的价格工艺与编程.doc

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1、河北机电职业技术院毕业设计传动轴的价格工艺与编程系 别 机械制造工程系 专 业 数控设备应用与维护 班 级 1201班 姓 名 高磊 学 号 500323120308 指导教师 张勇 完成日期 2015 年 5 月 20 日摘 要随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术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，因为效率和质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，

2、确定切屑用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要做一些处理，并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的产品。对数控机床的特点进行了研究。针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切屑用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度、加工效率、简化工序等方面的优势。关键词 工艺分析 加工方案 机床加工 控制尺寸 工艺编程背景传动轴是组成机器零件的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动。传动轴的主要作用为，传递力矩和扭矩。传动轴常用于变

3、速箱与驱动桥之间的连接，这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不能承受弯矩。应该使传动轴具有足够的强度和高临界转速，在强度计算中，由于所获取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴工艺设计方法，并根据现代规范增添了些表面处理的方法比如表面发蓝。主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工。 目 录 摘要-I背景-II第1章 工艺方案的分析-第1页 1.1 零件图-第1页 1.2 零件图分析-第1页 1.3 零件的工艺分析-第2页 1.4 确定加工方法-第2页 1.5 确定加工方案-第2页第2章 工件的装夹-第4页 2.1 定位基准的选择-第4页 2.2 定位基准选择的原则-

4、第4页 2.3 确定零件的定位基准-第4页 2.4 装夹方式的选择-第4页 2.5 数控车床常用的装夹方式-第4页 2.6 确定合理装夹方式-第5页第3章 刀具及切削用量-第6页 3.1 选择数控刀具的原则-第6页 3.2 选择数控车削刀具-第7页 3.3 设置刀点和换刀点-第7页 3.4 确定切削用量-第8页第4章传动轴零件的加工-第9页 4.1 传动轴零件加工工艺分析-第9页 4.2 传动轴零件加工工艺-第12页 4.3 加工坐标系设置-第14页 4.4 保证加工精度方法-第17页第5章 数控加工程序-第18页第6章 设计总结-第28页参考文献 -第29页附 录-第30页 第1张工艺方案分

5、析1.1 零件图1.2 零件图分析该零件属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。尺寸完整， 该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。 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60mm的热轧圆钢作毛坯。1.3零件的工艺分析（1）对于7级精度、表面粗糙度Ra0.80.4m的一般传动轴，其工艺路线是：正火车端面钻中心孔粗车各表面精车各表面铣花键、键槽热处理修研中心孔粗磨外圆精磨外圆检验。（2）轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。在大批量生产中常在铣

6、端面1.4确定加工方法加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和行为公差要求等全面考虑。图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，而取其基本尺寸。通过上图数据分析，考虑加工效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为中批量加工，故加工设备采用数控车床。根据加工零件的外形和材料以及环境条件，故选用CA6140数控机床。1.5确定加工方案方案一工序1铣轴的两端面，打中心孔工序2粗车外圆大小端各外径工序3半精车，倒角工序4铣键槽工序5精车，切退刀

7、槽工序6调质工序7去毛刺工序8磨削方案二工序1车轴一端打中心孔工序2车轴另一端打中心孔工序3半精车倒角工序4精车，切退刀槽工序5调质工序6铣键槽工序7去毛刺工序8磨削比较上面两方案，方案一在加工两中心孔时存在同轴度误差，若把铣键槽放在精车之前，在精车时断续车削容易引起振动，影响加工质量。综上所述方案二合理本设计的加工方法如下： 1两端面：公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5m,需进行铣削加工。225左外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6m，需进行粗车，半精车，精车。330外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5m，需进行粗车，半精车，精车。4 25右外圆表面：公差等级

8、IT6，表面粗糙度为Ra1.6m，需要进行粗车，半精车或磨削加工。第2章 工件的装夹2.1 定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。2.2 定位基准选择的原则 1）基准重合原则。 为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。 2）便于装夹原则。 所选择的定位基准应能保证定位的准确、可靠，定位夹紧机构简单、易操作、敞开性好，能够

9、加工尽可能多的表面。 3）便于对刀的原则。 批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。2.3 确定零件的定位基准以左右端大端面为定位基准。2.4 装夹方式的选择为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率、加工成本及操作安都有直接影响。2.5 数控车床常用的装夹方式 1) 在三爪自定心卡盘上装夹。 三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便，省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。 2）在两顶尖之间装夹。

10、 对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。 3）用卡盘和顶尖装夹。 当车削质量较大的工件时，要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准，应用较广泛。 4）用心轴装夹。 当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好轴向定位准确。2.6 确定合理的装夹方式装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯右端，加工左端达到工件精度要求，再工件调头加工，用三爪自定心卡盘卡住毛坯左端32，再加工左端达到工件精度要求。第 29

11、 页 第3章 刀具及切削用量3.1 选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点，根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选的比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产率，刀具寿命可选的低些，一般取1530min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选的高些，应保证刀

12、具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选的低些，当某些工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命应选的低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适用高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。3.2数控车削用的工具数控车床车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀等三类。

13、成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成形车刀有小小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线型切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖是由直线型的主副切削刃组成。尖形车刀几何参数的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑。并应兼顾刀尖本身的强度。圆弧形车刀;圆弧形车刀是以一圆度或轮廓误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此,刀位点不在圆弧上,而在该圆的圆心上圆弧形车刀可以用于车削内外表面,特别适合于车

14、削各种光滑连接(凹形)的成型面.选择车刀圆弧半径时应考虑两点，车刀切削刃的圆弧半径小于或等于零件凹型轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉。该半径不宜选 择太小，否则不但造 成困难，还会因为刀尖太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。3.3设置刀点和换刀点刀具究竞从什么位置开始移动到指定的位置呢？所以在程序执行的一开始，心须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置 ，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起点或起刀点，此起始点一般通过对刀来确定，所以，该 点又称为起刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置，对刀点设置原则是：便于数值处理的简化和简化程序编制，易于找正并在加工过程中

15、便于检查，引起的加工误差小。对刀点可以设置在零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应设置在零件的设计基准或工艺机床上，实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放在对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”重合。所谓刀位点是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点是刀尖或刀尖的圆弧中心。平底立铣刀是是刀具轴线与刀具底面的交点。球头铣刀是球的中心。钻头是钻尖。用于手动对刀操作，对刀精度较低。且效率低。有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等。以减少对刀时间。提高对刀精度。加工过程中需要换刀时应规定换刀点。所谓换刀点是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以

16、换刀时不碰工件以及其他部件为准。3.4 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。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，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。第4章 传动轴类零件的加工4.1传动轴零件加工工艺分析 （1）技术要求 根据工作性能与条件，该传动轴图样(图A-1)规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要

17、求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q的加工。（2） 毛坯选择 1.传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。2.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60mm的热轧圆钢作毛坯。（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。 粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定

18、心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。（4）确定主要表面的加工方法 传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案(参考表A-3)可为： 粗车半精车磨削。（5）划分阶段对精度要求较高的

19、零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。 该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。（6）热处理工序轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。 综合上述分析，传动轴的工艺路线如下： 下料车两端面，钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆，车槽，倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。4.2 传动轴零件加工工艺（1）确定加工顺序及进给路线 加工顺序按粗到精

20、、由近到远的原则确定。工件左端加工：即先从左到右进行外轮廓粗车（0.5mm余量精车），然后从左到右进行外轮廓精车，最后加工螺纹。工件调头，工件右端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓、切退刀槽、最后精加工螺纹。（2）选择刀具 1）车端面。 选用硬质合金45端度车刀，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。 （3

21、） 选择切削用量及计算 切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。车削时，工件加工表面最大直径的线速度称为切削速度，以v（m/min）表示，其计算公式 v=pdn/1000（m/min） 式中： d工件待加工表面的直径（mm） n车床主轴每分钟的转速（r/min）根据零件的结构特点，外轮廓采用90度硬质合金外圆车刀，轮廓粗加工留0.5mm的精车余量，一般粗加工时选主轴转速为s=800r/mim，精加工选择主轴转速为s=1000r/min。综合如表4.21.表4.21切削用量选择主轴转速s（r/min）进给量f（mm/r）背吃刀量ap/mm粗车外圆轮

22、廓800 0.12.5精车外圆轮廓1000 0.050.5粗、纹 300 1.50.4切槽 500 1.50.1 表4.22 刀具卡片 产品零件或代号零件名称轴图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金端面45度车刀1粗、精车端面2T02硬质合金90度外圆车刀1粗、精外轮廓面3T03硬质合金车槽刀1切槽4460度合金外螺纹车刀1粗、精车螺纹4.3传动轴机械加工工艺过程工序简图4.4 保证加工精度方法 为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的重要原因，采取相应的误差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始误差对精简加工精度的影响。1) 刀具半径的选定a

23、 刀具的半径R比工件转角处半径大时不能加工。b 刀具较小时不能用较大的切削量加工 （刀具刚性好）。 2）采用合适的切削液 a 切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要作用。 b 非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。 c 水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷却作用和清洗作用。 故本设计加工时采用水溶液进行冷却第 5 章 数控加工程序1.本程序中坐标原点为毛坯右端面圆心。刀具有三把，一把端面车刀，一把外圆车刀，一把打孔刀。0001T0303G97G99S600M03M08G00X10

24、0Z100X42Z3G01Z-1X0F50Z3X42F100Z-2X0F50Z3G00X100Z100M05M09T0101G97G99S600M03M08G00X100Z100X42Z2G71U1R0.5F100G71P10Q20U-0.5W0F0.2N10G00X26.5Z2G01X26.5Z-1X30Z-4.031Z-40.5X32.928X34Z-42.5Z-58X34.96Z-58.831Z-71.3X35.362X39Z-72.8Z-94N20X40Z-96G00X100Z100T0101G97G99S800G00X26.5Z2G70P10Q20F0.1G00X100Z100M05

25、M09T0101G97G99S1000M03M08G00X100Z100X34Z-42G70P30Q40F0.1N30G01X34Z-42.5N40Z-58G00X100Z100M05M09T0202G97G99S500M03M08G00X100Z100X0Z3G01Z-32Z3G00X100Z100M05M09T0101G97G99S600M03M08G00X100Z100X11.5Z2G01X10Z-0.75Z3G00X100Z100M05M09M302.本程序中坐标原点为左端面圆心。使用两把刀具，一把端面刀，一把外圆刀。00002T0303G97G99S600M03M08G00X100Z

26、100X42Z3G01Z-1X0F5Z3X42F100Z-2X0F50Z3G00X100Z100M05M09T0101G97G99S600M03M08G00X100Z100X42Z2G71U1R0.5F100G71P10Q20U0.5W0F0.2N10G00X20.598Z2G01Z0X21Z-1.5Z-19.6G03R0.4G01X26.5Z-21X30Z-24.031N20Z-62G00X100Z100T0101G97G99S800G00X20.598Z2G70P10Q20F0.1G00X100Z100M05M09本程序中坐标原点如图4-1坐标原点在A面，刀具为立铣刀。00003T01M0

27、6G90 G54 G00 X0 Y0 S600 M03G43 H01 Z50Z10G01 Z-1.77 F150G41 D01 Y-10.152 X38.731G03Y10.152 R20G01 X0 G00 Z10 X158 Y0G01Z-1.77 F150 Y-10.152X147.848G02 Y10.152 R20G01 X158G00 Z10G40 X-50Y-50G28 G91 Z2 M05M30本程序中坐标原点同工序P3，原点在B面。刀具为立铣刀。00003T01 M06G90 G5 4G00 X0 Y0 S600 M03G43H01Z50Z10G01 Z-1.77 F150G4

28、1 D01 Y-10.152X38.731G03 Y10.152 R20G01 X0G00 Z10X158 Y0G01 Z-1.77 F150Y-10.152X147.848G02 Y10.152 R20G01 X158G00 Z10G40 X-50 Y-50G28 G91 Z2 M05M30本程序中坐标原点同工序P3，原点在C面。刀具为立铣刀。00003T01 M06G90 G54 G00 X0 Y0 S600 M03G43 H01 Z50Z10G01 Z-1.77 F150G41D01Y-10.152X38.731G03 Y10.152 R20G01 X0G00 Z10X158 Y0G01

29、 Z-1.77 F150Y-10.152X147.848G02 Y10.152 R20G01 X158G00 Z10G40 X-50 Y-50G28 G91 Z2 M05M30本程序中坐标原点同工序P3，原点在D面。刀具为立铣刀G43H01Z50Z10G01Z-1.77F150G41D01Y-10.152X38.731G03Y10.152R20G01X0G00Z10X158Y0G01Z-1.77F150Y-10.152X147.848G02Y10.152R20G01X158G00Z10G40X-50Y-50G28G91Z2M05M304.6工序P6的程序本程序中坐标原点同工序P3，原点在D面。

30、刀具为立铣刀。00003T01 M06G90 G54 G00 X0 Y0 S600 M03 G43 H01 Z50 Z10G01 Z-1.77 F150 G41 D01 Y-10.152 X38.731G03Y10.152 R20G01 X0 G00 Z10X158 Y0G01 Z-1.77 F150 Y-10.152X147.848G02 Y10.152 R20G01 X15G00 Z10G40 X-50 Y-50 G28 G91 Z2 M05M30第6章设计总结 经过了这一段时间，在指导老师的热心帮助下和我自己的努力下完成了这次论文。在这过程中，我把作业所涉及到的课本都系统地复习了一遍，有

31、的比以前学的更透彻，而且有了整体概念。同时还把这些课本的内容都联系了起来，整合到了一份作业上，“机”与“电”的整合，“理论”与“实践”的整合，“技术”与“经验”的整合，真可谓全兵演练，真的受益非浅。然而，通过这次作业也暴露出了我的许多不足之处，概念模糊、工作原理搞不清、结构设计不合理、缺乏创新理念等等。这些不足在以后的工作中肯定起到很大的反作用，阻碍工作进展，所以我会狠下功夫，改掉这些不足。 在学习和生活期间，我始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅，此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少资料，才使我的毕业论文工作顺利完成。总之,通过这么长时间的合作我们的团体结合力得到了近一步的提高.在每个地方我门都要注意团结精神,跟同事的和睦相处也是必不可少的。参考文献吴宗泽，罗圣国 主编 机械设计课程设计手册 高等教育出版社 李益民 主编 机械制造工艺简明手册 机械工业出版社 黄健求 主编 机械制造技术基础 机械工业出版社 张春梅，刘静香 主编 工程力学 北京理工大学出版社邓文英 主编 金属工艺学 高等教育出版社 艾兴，肖诗纲 主编 切削用量简明手3版 机械工业出版社