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1、河北机电职业技术学院毕业设计（论文）河北机电职业技术学院（毕业）论文花键轴零件的数控加工 论文题目： 花键轴零件加工工艺 学生姓名： 刘建龙 学 号： 05050523080230 专业班级: 数控设备应用于维护0802 指导教师: 王国章 2011年4月27日摘要 世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。 未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工
2、业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10100件）约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。为了满足
3、多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。根据国家标准，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerical ，缩写）。目 录序 言 数控与普通加工的优缺点3第一章 数控车的工艺与工装削的要点及步骤41. 合理选择切削用量 42. 合理选择刀具 53. 合理选择夹具 54.
4、 确定加工路线 5.5. 加工路线与加工余量的联系 56. 夹具安装要点 5第二章 花键轴零件加工及工艺分析 61 图例分析62 花键轴零件加工工艺 63 选择装备 84 确定零件定位基准和装夹方式 85 制定加工方案 96 刀具及刀位号 97 编写程序 9结束语 13参考文献 14序言数控与普通加工的优缺点比较数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计
5、算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。.普通车床：加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。1、低频力矩大、输出平稳 2、高性能矢量控制 3、转矩
6、动态响应快、稳速精度高 4、减速停车速度快 5、抗干扰能力强.数控车床：数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在中国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。第一章 数控车的工艺与工装削的要点及步骤数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型
7、机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。普通机床改造为经济性数控车床有以下优越性：可以加工传统机床不可以加工的曲线，曲面等复杂的零件。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警，自动控制，自动补偿等多
8、种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。数控机床能够降低操作人员的劳动强度，节省劳动力，减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反映等。数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。1. 合理选择切削用量对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提
9、高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工
10、材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。 2. 合理选择刀具1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。3. 合理选择夹具1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。4. 确定加工路线加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。5. 加工路线与加工余量的联系目前，在数控车床还未达到普
11、及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。6. 夹具安装要点目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。第二章 花键轴零件加工及工艺关键词 花键轴，切削用量，工艺路线，刀具选择，数控编程1. 图例分析图1花键轴零件2. 花键轴零件加工工艺分析（1） 技术要求 图1为花键轴安装滚动轴承，直径公差等级IT7，两外圆同轴度要求较高；轴向右端1.3mm28.6mm沟槽用于安装卡簧，
12、必须保证轴向尺寸公差在0.12mm。 （2）毛坯选择 花键轴直径相差不大，采用直径为36mm热轧圆棒料，在锯床上按250mm长度下料。 （3）花键轴加工时切削用量选择如下表1：表1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 3000.43.0半精车外圆4600.150.4车螺纹300切槽4600.1螺纹M161.5车削时大径去直径为15.8mm，总背吃刀量去0.65P=（0.651.5）mm=0.95mm,分三次循环切削，第一次被吃刀量取0.475mm，第二次取0.3mm，第三次取0.2mm。（4）走刀路线和对刀点选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具
13、运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。这个相对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。（5）花键轴加工工艺卡表2花键轴加工工艺卡工序号工 序名 称工 序 内
14、 容工 艺 设 备工 序程 序花键外圆倒角C2.15半精车花键外径至30.25mm,长69.3mm半精车外圆30.5mm至尺寸车右端20 js7处退刀槽2mm19mm车花键外圆处卡簧槽1.3mm28.6mm,保证尺寸85.26mm工件调头，用两顶尖装夹M00螺纹处倒角C1半精车螺纹大径15.8 mm,长20mm左端20h7处倒角C1.15半精车20h7外圆至20.25mm,长32.9mm半精车25js外圆至20.25mm,长48.1mm车螺纹处退刀槽2mm14mm车左端20h7处退刀槽2mm19mm车25js7处退刀槽2mm24mm车螺纹M161.5M007铣工件用顶尖装夹滚床、花键滚刀按零件
15、图要求滚铣花键8铣工件用两顶尖装夹,加辅助支承X52K铣床、两顶尖、辅助支承、键槽铣刀按零件图要求铣键槽9磨工件两顶尖装夹M1420磨床、两顶尖、GB砂轮磨花键外圆磨左端20h7外圆和台阶面磨25js7外圆工件调头用两顶尖装夹磨右端20h7外圆和台阶面3.选择装备根据被加工零件的外型和材料等条件选定X52K铣床、M1420磨床。4.确定零件定位基准和装夹方式为保证花键轴各圆柱面的同轴度和其他位置精度，半精车、精车和磨削时应该选择基准轴线为定位基准，轴两端钻中心孔，用两顶尖装夹。两端中心孔相关尺寸和位置精度以及粗糙度是影响加工精度的重要因素，因此工件在调质等热处理后要安排修磨中心孔的工序。粗车时
16、为了保证工件装夹刚性，常采用一夹一顶的装夹方法，左端采用三爪自定心卡盘夹紧、右端采用活动顶尖支顶。5.制定加工方案按先主后次、先粗后精的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令进行粗加工，再精加工，加工螺纹。6.刀具及刀位号粗车、半精车使用同一把90合金外圆车刀，安装在刀架的1号刀位上，并定为基准刀。车沟槽使用两把车槽刀，一把主切削刃宽2mm，另一把主切削刃宽1.36mm，刀位点都取在左刀尖。分别安装在刀架的2、3号刀位上。车螺纹使用60外螺纹车刀，刀尖角取为5930，安装在刀架的4号刀位上，用试切对刀法测定各刀具的刀位偏差值，并在程序运行前输入数控系统。7.编写程序（1）工序3加工如下：O10
17、30N010 G92 X60 Z5;N020 M06 T0101;N030 M03;N040 G90 G99 G00 X31; 绝对值编程，每转进给量，从对刀点进刀N050 G01 Z-200 F0.4; 粗车外圆至31mm，长200mm;N060 G00 X35 Z5; 退刀至循环起点N070 G80 X25 Z-15 F0.4; 20js7外圆粗车循环，车至25mm，长15mmN080 G80 X21 Z-15 F0.4; 20js7外圆粗车循环，车至21mmN090 G00 X60; 快速点定位返回对刀点N100 M00 M00； 程序运行暂停，工件调头装夹N110 G80 X35； 快
18、速点定位至循环起点N120 G80 X30 Z-100 F0.4; 25js7外圆粗车循环，车至30mm,长100mmN130 G80 X26 Z-100 F0.4; 25js7外圆粗车循环，车至26mm,N140 G80 X21 Z-52 F0.4; 左端20h7粗车循环，车至21mm，长52mmN150 G80 X17 Z-19 F0.4; 螺纹大径粗车循环，车至17mm，长19mmN160 G00 X60； 快速点定位返回对刀点N170 M05; N180 M02;（2）工序6加工程序如下：O1060;N010 G92 X60 Z5;N020 M06 T0100;N030 M03;N04
19、0 G90 G99 G00 X15.65 Z1.15; 进刀准备右端25js7处倒角N050 G01 X20.25 Z-1.15 F0.15; 倒角C1.15N060 Z-15.9; 车20js7外圆至20.25mm，长15.9mmN070 X30.25 C2.15; 车花键右端面并倒角C2.15N080 Z-85.26; 车花键外圆至30.25mm,长69.36mmN090 X30.5; 准备车30.5外圆N100 Z-140； 车外圆30.5mmN110 G00 X60 Z5; 快速点定位返回对刀点N120 M06 T0202; 选择2号车槽刀，刀补号2N130 G00 X35 Z-15.
20、9; 快速点定位至车槽进刀点N140 G01 X19 F0.1; 车槽219N150 G00 X60; 退刀至临时换刀点N160 T0200; 取消2号刀补N170 M06 T0300; 选择3号车槽刀，刀补号3N180 G00 X35 Z-85.26; 快速点定位至切槽进刀点N190 G01 X28.6 F0.1; 车花键外圆处卡簧槽1.3mm28.6mmN200 G04 X1; 车槽底N210 G00 X35; 退刀N220 X60 Z5; 快速点定位返回对刀点N230 T0300; 取消3号刀补N240 M00; 程序运行暂停，工件调头装夹N250 M06 T0100; 选择1号外圆车刀
21、N260 G00 X11.8 Z1; 进刀准备左端螺纹处倒角N270 X15.8 Z-1 F0.3; 倒角C1N280 Z-20; 车螺纹大径至15.8mm,长20mmN290 X20.25 C1.15; 车左端20h7左端并倒角C1.15N300 Z-52.9; 车左端20h7外圆至20.25 mmN310 X20.25; 车台阶面N320 Z-101; 车25js7外圆至20.25mm，长48.1mmN330 X31; 车台阶面N340 G00 X60; 快速退刀至临时换刀点N350 M06 T0200; 选择2号车槽刀，刀补号2N360 G00 X32; 快速点定位至车槽进刀点N370
22、G01 X24 F0.1; 车25js7处退刀槽2mm24mmN380 G00 X32; 退刀N390 Z-52.9; 快速点定位至20h7处退刀槽进刀点N400 G01 X19 F0.1; 车槽2mm19mmN410 G00 X32; 退刀N420 Z-20; 快速点定位至车螺纹退刀槽进刀点 N430 G01 X14; 车槽2mm14mmN440 G00 X32; 退刀N450 X60 Z5; 快速点定位返回对刀点N460 T0200; 取消2号刀补N470 M00; 程序运行暂停，调整主轴转速N480 M06 T0404; 选择4号螺纹车刀，刀补号4N490 G00 X18; 快速点定位至
23、螺纹车削循环起点N500 G82 X14.85 Z-19 F1.5; 第一次螺纹车削循环（背吃刀量0.475mm）N510 G82 X14.25 Z-19 F1.5 第二次螺纹车削循环（背吃刀量0.3mm）N520 G82 X13.85 Z-19 F1.5; 第三次螺纹车削循环（背吃刀量0.2mm）N530 G00 X60; 快速点定位返回对刀点N540 T0400; N550 M05;N560 M02;本设计采用花键轴进行编程设计,在螺纹车削编程中要注意,数控车床主轴上必须安装有脉冲编码器测定主轴实际转速,从而实现主轴转一转刀具进给一个螺纹导程的同步运动,从螺纹粗车到精车,主轴的转速必须保持
24、不变. 该花键轴零件结构比较简单，有螺纹、倒角、键槽、退刀槽，由于该零件主要是用于配合,所以也要考虑到配合间隙、公差、形位公差等。该花键轴加工顺序为： 预备加工-车端面、钻中心孔-粗车-调质-研磨中心孔-半精车-车沟槽-车螺纹-滚花键-洗键槽-热处理-磨外圆和台阶面。该编程螺纹车削采用单一固定循环指令G82,用该指令编程用一个程序段就可实现螺纹车削“切入车螺纹退刀返回”四个顺序动作的自动循环。数控加工的基本编程方法是用点定位指令编写接近或离开工件等空行程轨迹，要用插补指令编写工件轮廓的切削进给轨迹。结束语 经过了半年的学习和工作，我终于完成了这篇论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文
25、章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰， 这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力。本设计查阅大量相关资料, 对数控编程加工的应用进行分析,我相信，通过这次的实践，我对数控的加工能进一步了解，并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的工作，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋
26、云，聚散真容易。在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。 三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。还要感谢我的父母，给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育的机会，养育之恩没齿难忘
27、； 他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬和报答他们！， 还有许多人，也许他们只是我生命中匆匆的过客，但他们对我的支持和帮助依然在我记忆中留底了深刻的印象。在此无法一一罗列，但对他们，我始终心怀感激。最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢！ 参考文献1张建民编著机电一体化系统设计M北京：北京理工大学出版社，19962富大伟、刘瑞泰主编数控系统J北京：化学工业出版
28、社，20053钱季宝编著机床电路图读绘须知C北京：机械工业出版社，20004贾亚洲主编金属切削机床M北京:机械工业出版社,20005白恩远、王俊元编著现代数控机床伺服及检测技术J北京:国防工业出版社,20036钱平主编伺服系统J北京：机械工业出版社，20057严美珍主编机床数控原理与系统M北京：机械工业出版社，19868孙涵芬、徐爱卿编著MCS-51/96系列单片机原理及应用(修订版)J北京:北京航空航天大学出版社9 机床设计手册M北京：机械工业出版社，198010 机床设计图册J上海:上海科学技术出版社,197911 机电一体化工程专业专科毕业设计指导书R成都电子科大成人教育学院函授部12 徐锦康主编机械设计M北京：高等教育出版社,200413 周元康、林昌华编著机械设计课程设计C重庆：重庆大学出版社,200114 李硕根、杨兴骏编著.互换性与技术测量M.北京：中国计量出版社，2000.115 刘光南主编.机床计算机数控及其应用J.北京：机械工业出版社，199716 胡占齐、董长双、常兴主编17 汤彩萍编著数控技术专业英语C北京：电子工业出版社，200518 刘小芹主编武汉：华中科技大学出版社，200115