齒輪軸的數控加工畢業(yè)設計

1、齒輪軸的數控加工系 （院）： 學生姓名： 專業(yè)班級： 學 號： 指導教師： 2012年11月5日聲 明本人所呈交的 齒輪軸的數控加工 ，是我在指導教師的指導和參閱相關著作下獨立進行分析研究所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日 期： 【摘要】齒輪軸零件在現(xiàn)代生活中有十分重要和不可忽視的地位，數控生產的加工工藝對于我們熟練應用數控編程等相關技術有很大的幫助。在此我通過所學數控基礎知識和原有的加工工藝設計基礎上對齒輪軸零件的數控加工等工藝做出說明，希望通過這畢

2、業(yè)設計使我們在數控技術應用和產品的加工方面得到一定的經驗。本論文針對典型零件的工藝設計與加工及對數控技術的發(fā)展進行了簡單的闡述。對軸類零件的分類，軸類零件的加工材料，選用刀具及其加工方法進行了簡單的描述，本文中詳細的描述了對軸類中心孔的定位方法?！娟P鍵詞】：齒輪軸、數控編程與加工、工藝分析、加工方案、定位方法目 錄引 言1二、齒輪軸零件的加工目的3三、零件圖工藝分析3（一）零件圖分析3（二）選擇毛坯4（三）劃分工序4四、 數控車床加工部分4（一）確定加工順序以及進給路線4（二）數控車床和刀具的選擇6（三）切削用量選擇6（四）數控加工工藝卡片擬定7（五）數車程序分析8五、加工中心加工部分11（一

3、）加工順序以及進給路線11（二）加工中心和刀具選擇12（三）加工中心工序卡片擬定13（四）加工中心程序分析13總 結16參考文獻17謝 辭18引 言大學學習了數控技術，數控這個專業(yè)在學校可以說是學院相當重視的一個專業(yè)了，在這個三年里我們學了很多與數控相關的課程，數控加工工藝、數控編程、數控機床、機械制設計基礎、數控機床控制技術與系統(tǒng)、公差測量與配合等相關專業(yè)課程以及ug cad、auto cad等繪圖軟件，并且實訓了加工中心等加工機床，為的只是讓我們的專業(yè)知識愈加完善。 臨近畢業(yè)，畢業(yè)設計是必過的一關，是檢驗我這三年所學的檢驗標準，也是一個畢業(yè)生將正式走入這個社會的開始。這份畢業(yè)設計是在學完數

4、控技術（含機床夾具設計）和大部分相關專業(yè)課，并進行了實訓的基礎上進行的一個環(huán)節(jié)。使我能綜合的運用機械制造工藝學的基礎理論，并結合生產實習中學到的實踐知識，具備了設計一個零件（高速銑頭齒輪軸）的工藝規(guī)程的能力，也是熟悉和運用夾具設計的基本原理和方法，擬計夾具設計方案， 完成夾具結構設計的能力，也是熟悉和運用有關手冊，圖表等技術資料及編寫技術文件等基本技能的一次實踐機會，為今后的畢業(yè)設計及未來從事的相關工作打下良好的基礎。我更可以自信的說我的大學是不會白費的，而是輝煌的。一、數控機床的特點數控機床的組成部分包括測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)及開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，在對數控零件進行實際程序設計之前，了解各組

5、成部分是重要的。數控中，測量系統(tǒng)這一術語指的是機床將一個零件從基準點移動到目標點的方法。目標點可以是鉆一個孔、銑一個槽或其它加工操作的一個確定的位置。用于數控機床的兩種測量系統(tǒng)是絕對測量系統(tǒng)和增量測量系統(tǒng)。絕對測量系統(tǒng)（亦稱坐標測量系統(tǒng)）采用固定基準點（原點），所有位置信息正是以這一點基準。換句話說，必須給出一個零件運動的所有位置相對于原始固定基準點的尺寸關系。x和y兩維絕對測量系統(tǒng)，每維都以原點為基準。增量測量系統(tǒng)有一個移動的坐標系統(tǒng)。運用增量系統(tǒng)時，零件每移動一次，機床就建立一個新的原點（基準點）。使用增量測量系統(tǒng)時的x和y值。注意，使用這個系統(tǒng)時，每個新的位置在x和y軸上的值都是建立在前

6、一個位置之上的。這種系統(tǒng)的缺陷是，如果產生的任何錯誤沒有被發(fā)現(xiàn)與校正，則錯誤會在整個過程中反復存在。用于數控設備的控制系統(tǒng)通常有兩類，即點位控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。點位控制數控系統(tǒng)機床（有時稱為位置控制系統(tǒng)數控機床）只有沿直線運動的能力。然而，當沿兩軸線以等值（x2.000,y2.000)同時編程時，會形成45度斜線。點位控制系統(tǒng)常用于需確定孔位的鉆床和需進行直線銑削加工的簡單銑床上，以一系列小步運動形成弧形和斜線。然而，用這種方法時，實際加工軌跡與規(guī)定的切削軌跡略有不同。具有在兩個或多個坐標軸方向上同時運動的能力的機床，歸屬連續(xù)軌跡控制或輪廓控制類機床。這些機床用于加工兩維或三維空間中各種不

7、同大小的弧形，圓角，圓及斜角。連續(xù)軌跡控制的數控機床比點位控制的機床貴得多，在加工復雜輪廓時，一般需要計算機輔助程序設計。數控伺服機構是使工作臺或滑座沿坐標軸準確運動的裝置。用于數控設備的伺服機構常有兩種：步進電機和液壓馬達。步進電機伺服機構常用于不太貴重的數控設備上。這些電機通常是大轉矩的伺服機構，直接安裝在工作臺或刀座的絲杠上。大多數步進電機是由來自定子和轉子組件的磁力脈沖驅動的，這種作用的結果是電機軸轉一轉產生200步距。把電機軸接在10扣/英寸的絲杠上，每步能產生0.0005英寸的移動（1/200x1/10=0.0005英寸）。液壓伺服馬達使壓力液體流過齒輪或柱塞，從而使軸轉動。絲杠和

8、滑座的機械運動是通過各種閥和液壓馬達的控制來實現(xiàn)的。液壓伺服馬達產生比步進電機更大的轉矩，但比步進電機貴，且噪聲很大。大多數大型數控機床使用液壓伺服機構。使用開環(huán)系統(tǒng)的數控機床，沒有反饋信號來確保機床的坐標軸是否運動了所需的距離。即，如果接受的輸入信號是使一特定工作臺坐標軸移動1.000英寸，伺服裝置通常使工作臺運動1.000英寸，但無法將共子臺的實際運動與輸入信號加以比較。使工作臺實際移動了1.000英寸的唯一保證是所用的伺服機構的準確性。當然，開環(huán)系統(tǒng)比閉環(huán)系統(tǒng)便宜。閉環(huán)系統(tǒng)能將實際輸出（工作臺一英寸的運動量）與輸入信號加以比較，并對任何誤差進行了比較。用于閉環(huán)系統(tǒng)的一些反饋裝置是傳感器，

9、電尺或磁尺以及同步器等。閉環(huán)系統(tǒng)大大增加了數控機床的準確性。二、齒輪軸零件的加工目的作為一名剛踏出學校走向社會的學生，在平時的工作實踐不斷的總結經驗 學習知識是尤為重要的，數控技術在生產實踐中的應用越來越廣泛，它使得制造業(yè)生產面貌煥然一新，它所帶來的巨大效益也受到世界各國科技界的高度重視，齒輪軸零件的數控生產加工工藝對我們熟練掌握運用數控編程等相關技術具有很大的幫助。為此我們在原有的加工工藝設計基礎上對齒輪軸零件的數控加工等工藝在此作出較為詳細的闡述，希望通過對此設計能使我們在數控技術應用和產品的加工方面得到一定的經驗。三、零件圖工藝分析（一）零件圖分析該零件尺寸的尺寸精度要求和表面粗糙度要求

10、都比較高，該圖尺寸標注完整，輪廓描述清楚。材料是40cr，毛坯是25mm，長度222mm。（見圖3-1，圖3-2）圖3-1零件圖零件圖中從左至右是10mm的螺紋3x1.1槽14mm圓柱段2x1.5槽17圓柱段24mm的齒輪2x0.5mm槽15mm圓柱段。右邊的15mm軸上有5mm深度7mm的孔和一個鍵槽。 圖3-2實體圖（二）選擇毛坯毛坯選擇25mmx222mm的圓柱棒，毛坯要求左右端面加工完成，熱處理完成。 （三）劃分工序 通過以上描述，可以采取以下幾點工藝措施：數控車床加工外圓柱，退刀槽以及螺紋；加工中心加工孔（圖3-3）和鍵槽（圖3-4）。 圖3-3孔 圖3-4鍵槽4、 數控車床加工部分

11、（一）確定加工順序以及進給路線1.對圖樣上給定的有精度要求的尺寸，因為公差數值很小，所以編程時不可以取平均值，或者不能省去小數點后面的，對刀準確即可。2.在輪廓曲線上，沒有要進行間隙補償的。但也要保證輪廓曲線的準確性。3.因為零件采用兩頭分別裝夾方案。4.為便于裝夾，采用三角卡盤，先夾持零件右端，從左端面開始加工，直到24mm圓柱（圖4-1），切左端退刀槽（圖4-2），加工10mm的螺紋，最后打中心孔。然后掉頭，夾持24mm圓柱，從右端面開始加工，同樣到24mm圓柱（圖4-3），切右端退刀槽（圖4-4），打中心孔。 圖4-1左端外圓加工路線圖4-2左端退刀槽加工路線圖4-3右端外圓加工路線圖4

12、-4右端退刀槽加工路線目前，在數控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數控車床加工時，則需注意程序的靈活安排。（二）數控車床和刀具的選擇1.數控車床（見圖4-5）圖4-5數控車床2.刀具選擇（1）粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。（2）精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。（3）為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片。（4）將所選定的刀具參數填入表所示的數控加工刀具卡片中，以便于編程和操作管理。注意：在車削外輪廓時，為防止副刀面與工件表面發(fā)

13、生干涉，應選擇較大的副諞角，必要時可作圖檢驗。（5）根據刀具的選擇原則，選擇刀具表4-1數控車床刀具卡t1號刀90外圓車刀加工內容：加工零件外圓t2號刀切槽刀寬1.1加工內容：切槽深度t3號刀螺紋刀加工內容：攻螺紋m10-6h（三）切削用量選擇對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。經濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。進給條件與刀具后面磨損關系

14、在極小的范圍內產生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關。在確定加工條件時，需要根據實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。根據被加工表面質量要求、刀具材料和工件材料，參考切削用量手冊或有關資料選取切削速度與每轉進給量，然

15、后公式計算主軸轉速與進給速度，計算結果填入背吃刀量的選擇因粗、精加工而有所不同。粗加工時，在工藝系統(tǒng)剛性和機床功率允許的情況下，盡可能取較大的背吃刀量，以減少進給次數；精加工時，根據材料以保證零件表面粗糙度要求，一般要多次加工。背吃刀量。外圓粗車時，其背吃刀量確定為a=3mm；精車時a=0.25mm。切退刀槽時，由于槽的加工要求比較低，所以不需要精加工，做適量補刀即可。主軸轉速。車直線和圓弧輪廓時的主軸轉速n=500r/min,精車時，主軸轉速n=1200r/min。切槽n=300r/min，車螺紋n=400r/min。（四）數控加工工藝卡片擬定將前面分析的各項內容綜合成表所示的數控加工工藝卡

16、片，此表是編制加工程序的主要依據和操作人員配合數控加工的指導性文件，主要內容包括：工步順序、工步內容、各工步所用的刀具及切削用量等。（詳見表4-2）表4-2零件數車加工工序卡零件齒輪軸產品名稱及代號零件名稱零件圖號 om齒輪軸軸類零件gdskc020107工序號程序編號夾具名稱使用設備車間001三抓卡盤臥式車床數控工段工步號工步內容刀具號主軸轉速/（rmin-1）進給速度/（mmmin-1）背吃刀量/mm備注1粗車零件左端t015000.1 3自動2精車零件左端t0112000.050.5自動3切槽t023000.05/自動4車螺紋t031501.5 0.5自動5換頭/手動6粗車零件右端t01

17、5000.13自動7精車零件右端t0112000.050.5自動8切槽t02300 0.05 /自動（五）數車程序分析o0001n010 t0101 主軸用1號刀，90外圓車刀n020 m03 s500 主軸正轉,轉速500n030 g0 x27 z2 加工零件左端快速定位到(27,2)n040 g71 u1 r0.5 外輪廓粗加工（圖4-6）n050 g71 p60 q150 u0.2 f0.2 粗車余量0.2，進給速度0.2圖4-6左端加工部分n060 g1 x8 z0n070 x10 z-1 n080 z-23 n090 x14n100 x-51 n110 x18 n120 z-82n1

18、30 x20 n140 x24 z-84 n150 z-145n160 g0 x100 z100 粗車結束，快速定位到起到點n170 m0 n180 t0101 精車繼續(xù)用1號刀n190 m03 s1200 精車轉速1200r/minn200 go x27 z2 快速定位n210 g70 p60 q150 f0.05 精車外輪廓,進給速度0.05n220 x100 z100 精車結束n230 m30 程序暫停n240 t0202 切槽路徑（圖4-2）n245 m03 s400 切槽轉速400r/minn250 g0 x24 z2 快速定位 n260 z-21.1 定位到左端第一條槽n270 g

19、1 x7.8 徑向切入n280 z-23 軸向走刀n290 x24 車完退出 n300 z-50.1 定位到左端第二條槽n310 x13 徑向切入n320 z-51 軸向走刀n330 x24 車完退出n340 z-54.1 定位到左端第三條槽n350 x17 徑向切入n360 x24 車完退出n370 z-81.1 定位到左端第四條槽n380 x17 徑向切入n390 z-82 軸向走刀n400 x24 車完退出n410 g0 x100 z100 切槽結束n420 m02 程序暫停n430 t0303 螺紋3號刀n440 m03 s150 車螺紋n450 g0 x12 z2 快速定位到x12,

20、z2n460 g92 x10 z-22 螺紋第一刀n470 x9.5n480 x9.1n490 x8.9n500 g0 x100 z100 安全退刀n510 m30零件左端加工完成，取下工件，換頭，開始車右端o0002n010 t0101 右端粗車用1號刀（圖4-7） n020 m03 s500 粗車轉速500r/minn030 g0 x16 z2 快速定位n040 g71 u1 r0.5 切1mm，退0.5mmn050 g71 p60 q100 u0.2 f0.2 粗車右端外輪廓，余量0.2圖4-7右端加工部分n060 g1 x13 z0n070 x15 z-1 n080 z-81 n090

21、 x22 n100 x24 z-82 n110 g0 x100 z100n120 m02 n130 t0101n140 m03 s800 n150 g70 p60 q100 f0.05n160 g0 x100 z100n170 t0202 切槽（圖4-4）n180 m03 s400 轉速400r/minn190 g0 x24 z2 快速定位n200 z-5 n210 x14.3 徑向切入n220 x24 安全退刀n230 z-80.1 快速定位n240 x14 徑向切入n250 z-81 軸向走刀n260 x24 安全退刀n270 go x100 z100 程序結束前，退刀到起始點n280 m

22、30此時右端加工完成，數控車床加工結束五、加工中心加工部分（一）加工順序以及進給路線加工中心需要加工14mm的階梯上的開口槽；然后換刀打孔5mm（見圖3-3），因為孔的加工要求比較高，先用4mm的轉頭轉孔，再用4.5mm的鉸刀粗鉸，最后用5mm的鉸刀精鉸；孔加工完后零件繞軸旋轉180，加工鍵槽（見圖3-4），根據鍵槽的加工要求，用4立式平頭銑刀粗銑，精細；最后加工齒輪，齒輪外徑24mm，分度圓21mm，模數1.5mm，齒數16，每加工好一條齒槽，旋轉22.5，此處齒輪加工利用分度頭（見圖5-1），方法采用仿形法（見圖5-2）。原點選在14mm圓柱鍵槽頂端（見圖5-3）。圖5-1分度頭仿形法加工

23、原理:刀具在其軸剖面內,刀刃的形狀和被切齒槽的形狀相同。刀具:盤形銑刀,指狀銑刀等。切制加工過程:銑刀轉動,同時毛坯沿自身的軸線方向移動實現(xiàn)進給運動,待切出一個齒槽后,將毛坯退回到原來的位置,并用分度頭將毛坯轉過一個齒,再繼續(xù)切削下一個齒槽。z=16,所以每加工一條槽旋轉22.5度。 圖5-2仿形法加工原理圖圖5-3加工中心定位原點（二）加工中心和刀具選擇1.加工中心（見圖5-4）圖5-4加工中心2.刀具選擇表5-1刀具卡刀具號刀具名稱加工部位備注t012銑刀t024轉孔刀轉孔t034.5鉸刀粗鉸孔t045鉸刀精鉸孔t054銑刀粗、精銑鍵槽（三）加工中心工序卡片擬定將前面分析的各項內容綜合成表

24、所示的數控加工工藝卡片，此表是編制加工程序的主要依據和操作人員配合數控加工的指導性文件，主要內容包括：工步順序、工步內容、各工步所用的刀具及切削用量等。（詳見表5-2）表5-2零件加工中心工序卡零件齒輪軸產品名稱及代號零件名稱零件圖號 om齒輪軸軸類零件gdskc020107工序號程序編號夾具名稱使用設備車間002分度頭加工中心數控工段工步號工步內容刀具號主軸轉速/（rmin-1）進給速度/（mmmin-1）背吃刀量/mm備注1銑開口槽t01100040 2自動2鉆5mm孔t0210001005自動3粗鉸5mm孔t0312001500.5自動4精鉸5mm孔t0415002000.5自動5粗銑鍵

25、槽t0510001002手動6精銑鍵槽t0515002000.5自動7加工齒輪t0610002002自動（四）加工中心程序分析o0003n010 g40 g80 g90 取消半徑補償，鉆孔，相對位置n020 m06 t01 換1號刀n030 g54 g0 x0 y0 m03 s1000 位置，轉速1000r/minn040 g43 g0 z50 h01 m08 高度，高度補償，切屑液開啟n050 go0 z20 快速定位n060 g01 z-2 走刀n070 x5 銑開口槽（見圖5-3）n080 g01 z20 退刀n090 g0 z50 n100 m09 關切屑液n110 m05 程序暫停n

26、120 m06 t02 換2號刀,鉆孔（見圖3-3）n130 g54 g0 x126 y0 m03 s1000 孔的位置定位，轉速1000r/minn140 g43 g0 z50 h02 m08 高度補償n150 g82 x126 y0 z-6.5 p2 f100 鉆孔，g82深孔鉆削n160 g80 m09 取消鉆孔，關切屑液n170 m05 程序暫停n180 m06 t03 換3號刀n190 g54 g0 x126 y0 m03 s1200 粗鉸孔，轉速1200r/minn200 g43 g0 z50 h03 m08 n210 g82 x126 y0 z-6.5 p2 f100 深孔鉆鉸n

27、220 g80 m09 取消鉆孔n230 m05 n240 m06 t04 換刀精鉸孔n250 g54 g0 x126 y0 m03 s1500n260 g43 g0 z50 h04 m08n270 g82 x126 y0 z-6.5 p2 f100 n280 g80 m09n290 m02第一段程序結束，開口槽以及孔加工完成此時將分度頭旋轉180，開始加工鍵槽o0004n010 g40 g80 g90 取消半徑補償，鉆孔，相對位置n020 m06 t05 換刀銑鍵槽（見圖3-4）n030 g54 g0 x163 y0 m03 s1000 位置定位n040 g43 g0 z50 h05 m08

28、 高度定位n050 z20 快速定位n060 g01 z-4.5 粗銑鍵槽輪廓n070 x175 n080 z20n090 g0 z50n100 m09n110 m05n120 m06 t05 n130 g54 g0 x163 y0 m03 s1500 精銑鍵槽輪廓n140 g43 g0 z50 h05 m08n150 g0 z10n160 g1 z-2.5n170 g42 g1 x163 y2.5 d05 (d05=4mm)n180 x175n190 g2 y-2.5 j-2.5n200 g1 x163n210 g2 y2.5 j2.5n230 g40 g1 y0n240 z-4n250 g

29、42 g1 x163 y2.5 d05 刀具右補償n260 x175n270 g2 y-2.5 j-2.5n280 g1 x163n290 g2 y2.5 j2.5n300 g40 g1 y0 取消半徑補償n310 g1 z20 退刀n320 g0 z50n330 m09 n340 m02 程序結束此時程序結束，鍵槽加工結束開始加工齒輪部分(見圖5-2)o0005n010 g40 g80 g90 第一條鍵槽n020 m06 t06 換6號刀n030 g54 g0 x59 y0 m03 s1000 鍵槽定位n040 g43 g0 z50 h07 m08 n050 z20n060 g01 z2 齒

30、輪加工循環(huán)程序n070 x94n080 z20n090 mo5此處加工完一條齒輪槽，旋轉分度頭22.5，繼續(xù)第二遍，.一共旋轉16次，完成齒輪加工。加工結束?？?結整個畢業(yè)綜合實踐設計的內容即將完成，在這個過程中我個人總結認為產品的加工刀具的選擇、加工步驟的合理性較為重要。產品的加工程序應盡量簡潔，這樣既能提高加工效率，又方便操作人員看懂程序，更好的了解產品的加工工藝解決加工過程中出現(xiàn)的各種問題。企業(yè)最重要的是經濟效益，所以數控加工中最優(yōu)先考慮的就是效益，以最低的成本獲得最大的利益。因此數控加工中在刀具承受范圍內使用最高的進給率，走刀路徑盡量減少空行程以提高加工效率。對于ug軟件在產品加工中的

31、應用。我認為加工內容較簡單使用刀具較多的產品不適用ug cam編程手動編程更為方便。ug cam自動編程適用于刀具加工內容較多的情況。畢業(yè)綜合實踐設計已經接近尾聲了。所需要加工的零件也已經加工完成了。在這一系列的零件分析、加工的過程中，其實遇到了不少的問題，比如夾具的選擇，零件的裝夾，如何確保零件的形位公差尺寸等，這些都是此次畢業(yè)綜合實踐設計中的難點。不過，這些難點，在指導老師的幫助下，經過我們的討論、研究，最終都得到了解決。正是因為有了這些難點，才能使得我們在做畢業(yè)綜合實踐設計的過程中能夠鞏固所學的知識，也能夠學習到一些新的知識，從而使得我們的知識面更廣、更扎實，這些對于即將走入實習工作中的我們來說，幫助相當大。通過此次畢業(yè)綜合實踐設計的研究，使我對于機械加工的概念更加深刻，使我對實際生產加工了解的更多，使我對自生所存在的不足有了更加清楚的認識。所以，總的來說，畢業(yè)綜合實踐設計，是檢驗我們的所學、提高我們的實踐能力、豐富我們的相關知