于全-车铣加工工艺及其应用研究.doc

1、河南科技学院2009 届本科毕业论文（设计）论文题目：车铣加工工艺及其应用研究Research of Turn-milling Process and its Application学生姓名： 于全所在院系： 机电学院所学专业： 机械设计制造及其自动化导师姓名： 马利杰完成时间： 2009 年 5 月 20 日1 1摘 要车铣是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工，使工件在形状精度、位置精度、表面粗糙度及残余应力等多方面达到要求的一种先进制造方法。具有加工效率高、加工精度高、刀具寿命长、切削平稳、不存在断屑问题、可以完成通常单独用 车或铣难以实现的加工等优点。必将取代传统的切

2、削方法成为今后零件切削的主流方法。本文介绍了一些典型零件的工艺分析要点、工艺设计原则和走刀路线的设计原则。结合车铣加工中心的工艺能力，提出了具体工艺集成方法。关键词：车铣加工，细长轴，加工工 艺，工艺设计2Research of Turn-milling Process and its ApplicationAbstractTurn-milling is the use of rotary cutter and workpiece rotation movement of the synthetic to achieve the machining of workpieces, So it i

3、s an advanced manufacturing methods that let the accuracy of the workpiece in the shape, location accuracy, table it, such as roughness and residual stress in many ways to meet the requirements . With high processing efficiency, processing and high precision, long tool life, cutting a smooth, there

4、is no question of chip-breaker, Vehicles can be completed individually or milling is usually difficult to realize the processing, and so on advantages. Will replace the traditional method of cutting parts to become the next mainstream method of cutting. This paper introduce a number of typical eleme

5、nts of parts of the process analysis, process design principles and take the knife of the design principles of line. Combination the technological capacity of the machining center , give out the specific methods of technology integration.Key words: Car-milling processing, Slender shaft, Processing t

6、echniques, Surface roughness3 3目 录1 绪论 .11.1 车铣的定义 .11.2 数控车铣产生的背景 .11.3 数控车铣的分类 .11.4 国内外研究现状 .31.5 车铣加工所存在的问题和发展趋势 .31.6 本文研究的主要内容及意义 .32 零件的加工工艺内容 .42.1 车铣加工工艺过程的组成 .42.1.1 零件加工的工艺设计原则 .42.1.2 工艺基准的选择原则 .42.1.3 零件加工方法的选择 .52.1.4 加工顺序的安排 .62.1.5 工序的集中和分散 .72.2 机械加工的工序设计 .72.2.1 工艺装备的选择原则 .72.2.2 加

7、工余量的确定 .83 车铣加工工艺及其集成加工方法 .83.1 车铣加工工艺性分析 .93.2 零件的车铣加工工艺设计原则 .93.2.1 零件加工工序的划分方法 .93.2.2 零件的车铣加工工艺设计原则 .103.2.3 确定走刀路线原则 .1043.3 车铣加工中加工路线的选择要点 .114 典型零件的车铣加工工艺 .124.1 设备工艺能力分析及系统配置 .124.2 车铣加工工艺制定及加工过程分析 .124.2.1 轴类零件的车铣加工 .124.2.2 叉杆零件车铣加工 .155 总结 .17参考文献： .18致谢： .195 51 . 绪论1.1 车铣的定义车铣是利用铣刀旋转和工件

8、旋转的合成运动来实现对工件的切削加工，使工件在形状精度、位置精度、表便粗糙度及残余应力等多方面达到是要求的一种先进制造方法 1。它不是 车削和铣削的简单结合，而是在当今数控技术得到较大发展的条件下产生的一种高新切削技术。1.2 数控车铣产生的背景车铣技术的产生和发展建立在生产实践的基础上的。1955 年德国的H.Weber 总结了大量实际 生产经验，在生产技术 上发表了用硬质合金刀具铣削圆柱表面一文，详细介 绍了铣削圆柱表面时进给量、切削速度等主要参数的选用，并 对已加工工件的表面粗糙度进行了详细研究。它主要介绍了用铣刀加工圆柱表面的方法，这就是车铣 加工的一种基本方法轴向车铣的早起萌芽。19

9、83 年德国的 K.P.Sorge 在他的博士论文车铣技术中系 统的研究了另一种车铣基本加工方法正交车铣，并对正交 车铣的运动原理、已加工工件表面精度、切削力、切削速度等进行了开拓性的研究工作。1.3 数控车铣的分类图 1 车铣加工的分类图 1 车铣的分类6如图 1 所示，根据工件轴线与刀具轴线位置不同 ,车铣加工分为轴向车铣、正交车铣和一般车铣 3 类加工方法。根据工件和刀具相对旋转方向的不同，它们又都可分为順铣和逆铣两种不同的形式。1 正交车铣正交车铣是车铣铣刀的回转轴线与工件的回转轴线相互垂直 ,正交车铣的切削轨迹为空间曲线 ,比 较复杂 ,在进行切削加工 时,采用的偏心量不同,切削区域

10、的大小也不一样。正交车铣 是加工大型回转体和细长轴类零件的一种先进高效的方法。与传统加工方法有所不同,正交车铣的瞬时切削深度和切削厚度, 沿刀具轴线方向和回转方向总是变化的,即为变切深,变厚度切削。由于刀具轨迹与诸多的切削参数有密切而复杂的关系,而这些参数的优化组合对提高、保证车铣的表面加工质量起重要作用。正交车铣运动的特征主运动是刀具的旋转运动（一般转速较高），而工件的旋 转运动（一般转速较高）是铣刀沿工件圆周方向的进给运动 4。这种独特的切削运动使得正交车铣有如下特点: （1） 与传统车削相比 ,引起工件变形的径向力明显下降 ,这有利于提高薄壁件和细长件的形状精度，由于切削力小 ,机床和刀

11、具承受的负荷小 ,也有利于机床精度的保持。（2） 正交车铣是间断切削 ,因此无论加工何种材料的工件都能得到较短的切屑 ,易于自动除屑。（3） 间断切削使刀具有充足的冷却时间 ,刀具切削温度相对较低。（4） 工件转速相对较低 ,加工薄壁时几乎没有由于离心力产生的变形。（5） 刀具散热好 ,切屑和刀具带走热量较多 ,因此工件温度相对较低 ,热变形小。（6） 多刃切削 ,切削过程平稳 ,刀具磨损小 ,这对难加工材料和大型回转体毛坯的加工十分有益。正交车铣刀的回转轴线与工件的回转轴线相互垂直 ,它是加工大型回转体和长轴类零件的一种高效方法。正交车铣由于铣刀与工件的旋转轴线相互垂直 ,它不能对内孔进行加

12、工。2 轴向车铣轴向车铣也同样具有车铣加工的基本优点。轴向车铣由于铣刀与工件的旋转轴线相互平行，因此它不但可以加工外圆表面，也可加工内孔表面。但是由于旋转轴线相互平行，如铣刀直径小于其主轴箱体径向尺寸时，就限制了铣刀的纵向行程。这种情况下，不适宜用轴向车铣加工轴向行程 较长的外圆表面或较深的内孔表面 19。 7 73 一般车铣一般车铣就是在加工过程中铣刀的回转轴线与工件的回转轴线既不平行也不垂直，而是成介于二者之间的一个夹角的车铣加工方式。轴向车铣和正交车铣运动这两类加工方法是最常用的车铣加工方法，是车铣加工的主流。但是随着加工零件的日趋复杂和数控机床性能的日渐加强，在加工中由于工件形状的要求

13、必须自动转换两种基本加工方式的情况也经常出现，对介于轴向车铣和正交车铣之间的一般车铣的需求也在逐渐增加。1.4 国内外研究现状目前德国的 Aachen 工业大学和 Darmstadt 工业大学都 设有专门从事车铣技术研究的研究中心。各类实验 用机床、 测试仪器及科研 设备非常齐全，科研水平居世界前列。在这两个中心众多的科研人员正在车铣原理、车铣运动力学、已加工工件表面质量、不同材料的 车铣工艺性、 车铣加工中心的设计与测试、CAD/CAM 以及高速、超高速车铣等多个领域内从事研究工作。 我国对车铣技术的研究已经涉及各个领域，但是对车铣技术还没有进行过系统的研究。20 实际六七十年代在一些工厂的

14、技术革新中出现了旋风铣削，这是轴向车铣的实际应用。近年来有些科研人员对旋风铣削又进行了一些深入的研究，但主要集中于旋风铣削在螺纹加工中的实际应用，对轴向螺纹的车铣研究有着重要的参考价值，但对于 车铣技术的全面研究还有很大的局限性。对于车铣技术的研究，辽宁省高速切削技 术工程技术中心处于国内领先水平。正在车铣技术的基础理论、车铣工艺、CNC 车铣加工中心的设计和制造等方向进行研究。1.5 车铣加工所存在的问题和发展趋势目前车铣加工机床在我国的使用才刚刚起步，还有很多问题需要解决： 作为进一步研究的理论基础，对车铣过程的机理研究应该加强。 车铣刀具的设计制造，这对车铣技术的推广具有非常积极的作用。

15、 需要进行更多的研究以建立多种材料的最大切削效率的模型。 还有加工工艺，机床维护，生 产管理等等也有待研究。 车铣运动不是的车、铣简单结合，所以 给编程带来了很大的难度。目前世界上很多国家都在加大对车铣技术的研究的力度，车铣技术必将得到前所未有的发展。81.6 本文研究的主要内容及意义本文通过对车铣原理的分析，结合国内外的研究成果，分别对轴类零件、叉杆类零件、分析了它们的工 艺设计、加工 过程及加工工 艺难点，解决了 这几类零件的主要工艺要点问题并给出了具体的零件加工工序，为其它同类零件的加工提供依据。通过车铣加工的工艺研究对加速车铣技术的产业化进程十分必要，车铣技术能够迅速转化为生产力。2.

16、 零件的加工工艺内容2.1 车铣加工工艺过程的组成了解车铣加工工艺的各个组成部分有助于车铣加工工艺的整体设计的规划。2.1.1 零件加工的工艺设计原则1 车铣加工工艺过程车铣加工过程是由一个或多个顺序安排的工序组成，而工序又可细分为工步或走刀 24。工序是指一个（或一组）工人在一台机床（或一个工作地点）上，对同一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序是工艺过程的基本组成部分，也是生产计划的基本单元。2 工步与走刀工步是在加工表面不变、加工工具不变、切削用量不变的条件下所连续完成的那一部分工艺过程。一个工序包括一个或几个工步。在一个工步中如果被加工表面需要切去的金属层很厚，要分

17、几次切削，每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次或几次走刀。3 安装与工位安装是指工件（或装配单元）通过一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。一个工序可以包括一次或几次安装。工位是指在一次装夹中，在机床上所占的每个位置上所完成的那一部分工艺过程。采用转位夹具、回转工作台或多轴机床上加工时，工件在一次装夹中需要经过若干个工位。9 92.1.2 工艺基准的选择原则在最初的零件加工工序中，只能选用毛坯进行定位，这种定为基准被称为粗基准。在以后的个工件的加工中，可以采用经过加工的表面进行定位， 这种定为基准被称为精基准。由于粗、精基准用途不同，在选择时所考虑的侧重点也不同。1 粗基准的选择原则

18、（1（ 重要表面余量均匀原则。必须首先保证工件重要表面具有较小而均匀的加工余量。（2（ 工件表面相互位置要求原则。必须保证工件上加工表面与不加工表面的相互位置要求，应以不加工表面作为粗加工基准。（3（ 余量足够原则。如果零件上各个表面均需加工，则以加工余量小的表面作为粗基准。（4（ 定位可靠性原则。作为粗基准的表面， 应选用比较可靠、平整光 洁的表面，以使定位准确、夹紧可靠。（5（ 不重复使用原则。粗基准的定位精度低，在同一尺寸方向上只允许使用一次不能重复使用，否则定位误差太大。2 精基准的选择原则在选择精基准时，考虑的重点是如何减少误差，保 证加工精度和安装方便。精基准的选择原则有：（1（ 基准重合原则。应尽可能选用零件的设计基准作为定为基准，以免基准不重合误差。（2（ 统一基准原则。应尽可能选用的精基准定位加工各表面，以保证各表面间的相互位置精度。（3（ 自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面本身作为精基准。（4（ 互为基准反复加工原则。有些相互位置精度要求比较高的表面，可以采用互为基准反复加工的原则来保证。（5（ 定位可靠性原则。精基准应平整光洁，具有一定的精度，确保定位 简单、便于安装、 夹紧可靠。基准的选择原则是从生产实践中总结出来的，必须结合具体的生产条件、生产类型、加工要求来分析和运用这些原则。