1、台州科技职业学院毕业设计（论文）（15级）题目齿轮轴的数控车削加工工艺分析与编程学习类别专业数控技术班级（函授站）数控技术132学号2013251215学生姓名指导教师完成日期2015612目录一、引言4二、齿轮轴的加工工艺分析41选定设备52齿轮轴的特点和结构的工艺性分析53材料的选用54热处理工序的安排55确定主要表面加工方法和加工方案66划分加工阶段67加工顺序安排68加工基准的选择69尺寸精度要求710切削用量的选择711工艺路线的安排712加工工工艺卡7三、程序编制齿轮轴的加工81数控车削加工过程82编写程序93仿真与实验114加工注意事项12四、总结13五、致谢14参考文献15齿轮
2、轴的数控车削加工工艺分析与编程机电模具工程学院数控技术132班指导教师摘要本次毕业设计是做齿轮轴的数控车削加工工艺分析与编程，根据零件的特点，针对其用途，工艺要求等，进行了加工工艺分析。方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线。主要是在介绍典型齿轮轴的基础上，初步了解以及掌握轴的基本特点和结构，着重对典型阶的加工方法及其工艺进行了分析，了解了齿轮轴轴数控加工的工艺过程。齿轮轴零件的主要作用是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用机械特别是工程机械传动中的重要零件之一。齿轮轴加工材料、热处理方式、机械加工工艺过程
3、的优化，将对提高齿轮轴的加工质量及寿命有着重要借鉴意义。关键词加工工艺编程车削齿轮轴一、引言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、质量是先进制造技术的主题。高速、高精加工技术可极大地提高效率，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，确定切削用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要一些处理。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。轴有多种分类法
4、，按轴的受载情况可分为芯轴、传动轴和转轴三种。芯轴工作时只承受弯曲载荷而不传递转矩，传动轴工作时只传递转矩而不承受或承受很小弯曲载荷转轴工作时既承受弯曲载荷又传递转矩。按轴的结构形状不同又可分为直轴与曲轴光轴与阶梯轴、实心轴与空心轴、刚性轴与挠性轴等。其中齿轮轴在机械中应用广泛，齿轮轴是现代机械中应用最为广泛的一种传动零件，广泛适用于机械、汽车、航空、印刷、仪器仪表及矿山行业。我国是一个机械大国，但不是机械强国。尤其是我国很多中小企业用的设备是十年以前、甚至是二十年以前的设备，生产设备相对落后。齿轮轴的种类多种多样，但是每一种齿轮都有一定的特点，如何在现有设备的条件下，从夹具，刀具，加工工艺等
5、方面综合考虑，针对每一种齿轮轴制造过程编制工艺，从而生产出高质的齿轮，就显得尤为重要。二、齿轮轴的加工工艺分析如图21齿轮轴的结构图1选定设备数控车床CA6140数控铣床齿轮轴是工程中常用的一种零件，其工作环境也比较复杂，受到各种力的的作用，这些力可以使其产生拉伸、压缩、扭转和弯曲变形。这些因素使在做轴时必须有更高的强度和刚度。而锻造件在锻造的时候可以使其产生纤维组织强化钢材，同时锻造也可以打碎铸态组织，获得较高综合力学性能。对于要求更高的轴类可以通过锻造再加上淬火、调质处理，使钢获得更好的力学性能。同时用锻件做零件毛坯可以减少用材，节约资金比较经济实惠。2齿轮轴的特点和结构的工艺性分析如图2
6、1所示的齿轮轴是某型号的输入齿轮轴，属于阶梯轴，由花键，圆柱面，圆弧面，轴肩，齿轮等不同形式的几何实体组成。齿轮轴的精度要求高，输入齿轮轴加工难度大，必须对齿轮轴加工过程中的一些重要问题，如材料，基准，热处理等做出正确的选择和分析，才能保质保量的完成齿轮轴的加工。齿轮轴的位置精度要保证轴线的平行度、端面的垂直度以及轴的同轴度。此零件中涉及两段与基本轴线的同轴度。轴肩端面与基本轴线的垂直度，还有键槽对所在的轴的对称度。中间的轴肩起定位作用，且两面与轴承接触，故对其靠近轴承的端面应提出平面度要求，同时需要提出与轴线的垂直度要求，防止产生偏心。3材料的选用传动机械齿轮轴常用的材料可选用优质炭素结构钢
7、中的45钢，合金钢中的40CR，20MNTI等。该齿轮轴我们选用45号钢才材料。由于齿轮轴机械强度要求，各阶梯直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，通常选择锻件毛坯。尺寸大的齿轮轴通常选择自由锻件，中小型齿轮轴可以选择锻件，一些小齿轮轴也可以制成整体毛胚。若锻件毛胚为锤上钢质自由锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T15826系列，若毛胚为铜制模锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T12362系列标准。锻件毛胚应防止晶粒不均匀，裂纹，龟裂等由于锻造工艺不当所产生的锻造缺陷。4热处理工序的安排预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织。本设计热处理工
8、艺有退火、正火、时效、调质。（1）退火和正火退火和正火用于经过热加工的毛坯。含碳量大于05的碳钢和合金钢，为降低其硬度易于切削，常采用退火处理；含碳量低于05的碳钢和合金钢，为避免其硬度过低切削时粘刀，而采用正火处理。退火和正火尚能细化晶粒、均匀组织，为以后的热处理作准备。（2）时效处理时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。为避免过多运输工作量，对于一般精度的零件，在精加工前安排一次时效处理即可。但精度要求较高的零件，应安排两次或数次时效处理工序。简单零件一般可不进行时效处理。除铸件外，对于一些刚性较差的精密零件，为消除加工中产生的内应力，稳定零件加工精度，常在粗加工、半精加工
9、之间安排多次时效处理。（3）调质调质即是在淬火后进行高温回火处理，它能获得均匀细致的回火索氏体组织，为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形作准备，因此调质也可作为预备热处理。5确定主要表面加工方法和加工方案轴主要是采用车削和外圆磨削，但是该齿轮轴有键槽，需要在铣床上加工。由于该轴主要表面公差等级要求不是很高，表面粗糙度值较小，所以不需要磨削加工，。6划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔），半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），即铣键槽。各加工阶段大致以热处理为界。7加工顺序安排除了应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等，还应注意（1）外圆表面加
10、工顺序应为，先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。（2）轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。轴上矩形花键的加工，通常采用铣削和磨削加工，产量大时常用花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心的花键轴，通常只磨削外径，而内径铣出后不必进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心的花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。（3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度。因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后进行。8加工基准的选择粗基准的选择。为保证不加工表面与加工
11、表面之间的位置要求应选用不加工表面为粗基准；如果零件上有不需加工的表面，则应选择该面作粗基准；当零件上有几个不需加工的表面时，应选择与加工表面之间相互位置精度要求较高的表面作粗基准；为保证工件某重要表面的余量均匀，选择该表面为粗基准，选择重要表面或加工余量最小的表面作为粗基准；若工件所有表面都需加工，应选择工件上的重要表面或加工余量最小的表面作为粗基准可使各加工表面都有足够的加工余量，并使重要表面的余量均匀；选择较为平整光洁、面积较大的表面作粗基准。依据以上原则本设计粗车时以外圆和两端面为粗基准精基准的选择。用工序基准做精基准，实现基准重合，以免产生基准不重合误差；当用一组精基准定位可以较方便
12、加工其它各表面时，应尽可能多采用此组精基准定位，实现基准统一，减少工装费用，避免基准转换误差；当精基准要求加工余量小而且均匀时，应选择加工表面自身为精基准，实现自为基准原则为获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循互为基准，反复加工原则；选择定位准确、稳定、夹紧可靠，使夹具结构简单原则。依据以上原则本设计精车时以两侧端面中心孔为精基准。选择定位基准轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能
13、最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。9尺寸精度要求根据图纸上的标注，零件上有很多尺寸要求，有同轴度、圆跳动、表面粗粗糙度等等。同轴度的误差基本含义是指被测圆柱面轴线对基准线不共轴的程度，根据定位最小包容区的概念，用与基准轴线同轴的圆柱面来包容被测圆柱面的实际轴线，在被测长度内，最小包容圆柱面的直径准就是同轴度误差。即图纸上的A跟B同轴度为003。圆跳动公差是在被测要素在某一固定参考点基准轴线旋转一周时，指示器值所允许的最大变动量。即图纸上AB圆跳动值不能大于003表面粗糙度原称表面光洁度，是指加工表面上所具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，通俗的讲，就是指零件表面经
14、加工后遗留的痕迹，在微小的区间内形成的高低不平的程度用数值表现出来，作为评价表面状况的一个依据。即图纸上零件表面粗糙度值为16。其余的为3210切削用量的选择根据零件“齿轮轴”的使用性能、劳动强度确定采用棒料，材料45号钢，结合加工工艺分析，分别确定加工余量、工序尺寸及主尺寸如下（其中2Z为直径上的加工余量）1外圆表面轮廓只需粗车、半精车、精车可达到要求。外圆加工余量的确定外圆加工直径余量（MM），粗车154MM，半精车0525MM。粗车加工余量2Z3MM；半精车加工余量2Z15MM。2外圆表面轴向长度方向的加工余量总长余量2Z5MM。12工艺路线的安排退火（正火）粗车半精车调质（硬度2002
15、50HB）铣键槽精加工（外圆、螺纹）13加工工工艺卡三、程序编制齿轮轴的加工1数控车削加工过程机械加工工艺过程卡片产品型号项目一零件图号产品名称轴类类零件零件名称齿轮轴材铁块毛坯种类锻件毛坯外形尺寸备注工序号工序名称工序内容车间设备刀具夹具1下料直径45长度150MM的铁块机加工实训车间2粗车三爪卡盘夹住工件一半，车平一个端面，以这个端面为基准，X轴车50MM进去。直径40，留一个毫米的余量。CA614090的车刀三爪自定心卡盘33粗车车直径为16的，保留一个毫米的余量，车到直径为17，X轴向里走17MM。CA614090的车刀4精车精车直径39的外圆，转速调快，上下偏差为00250050CA
16、614090的车刀5粗车工件调头，加紧直径40的大圆，车削一个端面，然后车直径16的小圆，保留一个毫米的余量，长度保证100MM。CA614090的车刀6粗车以直径16的端面为基准，X轴车36MM进去，直径保证在15CA614090的车刀7粗车车X轴进去100MM的，退刀槽。宽度2MM深度1MMCA6140宽2MM的切槽刀8精车车直径15的端面，长度保证在32MM，X轴慢慢车进4毫米CA614090的车刀9精车车螺纹刀的退刀槽，宽25MM，深为2MMCA6140宽2MM的切槽刀10精车车M12的螺纹，长度为155转速调慢。CA6140螺纹刀11精车车直接16的小圆，上下偏差为00160034M
17、MCA614090的车刀12精车调头精车装夹直径39的外圆，车直径为16的小圆，上下偏差00160034倒角C1CA614090的车刀13粗车车退刀槽，深度为1CA6140宽2MM的切槽刀14粗车根据图纸上的要求，倒角为C1CA614045的车刀15铣床在铣床上，铣出键槽，长度12MM，宽度4MM数控铣床铣刀夹头1工件安装与校正采用三爪自定心卡盘进行装夹。根据加工要求，完成工件的正确装夹，并用百分表进行找正。2程序输入、编辑、保存。3数控车床电源的启动，做好检查工作。4返回参考点回零。5设置编程原点建立工件坐标系。6设置刀具刀尖圆弧半径补偿。7数控车床试运行。8自动加工。9工件检测。10数控车
18、床关机。2编写程序左边一头先车（程序如下）毛胚40X140MMO0001G98G40G21G90G54G28U0W0M3S500T0101外圆车刀G0X42Z2G1Z0F150X1G0X42Z2G71U2R1G71P1N2U02W01S1000F100N1G1X14Z0X16Z1Z17X37X39Z18N2Z50G70P1Q2G0X100Z100T0202S150切槽刀刀宽为2MMG0X41Z17G1X12F100G0X100Z100G28M30右边带螺纹一头程序O0002G98G40G21G90G54G28U0W0M3S600T0101G0X42Z2G1Z0F150X1G0X42Z1G1X1
19、保证总长138MMG0X42Z198G1X1G0X42Z2G71U2R1G71P3N4U02W01S1000F100N3G1X898Z0X1198Z15Z18X14Z32X13X16W15Z96N4X42G70P3Q4G0X100Z100M3S450T0202切槽刀，刀宽为2MMG0X16Z18G1X95F80G0X16W05G1X95G0X18Z95X42Z96G1X15G0X100Z100M3S600T0303螺纹车刀G0X14Z2G92X11Z17F15X106X104X102X1002X1002G28U0W0M303仿真与实验为了验证以上程序，我们在实训中心进行了仿真实训，通过实际仿真
20、，发现经我们数控车床加工出来的阶梯轴，零件的表面的的光泽度明显提高，相对与普车加工，效果更加的明显。图31实际加工阶梯轴零件4加工注意事项1在程序的输入、编辑、保存过程中，必须做到字母、数字和符号输入正确。2数控车床必须进行回零操作。3要检查程序中的刀位号和车刀安装的位置是否一致。4螺纹加工时，两端应设置升速进刀段和降速退刀段。5螺纹加工宜采用恒转速控制功能。6严格按照数控机床安全操作规程进行操作四、总结通过对于阶梯轴的加工工艺分析，很好的认识了工艺对于零件的加工很有重要意义。了解了轴的基本分类，阶梯轴的普车加工和数控加工。在这几天的设计过程中很好的认识了工艺的重要性和自身的对于加工工艺的不足
21、，同时这次的加工工艺分析很好的补充了这一点缺憾，给自己的专业知识很好的补充，同时也使我自己认识到自己还有很多东西都不知道，需要进一步努力。感谢老师和同学的大力支持。五、致谢在这次的毕业设计中，让我深深地体会到阶梯轴的加工看似简单，但需要较好的完成也十分不容易，它需要具有全面的专业知识、缜密的思维、严谨的工作态度和吃苦耐劳的精神以及较高的分析问题、解决问题的能力，还要多问多看。在这里我要衷心地感谢我的指导老师俞红梅老师，我从她身上学到了很多东西。她认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我受益匪浅。尤其是认真负责的工作的态度，让我感到她是一位对我无私奉献的老师。无论在理论分析上，还是在实践指导中，她都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高，这对于我以后的工作和学习都有很大的帮助。感谢他耐心的辅导与帮助，使我能够及时、顺利地完成此次的毕业设计。2015年5月15日参考文献1邹新宇数控编程M清华大学出版社,2006年2陈子银,徐鲲鹏数控加工技术M北京理工大学出版社,2006年3余英良数控加工编程及操作M北京高等教育出版社,2004年第一版4武喜朝,周南浅析机械阶梯轴的特点J机械制造技术,20055吴晓蓉,张晓燕,许惠良浅谈机械阶梯轴的特点和基本结构J江中国科技信息,20066单继生浅谈工程施工设备管理与维修J,东北水利水电,2010
