无人机花键传动轴加工工艺设计论文设计

本科论文目 录摘 要IAbstractII引 言11 研究的目的与意义32 加工工艺方案分析62.1 零件分析62.2 毛坯设计82.3 定位基准的选择82.4 工艺方案设计92.4.1 确定加工方案92.4.2 制定工艺路线102.5 工艺规程设计113 加工方案设计133.1 车削加工方案设计133.1.1 车削加工设备的选择133.1.2 车削夹具的选择133.1.3 车削刀具的选择143.1.4 量具的选择143.1.5 选择切削用量153.1.6 编写程序213.2 数控铣削工艺方案设计273.2.1 铣削加工设备的选择273.2.2 铣削刀具的选择283.2.3 铣削夹具的选择283.3.4 量具的选择284 样件加工305 加工质量检测315.1 加工质量检测315.2 改善方法31结 论32参考文献33致 谢35本科论文摘 要该次设计旨在根据客户方的生产工艺及产品质量要求，解决无人机花键传动轴的加工工艺设计问题，以保证产品的生产质量和加工成本，具有重要的实用价值。根据零件的生产要求，进行机械制造工艺规程设计，设计目标为无人机花键传动轴，对花键传动轴进行零件分析，设计其整体的机械加工工艺方案。花键传动轴是在日常的设计加工过程中较为常见的非标准件，虽然花键轴不是标准件，但是花键有标准参数，一般用途的花键轴均按照花键轴标准参数来进行设计。本次设计的无人机花键传动轴整体采用车削与铣削的加工方式，选择采用数控加工机床，通过对零件分析，安排整体机械加工工艺，选取合适的机加刀具，确定合适的走刀路线，进行手动编程，编程程序准确，能够在数控机床上准确运行。 本次工艺设计，根据相关的工艺设计理论，以及相关的国家标准，进行设计，对同类产品工艺设计有一定的借鉴价值，可供相关技术人员参考。 关键词：花键传动轴；加工工艺；数控铣削；数控车削 AbstractThis design aims to solve the problem of manufacturing process design of the uav spline drive shaft according to the production process and product quality requirements of the customer, so as to ensure the production quality and processing cost of the product.According to the production requirements of parts, the design of mechanical manufacturing process procedures, the design target is the uav spline drive shaft, the spline drive shaft parts analysis, the design of the overall mechanical processing process. Spline drive shaft is a common non-standard part in daily design and processing. Although spline shaft is not a standard part, spline has standard parameters. Spline shaft for general use is designed according to the standard parameters of spline shaft. The design of the uav spline shaft integral turning and milling machining method, choose to adopt numerical control machine tool, by analyzing the parts, arrange the whole machining process, select the appropriate machining tool, determine appropriate feeding line, manual programming, the programming procedure accurate, can accurate operation on the CNC machine. This process design, according to the relevant process design theory, as well as the relevant national standards, the design, to the same product process design has certain reference value, for the relevant technical personnel reference.Keywords: Spline drive shaft; Processing technology; CNC milling; The numerical control turning引 言“无人机”是无人驾驶飞机的简称，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备控制或者具有自动程序控制的不载人驾驶飞机1。最初“无人机”的设计是应用于军事，用于完成某些特殊作战任务，随着时间的发展，无人机在军事用途上的应用也愈演愈烈，颇有些取代传统作战模式的姿态2。在美军的多次作战任务中，无人机作战任务都取得了较为瞩目的战绩，完全改变了战场的模式，也促使各个国家大力研究无人机和无人化作战模式。战争完全催动了无人机的发展。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点3。由于无人驾驶飞机对未来空战有着重要的意义，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。随着时间的投入，无人机的发展水平已经具有相当成熟的模式了，后来一部分的无人机业务也从军用转为民用4。例如，近年来较为流行的航拍，完全由民用无人机完成，大大改善了原有的摄影模式，以及应用于农业的植保无人机，以及我国早期提出的无人机配送模式，无人机都有重要的作用，具有重要的研究意义5。我国就具有“大疆”国际知名的无人机品牌，相应的无人机零件加工业务需求也较大，本次设计的无人机花键传动轴就是无人机上重要的零部件，本次设计就是根据甲方提供的生产图纸设计出符合要求的加工方案，在保证工件质量的前提下，尽量提高生产效率6。花键传动轴主要的组成要素为花键，花键的加工方法是有很多的。主要是采用滚切、铣削和磨削等切削加工方法，也可采用冷打、冷轧等塑性变形的加工方法7。本次设计会根据各种图纸要求综合考虑，选择合适的加工方式。本次设计的无人机花键传动轴整体上是一轴类零件，轴类零件在加工时一般采用车削的加工方式，随着第三次工业革命的普及，电子计算机应用到了各种行业，用于加工的设备也有了很大的提升，现在的加工设备拥有更方便快捷的特点，也能有效的保证零件的加工精度8。工业生产的道路也走向了自动化、集成化的高效率生产方式。而数控技术是制造业实现自动化，柔性化，集成化生产的基础。数控技术的应用是提高制造业产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段9。数控机床技术的发展，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。国家的经济正加快向新兴工业化道路发展，随之而来的制造业也就成为国民经济的支柱产业10。所以在数控技术上的知识学习越来越重要。本次设计为无人机花键传动轴加工，通过分析零件图，读取零件加工的各种要素，来制定符合本次零件加工的加工工艺过程，选择符合设计方案的毛坯尺寸，机床刀具的选择，切削余量的选择，工序的制定，并且用软件进行编程仿真。本次设计内容优先绘制零件的电子二维图形，选择毛坯尺寸，绘制毛坯图，安排机械加工工艺。在机械加工工艺中要选择合适的加工方式、合适的切削刀具、合适的加工设备，需要按照设计的加工工艺方案加工出来的零件完全符合图纸要求11。本次设计需按照相关设计理念，遵循国家相关标准，合理，在保证加工成本的前提下，缩短加工时间成本，提高产品质量。通过本次设计，让自己进一步学习了数控编程等一系列的新型数控技术。学习了加工制造方面的知识，也知道了数控技术在生产过程中的难点。让自己对机械行业有了更深一步的了解。1 研究的目的与意义本次设计目标为无人机花键传动轴，是无人机上的重要零部件。无人机作为无人化作战的空天力量，是无人化作战的核心力量。无人机由于不需要载人飞行，具有载人飞行器不具备的各种优势，能够突破各种人体附加界限，以超高空、超高速等特点，适合进行各种精确打击任务，是美军常用手段12。各国也加强了无人机产业的研究。而且无人机在民用方面还有广阔的应用前景。本次设计为无人机提供生产零件方案，具有重要意义13。无人机花键传动轴是一种轴类零件，花键为传动轴上的重要元素，花键多是用来传递机械扭矩的。而因为其在轴上加工有多个纵向的键槽，多个键槽均匀分布，在视觉效果上的横截面为花型，所以此类轴统称为花键轴。花键轴在实际应用上非常广泛，包括制动器、转向机构、各种减速器、变速箱都有它的身影14。这类轴在结构上较为简单，使用起来也比较方便。本次设计的无人机花键传动轴结构图如图1.1所示，以及零件的三维结构图如图1.2所示。在结构上可以看为是阶梯轴，最大的构成要素为一矩形花键，还有一标准的键槽，一个螺纹孔。各要素需要不同的加工设备以及不同的刀具进行数控加工，部分表面的粗糙度较高，所以在加工方面比较费时，工序较多。图1.1 花键轴结构图图1.2 花键轴零件三维图无人机花键传动轴是无人机上的传动部件，是无人机上较为重要的机械零部件，因为近年来无人机产业的高速发展，也间接催生了无人机相关零件生产产业的发展15，而本次设计的无人机花键传动轴就是某款无人机设备上的传动部件，设计合适的加工工艺方案具有重要的研究意义。课题源于实习企业，旨在根据客户方的生产工艺及产品质量要求，解决无人机花键传动轴加工工艺设计问题，以保证产品的生产质量和加工成本，具有重要的实用价值。花键是轴类零件上的标准化元素被广泛应用于各种领域，并且有相对来说较成熟的制作方式。主要是采用滚切、铣削和磨削等切削加工方法，也可采用冷打、冷轧等塑性变形的加工方法。本次设计重点解决无人机花键传动轴在加工过程中常见的问题，能够正确合理的安排花键传动轴的加工工艺。本次工艺设计，根据相关的工艺设计理论，以及相关的国家标准进行设计，对同类产品工艺设计有一定的借鉴价值，可供相关技术人员参考。本次设计是把我们所学的知识，得到理论联系实际的机会，学会设计的方法，能够在设计过程中学习并优化其生产过程和方式，为我们今后的工作打下一个良好的基础。无人机产业相关在我国已经具有相对完备的产业链，目前不仅军用无人机的发展日新月异，而且民用无人机产业在我国具有较好的应用前景，目前兴起的航拍无人机以及植保无人机等已经较为完善，以及快递产业提出的无人化配送，无人机都是较为关键的力量，具有较高的前景，所以相关无人机零部件加工也属于迫切需求的产业。无人机相关的产业属于高科技产业，相关的产业涉入门槛较高，相关零部件的加工要求也较高，属于精密加工行业，国内的机械加工行业能够完成相关内容的加工生产任务，但是总的来说国内的生产质量方面还是与国外的高精密加工业务有差距。国内的机械加工行业，不论在机械加工设备还是机械加工方式以及相关的知识储备上，与国外机械制造强国还有一定差距。主要是因为国内的相关行业起步晚，由于高精端产业也受到国外的联合技术封锁，导致国内的技术发展需要摸索，但是经过多年的发展，在国家的大力支持下，国内相关从业人员的辛苦奋斗下，国内的机加工发展迅速，也在近年来取得了较为瞩目的成就16。国内的机械行业在多年的发展下，形成了规模较为庞大的基础，虽然在高精端制造领域上还与国外部分制造强国有相应的差距，但是国内的优势在于国内的庞大市场以及完善的基础设施，能够完成各种加工要求的零件的生产加工。目前的无人机产业，在军事领域上还是由美国占据领导地位，起步较早，技术完备，以及围绕无人机作战体系也较为成熟，完成过多次作战任务，拥有较多的实战经验17。而且在无人机零件的加工方面，也拥有不小的优势。国外的机械加工行业，老牌工业强国依旧具有较强的优势，主要体现在高精端行业的加工上，主要的国家有美国、德国、日本等。因为此类国家的工业发展时间长，相应的工业体系以及社会生产制度都较为完善，所以在高精端领域有着很大的优势。本次课题研究内容为无人机花键传动轴的机械加工工艺设计，通过对客户提供的零件图纸进行分析，合理地安排无人机花键传动轴的加工工艺。 本次设计主要内容为： 无人机花键传动轴的机械加工设备选择； 加工机床刀具选择； 选择合适的工件夹具； 合理选择工件毛坯； 选择合适的切削用量； 制定合理地加工路线； 准确无误的对零件进行编程； 加工过程中的粗基准以及精基准的选择。 填写正确的工艺卡片。2 加工工艺方案分析采用CAD软件绘制本次设计的无人机花键传动轴零件二维图纸，并对零件图纸进行精确分析，读取本次加工过程的各种相关要素，合理选择零件所需的毛坯尺寸和材料要求。确定零件的加工方式以及加工路线，采取一套合理的加工工艺方案。2.1 零件分析本次设计目标零件图如图2.1所示。是无人机花键传动轴，是无人机上重要的零部件。根据图纸我们读取想关的零件加工要素，部分重要位置的加工要求以及整体的加工要求。设计目标为花键传动轴轴，根据图纸，我们可以基本了解本次设计的无人机花键传动轴为采用标准化参数设计的，在加工方案的选择上，采用标准化设计的花键轴将减低一些加工难度。从图纸信息显示，本次设计的目标主体为阶梯轴，大致可以分为5段，从左到右分别为直径为26mm、30mm、34mm、30mm、20mm的圆柱体，左右两侧分别有两个退刀槽，右侧为宽度2mm，直径18mm的退刀槽。左侧为宽度3mm，直径20mm的退刀槽。其中本次加工最重要的要素花键在直径为26mm的圆柱面上，为6mm23mm26mm6mm的标准化矩形花键。在直径为20mm的右侧圆柱面上有一个采用标准化参数设计的矩形键槽。位于左侧端面有一个M12x1，深度为20mm的螺纹孔。以上为本次设计零件的组成要素。在本次加工的无人机花键传动轴上，两个直径为30mm的圆柱面与直径为20mm的圆柱面上的表面粗糙度、尺寸精度要求以及在形位公差的要求都较高，在加工时，需要根据客户提供的零件要求，满足客户的具体需求，严格按照尺寸精度进行加工，得到合格的零部件。综上所述本次设计的无人机花键传动轴的一些位置加工精度较高水平，需要合理设计加工方案，选择恰当的切削速度，切削深度与进给量，选择合适的毛坯棒料和不同规格的刀具。图2.1 花键传动轴零件图2.2 毛坯设计机械加工零件的毛坯形式常见种类可分为铸件，锻件，型材和焊接件17。在不影响力学和性能的条件下，要尽可能的选用较廉价的毛坯，降低成本。一般轴类零件的毛坯选择可以是棒料，也可以是其他形式的毛坯。毛坯形式的选择依据是使用要求、生产类型设备条件及结构，零件的结构形状与外形尺，生产纲领的大小，零件材料的工艺特性及零件材料组织和性能的要求，现有生产条件等。但对于外圆直径相差不大的轴一般以棒料为主，这样能够尽量降低成本。本次的无人机花键传动轴在结构上为轴类零件，最大直径处与最小直径处的差别不大，所以可以采取型材形式的圆形棒料作为毛坯，能够保证零件加工的切削性能，还具有较高的经济效益，也可以节省时间和劳动力，可以有效地提高零件的切削加工性能。毛坯的外形尺寸主要由零件组成表面加工的形状，结构，尺寸及加工余量等因素共同确定，还要根据零件的力学性能要求，材料的切削性能，生产纲领和批量等因素18。通过查阅机械制造技术基础课程设计19，已知本次设计的无人机花键传动轴零件最大外径34mm，长度为112mm,长度与基本尺寸之比接近3.3，在4的范围内，根据轴类零件圆棒毛坯的直径选取表，查得本次毛坯直径为d+34，所以毛坯直径应为38mm的棒料，毛坯直径在3050mm之间，毛坯长度300，端面需要加工时的余量为2mm，所以毛坯长度尺寸为116mm。综上所述，我们根据以上设计的尺寸大小绘制花键轴的毛坯图，最终得到如图3.2所示的毛坯图示意图。图2.2 花键传动轴毛坯图2.3 定位基准的选择粗基准的选择：由零件图纸可知，该零件为轴类零件，对于轴类零件，粗基准一般是采用轴外圆，根据粗基准的选择原则，零件上有较多加工面时，为使各加工面得到足够的加工余量，要选择毛坯上加工余量最少的面为粗基准18。精基准的选择：由精基准其中的统一原则可知，轴类零件中位置精度较高的表面加工时要选用同一定位基准，这样有利于保证各加工表面的位置精度，并根据基准重合原则，尽可能选用设计基准为定位基准，防止误差。综上所述，由于本工件毛坯为棒料，所以在选择基准上，粗基准就是毛坯外圆棒料，精基准选择30mm外圆柱面。2.4 工艺方案设计数控加工工艺路线的设计与通用机床加工工艺路线设计的区别，在于它一般并不指是从毛坯到半成品再到完成品的整个工艺过程，而仅仅是几道甚至是多组数控加工工艺过程的详细描述20。由于数控加工一般都贯穿于零件加工的整个工艺中，因此务必与其他通用加工工艺衔接好。2.4.1 确定加工方案本次零件的加工大致可以分为两个阶段，一是零件阶梯轴的加工，二是零件花键及键槽的加工方式。本次设计将按照这两部分来写。轴类零件为典型的回转体结构，本类零件的加工方式为车削加工，零件部分尺寸精度要求较高，以及表面粗糙度的要求较高，可在数控车床上加工完成，但是需要选取合适的数控车床。除此之外，该零件上未加工要素还有两个，一个是花键，一个是零件上的键槽加工。两个都是采取标准化参数设计的，所以，在加工时有较为成熟的加工方式，我们要根据零件的具体要求选取合适的加工方式。花键有标准化参数，所以在加工方式上也较为成熟，目前花键的加工方法是有很多的。一般常见的主要是采用滚切、铣削和磨削等切削加工方法，部分花键的加工方法也可采用冷打、冷轧等塑性变形方式21。轴上键槽的加工方式一般采取铣削的方式进行加工，需要采用键槽铣刀铣削加工，在加工过程中需要注意的是是同轴度、对称度，键槽深一些问题不大，但是键槽的宽度尺寸一定要保证，不能宽度尺寸不能大了。本次无人机花键传动轴加工花键的加工方式，综合考虑整体要求采用铣削的加工方式进行花键及键槽的加工。2.4.2 制定工艺路线在本次无人机花键传动轴加工工艺路线设计中需要多加注意以下几点：根据数控加工的几大特点，数控工序可以遵循以下几个方法来划分：零件在一次的安装中完成加工为一道工序。此方法比较适用在加工工序相对少的零件中，加工后即可达到待检状态。用同一把加工刀具加工的实质来划分工序。某些零件虽然可以在一次安装后加工出许多待加工表面，但是由于考虑到加工程序长，便会受到某些限制，比如作业员和机床连续工作时间的束缚，控制系统的局限，机床的各种负载限度等。另外，程序太多太长也会增加出错和检索的艰难，所以程序的编制过程不能太长，一般一道工序的程序内容可以分开来编制。以加工局部来划分工序。也可以粗、精加工来划分工序。对待经加工后轻易发生变形的零件，因可能会对粗加工后发生的变形进行检测，所以只要进行粗精加工的工艺过程，均需将工序分散开来22。本此无人机花键传动轴零件加工的毛坯选用圆形棒料，材料为40Cr钢，花键轴零件主体加工时各面采用数控车床进行车削，螺纹孔加工，底孔在车床上用中心钻加工完成，再用丝锥对底孔进行攻丝加工完成螺纹孔。本次设计选择经济合理、生产效率和精度较高的加工方案。对于花键以及键槽采取成型铣刀进行加工。根据零件的几何形状和尺寸精度等技术要求，以及用的加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,拟定以下工艺路线。无人机花键传动轴零件加工工序工序1：下料38116mm棒料。工序2：对毛坯进行调制热处理。工序3：夹住左侧毛坯外圆，加工左端端面，粗、精车左侧外轮廓。钻螺纹底孔工步1：车端面工步2：粗车26mm，30mm，34mm外圆面，倒角，留有0.3mm的精加工余量。工步3：精车26mm，30mm，34mm外圆面，倒角，加工至图纸要求工步4：利用中心钻加工螺纹底孔至10.2mm工步5：加工阶梯轴左侧3X26mm的退刀槽。工序4：掉头装夹，加工无人机花键传动轴零件左端端面，粗、精车左侧外轮廓。工步1：车右端端面，至图纸要求工步2：粗车20mm，30mm外圆面，倒角，留有0.3mm的加工余量。工步3：精车20mm，30mm外圆面，倒角，加工至图纸要求。工步4：车18mm的槽，至图纸要求工序5：铣削加工键槽与花键。工步1：采用键槽铣刀铣削加工键槽工步2：同一装夹位置，采用立铣刀铣削加工第一个花键槽槽壁工步3：采用成型盘铣刀铣削加工第一个花键槽槽底工步4：零件径向旋转60，重复工步2、工步3步奏加工至花键成型。工序6：采用丝锥加工螺纹孔。工序7：将花键轴部分位置磨至尺寸要求工序8：花键表面淬火工序9：去毛刺工序10：检验2.5 工艺规程设计综上所述，工艺路线已经明确，按照工序为单位去简要描述工件的加工工艺路线是机械加工工艺卡，通过机械加工工艺卡来说明工件的加工流程，以合理布置生产计划及调度组织生产用；但是在工艺卡的基础上，遵循每道工序所编制的一种工艺文件，是使于指导工人完成某一工序所使用的卡片就是械加工工序卡14。这次设计的工艺卡。花键轴的机械加工工艺卡如表2.1所示。表2.1花键传动轴加工工艺机械加工工艺过程卡零件名称图号材料件数毛坯类型毛坯尺寸无人机花键传动轴CDZ-140Cr1优质合金钢38116mm序号工序名称工序内容设备工艺装备1下料38116mm切割锯游标卡尺 2热处理调制热处理WH-VI-163车夹住毛坯外圆，加工左端端面，粗、精车左侧外轮廓，钻螺纹底孔。CK6140外圆车刀，切槽刀，中心钻，游标卡尺，千分尺 4车调头装夹，加工右侧端面，粗、精车右侧外轮廓。CK6140外圆车刀，切槽刀，游标卡尺，千分尺 5铣铣削加工键槽与花键X5020A立铣刀，键槽铣刀，盘铣刀，游标卡尺，千分尺6攻丝加工螺纹孔M12x1丝锥7磨将花键轴部分位置磨至尺寸要求M1412砂轮，游标卡尺8热处理花键表面淬火WH-VI-169去毛刺打磨毛刺砂轮10检验按图纸检查各尺寸要求检验按图纸检查各尺寸要求工艺设计日期共1 页第 1 页3 加工方案设计3.1 车削加工方案设计数控车床是使用最广泛的数控机床之一。根据以上制定完备的工艺路线，我们已经知道了本次加工需要数控车床进行加工，数控车床主要用于加工各种回转表面。如内外圆柱面、圆锥面、回转体成型面、环形槽、端面及螺纹，还可进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花等加工23。3.1.1 车削加工设备的选择在加工设备的选择上，结合在学校所接触到的以及实习企业接触到的数控设备。综合考虑后选取CK6140数控车床来进行数控加工。设备的参数具体如表3.1：表3.1机床参数主要内容 参数中心高（mm） 205最大回转直径（mm） 400刀架最大回转直径 210刀架最大回转行程 280电机（kw） 4.5中心距（mm） 750主机外形（mm） 2200x900x120重量（kg） 16003.1.2 车削夹具的选择夹具决定工件在机床坐标中的位置，因此在加工过程中使用的夹具必须能够保证机床坐标系中工件的精确坐标方向。我们使用的夹具也必须适合机床坐标系中工件的尺寸。一般常用的通用夹具有三爪卡盘、虎钳，除此之外还有专用夹具，但是一般考虑经济等原因，一般优先考虑选用通用夹具为加工的夹具。本次加工夹具采用三爪定心卡盘，在夹紧时能够自动地对工件进行中心定位24。使用三爪卡盘时，为了确保足够的夹紧力，必须保持20mm或更长的夹紧长度。具体的三爪卡盘结构图如图3.1所示。图3.1 三爪定心卡盘3.1.3 车削刀具的选择机床的加工效率和加工零件的质量由数控加工刀具决定。近年来，随着科学技术的不断发展，刀具的材料性能和结构特性不断得到改善。从数控机床的特殊加工刀具的耐久性、刚度、脆性、切屑断裂、调整和更换等方面进行了持续改进。所以应该选择最适合的加工刀具类型和加工工艺方案。根据本零件的加工特点，选取合适的刀具，本次车削的刀具如表3.2所示表3.2刀具选择编号 刀具名称 刀具规格 刀片材料1 外圆车刀 93刀尖 硬质合金2 端面车刀 95刀尖 硬质合金3 切槽刀 宽度3mm 硬质合金4 麻花钻 10.2mm 高速钢5 切槽刀 宽度2mm 硬质合金3.1.4 量具的选择在整个数控车削加工的过程中，正确选择测量工具可以保证工件的尺寸精度。量具是零件在加工和检测过程中必须用到的工具。现如今，测量工具很多，但不同的部件需要不同的测量工具。本次加工用到的量具如表表3.3量具规格名称规格分度值用途游标卡尺0-150mm0.02mm主要用于测量内、外尺寸和深度等千分尺0-150mm0.001mm用于长度测量工具直尺0-200mm1mm用来测量工件的长度螺纹规M181.5用来测量螺纹的标准 3.1.5 选择切削用量背吃刀量的确定在粗加工的时候，被吃刀量的选择要在机床功率容许的情况下，应尽量采选较大的背吃刀量，进给次数才会有所减少。这样能够有效节省加工时间，提高加工效率，精加工余量通常少于普通加工的余量，一般选取0.10.3mm。由于该零件精度要求相对要高，固必须至少有粗加工及精加工两种。通过表3.4切削用量表来采选背吃刀量。表3.4切削用量表加工内容背吃刀量Ap/（mm）切削速度VC(mmin)进给量f/(mmr)粗加工23801200.20.4精加工0.10.51201500.10.2 综合考虑粗车时背吃刀量选取2mm，留出精车余量为0.3mm，精车时背吃刀量为0.3mm。主轴转速的确定主轴转速应根据零件上加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。主要根据允许的切削速度VC(m/min)选取由公式 n= 式中：VC-为切削速度；D-为工件或刀具的直径（mm）现选取工件的中间尺寸为34mm的直径为例说明其计算过程。当取D=34mm时，切削速度VC(m/min)根据表中推荐范围可求得粗加工时主轴转速为550-850r/min之间。精加工时为580-1100r/min之间。进给量的确定在零件粗加工时，可以根据切削力的限制来选择进给量。可以根据工件直径、刀杆尺寸、加工材料以及已确定的背吃刀量来选取较大的进给量23。在零件半精加工和精加工时，我们可以选择合理的进给量。进给量可以根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择，也可以按表面粗糙度要求来选择。当切削速度提高，刀尖圆弧半径增大，或刀具磨有修光刃时，可以选择较大的进给量以提高生产率。在加工过程中，有四种进给速度设定，它们是：快速走刀速度、进刀速度、切削进给速度及退刀速度。切削速度的确定我们可以根据工件材料的特性来确定切削速度。首先，在选定的Ap和F的基础上，选择的切削速度应具有合理的刀具耐用度值。精加工时，切削速度区域应尽量避免屑瘤、鳞刺产生。连续切削时，为减小冲击，切削速度应适当降低。在车端面时，其切削速度是一个变值，其最大值应比车外圆时适当提高。为了防止切削过程中的振动，切削速度应避免自激振动的临界速度。切削用量相关计算工序1：无切削加工，无需计算。工序2：无切削加工，无需计算。工序3：夹住左侧毛坯外圆，加工左端端面，粗、精车左侧外轮廓。钻螺纹底孔.工步1：车左侧端面机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：95外圆车刀 (硬质合金材料)，材料：YT15。根据文献查得进给量f=0.20.5mm/r，初步确定f=0.3mm/r。选择切削速度VC，查得VC=1.21.83m/s，取VC =90m/min。计算主轴转速取s=800r/min。计算进给速度 工步2：粗车26mm，30mm，34mm外圆面，倒角，留有0.3mm的精加工余量。机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：93外圆车刀 (硬质合金材料)，材料：YT15。根据文献查得进给量f=0.20.5mm/r，初步确定f=0.3mm/r。选择切削速度VC，查得VC=1.21.83m/s，取VC =96m/min。计算主轴转速取s=800r/min。计算进给速度 工步3：精车26mm，30mm，34mm外圆面，倒角，加工至图纸要求机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：93外圆车刀 (硬质合金材料)，材料：YT15。根据文献查得进给量f=0.050.3mm/r，初步确定f=0.1mm/r。选择切削速度VC，查得VC=1.51.83m/s，取VC=105m/min。计算主轴转速取s=1000r/min。计算进给速度 工步4：利用中心钻加工螺纹底孔至10.2mm机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：10.2mm麻花钻 (高速钢)。根据文献查得进给量f=0.050.3mm/r，初步确定f=0.2mm/r。选择切削速度VC，查得VC=1.51.83m/s，取VC=16m/min。计算主轴转速取s=500r/min。计算进给速度 工步5：加工阶梯轴左侧3X26mm的退刀槽。机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：3mm切槽刀 (硬质合金材料)，材料：YT15。根据文献查得进给量f=0.050.3mm/r，初步确定f=0.1mm/r。选择切削速度VC，查得VC=1.51.83m/s，取VC=24m/min。计算主轴转速取s=300r/min。计算进给速度工序4：掉头装夹，加工无人机花键传动轴零件左端端面，粗、精车左侧外轮廓。工步1：车右端端面，至图纸要求机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：95外圆车刀 (硬质合金材料)，材料：YT15。根据文献查得进给量f=0.20.5mm/r，初步确定f=0.3mm/r。选择切削速度VC，查得VC=1.21.83m/s，取VC =90m/min。计算主轴转速取s=800r/min。计算进给速度 工步2：粗车26mm，30mm，34mm外圆面，倒角，留有0.3mm的精加工余量。机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：93外圆车刀 (硬质合金材料)，材料：YT15。根据文献查得进给量f=0.20.5mm/r，初步确定f=0.3mm/r。选择切削速度VC，查得VC=1.21.83m/s，取VC =96m/min。计算主轴转速取s=800r/min。计算进给速度 工步3：精车26mm，30mm，34mm外圆面，倒角，加工至图纸要求机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：93外圆车刀 (硬质合金材料)，材料：YT15。根据文献查得进给量f=0.050.3mm/r，初步确定f=0.1mm/r。选择切削速度，查得=1.51.83m/s，取=105m/min。计算主轴转速取s=1000r/min。计算进给速度 工步4：车18mm的槽，至图纸要求机床：数控车床，其型号为：CK6140。刀具：2mm切槽刀 (硬质合金材料)，材料：YT15。根据文献查得进给量f=0.050.3mm/r，初步确定f=0.1mm/r。选择切削速度VC，查得VC=1.51.83m/s，取VC=24m/min。计算主轴转速取s=300r/min。计算进给速度3.1.6 编写程序我首先对零件图纸进行分析，在分析后发现，在车削无人机花键传动轴时主要涉及直线、切槽以及钻孔。一般在加工零件时都分为粗加工和精加工。在程序编写时，用到的指令有：G00、G01、G21、G40、G71、G70、G97、M00、M03、M05、M30。 G21 指令是指定公制编程。即 X （U）、 Z （W）、 R 等坐标尺寸字所描述的单位为 mm。 G40 指令是刀尖半径补偿取消，按照程序指令路径进给。 G97 指令是主轴速度控制指令（恒线速度控制）。格式：G97 S_；其中，S 控制主轴转速，单位为 r/min。 G71 指令是成形粗车循环。该切削方式是每次粗切的轨迹形状都和成品形状相似，只是在位置上由外向内环地向最终形状靠近。格式：G71 U（i）R（m） P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F（f）S（s）T（t）；iX向每次背吃刀量；u、w分别为 X 轴（直径值）和 Z 轴方向上的精加工余量；ns精加工程序段中开始程序段的段号；nf精加工程序段中结束程序段的段号；F、S、T粗切时的进给速度、主轴转速和刀补设定。此时，这些值将不再按照精加工的设定 G70 指令是精加工循环指令。格式：G70 P（ns）Q（nf）；其中，ns精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；nf精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。 G00 指令是快速定位。该指令控制刀具快速从当前位置移动到指定的位置，一般用在空程运行中，如退刀和快速进刀。格式：G00 X（U）_Z（W）_；其中，X（U）_Z（W）_指定移动轨迹终点位置坐标。 G01 指令是直线插补。 该指令控制刀具以某个速度从当前位置移动到指定的位置（只能沿直线方向走）。格式：G01 X（U）_Z（W）_F_；其中，X（U）_Z（W）_指定移动轨迹终点位置坐标；F控制刀具移动的速度，在使用 G98 时，F 的单位是 mm/min。当使用 G99 时，F 的单位是 mm/r。 M00 程序停止指令。 M03 主轴正转（CW）指令。 M05 主轴停止指令 M30 程序结束并返回指令。为了方便编程，有工作人员在工件图纸上设置工件坐标系，也叫编程坐标系，其原点就是工件原点，也叫编程原点，我们通常在工件右端设置标准点为车削加工的编程原点。本次设计的无人机花键传动轴分为两次装夹，为了方便加工，一次装夹需要完成一侧的所有可加工程序，然后进行调头装夹，完成另一侧的加工程序。图3.2左侧编程原点 所以在编写程序时，主要分为两个程序，左侧编程原点如图3.2所示，表3.5所示的编程程序为花键轴左侧轮廓的加工程序，其中包括26mm，30mm，34mm外圆面，倒角，位于零件中心的螺纹底孔，以及左侧宽度为3mm的槽。程序采用G71 指令是成形粗车循环，最后用G70 指令进行精加工循环。用中心钻对中心孔进行加工，最终采用切槽刀对零件进行切槽加工。表3.5左侧车削程序卡主程序用三抓卡盘夹持毛坯外圆，找正并夹紧，车外轮廓程序号程序简要说明O0001程序名N010G21 G97 G99 G40;程序初始化N020T0101 M03 S800;主轴正转，转速800r/min选择1号93外圆车刀N030G00 X40.0 Z2.0;快速进给至循环起点N040G71 U2.0 R0.5;G71复合循环粗车右端轮廓，加工参数设定，每次被吃刀量2mm，退刀0.5mm，X向精加工余量0.3mm，Z向0.1mm，粗加工进给0.3N050G71 P60 Q130 U0.3 W0.1 F0.3;N060G00 X26.0;右端精加工轮廓描述N070G01 Z-43.0 S1000 F0.1;N080X30.0;N090Z-59.0;N100X34.0;N110Z-66.0;N120X40.0;N130G00 X100.0 Z100.0;退至换刀点N140T0102;换2号精加工外圆车刀N150G00 X40.0 Z2.0;快速定位至精加工起点N160G70 P60 Q130;G70精加工指令N170G00 X100.0 Z100.0;返回刀具换刀点N180T0103 S500;换3号麻花钻主轴转速500r/mN190G00 X0.0 Z2.0 F0.2;中心孔加工N200G01 Z-26.0;N210Z2.0;N220G00 X100.0 Z100.0;返回刀具换刀点N230T0104 S300;换4号切槽刀主轴转速300r/mN240G00 X40.0 Z-43.0 F0.1;切槽加工N250G01 X20.0;N260X40.0;N270G00 X100.0 Z100.0 M05;返回刀具换刀点，停主轴N280M30;程序结束图3.3右侧编程原点 如图3.3所示为调头装夹后的零件编程原点，表3.6所示的编程程序为花键轴右侧轮廓的加工程序，其中包括20mm，30mm，34mm外圆面，倒角，以及右侧宽度为2mm的槽。程序同样采用G71 指令，是成形粗车循环，后用G70 指令进行精加工循环。采用切槽刀对零件进行切槽加工。 表3.6右侧车削程序卡主程序用三抓卡盘夹持毛坯外圆，找正并夹紧，车外轮廓程序号程序简要说明O2001;程序名N010G21 G97 G99 G40;程序初始化N020T0201 M03 S800;选择1号端面车刀N030G00 X40.0 Z5.0;切削加工端面N040G94 X0.0 Z3.0 F0.3;N050Z1.0;N060Z0.0;N070G00 X100.0 Z100.0;返回刀具换刀点N080T0202 S800;换2号93外圆车刀，主轴正转，转速800r/min N090G00 X40.0 Z2.0;快速进给至循环起点N100G71 U2.0 R0.5;G71复合循环粗车右端轮廓，加工参数设定，每次被吃刀量2mm，退刀0.5mm，X向精加工余量0.3mm，Z向0.1mm，粗加工进给0.3mmN110G71 P120 Q190 U0.3 W0.1 F0.3;N120G00 X20.0;右端精加工轮廓描述N130G01 Z-32.0 S1000 F0.1;N140X30.0;N150Z-48.0;N160X34.0;N170Z-52.0;N180X40.0;N190G00 X100.0 Z100.0;返回刀具换刀点N200T0203;换3号精加工外圆车刀N210G00 X40.0 Z2.0;快速定位至精加工起点N220G70 P120 Q190;G70精加工指令N230G00 X100.0 Z100.0;返回刀具换刀点N240T0204 S300;换4号切槽刀，主轴转速300r/minN250G00 X32.0 Z-32.0 F0.1;切槽加工N260G01 X18.0;N270X32.0;N280G00 X100.0 Z100.0 M05;返回刀具换刀点，停主轴N290M30;程序结束3.2 数控铣削工艺方案设计根据工艺设定，本次无人机花键传动轴上的花键以及键槽的加工方式均采用铣削的方式进行加工，以下将详细描写花键轴铣削工艺方案设计。3.2.1 铣削加工设备的选择在加工设备的选择上，结合在学校所接触到的以及实习企业接触到的数控设备，以及在实际生产加工中最常见的数控铣床。综合考虑后选取X5020A数控铣床来进行数控加工。设备的参数具体如表3.7：表3.7 X5020A参数技术参数机床型号X5020A立式铣床工作台面尺寸宽/mm200长/mm900最大行程纵向/mm500横向/mm190垂向/mm360主轴端部规格40转速401800工作台进给量纵向（mm/min）12800横向（mm/min）8565垂向（mm/min）4268工作台槽槽数/条3槽宽/mm14槽距/mm45电动机功率主电动机/kW3总功率/kW3.79工作精度平面度0.02平行度0.03垂直度100/0.02表面粗糙度2.53.2.2 铣削刀具的选择铣削刀具的选择，因为本次铣削加工是两种有标准参数化的花键和键槽，所以，在刀具的选择上也与传统铣削加工刀具有所不同，需要专门的成型刀具来进行铣削加工。具体的刀具选择如表3.8所示。表3.8 刀具选择编号 刀具名称 刀具规格 刀片材料1 键槽铣刀 6mm 高速钢2 立铣刀 6mm 高速钢3 盘铣刀 12mm 高速钢3.2.3 铣削夹具的选择在机床夹具的选择上一般采取通用夹具作为机床夹具，在特定的时候，通用夹具满足不了使用要求的情况下采取专用夹具，一般常用的通用夹具有三爪卡盘、虎钳，考虑经济等原因，一般优先考虑选用通用夹具为加工的夹具。本次加工采取虎钳作为机床夹具。3.3.4 量具的选择在整个数控铣削加工的过程中，正确选择测量工具可以保证工件的尺寸精度。量具是零件在加工和检测过程中必须用到的工具。表3.9为本次加工需要使用到的量具。表3.9 铣削加工量具规格名称规格分度值用途游标卡尺0-150mm0.02mm主要用于测量内、外尺寸和深度等千分尺0-150mm0.001mm用于长度测量工具直尺0-200mm1mm用来测量工件的长度 4 样件加工根据本次设计的加工方案对零件进行样件加工。本次无人机花键传动轴样件加工通过CK6140数控车床以及X5020A立式铣床两种不同的数控设备相互配合共同加工完成，采用的刀具包括外圆车刀、切槽刀、外螺纹车刀、键槽铣刀与成型花键铣刀等多种类型，因为刀具在不断地加工中会有磨损，造成实际尺寸的不同，所以在设置加工参数上也会与理论上的数值不同。具体的零件加工过程较设计的方案出入不大，在加工完成后，对加工后的零件进行检测，检测结果符合零件图纸要求，随着样件的顺利加工完成，标志着本次机械加工工艺方案设计的完成。最终得到的样品如图4.1所示。图4.1 无人机花键传动轴样品5 加工质量检测5.1 加工质量检测我在加工零件的整个过程中，遇到了很多的问题，这些问题来自于不同的方面。有来自于机床上的问题也有来自于加工方面的问题，在这些问题的解决上，我问过老师，也问过同学还上网查过资料。我通过各方对我的帮助和支持，很好的解决了这些问题，以下就是加工质量问题的分析： 首先，我们在机床的选择上选择了CK6140，机床的加工精度还不够高。其次，零件的加工精度受夹具和刀具的影响。我在加工过程中遇到径向或者端面跳动的情况，分析原因发现这是因为夹具没有装夹平衡，从而导致产生误差。在加工过程中还遇到过工件产生误差或者粗糙度偏大的问题，分析原因发现，刀具在加工过程中发热以及刀片装夹不稳定造成的。我们对刀的精确程度也深深影响着加工精度。当我们采用手工对刀的方式时，会有对刀不准确产生误差的事情发生。最后，冷却液也能影响到零件的加工精度。在加工时，工件与道具摩擦会产生大量的热，从而导致工件热变形，同时也会加剧刀具的损坏程度。因此，选择合理的冷却液以及冷却方式显得非常重要，他们会直接影响加工精度。除上述原因之外，还有些原因，如：机床主轴本身有摆动情况、机床有振动、刀刃太长，刀具硬度不够等等都会影响到加工精度和光泽度。5.2 改善方法我们可以通过两种方