花键套机械加工工艺及编程设计

毕 业 设 计 设计题目：花键套机械加工工艺及编程专 业：机械设计与制造班 级：13机械一学 号：姓 名：指导老师：起讫日期2015年9月20日 2016年5月20 日摘要 本文首先对花键套的零件进行分析，通过对花键套进行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，与指导老协商后，觉得用编程比较合适。在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了花键套的机械加工工艺规程与编程设计。关键词：花键套 工序 工艺规程 编程目 录摘 要第一章 前言 01第二章 花键套的结构工艺性分析 012.1 零件的作用 03 2.2 零件的结构特点分析 032.3 零件的主要技术要求 032.4 零件加工工艺分析 03第三章 花键套加工工艺设计 05 3.1 确定毛坯的制造形式 073.2 基面的选择 093.3 加工阶段的划分 13 3.3.1划分准则 15 3.3.2时效处理的安排 173.4 制定工艺路线 203.5 加工机床及刀具的选择 223.6 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 233.7 确定切削用量和工时计算 25第四章 花键套的编程 274.1 半精车内孔至尺寸 254.2 粗车、半精车内孔至尺寸 31第五章 结论 32第六章 致谢 33第七章 参考文献 34第一章 前 言本次设计的题目是花键套机械加工工艺规程及编程，本文是通过分析花键套的性能特点，了解其工作原理等方面知识的基础之上完成的。通过对花键套的实际加工结合设计要求，我在分析零件主要功能和工艺分析的基础上设计花键套零件的加工工艺，并对花键套的内表面和内孔进行数控加工程序的编制。在首件调试之前，首先要对花键套零件图样的几何形状、技术要求、尺寸及工艺要求进行分析，明确加工的内容和要求，然后确定加工方案，根据零件的工艺要求合理选择机床并选择合理的刀具，另外，在编程之前需要设置合理的走刀路线以及选择合理的切削用量和计算工时。通过本次毕业设计和学习，我能够对机械设计与制造有一个全貌的了解，能够掌握金属切削过程中的基本规律，并掌握有关机械加工的基本知识，能够选择零件的加工方法和机床、刀具、编程以及相关的加工参数，能够具备制定工艺规程的能力。第二章 花键套的结构工艺性分析2.1 零件的作用本次设计所给的零件是花键套，和其他箱体类零件类似，内部会安装有许多零件，例如轴承，轴承等，主要作用是起到支撑和连接作用，所以需要有足够的刚度、抗振性和耐磨性，花键套是空心的，它的左端有精度要求较高的内孔，同时要求保证其圆度公差0.003mm，所以花键套加工质量对机床工作的精度和使用的寿命有很大影响。图2.1，2.2所示为花键套的零件图和毛坯图 。 图 2.1 花键套零件图 图 2.2 花键套毛坯图2.2 零件的结构特点分析从零件图可知道，该零件为锻造零件，先采用锻造工件后，各外圆及端面采用普通车床加工后再对加工精度高的位置进行数控机床的加工，还用到了磨削加工。花键套材料为45钢。花键套零件的主要加工表面是各外圆表面及内孔和内花键，一般来说，保证平面的加工精度与保证孔系的加工精度相比，保证平面的加工精度比较容易。孔径加工都是选用专用钻夹具，夹紧方式一般选用手动夹紧，夹紧可靠。因此生产效率较高。能够满足设计要求。2.3 零件的主要技术要求（1） 尺寸精度和形状精度（2） 位置精度（3） 表面粗糙度2.4 零件加工工艺分析该零件属于轴类零件，它的主要表面需要加工，主要表面的精度等级和表面粗糙度如下： （1）外圆、外圆、内孔的表面粗糙度分别为，内孔的表面粗糙度为，精度等级分别为、。 （2）外圆表面粗糙度为，精度等级为。 （3）内花键表面粗糙度为，精度等级为。第三章 花键套加工工艺设计3.1 确定毛坯的制造形式 确定毛坯件的制作形式，主要应该从以下几个方面来考虑：（1）零件的力学性能 相同的材料采用不同的毛坯制造形式，其力学性能有所不同。锻件的强度。压力浇注和压力浇注的锻件，金属型浇注的锻件，砂型浇注的锻件依次递减；钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。( 2) 零件的结构形状和外形轮廓 形状复杂、力学性能要求不高可采用锻钢件。形状复杂和壁薄的毛坯不宜采用金属型锻造。尺寸较大的毛坯，不宜采用模锻、压铸和精铸，多采用砂型锻造和自由锻造。外形复杂较小的零件宜采用精密的锻造方式，以免机械加工。其直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料，相差较大时宜采用锻件。（3）生产纲领和生产批量 生产纲领大时宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方式，生产纲领小时，宜采用设备投资小的毛坯制造方法。（4）现场生产条件和发展 应经过技术经济分析和论证。 该零件的材料为45，考虑到零件的形式及结构较为简单，所受的冲击力不大，且是大批生产，根据机械制造工艺设计简明手册表1.31，选择锻造中的锤上模锻锻造。3.2 基面的选择 粗基准选择毛坯的左端外圆表面，精基准选择已经铣车好的左端外圆台阶面。3.3 加工阶段的划分3.3.1 划分准则1、粗加工阶段（1）花键套毛坯的处理 需要锻造毛坯和退火时效处理，时效处理是为了消除锻造后残余的力（2）粗加工 先铣削上下及左右端面主要目的：用大的切除大部分的，只留下少量的，方便精加工的进行。同时还可以的发现毛坯、断裂等的毁坏和缺陷。2、半精加工阶段（1）前的时效处理 时效处理（2）精加工前各个非重要的表面加工，铣上下、左右端面、倒角和镗内孔等。（3）半精加工达到一定的经济精度，留下精加工的余量。主要的：铣出工准，半精铣，精铣上下左右端面。3、精加工阶段（1）精加工左右端面，精镗，精车内孔等。主要目的：完成各个加工表面的加工，达到图纸规定的要求。3.3.2 时效处理的安排花键套的毛坯锻造以后，需要安排处理。为了消除残余的力，以便，降低的度，零件的加工性能。在加工后半加工之前，需要安排处理。其目的是为了获得均匀细致的索组织，以提高零件综合学性能，从而在表面时获得均匀致密的度层。同时的金属结构经过加工后，表面粗糙度的数值会减小。3.4 制定工艺路线一锻造毛坯100x130二夹一端，车端面，见平即可，车各外圆台阶面，见光三调头装夹，车端面，见平即可，车各外圆台阶面，见光四粗车各外圆1半精车96至尺寸2半精车留磨量0.33车退刀槽2x0.54半精车外圆至尺寸5半精车内孔至尺寸五车调头装夹，粗车各外圆1半精车外圆至尺寸2车沟槽2X0.53半精车留磨量0.34粗车、半精车内孔至尺寸六夹外圆面，插内花键七以内花键定位，铣10X30深4键槽八钻6-M10-6H螺纹孔九精磨外圆至尺寸十去除毛刺、飞边十一质检十二仓库3.6 加工机床及刀具的选择机床的选择 床身式普通铣床X5032 工作台 mm 纵向行程 mm 横向行程 mm 垂直行程 mm 主轴功率 KW 主轴转速 r/min 主轴锥度 BT40 主轴端面至工作台距离 mm 主轴中心至立柱距离 mm 定位精度 mm 重复定位精度 mm 卧式镗床T6113 重量 （kg） 主电机功率 （kw） 外形尺寸 （mm） 加工精度 圆度mm圆柱度 mm 糙度Ra 镗刀转速 （rpm） 最大镗削尺寸 （mm） 控制形式 人工 适用范围 通用 布局形式 卧式 安装形式 落地式 数控车床CKJ6136 重量： 最大工件直径长度： 脉冲当量：z=、x=； 主轴转速（r/min）：无级调速、； 主电动机功率：kw； 外形尺寸：。 工作精度：圆度mm圆柱度mm平面度300:0.012粗糙度Ra1.6m.卧式摇臂钻床Z3050重量：3.5t；最大钻孔直径：50mm；主轴转速（r/min）：16级、252000；主电动机功率：4kw；外形尺寸：2500mm1060mm2655mm。万能外圆磨床MB1632最大工件直径长度：320mm500mm；主电动机功率：14.82kw；粗糙度Ra外/内:0.4/0.8；主轴转速：2000r/min；切削速度：31.5m/min；进给量：0.003mm，外形尺寸：2720mm2150mm2060mm。刀具的选择a) 粗铣端面、倒角：端面铣刀：硬质合金铣刀， b) 半精铣端面、端面：端面车刀，硬质合金铣刀 C) 9锥柄加长麻花钻：总长L=160mm，合金工具钢，密度为g/cm2，硬度为HRC；3.7 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 图 3.1 花键套毛坯图3.8 确定切削用量和工时计算 1、夹一端，车端面，见平即可，车各外圆台阶面，见光 已知加工材料为45，锻件，有外皮，机床为CK6140型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。（1）外圆 粗车。1） 确定背吃刀量。由于粗加工单边余量为1.75mm可在一次走刀内完成，故 2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时 按CK6140车床说明书选择 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。当钢的强度，（预计）时，进给力为。切削时的修正系数为，故实际进给力为 由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。3）确定切削速度 当用硬质合金车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表1.27与1.28中公式计算： =8.88m/min； 2.调头装夹，车端面，见平即可，车各外圆台阶面，见光 本工序为车端面，见平即可，车各外圆台阶面，见光，已知加工材料为45，锻件，有外皮，机床为CK6140型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。（1）外圆半精车。确定背吃刀量。由于半精加工单边余量为1.3mm可在一次走刀内完成，故 2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时 按CK6140车床说明书选择 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。当钢的强度，（预计）时，进给力为。切削时的修正系数为，故实际进给力为 由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。3）确定切削速度 当用硬质合金车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表1.27与1.28中公式计算： =8.88m/min； 3.粗车各外圆 已知加工材料为45钢，锻件，有外皮，机床为CK6140型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。（1）外圆96 粗车。1） 确定背吃刀量。由于粗加工单边余量为1.75mm可在一次走刀内完成，故 2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时 按CK6140车床说明书选择 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。当钢的强度，（预计）时，进给力为。切削时的修正系数为，故实际进给力为 由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。3）确定切削速度 当用硬质合金车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表1.27与1.28中公式计算： =8.88m/min； 3.6.2基本工时计算 本工序为铣296深65内平面的工序，所选刀具为硬质合金端铣刀。铣刀直径d=60mm,宽度L=80mm，齿数z=10。根据文献12表3.2选择铣刀的几何形状。由于加工材料为HT250，=145MPa，硬度为160180HBS，锻件，有外皮。故选择=8，=+5。已知铣削宽度=13mm，铣削深度mm。机床为普通立式铣床，工件装在虎口钳中。（）确定每齿进给量根据文献12表3.5，当使用YG6，铣床功率为7.5Kw（文献12表3.30），采用对称铣，故取（）选择铣刀磨钝标准以及刀具寿命根据文献12表3.7和表3.8，铣刀后刀面最大磨损量取为1.5mm，由于铣刀的直径d=80mm，故铣刀的寿命T=180min。（）确定铣削速度和每分钟进给量根据文献12表3.27中公式计算： 公式中 =245 ,=0.2，=0.35，=0.15，=0.2，=0，=0.32，=80,=50,=2.3,=1.0。 =91.16m/min = =326.90r/min根据文献12表3.30，普通铣床主轴转速表，选择n=300r/min，纵向进给量=235mm/min。实际切削速度和每齿进给量分别为 = =75.36m/min = =0.08mm/z()检验机床功率根据文献12表3.24，当，z=10,，近似。根据普通铣床说明书机床主轴允许的功率为，故，因此选择切削用量采用，即，n=300r/min，m/min，。2）基本工时计算 公式中，l=140mm，根据文献12表3.26，对称安装铣刀入切量及超切量，则L=152mm。 查机械制造工艺设计简明手册表3.127可知38 这里取3（1）铣削每齿进给量的选择查机械制造工艺设计手册表328 329可知 0.10.3 这里取0.2 1.5（2） 、铣削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表330可知所以：（3）计算切削时间 由于是粗铣，故整个铣刀盘不必铣过整个工件 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知： 所以，（4）计算铣削力 查机械制造工艺设计手册表325有 ：式中： 所以， （1）、铣削进宽度的选择查机械制造工艺设计简明手册表3.127可知12 这里取1.5（2）、铣削每齿进给量的选择查机械制造工艺设计手册表328 329可知 0.25 （3）、铣削速度的选择查机械制造工艺设计手册表330可知所以：（4）、 计算切削时间 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知： 所以， 查机械制造工艺设计简明手册表3.127可知38 这里取3（1）铣削每齿进给量的选择查机械制造工艺设计手册表328 329可知 0.10.3 这里取0.2 1.5（3） 、铣削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表330可知所以：（3）计算切削时间 由于是粗铣，故整个铣刀盘不必铣过整个工件 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知： 所以，（4）计算铣削力 查机械制造工艺设计手册表325有 ：式中： 所以， 夹外圆面，插内花键 本工序为用插床插内花键工序，已知内花键深度33，确定的进给量尚需满足插床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据B5032插床说明书，其进给机构允许的进给力。切削深度：进给量：根据切削深度，再参照实用机械工艺简明手册中表2.4-66。因此确定进给量;切削速度：参照实用机械工艺简明手册中表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际插削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间： 由于切削时的进给力小于插床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。3）确定切削速度 当用CX钨钢插齿刀加工钢料，切削速度4）选择插齿刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，插齿刀后刀面最大磨损量取为1mm，因为插齿刀的材料为钨钢，所以车刀的寿命T=90min。5）确定插削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表1.27与1.28中公式计算： r/min. 第4章 花键套的编程4.1 数控加工对刀1. 在数控车床上装夹花键套2. Z向对刀： 在上通过或驱动刀架沿向对工件最右端面进行加工，加工完毕后沿向退刀，然后将数值输入控制面板，然后按下操作面板上的测量即可完成此刀具的向对刀。3. X向对刀： 在上通过点动或手轮方式驱动刀架沿向对工件外圆进行加工，在加工出足够测量的圆柱段后再沿向退刀，用游标卡尺测量所加工圆柱的直径即X向的坐标数值，并输入数控系统的控制面板，然后点击测量即可完成此刀具的向对刀。 4.完成操作，可以保证车刀的刀尖的中心置于工件的加工起始点。但是因为有误差的存在，还必须要经过后的，经过向和向的尺寸做出的，确定的。4.2 加工程序编制4.2.1半精车内孔至尺寸 图 4.1 编程原点的示意图M43M03 S500 /主轴转动转速500r/minG00 X100 Z200T0101GOO X52 Z2G71 U1 R2G71 P10 Q20 U0.5 F0.2N10 X38G01 Z0X40 Z-1Z-28X43X45 W-1Z-59N20 X52G70 P10 Q20G00 X100 Z200T0202G00 X30 Z2G71 U1 R0.5G71 P10 Q20 U-0.5 F0.2N10 G00 X36G01 Z0X32 Z-2Z-49N20 X30G70 P10 Q20M05 M304.2.2 粗车、半精车内孔至尺寸N10 G54 G17 G94 G90 设定加工参数N20 T03 M06 换T03号刀N30 M03 S1500 N40 G00 X0 Y0 Z100 设定退刀点N50 Z10N60 G01 Z-2.0 F250 第一刀下刀量N70 M98 P0001 调用O0001号子程序N80 Z-4 F250 第二刀下刀量N90 M98 P0001 调用O0001号子程序N100 Z-4 F200N110 G00 Z100N120 M05 M02 O0001 子程序N10 G01 G40 X0 Y10 定位在刀具半径中心N20 Z-2.0 第一次下刀N30 G03 X0 Y10 R10 圆弧插补加工R10N40 Z-4.0 第二次下刀N50 G02 X0 Y10 R10 圆弧插补加工R10N60 G00 X0 Y0 Z100N70 M99 子程序调用结束第五章 结论时间过得真快啊，转眼间三年时间都过去了，在这三年中，我学到了许多专业知识，就拿这次的毕业设计来说吧，我查阅了机械制造工艺编制及实施，机床夹具设计，使我充分掌握了机床的设计方法和步骤，更重要的复习所学专业的知识，以前总认为学这些专业知识没用，那是我太天真了，当这次的毕业设计，它帮了我不少的忙，特别是机械制造工艺编制及实施这课对我的毕业设计帮助特别大，都怪上课没认真听讲，导致做毕业设计时要问比我学的好的同学，通过这次做毕业设计让我认识到学习不是个坏事，是为了自己的，还有学习这些知识精通的话对我们找个好工作有大大的帮助，总之我除了感谢我的老师和帮助过我的同学外更要感谢自己的。第六章 致谢 时间过得真快，转眼就要到了毕业的时候了，心里感概很多，在论文完成之际，我要向我的导师表示由衷的感谢！感谢您这三年对我们的谆谆教导，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成专科阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么，知道以后的人生目标是什么，通过这几年的学习，让我知道了我们亲爱的导师严谨求实的治学态度，锐意创新的学术作风，认真加负责，公而忘私的敬业精神，豁达开朗的宽广胸怀，平易近人。经过近半年努力的设计与计算，通过查找了各类的夹具，编程手册论文终于可以完成了，我感到很开心，也很激动，因为这是我知识的积累。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学三年来对所学知识的应用和体现。三年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识。第七章 参考文献1 王少军机械制造工艺学（M）北京：机械工业出版社，2006 352 寿主编机床夹具设计北京：机械工业出版社，1983 86973 王笑天金属材料学（M）北京：机械工业出版社，1987 22364 邱中怀技术，应用与开发EM）北京：机械工业出版社，2002 33655 张华 机械原理(M)北京：高等教育出版社，1999：40556 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学机床夹具设计手册（M）上海：. 上海科学技术出版社，1988：1031217 杨立峰 黑客入侵网页攻防修炼，电子工业出版社，2008：56748 王平鸿机器维修工程学（M）北京：农业出版社，1990：19399 张耀鹅加工技术实用手册（M）北京：冶金工业出版社，2007：12014610 李民国内外焊丝简明手册北京：兵器工业出版社，1992：365811 李伊敏。和辩工艺设计工作的要求。机械工业出版社，1993：365812 姚晨。实际加工工艺设计手册。航空工业出版社，1999; 12014613Yon-chun Chou, R. A. Srinivas. Automatic design of machining fixture conceptual design J. Int J Adv Manuf Technol (1994) 9:3-12.