花键轴加工工艺及编程设计

花键轴的工艺设计与编程 姓 名： 班 级： 专 业：机械制造与设计 教 学 系： 机电系 指 导 老 师： 目 录 摘 要第1章 前言 - 第2章 花键轴的结构工艺性分析 - 2.1 零件的作用 - 2.2 零件的结构特点分析 - 2.3 零件的主要加工表面 - 7 2.4 零件加工工艺分析-第3章 工艺规程设计 - 3.1 零件毛坯的选择及制造形式的确定 3.2 定位基准的选择 3.2.1 粗基准的选择 3.2.2 精基准的选择 3.3 制定工艺路线 3.3.1 工艺路线 3.3.2 确定各表面的加工方案 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 3.5 加工机床、刀具的选择 3.5.1 机床的选择 3.5.2 刀具的选择 3.6 确定切削用量及基本工时 第4章 零件的编程 - 第5章 结束语-参考文献-附 录1、花键轴的零件图2、花键轴的毛坯图3、花键轴的工艺过程卡片4、花键轴的加工工序卡摘要本文首先对花键轴的零件进行分析，通过对花键轴进行的研究和分析，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轴的机械加工工艺规程与编程设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处符合要求的产品。 关键词：工艺 编程 花键轴 数控机床 第1章 前 言本文首先对花键轴的零件进行分析，通过对花键轴进行的研究和分析，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轴的机械加工工艺规程与编程设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处符合要求的产品。 第2章 花键轴的结构工艺性分析2.1 零件的作用 轴是由轴颈支承在机器的支架或箱体上，实现运动和动力的传递。主要用于支承齿轮、带轮等传动零件及传动运动和扭矩，其结构组成中具有许多外圆、退刀槽、和键槽等。轴是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件。花键轴的零件图2.2 零件的结构特点分析轴类零件按其结构特点可分为简单轴、阶梯轴、空心轴和异形轴4大类。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 零件加工工艺性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）、三个外圆表面粗糙度均为，精度等级为。 （2）外圆表面粗糙度为，精度等级为。 （3）内孔表面粗糙度为，精度等级为。第3章 工艺规程设计机械加工工艺规程是指在一定的加工条件下，确定一种较为合理的加工工艺，并将它以表格形式的技术文件呈现来指导生产的一类文件，同时也是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序是由安装、工位、工步及走刀组成。生产过程就是指将原材料转变为成品的全过程。包括原材料的运输、保管和准备、产品技术、生产准备、毛坯制造、零件的机械加工和材料热处理，部件和产品的装配、检验与调试、油漆包装、以及产品的销售和售后服务等等。3.1 零件毛坯的选择及制造形式的确定 毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺步骤，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量材料消耗和加工工时都有很大的影响。如果当毛坯的尺寸与零件图尺寸相近时，则就提高了工作效率，但是毛坯制造的成本就越高，所以选择合适的毛坯需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员密切配合，合理地确定毛坯的种类、结构形状，并绘出毛坯图。花键轴的毛坯图由于花键轴的零件结构比较简单，所以此次采用锻件的毛坯。花键轴在工作中承受传递的作用，要求具有很高的强度。因此，该花键轴采用40Cr。3.2定位基准的选择定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准的选择是否正确关系到零件加工的好坏，甚至有可能导致所加工零件大量损坏，导致生产加工无法继续，将严重损害企业利益。定位基准的正确选择还可以保证加工质量，提高生产效率。定位基准有粗基准和精基准之分。在工件加工的第一道工序中，只能用毛坯上未曾加工过的表面作为定位基准，则该表面称为粗基准。在以后的加工工序中，则使用加工过的表面作为定位基准，则该表面称为精基准。3.2.1 粗基准的选择 粗基准选择时，应重点考虑两个问题：一是保证主要加工面有足够而均匀的加工余量和各待加工表面有足够的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的位置精度。 其选择原则为： 1） 为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准 2） 合理分配个加工面的加工余量 a 、为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。b、为了保证重要加工表面的加工余量均匀，应选重要加工面为粗基准。c、粗基准的选择应使工件上各加工表面总的金属切除量最小。3） 粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上通常只使用一次 4） 选作粗基准的表面应光洁，要避开锻造、飞边和铸造浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保证定位准确，加紧可靠。当使用夹具装夹时，选择的粗基准面最好使夹具结构简单，操作方便。综上所述，在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，所以对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。先以外圆作为粗基准，加工两个端面，钻中心孔，粗车5个外圆台阶面。3.2.2 精基准的选择 精基准的选择，重点是考虑如何减小工件的定位误差，保证工件的加工精度，同时也要考虑工件的装夹方便可靠，夹具结构简单，使零件的制造较为经济、容易。 其选择原则为： 1） 基准重合原则 以设计基准作为定位基准。 2） 基准统一原则 加工过程中采用统一的定位基准，这样做可以简化工艺规程的制定工作，减小夹具设计，制造量和成本，缩短生产准备周期。由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度。基准重合和基准统一原则是选择精基准的两个重要原则。但有时两者相互矛盾，必须处理好。当遇有尺寸精度较高的表面时，应以基准重合为主，以免给加工带来困难，这时不宜做到基准统一原则，除此之外，均应考虑基准统一原则。 3） 自为基准原则 当加工余量小而均匀时选择加工表面本身作为定位基准4） 互为基准原则 用于两个有相互位置要求的表面，采用反复加工，相互作为基准。 3.3 制定工艺路线 制订工艺路线的目的应该是使零件的几何形状、位置精度、尺寸精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定是大批生产的条件下，我们可以考虑采用万能性的机床并配备有专用夹具，尽量使工序集中以提高生产率。但是除此以外，还应当考虑到经济效果，最大可能的使生产成本下降。 根据先面后孔、先主后次和先粗后精的基本原则，将外圆表面先加工来作为基准面，按基准面画出各主要加工部位的中心线，然后车左端主轴的各端面，铣各槽，钻孔、划线等次要表面放在最后来加工。因为该零件工序安排较为清晰明确，所以无需安排两种不同的工序进行分析与比较。由于考虑到该零件本身的加工精度要求比较高，需要进行精加工才能够满足其要求，所以相对来说工序步骤也就多一些。3.3.1 工艺路线 工序1 粗车外圆处至 粗车外圆处至 粗车外圆处至 粗车外圆处至 粗车内孔处至，长度 工序2 220-270HB 工序3 右端平面车出 车外圆长、 车槽，保持尺寸，外圆倒角 车孔，扩孔，孔口倒角 孔底钻中心孔A2 车左端平面，控制尺寸260，研磨左端中心孔 夹外圆，顶左端，中间车至尺寸，至尺寸 放余量，长 放余量，外圆倒角C1.5工序4 软氮化 工序5 以外圆定位，插内花键 插去齿 工序6 铣半圆键 以内花键定位，铣平键槽 以内花键定位，校正左端面，钻孔 槽口，孔口去毛刺 工序7 磨外圆、，涂油保护 工序8 按图纸要求，检验零件 工序9 包装入库3.3.2 确定各表面的加工方案花键轴的加工面有外圆、内孔、端面、槽及小孔等，材料为50圆钢40Cr。以公差等级和表面粗糙度要求，查阅工艺手册中零件表面加工方法、加工经济精度与表面粗糙度相关内容，其加工方法选择如下：1. 端面的加工 零件右端面没有粗糙度要求，粗车就可达到要求。 2.外圆的加工 外圆、和。表面粗糙度为，其公差等级，需进行粗车及半精车。 外圆。表面粗糙度为，其公差等级，需进行粗车、半精车及磨削。 3.内孔的加工内孔。表面粗糙度要求为，其公差等级，需进行钻及扩。 4.槽的加工 槽宽和槽深的表面粗糙度要求为和，其公差等级分别为和，需进行粗铣及半精铣。 半圆槽和平键槽，都只需粗铣。5. 孔的加工 小孔，采用复合钻头一次钻出即成。3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定锻件的公差及机械加工余量按GB/T12362-2003确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定一下因素。（1） 锻件公差等级。通过零件的功用和技术要求，确定锻件公差为普通级。（2） 锻件质量。根据零件成品质量，估算。（3） 锻件形状复杂系数S。 该锻件为圆形，假设他最大直径，长，可计算出锻件外轮廓包容体质量： 查工艺手册中锻件形状复杂系数S分级表，0.539介于0.32和0.63之间，所以该零件的形状复杂系数是级。（4） 锻件材质系数M。该零件材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65的碳素钢，查手册可知锻件的材质系数是级。1） 的外圆 工序名称工序加工余量工序加工经济精度工序尺寸及公差半精车粗车毛坯2） 的外圆工序名称工序加工余量工序加工经济精度工序尺寸及公差磨削0.2IT7半精车1.8IT9粗车3IT12毛坯5 3） 的外圆工序名称工序加工余量工序加工经济精度工序尺寸及公差半精车1.5IT9粗车3.5IT12毛坯54） 的外圆工序名称工序加工余量工序加工经济精度工序尺寸及公差半精车1.5IT9粗车3.5IT12毛坯55） 的内孔工序名称工序加工余量工序加工经济精度工序尺寸及公差扩1.5钻3.5毛坯56）加工 外圆由于粗糙度没有要求。粗车即可满足要求。 粗车，3.5 机床、刀具的选择及工艺装备的确定3.5.1机床的选择 根据不同的工序选择机床，相关内容工艺手册中常用金属切削机床的技术参数部分。（1） 工序1、3是粗车和半精车。各工序的工步数差不多，成批生产不需要很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。花键轴外轮廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的C620-1型卧式车床即可。（2） 工序5是插内花键。从加工要求及尺寸大小考虑，选（3） 工序6是用三面刃铣刀粗铣键槽。应选卧式铣床。考虑花键轴属成批生产，所选机床适用范围较广为宜，选常用的X62型铣床能满足加工要求。（4） 工序6是钻小孔。可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选Z525型立式钻床。（5） 工序7是磨削。应选3.5.2 刀具的选择 根据不同的工序选择刀具。 （1）在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。为了提高生产率及经济性，应选用可转位车刀。切槽刀宜选用高速钢 （2）铣刀选镶齿三面刃铣刀。 （3）钻小孔，由于带有90的倒角，可采用复合钻一次钻出。3.6 工序一切削用量及基本工时的确定切削用量包括背吃刀量、进给量和切削速度。确定顺序是先确定、，再确定。3.6.1切削用量计算 已知加工材料为40Cr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 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基本工时计算根据一下公式，可得：=3.7 工序二切削用量及基本工时的确定3.7.1切削用量计算 本工序为半精车，已知加工材料为40Cr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）外圆半精车。1） 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； 3.7.2基本工时计算根据一下公式，可得：=3.8 工序三切削用量及基本工时的确定3.8.1切削用量计算 本工序为粗车、半精车内孔以及插内花键工序，已知加工材料为40Cr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）内圆 粗车、半精车。1） 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； 3.8.2基本工时计算根据一下公式，可得：=3.8.3切削用量计算 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.3.8.4基本工时计算根据一下公式，可得： 第4章 零件的编程程序：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 M30M03 S500T0101G00 X52 Z2G71 U2 R1G71 P10 Q20 U0.5 F0.2N10 G00 X20G01 Z-20X30W-181X43X45 W-1N20 X47G70 P10 Q20G00 X100 Z200M05 /主轴旋转停止 M30 /程序停止并返回开始处第5章 结束语毕业设计是我们所学的机械专业课和其他课程结束后的一次综合性的机械设计。 我选择了机械工艺设计和数控编程作为毕业设计的主要内容，其中包括金属切削用量的基本知识，机床、刀具选择的基本知识，装配工艺规范和机械加工的设计理念，尖端的制造技术和发展趋势的加工精度和表面质量的发展。通过这次毕业设计和学习，我有了一个大致的了解，能够掌握金属切削过程的基本原则，掌握机械加工的基础知识，可以根据不同的机器来选择不同的刀具，夹具和工艺参数，开发流程和程序的能力，掌握基本的理论和加工精度和表面质量的基本知识，初步具备的分析和解决问题的现场处理能力。了解当今先进制造技术和先进制造业发展概览模式，最初与制造系统，制造模式选择决策的能力。最后在这里我向在这次毕业设计中给予过我指导及帮助的老师和同学表示衷心的感谢！对此我真的很感谢我的这些老师。我想老师们的教诲将使我一身受用！参考文献1 李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社，19932 孙本绪，熊万武编.机械加工余量手册.北京：国防工业出版社，19993 刘占斌，黄东编.常用金属切削刀具的选用.北京：化学工业出版社，20104 余英良主编.数控铣削加工实训及案例解析.北京：化学工业出版社，20075 顾京主编.数控加工编程及操作.北京：高等教育出版社，20027 孟少农主编.机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社，19918 艾兴，肖诗纲编.切削用量简明手册.北京：机械出版社，19919 刘登平主编.机械制造工艺及机床设计.北京：北京理工大学出版社，200810 周学世.机械制造工艺与夹具.北京：北京理工大学出版社，2006