漸開線渦輪數(shù)控工藝及加工

漸開線渦輪數(shù)控工藝及加工,漸開線,渦輪,數(shù)控,工藝,加工 浙江學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 院機電信息分院 系 專 業(yè) 姓 名 指導(dǎo)教師 1 畢業(yè)設(shè)計說明書 課題名稱 渦輪數(shù)控工藝及加工 系 別 現(xiàn)代制造工程系 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用 班 級 數(shù)控0571 姓 名 學(xué) 號 0505027124 指導(dǎo)教師 -------------------- 目 錄 摘要 ------------------------------------------------------------2 一、設(shè)計課題分析 --------------------------------------------5 二、工藝規(guī)程分析設(shè)計 ----------------------------------------7 三、夾具設(shè)計 ---------------------------------------------------8 四 毛坯的選擇----------------------------------------------------10 五 工藝規(guī)程的設(shè)計---------------------------------------------16 六 填寫工藝過程卡和工序卡---------------------------------16 七、零件設(shè)計及加工步驟 -----------------------------------17 （一）零件的造型設(shè)計 ------------------------------------18 （二）零件的Mastercam后外理加工 ----------------------21 （三）零件宏程序編制 --------------------------------------25 八、仿具系統(tǒng)加工驗證 ---------------------------------------27 九、其它方面說明 --------------------------------------------29 參考文獻 -------------------------------------------------30 設(shè)計小結(jié) -------------------------------------------------31 摘要：本課題設(shè)計的是漸開線渦輪數(shù)控工藝及加工,是葉片油泵的重要零件之一 ，我們要通過數(shù)控加工來實現(xiàn)加工要求。對于數(shù)控專業(yè)來說,本課題的畢業(yè)設(shè)計是具有很大意義的.根據(jù)漸開線渦輪零件圖制定加工工藝方案及數(shù)控加工工序卡，利用Pro/E繪制三維造型。本設(shè)計側(cè)重于數(shù)控加工工藝,數(shù)控編程及工裝設(shè)計。數(shù)控加工具有柔性程度高、自動化程度高、加工精度高且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)管理現(xiàn)代化等優(yōu)點。數(shù)控加工作為現(xiàn)代機械制造業(yè)的重要標志，隨著個性化產(chǎn)品日益為消費者鐘愛，數(shù)控加工技術(shù)顯得日益重要。隨著CAD/CAM軟件技術(shù)的進一步發(fā)展，幾乎所有的個性化產(chǎn)品設(shè)計都在CAD軟件中設(shè)計完成.并與CAM軟件結(jié)合使三維造型出來的產(chǎn)品可以直接生成ＮＣ代碼。這樣使產(chǎn)品開發(fā)到產(chǎn)品出貨的周期大大縮短，是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 關(guān)鍵詞：三維造型 工藝 夾具設(shè)計 模擬 前言： 隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控加工的需求也在增加，它總的發(fā)展趨勢是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工藝適用性和經(jīng)濟性。而漸開線渦輪加工充分的適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要. 數(shù)控加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機械加工制造業(yè)中，如數(shù)控銑削、鏜削、車削、線切割、電火花加工等，其中數(shù)控銑削是復(fù)雜多變零件的主要加工方法。數(shù)控設(shè)備為精密復(fù)雜零件的加工提供了基本條件，但要達到預(yù)期的加工效果，編制高質(zhì)量的數(shù)控程序是必不可少的，這是因為數(shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。對于簡單的模具零件，通常采用手工編程的方法，對于復(fù)雜的模具零件，往往需要借助于CAM軟件編制加工程度，如Pro/E、UG、Master CAM等。無論是手工編程或計算機輔助編程，在編制加工程序時，選擇合理的工藝參數(shù)，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。在本課題所采用的加工軟件是Mastercam，該技術(shù)是近年來工程技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展最迅速，最引人注目的一項高級技術(shù)，它已成為工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要標志。它對加速工程和產(chǎn)品的開發(fā)、縮短產(chǎn)品設(shè)計制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、增強企業(yè)市場競爭能力與創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。在畢業(yè)設(shè)計中我、Mastercam加工，充分的學(xué)習(xí)他們的優(yōu)點，用于漸開線渦輪的加工。 一、設(shè)計課題分析： 本課題是工業(yè)高壓變量葉片油泵的關(guān)鍵零件之一，葉片由X—Y平面的漸開線參數(shù)方程投影曲線與錐形回轉(zhuǎn)面合成，反面有橢圓槽、四個螺紋孔。零件圖結(jié)構(gòu)很清晰，難點重點就是渦輪正面的加工。 以往這種零件的加工多半是通過靠模來完成，這種加工方法的缺點是工作量大，精度差。很難適應(yīng)現(xiàn)在的社會發(fā)展，但現(xiàn)在有數(shù)控加工技術(shù)，減少了手工的步驟，既能保證精度，又能節(jié)省時間，更重要的是很大程度上緩解了勞動者工作量。 數(shù)控加工是根據(jù)零件的材料、幾何形狀編寫相應(yīng)的工序工藝；設(shè)計相應(yīng)的夾具；用軟件造型再獲得相應(yīng)的加工程序；導(dǎo)入仿真軟件進行模擬加工；最后到數(shù)控機床進行加工。 數(shù)控加工有許多方法，這里指的是我們在做畢業(yè)設(shè)計時加工漸開線渦輪所需的步驟。而此次設(shè)計的漸開線渦輪正是油泵的一個重要零件。對其進行工藝工裝設(shè)計有著實際性的作用和意義。另外對于數(shù)控專業(yè)來說,本課題的設(shè)計可以讓我們能全面的運用所學(xué)知識，培養(yǎng)我們獨立思考的能力，培養(yǎng)我們搞工藝工裝設(shè)計的思維能力，培養(yǎng)我們今后發(fā)展的能力。 在這里需要指出的是，加工所需要的程序可以通過手工編程，自動編程等等一系列方法來實現(xiàn)，在對漸開線渦輪的加工中，我選擇自動編程來完成。 至于漸開線渦輪的應(yīng)用，目前用于旋轉(zhuǎn)式流體機械比較多。用于泵也比較廣泛，泵是一種面廣量大的通用機械，應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如農(nóng)田水利、石油化工、電力、建筑、環(huán)保、輕工食品等各行業(yè)，需要量很大。隨著產(chǎn)品技術(shù)水平的提高和節(jié)約能源的要求，泵的應(yīng)用范圍正在迅速擴大。 二、工藝規(guī)程分析設(shè)計： 1、零件分析： 漸開線渦輪是按一定規(guī)律環(huán)繞在圓柱面上的等寬槽。該零件按中小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)綱領(lǐng)為月產(chǎn)1000件。渦輪材料為不銹鋼。(1Gr18Ni9Ti)，具有良好的耐蝕性和冷塑性變形性能;鋼因塑性和韌性很高,切削性較差; 為此在切削過程中需使用水性切削冷卻液，以減少切削熱變形。 該零件的尺寸精度要求不是很高，但是在普通機床上是無法加工的，因此選用帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)臺的立式數(shù)控銑床進行加工。漸開線渦輪正面上的每一個截面在高度上都是不相等的，一般選用立銑刀進行加工。漸開線渦輪加工前通常是一個實心的圓柱體，要經(jīng)過車削、開槽、粗加工、精加工等工序。 2、工藝分析及安排： （1）工序順序安排原則 （a）原則：先粗后精，先主后次，先面后孔，基面先行。 （b）機械加工工藝路線按工序的性質(zhì)不同一般可分為粗加工，半精加工和精加工三個階段。表面質(zhì)量要求特別高時，還應(yīng)增加光整加工階段。 （c）零件的機械加工路線中，第一道工序往往都是加工精基準，然后使用精基準定位，進行后續(xù)加工，如軸類零件先鉆中心孔，箱體類零件先加工平面、定位銷孔等。 （2）工藝安排原則和方法 制定工藝規(guī)程定的原則是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，最大限度的提高生產(chǎn)率和降低制造成本。 工件是工藝系的核心。各種加方法都是根據(jù)工件的被加表面類型、材料和技術(shù)要求等來確定的。 夾具是一種工藝裝備。它的作用一是保證工件相對于機床和刀具具有正確的位置，這一過程稱為“定位”；二是要保證工件在外力的作用下仍能保持 正確位置，這一過程稱為“夾緊”。 要保證工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)之間正確的幾何位置，應(yīng)保證工件在夾具中有正確的定位、夾具對機床具有正確的相互位置關(guān)系和夾具的正確調(diào)整。 由于所加工漸開線渦輪的材料為不銹鋼，外形尺寸且精度要求不高，我對該零件工件進行了以下的工藝安排： 下料（車出零件的外形尺寸82.2*31.8）——粗、精銑反面橢圓形槽——鉆、攻M8深8螺紋孔——粗、精銑渦輪正面——去毛刺——檢驗——入庫。 3、刀具材料的選擇： 刀具材料通常是指切削部分的材料。在切削過程中，刀具切削部分直接承擔切削工作。刀具切削性能的好壞對于切削加工效率、刀具壽命、刀具消耗、加工成本、加工精度和表面質(zhì)量都有著密切的關(guān)系。 目前廣泛用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。還有改善化學(xué)成分和組織的各種高效率、高性能刀具材料。如超硬高速鋼、碳化鈦基硬質(zhì)合金、表面涂層硬質(zhì)合金、立方氮化硼、陶瓷和人造金剛石等。 正確選用刀具材料是保證高效率加工不銹鋼的決定因素。根據(jù)不銹鋼的切削特點刀具材料應(yīng)具備足夠的強度、韌性、高硬度和耐磨性且與不銹鋼的粘附性要小。常用的刀具材料有硬質(zhì)合金和高速鋼兩大類，形狀復(fù)雜的刀具主要采用高速鋼材料。由于高速鋼切削不銹鋼的切削速度不能太高，因此影響生產(chǎn)效率的提高。對于較簡單的車刀類刀具，刀具材料應(yīng)選項用強度高、導(dǎo)熱性好的硬質(zhì)合金，因其硬度、耐磨性等性能優(yōu)于高速鋼。常用的硬質(zhì)合金材料有：鎢鈷類 （YG3、YG6、YG8、），鎢鈷鈦類 （YT15、YT14、YT5）， 添加稀有金屬碳化物類（YW1、YW2）。鎢鈷類硬質(zhì)合金的韌性和導(dǎo)熱性較好，不易和切屑粘結(jié)，因此適用于不銹鋼粗車加工；而YW類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性和抗氧化性能以及韌性都較好，適合于不銹鋼的精車加工。 由于零件材料為不銹鋼（2Gr13），屬于難加工類零件，根據(jù)刀具的選擇原則，在車削是選用復(fù)合涂層車刀（FNUM150404-A3），銑削加工所用刀具如下所列： φ4立銑刀、φ6立銑刀、φ6.8麻花鉆、M8的機用絲錐、中心鉆。 4、刀具幾何角度的選擇： 刀具切削部分的幾何角度，對于不銹鋼切削加工的生產(chǎn)率、刀具耐久度、被加工表面摩擦度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影響，合理選擇和改進刀具幾何參數(shù)是保證加工質(zhì)量、提高效率、降低成本的有效途徑。刀具前角γo的選擇：車削不銹鋼時，在不降低刀具強度的條件下，應(yīng)把前角適當取大一些，在刀具前角大時其塑性變形小，切削力和切削熱降低，減輕加工感化趨勢，提高刀具耐用度，一般刀具前角宜取12°~20°左右。車刀后角αo的選擇車削不銹鋼時的車刀后角要比車削普通碳鋼時稍大一些，但后角過大又會降低刀刃強度，直接影響車刀的耐用度，因此，一般情況下車刀后角宜取6°~10°左右。車刀主偏角Kr的選擇：車削不銹鋼時的硬化傾向性強，易產(chǎn)生振動，振動又會使加工硬化嚴重。因此，主偏角一般宜取45°~90°左右。 5、切削用量的選擇： 正確地確定切削用量,對保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、獲得良好的經(jīng)濟效益，都有著重要的意義。在確定切削用量時，應(yīng)綜合考慮零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、加工精度、和表面粗糙度、材料、刀具的材料及耐用度等方面因素。 粗加工時，由于要求的加工精度較低、表面粗糙度較大，切削用量的確定應(yīng)該盡可能保證較高的金屬切除北和必要的刀具耐用度，以達到較高的生產(chǎn)率。提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率，但在這三個要素中，切削速度對刀具耐用度影響最大，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以在確定粗加工切削用量時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用大的切削深度，其次考慮采用較大的進給量，最后根據(jù)刀具的耐用度要求，確定合理的切削速度。具體數(shù)據(jù)的確定可參閱有關(guān)手冊。 半精加工、精加工時，確定切削用量首先要考慮的問題是保證加工精度和表面質(zhì)量同時也要兼顧必要的刀具耐用度和生產(chǎn)率。半精加工、精加工時的切削深度一般根據(jù)粗加工后留下的加工余量來確定，而進給量主要根據(jù)表面粗糙度來確定。為了減少工藝系統(tǒng)的彈性變形和已加工表面的殘留面積高度，半精加工和精加工時一般多采用較小的切削深度和進給量。在切削深度和進給量確定之后，再確定合理的切削速度。 6、機床的選擇： 從工藝上分析：由于橢圓槽，漸開線螺旋槽形狀復(fù)雜普通銑床根本無法加工，所以選擇數(shù)控銑床XK5032。 XK5032數(shù)控銑床主要技術(shù)參數(shù)： 1、 機床外形尺寸（長X寬X高） 1830mm X 1880mm X 2050mm 2、 工作臺面積 320mm X 1200mm 3、 工作臺最大行程 X軸 750mm Y軸 350mm Z軸 400mm 4、工作臺T形槽 寬 17.46mm 間距 80mm 數(shù)量 2條 5、主軸轉(zhuǎn)速范圍 45~4500r/min 6、進給速度范圍 5~2500mm/min 7、快速移動速度 5000mm/min 8、定位精度 X軸 0.05mm Y軸 0.04mm Z軸 0.04mm 9、重復(fù)定位精度 0.025mm 三、夾具設(shè)計： 1.夾具設(shè)計方案分析: 對夾具主要有兩大要求：一是夾具應(yīng)具有足夠的精度和剛度；二是夾具應(yīng)有可靠的定位基準。選用夾具時，通?？紤]以下幾點： （1）盡量選用可調(diào)整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間。 （2）在成批生產(chǎn)時才考慮采用專用夾具，最好結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造容易。 （3）裝卸零件要迅速方便，以減少機床的停機時間。 （4）夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。 由于該零件的漸開線螺旋槽和底面的橢圓槽有一定的位置要求，基本的三抓卡盤夾具不怎么理想。所以要重新設(shè)計一個專用夾具。 根據(jù)基準統(tǒng)一的原則,我采用設(shè)計基準來作為我們的定位基準,即采取一面二銷的形式進行定位. 夾緊方式的確定,我考慮了各種各樣的方案,都覺得不理想.最后我選用了在V形塊板上打螺紋孔采用螺紋桿旋轉(zhuǎn)夾緊的方法。. 2.夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計計算: 夾具機構(gòu)既要可靠，又要和生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，這樣才能符合多，快、好、省的原則。大批生產(chǎn)中使用的夾具和中小批生產(chǎn)中使用的夾具，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)有所區(qū)別。 在大批量生產(chǎn)中，既要解決工件的質(zhì)量問題，又要解決工件的產(chǎn)量問題。因此，在設(shè)計夾具時，應(yīng)采用高效、省力的夾具結(jié)構(gòu)。例如：采用各中動力源（如氣動、液動、電動等）實現(xiàn)夾具夾緊，減輕勞動強度；采用聯(lián)動夾緊機構(gòu)和多件夾緊機構(gòu)，減少輔助時間；采用多工位分度裝置，使加工時間和輔助時間重合 大批生產(chǎn)中使用的夾具比較復(fù)雜，造價較高。為了便于設(shè)計的夾緊部件等，應(yīng)廣泛采用各種形式的通用動力部件，如標準汽缸。標準油缸、各種增壓器、通用的夾緊部件等，組成專用夾具。這是目前夾具設(shè)計中的一種新趨向。 在中小批生產(chǎn)中，采用夾具的主要目的是保證加工質(zhì)量和擴大機床的工藝性能，以及便于多品種生產(chǎn)等。因此，對夾具機構(gòu)的主要，主要是精度和通用性，效率問題比較次要。所以應(yīng)盡量采用各種形式的通用夾具、可調(diào)夾具和組合夾具等配以適當?shù)膶Ｓ酶郊?，以滿足生產(chǎn)要求。在設(shè)計專用夾具時，要充分采用部件及標準元件，以提高夾具的標準化程度。 夾具的結(jié)構(gòu)簡圖如下: 3.夾具使用說明: 先用螺栓把壓板固定夾具體上,這壓板下面有方槽可以讓V形塊通過，再把螺桿放到壓板的槽里，最后把活動V形塊用螺桿旋進去通過方槽,這V形塊是由無軸向移動的螺桿并鎖緊（利用臺虎鉗原理）.再把整個夾具放到機床工作臺上,用夾具體上的U形槽對準機床的T形槽.用螺栓和壓板把夾具體固定在機床上. 當加工零件時,把零件放到夾具體上,用一面二銷的方法把零件固定在夾具上,.再通過旋轉(zhuǎn)螺紋桿調(diào)節(jié)V形滑塊移動。夾緊零件.夾緊力的大小通過手工來調(diào)節(jié)。當零件在機床上加工完成后,再通過旋轉(zhuǎn)螺紋桿使其與V形滑塊分開,再用手去輕輕松動滑塊,使零件能從夾具體上拿下來,在用同樣的方法加工下一個零件. 四 毛坯的選擇 一、該零件材料為40Cr,齒輪的內(nèi)孔Φ195和外圓直徑Φ750.14,都是直徑比較大的圓,又由題目的生產(chǎn)綱領(lǐng)為3000件/年,由參考文獻表5.6(劃分生產(chǎn)類型的參考數(shù)據(jù))可知該零件批量生產(chǎn)為大批量生產(chǎn),毛坯應(yīng)選用鍛造。毛坯的鍛造方法用模鍛。 二、模鍛鍛件機械性能較好,有較高的強度和沖擊韌性,但是毛坯的形狀不宜復(fù)雜,如軸類和齒輪類零件的毛坯常用鍛造。 三、鍛造毛坯的工藝特點 參考文獻[1]表9-1,常用毛坯的制造方法與工藝特點： 精度等級(IT) 毛坯尺寸公差 /mm 表面粗糙度 Ra/um 生產(chǎn)率 其他 12-14 0.2-2 12.5 高 鍛件力學(xué)性能好,強度高 四、參考機械制造加工工藝手冊表1-26各主要加工表面的加工余量如下： 加工表面 基本尺寸 (mm) 加工余量 (mm) 說明 齒輪外圓 Φ750 4 車床加工 齒輪內(nèi)孔 Φ195 4 車床加工 齒輪小端面 185 2 車床加工 齒輪大端面 142 3 車床加工 五、主要毛坯尺寸及公差： 主要面尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 齒坯外圓 Φ750 4 Φ754 齒坯內(nèi)圓 Φ195 4 Φ191 齒坯小端面 185 4 189 齒坯大端面 142 3 145 五 工藝規(guī)程的設(shè)計 一、定位基準的選擇 在零件的加工過程中,合理的選擇定位基準對保證零件的尺寸精度和位置度有著決定性的作用。 1. 粗基準的選擇原則： （1）盡量選擇不要求加工的表面作為粗基準.這樣可使加工表面與不加工表面之間的位置誤差量最小,同時還可以在一次裝夾中加工出更多的表面。 （2）若零件的所有表面都要加工,應(yīng)選擇加工余量和公差最小的表面作為粗基準.這樣可保證作為粗基準的表面在加工時,余量均勻。 （3）選擇光潔 、平整、面積足夠大、裝夾穩(wěn)定的表面作為粗基準。 （4）粗基準一般只在第一到工序中用,以后應(yīng)避免重復(fù)使用。 2．精基準的選擇原則: ① 基準重合的選擇原則。盡可能的用設(shè)計基準作為定位基準,這樣可避免因定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的定位誤差,以保證加工表面與設(shè)計基準間的位置精度。 ② 基準同一原則.一盡可能多的表面加工都用同一個定位基準,這樣有利于保證各加工面之間的位置精度。 ③ 選擇面積大、精度較高、安裝穩(wěn)定的表面作為精基準,而且所選的基準使夾具結(jié)構(gòu)簡單,裝夾和加工方便。 綜合上面的粗基準和精基準的選擇原則,為使基準同一和基準重合,齒輪加工時常選內(nèi)孔和端面作為精基準加工外圓和齒輪,用作精基準的端面和內(nèi)孔要在一次裝夾中加工出來以保證兩者之間的垂直度,但是在加工大型齒輪時可用外圓作找正基準,但此時應(yīng)保證內(nèi)孔與外圓同軸。所以加工本設(shè)計齒輪用齒輪外圓和端面作為粗基準,用內(nèi)孔和端面作為精基準。 二、裝夾方法 在加工齒輪時在滾齒機上一般用心軸裝夾,滾齒心軸夾具見下圖: 三、加工工藝問題 (1)、基準修正 齒形表面淬火后,內(nèi)孔會受到影響而變形:一般的孔直徑會縮小0.01-0.05mm,因此淬火后應(yīng)安排精基準修正工序.修正的方法有推孔和磨孔,也可以用鏜孔。推孔是用推刀進行的,用壓力機將推刀強行從孔中間推過既可。此法生產(chǎn)率較高,一般不要留推孔余量。對精度要求較高的或是淬硬后的孔、直徑大而短的孔則應(yīng)采用,磨孔工藝,磨孔必須留有磨削余量。 (2)、齒輪加工方案 保證齒輪精度是齒輪加工的主要工藝問題,輪齒的加工方案主要取決于加工精度和熱處理要求。 根據(jù)各個加工精度等級的加工方案如下: ① 8級以下精度的齒輪多采用:滾(插)齒→齒端加工→熱處理→修正內(nèi)孔。因熱處理后的齒面不再加工,為彌補熱處理變形,熱處理前的齒形加工精度應(yīng)比設(shè)計圖紙上的精度要求要提高一級。 ② 6-7級精度的齒輪有兩個方案。剃-珩方案:滾(插) →齒端加工→剃齒→表面淬火→修正基準→珩齒。此方案生產(chǎn)率高、設(shè)備簡單、成本較低,一般用于6級精度或熱處理變形較大時。 ③ 5級以上精度的齒輪采用的方案為粗滾(插)齒→精滾(插)齒→齒端加工→淬火→修正基準→粗磨齒→精磨齒。此方案精度最高,但成本高,生產(chǎn)率最低。 參考文獻<<金屬工藝學(xué)>>表2.3.2齒形加工方案,得出各方案所達到的齒面加工質(zhì)量如下表: 加工方案 精度等級 齒面的表面粗糙度Ra/mm 適用范圍 成形法銑齒 9級以下 6.3～3.2 單件小批生產(chǎn)中加工直齒和螺旋齒輪及齒條 展 成 法 滾齒 8～7 3.2～1.6 各種批量生產(chǎn)中加工直齒、斜外嚙合圓柱輪和蝸輪 插齒 8～7 1.6 各種批量生產(chǎn)中加工內(nèi)外圓柱齒輪、雙聯(lián)齒輪等 剃齒 7～6 0.8～0.4 大批量生產(chǎn)中滾齒或插齒后未經(jīng)淬火的齒輪精加工 珩齒 7～6 1.6～0.4 大批量生產(chǎn)中高頻淬火硬齒形的精加工 磨齒 6～3 0.8～0.2 單件小批生產(chǎn)中淬硬或不淬硬的精加工 研齒 0.4～0.2 淬硬齒輪的齒形精加工,可有效地減小齒面的Ra 值 由設(shè)計圖紙給出的加工精度和熱處理要求確定齒輪的加工方案如下: 滾齒→熱處理→修正基準→剃齒 (3)、熱處理的安排 由設(shè)計圖紙上的技術(shù)要求,熱處理工序在工藝過程中的安排如下： 正火 調(diào)質(zhì) 表面滲碳淬火及低溫回火 ↓ ↓ ↓ 毛坯 → 粗加工 → 半精加 → 精加工 ①正火。大多數(shù)鍛件都要經(jīng)過正火處理,一般安排在毛坯制造和粗加工之間,以改善金屬的機械切削性能。 ②調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)可獲得良好是機械性能,調(diào)質(zhì)后仍可用刀具進行加工,因而一般安排在粗精加工與半精加工之間,這樣有助于消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 ③滲碳。經(jīng)滲碳后表層與心部含碳量相差明顯,表現(xiàn)出表面硬、耐磨和心部韌性和朔性好的特點。滲碳后的工件一般要經(jīng)過淬火和低溫回火處理,使表面層有回火馬氏體結(jié)構(gòu)和消除滲碳過程中形成的粗晶粒結(jié)構(gòu)。 ④淬火。這種方法是快速加熱使工件表層奧氏體化,不等心部組織發(fā)生變化,立即快速冷卻,表層起到淬火作用,其結(jié)果是表層獲得馬氏體組織,而心部仍然保持朔性,韌性均勻的組織,工件各部都能滿足使用要求。 ⑤低溫回火。經(jīng)過低溫回火的工件的硬度沒有發(fā)生大的變化(HRC60左右),但是應(yīng)力減少了很多。 (4)、制定工藝路線 根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達到的經(jīng)濟精度，確定各表面的加工方法如下： 齒坯外圓：粗車－精車； 齒坯端面：由設(shè)計圖紙上的要求，齒坯的小端面的表面粗糙度要求是1.6，而大端面的表面要求較低，但是在加工齒輪的整個過程中都要用到端面作為精基準，所以端面的加工方法為：先粗車后精車，同時也可以保證尺寸21.5； 內(nèi)孔：由于毛坯采用的是鍛造的，所以內(nèi)孔先經(jīng)過粗車，精車后再用鏜孔的方法加工以保證它的精度等級表面質(zhì)量1.6和跳動精度控制在0.056； 齒行的加工：先滾齒，精度等級還不能達到，而且熱處理后內(nèi)孔回縮小，所以要基準修配，然后在經(jīng)過精加工用鏜孔的方法來保證齒形的精度等級。 綜合上面的分析，工藝路線確定如下： 序號 工　　序　　內(nèi)　　容 1 鍛造毛坯 2 熱處理－正火 3 粗車各外形 4 調(diào)質(zhì) 5 精車各部分 6 滾齒 7 齒端加工－倒角 8 鉗工－去毛刺 9 熱處理－齒面滲碳淬火及低溫回火處理 10 鉗工－劃鍵槽加工線 11 插鍵槽 12 鉆通孔 13 攻絲 14 磨端面 15 鏜孔 16 剃齒 17 檢驗 （5）、選擇加工設(shè)備及刀具 由于生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，故加工設(shè)備宜以通用機床為主，輔以少量專用機床。其生產(chǎn)方式為以通用機床加工專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水生產(chǎn)線。工件在各機床上的裝卸及各機床之間的傳送均由人工完成。 車床的選擇： 根據(jù)設(shè)計圖紙上的設(shè)計尺寸，最大外徑為Φ750.14加上加工余量，其直徑比較大．查＜＜機械加工工藝設(shè)計手冊＞＞一般的車床難以加工，由手冊表４-２立式車床，選擇立式車床Ｃ512-1A，其技術(shù)規(guī)格如下表： 技術(shù)指標 C512 垂直度刀架加工最大直徑 1250 倒刀架加工最大直徑 1120 工件最大高度 900 工件最大質(zhì)量（Ｔ） 2 工作臺直徑 1030 工作臺轉(zhuǎn)速 7.5-150 刀架數(shù)量：水平 垂直 1 1 垂直刀架最大行程：水平 垂直 630 690 垂直刀架最大回轉(zhuǎn)角 40 滾齒機的選擇: 由參考文獻<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>表4-25滾齒機,選擇Y31125型滾齒機,其技術(shù)規(guī)格如下: 技術(shù)規(guī)格 Y31125 加工齒輪最大直徑: 用外支架時 不用支架時 - 1250 加工斜齒輪最大直徑: 當旋轉(zhuǎn)角為30°時 當旋轉(zhuǎn)角為60°時 - - 加工齒輪最大寬度: 550 加工齒輪最大模數(shù): 12 加工齒輪最大螺旋角: - 滾刀最大直徑: 200 滾刀心軸最大直徑: 27、32、40 剃齒機的選擇: 由參考文獻<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>選擇剃齒機Y42125,其技術(shù)要求如下表: 技術(shù)規(guī)格 Y42125 加工齒輪直徑:外嚙合 內(nèi)嚙合 200-1250 600 加工齒輪模數(shù) 2-8 加工齒輪寬度 200 剃齒刀直徑 300 剃齒刀寬度 - 刀架最大回轉(zhuǎn)軸 20° 工件與剃齒刀的中心距 140-770 鏜床的選擇: 由參考文獻<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>選擇鏜床T616,最大加工直徑為240mm。 (6)、加工工序設(shè)計 ①、工序3粗車毛坯外圓與工序5精車外圓 查參考文獻<<金屬實習(xí)>>表9-5機械加工的工序余量,粗車的工序余量為1.5～4mm,取余量為2mm,精車的加工余量為0.2～2.5mm,取精加工精度Z=2,已經(jīng)知道毛坯外圓的加工余量為4,故粗加工余量Z=4-2=2mm由參考文獻<<機械制造加工設(shè)計手冊>>立式車床的進給量f=1.5～2.0mm取f=2.0(mm/r),粗車走刀一次a=2.0mm.由設(shè)計手冊得粗車加工的公差等級為IT13～IT11,取IT11,T=0.4mm;精加工的公差等級為IT8～IT7,取IT=0.063;所以X=7540.2,精加工后的尺寸為752 校核加工余量Z: Z=X-X =(754-0.4)-752 =1.6<2 故余量足夠. 機床的校核: 粗車工序3:由參考文獻取粗車進給量為0.2m/r,粗車走刀一次a=2mm,由參考文獻<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>取270r/mm,故切削速度為:V==3.14* 754*270/1000=206 查<<機械制造技術(shù)>>表2.1得 單位切削力P=1962N/mm F=P*A=1962*0.3*2=1177.2 P==1172*206*10/60=4.02KW 由參考文獻得C512-1A的功率為28KW,取機床的效率為0.85則28*0.85=23.8>4.02 所以機床的功率滿足。 ②、車端面 精車的加工余量為0.5～2.5,取Z=2mm,已經(jīng)知道總的加工余量為4,故粗加工余量為Z=4-2=2mm,精加工端面以內(nèi)孔外圓定位。 X=1420.12 故 X=1440.2 校核加工余量: Z=143.8-142.12=1.68mm<2mm 故加工余量足夠。 ③、鏜內(nèi)孔 由設(shè)計手冊得精鏜的加工余量為0.5～1.32,由設(shè)計圖紙得鏜孔后的尺寸既為設(shè)計尺寸,Φ189H7()精車后的內(nèi)孔尺寸為Φ195H8() 校核加工余量: Z=195-194.903=0.097(mm)<1.32故加工余量足夠。 ④、插鍵槽 由設(shè)計圖紙得,內(nèi)孔直徑為Φ195H8(),鍵槽到孔底的尺寸為204.4-,建立尺寸鏈如圖,設(shè)鍵槽加工余量為A, A=204.4為增量; A=195 所以 A=204.4.4-195=9.4 上偏差: ES=0.3-0=+0.3 下偏差: EI=0-0.046=-0.046 所以加工工序尺寸A=9.4。 ⑤、鉆孔、攻絲 由參考文獻<<機械設(shè)計課程設(shè)計>>手冊表9-7普通螺紋基本尺寸(摘自GB/T146-1981): 公稱直徑 螺距 中徑 小徑 16 1.5 15.026 14.376 查<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>表5-8鑲硬金屬刀片鉆頭,選擇型號為:d=13～13.8 L=170 l=115 的鉆頭。 查<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>表5-30公制細牙機用絲錐選擇如下: d×t L l d M16×1.5 80 28 12.5 六 填寫機械加工工藝過程卡和機械加工工序卡 (機械加工工藝過程卡和工序卡見附圖) 四. 零件的設(shè)計及加工步驟: (一)零件的造型設(shè)計: 該零件的造型采用Pro/E軟件. 該軟件包括三維實體造型.零件裝配.加工仿真.NC自動編程.有限元分析.模具設(shè)計.鈑金設(shè)計.電路布線.管路裝配設(shè)計等模塊. 主要特點是參數(shù)化特征造型,使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫,即設(shè)計參數(shù)有一處修改,別的模塊中相應(yīng)的圖形和數(shù)據(jù)都會自動更新.因此很適合本課題設(shè)計的零件造型。 1.曲線的生成: 該零件的參數(shù)方程為: X=2.5*(cos(t)+t*sin(t)) Y=2.5*(sin(t)-t*cos(t)) Z=18.874311-t*t/15.70795 不過根據(jù)該零件的實際形狀此曲線方程需要轉(zhuǎn)換. 轉(zhuǎn)換后的曲線方程為: X=2.5*(cos(t*900)+t*6*pi*sin(t*900)) Y=2.5*(sin(t*900)-t*6*pi*cos(t*900)) Z=18.874311-t*6*pi*t*6*pi/15.70795 打開Pro/E2001軟件, 繪制該三維曲線. 點擊插入一個基準曲線——從方程——完成——選取坐標系——笛卡兒——輸入曲線方程——保存——確定，生成曲線如圖1所示： 2、進行可變截面掃描：單擊特征——創(chuàng)建——加材料——高級——可變截面掃描——完成——軸心方向——完成——選FRONT——（原始軌跡）選取軌跡（選曲線）——（軌跡）選取軌跡（選曲線）——完成——開放終點——原始點——確定。畫截面，結(jié)果生成如圖2所示： 3、通過用減切材料對所畫漸開線螺旋槽進行修整。再通過加減材料和螺旋掃描等方法繪制其余部分。結(jié)果生成完整的實體如圖3所示： 由于該軟件存在的缺陷，所以選擇Mastercam來進行后處理加工，這樣就需要該實體文件以igs形式保存 （二）、零件的Mastercam 后處理加工： 打開以igs保存的文件，根據(jù)工藝工序，刀具，零件材料等設(shè)置相關(guān)參數(shù)，選擇合理的曲面加工方式進行模擬加工。 這里需要指出的事：之所以沒有采用Pro/E軟件進行后處理，而大費周章的去選擇Mastercam軟件，不僅僅是因為Pro/E軟件本身的缺陷，更加重要的是Mastercam軟件模擬加工功能強大，并且后處理的程序，仿真系統(tǒng)能識別。 1.選擇刀具路徑-----工作設(shè)定來設(shè)置工作的外形尺寸. 2.通過刀具路徑-----曲面加工-----粗加工-----挖槽加工-----設(shè)置參數(shù) 3.通過操作管理中的實體驗證來進行模擬加工. 具體模擬驗證如下圖: 模擬結(jié)束后通過后處理把程序?qū)С霾⒈４? 漸開線螺旋槽的數(shù)控加工程序如下: (三).零件宏程序編制: 漸開線渦輪數(shù)控加工程序分析 根據(jù)加工的難易程度，對漸開線螺旋槽我們所學(xué)的知識根本無法編程，再說我們也沒有必要去編寫那種程序，我們可以通過Mastercam軟件，后處理獲得，由于這部分程序是軟件自動生成，沒有可讀性，所以這里暫不作說明。我們選擇橢圓槽的程序進行相關(guān)說明。 1、加工方面 加工橢圓槽20*30 深度8mm 2. 編程 根據(jù)現(xiàn)有的程序指令，并沒有專門針對橢圓編程的指令， 而宏程序指令適合拋物線,橢圓,雙曲線等沒有插補指令的曲線編程，以選擇宏程序指令。 此外據(jù)我所知華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)為用戶配備了強有力的類似于高級語言的宏程序功能,用戶可以使用變量進行算術(shù)運算,邏輯運算和函數(shù)的混合運算,此外宏程序還提供了循環(huán)語句,分支語句和子程序調(diào)用語句,利于編制各種復(fù)雜的零件加工程序 采用宏指令編寫橢圓槽加工程序，根據(jù)所學(xué)的知識，橢圓的曲線方程為：(X×X)/(a×a)+(Y×Y)/(b×b)=1 令：X=a×COSt Y =b×Sint 由上圖得 a=30 b=20 3、程序及注釋 %0001 #0=3 (定義刀具半徑R值) #1=15 (定義a值) #2=10 (定義b值) #3=0 (定義步距角α的初值,單位:度) N1 G54 X0 Y0 Z10 N2 G00 X[#0+#1] Y[#0+#2] N3 G01 Z-3 F200 (分三刀加工深度到8) N4 G41 G01 X[#1] N5 WHILE [#3 GE [-360]] D01 N6 G01 X[#1*COS[#3*PI/180]] Y[#2*SIN[#3*PI/180]] N7 #3=#3-0.5 END1 G01 G91 Y[-#0] G00 Z10 M30 八、數(shù)控仿真系統(tǒng)的驗證： 數(shù)控仿真系統(tǒng)主要驗證漸開線螺旋槽數(shù)控加工。 具體操作步驟如下； 1、選擇機床與控制系統(tǒng) 根據(jù)工藝和仿真軟件的局限性，機床選擇標準銑床，控制系統(tǒng)選擇華中數(shù)控。 2、機床回零，裝夾工件 數(shù)控機床，開機后 都要回零。在裝夾工件時注意定位，夾緊。 在界面中放開急停按鈕，然后分別對各軸進行回零設(shè)置，使回零指示燈亮 定義毛坯、選擇夾具、放置零件—單擊菜單→【零件】進行相關(guān)設(shè)置。 3、對刀和建立工件坐標系 X軸和Y軸的校對用基準工具來進行校對。Z軸才用刀具本身配合塞尺來對， 對刀中 分別把X、Y的坐標記下，進行相應(yīng)的換算，我們把工件坐標系設(shè)立在零件上表面的中心。 4、程序的傳送和檢查 把Mastercam后處理出來的NC文件調(diào)進來，并進行檢驗 5、模擬仿真加工 其仿真結(jié)果如下圖： 6、項目保存 保存NC程序、控制箱、機床參數(shù)。 要注意的是在對零件的加工中，我們不可能只用一把刀加工，而這是數(shù)控銑床，沒有刀庫。也就要我們?nèi)斯Q刀時，并且Z軸要重新對刀。因為每一把刀的長度是不一樣的。 九其它方面說明 1、夾具設(shè)計方面： 根據(jù)所學(xué)的知識，查設(shè)計手冊等來設(shè)計夾具。但由于個人能力差異，考慮的不夠全面，存在著不經(jīng)濟，不合理等。 就從定位方面來說：雖然定位有很多種，但這并不意味著他沒有缺點。我們知道為了達到加工零件的尺寸要求，必然要提高定位元件的尺寸精度，這對夾具的加工和設(shè)計都帶來了麻煩。甚至要有些時候要清楚的計算出定位誤差，以保證零件加工的合格尺寸。 2、仿真加工方面 數(shù)控模擬仿真是比較常見的一種對加零件工程序進行檢驗的軟件，但是它也存在缺陷，對工藝參數(shù)，如主軸轉(zhuǎn)速，表面粗糙度，刀具的吃刀深度等都無法驗證。我們知道如果在真實的數(shù)控加工中上面所提到的加工參數(shù)，對加工出來的零件質(zhì)量的好壞是有直接影響的。 參 考 文 獻 1、程叔重 數(shù)控加工工藝 2003年8月 浙江大學(xué)出版社 2 張耀宸 機械加工工藝設(shè)計手冊 1987年12月 航空工業(yè)出版社 3 楊黎明 機床夾具設(shè)計手冊 1996年 國防工業(yè)出版社 4 胡家秀主編 簡明機械零件設(shè)計實用手冊 機械工業(yè)出版社 1999年10月 5 胡家秀《簡明機械零件設(shè)計實用手冊》北京：機械工業(yè)出版社 1999年10月 6、孫祖和 《Mastercam設(shè)計和制造范例解析》 北京：機械工業(yè)出版社2003年1月 7、梁國元 《Pro/E軟件教程》 人民郵電出版社 2005年 畢 業(yè) 設(shè) 計 小 結(jié) 轉(zhuǎn)眼間，為期8周的畢業(yè)設(shè)計也即將結(jié)束了，也意味著大學(xué)生活即將結(jié)束了。 此次畢業(yè)設(shè)計主要是設(shè)計“漸開線渦輪數(shù)控工藝及加工”，設(shè)計的內(nèi)容比較綜合。它主要是利用我們所學(xué)的知識進行綜合利用，把這個零件加工起來，也是對我們在學(xué)校里學(xué)的知識的一種考驗，雖然這個零件看似簡單，但具體想下也有它的難點，所以要盡心盡力把它做到最好。 回想8周的畢業(yè)設(shè)計，感覺又學(xué)了不少知識，時間雖然不是很緊張，但是凡事都是相對的，太寬裕的時間會帶來思想上的懶惰，會無意之間形成一種惰性，總覺得反正時間還早呢，就放慢了設(shè)計的進度，到最終導(dǎo)致的結(jié)果可能就是設(shè)計思路不完善，設(shè)計任務(wù)完成的不徹底。 我們的畢業(yè)設(shè)計按照設(shè)計任務(wù)書上的進度來完成，由于前兩個星期只做開題報告，所以時間算是寬裕了，但我們在思想上并沒有重視，還整天在閑逛玩游戲，直到最后最后幾天才趕上開題報告。 從中我懂了一些道理，只要按照任務(wù)書上來，下周完什么，接著完成什么，反而覺得時間不怎么緊。我們不要想著馬上搞出來，而所需面對的是今天是什么任務(wù)，并且按時完成，這樣也比較有明確的思路。 本次畢業(yè)設(shè)計是在要求掌握三維造型、數(shù)控加工及工藝的基本知識的基礎(chǔ)上，借助Pro/E軟件進行三維造型采用Master CAM軟件進行加工，再導(dǎo)入仿真模擬加工，在這次的畢業(yè)設(shè)計過程中了解使用軟件完成造型設(shè)計和加工的整個過程，掌握對數(shù)控加工工藝及數(shù)控模擬加工，為將來從事數(shù)控工作打下基礎(chǔ)。 學(xué)校里也有多次課程設(shè)計，但現(xiàn)在自己獨立用起來卻發(fā)現(xiàn)是那么的空虛。針對這次設(shè)計還想不出比較好的方案去加工看似來很簡單的零件圖，估計是人人都能看懂，但加工卻不是怎么方便，主要的是漸開線螺旋槽和橢圓槽。還是照著任務(wù)書上來吧，先把零件三維造型造出來，按照進度完成。對于三維實體造型，，還是用比較熟悉的Pro/E來下畫，所謂的熟悉僅僅是因為我頭腦里還有它的存在。其實軟件這種東西不用真的會談忘，所謂真真的軟件高手都是自己玩出來的。在什么樣的環(huán)境下，受什么樣的約束，只有慢慢的研究才能繪制出你想要的東西，。我們學(xué)的都是最基本的，而這個零件的難點就是那條曲線，只要認真仔細的研究困難也就解決了。再拿起任務(wù)書來看看三維實體有了，再想怎么加工。PROE軟件本身是有后處理，的確可以用來加工。但是由于我們用的都是盜版，不支持后處理，或者就算后處理出來的NC程序數(shù)控仿真無法識別，所以Pro/E用igs 格式保存，保存好了后用Master CAM軟件能識別的文件形式保存。然后用它打開。對其進行加工設(shè)置、實體驗證，最后導(dǎo)出NC程序。 如今，畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容也已經(jīng)完成的差不多了。再回顧這8周，其實感想還是有很多的，以往也進行過多次課題設(shè)計，但是都沒有此次設(shè)計正式規(guī)范。由于是畢業(yè)設(shè)計，大家心里都多了幾分擔憂，因為關(guān)系著畢業(yè)，馬上就要告別大學(xué)生活了，進入完全陌生的另一個環(huán)境，還不知道以后應(yīng)該以怎樣的態(tài)度面對，更不知道以后的生活會發(fā)生什么變化。畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的完成，也就變相意味著大學(xué)生活的結(jié)束。接下來要工作了，一方面心里很期待，但是同時又很留戀大學(xué)的生活，說起來真的很矛盾。 最后一周的內(nèi)容是設(shè)計答辯，不知道是公開答辯還是指導(dǎo)老師提問。但是無論是哪一種，我相信自己都會全力以付，因為此次設(shè)計花了我大量的精力和心血，絕對不可以輸在最后。由于想的不完善，水平有限，本次設(shè)計過程存在缺點和不足之處，希望老師能提出寶貴的意見和改進方法，不甚感激！最后感謝學(xué)校的老師能提供畢業(yè)后最后一次總和實踐的機會，為我們的畢業(yè)走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)！盡管這次設(shè)計的時間是漫長的,過程是曲折的,但還是在老師和同學(xué)的幫助下完成了任務(wù)。對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力。在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗,沒有感性的認識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié)?？傮w來說,我覺得做這種類型的設(shè)計對我們的幫助的確是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中留露出自身的不足,以待改進。 現(xiàn)在整個畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)搞好了，我也馬上要告別學(xué)校走向社會了。在往后的人生中，我會像在做畢業(yè)設(shè)計時一樣，腳踏實地，一步一個腳印走過去的，給自己將來的人生留下光輝的一頁。 2007年4月6日 31 第 頁 共22頁