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(biāo)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(biāo)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(zhǔn)，然后使用精基準(zhǔn)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(dān)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(dāng)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(yán)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(zhǔn)。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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)統(tǒng)一的原則,我采用設(shè)計基準(zhǔn)來作為我們的定位基準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)汽缸。標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)元件，以提高夾具的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)機床的T形槽.用螺栓和壓板把夾具體固定在機床上. 當(dāng)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(dāng)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(zhǔn)的選擇
在零件的加工過程中,合理的選擇定位基準(zhǔn)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(zhǔn)的選擇原則：
（1）盡量選擇不要求加工的表面作為粗基準(zhǔn).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(zhǔn).這樣可保證作為粗基準(zhǔn)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(zhǔn)。
（4）粗基準(zhǔn)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(zhǔn)的選擇原則:
① 基準(zhǔn)重合的選擇原則。盡可能的用設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),這樣可避免因定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差,以保證加工表面與設(shè)計基準(zhǔn)間的位置精度。
② 基準(zhǔn)同一原則.一盡可能多的表面加工都用同一個定位基準(zhǔn),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(zhǔn),而且所選的基準(zhǔn)使夾具結(jié)構(gòu)簡單,裝夾和加工方便。
綜合上面的粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇原則,為使基準(zhǔn)同一和基準(zhǔn)重合,齒輪加工時常選內(nèi)孔和端面作為精基準(zhǔn)加工外圓和齒輪,用作精基準(zhǔn)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(zhǔn),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(zhǔn),用內(nèi)孔和端面作為精基準(zhǔn)。
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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)→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(zhǔn)→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(zhǔn)→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(zhǔn)，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(zhǔn)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(biāo)
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(dāng)旋轉(zhuǎn)角為30°時
當(dāng)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(zhǔn)曲線——從方程——完成——選取坐標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)系
X軸和Y軸的校對用基準(zhǔn)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(biāo)記下，進行相應(yīng)的換算，我們把工件坐標(biāo)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(rèn)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(dān)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(rèn)識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié)。總體來說,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
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