齿轮机械加工工艺设计

毕 业 设 计

题目 齿轮轴机械加工工艺设计

目录

摘要................................................................ 3 第一章 零件图工艺分析.............................................. 4 1.1零件的作用分析 .................................................. 4 1.2零件的结构分析 .................................................. 4 1.3零件的技术要求分析 .............................................. 4 1.4工艺措施 ........................................................ 4 第二章 制定机械加工工艺方案........................................ 5 2.1毛坯的选择 ...................................................... 5 2.2定位基准的选择 .................................................. 5 2.3热处理的选择及工序位置安排 ...................................... 6 2.4制定机械加工工艺路线 ............................................ 7 第三章 选择刀具及确定切削用量...................................... 8 3.1选择刀具 ........................................................ 8 3.2确定切削用量 .................................................... 8 第四章 编制加工程序................................................ 9 4.1确定加工顺序及走刀路线 .......................................... 9 4.2编制加工程序 .................................................... 9 结论............................................... 错误！未定义书签。 参考文献........................................................... 16 致谢语............................................. 错误！未定义书签。

摘要

随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。

齿轮轴机械加工工艺设计

第一章 零件图工艺分析

1.1零件的作用分析

轴是组成机器零件的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支撑回转零件和传递运动和动力。

1.2零件的结构分析

该零件由圆柱面、螺纹、齿轮、键槽、径向孔、退刀槽倒角及中心孔组成。 1.3零件的技术要求分析

该零件的尺寸的尺寸精度和表面粗糙度要求很高，该图尺寸标注完整，轮廓描述清楚。材料为45钢，有热处理和硬度要求。齿轮轴有径向圆跳动要求，表面粗糙度最小值为0.8. 1.4工艺措施

通过以上描述，可以采取以下几点工艺措施：

1.对图样上给定的有精度要求的尺寸，因为公差数值很小，所以编程时不可以取平均值，或者不能省去小数点后面的，要对好刀。

2.在轮廓曲线上，没有要进行间隙补偿的。但也要保证轮廓曲线的准确性。

第二章 制定机械加工工艺方案

2.1毛坯的选择

由于该传动轴在工作过程中要承受交变负荷和冲击，为增强其强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。由于生产类型为单件小批量生产，且轮廓尺寸较大，宜采用自由锻的方法来制造毛坯。

零件的材料为45钢，45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

2.2定位基准的选择

2.2.1精基准的选择原则

(1) 基准重合原则。为避免基准重合误差，方便编程，应选用设计基准作为定位基准，并使设计基准、定位基准、编程原点三者统一，这是最佳考虑的方案。因为当加工面的定位基准与设计基准不重合，且加工面与设计基准不在一次安装中同时加工出来的情况下，会产生基准重合误差。

(2) 基准统一原则。在多工序或多次安装中，选用相同的定位基准，这样既可保证各加工表面间的相互位置精度，避免或减少因基准转换而引起的误差。

(3) 自为基准原则。精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，因此选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。

(4) 便于装夹原则。所选精基准应能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用，操作方便灵活，能加工尽可能多的内容。

(5) 便于对刀原则。批量加工时，在工件坐标系已经确定的情况下，采用不同的定位基准为对刀基准建立工件坐标系，会使对刀的方便性不同，有时甚至无法对刀。这时就要分析此种定位方案是否能满足对刀操作的要求，否则原设工件坐标系须重新设定。

2.2.2粗基准的选择原则

(1) 非加工表面原则。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) 加工余量最小原则。以余量最小的表面作为粗基准，以保证各加工表面有足够的加工余量。

(3) 重要表面原则。为保证重要表面的加工余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。

(4) 不重复使用原则。粗基准未经加工，表面比较粗糙且精度低，二次安装时，其在机床上（或夹具中）的实际位置可能与第一次安装时不一样，从而产生定位误差，导致相应加工表面出现较大的位置误差。因此，粗基准一般不应重复使用。

(5) 便于工件装夹原则。作为粗基准的表面，应尽量平整光滑，没有飞边、冒口、浇口或其他缺陷，以便使工件定位准确、夹紧可靠。

确定坯件轴线和右端大端面（设计基准）为定位基准。

2.3热处理的选择及工序位置安排

正火将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

调质将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢

淬火加回火叫调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到临界温度以下某个温度进行回火。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。经热处理后，表面可以获得很高的硬度，芯部硬度低，耐冲击。所以调质处理是不可或缺的一道重要工序。

根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及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。可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应该考虑经济效果，

以便使生产成本尽量下降。

2.4制定机械加工工艺路线

根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及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。可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

加工路线是： 1.加工零件右端 2.切槽 3.换头 4.切槽 5.攻螺纹

第三章 选择刀具及确定切削用量

3.1选择刀具

3.1.1数控车刀的类型及选用

数控车削用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。 当数控车床进行粗加工时，要求刀具强度高，耐用度好，以满足粗加工背吃刀量大、进给速度高的要求。

当数控车床进行精加工时，要选用精度高，锋利、耐用度高的刀具，以保证加工精度。

为方便对刀和减少刀具安装时间，尽量使用机夹刀，刀具材料最好选用涂层硬质合金刀片。刀片的几何结构（如刀尖圆角、几何角度等）应根据加工零件的形状决定。特别要注意的是在加工球面时要选用副偏角大的刀具，以免刀具的后刀面与工件产生干涉。 3.1.2数控加工的刀具选择

3-1

3.2确定切削用量

切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。

切削用量的选择原则是：粗车时，首先考虑选择尽可能大的背吃刀量αp，其次选择较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度Vc。增大背吃刀量αp可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，选择切削用量时应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量αp和进给量f，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可

能提高切削速度Vc。

根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后公式计算主轴转速与进给速度，计算结果填入背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，根据材料以保证零件表面粗糙度要求，一般要多次加工。

第四章 编制加工程序

4.1确定加工顺序及走刀路线

加工顺序的确定按由左到右、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工作表面。结合本零件的结构特征，可以加工外轮廓表面，然后加工内孔各表面，由于该零件为单件中批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。

4.2编制加工程序

O0608

N010 T0101 90°外圆车刀 主轴用1号刀 N020 M03S500 主轴正转,转速500

N030 G90G95G0X32Z2 加工零件右端 绝对值，快速定位到(32,2) N040 G71U1R0.5 外圆粗切循环

N050 G71P60Q110U0.2W0F0.2 N060 G1X9F0.1S800

精加工程序第一个程序段，转速800，进给速度为0.1 N070 X15Z-1 车 Ø15倒角1X45

直线插补到(15,-1)

N080 Z-79 车 Ø15 直线插补到(15,-79) N090 X22

直线插补到(22,-79)

N100 X24Z-80 车Ø24倒角1X45° 直线插补到(24,-80)

N110 Z-140 车 Ø24 直线插补到(110,-115) N120 G70P60Q110

精加工程序最后一个程序段 N130 G0X100Z100 快速定位到(100,100)

N140 T0202 宽1.1切槽刀 换2号刀 N150 M03S300 主轴正转,转速300 N160 G0X17Z-5 快速定位到(17,-5)

0.12

N170 G1X14.3F0.05 Ø15上切宽1.10深切至Ø14.3

直线插补到(14.3,-5) N180 G4X2 延时2秒 N190 G0X26 快速定位到(26,-5) N200 Z-79

快速定位到(26,-79)

N210 G1X14F0.05 切2×0.5的槽 直线插补到(26,-79) ,进给速度为0.05

N220 G4X2 延时2秒 N230 G0X17

快速定位到(17,-79) N240 Z-78.1

快速定位到(17,-78.1)

N250 G1X14F0.05 直线插补到(14,-78.1),进给速度为0.05 N260 G4X2 延时2秒 N270 G0X100

快速定位到(100,-78.1) N280 Z100

快速定位到(100,100) N290 M02 程序停止 换头 O0420

N010 T0101 90°外圆车刀 主0轴用1号刀 N020 M03S500 主轴正转,转速500 N030 G90G95G0X32Z2 绝对值，快速定位到(32,2) N040 G71U1R0.5 外圆粗切循环

N050 G71P60Q140U0.2W0F0.2 N060 G1X4F0.1S800

精加工程序第一个程序段，转速800，进给速度为0.1

N070 X9.87Z-1 M10倒角1×45° 直线插补到(9.87,-1)

N080 Z-23 车 M10 直线插补到(9.87,-23) N090 X14

直线插补到(14,-23)

N100 Z-51 车 Ø14 直线插补到(14,-51) N110 X18

直线插补到(18,-51)

N120 Z-82 车 Ø18 直线插补到(18,-82) N130 X20

直线插补到(20,-82)

N140 X26Z-85 Ø24倒角2×45° 直线插补到(26,-85) N150 G70P350Q440 精加工程序最后一个程序段 N160 G0X100Z100 快速定位到(100,100)

N170 T0202 宽1.1切槽刀 主轴用2号刀 N180 M03S300 主轴正转,转速300 N190G0X16Z-23 快速定位到(16,-23)

N200 G1X7.8F0.05 M10上切3×1.1的槽 直线插补到(7.8,-23), 进给速度为0.05 N210 G4X2

延时2秒 N220 G0X16

快速定位到(16,-23) N230 Z-22

快速定位到(16,-22)

N240 G1X7.8F0.05 进给速度为0.05 N250 G4X2 延时2秒 N260 G0X12

快速定位到(12,-22) N270 Z-21.1 快速定位到(84,0) N280 G1X7.8F0.05

直线插补到(7.8,0),进给速度为0.05 N290 G4X2 延时2秒 N300 G0X20 快速定位到(20,0) N310 Z-51

快速定位到(22,-51)

N320 G1X13F0.05 Ø14上切2×0.5的槽 直线插补到(13,-51),进给速度为0.05 N330 G4X2 延时2秒 N340 G0X16

快速定位到(16,-51) N350 Z-50.1

快速定位到(16,-50.1)

N360 G1X13F0.05

直线插补到(13,-50.1),进给速度为0.05 N370 G4X2 延时2秒 N380 G0X20

快速定位到(20,-50.1) N700 Z-54.1

快速定位到(20,-54.1)

+0.12

N390 G1X17F0.05 Ø18上切宽1.10深至Ø170-0.2

直线插补到(17,-54.1),进给速度为0.05 N400 G4X2 延时2秒 N410 G0X24

快速定位到(24,-54.1) N420 Z-82

快速定位到(24,-82)

N430 G1X17F0.05 Ø18上切2×0.5的槽 直线插补到(17,-82),进给速度为0.05 N440 G4X2 延时2秒 N450 G0X24

快速定位到(24,-82) N780 Z-81.1

快速定位到(24,-81.1) N460 G1X17F0.05

直线插补到(17,-81.1),进给速度为0.05 N470 G4X2 延时2秒 N480G0X100

快速定位到(100,-81.1) N490 Z100

快速定位到(100,-81.1) N500 T0303

主轴用3号刀 60°螺纹刀 N510 G0X12Z5 快速定位到(12,5)

N520 G76P021060Q100R0.1 螺纹切削循环

N530 G76X8.05Z-22P975Q400F1.5 螺纹切削循环终点（8.05，-22） N540 G0X100

快速定位到(100,-22) N550 Z100

快速定位到(100,100) N560 M05 主轴停 N570 M02 程序结束

攻螺纹M10-6h

参考文献

（1）机电工业考评技师复习丛书编审委员会编·车工·北京：机械工业出版

社，1997

（2）杨授时主编·高级车工技术·北京：机械工业出版社，1999

（3）张俊生主编·金属切削机床与数控机床·北京：机械工业出版社，2001 （4）张恩生主编·车工实用技术手册·南京：江苏科学技术出版社，1999 （5）王洪主编·数控加工程序编制· 机械工业出版社； 2003 （6）徐宏海主编·数控加工工艺· 化学工业出版社； 2004