毕业设计论文螺旋桨轴的轴承衬套加工工艺及数控加工.docx
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毕业设计论文螺旋桨轴的轴承衬套加工工艺及数控加工
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毕业设计（论文）
（说明书）
题目：
螺旋桨轴的轴承衬
套加工工艺及数控加工
姓名：
编号：
平顶山工业职业技术学院
年月日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
姓名
专业数控技术
任务下达日期2014年3月4日
设计（论文）开始日期2014年3月25日
设计（论文）完成日期2014年4月27日
设计（论文）题目：
螺旋桨轴的轴承衬套加工工艺及数控加工
A·编制设计
B·设计专题（毕业论文）
指导教师
系（部）主任
年月日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
机械工程系数控技术专业，学生于年月日
进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目：
螺旋桨轴的轴承衬套加工工艺及数控加工
专题（论文）题目：
指导老师：
王乐
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为。
答辩委员会人，出席人
答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：
，，，
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平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
第页
共页
学生姓名：
专业数控技术年级11级
毕业设计（论文）题目：
螺旋桨轴的轴承衬套加工工艺及数控加工
评阅人：
指导教师：
（签字）年月日
成绩：
系（科）主任：
（签字）年月日
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。
数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。
数控机床是现代加工车间最重要的装备。
高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。
利用数控机床加工，其产品加工的质量一致性好，加工精度和效率均比普通机床高出很多，尤其在轮廓不规则、复杂的曲线或曲面、多工艺复合化加工和高精度要求的产品加工时，其优点是传统机床所无法比拟的。
本次设计内容介绍了轴承衬套的数控加工的特点、加工工艺分析以及数控加工的一般步骤。
并利用CAD软件绘制了零件图，还利用G代码指令进行手工编程。
其中零件工艺规程的分析是此次论文的重点和难点。
关键字：
数控技术；数控加工；轴承衬套；工艺分析；CAD软件；手工编程；
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyandincreasinglyfierceeconomiccompetition,mechanicalproductsupdatespeedisfasterandfaster,theNCmachiningtechnology,astherepresentativeoftheadvancedproductiveforcesplayanimportantroleinthefieldofmachineryandrelatedindustries,machinerymanufacturing,itsessenceisthecompetitionofnumericalcontroltechnology.
CNCtechnologyandCNCmachinetoolsintoday'smachinerymanufacturingindustryintheimportantpositionandgreatefficiency,showingitspresenceinthenationalinfrastructureinthestrategicroleofindustrialmodernization,andhasbecomethetraditionalmechanicalmanufacturingindustrytoenhancethetransformationandrealizationofautomation,flexible,integratedanimportantmeansofproductionandlogo.CNCtechnologyandCNCmachinetoolwidelyusedforindustrialmachinerymanufacturingindustry,producttypeandgradeaswellasthemodeofproductionhasbroughtarevolutionarychange.CNCmachinetoolisthemostimportantmodernprocessingplantequipment.Highefficiency,high-precisionCNCmachiningprocessingisthemostimportantcharacteristics.TheuseofCNCmachining,processingqualityandconsistencyoftheirproductsisgood,machiningaccuracyandefficiencyismuchhigherthanthoseingeneralmachinetools,especiallyintheoutlineofirregular,complexcurvesorsurfaces,multi-technologycompositeprocessingandhigh-precisionprocessingrequirements,itsadvantageisunmatchedbytraditionalmachinetools.
Thissetofpartsdesigncontentintroducedmachiningcharacteristics,processingtechnologyanalysisandgeneralstepofnumericalcontrolprocessing.AndbyusingCADsoftwaretodrawthepartdrawing,butalsotheuseofGcodeinstructionsformanualprogramming.Theanalysisofpartprocessplanningisthekeyanddifficultpointforthispaper.
Keywords:
CNCtechnology;CNCmachining;setofparts;processingtechnologyanalysis;CADsoftware;manualprogramming.
引言
科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。
他不仅能够提高品质质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件，但是采用这种自动和高效率的设备需要很大的初期投资，以及较长的生产周期，只有在大批量的生产条件下，才会有显著的经济效益。
随着消费向个性化发展，单件小批量多品种产品占到70%～80%，这类产品的零件一般采用通用机床来加工。
而通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于进一步提高生产率和保证质量。
特别是由曲线、曲面组成的复杂零件，只能借助靠模和仿行机床或者借助画线和样板用手工操作的方法来完成，其加工精度和生产率受到极大影响。
为了解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂精度要求高的零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的，能够适应产品频繁变化的“柔性”自动化机床。
数控机床才得已产生和发展。
轴承衬套是轴承中的一个零件，其作用是为了减少轴运动时的摩擦与磨损而设计出来的，基本用途与轴承无异，而且相对成本较便宜，但摩擦阻力较大，所以只会使用于部份部件上，同时方便拆卸、轴向固定及轴向位置调整。
轴承衬套多被放置于轴与承托结构中，而且非常紧贴承托结构，只有轴能在轴承衬套上转动。
在装配轴与轴承衬套时，两者间会加入润滑剂以减少其转动时产生的摩擦力。
在运动部件中，由于长期摩擦会造成零件磨损，这时候采用铜轴套，就能减少摩擦。
如果轴承衬套磨损到一定的地步，只需要更换轴承衬套即可，从而节约更换轴或座的成本。
在轴承衬套的整个制造过程中，车削加工既要受到上工序毛坯质量的影响，又要影响到下面工序的进行。
毛坯制造的尺寸不准确、形状不规则、氧化变质层过深等，会造成材料利用率低、车削加工效率低、加工成本高，直接影响到车削加工质量。
车削加工质量如果不好，又会造成热处理变形、裂纹等，造成磨削加工困难，生产效率低，成本提高，加工质量不稳定，甚至造成废品。
总之，车削加工工序关系到材料利用率、生产效率、加工成本，直接影响到零件成品质量和成品。
因此，轴承衬套车削加工在轴承制造中有着不可忽视的地位和作用。
第一章零件的结构分析和特点
1.1零件的结构分析
零件（见图1）的几何元素包括内外圆柱面、内外沟槽和端面倒角，其中Φ58mm外圆、Φ45mm外圆和Φ30mm内圆有较高的尺寸精度与表面粗糙度要求。
Φ58mm外圆对Φ30mm内孔轴线有同轴度为0.02mm的技术要求。
1.2零件的结构特点
套类零件一般由外圆、内孔、端面、台阶和沟槽等组成，如齿轮、法兰盘、套环和轴承环等，这些表面不仅有形状精度、尺寸精度和表面粗糙度的要求，而且位置精度要求较高，有的零件壁较薄，加工中容易变形，轴承衬套零件主要靠车削加工，如何保证加工精度，是车削衬套零件首要解决的问题，同时零件表面为同轴度要求较高的内外圆表面，零件壁的厚度较薄且易变形，零件长度大于直径等。
第二章零件的加工工艺分析
2．1衬套零件的技术要求
衬套零件的主要表面是内、外圆柱表面，此类零件的技术要求如下：
2.1.1尺寸精度和几何形状精度
衬套零件的内圆表面是起支承或导向作用的主要表面，它通常与运动着的轴、刀具或活塞相配合。
衬套零件内圆直径的尺寸精度一般为IT7，精密的轴套有时达IT6；形状精度应控制在孔径公差以内，一些精密轴套的形状精度则应控制在孔径公差的1∕2～1∕3，甚至更高。
对于长的套筒零件，形状精度除圆度要求外，还应有圆柱度要求。
衬套零件的外圆表面是自身的支承表面，常以过盈配合或过渡配合同箱体、机架上的孔相连接。
外圆直径的尺寸精度一般为IT7～IT6,形状精度控制在外径公差以内。
2.1.2相互位置精度
内、外圆之间的同轴度是衬套零件最主要的相互位置精度要求，一般为0.005～0.01mm。
当衬套零件的端面（包括凸缘端面）在工作中须承受轴向载荷，或虽不承受轴向载荷，但加工时用作定位面时，则端面对内孔轴线应有较高的垂直度要求，一般为0.05～0.02mm。
2.1.3表面粗糙度
为保证零件的功用和提高其耐磨性，内圆表面粗糙度值应为1.6～0.1μm，要求更高的内圆，值应达到0.025μm外圆的表面粗糙度值一般为3.2～0.4μm，本次设计粗糙度值为3.2μm。
2.2零件毛坯及材料的分析
由图1—1所示零件图可知，零件最大直径为Φ58mm，总长为60mm，由此毛坯选为Φ60mm×65mm的棒料。
零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。
表2-145钢、40Cr和45Mn2化学成分（摘自GB/T699-1999）
牌号
材料内所含化学成分（质量分数）%
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
45钢
0.42～0.50
0.17～0.37
0.50～0.80
≦0.035
≦0.035
≦0.025
≦0.025
40Cr
0.37～0.44
0.17～0.37
0.50～0.80
—
—
0.80～1.1
—
45Mn2
0.42～0.49
0.17～0.37
1.40～1.80
—
—
—
—
表2-245钢、40Cr和45Mn2力学性能（摘自GB/T699-1999）
牌号
热处理
屈服点/MPa≧
抗拉强度/MPa≧
伸长率/%≧
断面收缩率/%≧
冲击吸收功/J ≧
45钢
正火
355
600
16
40
39
40Cr
淬火－回火
980
785
9
45
47
45
淬火－回火
885
735
9
45
4
文献中指出：
45钢属于优质非合金结构刚（中碳钢），具有一定的塑性和韧性，较高的强度，切削性良好。
经调质处理后具有良好的综合力学性能，用于制造受力较大要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如机床齿轮、主轴，发动机曲轴、轴承衬套等，应用十分广泛。
综上，此次设计轴承衬套材料选用45钢，毛坯尺寸精度要求为IT11～IT12级
材料的可锻性：
可锻性是指金属在受到锻压后，可改变自己的形状而又不产生破裂的性能。
碳钢随含碳量的增加可锻性下降。
45钢的含碳量在0.42～0.50mm之间，其热锻工艺特性：
塑性高，变形抗力比较低，锻造温度范围宽。
锻件经修整后一般还需要通过热处理，锻件热处理常采用正火（或退火），以消除过热组织或形变强化组织，细化晶粒，改善切削性能，提高锻件的力学性能。
2.3零件加工设备的选择
本次加工零件是典型的轴套类零件，主要加工有内外圆柱面、外圆柱面、沟槽等的加工，故选择卧式高效数控车床即可完成所有加工面的加工要求。
具体说，加工零件有粗精车外形、车槽、钻孔、镗内孔、车内槽等工序。
所需刀具不超过五把。
故选择国产CKA6140型卧式数控车床即可满足上述要求。
该机床规格为直径460×500mm，X轴行程为225mm，Z轴行程为600mm，尾座体行程380mm，摧力为9000N，主轴转速范围为30～4000r/min。
X/Z定位精度和重复定位精度分别为0.005mm和0.003mm。
刀架容量是4把。
数控系统为FANUC0i。
工件在依次装夹中即可完成外圆、车槽、钻孔、镗孔等工步的加工。
2.4零件加工刀具的选择
粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。
精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。
为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。
外形加工刀具的选择与加工轴类零件时区别不大。
尤其内孔刀需要特别注意选用，因刀杆受孔径尺寸限制，刀具强度和刚性差，切削用量比车削外圆时适当小一些。
为了避免重新装夹刀具，外表面的粗、精车使用同一把车刀，内孔的粗、精镗使用同一把镗刀。
根据零件结构形状及工件材料的性质，衬套零件的切削用刀具如表所列。
表2-3衬套零件数控车削加工工具卡
产品名称或代号
零件
名称
轴承衬套
零件图号
04
序号
刀具号
刀具名称
数量
加工表面
刀尖半径
R／mm
刀尖方位T
备注
1
T0101
90°外圆车刀
1
粗、精车外轮廓
0.4
3
2
T0202
Φ28mm
麻花钻
1
钻预孔
3
T0303
75°粗精镗刀
1
粗、精车内轮廓
0.4
3
4
T0404
切断刀（2mm）
1
切槽、切断
编制
宋云飞
审核
批准
共1页
第1页
2.5零件夹具的选择及零件的装夹
2.5.1零件夹具的选择
数控加工对夹具主要有两大要求：
一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。
选用夹具时，通常考虑以下几点：
1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。
2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。
3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。
4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。
本设计加工的是套类零件，在车床上只需用三爪卡盘装夹定位。
2.5.2零件的装夹方案
数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，为了提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点：
1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。
2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
3）避免采用占机人工调试加工方案，以充分发挥数控机床的效能。
零件在加工时的定位基准主要是外圆和内孔。
如图1所示的衬套零件，外形规则，生产批量小，粗、精基准都选择三爪卡盘夹持外圆柱表面的方式。
针对该零件的结构特性，需要掉头装夹才能完成整个零件的加工。
第一次以毛坯外圆为定位基准，装夹右端，车左端Φ58mm外圆及Φ30mm内孔，保证Φ58mm外圆与Φ30mm内孔的同轴度0.02mm要求；然后工件掉头，第二次采用软爪夹Φ58mm精车外圆为定位基准，完成右端外形加工。
软爪夹外圆时，必须经过自镗，并检验软爪的跳动量0.01。
这样才能保证右端Φ30mm内孔和Φ58mm外圆的同轴度。
2.5.3工件在机床三爪卡盘中定位和夹紧
在车削加工中，工件必须随主轴一起旋转。
正确的装夹能够保证工件在机床中处于正确的位置，保证在切削力的作用下不松动、不脱落。
根据工件直径的大小，用卡盘扳手适当的松开三爪自定心卡盘，然后将工件装入卡盘，伸出适当的长度，再用卡盘扳手沿顺时针方向将工件夹持牢固。
2.5.4装夹工件时应注意的事项
1）悬伸件的长度应不大于长度和直径比的4～5倍，大于时应该用顶尖支撑。
2）用三爪自定心卡盘夹持工件，要有一定的夹紧长度；棒料伸出的长度应考虑零件的加工长度和必要的安全距离。
3）棒料的中心线尽量与主轴的中心线重合，如果装夹已经精车过的工件外圆，必须使用软爪，或在工件外圆上垫一层软金属，以免损伤已加工表面。
4）工件应夹持牢固，使其在加工过程中位置不变。
夹持薄壁件时，要适当用力，不要使工件产生过大的夹紧变形，切削用量也应选小些。
2.6零件加工顺序的安排和确定
2.6.1零件加工顺序的安排
1）先粗后精
对于粗加工在一道工序内进行的加工内容，应先对各表面进行全部粗加工，然后再进行半精加工和精加工，以逐步提高加工精度。
此工步顺序安排的原则要求：
粗车在较短的时间内将工件各表面上的大部分加工余量切掉。
若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求，则要安排半精车，以此为精车做准备。
为保证加工精度，精车一定要一刀切出。
2）先近后远
先近后远即在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以缩短刀具移动距离，减少空行程时间。
对车削而言，先近后远还可以保持工件的刚性，有利于切削加工。
3）先内后外、内外交叉
先内后外、内外交叉的原则是指粗加工时先进行内腔、内行粗加工，后进行外形粗加工；精加工时先进行内腔、内行精加工，后进行外形精加工。
在数控加工中，刀具的刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：
A加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。
B使数值计算简单，以减少变成工作量。
C应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少刀时间。
D确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况。
2.6.2加工顺序的确定
1）工序的划分
按照数控加工工序集中的原则，结合零件的结构特点，以一次安装加工内容作为一道工序。
此零件需二次装夹才能完成加工，所以分两道工序。
工序1为工序2提供精基准。
2）加工顺序的确定
加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。
因精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的进给路线。
衬套零件Φ58mm外圆对Φ30mm内孔轴线有同轴度为0.02mm的技术要求，所以在确定加工顺序时要保证内外圆表面的同轴度的要求，遵循“在一次安装中完成内外圆表面及端面的全部加工”原则确定加工顺序，具体加工顺序的安排如下：
工序一
三爪卡盘夹Φ60mm毛坯外圆，伸出卡盘端面部分长度35mm左右。
车端面；
钻Φ28mm毛坯孔；
粗、精车Φ58mm外圆；
粗、精车Φ30mm内孔和Φ32mm内工艺槽，此槽为保证如30mm内孔技术要求而从工艺设计上考虑，无精度要求。
工序二
工件调头，三爪卡盘软爪夹持Φ58mm已加工外圆表面。
①车右端面，保证工件总长；
②粗、精车Φ45mm外圆；
③粗、精车左端Φ30mm内孔；
④切外沟槽。
2.7零件切削用量的确定
切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。
所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
2.7.1确定主轴转速
主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。
其计算公式为:
n=1000v/πD
式中
v——切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；
N——主轴转速，单位为r/min；
D—工件直径或刀具直径，单位为mm。
计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。
根据《数控车削编程与加工技术》（北京理工大学版社）表查，结合实际加工经验得出粗车直线时n=600r/min，钻孔时n=600r/min，精车时n=1000r/min，切槽时n=600r/min。
粗车和精车的主轴转速的选取都是根据平时上课所讲的及前人的实践经验所给定的。
2.7.2确定进给速度
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
确定进给速度的原则：
当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。
一般在100～200mm/min范围内选取;在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取;当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取;刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的
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