毕业设计（论文）-拖拉机半轴的加工工艺设计与加工.doc

毕业设计用纸摘要轴，支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。机器中作回转运动的零件就装在轴上。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁。轴的工作能力一般取决于强度和刚度。对于拖拉机半轴不但要承受较大的冲击、振动、反夏弯曲和扭转等多种应力作用,而且在拖拉机爬坡、起步时将承受更大的扭矩。因此,半轴必须要具有较高的抗拉、抗弯和疲劳强度及较高的韧性。通过对拖拉机半轴零件图的分析和研究，编制拖拉机半轴的数控加工工艺，进而对零件进行编程加工。该轴的加工使我对数控机床、数控编程、数控加工工艺得到了进一步认识，为将来从事相关的工作打下了良好的基础。关键词：半轴 、加工工艺、数控编程、工艺卡片目录第一章 数控加工工艺简介 .3第二章 零件加工工艺分析 .42. 1拖拉机半轴的零件分析 . .4 2. 2毛坯的选择 . 62. 3 机床的选择 .62. 4工艺的分析 .82. 5工艺的制定 .92. 6夹具的选择 . 112. 7刀具的选择 . .12 2. 8切削参数的选择.13第三章 零件的检测 .15第四章 拖拉机的未来发展前景.20第五章 结论 .24参考文献 .25附录a 零件的加工工艺卡片. 第一章 数控加工工艺简介数控机床(numerical control machine tools)是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是当今数控机床行业的主要发展方向。数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用的各种方法和技术手段的总和，它应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们对大量数控加工实践的总结。它是数控编程的前提和条件。没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正切实可行的数控加工程序。数控编程就是将所制订的数控加工工艺内容格式化、符号化，形成数控加工程序，以使数控机床能真正地识别和执行。数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置等，使其成为成品和半成品的过程。需要说明的是数控加工工艺过程往往不是从毛坯到成品的整个过程，而是仅由几道数控加工工序组成。第二章 零件加工工艺分析2.1 拖拉机半轴零件的分析：零件图是制订工艺规程最主要的原始资料。只有通过对零件图和装配图的分析，才能了解产品的性能、用途和工作条件，明确各零件的相互装配位置和作用，了解零件的主要技术要求，找出生产合格产品的关键技术问题。零件图的分析包括三项内容：（1） 检查零件图的完整性和正确性 主要检查零件视图是否表达直观、清晰、准确、充分；尺寸、公差、技术要求是否合理、齐全。如有错误或遗漏，应提出修改意见。（2） 分析零件材料选择是否恰当 零件材料的选择应立足于国内，尽量采用我国资源丰富的材料，尽量避免采用贵重金属；同时，所选材料必须具有良好的加工性。（3） 分析零件的技术要求 包括零件加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度、表面微观质量以及热处理等要求。分析零件的这些技术要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在本企业现有生产条件下是否能够实现。对于拖拉机半轴零件的分析包括以下几点：1） 该零件既是花键轴又是阶梯轴，其加工精度要求较高，所以零件两中心孔是设计基准和工艺基准。2） 矩形花键轴花键两端面对公共轴线的圆跳动公差为0.02mm。3） 32h7和38h6外圆对公共轴心线的圆跳动公差为0.08mm。4） 28（上偏差+0.025；下偏差-0.005）外圆对公共轴心线的圆跳动公差为0.05。5） 6（上偏差-0.040；下偏差-0.100）花键对28（上偏差+0.025；下偏差-0.005）轴心线的对称度公差为0.015mm。6） 粗糙度要求：花键端外圆和铣削键槽的外圆加工粗糙度要求较高为1.6um，所以要进行磨削加工，切槽部分的粗糙度要求为6.3um。分析哪些部分需要加工，一些具有粗糙度要求的地方即是要加工的地方。7) 花键用综合量规检验，保证互换性。8） 热处理：调质处理hb246-282。2.2毛坯的选择正确选择毛坯类型有着重要的技术经济意义。轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主(本零件的外圆直径相差不大)；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据该零件的要求，毛坯材料为棒料，具体为40cr合金钢，经调质后具有良好的综合力学性能，是使用最广泛的钢种之一。用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮，轴，蜗杆，花键轴等等，它可以代用40mnb,45mnb,35simn,42simn,40mnvb等等。根据查表得出结论粗车外圆的加工余量为1.3mm,粗磨外圆的加工余量为0.6mm,即所选择的零件的毛坯尺寸为42x516。 2.3机床的选择综合考虑成本和我厂的现有条件，铣端面打中心孔的机床设备为zbt8216。该机床是以加工轴类两端面及端面中心孔为主的液压半自动机床，对于汽车、拖拉机发动机中的曲轴、半轴、桃形轴等一般轴类的两端面、中心孔及外圆的加工，可以根据工件尺寸，毛坯情况和形状适当更换挂轮箱的交换齿轮架上的卡爪和预定位及定位等部件即可满足于生产上的要求。粗车和精车外圆选用的机床型号为cet112。该车床备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工。工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。 铣平键和铣花键选择的机床为x52k立式铣床， x52k的工作台横向移动距离=300mm,纵向移动距离=200mm,垂直升降=200mm，电机功率=3或4kw，立铣头可转角度=正负30。可以铣平面、铣侧面、铣沟槽、铣特型面、铣齿条，与分度头和挂轮配合还可以铣球面和螺旋伞齿轮等。钻孔攻丝的设备型号为c620，该车床可在床面上车削400毫米直径的工件，能担任各种不同的车削工作，加工件精度可达二级,它结构合理，操纵灵活，维护调整方便，只需变换操纵手柄，便可车削公制、英制、模数及径节螺纹。零件两端花键外圆及端面粗糙度要求要达到1.6，在经过热处理以后要磨两端花键外圆及端面，所以要选择磨床加工。m13lw万能外圆磨床是一种可采用多种磨削方式的磨床。这种磨床砂轮架可以任意转动的特点,把砂轮架调整一个角度,砂轮修整为成形砂轮,来磨削拖拉机、汽车差速器半轴齿轮的端面外圆。2.4工艺分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在不同类型的具体生产条件下，零件毛坯的制造、零件的加工和产品的装配所具备的可行性和经济性。零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。零件的结构对机械加工工艺过程的影响很大，不同结构的两个零件尽管都能满足使用要求，但它们的加工方法和制造成本却可能有很大的差别。所谓具有良好的结构工艺性，应是在不同生产类型的具体生产条件下，对零件毛坯的制造、零件的加工和产品的装配，都能以较高的生产率和最低的成本、采用较经济的方法进行并能满足使用性能的结构。该零件的工艺分析：1） 工序安排热处理之后调质处理后，再进行磨削加工，以保证加工质量稳定。2） 粗车、精车、粗磨工序均以两中心孔定位装夹工件，其定位基准统一，可以更好地保证零件的加工质量。3） 以工件两中心孔为定位基准，在偏摆仪上检查，32h7和38h6两处轴径外圆对公共轴心线a-b的圆跳动为0.08mm，以及28（上偏差+0.025；下偏差-0.005）的外圆对公共轴心线a-b的圆跳动为0.02mm。4） 工序5对所选夹具应要求备有花键对称度检查基准，可供加工对刀及加工后检查使用。2.5工艺制定机械加工工艺路线的拟订是制定工艺过程的总体布局，其主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序以及整个工艺过程中工序数和各工序内容。拟定过程中应首先确定每步工序的加工定位基准和装夹方法。然后再将所需的调质处理等工序合理插入工序表中，得到机械加工工艺路线。1）单件或小批量生产该零件工序号 工序名称 工序内容1 下料 棒料2 热处理 调质处理hb246-2823 粗车 夹一端，车端面，见平即可4 粗车 掉头装夹，车端面，保证总长,钻中孔5 粗车 以两中心孔定位装夹，粗车外圆6 精车 以两中心孔定位装夹，精车各部尺寸7 磨 粗磨外圆至尺寸，磨花键部分两端面8 铣花键 一夹一顶装夹工件，铣花键至尺寸9 划线 划键槽线10 铣键槽 一夹一顶装夹工件，铣键槽1011 检验 12 入库2）大批量生产该零件工序号 工序名称 工序内容1 先铣端面打中心孔 用100的铣刀盘将毛坯铣至尺寸为42x512用60复合中心钻钻孔作为定位基准2 粗车外圆 用45外圆车刀3 精车外圆 用90外圆车刀 4 切槽 用12切断车刀切至尺寸30.3，刀宽4mm5 铣平键 用16直柄键槽铣刀铣至尺寸6 铣花键 用渐开线花键铣刀铣至尺寸 7 去键槽毛刺8 精研中心孔 至图纸尺寸9 钻孔攻丝 用3的直柄钻头钻至孔的尺寸10 热处理高温淬火11 磨两端花键外圆及端面 砂轮d400x50x20312 粗磨外圆 粗磨外圆至零件尺寸，砂轮d400x50x20313 最终检查 14 检查入库 经过以上两种工艺方案的比较可看出零件单件生产和大批量生产的加工工艺排布是不同的，零件单件加工要先加工一端再掉头加工另一端，铣键槽之前要划线，对于大批量生产则是铣完端面一次性粗车完，不需掉头粗车另一端，铣键槽不需要划线，因为该拖拉机半轴零件的加工为100000件，所以加工工艺采用第二种，可以节省人力，物力。2.6夹具的选择根据零件加工工艺，拖拉机半轴加工所选用的夹具为通用夹具。铣端面和打中心孔选择的夹具为v形块。因为用v型块定位加工，一个最显著的特点，就是圆柱形实心工件用它定位可实现自动对中的要求,也就是在加工中不会因前道工序(车削)中轴直径大小的误差，而影响本道工序对中性要求。起到了很好的定位作用，限制了四个自由度，防止工件转动和回转粗车外圆和精车外圆和粗磨外圆所选择的夹具为梅花顶尖，梅花顶尖是一种用于加工切削外圆工件的机床附件，主要包括心部顶尖和周围三个卡爪。根据工件尺寸大小，可任意调节二者的位置。同时经过调整还可满足三种工况的切削加工。在加工过程中无需用卡盘夹紧工件，只要用车床尾座顶尖轴向顶紧工件即可进行切削，操作方便、省力，可降低劳动强度，提高劳动效率。平键是在轴的外圆的侧面上进行铣削，所以要将零件上铣平键的那个外圆固定不动。所以可选用自定心虎钳，自定心虎钳可将零件夹紧，固定不动，便于铣削。根据零件的加工要求可以看出铣花键并不需要限制工件的全部自由度，只要限制x，y方向的旋转和z轴的移动，所以我们选择不完全定位原理。综上所述，我选择了平口钳。钻孔攻丝选用的夹具为三爪卡盘，三爪卡盘有自动定心的作用，其安装方便、安装精度较高。2.7刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。根据零件的要求所选刀具材料应具备高的硬度和耐磨性，足够的强度和韧性，较好的热硬度，良好的工艺性和经济性。根据零件加工工序铣端面打中心孔选择的刀具名称及编号为铣刀头zbt8216,粗车外圆和精车外圆的刀具为机夹刀片j3x1606n6t6。切断车刀，直柄键槽铣刀，渐开线花键铣刀，直柄钻头的刀具材料为硬质合金，具体牌号为yt15。2.8切削参数的选择：车削用量的选择原则是：（1）粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f,最后确定一个合适的切削进度v 。增大背吃刀量ap 可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑，因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是有利的。（2）精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，因此选择较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f ，并选用切削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v。（3）零件的加工高度h（1/4-1/6）rd，以保证刀具有足够的刚度。切削用量的具体数值应根据机床性能，相关的手册并结合实际经验用模拟方法确定。同时，使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。根据零件的材料型号为40号合金钢，硬度为hb246-282，根据查找械加工工艺人员手册得到的切削参数如下：刀具名称转速n(r/min)切削速度v(m/min)进给量s(mm/r)切削深度mm100的铣刀盘8001500.5590外圆车刀6801000.5230外圆车刀10002000.2112切断车刀800500.1316的键槽铣刀600800.2320渐开线花键铣刀8002000.554的直柄钻头250300.12第三章 零件的检验零件的检验分为加加工中的检验和加工后的检验：1加工中的检验自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。这种检验方式能在不影响加工的情况下，根据测量结果，主动地控制机床的工作过程，如改变进给量，自动补偿刀具磨损，自动退刀、停车等，使之适应加工条件的变化，防止产生废品，故又称为主动检验。主动检验属在线检测，即在设备运行，生产不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理，掌握设备运行状况，对生产过程进行预测预报及必要调整。在线检测在机械制造中的应用越来越广。2加工后的检验单件小批生产中，尺寸精度一般用外径千分尺检验；大批大量生产时，常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可用比较仪检验。表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较高时则用光学显微镜或轮廓仪检验。圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定，也可用千分表借助v形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检验。圆柱度误差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方法来确定。主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测量。如果检验完后加工零件符合图纸要求即加工合格，如果最终零件的加工成品不符合要求即该零件是废品，所以零件加工完后使用量具对零件进行检验是一项至关重要的工作。通过零件的检验可以帮助加工人员发现零件加工过程中的错误，如零件加工工艺的制定是否真确，刀具和切削参数的选择是否合理，检查粗车和精车的加工余量是否留多或留少了，以及是否存在其他原因，比如机床设备，环境因素和人为因素等等。工序名称和量具的检验：铣端面打中心孔：用游标卡尺检验轴的毛坯经过铣削后外圆尺寸是否为42，保证长度为 512mm。粗车外圆：用游标卡尺检验经过粗车加工后是否符合零件工艺卡片要求。精车外圆：游标卡尺量零件的总长应为510mm。切槽：用游标卡尺检验零件槽的尺寸应为30.3,宽2mm。铣平键：游标卡尺测量之后得到的键槽尺寸应为45mm，槽深4.5mm。铣花键：用外径千分尺对花键外圆对公共轴线的圆跳动公差的检查，根据图纸要求应为0.02mm。钻孔攻丝：用螺纹塞规m8-7h测量。磨两端花键外圆及端面：外径千分尺检测粗磨外圆： 外径千分尺检测最终检查：用量针3.177测量。检查入库：量具为塞规25.39.10319。拖拉机半轴折断的原因及预防措施 在使用过程中，农用拖拉机有时出现断半轴现象，被迫停车更换，严重者车翻人伤。针对这一问题，谈谈断半轴的原因及预防方法。一、半轴断裂的原因分析半轴主要是疲劳断裂。在运动中，由于承受扭矩及弯矩的合成作用，在交变应力的作用下经过一定时间后发生半轴断裂。疲劳断裂是由循环应力、拉应力及塑性应变力这三种共同作用产生的。循环应力引起裂纹，而拉应力造成裂纹的扩展，当裂纹随着时间在交变应力的作用下，半轴材料到一定的极限，则出现瞬时断裂即断轴。在实际生产使用过程中，农用车断半轴的原因比较复杂，很少是由于单方面所引起的，而往往是几个方面的因素共同作用的结果。因此，断半轴时还考虑以下几个方面的原因：1、材料缺陷引起的断轴。由于材料中存在缺陷，缺陷分为内部缺陷和外部缺陷两种，两种缺陷都能降低材质的强度，起到缺口作用，在此处产生裂源，裂纹由此扩展，导致最后断轴。材质缺陷如缩孔、疏松、过热、过烧、流线分部不合理等，对裂纹的萌生扩展均产生重要的影响。若半轴表面存在材质缺陷，在循环载荷作用下将在材质缺陷处产生裂纹，最后导致疲劳断裂。若裂扩展的方向与带状组织或流线平行，他们将加速疲劳断裂。2、设计不当引起的断轴。有些是由于设计的不足，个别车型上的半轴设计的较细过度台阶弧尺寸小，这易产生较大的应力集中，在长期使用中，往往达不到所限使用寿命，则出现断轴。3、加工不当引起的断轴。实际加工半轴零件中，由于加工方法不恰当或意外损伤，如车床加工、磨床加工等不当，表面粗糙度不好，都极易引起断轴。4、半轴锥度与轮毂锥度不吻合或轮毂摆动等，也易引起断轴。5、使用及维修不当引起的断轴。半轴在高速高压、道路不平等条件下工作，没有按使用说明书规定定期维修、检查，如半轴长期超载行驶、止动垫圈失效、维护保养不当，轮圈在摆动中行驶，半轴长期缺油，因热膨胀也会引起热疲劳断轴。二、预防措施1、对设计制造单位要求。外购轴材料要求严格按照对外购材料检验标准进行检验，不能使废料进厂流入生产线。设计部门在设计结构时，应尽量避免和减小应力集中，设计阶梯形轴粗细轴段的直径不宜相差太大，过渡部分的圆角应尽可能的取大些，必要时可将过度部分结构设一阶梯轴段，借以缓和半轴的截面变化。在生产加工中，在半轴的局部附加接应力范围内，要避免截面的尖角过渡，并把表面的加粗糙度达到1.6-3.2的级别以上。2、对使用者的要求。装载要平衡，不要单边偏载或过重超载也易产生断半轴。保养好车辆，按使用说明书的规定检查半轴，及早发现及时处理，确保半轴正常运转。选购半轴时，要先选正规厂家生产的，因为正规厂家及加工设备、加工工艺、热处理工艺比较先进，能够保证半轴的质量。选购时，半轴的锥度应与轮毂的锥度相吻合。 第四章2012年我国大轮拖拉机行业市场发展前景预测内容提示：预计2012年大轮拖市场仍将有更多的企业加入，市场竞争将更加激烈，行业的整合和市场集中度分散同时进行，在这个过程中，对新老企业都提供了发展壮大和寻觅生产空间的机会。 2011年，在国家155亿元农机补贴资金的直接作用和8183多亿助农资金的间接影响下，农机行业又经历了一年的快速成长，其中代表我国农机工业发展水平的大轮拖产品仍受到了各方面的重视，得到了长足的发展，行业整体处于良性发展阶段，规模以上企业均获得了丰厚的收益。大轮拖行业在新的一年及今后一段时期如何发展，一直是大家十分关心的事情，现就2012年大轮拖行业的发展趋势和竞争情况作一些分析。 一、政策环境向好，上升动力十足 在国内农机产品中，没有哪一个产品比大轮拖更依赖于农业及农机补贴政策。据统计从2008年开始，国内大轮拖的项目销售比例已经超过了85%，2011年国内市场上销售的大轮拖产品几乎全部是通过项目销售的，项目外零售已经基本停止，这是由大轮拖一直享受较高比例的补贴资金及大轮拖自身技术含量、价值高的特性决定的。每年大轮拖生产和流通企业都非常关注国家的农业政策和农机产业政策调整趋势和变化。从2011年底国家密集召开的一系列重要会议，如全国经济形势分析会，农业形势分析会等会议上释放的政策信号上可以清晰的看出，今年国家仍将加大对农业和农村的投入，强农惠农政策只会强化而不会削弱，另外对大轮拖有直接影响的2012年国家农机补贴政策也已经明朗，从农业部得到的信息，2012年农机补贴金额很有可能达到180亿元，前期110亿元已经下拨到各省市，并且从元月份已经开始执行，从时间上看，比2011年整整提前了五个月。充足的补贴资金的保障和项目操作时间的提前，可以增强用户购机的积极性，消除观望心理，将会避免2011年那样错过春季销售旺季的情形。所以从补贴政策对农机的直接影响因素看，今年大轮拖需求仍将保持高位的水平。另外根据关于促进农业机械化和农机工业又好又快发展的意见，在今后10年内我国农机总动力将增加3.8亿kw，达到12亿kw，耕种收综合水平增加13个百分点，达到65%的水平，要实现这些目标，前景光明，但困难也很大，所以需要国家各级农机推广部门，包括整个行业内各种经营主体奋勇前行，共同努力。 二、需求仍然强劲，总量高位运行 从现实和潜在需求来看，基于我国经济建设的发展趋势看，工业化、城镇化的发展，需要从农村吸纳大量的劳动力，目前农村四分之三的壮年劳动力已经转移到了城市，农村劳动力出现结构性短缺，带来的是劳动成本与生产成本的上涨，农业产业发展面临新的挑战，所以急需提高劳动生产率来转变经济发展方式，解决问题的根本出路就是加快发展农业机械化。所以今后农村对农业机械的需求只会增多而不会减少。2011年全国综合机械化水平达到52%，说明我国农业生产已经进入了依赖农业机械的新阶段，之后农业生产中人力蓄力的比例将会迅速减少，机械化水平将迅速提高，从而带来对农机产品的大量需求。如果说2011年是农业机械和人力蓄力的分水岭，那么2012年是开启历史新的一页的一年，是充满期待的一年。 2012-2015年中国拖拉机配件行业市场调研及发展前景预测报告 近年来迅速发展的土地流转、一村一品、农作物连片种植、土地深松等因素也产生对作业效率更高的大轮拖产品的旺盛需求。 从现实的购买能力看，农民的纯收入已经连续七年获得两位数的增长，农村整体消费水平在提高，用户对耐用消费品和高价值投资品的购买能力在提高。从老用户来看，2011年通过作业也获得了较高的收益，他们的购买积极性较高，能影响和带动周围的人来购买拖拉机。再加之今年大轮拖产品仍将是各地重点补贴的机型，不低于30%的补贴资金很大程度上解决了用户购买能力不足的问题。所以预计2012年大轮拖产品仍将有强烈的刚性需求，总量将逼近13万台，将继续保持高位运行的趋势，但同比增长率趋于平缓。 三、利润水平高，新手蜂涌