毕业设计（论文）-地下铲运机数控加工.doc

毕业设计用纸摘要铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴作为矿山主要的无轨设备，铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴是一种能综合完成挖土，运土，卸土，填筑，整平的机械。铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机操作灵活，不受地形限制，生产效率高。正因为如此，国外许多国家都十分重视铲运机的开发，推广与使用。在我国的应用越来越广泛主要用于地下隧道和隧道工程。 本文主要是针对铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴，从分析基本结构，拟定其加工工艺路线和加工工序，确定较为合理的方案。选择和确定零件加工所需的设备，讨论其数控加工工艺，编写数控加工程序，从而，在保证加工精度的前提下，获得最为经济和有效的加工。关键词：工艺分析，加工路线，加工工序,加工余量目 录摘要 1第一章 前言3第二章 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的加工工艺 42.1铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的零件图 42.2 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的概述52.3定位基准的选择52.4 毛坯62.4.1 生产类型62.4.2 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的材料及力学性能62.4.3 毛坯的确定72.5铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的技术要求72.5.1后桥支承轴加工的内容72.5.2后桥支承轴加工的要求82.5.3外圆表面加工方法的选择8第三章 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的加工设备与刀具的选择83.1 加工设备的选择83.1.1 车床的选择83.1.2量具的选择103.1.3夹具的选择103.1.4 刀具类型的选择113.2切削用量的确定123.3 加工余量，工序尺寸及尺寸133.3.1工序尺寸及偏差的确定143.3.2 加工余量工序尺寸及公差表15第四章 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的数控加工174.1 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的数控加工174.1.1 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的粗车加工174.1.2 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的数控精车加工程序174.1.3 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的螺纹与精磨加工184.1.4 进行检验19致辞21参考文献22附录第一章 前言铜冠QY150-01 2立方米（TDCY-2）电动铲运机主要由电动机装置，传动系统，工作结构，前车体装配，后车体装配，液压系统，电器系统，操作系统等八项组成。为了适应地下作业场地的高低不平，地下铲运机的后桥或车体沿着机器的纵向中心线左右摆动8度12度以使四轮着地，充分利用整机的黏着重量，增大牵引力和铲斗的插入力。总体结构采用前、后机体铰接式。前机体为工作机构，后机体为动力头部分，双桥四轮驱动。该产品漏电保护元器件采用SIEMENS产品、防护等级：IP56、绝缘等级：B、高强度抗拖拉矿用电缆。该机稳定性、噪音均符合国际89/392/EEC标准。TDCY-2电动铲运机采用高效电动机，并配置了防潮烘干器（专利技术）。 传动系统选用德纳（DANA)公司的液力变矩器和动力换挡变速箱，操作轻便，运行平稳。 制动系统采用全液压双管路工作制动系统，并配装了多盘湿式制动器和国外NO-SPIN 防滑差速器，在环境恶劣、高含水、泥泞巷道作业时安全可靠。该机液压系统主要元件采用国外公司的产品，手动阀控制其转向，用带有人机学手柄的先导阀控制大臂举升和铲斗倾翻（单手柄控制）。精心设计和制造的电动铲运机外形美观、工作效率高。为达使四轮着地，充分利用整机的黏着重量，增大牵引力和铲斗的插入力，常采用后驱动桥，组成后驱动桥的重要部分就是后桥支承轴，而这个铲运机的后桥支承轴就是被徐州久禾箱润技术有限公司生产。该支承轴为一根空心轴，该支承轴起支承连接的作用的，与后车架的固定简单可靠，摆动架的轴套尺寸大，受力对称均匀，且离地较高，一般来说不易损坏。第二章 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴2.1铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴零件图2.1.1结构分析 如图所示零件由端面、外圆、螺纹、外圆锥度、孔等构成2.1.2精度分析 152H7mm的内孔尺寸公差为H7，表面粗糙度要求为Ra3.2um,外圆88，, 120的外圆表面粗糙度均为Ra0.8um,加工精度86。其他一般加工的要求，可按自由公差等级IT8-IT10处理，表面粗糙度要求为Ra12.5um，平面与轮廓表面粗糙度要求为Ra6.3um。2.2铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的概述后桥支承轴为一根空心轴，该轴的外表加工有阶梯型圆柱，该轴的中心通孔与榨膛的主轴套接，输入动力通过轴体外表面上的圆柱上安装的传动齿轮带动该轴而直接传递给榨膛主轴。特点:该轴占用的空间体积比较大，但可以降低重量。根据材料力学分析，在转轴传递扭矩时，从径向截面看，越外的地方传递有效力矩的作用越大。在转轴需要传递较大力矩时，就需要较粗的轴颈，而由于在轴心部位传递力矩的作用较小，一般采用支承轴这样的空心轴来减少转矩的自重。2.3定位基准的选择一、 2.3.1粗基准的选择毛坯铸造时内孔和外圆有偏心，若采用不加工的外圆表面为粗基准加工内孔，则内孔和外圆是同轴的，即壁厚均匀，而内孔的加工余量不均匀，故应选择位置要求较高的加工面为粗基准。为了保证各加工面都有足够的加工余量，所以选择毛坯余量最小的面为粗基准，由图纸知85mm外圆的余量较小，故应选85mm外圆为粗基准。粗基准精度低表面粗糙，重复使用会造成较大的定位误差，因此在同一尺寸方向一般只允许使用一次，以免产生较大的定位误差。粗基准的表面应平整光洁，要避开铸造浇冒口分型面和锻造飞边等表面缺陷，以保证工件定位可靠，夹紧方便。二、 2.3.2 精基准的选择设计基准与定位基准重合在支承轴加工时，常采用中心孔为基准加工外圆表面，这样不仅能一次安装中加工出大多数表面，还能保证各段外圆的同轴度以及端面与轴心线的垂直度要求。装夹工件时要确保定位准确，装夹方便可靠，夹紧机构简单，操作方便灵活，故选用三抓自定心卡盘。2.3.2定位基准的确定 加工左半部分定位基准的确定 加工右半部分定位基准的确定2.4毛坯一、 2.4.1 生产类型由于该零件生产纲领为中小批量生产，零件属于薄壁管状件。为节省原材料，使资源得以充分利用，同时提高生产效率，降低生产成本，零件毛坯选用40cr锻件.这种材料经调质处理后，可获得较好的综合机械性能。二、 2.4.2 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的材料及力学性能选用的材料为力学性能要求较高的钢件，其毛坯为40cr锻件。调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到2860mm,油淬时可淬透到1540mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好，当硬度为HB174229时，相对切削加工性为60%。三、 2.4.3 毛坯的确定 因为该支承轴为一根空心轴，各台阶直径相差很大，所以采用锻件，又因为是中小批量生产，所以选用模锻。第一次淬火加热温度（）：850；冷却剂：油第二次淬火加热温度（）：-回火加热温度（）：520；冷却剂：水、油抗拉强度（b/MPa）：980屈服点（s/MPa）：785断后伸长率（5/%）：9断面收缩率（/%）：45冲击吸收功（Aku2/J）：47布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：207综上所述：该零件的毛坯为成型的圆柱形锻件，尺寸为334*243mm2.5 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的技术要求一、 2.5.1 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴加工的内容该零件由平面，孔和外轮廓组成。因为毛坯由圆柱形锻件，尺寸为334* 243mm加工的内容包括 130H7mm的内孔， 278mm的外轮廓，轴类零件长度为334mm，螺纹大径为85mm、长度为27mm，外圆锥面的锥度为30o、长度为30mm，圆弧总长为57mm、半径分别有20mm/20mm，所镗的孔直径为60mm、长度为334mm。相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。该典型轴类零件外圆相互位置精度为0.020.04之间，圆的径向跳动为0.02，端面与轴心线保持垂直，两端端面要保持平行。孔的表面与外表面也应保持垂直。二、 2.5.2 铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴加工的要求对于本文所加工的铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴，将采用“调质车加工制齿中频精磨”的加工方式，即分别对本零件的端面、外圆、螺纹、外圆锥度,几个步骤进行加工。152H7mm的内孔尺寸公差为H7，表面粗糙度要求为Ra3.2um,外圆88，, 120的外圆表面粗糙度均为Ra0.8um。其他一般加工的要求，可按自由公差等级IT8-IT10处理，表面粗糙度要求为Ra12.5um，平面与轮廓表面粗糙度要求为Ra6.3um。三、 2.5.3 外圆表面加工方法的选择外圆表面的加工方法为车削，由于表面粗糙度3.26.3，故选用精车的方法，之后还要经过光整加工。最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。第三章 加工设备与刀具的选择3.1 加工设备的选择一、 3.1.1车床的选择徐州久禾桥箱技术有限公司以生产铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴为主的小型综合生产厂，具有相当规模的数控加工设备，40cr支承轴尺寸大，加工起来有一定难度，所以要选用多台加工设备，进行加工。数控车床CK6136，CA6140，滚齿床，中频加热磨床。 CK6136数控车床参数：工作范围床身上最大回转直径360mm通过滑板最大回转直径210mm最大顶尖距离750mmX轴（横向）最大行程200mmZ轴（纵向）最大行程750mm主轴主轴头型号主轴内孔锥度MT6#主轴通孔52mm主轴转速rev/min1202000无级主轴电机功率4KW快速进给速度X轴（横向）Z轴（纵向）4000mm/min6000mm/min工作精度定位X轴（横向）Z轴（纵向） 0.01 mm0.01 mm重复定位精度X轴（横向）Z轴（纵向） 0.01 mm0.01 mm圆度0.007mm直径一致性0.03mm/长度300mm平面度0.02mm/直径300mm表面粗糙度（钢件）Ra1.6m尾座尾座套筒直径60 mm尾座套筒行程130mm尾座顶尖锥孔MT4#一般规格床脚至主轴中心高度1000mm电源规格及容量（标准配置）三相380V(+15%/-10%)? 50Hz? 8KVA外形尺寸mm19509001200净重约1300KgCA6140车床的参数产品型号CA6140A床身回转直径400mm刀架上回转直径210mm马鞍内回转直径有效长度最大工件长度 / 最大车削长度750/650mm;1000/900mm;1500/1400mm;2000/1900mm主轴中心至床身平面导轨距离205mm主轴孔径 / 主轴孔前端锥度 52 mm /1:20主轴转速级数24/12.主轴转速范围50Hz: 11-1600r/min60Hz: 13.2-1920r/min50Hz: 14-1580r/min60Hz: 20.4-1896r/min纵向进给量范围（ 64 种）标准进给 : 0.04-0.79mm/r小进给 : 0.014-0.027mm/r加大进给 : 0.86-3.16mm/r刀架纵 / 横向的快移速度纵向 : 4m/min横向 : 2m/min加工螺纹范围公制螺纹 44 种 : 1-192mm;英制螺纹 21 种 : 2-24 牙 / 寸径节螺纹 37 种 : 1-96 ；上 / 下刀架最大行程140mm/320mm刀架转盘回转角度 90 o主轴中心线至刀具支承距离26mm刀杆截面尺寸25mm25mm尾座主轴直径行程及主轴孔锥度75mm150mm;莫氏圆锥 5 号丝杠螺距12 mm主电机功率7.5KW主机净重 kg （约）750 mm20001000 mm20801500mm22302000mm2580主机轮廓尺寸（长宽高） mm750mm2418100012671000mm2668100012671500mm3168100012672000mm366810001267二、 3.1.2量具和夹具的选择 在加工铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴的过程中，由于是人工分段加工，因此每加工完一个工序，都要测量一下它的尺寸，以保证该零件的精度。1. 游标卡尺，是一种测量长度，内外径，深度的量具。游标卡尺由主尺和附在主尺上能以滑动的游标两部分组成。主尺一般以毫米为单位，我这里需要的是500MM游标卡尺。2. 千分尺又称为分厘齿，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测量长度可以精确到0.01mm,测量范围为几个厘米。加工该零件需要的则是25-50千分尺，75-100千分尺，100-125的千分尺，150-175的千分尺。3. 钢板尺属于量具的一种，外形像普通塑料尺，一般为合金钢量具，含碳量为W0.9%-1.5%，通常是淬火后立即进行-80度左右的冷处理，最后磨削加工，进行回火。加工该零件需要的为1M钢板尺。 该零件所用的夹具为三爪自定心卡盘上 1）在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。该零件的装夹方法：先用三爪自定心卡盘卡住毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘卡住毛坯右端，再加工左端达到工件精度要求。综上所述：工艺装备名称夹具三爪自定心卡盘，中心架量具500MM游标卡尺，25-50千分尺，75-100千分尺，100-125的千分尺，150-175的千分尺，1M钢板尺三、 3.1.3刀具类型的选择 根据铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴在车削该类型轴时，一般需要考虑以下几个问题：1）因为该轴各部分质量对转动中心分布不均匀，加工时转速愈高，离心力愈大，工件愈易引起振动，致使表面质量下降，甚至造成无法加工。因此，加工该轴一般采用较低的切削速度。2）车削该轴一次进给的时间较长，车削热量大部分传给工件，使工件温度升高，产生轴向伸长变形，温度愈高，伸长愈大。若工件两端用顶尖装夹（或一端用卡盘一端用顶尖），轴向伸长会使工件弯曲，也使加工质量下降。因此，对要求较高的该轴类工件，要考虑伸长量的补偿问题。3）在选择车刀几何参数时，要考虑以下问题：尽量减小切削力，尤其是减小径向切削力，因为径向力是产生切削振动的主要原因。为此，该轴车刀一般选用大前角和大主偏角。为减小径向力、避免振动。选择正刃倾角（s0）。一方面可控制切屑流向待加工表面，另一方面也可减小径向力，避免振动。刀面切削刃要具有较细的粗糙度。车刀要经过研磨，经常保持刃口锋利。选择较小的刀尖圆弧半径（一般半径r03mm）。刀尖半径愈小，径向力愈小。愈不易旨起振动。降低工件切削温度，一般采用切削液。通过以上分析，在加工铜冠QY150-01（TDCY-2）电动铲运机的后桥支承轴时，需要选用T5硬质合金刀，90正偏刀，45度车刀，内孔车刀。序号刀具名称数量加工表面0T5硬质合金刀1精车加工190正偏刀1车外圆和端面245度车刀1车端面3内孔车刀1加工内孔四、 3.2切削用量的确定切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。切削用量对工件表面质量、刀具耐用度、加工生产率影响较大。而切削理论认为，切削速度Vc对切削温度和刀具耐用度的影响最大，进给量f次之，ap最小，而数控车床一次走刀加工的表面，ap值是由工件尺寸与材料毛坯尺寸来决定的，一般为05mm。 进给量f对刀具耐用度影响不如切削速度大，但会影响断屑和排屑，从而影响工件表面的拉伤、擦伤，影响已加工的表面质量。f值大小通常取决于主轴转速、工件的直径以及加工工艺等。 在加工该轴类零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工零件表面轮廓时，必须保证0.3mm的精加工余量，必要时需使用刀偏表，对刀具进给时进行误差的控制，有效地减小误差，方能确定该零件在加工精度方面的各种要求。综上所述: 粗加工切削用量表格切削用量工艺路线粗车加工制齿精磨进给量0.2cm/r0.35cm/r0.03cm/r背吃刀量520.05主轴转速200100100 精加工切削用量表格切削用量工艺路线精车加工进给量0.15cm/r背吃刀量1主轴转速5003.3加工余量，工序尺寸及其公差3.3.1工序尺寸及偏差的确定轴的直径d零件的长度 L粗车外圆的余量公差100100250250500500800800120012002000直径余量 a100.80.91.010-180.90.91.01.10.2418-300.91.01.11.31.40.2830-501.01.01.11.31.51.70.3450-801.11.11.21.41.61.80.480-1201.11.21.21.41.61.90.46120-1801.21.21.31.51.72.00.53180-2601.31.31.41.61.82.00.6260-3601.31.41.51.71.92.10.68360-5001.41.51.51.71.92.20.76由该图表知粗加工余量为1.4mm,余量公差0.6mm精加工的余量为0.3-0.4mm余量 精加工的经济等级精度IT8IT6 和 IT10IT9余量的上偏差=0.4余量的下偏差=-0.33.3.2加工余量，工序尺寸及公差表152轴的加工工序名工序余量加工精度表面粗糙度工序尺寸尺寸及公差粗车10.1IT81531530.1精车0.30.1IT6152.31520.0588轴的加工工序名工序余量加工精度表面粗糙度工序尺寸尺寸及公差粗车10.1IT889890.1精车0.30.05IT688.388.30.05120轴的加工工序名工序余量加工精度表面粗糙度工序尺寸尺寸及公差粗车10.1IT81211210.1精车0.30.05IT6120.3120.30.0598.5轴的加工工序名工序余量加工精度表面粗糙度工序尺寸尺寸及公差粗车10.1IT899.599.50.1精车0.30.05IT698.898.80.0563内孔的加工 工序名工序余量加工精度表面粗糙度工序尺寸尺寸及公差粗车10.1IT864640.1精车直接加工到630.02IT663630.02139轴的加工工序名工序余量加工精度表面粗糙度工序尺寸尺寸及公差粗车10.1IT81401400.1精车直接加工到1390.02IT61391390.02内孔 130的加工工序名工序余量加工精度表面粗糙度工序尺寸尺寸及公差粗车10.1IT81311310.1精车直接加工到1300.02IT61301300.02240轴的加工工序名工序余量加工精度表面粗糙度工序尺寸尺寸及公差粗车10.1IT82412410.1精车直接加工到2400.05IT62402400.05第四章 铜冠QY150-01电动铲运机的后桥支承轴的数控加工 4.1 铜冠QY150-01电动铲运机的后桥支承轴的加工 4.1.1 铜冠QY150-01电动铲运机的后桥支承轴的粗车加工 使用CA6140普车，用3爪卡盘卡住直径85mm处毛坯在大端面处打B5中心孔，用活顶尖顶死，车直径240mm处留余量3mm至243mm，平大端面车起反转工件，车过直径为243mm处，在直径为85mm的端面处打B5中心孔，用活顶尖顶死，车直径为240mm处反面控制尺寸51mm，车小端面直径85mm处，控制长短尺寸279mm，车直径 152处留余量3mm至直径155mm，控制长短尺寸25mm，车直径139mm留余量至142mm，控制长短尺寸20mm，车直径120mm处留余量至123mm，控制长短尺寸233mm，车直径98.5mm处留量至101.5mm控制长短尺寸153mm，车直径85mm处留余量至88mm控制长短尺寸53mm，车直径85mm处留余量至88mm控制长短尺寸27mm，车R20，再次反转工件，三爪卡盘卡住85mm处，抱中心架直径152mm处，打孔50mm打通，车至内孔60mm，车至直径130mm留余量至127mm，控制长短尺寸29mm，车斜破16度，控制长短尺寸27mm调质处理后，用CA6140普车床，三爪卡盘卡住130mm处，抱中心架88mm处车小端面控制长短尺寸278mm，车内孔至直径63mm控制长短尺寸18.5mm，车斜坡小端面至63止倒角30度X2。4.1.2 铜冠QY150-01电动铲运机的后桥支承轴的数控精加工程序使用CK6136数控车床加工T2是90精加工右偏刀。精加工程序N0010 T0202N0020 M3N0030 M8N0040 G0 Z2N0050 G1 X88 F100N0060 G1 Z-55 F100N0070 G2 X95 Z-58 R4 F100N0080 G1 X98.5 Z-59 F50N0090 Z-148.499 F100N0100 G2 X101.142 Z-157.302 R4 F100N0110 G1 X118.84 Z-186.132 F100N0120 G3 120.5 Z-192 R20 F100N0130 Z-229 F100N0140 G2 X130 Z-233 R4 F100N0150 G1 X135 F100N0160 X139 Z-235 F100N0170 Z-253 F100N0180 X148 F100N0190 G1 X152.5 Z-255 F100N0200 Z-274 F100N0210 G2 X162 Z-277.9 R4 F100N0220 G1 X236 F100N0230 X240.5 Z-280 F100N0240 X243 F100N0250 G0 X450N0260 Z2N0270 M30输入程序进行程序的模拟将之前编好的程序输入到数控车床里，输入完毕后，检查是否有误，在无误的情况下，进行程序的模拟，看其走刀路线与加工工件是否相符，程序模拟正确后，可避免加工过程中撞刀，毁损工件等情况。 装入刀具 安装工件首先测量毛坯长度，其次检查一下三爪自定心卡盘是否松动，无误后进行装夹。安装刀时要对立之前程序里输入的刀具号，不可安错刀。 进行试切对刀车削外圆沿Z轴方