一级减速器主要零部件的数控加工

1、河 南 工 业 职 业 技 术 学 院Henan Polytechnic Institute毕业设计（论文）题 目：一级减速器主要零部件的数控加工班 级：数控0701 姓 名：张军 指导教师：王宏颖 摘 要齿轮减速器是把机械传动中的动力机（主动机）与工作机（从动机）联接起来，通过不同齿形和齿数的齿轮以不同级数传动，实现定传动比减速（或增速）的机械传动装置，减速时称减速器（增速时称为增速器）。由于减速器使用场合不同、重要程度不同、损坏后对人身安全及生产造成的损失大小不同、维修难易不同，因而对减速器的可靠度的要求也不相同。齿轮减速器的规格选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等诸多条件。减速

2、器有不同的种类，本文选择的是一级圆柱齿轮减速器中箱盖、箱座的设计与加工。主要从毛坯的选择、箱体的热处理、刀具、夹具的选择以及切削用量的确定等进行了综合的工艺分析。通过CAD、UG进行图形的绘制，并通过UG导出ProSolid格式的箱盖、箱座文件，最后通过CAM进行自动编制加工程序。关 键 词：毛坯的选择 热处理 刀具、夹具 切削用量 加工程序目录1 绪论11.1数控技术的发展概况11.2减速器的功用22 各部分零件的工艺分析32.1金属材料的分析32.2 各零部件的材料选择及工艺分析63. 主要零件的参数设置及加工路径分析123.1概述123.2箱体的材料及热处理133.3 箱体的工艺性分析1

3、53.4工艺装备的选择163.5 切削用量的选择203.6 进给路线的确定253.7加工路线的确定253.8加工余量的确定274.加工程序的编制304.1数控指令简介304.2程序的编制方法和确定324.3加工程序：355.结论与展望745.1本文总结745.2将来展望74致 谢76参 考 文 献771 绪论1.1数控技术的发展概况随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，现代数控技术的总发展趋势是：高速化与高精度化、复合化、小型化与开放式结构、高柔性化、智慧化 。（1）高速化与高精度化实现数控机床高速化，首先要求计算机系统读入加工指令数据后能高速处理并计算出伺服电动机的

4、移动量，并要求伺服系统能快速地作出反应；为使数控机床在极短的空程内由零加速到高速度和高行程速度下保持高定位精度，必须具有高加（减）速度、高精度的位置检测系统和伺服质量。所以必须重新考虑主轴、进给系统、刀具交换系统、托盘交换系统等各种关键部分的全部特性，即从机床的基础部件到刀架等。数控机床的加工精度的提高，一般通过减少数控系统的误差和采用补偿技术来达到。在减少系统控制误差方面、通常采用的是提高数控系统的分辩率，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，提高位置检测精度，以及在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%80%。由

5、于计算机运算速度和主轴转速的较大提高，具有真正零跟踪误差的现代数控装置已被开发出来，能满足现代机床工作的要求，使机床可以进行同时具备高进给速度和高精度的加工。（2） 复合化复合化包含工序复合化和功能复合化，例如工件在一台设备上一次装夹后，可通过自动换刀等各种措施来完成多任务序和多表面的加工。在一台数控设备上能完成多任务序切削加工（如车、铣、镗、钻等）的加工中心，可代替多机床和多装夹的加工，这样既能减少装卸时间，省去工件搬运时间，提高每台机床的加工能力，又能保证和提高形位精度，从而打破了传统的工序界限和分散加工的工艺规程，如主轴头立卧自动转换的加工中心、车铣加工中心等。（3） 小型化与开放式结构

6、由于数控技术中大量采用了计算机新技术，新一代数控系统的体系结构向开放式系统发展。（4） 高柔性化柔性是指数控机床适应加工对象变化的能力。数控机床发展到今天，已对满足加工对象变化有了很强的适应能力。在提高单机柔性化的同时，数控机床也朝着单元柔性化（如柔性加工单元FMC）和系统（柔性制造系统FMS）方向发展。（5） 智能化1）引进自适应控制技术 自适应控制 AC（Adaptive Control）技术的目的是要求在随机变化的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。2） 采用故障自诊断

7、、自修复功能理论 这主要是指利用 CNC 系统的内装程序实现在线故障诊断，一旦出现故障时，立即采取停机等措施，并通过 CRT 进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。并利用“冗余”技术，自动使故障模块脱机，接通备用模块。3）刀具寿命自动检测和自动换刀功能利用红外、声发射（ AE ）、激光等检测手段，对刀具和工件进行检测 发现工件超差、刀具磨损、破损等，进行及时报警、自动补偿或更换备用刀具，以保证产品质量。4）引进模式识别技术应用图像识别和声控技术，使机器自己辨识图样，按照自然语言命令进行加工。5） 高可靠性 1.2减速器的功用减速器

8、在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合起来的减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。图11 一级圆柱齿轮减速器总装配图上图所示为

9、一级圆柱齿轮减速器的装配图，由图可知，它主要由传动零件（齿轮）、轴系零件（轴、轴承）、连接零件（螺栓、螺钉、销、键）、箱体及附属零件（通气器、启盖螺钉、吊耳、油标等）、润滑和密封装置等组成。2 各部分零件的工艺分析2.1金属材料的分析2.1.1材料机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。1.铸铁常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易

10、焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。2.钢钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此其应用极为广泛。钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、

11、耐腐蚀钢）主要用于特殊的工况条件下。按化学成分钢可分为碳素钢和合金钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越多，其强度越高，但塑性越低。碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如Q215、Q235）一般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳量低于0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。含碳量在0.1%0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中碳钢的含碳量在0.3%

12、0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在0.55%0.7%的高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于2%或合金元素总量低于5%的称为低合金钢。每一种合金元素含量为2%5%或合金元素总含量为5%10%的称为中合金钢。每一种合金元素含量高于5%或合金元素总含量高于10%的称为高合金钢。加入不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需经过热处理才能

13、提高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较敏感，因此只用于碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率的铸铁件大，故铸钢的壁厚常大于10，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。表1-1是常用的金属材料的机械性能。表2-1 常用钢铁材料的机械性能材料机械性能名称牌号抗拉强度sb(N/mm2)屈服强度ss(N/mm2)硬度(HBS)普通碳素结构钢Q215Q235Q255Q275335410375460410510490610215235255275优质碳素结构钢20354541

14、0530600245315355156197220合金结构钢18Cr2Ni4W35SiMn40Cr40CrNiMo20CrMnTi65Mn1187859819801079735835510785835834430260229247269£217285铸钢ZG230-450ZG270-500ZG310-570450550570230270310³130³143³153灰铸铁HT150HT200HT250145195240150200170220190240球墨铸铁QT450-10QT500-7QT600-3QT700-2450500600700310320

15、3704201602101702301902702253052.1.2材料选用的原则从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则：（1）载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选铸铁。脆性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。（2）零件的工作条件在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料，在高温下工作的零件应选耐热材料，在湿热环境下工作的零件，应选防锈能力好的材料，如不锈钢、铜合金等。零件在工作中有可能发生磨损之处，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行

16、表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢。金属材料的性能可通过热处理和表面强化（如喷丸、滚压等）来提高和改善，因此要充分利用热处理和表面处理的手段来发挥材料的潜力。（3）零件的尺寸及质量零件尺寸的大小及质量的好坏与材料的品种及毛坯制取方法有关，对外形复杂、尺寸较大的零件，若考虑用铸造毛坯，则应选用适合铸造的材料；若考虑用焊接毛坯，则应选用焊接性能较好的材料；尺寸小、外形简单、批量大的零件，适于冲压和模锻，所选材料就应具有较好的塑性。（4）经济性选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料，这对于大批量制造的零件尤为重要。此外还应考虑加工成本及维修费用。为了简化供应和储存的

17、材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。2.2 各零部件的材料选择及工艺分析1、标准件的选择在现代加工生产中，一个机器的生产和装配往往不是一个单独的厂家所完成的。有些工厂就是一个大大的装配基地，它将装配体所需要的各式各样的零件集中到一起，然后在按照装配要求进行统一的装配以及销售。而标准件的通用性强，消耗量巨大，尺寸、材料消耗、强度、加工生产各方面要综合权衡。在生产设计中只需查阅标准件手册即可。（部分零件附图如下）1、1垫圈1、2销1、3轴承1、4 键2、定距环通过对材料的综合性能及经济性的分析，本课题所设计的定距环采用45钢，因其在机构中

18、起定距作用，则需要有较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45HRC。其加工工艺路径为：先钻孔后车削即可。3、封油圈非合金结构钢Q235碳的质量分数低，具有良好的塑性和焊接性能，但强度较低，在机械制造中主要用于制造受力不大的普通机械零件，因此本课题所设计的定距环，选用Q235-A。因其结构简单，故只需先钻孔后车削即可。4、油标油标为一组合件，其主要部件选用材料Q235-A, 因为其构简单，故只需车削外圆、钻孔即可。5、通盖本课题所设计的轴承盖通盖采用铸铁HT200，因为铸铁具有良好的耐磨性和减振性，而且价格低廉。加工工艺路线：车削其外形铣削内形钻孔。6、封盖本课题所设计的轴承盖封盖采用

19、铸铁HT200，因为铸铁具有良好的耐磨性和减振性，而且价格低廉。加工工艺路线：车削其外形铣削内形钻孔。7、盖板在本课题中对盖板的力学性能要求不高，采用材料Q235-A就可以满足使用要求。加工工艺路线：铣削外形及平面、钻孔。8、大齿轮齿轮的材料及热处理对齿轮的使用性能和寿命有很大的影响。考虑材料的综合性能及经济性，本课题所设计的齿轮的材料选用45钢，齿面硬度220250HBS。因其加工精度并不高，因此采用：滚齿齿端加工齿面热处理修正内孔的加工方案。9、齿轮轴通过对材料的综合性能及经济性的分析，本课题所设计的轴采用45钢，因其在机构中起传递作用，则需要有较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35

20、-45HRC。其加工工艺路径为：车削其外圆轮廓滚齿齿端加工齿面热处理铣削键槽攻螺纹热处理精磨。10、传动轴传动轴的使用要求同于齿轮轴的使用要求，因此本课题设计中采用45钢。其加工工艺路径为：车削其外圆轮廓铣削键槽攻螺纹热处理精磨。11、箱盖箱盖零件是减速器的基础零件之一。箱盖在该机构中起支撑作用。箱盖的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有直接的影响。本课题所设计的箱盖采用铸铁HT200，因为铸铁具有较好的耐磨性、铸造性、切削性和减振性，且成本低廉。箱盖的制造方法多采用铸造，毛坯在铸造时应防止砂眼和气孔产生。为了减少残余应力，箱盖铸造后应进行时效处理。12、箱座箱座零件也是减速器的基础零件之一。

21、本课题所设计的箱座采用铸铁HT200。箱座的制造方法要求与箱盖相同。3. 主要零件的参数设置及加工路径分析3.1概述箱体是减速器加工中常见的典型零件之一。它是箱体部件装配时的基准件，由它将一些轴、套、齿轮、轴承、离合器等零件和组件装在一起，使其保持正确的相互位置，彼此能按照一定的传动关系运动。箱体零件按结构可分为整体式箱体和分离式箱体；按外形可分为狭义箱体（近似长方体）和壳体（非长方体）；按用途可分为具有主轴支撑孔的箱体和没有主轴支撑孔的箱体。减速器的箱体由箱盖和箱座组成，其本身应有足够的刚度，以免在载荷作用下产生过大的变形，导致齿轮沿齿宽载荷分布不均匀；故在箱体的外侧轴承座处添加加强筋以提高

22、刚性，同时可增大减速器的散热面积。为了便于安装，通常将箱体做成剖分式结构，箱盖与箱座的剖分面应与齿轮轴线平面重合。箱体是传动的基座，为保证齿轮轴线的相互位置的正确，箱体上的轴承孔要求精度很高，应尽量设计成相同直径的通孔，以便在一次镗削完成。根据箱体类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：（1） 孔径精度箱体轴承支撑孔径的尺寸公差和几何误差会造成轴承与孔的配合不良，因而影响轴的回转精度、传动平稳性、噪声、轴承寿命等。（2） 孔与孔间的相互位置精度同一轴线上各轴承孔的同轴度和端面对轴心线的垂直度误差，会使轴承装配时出现歪斜，影响轴的回转精度和轴承寿命；孔系之间的平行度误差会影响齿轮的啮合

23、质量。（3） 孔和平面的位置精度主轴孔与安装基面的平行度要求决定了主轴与床身导轨的相互位置关系。（4） 平面精度装配面的平面度会影响箱体与床身的接触质量，加工过程中的定位基面的平面度会影响其他表面的加工精度。（5） 表面粗糙度配合面的表面粗糙度会影响连接面的配合质量，接触表面的表面粗糙度会影响接触面间的接触刚度。3.2箱体的材料及热处理1、箱体类零件的材料（1）箱体的材料 箱体零件的结构形状比较复杂，一般选用铸造毛坯。材料普遍采用灰铸铁。因为灰铸铁容易成形、易切削、成本低、吸振性和耐磨性较好。其牌号根据需要选用HT150HT300，最常用的是HT200。对于精密机床的主轴箱则选用耐磨的铸铁；负

24、荷较大的箱体采用铸钢制造；对于结构简单，单件小批量生产的箱体，为了缩短制造周期则可采取钢板焊接结构形式。灰铸铁的用途 根据牌号的不同而选用：HT100低负荷和不重要的零件，如防护罩、小手柄、盖板和重锤等；HT100承受中等负荷的零件，如机座、支架、箱体、带轮、轴承座、法兰、泵体、阀体、管路、飞轮和电动机座等；HT200、HT250承受较大负荷的重要零件，如机座、床身、齿轮、汽缸、飞轮、齿轮箱、中等压力阀体、汽缸体和汽缸套等；HT300、HT350承受高负荷、要求耐磨和高气密性的重要零件，如重型机床床身、压力机床身、高压液压件、活塞环、齿轮和凸轮等。表31铸铁牌号和力学性能（摘自 GB/T 94

25、391988）牌号抗拉强度b/MPa抗压强度bc/MPa显微组织基  体石  墨HT100HT150HT200HT250HT300HT350·100150200250300350500650750100011001200F+P（少）F+PP细PS或TS或T粗  片较粗片中等片较细片细小片细小片（2）箱体的毛坯 毛坯为铸铁件，其铸造方法视铸件精度和生产批量而定。铸件毛坯在单件小批量生产时，多采用手工木模造型，毛坯精度低，加工余量大；大批大量生产的毛坯多采用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。 单件小批量生产时直径大于50mm的孔及成批生产时大

26、于30mm的孔，一般都在毛坯上铸出预孔，以减少加工余量及节约材料。图31 箱体的铸件实物图2、箱体的热处理为了消除铸造时形成的内应力，减少变形，保证其加工精度的稳定性，毛坯铸造后要安排人工时效处理。箱盖、箱座的人工时效处理规范为加热到500600，加热速度50120/h，保温46h，冷却速度不大于30/h，出炉温度不大于200普通精度的箱体，只需铸造工序后安排一次人工时效处理。对于高精度或形状复杂的箱体，要在粗加工后在安排一次人工时效，以消除粗加工带来的内应力。经综合考虑，本课题所设计的箱体箱盖采用HT200。箱体毛坯采用金属模机器造型，铸造后进行人工时效处理，由于加工要求不太高，故工序间不穿

27、插热处理。3.3 箱体的工艺性分析（1）减速器的箱盖、箱座主要加工部分是分割面、轴承孔、通孔和螺孔，其中轴承孔要在箱盖、箱座合箱后再进行镗孔或铣削加工，以确保两轴承孔中心线与分割面的位置，以及两孔中心线的平行度和中心距。（2）减速器整个箱体壁薄，容易变形，在加工前要进行人工时效处理，以消除铸件的内应力，加工时要注意夹紧位置和夹紧力的大小，防止零件变形。（3）如果磨削加工分割面达不到平面度要求时，可采用箱盖与箱座对研的方法。最终安装使用时，一般加密封胶密封。（4）减速器箱盖和箱座不具有互换性，所以每装配一套必须钻铰定位销，做标记和编号。（5）减速器若批量生产可采用专用的镗模或专用镗床，以保证加工

28、精度及提高生产效率。（6）两孔的平行度的精度主要由设备精度来保证。工件一次装夹，主轴不移动，靠移动工作台来保证两孔中心距。（7）两孔平行度检查，可用两根心轴分别装入两个轴承孔中，测量两根心轴两端的距离差，即可得出平行度误差。（8）两孔轴心的位置度也通过两根心轴进行测量。（9）箱盖、箱座的平面度检查，可将工件放在平台上，用百分表测量。（10）一般孔的位置，靠钻模和划线来保证。3.4工艺装备的选择工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济效益。应根据地生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。 一、夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保

29、证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点：1）单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用；2）在成批生产时，应考虑采用专用夹具，并力求结构简单；3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间；4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)；5）为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液压夹具。因为本课题所要加工的箱体类零件形状比较复杂、生产批量较大，故在生产中较多的采用专用机床和

30、专用夹具。二、 刀具的选择（1）刀具材料的选择刀具材料的种类有：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢和硬质合金。其中，硬质合金刀具应用较广泛，它的硬度很高，常温硬度达HRC74HRC81，耐磨性好，红硬性高，在8501000仍能保持良好的切削性能，切削速度可比高速钢高几倍甚至几十倍。因此，从加工效率和切削性能方面而言，应选择硬质合金刀具。（选择刀具材料见表32、33）一般优先采用标准刀具。若采用机械集中，则可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。其次在选用刀具时还应注意以下几点：1）在数控机床上铣削平面时，应采用镶装可转位硬质合金刀片的铣刀。一般

31、采用两次走刀，一次粗铣，一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径要小一些，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工面的整个宽度。加工余量大，且加工面又不均匀时，刀具直径要选得小些，否则当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响加工质量。2）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，刀具会很快被磨损。3）加工余量较小，并且要求表面粗糙度值较低时，应采用镶立方氮化硼刀片的端铣刀或镶陶瓷刀片的端铣刀。 4）镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面。 5）镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削，铣削毛坯表面和用于孔的粗加工。 6）精度要求较高的凹槽加工时，可以

32、采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。 7）在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模，钻孔深度为直径的5倍左右的深孔加工容易折断钻头，应注意冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或用一个刚性好的短钻头锪窝引正。锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以代替孔口倒角。表32 刀具的选择原则加工材料加工性质设备余量工具材料牌号结构碳钢合金钢铸钢耐热钢粗铣大及中等动力机床大的；不均匀的YT5粗、精铣不大的YT15、YT30YG8铸铁粗铣不均匀的YG6、YG3粗、精铣大动力机床均匀的全部材料粗、精铣小动力机床W18Cr4V表33常

33、用硬质合金牌号的用途牌号用途YG3铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工。要求无冲击YG6X铸铁、冷硬铸铁高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工及粗加工YG8铸铁、有色金属及其合金的粗加工，也能用于断续切削YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢连续切削时的粗加工、半精加工及精加工。也可用于断续切削时的精加工YT14YT5碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YT6冷硬铸铁，有色金属及其合金的半精加工，也可用于合金的半精加工YW1不锈钢、高强度钢与铸铁的半精加工与精加工YW2不锈钢、高强度钢与铸铁的粗加工与半精加工YN05低碳钢、中碳钢、合金钢的高速精车

34、，系统刚性较好的细长轴精加工YN10碳钢、合金钢、工具钢、淬硬钢连续表面的精加工（2）刀具类型的选择根据被加工零件材料、热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。图32 几种常见的铣刀数控铣床除可使用各种通用铣刀、成型铣刀外，还常使用适于加工空间曲面零件的球头铣刀（图33）。另外还有鼓形铣刀（图34），它主要用于加工变斜角面。图33 球头铣刀端铣刀是数控铣床最常用的刀具，编程前经常要对端铣刀的几何尺寸进行选择。图34 鼓形铣刀 图35 端铣刀 经过选择，本次加工时平面及斜面铣削采用钨钴类硬质合金。粗加工中使用YG6硬质合金

35、面铣刀或平底刀，精加工中使用YG3硬质合金球头铣刀。三、量具的选择单件、小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分表和千分尺等；大批、大量生产应采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。根据本课题的需要，需选用游标卡尺、百分表、专用心轴等。3.5 切削用量的选择切削用量是指切削时各运动参数的数值,它是调整机床的依据.切削用量包括切削速度v、进给量f和被吃刀量或侧吃刀量。这三者常称为切削用量三要素。（1）背吃刀量与侧吃刀量背吃刀是指待加工表面与已加工表面的垂直距离,单位为mm。在铣削中为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。端铣时，为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工

36、表面的宽度。侧吃刀量为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，端铣时为被加工表面宽度；而圆周铣削时为切削层深度。背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。1）当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.525时，如果圆周铣削加工余量小于5mm，端面铣削加工余量小于6mm,粗铣一次进给就可以达到要求。但是在余量较大，工艺系统刚性；较差或机床动力不足时，可分为两次进给完成。2）当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.212.5,应分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.51.0余量，在半精铣时切除。3）当工件表面粗糙度值要求为Ra=0.83.2;应分为粗铣、半精铣、精

37、铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.52mm；精铣时，圆周铣侧吃刀量取0.30.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5mm。（2）切削速度V的选择切削速度是指主运动的线速度，单位为m/s（或m/min）。数控铣削时的切削速度为：V=dwnw/1000式中 dw 铣刀回转直径，单位：mm；nw 铣削刀具的转速，单位：r/s或r/min。铣削的切削速度V与刀具的寿命、每齿进给量（fZ）、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当fZ、ap、ae和Z增大时，刀刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。为提高刀具寿命允许使用较低的切削速

38、度。但是加大铣刀直径则可改善散热条件，可以提高切削速度。表34 铣削加工的切削速度参考值工件材料硬度/HBSVc/m.min-1高速钢铣刀硬质合金铣刀钢<2251842661502253251236541203254256123675铸铁<19021366615019026091845902603204.51021303）进给量f与进给速度Vf的选择铣削加工的进给量f(mm/r)是指刀具每转一周，刀具与工件之间沿进给方向的相对位移量；进给速度Vf（mm/min）是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系如下式：Vf=fn式中 n 刀具的转速，单位：r/mi

39、n。进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或通过先取每齿进给量fZ，再根据公式f= fZ * Z计算（其中Z铣刀齿数）。每齿进给量fZ的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料强度和硬度越高，fZ越小；反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。工件表面粗糙度要求越高，fZ就越小。确定进给速度的原则： 1）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100200mm/min范围内选取。2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜

40、选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。3）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2050mm/min范围内选取。4）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最高进给速度。每齿进给量的确定可参考表35选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。表35铣刀每齿进给量fZ的参考值刀具材料工件材料粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.100.150.100.250.200.050.100.15铸铁0.120.200.150.30根据经验选择，一般粗铣的切削深度为23mm，半精铣的切削深度为0.52mm,精铣的切削深度为

41、0.20.5mm。本课题中研究的是HT200，由表可知：切削速度应在4590m/min，根据经验我们选择90m/min。由公式n=1000v/dw (dw-未加工工件的直径)可以计算出,粗铣时时n=1500r/min ,精铣时n=2000r/min。刀具切削参数设定如下：图36 刀具的选择及参数设定3.6 进给路线的确定进给路线是刀具在整个加工工序中相对于工作的运动轨迹,它不但包括了工步的内容,而且也反映出工步的顺序。进给路线是编写程序的依据之一。因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进、退刀路线），这样可为编程带来很多方便。在确定进给路线时，主要考虑以下

42、几点：1）要考虑尽可能缩短走刀路线，以减少空行程时间，提高加工效率。2）为保证工作轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排最后一次走刀连续加工。3）刀具的进退刀路线须认真考虑，要尽量避免在轮廓处停刀或垂直切入切出工件，以免留下刀痕（切削力发生突然变化而造成弹性变形）。4）铣削轮廓的加工路线要合理选择，一般采用三种走刀方式，如图37：图37 常见的进给路线（1）Z字形双走刀 （2）单向走刀 （3）环形走刀在实际加工中Z字形双方向走刀和单向走刀用于加工凹槽。而环形走刀，最后环切一刀光整轮廓表面。三种方案中，Z字双方向走刀的加工表面质量最差，在周边留有大量的残余。单向走刀和环形走刀加工后都能保证精

43、度。考虑到在本课题加工的箱体多为平面的铣削，故采用环形走刀。3.7加工路线的确定在数控铣削加工中，刀具相对于零件运动的每一细节都应该在编程时确定。这时，除考虑零件轮廓、对刀点、换刀点及装夹方便外，还应注意到，在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削。由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应避免，而应像图38那样，由零件轮廓曲线的切线上切入零件的轮廓，以避免在加工表面产生痕迹。在切出时，也是如此。而且在刀具切入切出时，均应考虑有一定的外延，以保证零件轮廓光滑过渡。图38切入切出的路线 在铣削封闭的内轮廓表面时，切入切出无法外延，这时铣刀只有沿法线方向切入

44、和切出，这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时的余量，以减小切削力。用圆弧插补方式铣削整圆外侧面时，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。如图1.6（a）所示。铣削内圆弧时也要遵循从切向切入的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，这样可以提高内孔表面的加工质量。如图1.6（b）所示。图39整圆加工刀具路线（a） （b）a)铣削外圆刀具路线 1-2-3-4-5 b) 铣削内圆刀具路线1-2-3-4-5

45、箱体的在本课题的加工过程中，应遵循以下原则：（1）“先面后孔”的加工顺序 箱体的平面与孔相比，通常孔的精度要求高，加工难度大。先以孔粗基准加工作为基准的平面，在以加工后的平面作精基准来加工孔，这样既能为孔的加工提供稳定可靠的精基准，也可使孔的加工余量较为均匀。同时先加工平面也可以切去铸件表面的夹砂等缺陷，加工孔时可避免钻头引偏、崩刃。（2）加工过程粗细分开 箱体重要加工表面都要分为粗、精加工两个阶段，这样可以避免或减小粗加工产生的内应力和切削热对加工精度的影响；粗、精加工分开也可及时的发现毛坯缺陷，避免浪费；粗精加工分开还可以根据不同的加工要求、特点，合理选择加工设备，使高精度设备的使用寿命延

46、长，提高经济效益。（3）工序间安排时效处理 箱体的结构复杂、壁厚不均匀，铸造的残余应力较大。考虑到本课题箱体精度要求不高，故工序间无需安排时效处理。（4）选择箱体的重要孔为粗基准 加工顺序的原则就是以上内容，具体的加工工序见附表加工工艺过程卡。3.8加工余量的确定加工余量的大小等于每个中间工序加工余量的总和。工序间的加工余量的选择应根据下列条件进行。 1）应有足够的加工余量，特别是最后的工序，加工余量应能保证达到图样上所规定的精度和表面粗糙度值要求。 2）应考虑加工方法和设备的刚性，以及工件可能发生的变形。过大的加工余量反而会由于切削抗力的增加而引起工件变形加大，影响加工精度。 3）应考虑到热

47、处理引起的变形，否则可能产生废品。 4）应考虑工件的大小。工件越大，由切削力、内应力引起的变形亦会越大，加工余量也要相应地大一些。 5）在保证加工精度的前提下，应尽量采用最小的加工余量总和，以求缩短加工时间，降低加工费用。要确定各工序的加工余量首先要确定箱体的加工方法及铸件总的加工余量，下表为平面加工的经济精度与表面粗糙度，我们可以参照选取合适的加工方案。表36 平面加工的经济精度与表面粗糙度序号加工方法经济精度表面粗糙度适用范围1粗车101112.56.3未淬硬钢、铸铁、有色金属2粗车半精车896.33.23粗车半精车精车671.60.84粗车半精车磨削790.80.2钢、铸铁5粗铣1214

48、12.56.3不淬硬钢6粗铣半精铣11126.31.67粗铣精铣796.31.68粗铣半精铣精铣783.21.69粗铣拉690.80.2未淬硬平面10粗铣精铣宽刃刀精刨670.80.2为淬硬钢件、铸铁件、有色金属11粗铣半精铣精铣宽刃刀低速精刨50.80.212粗铣精铣刮研560.80.113粗铣半精铣精铣刮研14粗铣精铣磨削670.80.2淬硬或为淬硬的黑色金属工件15粗铣半精铣精铣磨削560.40.216粗铣精铣磨削研磨5级以上<0.1注：加工方案刨同铣在本课题中，由于使用的设备为数控机床，加工精度高，故加工方案选择序号7，即进行粗铣和精铣。其加工余量的选择参照下表：表37 平面的加

49、工余量加工工序加工长度加工宽度1001003003001000粗加工后、精刨或精铣3003001000100020001.01.52.01.52.02.52.02.53.0精铣或精刨后磨削3003001000100020000.20.30.250.40.30.50.250.40.30.50.40.60.40.60.40.7刮研3003001000100020000.150.200.250.150.200.250.200.250.30查表可知，箱体在磨削加工中的加工余量为0.5mm，精加工时的加工余量为1或1.5mm。现在只剩下粗加工的加工余量，这时只需求得铸件的总加工余量就可以求出粗加工的加工

50、余量了。铸件总加工余量的选取参照表38即可。铸件的机械加工余量代号为MA，分为A、B、C、D、E、F、G、H和J9个等级。在表38中每栏有两组数据，上面的数据是以一侧为基准、进行单侧加工的加工余量，下面的数据位进行双侧加工时每侧的加工余量值。表38 灰铸铁的加工余量铸件的最大尺寸浇注时的位置加工面与基准面之间的距离50501201202602605005008008001250120顶面底、侧面3.54.52.53.54.04.53.03.5120260顶面底、侧面4.05.03.04.04.55.03.54.05.05.54.04.5260500顶面底、侧面4.56.03.54.55.06.

51、04.04.56.07.04.55.06.57.05.06.0500800顶面底、侧面5.07.04.05.06.07.04.05.06.57.04.55.57.08.05.06.07.59.06.57.08001250顶面底、侧面6.07.04.05.56.55.55.05.57.08.05.06.07.58.05.56.08.09.05.57.08.5106.57.5由上表可知：箱盖与箱座结合面（箱盖处）、箱座底面的加工余量为3mm,箱盖盖板处、箱盖与箱座结合面（箱座处）、轴承孔端面的加工余量为3.5mm，箱盖与箱座合箱后轴承孔处的加工余量为8mm。粗加工工序的加工余量由铸件的加工总余量减

52、去精加工的加工余量即可。4.加工程序的编制4.1数控指令简介数控系统常用的功能有准备功能、辅助功能及其他功能三种，这些功能是编制加工程序的基础。（1）准备功能准备功能又称G功能或G指令。它的定义是执行机床或控制系统某种功能的一种命令。准备功能字中的后续数字大多为两位正整数（包括0 0）。表41 常用的G代码及功能G代码组别功 能G代码组别功 能G0001快速点定位G5414选择第一工件坐标系G01直线插补（进给速度）G55选择第二工件坐标系G02圆弧/螺旋线插补（顺圆）G56选择第三工件坐标系G03圆弧螺旋线插补（逆圆）G57选择第四工件坐标系G0400暂停G58选择第五工件坐标系G1702选择XY平面G59选择第六工件坐标系G18选择ZY平面G6512宏程序及宏程序调用指令G19选择YZ平面G66宏程序模式调用指令G2006用英制尺寸输入G67宏程序模式调用取消G21用公制尺寸输入G6816坐标旋转指令G2800返回参考点G69坐标旋转撤销G30返回第二参考点G7309深孔钻削循环G31跳步功能G74攻螺纹循环G4007刀具半径补偿撤销G80撤消固定循环G41刀具半径左偏补偿G81钻孔循环G42刀具半径右偏补偿G85镗孔循环G4308刀具长度正