数控技术专业综合实训报告-汽车同步器行星架的加工工艺

PAGEIPAGEI数控技术专业综合实训报告题目：汽车同步器行星架的加工工艺摘要国内数控机械行业可以为制造业提供几乎所有装备，可中国数控行业的水平和实力在国际市场上还不算强者。数控机械行业在制造业中的地位，既取决于数控机械行业的技术进步和结构调整，也取决于制造业的发展与市场前景。数控技术在数控机床中的应用，成功地解决了某些形状复杂、一致性要求较高的中小批零件的自动化问题，不仅大大的提高了生产效率和加工精度，而且减轻了工人的劳动强度，缩短了劳动周期。目前，数控技术已逐步普及，数控机床在各个公业部门得到了广泛应用，已成为机床自动化的一个重要发展方向。而机床的发展，使得行星齿轮精度越来越高，也提高了行星齿轮减速器的精度。行星齿轮系在减速器中有非常重要的位置，而行星齿轮的装配的重要部件行星架也得到了发展。行星架有其定位精度高的优点，表面粗糙度高，孔的定位于尺寸精度高的要求，这为加工增加了不少的难度，随着数控迅速的发展，为行星架的加工提供了很大的方便。关键词：数控技术、编程、行星架、行星齿轮减速器目录第一章前言 1第二章行星架的工艺分析 22.1零件的功能 22.2零件的结构介绍 22.3数控加工工艺内容 22.4工序与工步的划分 2第三章刀具及切削用量 33.1选择数控刀具的原则 33.2选择数控车削用刀具 43.3设置刀点和换刀点 53.4确定切削用量 5第四章工件的装夹 64.1定位基准的选择 64.2定位基准选择的原则 64.3确定零件的定位基准 74.4装夹方式的选择 74.5数控车床常用的装夹方式 7第五章加工工艺及编制程序 85.1精车里孔端面 85.2精车另一面、外圆 125.3线切割内花键 165.5精车外圆 195.7套车三轴 24第六章结束语 28致谢 29参考文献： 30PAGE12第一章前言行星架是行星减速器中承受扭矩最大的零件,它对行星轮间载荷分配有很大的影响,如何准确地得到行星架的应力和位移,并对其结构进行改进,得到一种质量小、性能好的行星架结构,对提高行星齿轮箱的高可靠性和轻量化设计具有十分重要的意义。本课题源于国家支撑计划“7MW级风电机组及关键部件设计和产业化技术”(NO.2012BAA01B05)。本文以风电偏航齿轮箱行星架为研究对象,对齿轮的啮合刚度、轴承的支承刚度和花键连接作用结合面进行等效处理；建立行星架有限元等效模型,并对其进行静强度分析；分析行星架的部分结构参数对其应力和变形的影响；以柔度最小为目标函数对行星架进行拓扑优化设计,根据优化结果进行概念设计,最后进行结构设计。首先,根据力的传递路径,利用转速、转矩和力平衡原理对偏航齿轮箱的行星架及其他相关构件进行受力分析,根据给定的电机额定转速和齿轮箱输出扭矩计算各级行星传动行星轮轴的支反力。其次,基于有限元法计算齿轮的啮合刚度,将齿轮啮合刚度用沿着啮合线方向的弹簧进行等效；利用简易计算公式计算轴承支承刚度,将支承刚度用径向弹簧进行等效,根据接触滚子的数目确定弹簧数目；基于APDL语言对行星架进行参数化建模,对行星架花键结合面采用多种弹簧布置形式进行等效处理,得到较为理想的等效形式。接着,对行星架进行有限元强度分析,考虑啮合刚度、支承刚度和花键连接的作用。分析了齿轮啮合刚度、轴承支承刚度及行星架的双壁间距和孔的直径对行星架应力和变形的影响。结果表明,轴承的支承刚度对行星架的应力影响不能忽略,花键结合面等效形式不同对行星架的应力影响较大,而齿轮的啮合刚度只起到传递力的作用,在建模中可以以恒定数值代替；行星架在双臂间距离为90mm,行星轮轴配合孔直径为46mm时,行星架的应力最小,变形几乎相同。最后,以行星架的柔度最小为目标函数,分别以重要位置节点位移最小、体积最小为约束建立拓扑优化数学模型。基于Hyperworks平台进行拓扑优化,根据材料分布进行概念设计,考虑力学性能和制造工艺进行结构优化。优化后行星架的性能有一定的提高,以行星架柔度最小,以体积最小、关键位置位移最小约束时,其位移分别降低了15.61%,16.66%,质量分别减少了18.14%,11.83%,应力一个减少13.16%,一个基本不变,达到了优化设计目的。这种方法对行星架设计及改进具有很好的指导意义。第二章行星架的工艺分析2.1零件的功能行星架的主要功能是与三个或多个齿轮固定以来组成行星齿轮系从而传递动力。应用在变速箱及减速器上。2.2零件的结构介绍零件的结构工艺分析则主要包括零件的尺寸和公差标注，零件的组成要有零件枕头结构等三要素。（1）零件的全长、全宽、全高等尺寸。（2）通常行星架是由圆弧槽、键槽、孔等几部分组成。（3）行星架主要和齿轮装配在一起组成行星齿轮系来传递动力。2.3数控加工工艺内容（1）选择并确定进行数控加工的内容。（2）对零件图样进行数控加工工艺分析。（3）数控加工工艺方案的制定。（4）工步、进给路线的确定。（5）选择数控机床的类型。（6）刀具、夹具、量具的选择和设计。（7）加工程序的编写、校验与修改。2.4工序与工步的划分工序的划分：在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据图样，考虑是否可以在一台机床上完成整个零件的加工工作。若不能，则应决定其中那一部分在数控机床上加工，那一部分在其他机床上完成。一般工序划分有以下几种方式：（1）按零件装卡定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。（2）按粗、精加工划分工序根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。（3）按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。工步的划分：主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。（1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。（2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减少由变形引起的对孔的精度的影响。（3）按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工生产率。总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。第3章刀具及切削用量3.1选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。3.2选择数控车削用刀具数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。二是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。3.3设置刀点和换刀点刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点。球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。3.4确定切削用量数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。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。3.5机床的选用1.加工中心心如图所示图为北一大隈数控加工中心型号MXR-560V第4章工件的装夹4.1定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。4.2定位基准选择的原则 1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。4.3确定零件的定位基准本工件分为8道工序进行加工，根据各工序加工的部位不同，选择不同的定位基准，分别以小端端面、里孔、大端端面为定位基准。4.4装夹方式的选择为了工件不至于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。第5章产品图和加工工艺及编制程序5.1.1套车三轴过程操作要求a.打开机床电源，NC控制面板,开启液压，将各轴回零点；b.将设备空运转，查看有无异常，注意空运转时关好防护门，并按设备点检卡，对设备进行点检；c.检查夹具径跳、端跳，有无松动、粘销现象，保证加工出的工件符合工艺要求；d.检查工艺文件、检验记录是否齐备，并按工艺文件检查工装、刀具、检具等是否齐备，并保证在有效期内；e.开始首件加工，按工艺要求将工件装卡好，关好放护门，启动循环；f.循环结束，按工艺文件对首件进行全尺寸检测（注意检测时尺寸公差小的必须在机床上检测）；g.首件检测合格，放在首件定置区，不合格放在不良品定置区；h.根据首件检测情况，将工件各尺寸都调至中限，开始正常加工；5.1.2套车三轴加工程序如下O0001VC1=80.2/2VC2=0VC3=150G15H1T01M6M3S1000G56H1Z100N1G00X=VC1*COS[VC2]Y=VC1*SIN[VC2]Z2.0G01Z-25.15F=VC3Z2.0F500G00Z100.0VC2=VC2+120IF[VC2LT360]GOTON1MO5VC1=80.2/2VC2=0VC3=150G15H1T02M6M3S1000G56H2Z100N2G00X=VC1*COS[VC2]Y=VC1*SIN[VC2]Z2.0G01Z-21.95F=VC3Z2.0F500G00Z100.0VC2=VC2+120IF[VC2LT360]GOTON2MO5VC1=80.2/2VC2=0VC3=150G15H1T03M6M3S1000G56H3Z100N3G00X=VC1*COS[VC2]Y=VC1*SIN[VC2]Z2.0G01Z-21.95F=VC3Z2.0F500G00Z100.0VC2=VC2+120IF[VC2LT360]GOTON3MO5VC1=80.2/2VC2=20/2+20/2-0.55VC3=VC1+VC2VC4=VC3+1.0VC5=0VC6=100G15H1T04M06M03S800G56H04Z100N4G00X=VC4*COS[VC5]Y=VC4*SIN[VC5]Z2.0G01Z-3.0F1000G01X=VC3*COS[VC5]Y=VC3*SIN[VC5]F=VC6G01I=-VC2*COS[VC5]J=-VC2*SIN[VC5]F=VC6G01X=VC4*COS[VC5]Y=VC4*SIN[VC5]F=500G00Z100.0VC5=VC5+120IF[VC5LT360]GOTON4M05VC1=80.2/2VC2=27/2+20/2-VC3=VC1+VC2VC4=VC3+3.0VC5=0VC6=100G15H1T05M06M03S800G56H05Z100N5G00X=VC4*COS[VC5]Y=VC4*SIN[VC5]Z2.0G01Z-25.15F1000G01X=VC3*COS[VC5]Y=VC3*SIN[VC5]F=VC6G01I=-VC2*COS[VC5]J=-VC2*SIN[VC5]F=VC6G01X=VC4*COS[VC5]Y=VC4*SIN[VC5]F=500G00Z100.0VC5=VC5+120IF[VC5LT360]GOTON5M05VC1=80.2/2VC2=0VC3=150G15H1T06M6M3S1000G56H6Z100N6G00X=VC1*COS[VC2]Y=VC1*SIN[VC2]Z2.0G01Z-0.5F=VC3Z2.0F500G00Z100.0VC2=VC2+120IF[VC2LT360]GOTON6MO5GOOZ400Y400M025.2成品经过5道工序的加工，一个完整的工件加工完毕，如图所示。检查成品外观，要求无磕碰、垫屑、漏序、倒角面对称、粗糙度合格。第六章结束语几个月的毕业设计设计在紧张而又繁忙中结束了，这次的毕业设计让我对数控技术又有了更深的认识。需要我们运用多学科的理论、知识与技能，分析和解决工程问题。加工中心台式加工中心适用于加工板类零件，典型的加工表面不外乎箱盖、盖板、壳体、型腔模具和平面凸轮等单面加工的零件。该零件加工适