鍵槽的數(shù)控加工工藝與編程

1、鍵槽的數(shù)控加工工藝與編程摘要本設(shè)計(jì)分析了數(shù)控機(jī)床加工軸外鍵梢的工藝以及引起加工誤差的因素。分析對(duì)比了普通機(jī)床加工軸外鍵梢和數(shù)控加工的優(yōu)劣。提出了加工軸外鍵梢的工裝設(shè)計(jì)方案及加工工藝。在設(shè)計(jì)方案確定以后，根據(jù)具體使用要求和工作情況設(shè)計(jì)夾具的定位元件，夾緊機(jī)構(gòu)，定位鍵和夾具體。在生產(chǎn)加工中，應(yīng)用本設(shè)計(jì)裝夾工件，定位夾緊可靠， 可以提高工件的加工精度。關(guān)鍵詞：數(shù)控，鍵梢，加工工藝，編程緒論數(shù)控（英文名字：Numerical Control簡稱：NC技術(shù)是指用數(shù) 字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制 的技術(shù)。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。 1908年，穿孔

2、的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀(jì)末，以紙為 數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸， 奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，包括 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起 來的。1952年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件 劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)地對(duì)被加工零件進(jìn) 行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、 位移量、切削參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)給量、背吃刀量等）以及輔助功能（換 刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開、關(guān)等），按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令 代碼及程序格式編

3、寫成加工程序單，再把這程序單中的內(nèi)容記錄在控 制介質(zhì)上（如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲(chǔ)器），然后輸入到數(shù)控 機(jī)床的數(shù)控裝置中，從而指揮機(jī)床加工零件。這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過程叫數(shù)控程序的 編制。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別在于數(shù)控機(jī)床是按照程序 自動(dòng)加工零件，而普通機(jī)床要由人來操作，我們只要改變控制機(jī)床動(dòng) 作的程序就可以達(dá)到加工不同零件的目的。 因此，數(shù)控機(jī)床特別適用 于加工小批量且形狀復(fù)雜要求精度高的零件。本文主要介紹了鍵梢及數(shù)控的加工工藝，還有鍵梢加工的編程。第2章鍵槽軸類零件外鍵梢是與鍵配合構(gòu)成鍵連接。鍵是用來連接軸與軸上 傳動(dòng)件（例如齒輪，帶輪等等）以實(shí)現(xiàn)周向（或

4、軸向）固定，以便傳 動(dòng)件與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軸外鍵梢的加工精度高，則 鍵在鍵梢中的軸向固定良好，連接更為可靠。鍵梢加工中，對(duì)稱度是重要的技術(shù)指標(biāo)。運(yùn)用普通立銃床加工軸 外鍵梢，采用傳統(tǒng)加工工藝，一般用抱鉗裝夾工件，用鍵梢銃刀或是 立銃刀加工，在加工過程中受力不均衡，容易引起加工誤差。生產(chǎn)效 率較低，運(yùn)動(dòng)剛性差，質(zhì)量穩(wěn)定性差.運(yùn)用數(shù)控銃床加工軸外鍵梢，可以實(shí)現(xiàn)X軸與Z軸聯(lián)動(dòng)，形成“之” 字形走刀路線，較普通走刀路線受力更均衡，從而改變了工件的受力 情況，有利于提高工件的加工精度。2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用軸類零件外鍵梢與鍵配合構(gòu)成鍵連接。鍵是用來連接軸與軸上傳 動(dòng)件（例

5、如齒輪，帶輪等等）周向或是軸向固定，以便傳動(dòng)件與軸一 起轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軸外鍵梢的加工精度高，則鍵在鍵梢中 固定良好，連接可靠。當(dāng)被連接的轂類零件在工作過程中必須在軸上 做軸向移動(dòng)時(shí)（如變速箱中的滑移齒輪），需要采用導(dǎo)向平鍵或是滑 鍵，則需銃削出較長的鍵梢，以實(shí)現(xiàn)轂類零件的軸向移動(dòng)。2.2 零件的工藝分析軸類零件主要加工表面是各外圓表面。 次要加工表面是軸外鍵梢， 花鍵，螺紋。通常先安排定位基面的加工，為加工其他表面做好準(zhǔn)備。后安排 次要表面的加工。所以軸外鍵梢的加工安排在外圓精車或粗磨以后， 精磨之前進(jìn)行。否則會(huì)在外圓終加工時(shí)產(chǎn)生沖擊，不利于保證加工質(zhì) 量影響刀具的壽命，或是會(huì)破壞主

6、要加工表面已經(jīng)獲得的精度。軸外鍵梢與軸類零件外圓有位置要求。鍵梢與工件外圓的對(duì)稱度公差為 0.08mm由以上分析，需要先加工工件的主要加工表面， 然后借助專用夾 具加工軸外鍵梢，并且保證它們之間的位置精度要求。2.3 基面的選擇基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。 基面選擇得正確 與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工 藝過程中會(huì)問題百出，會(huì)造成零件報(bào)廢，使生產(chǎn)無法順利進(jìn)行。(1)粗基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于軸類零件的加工，以外圓作為粗基準(zhǔn)。(2)精基準(zhǔn)的選擇。采用頂尖孔作為定位基準(zhǔn)。以頂尖孔為精 基準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一，能夠在一次裝夾中加工出各段外圓表面及端 面，可以很好的保

7、證各外圓表面的同軸度以及外圓與端面的垂直度， 加工效率高并且所用的夾具結(jié)構(gòu)簡單。所以對(duì)于實(shí)心軸(棒料或鍛件 毛胚)，在粗加工之前，應(yīng)先打頂尖孔，以后的工序都以頂尖孔定位。(3)加工軸外鍵梢以工件外圓柱面作為定位基準(zhǔn)。2.4制定工藝路線對(duì)于7級(jí)精度，表面粗糙度 R1-0.5 pm的一般傳動(dòng)軸，工藝路 線方案為：(1)用工件外圓表面作為粗基準(zhǔn)，鉆頂尖孔。(2)用頂尖孔定位，粗車外圓表面和端面。(3)用頂尖孔定位，精車外圓表面和端面。(4)用外圓柱面定位，加工軸外鍵梢。(5)熱處理。(6)修研頂尖孔。(7)用頂尖孔定位，粗磨外圓。(8)用頂尖孔定位，精磨外圓。(9)檢驗(yàn)。第3章軸外鍵槽的傳統(tǒng)加工工藝

8、與傳統(tǒng)加工方式3.1 加工軸外鍵槽的傳統(tǒng)工藝與傳統(tǒng)工藝分析3.1.1 傳統(tǒng)工藝運(yùn)用傳統(tǒng)工藝加工軸外鍵槽如圖 6所示：現(xiàn)將銃刀垂直進(jìn)給移向工件，到一 定深度后，將縱向進(jìn)給切至鍵槽全長；再進(jìn)行垂直進(jìn)給，然后反向縱向進(jìn)給，反 復(fù)多次直至切刀要求深度。3.1.2 傳統(tǒng)工藝分析運(yùn)用傳統(tǒng)工藝加工軸外鍵槽會(huì)帶來兩個(gè)弊端：其一垂直切削分力加大，引起刀具撓度和轉(zhuǎn)角加大，這樣就加劇鍵槽側(cè)面傾 斜，另外順銃與逆銃時(shí)產(chǎn)生的不對(duì)稱變形，這些都會(huì)給對(duì)稱度帶來不利影響。其二吃深較大，銃刀與工件接觸弧長，切削沿前刀面滑動(dòng)時(shí)間較長，因此前 后刀面同時(shí)磨損，而后刀面磨損尤為嚴(yán)重，這樣鍵槽寬度尺寸會(huì)受到影響，同時(shí) 減少刀具重磨次數(shù)

9、?；谝陨蟽牲c(diǎn)，此工藝對(duì)于加工軸外鍵槽的效果較差。3.2 軸外鍵槽的傳統(tǒng)加工方式圖6傳統(tǒng)加工方式圓軸類外鍵槽通常使用鍵槽銃刀或立銃刀加工， 如圖6所示。用鍵槽銃刀銃 削封閉式鍵槽時(shí)，一般用抱鉗裝夾工件或 v型體裝夾工件夾緊工件前必須校正夾具在工作臺(tái)中的位谿， 然后利用螺栓與工作臺(tái)T型槽 連接。鍵槽長度進(jìn)給量由工作臺(tái)縱向進(jìn)給手輪控制， 深度進(jìn)給由工作臺(tái)升降進(jìn)給 手柄來控制，寬度由銃刀直徑控制。其工作循環(huán)如圖6所示；先將銃刀垂直進(jìn)給 移向工件，切削少量的深度，將工件縱向進(jìn)給切至鍵槽的全長；再進(jìn)行垂直進(jìn)給，然后方向縱向進(jìn)給，反復(fù)多次直至完成。用傳統(tǒng)的工藝方法和普通銃床來加工精 度要求不是很高的鍵槽，

10、應(yīng)用較為廣泛，隨處可見。3.3 傳統(tǒng)加工方式分析用傳統(tǒng)的工藝方法和普通銃床來加工精度要求不是很高的軸外鍵槽，應(yīng)用較為廣泛。運(yùn)用傳統(tǒng)工藝加工軸外鍵槽，在精度要求較高，尺寸范圍變化大的時(shí)候存在 如下弊端：(1)質(zhì)量穩(wěn)定性差?yuàn)A具在工作臺(tái)中的位谿是引起鍵槽的對(duì)稱平面與軸的縱向?qū)ΨQ面不重合的重要因素，在加工中若工件長度的變化沒有任何規(guī)律性， 工作臺(tái)上中央T型槽磨 損量不均衡，必然會(huì)影響夾具定位的準(zhǔn)確性，進(jìn)而造成鍵槽定位的不準(zhǔn)確，引起 質(zhì)量穩(wěn)定性較低。(2)生產(chǎn)效率低因?yàn)楣ぜ蠈?duì)稱度要求越高，就對(duì)機(jī)床的定位精度要求高，而且對(duì)工件在火 具上的定位精度要求也越高，因此調(diào)試難度就會(huì)加大。(3)運(yùn)動(dòng)剛性差普通銃床

11、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)多，引起誤差的幾率高(如梯形絲杠與螺母之間的間隙調(diào) 整；刀桿與主軸連接的間隙調(diào)整等)，導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)剛性差。止匕外，由作用于銃 刀刀刃上的不均衡切削力導(dǎo)致銃刀的微量變形也會(huì)引起對(duì)稱度誤差第4章軸外鍵槽的數(shù)控加工工藝與加工方式4.1 數(shù)控加工工藝“之”字形數(shù)控工藝如圖 7所示。采用數(shù)控加工能實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，即 X 軸與Z軸同時(shí)發(fā)出進(jìn)給指令，刀具形成“之”字形循環(huán)進(jìn)給，每一次循環(huán)進(jìn)給的 過程中吃深量逐漸加大，與傳統(tǒng)工藝相比，吃刀量相對(duì)減小而進(jìn)給速度顯著增大 這樣在基本相同的生產(chǎn)效率下，可以大大改變切削過程中工件的受力狀況， 減小 刀具變形所引起的對(duì)稱度誤差，使軸外鍵槽的對(duì)稱精度得以保證。采用數(shù)

12、控裝谿實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，即 X,Z軸同時(shí)發(fā)出進(jìn)給指令，使之形成“之” 字形循環(huán)進(jìn)給，與傳統(tǒng)工藝相比每一循環(huán)減小了吃刀量而增大了進(jìn)給速度，這樣在同等的生產(chǎn)效率下既可以保證改變切削過程中工件的受力狀態(tài)，減小刀具變形所引起的對(duì)稱度誤差，間接的提高主軸的剛性18 o止匕外，減小了刀具磨損，可以延長刀具使用壽命。圖7數(shù)控工藝4.2 數(shù)控加工生產(chǎn)的優(yōu)勢4.2.1 生產(chǎn)率的提高數(shù)控機(jī)床可以采用較大的切削用量， 具有自動(dòng)變速，自動(dòng)換刀，自動(dòng)交換工 件，生產(chǎn)率得以極大的提高，一般為普通機(jī)床的 3-4倍，甚至更高，尤其是對(duì)于 復(fù)雜的零件，加工量大的工件和易出差錯(cuò)的工件， 生產(chǎn)率可以大大提高，減輕了 工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。數(shù)

13、控加工工藝的基本特點(diǎn)：1）工序的內(nèi)容復(fù)雜。這是由于數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床價(jià)格貴，若 只加工簡單工序在經(jīng)濟(jì)上不合算，所以數(shù)控機(jī)床上通常安排較復(fù)雜的 工序，甚至在普通機(jī)床上難以完成的工序。2）工步的安排更為詳盡。這是因?yàn)樵谄胀C(jī)床上的加工工藝中 不必考慮的問題，如工序內(nèi)工步的安排、對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)及加工路線 的確定等問題，在編制數(shù)控機(jī)床加工工藝時(shí)卻不能忽略。4.2.2 數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性與靈活性數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性。加工完這一種(或這一批)零 件后，需要更換為另一種(或另一批)零件時(shí)，只需要更換新的零件加工程序。 所以數(shù)控機(jī)床是產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁時(shí)代的首選柔性設(shè)備。4.2.3 機(jī)床剛性的提

14、高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中傳動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用高精度滾珠絲杠傳動(dòng)副，并取消Y向變速環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)，減小調(diào)整間隙環(huán)節(jié)，可以提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)剛度。4.2.4 采用數(shù)控加工工藝，改變受力狀況數(shù)控加工工藝如圖7所示。采用數(shù)控裝置實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，即 X,Z 軸同時(shí)發(fā)出進(jìn)給指令，使之形成“之”字形循環(huán)進(jìn)給，與傳統(tǒng)工藝相 比每一循環(huán)減小了吃刀量而增大了進(jìn)給速度，這樣在同等的生產(chǎn)效率下既可以保證改變切削過程中工件的受力狀態(tài)，減小刀具變形所引起的對(duì)稱度誤差，間接的提高主軸的剛性。又可以減小刀具的磨損，提 高其使用壽命。4.3數(shù)控加工工藝4.3.1數(shù)控加工工藝守則項(xiàng)目要求內(nèi)容加工前的準(zhǔn)備(1)操作者必須根據(jù)機(jī)床使用說明書悉機(jī)床的

15、性能、加工范圍和精度，并要熟練地掌握機(jī)床及其數(shù) 控裝置或計(jì)算機(jī)各部分的作用及操作方法。(2)檢查個(gè)開關(guān)、旋鈕和手柄是否在正確位置。(3)啟動(dòng)控制電氣部分，按規(guī)定進(jìn)行預(yù)熱。(4)開動(dòng)機(jī)床使其空運(yùn)轉(zhuǎn)，并檢查各開關(guān)、按鈕、旋鈕和手柄的靈敏性及潤滑系統(tǒng)是否正常等。(5)熟悉被加工件的加工程序和編程原點(diǎn)。刀具與工件的裝(1)安防刀具時(shí)應(yīng)注意刀具的使用順序，刀具的安放位置必須與程序要求的順序和位置夾(2)工件的裝夾除應(yīng)牢固可靠外，還應(yīng)注意避免在工作中刀具與工件或刀具與夾具發(fā)生干涉加工(1)進(jìn)行首件加工前，必須經(jīng)過程序檢查(試走 程序)、軌跡檢查、單程序段試切及工件尺寸檢查 等步驟。(2)在加工時(shí)，必須正確

16、輸入程序，不得擅自更改程序。(3)在加工過程中操作者應(yīng)隨時(shí)監(jiān)視顯示裝置， 發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)應(yīng)及時(shí)停車排除故障。零件加工完 后，應(yīng)將程序妥善保管，以備再用。4.3.1數(shù)控加工工藝性分析被加工零件的數(shù)控加工工藝性問題涉及面很廣， 下面結(jié)合編程的 可能性和方便性提出一些必須分析和審查的內(nèi)容。1、尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)在數(shù)控編程中，所有點(diǎn)、線、面的尺寸和位置都是以編程原點(diǎn)為基準(zhǔn)的。因此零件圖樣上最好直接給出坐標(biāo)尺寸， 或盡量以同一基準(zhǔn) 引注尺寸。2、幾何要素的條件應(yīng)完整、準(zhǔn)確在程序編制中，編程人員必須充分掌握構(gòu)成零件輪廓的集合要素 參數(shù)及各幾何要素間的關(guān)系。因?yàn)樵谧詣?dòng)編程時(shí)要對(duì)零件輪廓的所有 幾何元素進(jìn)行定義，手工編程時(shí)要計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)， 無論哪一 點(diǎn)不明確或不確定，編程都無法進(jìn)行。但由于零件設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過 程中考