數(shù)控技術(shù)專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告-汽車同步器行星架的加工工藝

PAGEIPAGEI數(shù)控技術(shù)專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告題目：汽車同步器行星架的加工工藝摘要國內(nèi)數(shù)控機(jī)械行業(yè)可以為制造業(yè)提供幾乎所有裝備，可中國數(shù)控行業(yè)的水平和實(shí)力在國際市場上還不算強(qiáng)者。數(shù)控機(jī)械行業(yè)在制造業(yè)中的地位，既取決于數(shù)控機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和結(jié)構(gòu)調(diào)整，也取決于制造業(yè)的發(fā)展與市場前景。數(shù)控技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，成功地解決了某些形狀復(fù)雜、一致性要求較高的中小批零件的自動化問題，不僅大大的提高了生產(chǎn)效率和加工精度，而且減輕了工人的勞動強(qiáng)度，縮短了勞動周期。目前，數(shù)控技術(shù)已逐步普及，數(shù)控機(jī)床在各個(gè)公業(yè)部門得到了廣泛應(yīng)用，已成為機(jī)床自動化的一個(gè)重要發(fā)展方向。而機(jī)床的發(fā)展，使得行星齒輪精度越來越高，也提高了行星齒輪減速器的精度。行星齒輪系在減速器中有非常重要的位置，而行星齒輪的裝配的重要部件行星架也得到了發(fā)展。行星架有其定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，表面粗糙度高，孔的定位于尺寸精度高的要求，這為加工增加了不少的難度，隨著數(shù)控迅速的發(fā)展，為行星架的加工提供了很大的方便。關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)、編程、行星架、行星齒輪減速器目錄第一章前言 1第二章行星架的工藝分析 22.1零件的功能 22.2零件的結(jié)構(gòu)介紹 22.3數(shù)控加工工藝內(nèi)容 22.4工序與工步的劃分 2第三章刀具及切削用量 33.1選擇數(shù)控刀具的原則 33.2選擇數(shù)控車削用刀具 43.3設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn) 53.4確定切削用量 5第四章工件的裝夾 64.1定位基準(zhǔn)的選擇 64.2定位基準(zhǔn)選擇的原則 64.3確定零件的定位基準(zhǔn) 74.4裝夾方式的選擇 74.5數(shù)控車床常用的裝夾方式 7第五章加工工藝及編制程序 85.1精車?yán)锟锥嗣?85.2精車另一面、外圓 125.3線切割內(nèi)花鍵 165.5精車外圓 195.7套車三軸 24第六章結(jié)束語 28致謝 29參考文獻(xiàn)： 30PAGE12第一章前言行星架是行星減速器中承受扭矩最大的零件,它對行星輪間載荷分配有很大的影響,如何準(zhǔn)確地得到行星架的應(yīng)力和位移,并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),得到一種質(zhì)量小、性能好的行星架結(jié)構(gòu),對提高行星齒輪箱的高可靠性和輕量化設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。本課題源于國家支撐計(jì)劃“7MW級風(fēng)電機(jī)組及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”(NO.2012BAA01B05)。本文以風(fēng)電偏航齒輪箱行星架為研究對象,對齒輪的嚙合剛度、軸承的支承剛度和花鍵連接作用結(jié)合面進(jìn)行等效處理；建立行星架有限元等效模型,并對其進(jìn)行靜強(qiáng)度分析；分析行星架的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)對其應(yīng)力和變形的影響；以柔度最小為目標(biāo)函數(shù)對行星架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行概念設(shè)計(jì),最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先,根據(jù)力的傳遞路徑,利用轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和力平衡原理對偏航齒輪箱的行星架及其他相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行受力分析,根據(jù)給定的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和齒輪箱輸出扭矩計(jì)算各級行星傳動行星輪軸的支反力。其次,基于有限元法計(jì)算齒輪的嚙合剛度,將齒輪嚙合剛度用沿著嚙合線方向的彈簧進(jìn)行等效；利用簡易計(jì)算公式計(jì)算軸承支承剛度,將支承剛度用徑向彈簧進(jìn)行等效,根據(jù)接觸滾子的數(shù)目確定彈簧數(shù)目；基于APDL語言對行星架進(jìn)行參數(shù)化建模,對行星架花鍵結(jié)合面采用多種彈簧布置形式進(jìn)行等效處理,得到較為理想的等效形式。接著,對行星架進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析,考慮嚙合剛度、支承剛度和花鍵連接的作用。分析了齒輪嚙合剛度、軸承支承剛度及行星架的雙壁間距和孔的直徑對行星架應(yīng)力和變形的影響。結(jié)果表明,軸承的支承剛度對行星架的應(yīng)力影響不能忽略,花鍵結(jié)合面等效形式不同對行星架的應(yīng)力影響較大,而齒輪的嚙合剛度只起到傳遞力的作用,在建模中可以以恒定數(shù)值代替；行星架在雙臂間距離為90mm,行星輪軸配合孔直徑為46mm時(shí),行星架的應(yīng)力最小,變形幾乎相同。最后,以行星架的柔度最小為目標(biāo)函數(shù),分別以重要位置節(jié)點(diǎn)位移最小、體積最小為約束建立拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型?；贖yperworks平臺進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,根據(jù)材料分布進(jìn)行概念設(shè)計(jì),考慮力學(xué)性能和制造工藝進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化后行星架的性能有一定的提高,以行星架柔度最小,以體積最小、關(guān)鍵位置位移最小約束時(shí),其位移分別降低了15.61%,16.66%,質(zhì)量分別減少了18.14%,11.83%,應(yīng)力一個(gè)減少13.16%,一個(gè)基本不變,達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。這種方法對行星架設(shè)計(jì)及改進(jìn)具有很好的指導(dǎo)意義。第二章行星架的工藝分析2.1零件的功能行星架的主要功能是與三個(gè)或多個(gè)齒輪固定以來組成行星齒輪系從而傳遞動力。應(yīng)用在變速箱及減速器上。2.2零件的結(jié)構(gòu)介紹零件的結(jié)構(gòu)工藝分析則主要包括零件的尺寸和公差標(biāo)注，零件的組成要有零件枕頭結(jié)構(gòu)等三要素。（1）零件的全長、全寬、全高等尺寸。（2）通常行星架是由圓弧槽、鍵槽、孔等幾部分組成。（3）行星架主要和齒輪裝配在一起組成行星齒輪系來傳遞動力。2.3數(shù)控加工工藝內(nèi)容（1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容。（2）對零件圖樣進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析。（3）數(shù)控加工工藝方案的制定。（4）工步、進(jìn)給路線的確定。（5）選擇數(shù)控機(jī)床的類型。（6）刀具、夾具、量具的選擇和設(shè)計(jì)。（7）加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改。2.4工序與工步的劃分工序的劃分：在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。首先應(yīng)根據(jù)圖樣，考慮是否可以在一臺機(jī)床上完成整個(gè)零件的加工工作。若不能，則應(yīng)決定其中那一部分在數(shù)控機(jī)床上加工，那一部分在其他機(jī)床上完成。一般工序劃分有以下幾種方式：（1）按零件裝卡定位方式劃分工序由于每個(gè)零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各加工表面的技術(shù)要求也有所不同，故加工時(shí)，其定位方式則各有差異。一般加工外形時(shí)，以內(nèi)形定位；加工內(nèi)形時(shí)又以外形定位。（2）按粗、精加工劃分工序根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時(shí)，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。（3）按所用刀具劃分工序?yàn)榱藴p少換刀次數(shù)，壓縮空程時(shí)間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其他部位。工步的劃分：主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個(gè)工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進(jìn)行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又細(xì)分為工步。（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開進(jìn)行。（2）對于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔，使其有一段時(shí)間恢復(fù)，可減少由變形引起的對孔的精度的影響。（3）按刀具劃分工步。某些機(jī)床工作臺回轉(zhuǎn)時(shí)間比換刀時(shí)間短，可采用按刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工生產(chǎn)率。總之，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求等情況綜合考慮。第3章刀具及切削用量3.1選擇數(shù)控刀具的原則刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選得低些當(dāng)某工序單位時(shí)間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支M較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀，避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來確定。與普通機(jī)床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時(shí)要求安裝調(diào)整方便，這樣來滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細(xì)粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。3.2選擇數(shù)控車削用刀具數(shù)控車削車刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀以及三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形伏和尺寸決定。數(shù)控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數(shù)控加工中，應(yīng)盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主副切削刃構(gòu)成，如90°內(nèi)外圓車刀、左右端面車刀、切槽(切斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。尖形車刀幾何參數(shù)(主要是幾何角度)的選擇方法與普通車削時(shí)基本相同，但應(yīng)結(jié)合數(shù)控加工的特點(diǎn)(如加工路線、加工干涉等)進(jìn)行全面的考慮，并應(yīng)兼顧刀尖本身的強(qiáng)度。二是圓弧形車刀。圓弧形車刀是以一圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特征的車刀。該車刀圓弧刃每一點(diǎn)都是圓弧形車刀的刀尖，應(yīng)此，刀位點(diǎn)不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。圓弧形車刀可以用于車削內(nèi)外表面，特別適合于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。選擇車刀圓弧半徑時(shí)應(yīng)考慮兩點(diǎn)車刀切削刃的圓弧半徑應(yīng)小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發(fā)生加工干淺該半徑不宜選擇太小，否則不但制造困難，還會因刀尖強(qiáng)度太弱或刀體散熱能力差而導(dǎo)致車刀損壞。3.3設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開始運(yùn)動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時(shí)刀具相對于工件運(yùn)動的起點(diǎn)，所以稱程序起始點(diǎn)或起刀點(diǎn)。此起始點(diǎn)一般通過對刀來確定，所以，該點(diǎn)又稱對刀點(diǎn)。在編制程序時(shí)，要正確選擇對刀點(diǎn)的位置。對刀點(diǎn)設(shè)置原則是:便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對刀點(diǎn)可以設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上，為了提高零件的加工精度，對刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基誰上。實(shí)際操作機(jī)床時(shí)，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點(diǎn)放到對刀點(diǎn)上，即“刀位點(diǎn)”與“對刀點(diǎn)”的重合。所謂“刀位點(diǎn)”是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn)，車刀的刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點(diǎn)。球頭銑刀是球頭的球心，鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學(xué)對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時(shí)間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時(shí)，應(yīng)規(guī)定換刀點(diǎn)。所謂“換刀點(diǎn)”是指刀架轉(zhuǎn)動換刀時(shí)的位置，換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時(shí)不碰工件及其它部件為準(zhǔn)。3.4確定切削用量數(shù)控編程時(shí)，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機(jī)床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。3.5機(jī)床的選用1.加工中心心如圖所示圖為北一大隈數(shù)控加工中心型號MXR-560V第4章工件的裝夾4.1定位基準(zhǔn)的選擇在制定零件加工的工藝規(guī)程時(shí)，正確地選擇工件的定位基準(zhǔn)有著十分重要的意義。定位基準(zhǔn)選擇的好壞，不僅影響零件加工的位置精度，而且對零件各表面的加工順序也有很大的影響。合理選擇定位基準(zhǔn)是保證零件加工精度的前提，還能簡化加工工序，提高加工效率。4.2定位基準(zhǔn)選擇的原則 1）基準(zhǔn)重合原則。為了避免基準(zhǔn)不重合誤差，方便編程，應(yīng)選用工序基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，盡量使工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、編程原點(diǎn)三者統(tǒng)一。2）便于裝夾的原則。所選擇的定位基準(zhǔn)應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、可靠，定位、夾緊機(jī)構(gòu)簡單、易操作，敞開性好，能夠加工盡可能多的表面。3）便于對刀的原則。批量加工時(shí)在工件坐標(biāo)系已經(jīng)確定的情況下，保證對刀的可能性和方便性。4.3確定零件的定位基準(zhǔn)本工件分為8道工序進(jìn)行加工，根據(jù)各工序加工的部位不同，選擇不同的定位基準(zhǔn)，分別以小端端面、里孔、大端端面為定位基準(zhǔn)。4.4裝夾方式的選擇為了工件不至于在切削力的作用下發(fā)生位移，使其在加工過程始終保持正確的位置，需將工件壓緊夾牢。合理的選擇夾緊方式十分重要，工件的裝夾不僅影響加工質(zhì)量，而且對生產(chǎn)率，加工成本及操作安全都有直接影響。第5章產(chǎn)品圖和加工工藝及編制程序5.1.1套車三軸過程操作要求a.打開機(jī)床電源，NC控制面板,開啟液壓，將各軸回零點(diǎn)；b.將設(shè)備空運(yùn)轉(zhuǎn)，查看有無異常，注意空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)好防護(hù)門，并按設(shè)備點(diǎn)檢卡，對設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢；c.檢查夾具徑跳、端跳，有無松動、粘銷現(xiàn)象，保證加工出的工件符合工藝要求；d.檢查工藝文件、檢驗(yàn)記錄是否齊備，并按工藝文件檢查工裝、刀具、檢具等是否齊備，并保證在有效期內(nèi)；e.開始首件加工，按工藝要求將工件裝卡好，關(guān)好放護(hù)門，啟動循環(huán)；f.循環(huán)結(jié)束，按工藝文件對首件進(jìn)行全尺寸檢測（注意檢測時(shí)尺寸公差小的必須在機(jī)床上檢測）；g.首件檢測合格，放在首件定置區(qū)，不合格放在不良品定置區(qū)；h.根據(jù)首件檢測情況，將工件各尺寸都調(diào)至中限，開始正常加工；5.1.2套車三軸加工程序如下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成品經(jīng)過5道工序的加工，一個(gè)完整的工件加工完畢，如圖所示。檢查成品外觀，要求無磕碰、墊屑、漏序、倒角面對稱、粗糙度合格。第六章結(jié)束語幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)在緊張而又繁忙中結(jié)束了，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對數(shù)控技術(shù)又有了更深的認(rèn)識。需要我們運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析和解決工程問題。加工中心臺式加工中心適用于加工板類零件，典型的加工表面不外乎箱蓋、蓋板、殼體、型腔模具和平面凸輪等單面加工的零件。該零件加工適