無人機花鍵傳動軸加工工藝設(shè)計

目錄

摘要.........................................................I

Abstract.............................................................................................................................II

引言..........................................................1

1研究的目的與意義...............................................3

2加工工藝方案分析...............................................6

2.1零件分析..................................................6

2.2毛坯設(shè)計..................................................7

2.3定位基準的選擇............................................8

2.4工藝方案設(shè)計..............................................8

2.4.1確定加工方案..........................................9

2.4.2制定工藝路線..........................................9

2.5工藝規(guī)程設(shè)計.............................................11

3力口工方案設(shè)計..................................................13

3.1車削加工方案設(shè)計..........................................13

3.1.1車削加工設(shè)備的選擇...................................13

3.1.2車削夾具的選擇.......................................13

3.1.3車削刀具的選擇.......................................14

3.1.4量具的選擇...........................................14

3.1.5選擇切削用量.........................................15

3.1.6編寫程序.............................................21

3.2數(shù)控銃削工藝方案設(shè)計.....................................27

3.2.1銃削加工設(shè)備的選擇...................................27

3.2.2銃削刀具的選擇.......................................28

3.2.3銃削夾具的選擇.......................................28

3.3.4量具的選擇...........................................29

4樣件加工......................................................30

5加工質(zhì)量檢測..................................................31

5.1加工質(zhì)量檢測.............................................31

5.2改善方法.................................................31

結(jié)論........................................................32

參考文獻........................................................33

致謝........................................................35

本科論文

摘要

該次設(shè)計旨在根據(jù)客戶方的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量要求，解決無人機花鍵

傳動軸的加工工藝設(shè)計問題，以保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和加工成本，具有重要

的實用價值。

根據(jù)零件的生產(chǎn)要求，進行機械制造工藝規(guī)程設(shè)計，設(shè)計目標為無人機

花鍵傳動軸，對花鍵傳動軸進行零件分析，設(shè)計其整體的機械加工工藝方案。

花鍵傳動軸是在日常的設(shè)計加工過程中較為常見的非標準件，雖然花鍵軸不

是標準件，但是花鍵有標準參數(shù)，一般用途的花鍵軸均按照花鍵軸標準參數(shù)

來進行設(shè)計。

本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸整體采用車削與銃削的加工方式，選擇采

用數(shù)控加工機床，通過對零件分析，安排整體機械加工工藝，選取合適的機

加刀具，確定合適的走刀路線，進行手動編程，編程程序準確，能夠在數(shù)控

機床上準確運行。

本次工藝設(shè)計，根據(jù)相關(guān)的工藝設(shè)計理論，以及相關(guān)的國家標準，進行

設(shè)計，對同類產(chǎn)品工藝設(shè)計有一定的借鑒價值，可供相關(guān)技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：花鍵傳動軸；加工工藝；數(shù)控銃削；數(shù)控車削

本科論文

Abstract

Thisdesignaimstosolvetheproblemofmanufacturingprocessdesignof

theuavsplinedriveshaftaccordingtotheproductionprocessandproductquality

requirementsofthecustomer,soastoensuretheproductionqualityand

processingcostoftheproduct.

Accordingtotheproductionrequirementsofparts,thedesignofmechanical

manufacturingprocessprocedures,thedesigntargetistheuavsplinedriveshaft,

thesplinedriveshaftpartsanalysis,thedesignoftheoverallmechanical

processingprocess.Splinedriveshaftisacommonnon-standardpartindaily

designandprocessing.Althoughsplineshaftisnotastandardpart,splinehas

standardparameters.Splineshaftforgeneraluseisdesignedaccordingtothe

standardparametersofsplineshaft.

Thedesignoftheuavsplineshaftintegralturningandmillingmachining

method,choosetoadoptnumericalcontrolmachinetool,byanalyzingtheparts,

arrangethewholemachiningprocess,selecttheappropriatemachiningtool,

determineappropriatefeedingline,manualprogramming,theprogramming

procedureaccurate,canaccurateoperationontheCNCmachine.

Thisprocessdesign,accordingtotherelevantprocessdesigntheory,aswell

astherelevantnationalstandards,thedesign,tothesameproductprocessdesign

hascertainreferencevalue,fortherelevanttechnicalpersonnelreference.

Keywords:Splinedriveshaft;Processingtechnology;CNCmilling;The

numericalcontrolturning

本科論文

引言

“無人機”是無人駕駛飛機的簡稱，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電

遙控設(shè)備控制或者具有自動程序控制的不載人駕駛飛機山。

最初“無人機”的設(shè)計是應(yīng)用于軍事，用于完成某些特殊作戰(zhàn)任務(wù)，隨

著時間的發(fā)展，無人機在軍事用途上的應(yīng)用也愈演愈烈，頗有些取代傳統(tǒng)作

戰(zhàn)模式的姿態(tài)⑵。在美軍的多次作戰(zhàn)任務(wù)中，無人機作戰(zhàn)任務(wù)都取得了較為矚

目的戰(zhàn)績，完全改變了戰(zhàn)場的模式，也促使各個國家大力研究無人機和無人

化作戰(zhàn)模式。戰(zhàn)爭完全催動了無人機的發(fā)展。與載人飛機相比，它具有體積

小、造價低、使用方便、對作戰(zhàn)環(huán)境要求低、戰(zhàn)場生存能力較強等優(yōu)點⑶。由

于無人駕駛飛機對未來空戰(zhàn)有著重要的意義，世界各主要軍事國家都在加緊

進行無人駕駛飛機的研制工作。

隨著時間的投入，無人機的發(fā)展水平已經(jīng)具有相當成熟的模式了，后來

一部分的無人機業(yè)務(wù)也從軍用轉(zhuǎn)為民用⑷。例如，近年來較為流行的航拍，完

全由民用無人機完成，大大改善了原有的攝影模式，以及應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的植保

無人機，以及我國早期提出的無人機配送模式，無人機都有重要的作用，具

有重要的研究意義⑶。

我國就具有“大疆”國際知名的無人機品牌，相應(yīng)的無人機零件加工業(yè)

務(wù)需求也較大，本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸就是無人機上重要的零部件，

本次設(shè)計就是根據(jù)甲方提供的生產(chǎn)圖紙設(shè)計出符合要求的加工方案，在保證

工件質(zhì)量的前提下，盡量提高生產(chǎn)效率⑹。

花鍵傳動軸主要的組成要素為花鍵，花鍵的加工方法是有很多的。主要

是采用滾切、銃削和磨削等切削加工方法，也可采用冷打、冷軋等塑性變形

的加工方法⑺。本次設(shè)計會根據(jù)各種圖紙要求綜合考慮，選擇合適的加工方式。

本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸整體上是一軸類零件，軸類零件在加工時

一般采用車削的加工方式，隨著第三次工業(yè)革命的普及，電子計算機應(yīng)用到

了各種行業(yè)，用于加工的設(shè)備也有了很大的提升，現(xiàn)在的加工設(shè)備擁有更方

便快捷的特點，也能有效的保證零件的加工精度網(wǎng)。工業(yè)生產(chǎn)的道路也走向了

自動化、集成化的高效率生產(chǎn)方式。而數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化，柔性

化，集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用是提高制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)

率必不可少的重要手段⑼。數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展，是關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體

本科論文

現(xiàn)國家綜合國力水平的重要標志。國家的經(jīng)濟正加快向新興工業(yè)化道路發(fā)展,

隨之而來的制造業(yè)也就成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)［1°］。所以在數(shù)控技術(shù)上的知

識學習越來越重要。

本次設(shè)計為無人機花鍵傳動軸加工，通過分析零件圖，讀取零件加工的

各種要素，來制定符合本次零件加工的加工工藝過程，選擇符合設(shè)計方案的

毛坯尺寸，機床刀具的選擇，切削余量的選擇，工序的制定，并且用軟件進

行編程仿真。

本次設(shè)計內(nèi)容優(yōu)先繪制零件的電子二維圖形，選擇毛坯尺寸，繪制毛坯

圖，安排機械加工工藝。在機械加工工藝中要選擇合適的加工方式、合適的

切削刀具、合適的加工設(shè)備，需要按照設(shè)計的加工工藝方案加工出來的零件

完全符合圖紙要求［11］。本次設(shè)計需按照相關(guān)設(shè)計理念，遵循國家相關(guān)標準，

合理，在保證加工成本的前提下，縮短加工時間成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過

本次設(shè)計，讓自己進一步學習了數(shù)控編程等一系列的新型數(shù)控技術(shù)。學習了

加工制造方面的知識，也知道了數(shù)控技術(shù)在生產(chǎn)過程中的難點。讓自己對機

械行業(yè)有了更深一步的了解。

本科論文

1研究的目的與意義

本次設(shè)計目標為無人機花鍵傳動軸，是無人機上的重要零部件。無人機

作為無人化作戰(zhàn)的空天力量，是無人化作戰(zhàn)的核心力量。無人機由于不需要

載人飛行，具有載人飛行器不具備的各種優(yōu)勢，能夠突破各種人體附加界限,

以超高空、超高速等特點，適合進行各種精確打擊任務(wù)，是美軍常用手段［⑵。

各國也加強了無人機產(chǎn)業(yè)的研究。而且無人機在民用方面還有廣闊的應(yīng)用前

景。本次設(shè)計為無人機提供生產(chǎn)零件方案，具有重要意義［1叫

無人機花鍵傳動軸是一種軸類零件，花鍵為傳動軸上的重要元素，花鍵

多是用來傳遞機械扭矩的。而因為其在軸上加工有多個縱向的鍵槽，多個鍵

槽均勻分布，在視覺效果上的橫截面為花型，所以此類軸統(tǒng)稱為花鍵軸。花

鍵軸在實際應(yīng)用上非常廣泛，包括制動器、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、各種減速器、變速箱

都有它的身影UR。這類軸在結(jié)構(gòu)上較為簡單，使用起來也比較方便。

本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸結(jié)構(gòu)圖如圖1」所示，以及零件的三維結(jié)構(gòu)

圖如圖1.2所示。在結(jié)構(gòu)上可以看為是階梯軸，最大的構(gòu)成要素為一矩形花鍵,

還有一標準的鍵槽，一個螺紋孔。各要素需要不同的加工設(shè)備以及不同的刀

具進行數(shù)控加工，部分表面的粗糙度較高，所以在加工方面比較費時，工序

較多。

圖1」花鍵軸結(jié)構(gòu)圖

本科論文

圖1.2花鍵軸零件三維圖

無人機花鍵傳動軸是無人機上的傳動部件，是無人機上較為重要的機械

零部件，因為近年來無人機產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，也間接催生了無人機相關(guān)零件

生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［1叫而本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸就是某款無人機設(shè)備上

的傳動部件，設(shè)計合適的加工工藝方案具有重要的研究意義。

課題源于實習企業(yè)，旨在根據(jù)客戶方的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量要求，解決

無人機花鍵傳動軸加工工藝設(shè)計問題，以保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和加工成本，

具有重要的實用價值?；ㄦI是軸類零件上的標準化元素被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)

域，并且有相對來說較成熟的制作方式。主要是采用滾切、銃削和磨削等切

削加工方法，也可采用冷打、冷軋等塑性變形的加工方法。

本次設(shè)計重點解決無人機花鍵傳動軸在加工過程中常見的問題，能夠正

確合理的安排花鍵傳動軸的加工工藝。本次工藝設(shè)計，根據(jù)相關(guān)的工藝設(shè)計

理論，以及相關(guān)的國家標準進行設(shè)計，對同類產(chǎn)品工藝設(shè)計有一定的借鑒價

值，可供相關(guān)技術(shù)人員參考。本次設(shè)計是把我們所學的知識，得到理論聯(lián)系

實際的機會，學會設(shè)計的方法，能夠在設(shè)計過程中學習并優(yōu)化其生產(chǎn)過程和

方式，為我們今后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。

無人機產(chǎn)業(yè)相關(guān)在我國已經(jīng)具有相對完備的產(chǎn)業(yè)鏈，目前不僅軍用無人

機的發(fā)展日新月異，而且民用無人機產(chǎn)業(yè)在我國具有較好的應(yīng)用前景，目前

興起的航拍無人機以及植保無人機等已經(jīng)較為完善，以及快遞產(chǎn)業(yè)提出的無

人化配送，無人機都是較為關(guān)鍵的力量，具有較高的前景，所以相關(guān)無人機

零部件加工也屬于迫切需求的產(chǎn)業(yè)。

無人機相關(guān)的產(chǎn)業(yè)屬于高科技產(chǎn)業(yè)，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)涉入門檻較高，相關(guān)零

部件的加工要求也較高，屬于精密加工行業(yè)，國內(nèi)的機械加工行業(yè)能夠完成

本科論文

相關(guān)內(nèi)容的加工生產(chǎn)任務(wù)，但是總的來說國內(nèi)的生產(chǎn)質(zhì)量方面還是與國外的

高精密加工業(yè)務(wù)有差距。

國內(nèi)的機械加工行業(yè)，不論在機械加工設(shè)備還是機械加工方式以及相關(guān)

的知識儲備上，與國外機械制造強國還有一定差距。主要是因為國內(nèi)的相關(guān)

行業(yè)起步晚，由于高精端產(chǎn)業(yè)也受到國外的聯(lián)合技術(shù)封鎖，導致國內(nèi)的技術(shù)

發(fā)展需要摸索，但是經(jīng)過多年的發(fā)展，在國家的大力支持下，國內(nèi)相關(guān)從業(yè)

人員的辛苦奮斗下，國內(nèi)的機加工發(fā)展迅速，也在近年來取得了較為矚目的

成就［⑹。

國內(nèi)的機械行業(yè)在多年的發(fā)展下，形成了規(guī)模較為龐大的基礎(chǔ)，雖然在

高精端制造領(lǐng)域上還與國外部分制造強國有相應(yīng)的差距，但是國內(nèi)的優(yōu)勢在

于國內(nèi)的龐大市場以及完善的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠完成各種加工要求的零件的生

產(chǎn)加工。

目前的無人機產(chǎn)業(yè)，在軍事領(lǐng)域上還是由美國占據(jù)領(lǐng)導地位，起步較早,

技術(shù)完備，以及圍繞無人機作戰(zhàn)體系也較為成熟，完成過多次作戰(zhàn)任務(wù)，擁

有較多的實戰(zhàn)經(jīng)驗口刀。而且在無人機零件的加工方面，也擁有不小的優(yōu)勢。

國外的機械加工行業(yè)，老牌工業(yè)強國依舊具有較強的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在

高精端行業(yè)的加工上，主要的國家有美國、德國、日本等。因為此類國家的

工業(yè)發(fā)展時間長，相應(yīng)的工業(yè)體系以及社會生產(chǎn)制度都較為完善，所以在高

精端領(lǐng)域有著很大的優(yōu)勢。

本次課題研究內(nèi)容為無人機花鍵傳動軸的機械加工工藝設(shè)計，通過對客

戶提供的零件圖紙進行分析，合理地安排無人機花鍵傳動軸的加工工藝。本

次設(shè)計主要內(nèi)容為：

⑴無人機花鍵傳動軸的機械加工設(shè)備選擇；

⑵加工機床刀具選擇；

⑶選擇合適的工件夾具；

(4)合理選擇工件毛坯；

⑸選擇合適的切削用量；

(6)制定合理地加工路線；

⑺準確無誤的對零件進行編程；

⑻加工過程中的粗基準以及精基準的選擇。

⑼填寫正確的工藝卡片。

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2加工工藝方案分析

采用CAD軟件繪制本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸零件二維圖紙，并對

零件圖紙進行精確分析，讀取本次加工過程的各種相關(guān)要素，合理選擇零件

所需的毛坯尺寸和材料要求。確定零件的加工方式以及加工路線，采取一套

合理的加工工藝方案。

2.1零件分析

本次設(shè)計目標零件圖如圖2.1所示。是無人機花鍵傳動軸，是無人機上

重要的零部件。根據(jù)圖紙我們讀取想關(guān)的零件加工要素，部分重要位置的加

工要求以及整體的加工要求。設(shè)計目標為花鍵傳動軸軸，根據(jù)圖紙，我們可

以基本了解本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸為采用標準化參數(shù)設(shè)計的，在加工

方案的選擇上，采用標準化設(shè)計的花鍵軸將減低一些加工難度。

從圖紙信息顯示，本次設(shè)計的目標主體為階梯軸，大致可以分為5段，

從左到右分別為直徑為①26mm、03Omm>①34mm、03Omm>①20mm的圓

柱體，左右兩側(cè)分別有兩個退刀槽，右側(cè)為寬度2mm,直徑18mm的退刀

槽。左側(cè)為寬度3mm,直徑20mm的退刀槽。其中本次加工最重要的要素

花鍵在直徑為①26mm的圓柱面上，為6mmX23mmX26mmX6mm的標準

化矩形花鍵。在直徑為①20mm的右側(cè)圓柱面上有一個采用標準化參數(shù)設(shè)計

的矩形鍵槽。位于左側(cè)端面有一個M12xb深度為20mm的螺紋孔。以上

為本次設(shè)計零件的組成要素。

在本次加工的無人機花鍵傳動軸上，兩個直徑為①30mm的圓柱面與直

徑為①20mm的圓柱面上的表面粗糙度、尺寸精度要求以及在形位公差的要

求都較高，在加工時，需要根據(jù)客戶提供的零件要求，滿足客戶的具體需求,

嚴格按照尺寸精度進行加工，得到合格的零部件。

綜上所述本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸的一些位置加工精度較高水平，

需要合理設(shè)計加工方案，選擇恰當?shù)那邢魉俣?，切削深度與進給量，選擇合

適的毛坯棒料和不同規(guī)格的刀具。

本科論文

技術(shù)要求

1、未注倒角均為C1.

2、零件加工表面應(yīng)光潔，不得有劃痕。

3、去除毛刺。

圖2.1花鍵傳動軸零件圖

2.2毛坯設(shè)計

機械加工零件的毛坯形式常見種類可分為鑄件，鍛件，型材和焊接件口刀。

在不影響力學和性能的條件下，要盡可能的選用較廉價的毛坯，降低成本。

一般軸類零件的毛坯選擇可以是棒料，也可以是其他形式的毛坯。毛坯

形式的選擇依據(jù)是使用要求、生產(chǎn)類型設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，零件的結(jié)構(gòu)形狀與

外形尺，生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小，零件材料的工藝特性及零件材料組織和性能的要

求，現(xiàn)有生產(chǎn)條件等。但對于外圓直徑相差不大的軸一般以棒料為主，這樣

能夠盡量降低成本。

本次的無人機花鍵傳動軸在結(jié)構(gòu)上為軸類零件，最大直徑處與最小直徑

處的差別不大，所以可以采取型材形式的圓形棒料作為毛坯，能夠保證零件

加工的切削性能，還具有較高的經(jīng)濟效益，也可以節(jié)省時間和勞動力，可以

有效地提高零件的切削加工性能。

毛坯的外形尺寸主要由零件組成表面加工的形狀，結(jié)構(gòu)，尺寸及加工余

量等因素共同確定，還要根據(jù)零件的力學性能要求，材料的切削性能，生產(chǎn)

本科論文

綱領(lǐng)和批量等因素［網(wǎng)。

通過查閱《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》［皿，已知本次設(shè)計的無人機花

鍵傳動軸零件最大外徑①34mm，長度為112mm，長度與基本尺寸之比接近3.3,

在W4的范圍內(nèi)，根據(jù)軸類零件圓棒毛坯的直徑選取表，查得本次毛坯直徑為

d+3?4,所以毛坯直徑應(yīng)為①38mm的棒料，毛坯直徑在30?50mm之間，毛

坯長度W300,端面需要加工時的余量為2mm,所以毛坯長度尺寸為116mm。

綜上所述，我們根據(jù)以上設(shè)計的尺寸大小繪制花鍵軸的毛坯圖，最終得到如

圖3.2所示的毛坯圖不意圖。

116

圖2.2花鍵傳動軸毛坯圖

2.3定位基準的選擇

粗基準的選擇：由零件圖紙可知，該零件為軸類零件，對于軸類零件，

粗基準一般是采用軸外圓，根據(jù)粗基準的選擇原則，零件上有較多加工面時,

為使各加工面得到足夠的加工余量，要選擇毛坯上加工余量最少的面為粗基

準［叫

精基準的選擇：由精基準其中的統(tǒng)一原則可知，軸類零件中位置精度較

高的表面加工時要選用同一定位基準，這樣有利于保證各加工表面的位置精

度，并根據(jù)基準重合原則，盡可能選用設(shè)計基準為定位基準，防止誤差。

綜上所述，由于本工件毛坯為棒料，所以在選擇基準上，粗基準就是毛

坯外圓棒料，精基準選擇中30mm外圓柱面。

2.4工藝方案設(shè)計

數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計與通用機床加工工藝路線設(shè)計的區(qū)別，在于它

一般并不指是從毛坯到半成品再到完成品的整個工藝過程，而僅僅是幾道甚

至是多組數(shù)控加工工藝過程的詳細描述［2叫由于數(shù)控加工一般都貫穿于零件

加工的整個工藝中，因此務(wù)必與其他通用加工工藝銜接好。

本科論文

2.4.1確定加工方案

本次零件的加工大致可以分為兩個階段，一是零件階梯軸的加工，二是

零件花鍵及鍵槽的加工方式。本次設(shè)計將按照這兩部分來寫。

軸類零件為典型的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，本類零件的加工方式為車削加工，零件

部分尺寸精度要求較高，以及表面粗糙度的要求較高，可在數(shù)控車床上加工

完成，但是需要選取合適的數(shù)控車床。

除此之外，該零件上未加工要素還有兩個，一個是花鍵，一個是零件上

的鍵槽加工。兩個都是采取標準化參數(shù)設(shè)計的，所以，在加工時有較為成熟

的加工方式，我們要根據(jù)零件的具體要求選取合適的加工方式。

花鍵有標準化參數(shù)，所以在加工方式上也較為成熟，目前花鍵的加工方

法是有很多的。一般常見的主要是采用滾切、銃削和磨削等切削加工方法，

部分花鍵的加工方法也可采用冷打、冷軋等塑性變形方式2］。

軸上鍵槽的加工方式一般采取銃削的方式進行加工，需要采用鍵槽銃刀

銃削加工，在加工過程中需要注意的是是同軸度、對稱度，鍵槽深一些問題

不大，但是鍵槽的寬度尺寸一定要保證，不能寬度尺寸不能大了。

本次無人機花鍵傳動軸加工花鍵的加工方式，綜合考慮整體要求采用銃

削的加工方式進行花鍵及鍵槽的加工。

2.4.2制定工藝路線

在本次無人機花鍵傳動軸加工工藝路線設(shè)計中需要多加注意以下幾點：

根據(jù)數(shù)控加工的幾大特點，數(shù)控工序可以遵循以下幾個方法來劃分：零件在

一次的安裝中完成加工為一道工序。此方法比較適用在加工工序相對少的零

件中，加工后即可達到待檢狀態(tài)。用同一把加工刀具加工的實質(zhì)來劃分工序。

某些零件雖然可以在一次安裝后加工出許多待加工表面，但是由于考慮到加

工程序長，便會受到某些限制，比如作業(yè)員和機床連續(xù)工作時間的束縛，控

制系統(tǒng)的局限，機床的各種負載限度等。另外，程序太多太長也會增加出錯

和檢索的艱難，所以程序的編制過程不能太長，一般一道工序的程序內(nèi)容可

以分開來編制。以加工局部來劃分工序。也可以粗、精加工來劃分工序。對

待經(jīng)加工后輕易發(fā)生變形的零件，因可能會對粗加工后發(fā)生的變形進行檢測,

所以只要進行粗精加工的工藝過程，均需將工序分散開來以］。

本此無人機花鍵傳動軸零件加工的毛坯選用圓形棒料，材料為40Cr鋼，

本科論文

花鍵軸零件主體加工時各面采用數(shù)控車床進行車削，螺紋孔加工，底孔在車

床上用中心鉆加工完成，再用絲錐對底孔進行攻絲加工完成螺紋孔。本次設(shè)

計選擇經(jīng)濟合理、生產(chǎn)效率和精度較高的加工方案。對于花鍵以及鍵槽采取

成型銃刀進行加工。

根據(jù)零件的幾何形狀和尺寸精度等技術(shù)要求，以及用的加工方法所能達

到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下，擬定以下工藝路線。

無人機花鍵傳動軸零件加工工序

工序1:

下料038x116mm棒料。

工序2：

對毛坯進行調(diào)制熱處理。

工序3：

夾住左側(cè)毛坯外圓，加工左端端面，粗、精車左側(cè)外輪廓。鉆螺紋底孔

工步1：車端面

工步2：粗車①26mm,030mm,①34mm外圓面，倒角，留有0.3mm

的精加工余量。

工步3：精車①26mm,①30mm,①34mm外圓面，倒角，加工至圖

紙要求

工步4：利用中心鉆加工螺紋底孔至①10.2mm

工步5：加工階梯軸左側(cè)3X①26mm的退刀槽。

工序4：

掉頭裝夾，加工無人機花鍵傳動軸零件左端端面，粗、精車左側(cè)外輪廓。

工步1：車右端端面，至圖紙要求

工步2：粗車①20mm,①30mm外圓面，倒角，留有0.3mm的加工

余量。

工步3：精車①20mm,①30mm外圓面，倒角，加工至圖紙要求。

工步4：車①18mm的槽，至圖紙要求

工序5：

銃削加工鍵槽與花鍵。

工步1：采用鍵槽銃刀銃削加工鍵槽

工步2：同一裝夾位置，采用立銃刀銃削加工第一個花鍵槽槽壁

本科論文

工步3：采用成型盤銃刀銃削加工第一個花鍵槽槽底

工步4：零件徑向旋轉(zhuǎn)60°,重復工步2、工步3步奏加工至花鍵成

型。

工序6：

采用絲錐加工螺紋孔。

工序7：

將花鍵軸部分位置磨至尺寸要求

工序8：

花鍵表面淬火

工序9：

去毛刺

工序10：

檢驗

2.5工藝規(guī)程設(shè)計

綜上所述，工藝路線已經(jīng)明確，按照工序為單位去簡要描述工件的加工

工藝路線是機械加工工藝卡，通過機械加工工藝卡來說明工件的加工流程，

以合理布置生產(chǎn)計劃及調(diào)度組織生產(chǎn)用；但是在工藝卡的基礎(chǔ)上，遵循每道

工序所編制的一種工藝文件，是使于指導工人完成某一工序所使用的卡片就

是械加工工序卡”3這次設(shè)計的工藝卡?；ㄦI軸的機械加工工藝卡如表2.1

所示。

本科論文

表2.1花鍵傳動軸加工工藝

零件名稱圖號材料件數(shù)毛坯類型毛坯尺寸

機械加工工藝過程卡無人機花CDZ-

40Cr1優(yōu)質(zhì)合金鋼①38x116mm

鍵傳動軸1

序號工序名稱工序內(nèi)容設(shè)備工藝裝備

下料①

138x116mm切割鋸游標卡尺

調(diào)制熱處理WH-VL1

2熱處理

6

夾住毛坯外圓，加工左端端面，粗、精車

CK6140外圓車刀，切槽刀，中心

3車

左側(cè)外輪廓，鉆螺紋底孔。

鉆，游標卡尺，千分尺

調(diào)頭裝夾，加工右側(cè)端面，粗、精車CK6140外圓車刀，切槽刀，游標卡尺，

4車

右側(cè)外輪廓。千分尺

X5020A立銃刀，鍵槽銃刀，盤銃刀，

5銃銃削加工鍵槽與花鍵

游標卡尺，千分尺

6攻絲加工螺紋孔M12x1絲錐

7磨將花鍵軸部分位置磨至尺寸要求M1412砂輪，游標卡尺

WH-VI-1

8熱處理花鍵表面淬火

6

去毛刺打磨毛刺砂輪

9

10檢驗按圖紙檢查各尺寸要求檢驗按圖紙檢查各尺寸要求

工藝設(shè)計日期共1頁第1頁

本科論文

3加工方案設(shè)計

3.1車削加工方案設(shè)計

數(shù)控車床是使用最廣泛的數(shù)控機床之一。根據(jù)以上制定完備的工藝路線,

我們已經(jīng)知道了本次加工需要數(shù)控車床進行加工，數(shù)控車床主要用于加工各

種回轉(zhuǎn)表面。如內(nèi)外圓柱面、圓錐面、回轉(zhuǎn)體成型面、環(huán)形槽、端面及螺紋,

還可進行鉆孔、擴孔、較孔、滾花等加工期］。

3.1.1車削加工設(shè)備的選擇

在加工設(shè)備的選擇上，結(jié)合在學校所接觸到的以及實習企業(yè)接觸到的數(shù)

控設(shè)備。綜合考慮后選取CK6140數(shù)控車床來進行數(shù)控加工。設(shè)備的參數(shù)具體

如表3.1：

表3.1機床參數(shù)

主要內(nèi)容參數(shù)

中心高（mm）205

最大回轉(zhuǎn)直徑（mm）400

刀架最大回轉(zhuǎn)直徑210

刀架最大回轉(zhuǎn)行程280

電機（kw）4.5

中心距（mm）750

主機外形（mm）2200x900x120

重量（kg）1600

3.1.2車削夾具的選擇

夾具決定工件在機床坐標中的位置，因此在加工過程中使用的夾具必須

能夠保證機床坐標系中工件的精確坐標方向。我們使用的夾具也必須適合機

床坐標系中工件的尺寸。一般常用的通用夾具有三爪卡盤、虎鉗，除此之外

還有專用夾具，但是一般考慮經(jīng)濟等原因，一般優(yōu)先考慮選用通用夾具為加

工的夾具。本次加工夾具采用三爪定心卡盤，在夾緊時能夠自動地對工件進

行中心定位［24］。使用三爪卡盤時，為了確保足夠的夾緊力，必須保持20mm

或更長的夾緊長度。具體的三爪卡盤結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。

本科論文

圖3.1三爪定心卡盤

3.1.3車削刀具的選擇

機床的加工效率和加工零件的質(zhì)量由數(shù)控加工刀具決定。近年來，隨著

科學技術(shù)的不斷發(fā)展，刀具的材料性能和結(jié)構(gòu)特性不斷得到改善。從數(shù)控機

床的特殊加工刀具的耐久性、剛度、脆性、切屑斷裂、調(diào)整和更換等方面進

行了持續(xù)改進。所以應(yīng)該選擇最適合的加工刀具類型和加工工藝方案。

根據(jù)本零件的加工特點，選取合適的刀具，本次車削的刀具如表3.2所示

表3.2刀具選擇

編號刀具名稱刀具規(guī)格刀片材料

1外圓車刀93°刀尖硬質(zhì)合金

2端面車刀95°刀尖硬質(zhì)合金

3切槽刀寬度3mm硬質(zhì)合金

4麻花鉆巾10.2mm高速鋼

5切槽刀寬度2mm硬質(zhì)合金

3.1.4量具的選擇

在整個數(shù)控車削加工的過程中，正確選擇測量工具可以保證工件的尺寸

精度。量具是零件在加工和檢測過程中必須用到的工具?，F(xiàn)如今，測量工具

很多，但不同的部件需要不同的測量工具。本次加工用到的量具如表

本科論文

表3.3量具規(guī)格

名稱規(guī)格分度值用途

主要用于測量內(nèi)、外

游標卡尺0-150mm0.02mm

尺寸和深度等

千分尺0-150mm0.001mm用于長度測量工具

用來測量工件的長

直尺0-200mm1mm

度

用來測量螺紋的標

螺紋規(guī)M18X1.5

準

3.1.5選擇切削用量

⑴背吃刀量的確定

在粗加工的時候，被吃刀量的選擇要在機床功率容許的情況下，應(yīng)盡量

采選較大的背吃刀量，進給次數(shù)才會有所減少。這樣能夠有效節(jié)省加工時間,

提高加工效率，精加工余量通常少于普通加工的余量，一般選取0.1?0.3mm。

由于該零件精度要求相對要高，固必須至少有粗加工及精加工兩種。通過表

3.4切削用量表來采選背吃刀量。

表3.4切削用量表

切削速度進給量

加工內(nèi)容背吃刀量Ap/

(mm)Vc(m-min-1)f7(mm-r-1)

粗加工2?380?1200.2?0.4

精加工0.1-0.5120?1500.1?0.2

綜合考慮粗車時背吃刀量選取2mm,留出精車余量為0.3mm,精車時背

吃刀量為0.3mmo

⑵主軸轉(zhuǎn)速的確定

主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)零件上加工部位的直徑，并按零件和刀具材料以及加工

性質(zhì)等條件所允許的切削速度來確定。

切削速度除了計算和查表選取外，還可以根據(jù)實踐經(jīng)驗確定。

主要根據(jù)允許的切削速度Vc(m/min)選取由公式

兀D

式中：Vc—為切削速度;

本科論文

D—為工件或刀具的直徑（mm）

現(xiàn)選取工件的中間尺寸為034mm的直徑為例說明其計算過程。

當取D=34mm時，

切削速度Vc（m/min）根據(jù)表中推薦范圍可求得粗加工時主軸轉(zhuǎn)速為

550-850r/min之間。精加工時為580-1100r/min之間。

⑶進給量的確定

在零件粗加工時，可以根據(jù)切削力的限制來選擇進給量。可以根據(jù)工件

直徑、刀桿尺寸、加工材料以及已確定的背吃刀量來選取較大的進給量PI

在零件半精加工和精加工時，我們可以選擇合理的進給量。進給量可以

根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度來選擇，也可以按表面粗糙度要求

來選擇。當切削速度提高，刀尖圓弧半徑增大，或刀具磨有修光刃時，可以

選擇較大的進給量以提高生產(chǎn)率。

在加工過程中，有四種進給速度設(shè)定，它們是：快速走刀速度、進刀速

度、切削進給速度及退刀速度。

⑷切削速度的確定

我們可以根據(jù)工件材料的特性來確定切削速度。首先，在選定的Ap和F

的基礎(chǔ)上，選擇的切削速度應(yīng)具有合理的刀具耐用度值。精加工時，切削速

度區(qū)域應(yīng)盡量避免屑瘤、鱗刺產(chǎn)生。連續(xù)切削時，為減小沖擊，切削速度應(yīng)

適當降低。在車端面時，其切削速度是一個變值，其最大值應(yīng)比車外圓時適

當提高。為了防止切削過程中的振動，切削速度應(yīng)避免自激振動的臨界速度。

⑸切削用量相關(guān)計算

工序1:無切削加工，無需計算。

工序2：無切削加工，無需計算。

工序3：夾住左側(cè)毛坯外圓，加工左端端面，粗、精車左側(cè)外輪廓。鉆螺紋底

孔.

工步1：車左側(cè)端面

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK6140o

刀具：95。外圓車刀（硬質(zhì)合金材料），材料：YT15。

根據(jù)文獻查得進給量f=0.2?0.5mm/r,初步確定f=0.3mm/r。

選擇切削速度Vc,查得Vc=1.2~1.83m/s,取Vc=90m/min。

本科論文

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=------

"d

1000X92,.

=--------m/min

3.14x38

=771r/min

取s=800r/min。

計算進給速度

F=nf

-800x0.3mm/r

-240mm/min

工步2：粗車①26mm,①30mm,①34mm外圓面，倒角，留有0.3mm的

精加工余量。

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK6140o

刀具：93。外圓車刀（硬質(zhì)合金材料），材料：YT15。

根據(jù)文獻查得進給量f=0.2~0.5mm/r,初步確定f=0.3mm/r。

選擇切削速度Vc,查得Vc=1.2?1.83m/s,取Vc=96m/min。

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=-----

7rd

1000x96/.

=---------m/min

3.14x38

=805r/min

取s=800r/min□

計算進給速度

Z7=nf

=800x0.3mm/r

=240mm/min

工步3：精車①26mm,030mm,①34mm外圓面，倒角，加工至圖紙要

求

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK6140o

刀具：93。外圓車刀（硬質(zhì)合金材料），材料：YT15。

本科論文

根據(jù)文獻查得進給量f=0.05~0.3mm/r,初步確定f=0.1mm/r。

選擇切削速度Vc,查得Vc=1.5?1.83m/s,取Vc=105m/min。

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=------

1000X105,.

=---------m/min

3.14x34

=984r/min

取s=1000r/mino

計算進給速度

F=nf

=1000x0.1mm/r

=100mm/min

工步4：利用中心鉆加工螺紋底孔至①10.2mm

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK6140o

刀具：（pl0.2mm麻花鉆（高速鋼）。

根據(jù)文獻查得進給量f=0.05~0.3mm/r,初步確定f=0.2mm/r。

選擇切削速度Vc,查得Vc=L5?1.83m/s,取Vc=16m/min。

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=-----

乃d

1000X16/.

=----------m/mm

3.14x10.2

=500r/min

取s=500r/mino

計算進給速度

F=nf

=500x0.2mm/r

=100mm/min

工步5：加工階梯軸左側(cè)3X①26nlm的退刀槽。

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK6140o

刀具：3mm切槽刀（硬質(zhì)合金材料），材料：YT15。

本科論文

根據(jù)文獻查得進給量f=0.05~0.3mm/r,初步確定f=0.1mm/r。

選擇切削速度Vc,查得Vc=1.5?1.83m/s,取Vc=24m/min。

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=-----

1000x24/.

=--------m/min

3.14x26

=294r/min

取s=300r/min。

計算進給速度

F=nf

=300x0.1mm/r

=30mm/min

工序4：掉頭裝夾，加工無人機花鍵傳動軸零件左端端面，粗、精車左側(cè)外輪

廓。

工步1：車右端端面，至圖紙要求

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK61400

刀具：95°外圓車刀（硬質(zhì)合金材料），材料：YT15。

根據(jù)文獻查得進給量f=0.2?0.5mm/r,初步確定f=0.3mm/r。

選擇切削速度Vc,查得Vc=1.2~I.83m/s,取Vc=90m/min。

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=------

萬d

1000x90/.

=--------m/min

3.14x35

=819r/min

取s=800r/min。

計算進給速度

F=nf

=800x0.3mm/r

=240mm/min

工步2：粗車①26mm,①30mm,①34mm外圓面，倒角，留有0.3mm的

精加工余量。

本科論文

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK6140o

刀具：93。外圓車刀（硬質(zhì)合金材料），材料：YT15。

根據(jù)文獻查得進給量f=0.2~0.5mm/r,初步確定f=0.3mm/r。

選擇切削速度Vc,查得Vc=1.2?1.83m/s,取Vc=96m/min。

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=-----

1000x96/.

=--------m/min

3.14x38

=805r/min

取s=800r/mino

計算進給速度

分二nf

=800x0.3mm/r

=240mm/min

工步3：精車①26mm,①30mm,①34mm外圓面，倒角，加工至圖紙要

求

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK6140o

刀具：93°外圓車刀（硬質(zhì)合金材料），材料：YT15。

根據(jù)文獻查得進給量f=0.05~0.3mm/r,初步確定f=0.1mm/r。

選擇切削速度"查得"c=1.5~1.83ni/s,取Vc=105m/min。

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=------

"d

1000X96/.

=----------m/min

3.14x30.6

=999r/min

取s=1000r/mino

計算進給速度

F=nf

=1000x0.1mm/r

=100mm/min

本科論文

工步4：車①18mm的槽，至圖紙要求

機床：數(shù)控車床，其型號為：CK6140o

刀具：2mm切槽刀(硬質(zhì)合金材料)，材料：YT15。

根據(jù)文獻查得進給量f=O.O5~O.3mm/r,初步確定f=0.1mm/r。

選擇切削速度Vc,查得Vc=1.5~1.83m/s,取Vc=24m/min。

計算主軸轉(zhuǎn)速

lOOOv

n=------

7rd

1000X18/.

=--------m/min

3.14x20

=287r/min

取s=300r/mino

計算進給速度

F-nf

=300x0.1mm/r

=30mm/min

3.1.6編寫程序

我首先對零件圖紙進行分析，在分析后發(fā)現(xiàn)，在車削無人機花鍵傳動軸

時主要涉及直線、切槽以及鉆孔。一般在加工零件時都分為粗加工和精加工。

在程序編寫時，用到的指令有：GOO、G01、G21、G40、G71、G70、G97、

MOO、M03、M05、M30-

⑴G21指令是指定公制編程。即X(U)、Z(W)、R等坐標尺寸

字所描述的單位為mm。

⑵G40指令是刀尖半徑補償取消，按照程序指令路徑進給。

⑶G97指令是主軸速度控制指令(恒線速度控制)。

格式：G97S_；

其中，S控制主軸轉(zhuǎn)速，單位為r/mino

(4)G71指令是成形粗車循環(huán)。該切削方式是每次粗切的軌跡形狀都和成

品形狀相似，

只是在位置上由外向內(nèi)環(huán)地向最終形狀靠近。

格式：G71U(i)R(m)P(ns)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)

本科論文

T(t)；

i—X向每次背吃刀量；

u、w一分別為X軸(直徑值)和Z軸方向上的精加工余量；

ns—精加工程序段中開始程序段的段號；

nf—精加工程序段中結(jié)束程序段的段號；

F、S、T一粗切時的進給速度、主軸轉(zhuǎn)速和刀補設(shè)定。此時，這些值將不

再按照精加工的設(shè)定

⑸G70指令是精加工循環(huán)指令。

格式：G70P(ns)Q(nf)；

其中，ns—精加工輪廓程序段中開始程序段的段號；

nf—精加工輪廓程序段中結(jié)束程序段的段號。

(6)G00指令是快速定位。該指令控制刀具快速從當前位置移動到指定的

位置，一般用在空程運行中，如退刀和快速進刀。

格式：GOOX(U)_Z(W)_；

其中，X(U)_Z(W)—指定移動軌跡終點位置坐標。

⑺G01指令是直線插補。該指令控制刀具以某個速度從當前位置移動

到指定的位置(只能沿直線方向走)。

格式：G01X(U)_Z(W)_F_；

其中，X(U)_Z(W)—指定移動軌跡終點位置坐標；

F一控制刀具移動的速度，在使用G98時，F(xiàn)的單位是mm/mino當

使用G99時，F(xiàn)的單位是mm/ro

(8)M00程序停止指令。

⑼M03主軸正轉(zhuǎn)(CW)指令。

(10)MO5主軸停止指令

?M3O程序結(jié)束并返回指令。

為了方便編程，有工作人員在工件圖紙上設(shè)置工件坐標系，也叫編程坐

標系，其原點就是工件原點，也叫編程原點，我們通常在工件右端設(shè)置標準

點為車削加工的編程原點。

本次設(shè)計的無人機花鍵傳動軸分為兩次裝夾，為了方便加工，一次裝夾

需要完成一側(cè)的所有可加工程序，然后進行調(diào)頭裝夾，完成另一側(cè)的加工程

序。

本科論文

圖3.2左側(cè)編程原點

所以在編寫程序時，主要分為兩個程序，左側(cè)編程原點如圖3.2所示，表

3.5所示的編程程序為花鍵軸左側(cè)輪廓的加工程序，其中包括①26mm,

①30mm,①34mm外圓面，