【正文】 （ 2）軸孔的加工 我們要加工的零件為特殊用途變速箱，軸孔要與 D 級(jí)軸承配合，要求達(dá)到的尺基于 UG 的變速箱設(shè)計(jì)及 CAM 技術(shù)研究 20 寸精度為 IT5，而精銑尺寸精度最多可達(dá) IT7，所以這里不能簡(jiǎn)單的應(yīng)用銑削加工。查資料可知：磨削和金剛石鏜可以達(dá)到尺寸精度 IT5，而這里我們兩個(gè)大面的孔還有同軸度的要求，磨削難以滿足，所以選擇金剛鏜來加工軸孔。 （ 3）螺紋底孔及螺紋加工 螺紋底孔的加工可在加工中心用相應(yīng)的鉆頭加工。對(duì)于攻螺紋要根據(jù)螺紋 孔的大小而定，對(duì)于 6mm 以下的螺紋，不宜在加工中心攻螺紋，應(yīng)該在加工中心加工完底孔后應(yīng)用其他手段完成攻螺紋加工。因?yàn)楣ヂ菁y不能隨機(jī)控制加工狀態(tài)，小直徑的絲錐很容易折斷。對(duì)于 6mm25mm 的螺紋可在加工中心進(jìn)行攻螺紋加工。對(duì)于 25mm以上的螺紋，可以采用鏜刀片鏜削加工。 由于變速箱箱體的形狀比較復(fù)雜，加工時(shí)需要多次裝夾才能完成對(duì)工件的加工內(nèi)容， 本次變速箱體加工綜合考慮加工精度和經(jīng)濟(jì)性，采用了數(shù)控加工中心加工。 刀具材料的選擇及參數(shù)確定 （ 1）刀具材料應(yīng)具備的性能 刀具材料的選擇對(duì)刀具壽命、加工 效率、加工質(zhì)量和加工成本等的影響很大。刀具切削時(shí)要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動(dòng)等作用。因此，刀具材料應(yīng)具備如下一些基本性能： 1）硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC 以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 2）強(qiáng)度和韌性。刀具材料應(yīng)具備較高的強(qiáng)度和韌性，以便承受切削力、沖擊和振動(dòng)，防止刀具脆性斷裂和崩刃。 3）耐熱性。刀具材料的耐熱性要好，能承受高的切削溫度，具備良好的抗氧化能力。 4）工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。刀具材料應(yīng)具備好的鍛造性能、熱處理性能、焊接性能、磨削加工性能 等，而且要追求高的性能價(jià)格比。 （ 2）切削刀具材料與加工對(duì)象的物理性能匹配 具有不同物理性能的刀具，如，高導(dǎo)熱和低熔點(diǎn)的高速鋼刀具、高熔點(diǎn)和低熱脹的陶瓷刀具、高導(dǎo)熱和低熱脹的金剛石刀具等，所適合加工的工件材料有所不同。加工導(dǎo)熱性差的工件時(shí)，應(yīng)采用導(dǎo)熱較好的刀具材料，以使切削熱得以迅速傳出而降低切削溫度。金剛石由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高，切削熱容易散出，不會(huì)產(chǎn)生很大的熱變形，這對(duì)尺寸精度要求很高的精密加工刀具來說沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 尤為重要。 1)各種刀具材料的耐熱溫度：金剛石刀具為 700～ 800℃ 、 PCBN 刀具為1300～ 1500℃ 、陶瓷刀具為 1100～ 1200℃ 、 TiC(N)基硬質(zhì)合金為 900～ 1100℃ 、WC 基超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金為 800～ 900℃ 、 HSS 為 600～ 700℃ 。 2)各種刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)順序： PCDPCBNWC 基硬質(zhì)合金 TiC(N)基硬質(zhì)合金 HSSSi3N4基陶瓷 A1203 基陶瓷。 3)各種刀具材料的熱脹系數(shù)大小順序?yàn)椋?HSSWC 基硬質(zhì)合金 TiC(N) A1203 基陶瓷 PCBNSi3N4 基陶瓷 PCD。 4)各種刀具材料的抗熱震性大小順序?yàn)椋?HSSWC 基硬質(zhì)合金 Si3N4 基陶瓷 PCBNPCDTiC(N)基硬質(zhì)合金 A1203 基陶瓷。 （ 3）切削刀具材料與加工對(duì)象的化學(xué)性能匹配 切削刀具材料與加工對(duì)象的化學(xué)性能匹配問題主要是指刀具材料與工件材料化學(xué)親和性、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散和溶解等化學(xué)性能參數(shù)要相匹配。材料不同的刀具所適合加工的工件材料有所不同。 1)各種刀具材料抗粘接溫度高低（與鋼）為： PCBN陶瓷 硬質(zhì)合金 HSS。 2)各種刀具材料抗氧化溫度高低為：陶瓷 PCBN硬質(zhì)合金 金剛石 HSS。 3)各 種刀具材料的擴(kuò)散強(qiáng)度大?。▽?duì)鋼鐵）為：金剛石 Si3N4 基陶瓷 PCBN A1203 基陶瓷。擴(kuò)散強(qiáng)度大小（對(duì)鈦）為： A1203 基陶瓷 PCBNSiCSi3N4金剛石。 （ 4）本課題箱體加工刀具材料的選擇 刀具在工作中要承受很大的壓力和沖擊力。同時(shí)由于切削時(shí)產(chǎn)生的工件材料塑性變形以及在刀具，切屑，工件相互接觸表面產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦，使刀具切削刃上產(chǎn)生很高的溫度和受到很大的應(yīng)力。因此切削不同材料選擇不同材料刀具很重要。按材料刀具可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具和涂層刀具。這里我們的箱體為鑄鋼材料，所以加工刀具材料選擇了硬質(zhì)合金。 切削液的選擇 （ 1）切削液的種類 數(shù)控機(jī)床常用的切削液有兩大類： 1）乳化液： 乳化液是把乳化油用 90％～ 98％ （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ） 的水稀釋而成。這類切削液比熱容較大，粘度小，流動(dòng)性好，可以吸收大量的熱量。使用這類基于 UG 的變速箱設(shè)計(jì)及 CAM 技術(shù)研究 22 切削液主要是為了冷卻數(shù)控車床刀具和工件，延長刀具壽命，減少熱變形。但因其中大量是水，所以潤滑和防銹性能較差。 2）數(shù)控機(jī)床切削油：切削油是由礦物油和少量添加劑組成，其主要成分是礦物油，少數(shù)采用動(dòng)物油和植物油。這類切削液比熱容較小，粘度較大，流動(dòng)性差，主要起潤滑作用。 （ 2）切削液的選擇方法 切削液選 擇的一般原則是： 1）根據(jù)加工性質(zhì)選用 a）粗加工時(shí)，加工余量和切削用量較大，產(chǎn)生大量的切削熱，因而會(huì)使刀具磨損加快，這時(shí)應(yīng)選用以冷卻為主的乳化液。 b）精加工時(shí)，主要為了保證數(shù)控機(jī)床工件的精度和表面粗糙度，延長刀具的使用壽命，最好選用切削油或高濃度的乳化液。 c）數(shù)控機(jī)床鉆削、鉸削時(shí)， 刀具在半封閉狀態(tài)下工作，排屑困難，切削熱不能迅速傳散，容易使切削刃燒傷并增大工件表面粗糙度。應(yīng)選用粘度較小的乳化液和切削油，并應(yīng)加大流量和壓力，一方面進(jìn)行冷卻、潤滑，另一方面把切屑沖洗出來。 2） 根據(jù)工件材料選用鋼件粗加工一 般用乳化液，精加工用切削油 。 鑄鐵、銅及鋁等脆性材料，由于切屑碎末會(huì)堵塞冷卻系統(tǒng)，容易使機(jī)床磨損，所以一般不加切削液。但精加工時(shí)為表面粗糙度值，可采用粘度較小的煤油或質(zhì)量分?jǐn)?shù) 較小的 乳化液。 切削有色金屬和銅合金時(shí)，不宜采用含硫的切削液，以免腐蝕工件。切削鎂合金時(shí)，不能用切削液，以免燃燒起火，必要時(shí)，使用壓縮空氣。 （ 3）使用切削液還必須注意一下幾點(diǎn)： 1）乳化液必須用水稀釋（一般加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水）后才能使用。 2）切削液必須澆注在切屑形成區(qū)或刀頭上。 3）硬質(zhì)合金刀具因耐熱性好，一般不加切削液，必要時(shí)也可 采用低濃度的乳化液。但切削液必須從開始切削就連續(xù)充分地澆注，如果斷續(xù)使用，硬質(zhì)合金刀片會(huì)因驟冷而產(chǎn)生裂紋。 切削液的選取 切削液的作用有： （ 1）冷卻作用 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 （ 2）潤滑作用 （ 3）清洗排屑作用 （ 4）防銹作用 考慮到本工件的材料和數(shù)控加工的要求，本零件加工中用到的切削液為普通乳化液。 工件的定位與加緊 定位：工件在機(jī)床上加工時(shí)，首先要把工件安放在機(jī)床工作臺(tái)上或夾具中，使它和刀具之間有相對(duì)正確的位置，這個(gè)過程稱為定位。 在討論工件定位的合理性問題時(shí)應(yīng)研究下面兩個(gè)主要問題： 保證 滿足工件加工面位置度要求所必須限制的自由度 ； 根據(jù)承受的切削力 進(jìn)行夾 緊機(jī)構(gòu) 的 設(shè)計(jì)。 常見的定位失效有① 欠定位 ： 根據(jù)工件加工面位置尺寸要求必須限制的自由度沒有得到全部限制或者說約束點(diǎn)不足，這樣的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。 ②過定位：工件在定位時(shí)，同一個(gè)自由度被兩個(gè)或兩個(gè)以上約束點(diǎn)約束，這樣的定位被稱為過定位 (或稱定位干涉 )。過定位是否允許，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析。 常用定位方法與定位 元 件 ： （ 1） 工件以平面定 位 平面定位的主要形式是支承定位。夾具上常用的支承元件有以下幾種： 1） 固定支承 ： 固定支承有 支承釘和支承板兩種形式。 2）可調(diào)支承：支承點(diǎn)位置可以調(diào)整的支承稱為可調(diào)支承。 3）自位支承（浮動(dòng)支承）：自位支承在定位過程中，支承本身可以隨工件定位基準(zhǔn)面的變化而自動(dòng)調(diào)整并與之相適應(yīng)。 4）輔助支承：輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，其高度是由工件確定的，因此它不起定位作用，但輔助支承鎖緊后就成為固定支承，能承受切削力。輔助支承的結(jié)構(gòu)形式很多，圖 是其中的 3 種。 在加工箱體類零件時(shí)經(jīng)常采用一面兩孔組合 (一個(gè)大平面及與該平面相垂直的兩個(gè)圓孔組合 )定位、夾具上相應(yīng)的定位元件是一面兩銷。為了避免由于過 定位而引起的工件安裝時(shí)的干涉，兩銷中一個(gè)應(yīng)采用菱形銷。菱形銷的寬度可以通過簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系導(dǎo)出。 （ 2）對(duì)夾緊裝置的要求： 1）在夾緊過程中能保持工件正確定位； 基于 UG 的變速箱設(shè)計(jì)及 CAM 技術(shù)研究 24 2）夾緊應(yīng)可靠和適當(dāng)：夾緊機(jī)構(gòu)要有自鎖作用，保證在加工過程中不產(chǎn)生松動(dòng)或振動(dòng)。夾緊工件時(shí)，工件不產(chǎn)生變形和表面損傷。 3）夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力、安全； 4）夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、緊湊，并盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。 夾緊力大小的估算： 夾緊力不能過小或過大。夾緊力不足 ，會(huì)使工件在切削過程中產(chǎn)生位移并容易引起振動(dòng)；夾緊力過大又會(huì)造成工件或夾具不應(yīng)有的變形或表面損傷。夾緊力的大小可根據(jù)作用在工件上的各種力：切削力、工件重力的大小和相互位置方向來具體計(jì)算，確定保持工件平衡所需的最小夾緊力；為安全起見將最小夾緊力乘以安全系數(shù) k，可得到所需要的夾緊力。夾具設(shè)計(jì)時(shí)，其夾緊力一般比理論值大 2～ 3 倍。 本課題中在數(shù)控加工中心用壓板和可調(diào)墊鐵定位夾緊。在加工中心壓板壓在大面上，以另一個(gè)大面上的凸臺(tái)平面為基準(zhǔn)面定位，加工凸臺(tái)。 切削用量的確定 切削用量包括切削速度、進(jìn)給速度和 背吃刀量。 選擇切削用量的原則是：粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。 從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選取切削深度或切削寬度，其次決定進(jìn)給量，最后決定切削速度。 （ 1）切削深度 ① 在工件表面粗糙度值要求為 ~ 時(shí)，可分為粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑后留 ~，在半精銑時(shí)完成。 ② 在工件表面粗糙度值要求為 ~ 時(shí)，可分為粗銑、半精銑和精銑三步完 成。半精銑時(shí)切削深度取 ~2mm；精銑時(shí)切削深度取 ~1mm。 （ 2）切削速度 Vc 。 影響切削速度的因素有很多，其中最主要的是刀具的材質(zhì)。表 31 給出了不同材料刀具的最高切削速率。 因?yàn)楣ぜ牟牧蠟殍T鋼，所以所用刀具的材料全為硬質(zhì)合金，這樣選擇既能滿足技術(shù)要求，又符合經(jīng)濟(jì)性要求。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 在粗加工走刀時(shí)，刀具可以采用接近 40m/min 的切削速率。在精加工走刀時(shí)，切削速率應(yīng)該盡量的大，所以在本零件的設(shè)計(jì)中，精加工采用了接近 40m/min 的切削速率。 確定了刀具的切削速率和刀具的半徑，就可以計(jì)算出主軸 的轉(zhuǎn)速，其計(jì)算公式為： n=dv ???1000（ v 為線速度，單位為 m/min； d為主軸直徑，單位為 mm， n表示每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)） （ 3）進(jìn)給量 進(jìn)給量有進(jìn)給速度 fV 、 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 f和每齒進(jìn)給量 zf 三種表示方法。 銑刀轉(zhuǎn)速為 n，銑刀齒數(shù)為 z. 每齒進(jìn)給量的選取主要取決于工件材料的力學(xué)性能 、 刀具材料和工件表面粗糙度等因素。工件材料的強(qiáng)度和硬度越高，每齒進(jìn)給量越?。环粗畡t越大。 進(jìn)給速率 fV 是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位為 mm/min 。 每轉(zhuǎn)進(jìn)給率 f是銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件與銑刀的相對(duì)位移，單位為 mm/r 。 每齒進(jìn)給量 zf 是銑刀每轉(zhuǎn)過一齒，工件與銑刀的相對(duì)位移，單位為 mm/z。 3 種進(jìn)給量的關(guān)系是： fV =f n f= zf z（ z為齒數(shù)，即刀刃數(shù)目） fV = zf z n 銑刀每齒進(jìn)給量的確定可參考表 32所示。 表 32 不同工件材料各種銑刀每齒進(jìn)給量表 （單位： mm/z） 銑刀 工件材料 平銑刀 面銑刀 圓柱銑刀 硬質(zhì)合金鑲?cè)械? 鑄鋼 黃銅 鋁 數(shù)控加工工藝與安排 綜合上面的加工工步設(shè)置和關(guān)鍵技術(shù)設(shè)置，得出下面的數(shù)控 加工工藝安排。 基于 UG 的變速箱設(shè)計(jì)及 CAM 技術(shù)研究 26 00 粗銑凸臺(tái)（無耳面） 刀具： T01 D50 立銑刀；主軸轉(zhuǎn)速： 800r/min；進(jìn)給速度： 1 mm/r. 05 開粗 粗銑削耳面（有耳面） 刀具： T01 D16 立銑刀；主軸轉(zhuǎn)速： 800r/min；進(jìn)給速度： 1mm/r. 粗銑削凸臺(tái)面（有耳面） 刀具： T01 D16 立銑刀；主軸轉(zhuǎn)速： 800r/min；進(jìn)給速度： 1 mm/r. 粗銑耳部下端（有耳面） 刀具： T01 D4 立銑刀：主軸轉(zhuǎn)速： 800r/min；進(jìn)給速度： 1 mm/r. 粗銑耳部下端曲面（有耳面） 刀具： D4 球頭刀 粗鏜軸孔（有耳面） 10 光刀 精銑削耳面（有耳面） 刀具： T02 D10 立銑刀；主軸轉(zhuǎn)速： 1600r/m