【導(dǎo)讀】河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究

　　

【正文】 確定的。對(duì)已經(jīng)系列化的通用機(jī)床，還要考慮機(jī)床在系列型譜中的地位，以及在系列型譜中與其相鄰的基礎(chǔ)能加工尺寸范圍等，動(dòng)力參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)的功率、液壓缸的牽引力等，它們是設(shè)計(jì)機(jī)床各傳動(dòng)件的主要參數(shù)（設(shè)計(jì)軸或絲杠的直徑、齒輪的模數(shù)等）的主要參數(shù)。 機(jī)床的選擇應(yīng)從以下幾方面來(lái)考慮：首先，要使機(jī)床的規(guī)格滿足加工工件的尺寸。其次，機(jī)床的精度應(yīng)與加工工件的技術(shù)要求相適應(yīng)。單件小批生產(chǎn)多選用通用機(jī)床，大批生產(chǎn)則選擇高生產(chǎn)率的專用自動(dòng)機(jī)床。另外，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的安排，車(chē)間各種機(jī) 床的負(fù)荷率及操作工人的技術(shù)水 平，也是選擇機(jī)床時(shí)應(yīng)予以考慮的因素， 如果 31 所示。 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 21 圖 31 車(chē)床 CKHJ61200 而我們選用的數(shù)控車(chē)床 CKHJ61200是 一個(gè)最大加工直徑為ф 2020mm的自動(dòng)換刀數(shù)字程序控制簡(jiǎn)式車(chē)床。其中代號(hào)中各字母的意義為： C 車(chē)床， K 數(shù)控， J 經(jīng)濟(jì)型 。 CKH/CKHJ 系列數(shù)控重型車(chē)床可以加工各種軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)零件，可以車(chē)削各種螺紋、圓弧、圓錐及回轉(zhuǎn)體的內(nèi)、外曲面，能夠滿足黑色金屬高速切削及有色金屬的速度要求。適合船舶、機(jī)車(chē)、航天、軍工、冶金等行業(yè)對(duì)旋轉(zhuǎn)類(lèi)零件進(jìn)行高效、大批量、高精度加工時(shí)采用，設(shè)計(jì)中對(duì)床身、主軸、尾 座 等關(guān)鍵部件的剛度進(jìn)行合理的匹配，大大提高了整機(jī)的剛性，確保了重切削時(shí)的穩(wěn)定性。 CKH 系列數(shù)控車(chē)床，主軸采用液壓四檔、檔內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。 CKHJ 系列主軸采用手動(dòng)變速。進(jìn)給系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)。該機(jī)床編程容易，操作簡(jiǎn)單，是理想的大型機(jī)械加工設(shè)備。 第二節(jié) 刀具 和刀具材料 的選擇 一、 刀具的選擇 我們?cè)谥鬏S加工過(guò)程中用到的刀具分別介紹如下 ， 如圖 32 所示 ： 圖 32 偏刀 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 22 1． 90 度外圓車(chē)刀 簡(jiǎn)稱偏刀，按進(jìn)給方向不同分為左偏刀和右偏刀兩種，一般常用右偏刀。 圖 33 麻花鉆 2． 麻花鉆是通過(guò)其相對(duì)固定軸線 的旋轉(zhuǎn)切削以鉆削工件的圓孔的工具。因其容屑槽成螺旋狀而形似麻花而得名。螺旋槽有 2 槽、 3 槽或更多槽，但以 2 槽最為常見(jiàn)。麻花鉆可被夾持在手動(dòng)、電動(dòng)的手持式鉆孔工具或鉆床、銑床、車(chē)床乃至加工中心上使用。鉆頭材料一般為高速工具鋼或硬質(zhì)合金 ， 如圖 33 所示 。 圖 34 絲錐 ，沿軸向開(kāi)有溝槽。也叫螺絲攻。絲錐根據(jù)其形狀分為直槽絲錐和螺旋槽絲錐。直槽絲錐加工容易，精度略低，產(chǎn)量較大。一般用于普通車(chē)床，鉆床及攻絲機(jī)的螺紋加工用，切削速度較慢。螺旋槽絲錐多用于數(shù)控加工中心鉆盲孔用，加工速度較 快，精度高，排屑較好、對(duì)中性好?，F(xiàn)在的工具廠提供的絲錐大都是涂層絲錐，較未涂層絲錐的使用壽命和切削性能都有很大的提高 ， 如圖 34所示 。 用于孔加工的預(yù)制精確定位，引導(dǎo)麻花鉆進(jìn)行孔加工，減少誤差。 ：①排屑通暢 深孔加工時(shí)，要求能良好的分屑、卷屑和斷屑，達(dá)到排屑通暢。同時(shí)還要借助于一定壓力的切削液將切屑強(qiáng)制排出；② 充分冷卻、潤(rùn)滑 切削液在深孔加工中主要起冷卻、潤(rùn)滑、排屑、減震與消聲等作用。特別是深孔鉆在切削過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量不易散出，溫度高，磨損嚴(yán)重，更需采用可靠的冷卻措施。深孔 加工所用的切削液，除具備良好的冷卻、河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 23 潤(rùn)滑及防腐性能外，還需要較好的流動(dòng)性，粘度不宜過(guò)高，以利加大流速?zèng)_刷切屑，流速一般為8~12m/s； ③ 良好的導(dǎo)向 為防止鉆頭工作時(shí)偏斜和震動(dòng)，除了在深孔鉆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮具有良好的導(dǎo)向外，在鉆孔時(shí)還須經(jīng)常采取工件回轉(zhuǎn)、鉆頭只作為直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的措施，這樣有利于保證鉆孔時(shí)鉆頭不致偏斜。 根據(jù)上述要求，麻花鉆已不能使用深孔加工的需要，而應(yīng)采用專用的深孔鉆。 二 、 刀具材料的選擇 而對(duì)于我們加工不同的工件，刀具的材料也要選擇慎重。 刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的 優(yōu)劣，首先取決于切削部分的材料；其次取決于切削部分的幾乎參數(shù)及刀具結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)是否合理。不同種類(lèi)的刀具材料適用于不同的加工條件，所以我們?cè)谶x擇刀具材料的時(shí)候要綜合考慮加工條件。 切削加工的工件材料主要是鋼料和鑄鐵。切削時(shí)，刀具切削部分不僅要承擔(dān)很大的切削力，而且要承受切屑變形和摩擦所產(chǎn)生的高溫。要使刀具能在這樣的條件下工作而不致很快地變鈍或破壞，保持其切削能力，就必須使刀具材料具有如下的性能： 1 足夠的強(qiáng)度和沖擊韌度； 2 硬度和耐磨性。一般來(lái)說(shuō)，材料硬度越高，耐磨性越好。但是對(duì)于硬度相同的刀具，其耐磨性 還取決于它們的顯微組織； 3 耐熱性。刀具的耐熱性是指在高溫下基本保持其在常溫下原有硬度的能力； 4 良好的工藝性能。主要指鍛造性能、熱處理性能和磨削加工性能等； 5 高溫下良好的抗粘性、抗氧化和抗擴(kuò)散能力。 目前最常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。陶瓷材料和超硬刀具材料僅應(yīng)用于有限場(chǎng)合。碳素工具鋼及合金工具鋼，因熱硬性不足，僅用于一些手工工具及切削速度較低的刀具，如手用絲錐、鉸刀等。 對(duì)比高速鋼和硬質(zhì)合金材料的刀具，考慮到經(jīng)濟(jì)性方面的要求，選擇綜合性能較好的高速鋼即可。按照用途的不同，高速鋼可以分為通用型高速鋼 和高性能高速鋼。下面我們通過(guò)對(duì)比來(lái)選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工過(guò)程中經(jīng)常用到的刀具的材料。通用型高速鋼按照化學(xué)成分不同可分為鎢系和鎢鉬系兩類(lèi)，這兩類(lèi)材料主要缺點(diǎn)是熱處理時(shí)脫碳傾向較大，較易氧化，淬火加熱溫度范圍較窄。而高性能高速鋼是在通用型高速鋼中加入一些其他合金元素（如鈷、鋁等），以提高其耐熱性和耐磨性的新鋼種。下面主要拿兩種高性能高速鋼作介紹： W2Mo9Cr4VCo8 即 M42 是一種應(yīng)用最廣的含鈷的超硬高速鋼。它的綜合性能良好，允許的切削速度較高，由于含釩量不高，刃磨不困難。它還有導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)，特別適用于加 工導(dǎo)熱性差、強(qiáng)度高的高溫合金。這類(lèi)材料雖然切削性能好，但含鈷量高，太昂貴。 W6Mo5Cr4V2A1 即 501 鋼，這是一種我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的含鋁不含鈷的超硬高速鋼。綜合性能與 M4 相當(dāng)，抗彎強(qiáng)度略高于 M42，具有優(yōu)良的切削性能。成本較低，使用廣泛。 綜合考慮刀具材料的性能、加工工件材料、加工條件和經(jīng)濟(jì)性方面的要求， 501 鋼是最合適的刀具材料。 第三節(jié) 夾具的選擇 在機(jī)床上加工工件時(shí)，為了保證工件的形狀、位置及尺寸要求，通常在加工前，首先需要確定好工件相對(duì)于刀具的機(jī)床的位置。機(jī)床夾具就是用來(lái)準(zhǔn)確地確定工件位置，并將其牢 固夾緊的工藝裝備。采用這河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 24 種工藝裝備，能可靠和穩(wěn)定地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。 在機(jī)械加工中，每個(gè)加工工序一般均須經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程，即把工件安裝到機(jī)床上、進(jìn)行切削加工、把工件從機(jī)床上卸下來(lái)。其中，把工件安裝在機(jī)床上，使工件相對(duì)于機(jī)床與刀具占有確定的位置，這個(gè)工藝過(guò)程稱為定位。工件定位以后，在整個(gè)加工過(guò)程中，還必須保持這個(gè)正確位置，即使在外力作用下，位置也不能改變，這就需要把工件夾牢壓緊，這個(gè)工藝過(guò)程，稱為夾緊。工件由定位到夾緊的過(guò)程，稱為安裝。 工件安裝的情況， 將直接影響加工精度。定位，是確定工件與機(jī)床、刀具的相對(duì)位置，也就確定了工件加工表面的位置，以及加工表面與其他表面的相對(duì)位置。因此，工件的定位直接影響加工表面的尺寸精度、幾何形狀精度以及加工表面與其他表面的 位置精度等。夾緊也影響加工精度。首先，夾緊過(guò)程不能破壞工件的定位精度。其次，夾緊力要適中，夾緊力過(guò)大，會(huì)引起工件變形，使其加工精度減低；夾緊力過(guò)小，工件夾壓不牢，加工時(shí)工件移動(dòng)，就會(huì)破壞定位精度，甚至使工件報(bào)廢。因此，工件安裝時(shí)是否方便、迅速等，都直接影響生產(chǎn)率和加工成本。由此可見(jiàn)，工件的安裝過(guò)程，是工藝流 程設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題，也是夾具設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。工件安裝時(shí)，根據(jù)定位特點(diǎn)的不同，通?？煞譃閮煞N安裝方法： 1． 找正安裝 在這種安裝方法中，工件的定位，是利用百分表、劃線針或目測(cè)等方式，把工件的某一線或表面找正。工件找正后（即已定位），再將工件壓緊。這就是工件找正安裝法 ， 如圖 35 所示 。 下圖是在車(chē)床上加工套筒的簡(jiǎn)圖。安裝工件時(shí)，車(chē)床卡盤(pán)帶動(dòng)套筒緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，用百分表找正套筒外圓，使套筒軸線與車(chē)床主軸回轉(zhuǎn)軸線重合，然后夾緊工件，工件安裝完畢。找正安裝的定位精度和工件效率，取決于被找正面的精度、所用的工件和工人的技術(shù) 水平等因素。 圖 35 正裝找正 2．在夾具中安裝 就是使工件在夾具中迅速而準(zhǔn)確地定位并安裝。用這種方法安裝工件時(shí)，不需要?jiǎng)澗€和找正。工件直接安裝在夾具中，就能使工件相對(duì)于機(jī)床、刀具，獲得正確的位置。這時(shí)工件的定位，是由夾具的定位元件來(lái)保證的；工件的夾緊，是由夾具的夾緊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 工件在夾具中定位，就是使工件準(zhǔn)確地占據(jù)定位元件所規(guī)定的位置，在加工一批元件時(shí)，每個(gè)工件都要占據(jù)同一位置。因此，加工一批元件時(shí)，保證每個(gè)工件在夾具中定位的一致性，這時(shí)定位的重要問(wèn)題。 根據(jù)機(jī)床夾具的使用特點(diǎn)，可以分為萬(wàn)能通用 夾具、專業(yè)夾具、組合夾具和可調(diào)整夾具四種類(lèi)型。 河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 25 萬(wàn)能通用夾具：是指在一定范圍內(nèi)可用來(lái)加工各種不同尺寸和形狀的工件的機(jī)床夾具。在各類(lèi)夾具中，它的適應(yīng)性和使用范圍最廣，例如三爪卡盤(pán)和四爪卡盤(pán)、機(jī)床頂尖、機(jī)器虎鉗、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、萬(wàn)能分度頭以及磁性工作臺(tái)等都屬于這類(lèi)機(jī)床夾具。這類(lèi)夾具可以加工各類(lèi)工件，但由于安裝工作時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響生產(chǎn)效率及加工精度 ， 如圖 36 所示 。 專用夾具：是指在某一工件的某道工序的加工而專門(mén)設(shè)計(jì)制造的機(jī)床夾具。它是由各工廠針對(duì)某一工件的形狀、尺寸和加工要求而設(shè)計(jì)制造的。它結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，在大 批生產(chǎn)中可以大幅度提高生產(chǎn)效率并且降低加工成本。這種夾具的用途單一，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較高，一般僅限于成批量較大的生產(chǎn)中使用。 圖 36 夾具 組合夾具：是用通用的標(biāo)準(zhǔn)零部件經(jīng)過(guò)組裝而成的專用夾具。由于它的零部件均已在事先由專門(mén)工廠按系列標(biāo)準(zhǔn)制造號(hào)，并且當(dāng)產(chǎn)品加工完畢后，可將夾具拆卸、清洗及分類(lèi)保管，以便下次組裝另一形式的夾具之用。 可調(diào)整夾具：是為某一類(lèi)工件的加工而專門(mén)設(shè)計(jì)制造的，在使用過(guò)程中，通過(guò)更換、調(diào)整個(gè)別元件，便可用于形狀相似，尺寸相近或加工工藝相似的一類(lèi)工件的加工中。 鑒于我們加工的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主 軸的各類(lèi)要求和量度，應(yīng)選用專門(mén)加工該主軸的專門(mén)夾具。 第四節(jié) 量具的選擇 量具的種類(lèi)和形式很多，其分類(lèi)方法目前國(guó)家尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，根據(jù)工作習(xí)慣，按其結(jié)構(gòu)、用途和特點(diǎn)分為標(biāo)準(zhǔn)量具、通用量具和專用量具三大類(lèi)。 標(biāo)準(zhǔn)量具： 是用作計(jì)量或測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量工具。這類(lèi)量具主要用來(lái)檢定、校正其他測(cè)量工具，在對(duì)量具的檢修中得到廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)量具也可作為精密測(cè)量工具使用，如量塊、角度塊等。 通用量具：通用量具一般是指由量具廠根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的測(cè)量工具。這類(lèi)量具在其測(cè)量范圍內(nèi)，可測(cè)河海大學(xué)本科生畢業(yè)論文 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸加工工藝的研究 26 量出任一數(shù)值。根據(jù)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，通用量具可分為一 般線紋尺量具、游標(biāo)量具、螺旋副千分量具、機(jī)械式測(cè)微表、光學(xué)量?jī)x、氣動(dòng)量?jī)x、電動(dòng)量?jī)x等。 專用量具：專用量具是指為測(cè)量零件的某一參數(shù)而設(shè)計(jì)制造的測(cè)量工具。如光滑極限量規(guī)、螺紋量規(guī)、曲線樣板等。 主軸加工過(guò)程中，我們用到的量具有卷尺、游標(biāo)卡尺、深度尺、通止規(guī)、環(huán)規(guī) 等一些量具，在這里就一一介紹這些量具 。 圖 37 游標(biāo)卡尺 游標(biāo)卡尺是利用游標(biāo)原理，對(duì)兩測(cè)量爪相對(duì)移動(dòng)分隔距離，進(jìn)行讀書(shū)的通用長(zhǎng)度測(cè)量工具。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，是一種中等普通精度的量具。宜于測(cè)量和檢驗(yàn) IT10~IT16 公差等級(jí)的零件尺寸 ， 如圖 37所示 。 深度尺是利用游標(biāo)原理對(duì)尺框測(cè)量面和尺身測(cè)量面相對(duì)移動(dòng)分隔的距離，進(jìn)行讀數(shù)的一種測(cè)量工具，它主要用于測(cè)量階梯形、盲孔、凹槽等的深度及高度。 通止規(guī)是量具的一種，在實(shí)際生產(chǎn)中大批量的產(chǎn)品若采取用 計(jì) 計(jì)量 量具（如游標(biāo)卡尺，千分表等有刻度的量具）逐個(gè)測(cè)量很費(fèi)事．我們知道合格的產(chǎn)品是有一個(gè)度量范圍的 .在這個(gè)范圍內(nèi)的都合格，所以人們便采取通規(guī)和止規(guī)來(lái)測(cè)量．通止規(guī)是兩個(gè)量具分為通規(guī)和止規(guī)．舉個(gè)例子： M6－ 7h的螺紋通止規(guī)一頭為通規(guī)（ T）如果能順利旋進(jìn)被測(cè)螺紋孔則為合格，反之不合格需返工（也就是孔小了）．然后用止 規(guī)（ Z）如果能順利旋進(jìn)被測(cè)螺紋孔 圈或以上則為不合格反之合格．且此時(shí)不合格的螺紋孔應(yīng)報(bào)廢，不能進(jìn)行返工了．其中 卷為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，若是出口件最多只能進(jìn) 圈（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）．總之通規(guī)過(guò)止規(guī)不過(guò)為合格，通規(guī)止規(guī)都不過(guò)或通規(guī)止規(guī)都過(guò)則為不合格。 環(huán)規(guī)也叫校正環(huán)規(guī)，是用于校正量具的不足的一種具有特定尺寸及屬