SH-096滚丝机设计（附cad）

SH-096滚丝机设计（附cad） 本科毕业设计 题目： SH-096滚丝机设计 专题： 零件工艺设计 专 业： 班 级： 姓 名： xy2009003 学 号： 指导教师： 说明书 62 页，图纸 6 张，专题13页，译文 6 页 辽宁科技学院本科生毕业设计（ 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ） 第I页 SH-096滚丝机设计 摘要 SH-096滚丝机一般由九部分组成，即机身部分、变速箱部分、固定座部分、 支架部分、电气系统、液压系统、冷却系统、集中润滑、手压供油。本次设计主 要论述主传动部分的变速箱及其内部传动轴的加工工艺，该部分是研究和设计机 床的难点，也是检验机床性能的重要参数的来源。 SH-096滚丝机是采用冷滚压工艺制造的设备，能在其滚压力范围内将冷态 环境中的工件进行螺纹、斜纹、直纹滚压；斜齿、斜花键齿轮滚压；校直、滚光、 缩经和各种成形滚压。冷滚压工艺是一种先进的无切割加工，能有效地提高工件 的内在和表面质量，加工时产生的径向压应力，不仅能使工件获得高硬度和高光 洁度的表面，同时能显著提高工件的疲劳强度极限和扭转强度，是一种高效、节 能、低耗的理想工艺。 SH-096滚丝机是根据螺纹滚压的工作原理对零件进行加工的机床，是无屑 加工制件的高效自动设备.广泛用于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 件、汽车、摩托车、铁路、煤矿、石化、 建筑等行业的机械制造。该机床采用电气、液压联合控制，其中液压控制进给滚 丝轮;电气部分控制主传动电机、冷却泵、液压泵等电气装置。 滚丝机所加工出来的螺纹与车床相比有以下优点： 1、疲劳强度要远高于车出的螺纹。甚至高出90%到100%。 2、滚丝机滚丝的方法操作简单，效率高，适合各种规模企业的生产加工。 关键词： 滚丝机，变速箱，加工工艺 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第II页 Rolling Machine Design Abstract SH-096 rolling machine consists of nine parts body parts, transmission parts, fixture parts, underprop parts,electrical systems, hydraulic systems, cooling systems, centralized lubrication, Oil pressure with hand.this paper focuses on the processing technolngy of main-drive transmission and internal transmission shaft, this part is a difficulity of researching and desgining, the source of important parameters which test a mechine tool properties. SH-096 rolling machine is an equipment which is made by cool rolling,it can manufacture a thread, denim, ruled rolling,helical,ramps spline gear rolling; alignment, roller, and the reduction of various forming rolling in a scope of pressure in a cold environment.The cold rolling is a kind of advanced non-cutting processing,and which can effectively improve a internal and surface quality of a workpiece, the compressed stress of a radial direction processed not only can obtain the surface of high hardness and smooth but also can improve the fatigue strength limitation and the torsional strength, so it is a kind of ideal craft which is high effective,energy conservation,and the low consumption. SH-96 rolling machine which bases on the theory of screw thread is a high efficiency automatism equipment for processing parts without scrap. It is widely used for mechanic manufacturing ,for example,in the industry of standard parts, automobile, autocycle, railroad, coal mine, petrochemical industry.this machine is controlled by electric parts and hydraulic pressure parts,the hydraulic pressure parts control feed rolling, and the electric parts control main driving motor, cooling pump,hydraulic pressure pump ,etc. An advantage compared with the thread proccessed by a SH-096 rolling machine and a lathe: 1.The fatigue strength of the thread is higher than the one made by a lathe, and 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第III页 even up from 90% to 100%. 2.An operation method of rolling machine is easier and higher efficiency which fits different scale of enterprises. Keywords: rolling machine, transmission, processing technology 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第IV页 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 1 绪论 ...................................................................................................................... 1 1.1选题背景及目的 .............................................................................................. 1 1.2滚丝机的用途.................................................................................................. 2 1.3 SH-096滚丝机的总体布局 ............................................................................. 2 1.4国内同类型滚丝机的参数比较 ....................................................................... 2 1.5 SH-096滚丝机的技术参数 ............................................................................. 3 2 SH-096滚丝机变速箱的设计 ............................................................................... 5 2.1设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 分析.................................................................................................. 5 2.1.1变速箱的设计参数 .................................................................................... 5 2.1.2传动方案分析要求 .................................................................................... 5 2.2电动机的选择.................................................................................................. 6 2.2.1选择类型 ................................................................................................... 6 2.2.2选择电动机的功率 .................................................................................... 6 2.2.3确定电动机的转速 .................................................................................... 7 2.3传动比的分配.................................................................................................. 7 2.4传动装置运动及动力参数选择与计算 ........................................................... 7 2.5传动零件的设计计算 ...................................................................................... 8 2.5.1第一对齿轮设计计算 ................................................................................ 9 2.5.2第二对齿轮设计 ......................................................................................14 2.5.3第三对齿轮设计 ......................................................................................14 2.5.4第四对齿轮设计 ......................................................................................15 2.5.5第五对齿轮设计 ......................................................................................15 2.5.6第六对齿轮设计 ......................................................................................19 2.6轴的结构设计与计算 .....................................................................................19 2.6.1轴的结构设计 ..........................................................................................19 2.6.2 ?轴的计算及校核 ...................................................................................20 2.6.3?、?、?轴的计算及校核 ....................................................................22 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第V页 2.7轴承的结构设计与计算 .................................................................................22 2.7.1第一对轴承 ..............................................................................................22 2.7.2第二对轴承 ..............................................................................................24 2.7.3第三对轴承 ..............................................................................................26 2.7.4第四对轴承 ..............................................................................................28 3 滚丝机零件的工艺设计 ......................................................................................29 3.1零件的分析 ....................................................................................................29 3.1.1零件的作用 ..............................................................................................29 3.1.2零件的主要技术条件分析 .......................................................................29 3.2零件工艺规程设计 .........................................................................................29 3.2.1确定零件的生产类型 ...............................................................................29 3.2.2确定零件毛坯的制造形式 .......................................................................30 3.2.3零件的热处理 ..........................................................................................30 3.3制定工艺路线.................................................................................................30 3.3.1工艺过程的安排 ......................................................................................30 3.3.2轴的工艺路线 ..........................................................................................31 3.4确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 ..................................................31 3.5确定各工序工艺装备及切削用量 ..................................................................33 3.6确定各工序工时定额 .....................................................................................37 3.6.1粗车一端端面及外圆 ...............................................................................37 3.6.2粗车另一端端面及外圆 ...........................................................................38 3.6.3精车外圆 ..................................................................................................39 3.6.4铣键槽 ......................................................................................................40 3.6.5磨外圆 ......................................................................................................41 结论 .........................................................................................................................43 致谢 .........................................................................................................................44 参考文献 .................................................................................................................45 附录A .....................................................................................................................46 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第1页 1 绪论 1.1选题背景及目的 机械制造装备业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着 该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水平和国防实力。螺纹类零件更是机 械制造行业最常用的零件之一，主要用于机器、刀具、量具、标准件和日用器具 等制造业。 螺纹原理的应用可追溯到公元前220年希腊阿基米德创造的螺旋提水工具。 公元4世纪，地中海沿岸国家在酿酒用的压力机上开始应用螺栓和螺母的原理。 当时的外螺纹都是用一条绳子缠绕到一根圆柱形棒料上，然后按此标记刻制而成 的。而内螺纹则往往是用较软材料围裹在外螺纹上经锤打成形的。1500年左右，意大利达?芬奇绘制的螺纹加工装置草图中，已有应用母丝杠和交换齿轮加工不 同螺距螺纹的设想。1760年，英国F.怀亚特兄弟获得了切制木螺钉用专门装置 的专利。1778年，美国J.拉姆斯登制出用蜗轮副传动的螺纹切削机床。1797年，英国H.莫兹利制出利用母丝杠和交换齿轮车削不同螺纹的螺纹车床。19世纪20年代，莫兹利制造出加工螺纹用的丝锥和板牙。20世纪初，汽车工业的发展进一步促进了螺纹的标准化和各种精密、高效螺纹加工方法的发展，各种自动张开 板牙头和自动收缩丝锥相继发明，螺纹铣削开始应用。30年代初，出现了螺纹磨削。螺纹滚压技术虽在19世纪初期就有专利，但因模具制造困难，发展很慢， 直到第二次世界大战时期（1942~1945），由于军火生产的需要和螺纹磨削技术 的发展解决了模具制造的精度问题，才获得迅速发展。随着科技的发展，为不断 提高效率、降低成本，发展生产力，20世纪以后，各种高效的螺纹加工机床相 继问世。在机械设计领域中，滚丝机就是加工螺纹（包括蜗杆、滚刀等）型面的 专门化机床。 本次设计的题目是SH-096滚丝机设计，题目的主要来源是通过去本溪世恒 机床厂现场考察、参观，主要针对滚丝机主传动箱的结构分析及其内部零件的加 工工艺。因为变速箱是机械行业中比较常见的零件，它具有很好的代表性，通过 对滚丝机减速器设计过程，能够基本掌握机械装备设计的基本方法和CAD软件在机械设计中的应用，通过典型件的机械加工工艺设计，可以掌握常用零件工艺 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第2页 规程设计的能力。通过本次设计能使我们掌握CAD计算机辅助设计软件在机械设计制造行业中的应用，掌握常用机械零件的加工工艺制定过程，使我们对所学 课程有更全面的了解，提高我们解决工厂实际工程问题的能力。 1.2滚丝机的用途 SH-096滚丝机是利用螺纹滚压工作原理对零件进行加工的专门化机床，它 采用冷滚压的方法对工件进行加工,能有效地提高工件的内在和表面质量，加工 时产生的径向压应力，能显著提高工件的疲劳强度和扭转强度，是一种高效、节 能、低耗的理想工艺。SH-096滚丝机是无屑加工制件的高效自动设备，具有加 工精度高，生产效率高，节约原材料，操作简便等特点。 该机床采用电气、液压联合控制，其中液压控制进给部分，电气部分控制主 传动电机、冷却泵、液压泵等电气装置。主要用于在其滚压力范围内在冷态下对 工件进行螺纹、直纹、斜纹滚压；直齿、斜齿及斜花键齿轮的滚轧；校直、缩径、 丝杠、花键、滚花、滚光和各种表面的成形滚压。广泛用于标准件、汽车、摩托 车、铁路、煤矿、石化、建筑等行业的机械制造。 1.3 SH-096滚丝机的总体布局 本机主要由机身、变速箱、固定主轴座，进给机构、液压系统和电器部分等 组成。 机床为卧式布局，有两个能够安装滚压模具的刀头，其中一个为固定在床身 的定端，另一个是由液压驱动的进给端，它们成径向水平排列，作同步，同方向 回转，工件毛坯就放在两轮之间定好距离进行滚压成型，两滚压模具的速度通过 变速箱的变速齿轮可进行四种变速。电气控制部分分别控制主轴电机的开关和正 反转，液压泵的启动，液压传动系统的调速，冷却泵的开关，以及操作面板部分， 电路保护部分。液压系统主要控制机床的进给部分。总体布局类似卧式车床。 1.4国内同类型滚丝机的参数比较 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第3页 1.1 厂商 型号 滚压滚压材料滚丝轮外转速 滚丝轮最中心距 力 直径 径 大宽度 Z28-80 150Kn 5-48mm 170mm 34 43 100mm 120-240 河北 57 72 mm 邢工 邢台34、43、100mm - 集团 Z28-40B 120Kn 6-30mm 120-170mm 宇通57、72 机械 厂 Z28-40A 120Kn 河北6－35mm 120-170mm 37、46、100mm - 腾龙63、79 机械 ZPA28-15 150Kn - 178mm 28 35 200mm Max=240青岛 45 56 mm 星辰 机床 有限 公司 Z28-12.5 125Kn Max=60mm - - - - 青岛 生建 机械 厂 1.5 SH-096滚丝机的技术参数 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第4页 1.2 SH-096 机床型号 ZB28-12.5 最大滚压力 125KN 径向进给 60mm 最大直径 轴向进给 —— 滚压螺纹范围 径向进给 5mm 最大螺距 轴向进给 —— 最大外径 170mm 最大宽度 150mm 滚丝轮范围 孔径 54mm 中心距 130-230mm 转速 16，25，40 两主轴参数 63r/min 最大倾角 —— 进给速度 Max 5mm/s 行程 Max 15mm 滚压参数 滚压时间 1-6s 总功率 5.19kw ，，9501135 外形尺寸（长*宽*高） 1410 机床包装尺寸（长*宽*高） 1620，，12601510 重量 2000kg 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第5页 2 SH-096滚丝机变速箱的设计 2.1 设计方案分析 2.1.1变速箱的设计参数 1、运输带所需要的拉力大小：F=1500N 2、电动机功率: P=5.19kw 3、大皮带轮: D=350mm 4、小皮带轮: D=180mm 变速箱要求：工作年限5年，承受冲击力不大，小批量生产，另外要求是带 传动和齿轮传动。 2.1.2传动方案分析要求 1、带传动平稳性好，能缓冲吸振，所以主传动采用V带传动； 2、传动比不能太大，结构比较简单； 3、展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而载荷分布不均，要求轴 有较大的刚度；分流式则齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率，变载荷场 合；同轴式长度方向较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差。所以根据 变速箱的参数选择及传动方案要求，选择展开式变速箱。传动方案见图2.1 图2.1变速箱传动方案图 2.2电动机的选择 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第6页 2.2.1选择类型 按照工作条件和对变速箱的要求，选用三相异步电动机。 2.2.2选择电动机的功率 由文献[11，8-9] n90小轮,，, V带=2.25m/s （2.1） 601000 PFvWPP又由 （2.2） ,,,dw,1000,w FvP,有 （2.3） d1000,,w PP式中：为工作机所需要的电动机输出功率，为工作机所需输入功率，,wd ,为电动机至工作机主动端之间的总效率，工作机部分效率。 w由电动机至工作机之间的效率为 ,,,,,,,,,,,,, （2.4） w12345678910 ,,注：为电动机V带的效率0.96 为第一轴的轴承效率0.99 12 ,,为第一对齿轮啮合效率0.97 为第二轴的轴承效率0.99 34 ,,为第二对齿轮啮合效率0.97 为第三轴的轴承效率0.99 56 ,,为第三对齿轮啮合效率0.97 为第四轴的轴承效率0.99 78 ,,为第四对齿轮啮合效率0.97 为皮带轮轴承的效率0.98 910所以 44,,,,？？,,0.96，0.99，0.97，0.98,0.80 （2.5） w110 Fv1500，2.25P,,kw,4.45kw （2.6） d,,10001000，0.80w 2.2.3确定电动机的转速 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第7页 大皮带轮的工作转速 60，1000v60，1000，2.25 （2.7） n,,,122.84r/minw,D3.14，350 'i,2~4按推荐的合理传动比范围，取Ｖ带传动比。 1 符合这一范围的同步转速有1500r/min，再根据计算出的容量，由文献[1,表8.1]查出电动机的型号及技术参数如表2.1： 2.1 电动机型号 额定功率 满载转速 堵转转矩 最大转矩 (kw)（r/min）额定转矩 额定转矩 Y132S-4 5.5 1440 2.2 2.2 2.3传动比的分配 nn由选定的电动机的满载转速和工作机的转速，可得到传动装置的总的mw 传动比为 1440nm,,,11.80 （2.8） i122.12nw i,1.25现总传动比。由表2.2可知，选V带的传动比为；变速箱i,11.800 i,ii传动比为/=11.80/1.25=9.5，考虑齿轮应有相尽的浸油深度。齿轮变速箱f1 iiiiiiiii高速级传动比、、的传动比为1.3，既=1.3，=1.3，=1.3。 f33222111 1.3，9.51.3，3.5i1.3，2.13ii则==3.5 ；==2.13；==1.66。 321 2.4传动装置运动及动力参数选择与计算 1、各轴转速 n1440mn,,,1160r/min （2.9） 带i1.250 n1440mn,,,331.43r/min （2.10） 4ii1.25，3.501 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第8页 n1440mn,,,155.6r/min （2.11） 3iii1.25，3.5，2.13012 n1440mn,,,93.74r/min （2.12） 2iii1.25，3.5，2.13，1.66012 nn==93.74 r/min （2.13） 122、各轴的输入功率 P,P,,,5.5，0.96,5.28kw （2.14） d1带 ,P,,,,,,,5.28，0.96，0.99，0.97,4.87kwP （2.15） 10234带 ,P,,,,,4.87，0.99，0.97,4.68kwP （2.16） 4453 ,,,,,4.68，0.99，0.97,4.5kwPP = （2.17） 6723 ,,,,,4.5，0.99，0.97,4.31kwPP = （2.18） 89123、各轴的输入转矩 5.5Pd,9550，,9550，,36.48N/m （2.19） Td1440nm T,T,i,,,,,36.48，1.25，0.96，0.98,42.9N/m （2.20） d0110带 ,T,i,,,,42.9，3.5，0.99，0.97,144.2N/mT （2.21） 1234带 ,i,,,,,144.2，2.13，0.99，0.97,294.9N/mTT = （2.22） 24534 2.2 轴名 V带轴 ?轴 ?轴 ?轴 ?轴 参数 1160 331.43 155.6 93.74 93.74 转速n/(r/min) 5.28 4.87 4.68 4.5 4.31 输入功率P/kw 42.9 144.2 294.9 470.15 749.47 输入转矩T/(N/m) 1.25 3.5 2.13 1.66 传动比 0.9408 0.9603 0.9603 0.9603 效率 ,i,,,,,294.9，1.66，0.99，0.97,470.15N/mTT = （2.23） 36723 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第9页 T,T,,,,,470.15，1.66，0.99，0.97,749.47N/m （2.24） 1289 综上所述变速箱的运动及动力参数的计算结果如表2.2。 2.5传动零件的设计计算 2.5.1第一对齿轮设计计算 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1)按图2.1所示的传动方案，选用齿轮传动； (2)工作机一般速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）； (3)选择材料，查[1，表10-1]得； 选择小齿轮的材料为40Cr（调质后表面淬火），硬度为55HRC 选择大齿轮的材料为45钢（调质后表面淬火），硬度为52HRC (4)选择小齿轮的齿数 Z,23 11 大齿轮的齿数 Z,u,Z,1.6，23,37 121 2、按齿面接触强度设计 由参考文献[11，10-9a]设计计算公式 KT,Zu,121tE3 （2.25） d,2.32,,()tdu,,,,H （1）确定公式内的各计算数值 K,1.31）试选择载荷系数 t 2）计算小齿轮传递的转矩 P4.875554T,95.5，10,95.5，10，,1.403，10N/m （2.26） 1n331.434 ,d,13）选取齿宽系数 1 2Z,189.8MP4）选取材料的弹性影响系数 Ea 5）由文献[11，式10-21]，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第10页 ,,680MP 小齿轮 Hlim1a ,,640MP 大齿轮 Hlim2a 6）由文献[11，式10-13]，计算应力循环次数 8N,60njl,60，331.43，1，3，8，300，5,7.16，10 （2.27） h14 87.16，108N,,1.53，10 24.68 K,1.18，K,1.267） 由文献[11，图10-19]，查得接触疲劳寿命系数 HN1HN2 8） 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数为S=1 由文献[11，式10-12] ,K,1.18，680HNH1lim1,,,,,802.4MP （2.28） ,Ha1S1 ,K,1.26，640HNH2lim2,,,,,806.4MP ,Ha2S1 （2）计算 1）计算小齿轮分度圆直径 KT,Zu,121tE3 d,2.32,,()1t,du,,,H 51.3，1.403，105.15189.823 (2.29） ,2.32，，，（）,53.9mm14.15806.42）计算圆周速度 ,d,n3.14，53.9，331.43t14V,,,1.1m/s （2.30） 60，100060，1000 3）计算齿宽b b,,，d,53.9mm （2.31） dt1 b齿宽与齿高比 h d53.9t1m,,,2.3434) 模数 （2.32） tZ231 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第11页 h,2.25m,2.25，2.343,5.27 （2.33） t 所以 b53.9 （2.34） ,,10.23h5.27 5) 计算K K,1.15根据v,1.1ms，8级精度由文献[11，10-8]，查得，直齿轮表面v硬化 假设 K,FAt ,100 （2.35） b 由文献[11，表10-3]得 K,K,1.2 H,F, 由文献[11，表10-2]得 K,1.75 A 由文献[11，表10-4]，8级精度小齿轮相对于轴承非对称分布时 2,23 K,1.15，0.18（1，0.6,）,,，0.23，10bH,dd ,3,1.15，0.18，(1，0.6)，0.23，10，53.9,1.45 b53.9K,1.24由，，由文献[11，表10-13]，有 ,,9.58H,h5.625 K,1.5 F, 所以 K,K,K,K,K,1.75，1.15，1.2，1.24,3 （2.36） AVH,H, 6) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆的直径，由[11,10-10a]得 K333 （2.37） ,,53.9，,57.5mmdd11tK1.526t 7) 计算模数 d57.51m,,,2.2031 （2.38） z231 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第12页 3、按齿根弯曲强度设计 由式[11,10-5]得弯曲强度的设计公式 Y,YKT2FaSa1 （2.39） m,,()32,,,z,F1d （1）确定公式内的各计算数值 由文献[11,图10-20e]查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限为 ,,530MP FE1a 大齿轮的弯曲疲劳强度极限为 ,,510MP FE2a由文献[11,图10-18]查得弯曲疲劳寿命系数 K,0.85，K,0.88 FN1FN2计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数 s=1.4 ,K,0.85，530FNFE11,,,,,321.79MP , （2.40） F1aS1.4 ,K,0.88，510FNFE22,,,,,320.57MP, F2aS1.4计算载荷系数K K,K,K,K,K,1.75，1.15，1.2，1.5,3.623 （2.41） AVF,F, 查取齿形系数 由文献[11,表10-5]可得 Y,2.80,Y,1.55 Fa1Sa1 Y,2.25,Y,1.81 Fa2Sa2 Y,YFaSa计算大，小齿轮的，并加以比较 ,,,F YY,2.80，1.55FaSa11,,0.00135 （2.42） 321.79,,,F1 YY,2.25，1.81FaSa22,,0.0127 320.57,,,F2 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第13页 所以小齿轮弯曲疲劳强度大 （2）设计计算 Y,YKT2FaSa1 m,,()32,,,z,F1d 42，3.623，0.0098，4.742，103（2.43） ,,2.034mm21，23所以取 m,2.5 按接触强度算得分度圆直径 d,57.5mm 1小齿轮齿数 57.5 z,,2312.5所以取 z,23 1 z,u,z,1.60，23,37 214、几何尺寸计算 1) 分度圆直径 d,mz,2.5，23,57.5mm 11 d,mz,2.5，37,92.5mm 22 2) 计算中心距 11 a,(d，d),(57.5，92.5),150mm 1222 3) 计算齿轮宽度 b,,,d,1，57.5,57.5mm d1所以取 B,65mm,B,60mm 125、验算 52T2，1.403，101 F,,,4880Ntd57.51 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第14页 K,F1.75，4880At ,,148.5N/m,100N/mb57.5 所以由计算可知满足设计要求。 2.5.2第二对齿轮设计 1、按图2.1所示的传动方案，选用齿轮传动； 2、工作机一般速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）； 3、选择材料，查参考文献[1，表10.1]得 选择齿轮的材料为40Cr（调质后表面淬火），硬度为55HRC 4、选择齿轮的齿数 Z,Z,3712 5、选择齿轮的模数 m,2.5 6、分度圆直径 d,92.5mm 1 2.5.3第三对齿轮设计 1、按图2.1所示的传动方案，选用齿轮传动 2、工作机一般速度不高，故选用7级精度（GB10095-88） 3、选择材料，查参考文献[1，表10.1]得 选择大齿轮的材料为40Cr（调质后表面淬火），硬度为55HRC 选择小齿轮的材料为45钢（调质后表面淬火），硬度为52HRC 4、选择齿轮的齿数 Z,17，Z,43 12 5、选择齿轮的模数 m,2.5 6、分度圆直径 d,42.5mmd,107.5mm, 12 2.5.4第四对齿轮设计 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第15页 (1)按图2.1所示的传动方案，选用齿轮传动 (2)工作机一般速度不高，故选用7级精度（GB10095-88） (3)选择材料，查参考文献[1，表10.1]得 选择齿轮的材料为40Cr（调质后表面淬火），硬度为55HRC (4)选择齿轮的齿数 Z,Z,3012 (5)选择齿轮的模数 m,2.5 (6)分度圆直径 d,75mm 1 2.5.5第五对齿轮设计 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1) 案图2.1所示的传动方案，选用硬齿面渐开线斜齿轮 (2)工作机一般速度不高，故选用7级精度（GB10095-88） (3)选择材料，查参考文献[1，表10.1]得 选择大小齿轮的材料为40Cr（调质后表面淬火），硬度为55HRC。 经查参 ,,,,考文献[11，表10-1]，取＝＝1200MPa，＝＝370Mpa。 Hlim1Hlim2Flim1Flim2 (4)选择齿数 ZZZi,,因为是硬齿面，故取=19，＝2×19＝38 112 ZZ传动比误差 ＝u＝/＝38/19＝2 i21 2,3.92＝，100%＝0.28％5％，允许 （2.44） ,,i3.92 2、按齿面接触强度设计 确定各计算数值 ,(1) 初选齿宽系数 d ,按非对称布置，由表查得＝0.6 d (2) 初选螺旋角 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第16页 ,,,134'25'' 初定螺旋角 (3) 载荷系数 K 使用系数K工作机轻微冲击，原动机均匀平稳，所以查表得K＝1.25 AA KK动载荷系数估计齿轮圆周速度v＝0.443m/s 查图得＝1.01;齿向载荷分布系vv KK数预估齿宽b＝80mm 查图得K＝1.171，初取b/h＝6，再查图得＝H,F,F, K1.14；齿间载荷分配系数 查表得K＝K＝1.1；载荷系数K＝K F,F,vAKK=1.25×1.01×1.1×1.14＝1.58 F,F, YY(4) 齿形系数和应力修正系数 F,S, 33:cos,当量齿数 z＝z/＝19/cos134′25″＝20.65 （2.45） v11 3:3cos,z＝z/ ＝38/ cos134′25″＝41.3 v22 YYYY查图得＝2.45 ＝2.15 ＝1.65 ＝1.83 F,1F,2S,1S,2 Y (5) 重合度系数 , 端面重合度近似为 11，,＝［1.88-3.2×（）］cos, ,ZZ12 :＝［1.88－3.2×（1/19＋1/38）］×cos134′25″ ＝1.58 （2.46） ,,cos,＝arctg（tg/） tn :,＝arctg（tg20/cos134′25″）＝20.3044 （2.47） ,cos,＝arctg（tg,/）=13.387 （2.48） bt 22cos,cos,,,,因为＝/，则重合度系数Y＝0.25+0.75 /＝0.669 bb,,,,, Y(6) 螺旋角系数 , ,,,,Ztg/bsin,/,m轴向重合度 =＝＝1.34,取为1 （2.49） ,n1 Y1,,,/120:1,,,/120: ＝＝0.669 （2.50） ,,, (7) 许用弯曲应力 S安全系数由表查得＝1.25工作寿命两班制，5年，每年工作300天。 F 小齿轮应力循环次数 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第17页 760njL＝＝60×43.09×1×5×300×2×8＝6.205×10 Nh1 大齿轮应力循环次数 77N＝N/u＝6.205×10/2＝3.1×10 12 查参考文献[11,图10-5]得寿命系数＝0.92，＝0.95实验齿轮的应力修正系YYNN12数,查图取尺寸系数， Y,2.0 Y,1STX 许用弯曲应力 ,YYY1FNSTXlim1,（2.51） ,544.64Mpa, FPLsF ,YYY2FNSTXlim1 ,,562.4Mpa, FPLsF YFYFYFYF,1,2SS,1,2SS,,12,,12比较,,取= ,0.007422,0.006996,,,,FFFFP1P2P1P2 (8) 计算模数 YY2KT,,21Fm,YYcos,,3,,2Z,, 1FdSIN 62，1.58，9.096，10:23 ,，0.007422，0.669，0.9，cos134,2520.6，19 =2.79 m,3按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取 n (9) 初算主要尺寸 ? 初算中心距 ，取a （2.52） a,88mm，，，，a,mz，z/2cos,,87.87mmn12 ? 修正螺旋角 ，，，mzzn12 （2.53） ,,arccos,13.69:2a ? 分度圆直径 （2.54） d,mz/cos,,58.59mm1n1 d,mz/cos,,117.2mm2n2 ? 齿宽 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第18页 mmmm,b==122.22 ,取=130 , , dbb,124mmd121 b2齿宽系数 ,,,0.61dd1(10) 验算载荷系数 K 圆周速度 nd（2.55） ,，,,0.459msv 601000 查得 K=1.01 V b/h,b（/2.25m）,9.185,按=0.61，b=1224mm，查得K=1.183，又因， H,nd 查图得K=1.16，K=1.25，K= K=1.1 F,H,F,A YY,,1.55,,1.709则K＝1.611，又=0.887，=0.667，，取为1，。,,,, YY2KTF,S2a1YYcos,,5.678mm,m从而得： ,,m2,,ZFpd1 满足齿根弯曲疲劳强度。 (11) 载荷系数 K=1.25，Kv=1.01，K=1.183，K= K=1.1， H,H,F,A K,KKKK=1.643 AVH,H,(12) 确定各系数 Z材料弹性系数 查表得 Z,189.8MpaEE ZZ,2.45节点区域系数 查图得 HH ZZ重合度系数 查图得=0.76 ,, 螺旋角系数Z,,cos0.9859, , (13) 许用接触应力 ,,,,1200Mpa试验齿轮的齿面接触疲劳极限 Hlim1Hlim2 ZZZZ寿命系数 查图得=0.98，=1.07；工作硬化系数 =1； NNNW12 SSZZ安全系数 查表得=1.05；尺寸系数 查表得=1，则许用接触应HHXX ,ZZZlim1HNWX力为： ,,,1120Mpa1HpSH 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第19页 ,ZZZlim2HNWX ,,,1222.86Mpa2HpSH ,,,,1120Mpa取 Hp1Hp2 (14) 校核齿面接触强度 KF，1,u ,,ZZZZ,93.785Mpa,,,,HEHHpba1u 满足齿面接触疲劳强度要求。 2.5.6第六对齿轮设计 1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (1) 案图2.1所示的传动方案，选用硬齿面渐开线斜齿轮 (2)工作机一般速度不高，故选用7级精度（GB10095-88） (3)选择材料，由文献[1,表10.1]得 因为三、四两轴之间只有传动作用，而没起到变速作用，所以第三对齿轮选 择一样大小的第二对齿轮中的大齿轮。既材料为40，调质后表面淬火，齿面Cr硬度为40～50HRC。 2.6轴的结构设计与计算 2.6.1轴的结构设计 根据变速箱的结构和上一节的动力及运动参数计算，结合齿轮的结构可以确 定轴的类型是阶梯轴，轴的结构设计主要包括制定出轴的合理外形和全部结构尺 寸。 1、拟定轴上零件的装配方案 拟定轴上的零件装配方案是进行轴的结构设计的前提，主要是指变速箱的轴 的装配方向，顺序和相互关系。其中，齿轮、套筒、轴承、端盖等从轴的一侧向 另一侧依次安装。然后根据具体要求进行结构的合理设计。 2、轴上零件的定位 为了防止轴上零件受力时发生轴向和周向运动，轴上零件除了有游动或空转 的要求外，都必须进行轴向和周向定位。其中，轴向定位是利用套筒、轴端挡圈 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第20页 和端盖等来保证的。周向定位是利用键，销，螺钉以及过盈配合等来保证的。所 以，通过以上这些定位要求来进行轴的结构合理设计，保证变速箱的装配合理。 对于变速箱的轴的结构详见第3章典型轴的加工工艺部分。 2.6.2 ?轴的计算及校核 1、求作用在齿轮上的力 因为已知该圆柱大齿轮的分度圆直径为 d,mz,2.5，37,92.5mm （2.56） 22 2T2，144.24F,,,1134.6N而 （2.57） td92.52 ,,tantan20nF,F,,1134.6，,422.19N （2.58） rt,coscos13, ,F,Ftan,,1134.6，tan13,241.17N （2.59） at 2、初步确定轴的最小直径 先按式[11,15-2]初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，选取 A,105，于是 O P4.13433 （2.60） d,A,105，,26.28mmminOn331.344 3、按弯曲合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上的承受的最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据 [11，式15-5] 2222,M，(T)3136，(0.6，288.38)14 （2.61） ,,,MPa,18.6Mpaca3W0.1，627.2 ,,,,60Mpa因为轴的材料是45钢，调质处理，查表[11,15-1]得，因此,1,,,,,,,，所以合适。 ca,1 4、精确校核轴的疲劳强度 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面过盈配合所引起的应力集中最 严重， 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第21页 也就是轴上安装齿轮的那部分截面。所以针对这个截面进行分析： 3333抗弯截面系数 （2.62） W,0.1d,0.1，28mm,627.2mm 3333W,0.2d,0.2，28mm,1254.4mm抗扭截面系数 （2.63） T 截面左侧的弯矩M为 48,28 （2.64） M,4390.4，N,mm,3136N,mm28 截面上的扭矩T为 T,294.9N,mm （2.65） 44 M3136截面上的弯曲应力 （2.66） ,,,,5MPabW627.2 T294.94,,,,3MPa截面截面上的扭转应力是 （2.67） TW125.4T [1]轴的材料为45钢，调质处理。查表得：,,640MPa,,,275MPa,,,155MPa B,1,1 [1],,截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按表查得： ,, ,,2.0,,,1.31 ,,轴的材料的敏性系数为 q,0.82,q,0.85 ,,故有效应力集中系数为 k,1.82,k,1.26 ,, ,,1轴未经表面强化处理，即，得综合系数值为 q K,2.80,K,1.62 ,,碳钢的特性系数为 ,,0.1,,,0.05 ,, S计算安全系数值得 ca ,275,1,,,20.21 （2.68） S,,，,2.80，4.86，0.1，0K,,,am,, 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第22页 ,155,1 （2.69） ,,,10.62S,17.04817.48K,，,,,,am1.62，，0.05，22 SS20.21，10.62,,,,,9.40＞S=1.5 （2.70） Sca2222S，S20.21，10.62,, 故可知其安全。 2.6.3 ?、?、?轴的计算及校核 （1）轴I材料为45钢,经调质处理，硬度为217～255HBS，查得对称循环弯曲许用应力[,,180Mpa]。按扭转强度计算，初步计算轴径，取 A,105,1 P4.5133 d,A,105，,25.715mmminOn93.751 由于轴端开键槽，会削弱轴的强度，故需增大轴径5%～7%，取最小轴径d,28mm min （2）轴?材料为45钢，经调质处理，硬度为217～255HBS，查得对称循环弯 [,,180Mpa]曲许用应力。按扭转强度计算，初步计算轴径，取，A,105,1 P4.5233 d,A,105，,25.715mmminOn93.742 由于轴端开键槽，会削弱轴的强度，故需增大轴径5%～7%，取最小轴径d,28mm min （3）轴?材料为45钢，经调质处理，硬度为217～255HBS，查得对称循环弯曲许用应力。按扭转强度计算，初步计算轴径，取A,105 P4.68333 d,A,105，,29.12mmminOn155.63 d,30mm取最小轴径 min 2.7轴承的结构设计与计算 2.7.1第一对轴承 齿轮变速箱高速级传递的转矩 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第23页 ,9.55P9.55，4.87，0.9942 （2.71） T,,,0.14kN,m4n331.434 具体受力情况见图2.2 1、轴?受力分析 齿轮的圆周力 62T2，0.14，104 （2.72） F,F,,,10000N21ttd301 齿轮的径向力 ,tantan20:n （2.73） FF,F,,10000，,24700kNrrt211coscos13:4,25,　 齿轮的轴向力 （2.74） F,F,Ftan,,10000，tan13:4,25,,4630Na2a1t1 2、计算轴上的支反力 经计算得垂直面内 F,,8473N,F,12734N VA1VB1 水平面内 F,F,22635N HAIHBI 图2.2 I轴受力分析 3、轴承的校核 初选轴承型号为32014 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第24页 f,1.2轻微冲击，查表得冲击载荷系数 p 1）计算轴承A受的径向力 22F,F，F,11284N rAIHAIVAI 轴承B受的径向力 22F,F，F,25971N rAIHBIVBI2）计算附加轴向力 F,F(2Y)查表得3000型轴承附加轴向力 Sr F,F(2Y),7052.5N则 轴承A ， SAIrAI0 F,F(2Y),16232N轴承B SBIrBI03）计算轴承所受轴向载荷 F，F,F由于，即B轴承放松，A轴承压紧 a1SAISBI F,9947N,F,16232N由此得 aAIaBI 4）计算当量载荷 F9947aAI,,0.88,e,X,0.4,Y,1.4轴承A e=0.43, AIAIF11284rAI p,f(XF，YF),22127N则, AIPAIrAIAIaAI FaBI,0.625,e,X,0.4,Y,1.4轴承B e=0.43, BIBIFrBI p,f(XF，YF),39736N则 BIPBIrBIBIaBI L5）轴承寿命计算 h 6f10,t(2.75) L,(c),1566hh60np p,p因，所以按轴承B计算 AIBI 2.7.2第二对轴承 齿轮变速箱低速级传递的转矩 ,9.55P9.55，4.68，0.9934 T,,,0.15kN,m2n292.834 具体受力情况见图2.3 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第25页 1、轴?受力分析 齿轮的圆周力 62T2，0.15，103 F,F,,,12000N34ttd252齿轮的径向力 ,tann F,F,F,,24700Nrrt343cos,齿轮的轴向力 F,F,Ftan,,4630Na3,4t4 2、计算轴上的支反力 经计算得垂直面内 F,,18601N,F,,2933N VA,VB, 水平面内 F,25764N,F,91760N HA,HB,3、轴承的校核 初选轴承型号为32928 f,1.2轻微冲击，查表得冲击载荷系数 p1）计算轴承A受的径向力 22F,F，F,31777N rA,HA,VA, 轴承B受的径向力 22F,F，F,91753N rB,HB,VB,2）计算附加轴向力 F,F(2Y)查表得3000型轴承附加轴向力 Sr F,F(2Y),17654N则 轴承A ， SA,rA,0 F,F(2Y),50974N轴承B SB,rB,03）计算轴承所受轴向载荷 F,F，F,F由于，即B轴承放松，A轴承压紧 a3a2SB,SA, F,65814N,F,50974N由此得 aA,aBI 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第26页 4）计算当量载荷 FaA,轴承A e=0.36, ,2.1,e,X,0.4,Y,1.7A,A,FrA, p,f(XF，YF),149514N则 A,pA,rA,A,aA, FaB,轴承B e=0.36, ,0.56,e,X,0.4,Y,1.7B,B,FrB, p,f(XF，YF),148028N则 B,pB,rB,B,aB, L5）轴承寿命计算 h 因p,p，按轴承A计算 AIBI 6f10,t L,(c),1166hh60np 图2.3 II轴受力分析 2.7.3第三对轴承 具体受力情况见图2.4 1、轴?受力分析 齿轮的圆周力 62T2，0.13，102 F,F,,,10400N23ttd251 齿轮的径向力 ,tann F,F,F,,25688Nrrt232cos, 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第27页 齿轮的轴向力 F,F,Ftan,,10000，tan13:4,25,,4630Na2a1t1 2、计算轴上的支反力 经计算得垂直面内 F,,16143N,F,48864N VAIIIVBIII 水平面内 F,33551N,F,53831N HAIIIHBIII 3、轴承的校核 初选轴承型号为32938 f,1.2轻微冲击，查表得冲击载荷系数 p 22F,F，F,37233N1）计算轴承A受的径向力 rAIIIHAIIIVAIII 22F,F，F,72701N轴承B受的径向力 rBIIIHBIIIVBIII2）计算附加轴向力 F,F(2Y)查表得3000型轴承附加轴向力 Sr F,F(2Y),26595N则 轴承A， SAIIIrAIII0 F,F(2Y),51929N轴承B SBIIIrBIII0 3）计算轴承所受轴向载荷 F，F,F由于，即B轴承放松，A轴承压紧 a4SAIIISBIII F,30804N,F,51929N由此得 aAIIIaBIII 4）计算当量载荷 轴承A e=0.48, p,f(XF，YF),65926N则, AIIIpAIIIrAIIIAIIIaAIII轴承B e=0.48, FaBIII,0.714,e,X,0.4,Y,1.3 BIIIBIIIFrBIII p,f(XF，YF),115906N则 BIIIpBIIIrBIIIBIIIaBIII L5）轴承寿命计算 h p,p因，按轴承B计算 AIIIBIII 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第28页 6f10,t L,(c),66238.6hh60np 图2.4 III轴受力分析 2.7.4第四对轴承 因为?轴和?轴及相配合的齿轮尺寸完全一致，所以第四对轴承与第三对轴 承完全一样。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第29页 3 滚丝机零件的工艺设计 3.1零件的分析 3.1.1零件的作用 输出轴是SH-096滚丝机的主要零件之一，它在滚丝机中主要起支承传动件 和传递转矩作用。轴是旋转体零件，主要由内外圆柱面、键槽构成。 3.1.2零件的主要技术条件分析 （1）轴的轴径是轴类零件的重要表面，它的质量好坏直接影响轴工作时的回 转精度。设计的这根轴最高精度为IT6； （2）阶梯轴的各阶梯相对于中心线的径向圆跳动范围为0.015-0.020mm； R,1.6（3）轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的要求，即； a（4）热处理:T235； 3.2零件工艺规程设计 3.2.1确定零件的生产类型 生产纲领的确定： N,Q,n(1，,，,) （3.1） 零 N式中：：零件生产纲领 零 QQ,500 ：产品的生产纲领，台/年 n ：每一产品中包含该零件的数量 n,1 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第30页 , ：零件的备品率，一般情况下为取4 ,,,3%5%, ：零件的平均废品率，取 ,,,1 N,50，1，(1，4%，1%),530 ? 件/年 零 根据［4］P6知零件为成批生产。 3.2.2确定零件毛坯的制造形式 影响毛坯选择的因素通常包括： （1）零件材料的工艺性及材料组织的要求。 （2）零件的结构形状和外形尺寸。 （3）零件对毛坯精度，表面粗糙度和表面层性能的要求。 （4）零件生产纲领的大小。 （5）现有生产能力和发展前途。 此轴要求有较高的强度和刚度，以及良好的耐磨性和疲劳强度，优质碳素钢， 价格较低，容易加工，同时保证钢的化学成分和机械性能。均匀性及表面质量， 塑性和韧性都比较高。由于轴属于各台阶尺寸相差不太大的阶梯轴,故应选择圆 棒料。 3.2.3零件的热处理 轴材料为45号钢属于调质钢，故用调质处理。因为这根轴底毛坯余量较大， 调质安排在粗车之后、精车之前，以便消除粗车时产生的残余应力，以保证该轴 的尺寸精度。 3.3制定工艺路线 3.3.1工艺过程的安排 在安排工艺的过程中，就需要把各主要表面的粗精加工分开，即把粗加工安 排在前，精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的切削余量大，因此，切削力、 加紧力必然大，加工后容易变形。粗精加工分开后，粗加工产生的变形，可以在 精加工修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力作用。逐步修正加工后的 变形就能最后达到零件的技术条件。根据生产要求该轴精度要求为IT6，故需要 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第31页 粗加工、精加和磨削加工。 3.3.2轴的工艺路线 （1） 下料； （2） 切削一端端面，钻中心孔，粗车各外圆； （3） 切削另一端端面，钻中心孔，粗车各外圆； （4） 调质； （5） 精车各外圆； （6） 划线； （7） 铣键槽； （8） 研两端中心孔； （9） 磨削各外圆； （10）人工清理，去毛刺； （11）最终检验并入库； 3.4确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 轴材料调质处理，硬度HB235，毛坯重量为4.5kg。 机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质 量。余量过大，不但增加了材料、刀具、能源的消耗，从而增加了成本。所以必 须合理的安排加工余量。 本设计采用查表法确定各表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。 (1)粗车一端外圆 由文献[5，表5-4]，毛坯直径为φ50： 齐端面 保证=319 L Laφ1=44.8 =117 粗车=2.6 11 0Laφ2=41.8 =105 粗车=1.5 0.3422, 0Laφ3=38.8 =57 粗车=1.5 0.34,33 0Laφ4=31.8 =32 粗车=3.5 0.28,44粗车外圆精度为9级精度。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第32页 (2)粗车另一端外圆 由文献[5，表5-4]，参考计算得: 齐端面 保证=317 L Laφ1=44.8 =177 粗车=2.6 11 0Laφ2=41.6 =166 粗车=1.6 0.3422, 0Laφ3=38.6 =22 粗车=1.5 0.3433, 粗车另一端外圆精度为9级精度。 (2)精车外圆 由文献[2，表5-48]， 精车a=1.4， 0Lφ1=35.8 =22 0.171, 0Lφ2=39 =105 0.172, 0Lφ3=36 =57 0.173, 0Lφ4=29 =32 0.144, 0Lφ4=38.8 =166 0.175, 粗车外圆精度为8级精度。 (3)磨削外圆 由[2，表5-49]，磨削a=0.5， 0Lφ1=28 =32 0.013,1 ，0.018Lφ2=35 =25 ，0.0022 Lφ3=38 =48 3 ，0.018Lφ4=35 =22 ，0.0024 磨削另一端外圆精度为6级精度。 (4)铣键槽的工序尺寸的确定 在φ38阶梯轴上铣键槽，由文献[2，表8-38]，参考选择直柄键槽铣刀：D=8， Ld=8，L=50，l=14；走刀长度 =37。 1 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第33页 0在φ28阶梯轴上铣键槽，由文献[2，表8-38]，参考选择直柄键槽铣刀：,0.013 LD=8，d=8，L=50，l=14；走刀长度 =17。 23.5确定各工序工艺装备及切削用量 工序1：粗车一端端面及外圆 （1）机床：普通车床CA6140 （2）夹具：三爪卡盘和活顶尖 （3）量具：钢板尺，游标卡尺 （4）刀具：外圆车刀 YT15 45: （5）切削用量： ,1） =2mm p 由文献[1,3-13] =0.6mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min （3.2） n由文献[1,4-3-1]，取=320r/min w v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s （3.3） w ,2） =1.6mm p 由文献[1,3-13] =0.6mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min n由文献[1,4-3-1]，取=320r/min w v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s w ,3） =1.5mm p 由文献[1,3-13] =0.5mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第34页 n由文献[1,4-3-1]，取=320r/min w v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s w ,4） =1.5mm p 由文献[1,3-13] =0.5mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min n由文献[1,4-3-1]，取=320r/min w v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s w ,5） =3.5mm p 由文献[1,3-13] =0.6mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min n由文献[1,4-3-1] 取=320r/min w v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s w 工序2：粗车另一端端面及外圆 （1）机床：普通车床CA6140 （2）夹具：三爪卡盘和活顶尖 （3）量具：钢板尺，游标卡尺 （4）刀具：外圆车刀 YT15 45:（5）切削用量： ,1） =2mm p 由文献[1,3-13] =0.6mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min n 由文献[1,4-3-1] 取=320r/min w 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第35页 v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s w ,2） =1.6mm p 由文献[1,3-13] =0.6mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min n由文献[1,4-3-1] 取=320r/min w v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s w ,3） =3.1mm p 由文献[1,3-13] =0.6mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min n由文献[1,4-3-1] 取=320r/min w v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s w ,4） =1.6mm p 由文献[1,3-13] =0.5mm/z f v由文献[1,3-19] =1m/s n=1000×60×1／3.14×48=398r/min n由文献[1,4-3-1] 取=320r/min w v=3.14×48×320／60×1000=0.80m/s w 工序3：调制处理HB230-250 工序4： 精车外圆 （1）机床：普通车床CA6140 （2）夹具：拨盘和双顶尖 （3）量具：钢板尺，游标卡尺 （4）刀具：外圆车刀 YT15 45: 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第36页 （5）切削用量： ,=1.4mm p 由文献[ 1,3-14]， f=0.35-0.4 ；查[1, 4-3-2]，取f=0.36 ； mv由文献[1,3-14 ]， =1.5 s n=1000×60×1.5／3.14×42=682r/min rn由文献[1,4-3-1] 取=710 minw v=3.14×42×710／60×1000=1.56m/s w 工序5：划线 工序6：铣键槽 （1）机床：铣床X62W （2）量具：游标卡尺 （3）夹具：虎钳和V型块 （4）刀具：直柄键槽铣刀YT15 D=8，d=8，L=50，l=14。手锉。 （5）切削用量： ,=4mm p f由文献[1,3-28] =0.1mm/z v由文献[1,3-30] =1m/s n,1000，60，1(3.14，38),503rmin n 由文献[1,4-17-1] 取=475r/min w 工序7：去毛刺 工序8：磨外圆 （1）机床：磨外圆车床M120 （2）夹具：拨盘和双顶尖 （3）量具：游标卡尺和外径千分尺 （4）刀具：平行砂轮,600，,305，63 （5）切削用量： 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第37页 ,磨削深度：=0.5mm, p r砂轮转速：1110 表[1,4-10] n,minm 磨削速度： v,3.14，38.4，1100(1000，60),2.23ms 3.6确定各工序工时定额 3.6.1粗车一端端面及外圆 （1）由文献[1,7-1]知 T基本时间= （3.4） l，l，l，lj123f,n工步?：=24 l = l,，(2~3),2，(2~3),51,krtantan45: = 0 ，l= 0查表[1,7-2] l32 T? =24+5／0.6×320=0.351min j 工步?：=117 l = l,，(2~3),1.6，(2~3),41,krtantan45: = 3 ，l= 5查表[1,7-2] l32 T? =117+4+3+5／0.6×320=0.672min j 工步?：=105 l = l,，(2~3),1.5，(2~3),4.1,krtantan45: l= 3 ，= 5 查表[1,7-2] l32 T? =105+4 +3+5／0.5×320=0.731min j 工步?：=57 l = l,，(2~3),1.5，(2~3),41,krtantan45: ll= 3 ，= 5查表[1,7-2] 32 T? =57+4+3+5／0.5×320=0.431min j 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第38页 工步?：=32 l = l,，(2~3),3.5，(2~3),61,krtantan45: = 3 ，= 5查表[1,7-2] ll32 T? =32+6+3+5／0.5×320=0.288min j T?工序1的基本时间为=0.351+0.672+0.731+0.431+0.288=2.473 min j （2）由文献[1,7-18] [1, 7-19] 查得 T辅助时间=0.39+0.16×5=1.19min f （3）由文献[1,7-20] 查得 TTT=(+)×4.6%=（2.473+1.19）×4.6%=0.17min fwjf 3.6.2粗车另一端端面及外圆 （1）由文献[1,7-1]知 T基本时间= l，l，l，lj123f,n 工步?：=24 l = l,，(2~3),2，(2~3),51,krtantan45: l= 0 ，= 0查表[1,7-2] l32 T? =24+5／0.6×320=0.315min j 工步?：=200 l = l,，(2~3),1.6，(2~3),41,krtantan45: l= 3 ， = 5查表[1,7-2] l32 T? =200+4+3+5／0.6×320=1.1min j 工步?：=22 l l= ,，(2~3),3.1，(2~3),5.61,krtantan45: ll= 3 ，= 5 查表[1,7-2] 32 T? =22+5.6+3+5／0.5×320=0.22min j 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第39页 工步?：=166 l = l,，(2~3),1.6，(2~3),4.11,krtantan45: = 3 ，= 5 查表[1,7-2] ll32 T? =166+4.1+3+5／0.5×320=1.1min j T?工序2的基本时间为=0.315+1.1+0.22+1.1=2.67min j （2）由文献[1,7-18] [1, 7-19] 查得 T辅助时间=0.39+0.16×4=1.03 min f （3）由文献[1,7-20] 查得 TTT=(+)×4.6%=（2.67+1.03）×4.6%=0.17min fwjf 3.6.3精车外圆 （1）由文献[1,7-1]知 T基本时间= l，l，l，lj123f,n 工步?：=32 l = l,，(2~3),1.4，(2~3),41,krtantan45: l= 3 ，= 5 查表[1,7-2] l32 T? =32+4+3+5／0.36×710=0.172min j 工步?：=25 l = l,，(2~3),1.4，(2~3),41,krtantan45: l= 3 ，= 5 查表[1,7-2] l32 T? =25+4+3+5／0.36×710=0.145min j 工步?：=48 l l= ,，(2~3),1.4，(2~3),41,krtantan45: ll= 3 ，= 5查表[1,7-2] 32 T? =48+4+3+5／0.36×710=0.235min j 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第40页 工步?：=22 l = l,，(2~3),1.4，(2~3),41,krtantan45: = 3 ，= 5 查表[1,7-2] ll32 T? =22+4+3+5／0.36×710=0.133min j 工步?：=166 l = l,，(2~3),1.4，(2~3),41,krtantan45: = 3 ，= 5 查表[1,7-2] ll32 T? =166+4+3+5／0.36×710=0.696min j T?工序3的基本时间为=0.172+0.145+0.235+0.133+0.696=1.38min j （2）由文献[1,7-18] [1, 7-19] 查得 T辅助时间=0.56+0.16×5=1.36 min f （3）由文献[1,7-20] 查得 TTT=(+)×4.6%=（1.38+1.36）×4.6%=0.126min fwjf 3.6.4铣键槽 Th，l，l,D（1）由文献[1,7-7 ]查= j1fMCfMZ 工步?：h=4 2 45 fMC=60 fMZ=60 D=8 l,l,1 T=（4+2）/60+（45-8）/60min=0.72 min j 工步?：h=4 l,2 25 fMC=60 fMZ=60 D=8 l,1 T=（4+2）/60+（25-8）/60min=0.38 min j T根据该厂实际生产水平，=0.4 min f T?工序5的基本时间为 =0.72+0.38+0.4=1.5min j （2）由文献[1,7-29] [1,7-30] 根据本溪世恒机床厂实际生产水平，去毛刺 T=0.3 min f 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第41页 T=0.74+0.48×2+0.3= 2min f （1） 由文献[1,7-31 ] TTT=(+)×4.1%=（1.5+2）×4.1%=0.144min fwjf 3.6.5磨外圆 L,Zb,kT（1） 基本时间= （3.5） jn,ft,fB L :行程长度 : 单面加工余量 Zb k : 修正系数 k1=1.3 由文献[1,表7-15] n : 工件每分钟转数 ft: 单行程磨削深度进给量 fB: 纵向进给量 由文献[1，7-13]知： T32，0.5，1.3工步?： ==0.50min j2.3，60，0.01，30 T25，0.5，1.3工步?：==0.39min j2.3，60，0.01，30 T48，0.5，1.3工步?：==0.75min j2.3，60，0.01，30 T22，0.5，1.3工步?：==0.36min j2.3，60，0.01，30 T166，0.5，1.3工步?：==2.61min j2.3，60，0.01，30 ?工序4的基本时间为 T=0.50+0.39+0.75+0.36+2.61=4.61min j （2） 由文献[1，7-39] [1，7-40] T=0.53+0.12×5=1.13 f TTT（3） =(+)×7.6%=0.44min fwjf T=0.74+0.48×2+0.3= 2min f （2） 由文献[1,7-31 ] 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第42页 TTT=(+)×4.1%=（1.5+2）×4.1%=0.144min fwjf 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第43页 结论 本次毕业设计的内容为SH-096滚丝机设计。设计中，我对现代机械制造工业的生产方式和工艺过程有了一定了解。熟悉了滚丝机的工作原理、设计过程和 主要零件的机械加工工艺及其所用主要设备。了解、熟悉和掌握一定的机床设计 知识及CAD制图软件的应用，本次设计是对我们曾经学过的专业知识的贯穿和 应用。设计过程中所涉及到的相关问题进行深入分析，基本上都能通过自己的计 算或查阅资料而独立解决，并对SH-096滚丝机的机械结构进行了局部改进，有自己的创新，为今后自己解决工程实际问题打下了良好基础。 设计中，我对现代机械制造工业的生产方式和工艺过程有了一定了解。熟悉 了滚丝机的工作原理、设计过程和主要零件的机械加工工艺及其所用主要设备。 了解、熟悉和掌握一定的机床设计知识及CAD制图软件的应用，培养、提高和加强了我们的创新意识和创新能力。 这次毕业设计是对我以后工作的锻炼机会，毕业在即，马上就要走向工作岗 位了，工作单位不会像老师一样点点滴滴细致入微的把要做的工作告诉我们，更 多的是需要我们自己去观察、学习。不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。随 着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会有很多领域是我们未曾接触过的，只 有敢于去尝试才能有所突破，有所创新。这次毕业设计带给我的，不仅仅是我所 接触到的那些专业知识，也不仅仅是通过设计过程所锻炼的几种能力，更多的则 需要我们每个人在毕业设计结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉， 有所收获。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第44页 致谢 “心有多大，世界就有多大”。 经过两个月的辛勤努力，我的毕业设计成功的 完成了,回首自己的求学经历，不由深感幸运，求学路上得到众多老师、同学、 朋友的真诚指导和帮助，使我的内心得到历练。值此毕业论文完成之际，对各 位表示深深感谢！ 首先，要感谢指导我的xxx老师，在我遇到困难时，恩师为我指点迷津，帮 助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励，不仅授我以文，而且教我做人，“勤奋扎实，严谨认真”是老师教导我做学问的态度，“海纳百川，有容乃大”是我从老师那里体会到的做人准则。他在百忙中抽出时间为我们讲解相关知识，带领我 们到工厂参观学习。我的毕业设计从刚开始的萌芽阶段到现在的独立设计阶段， 在设计中出现了不懂的地方，在老师不厌其烦的讲解下，逐个突破。老师带领我 完成了多项课题研究，使我积累了扎实的理论基础，从文献资料的介绍与提供， 到大小学术疑问的解答启发，乃至一些重要理论问题的详细讨论，这些都使我无 尽受益，并对我的毕业论文给予了重要的指导意见。杜老师一丝不苟的治学作风、 敏锐的思维能力、丰富的理论知识、很强的实践经验，使我收益非浅，虽然时间 不厂，却给我以终生受益无穷之道，是我们今后学习和工作的榜样。对杜老师的 感激之情是无法用言语表达的，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。 其次，我也感谢教研室各位老师在毕业设计过程中对我的帮助和支持，感谢 xxx老师在加工工艺和软件方面对我的帮助，感谢机房的老师为我们提供了场所， 在设计和写论文期间给我们提供的各种方便等，是在各位老师的帮助下，我的论 文才得以完成，我也要感谢我的同学，我的朋友，感谢他们一直对我的关心和支 持。他们的支持是我学海行舟时的永恒动力。谨向帮助我的人表示诚挚的敬意和 谢忱。 同时，我要感谢本溪世恒机床厂对我们的接待，在那里我们对滚丝机的工作 原理以及传动方式有了一定的了解，也掌握了一部分零件的加工工艺，学到了一 定的技能，为以后的工作积累了一点经验。很感谢学校能给我们提供这个实习的 机会，让我们提前体验到工作的不易，获得了课堂上得不到也想不到的知识，也 许将来不会走上这个岗位，但是现在所学的知识和感受却是终生难忘。 最后，衷心祝愿四年来所有对我关心与帮助我的老师和同学们幸福安康。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第45页 参考文献 [1] 王凡.实用机械制造工艺设计 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 [M].北京: 机械工业出版社,2008.全书 [2] 赵如福.金属机械加工工艺人员手册.修订组.金属机械加工工艺人员手册[M]. 上海:上海科学技术出版社, 2009.全书 [3] 徐嘉元，曾家驹.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社.1998.全书 [4] 周宏甫.机械制造技术基础[M].北京：高等教育出版社,2007.全书 [5] 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书[M].北京: 机械工业出版社,2004. 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The surface model of the centrifugal impeller is designed with an extremely twisted surface and its blades greatly overlap each other. If traditional 3-axis machining is implemented, serious collisions between the cutting tool and the blades of the centrifugal impeller are frequently encountered. For such geometric complexity, it is the general practice to adopt five-axis machining. An improvement over 3-axis machining, five-axis machining offers advantages such as higher productivity and better machining quality. The tool axis in five-axis machining has two additional degrees of freedom, allowing the tool to take arbitrary posture as well as position. Furthermore, five-axis machining can improve the working precision, the efficiency and the quality of the machined surface to satisfy the various requirements of the product design. Since the high cost nature of the five-axis machine and the trend of increasingly complicated relative positions between the cutting tool and workpiece, it is important to develop an algorithm that gives effective tool paths and, subsequently, corrects the cutter location (CL) data. These are very important tasks for manufacturing an impeller, and forms major focuses for the present study. To shorten the product development process and to make its production more competitive, computer-aided design (CAD) and computer-aided manufacturing (CAM) are implemented in the manufacturing process. There are some CAM systems with five-axis control capability to finish a centrifugal impeller; however,functions for efficient rough machining are not available. Since the rough machining is the key process influencing the total machining time and the accuracy of finished product, it is 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第47页 high on the agenda to discuss this process. The main purpose of this research is to develop a fiveaxis rough machining module dedicated for centrifugal impeller manufacturing. For impellers with similar geometric characteristics, the module developed in this research can be used to plan the tool path of rough machining effectively, which shortens the lead time for manufacturing, and eventually reduce the total manufacturing cost. This study has been validated ultimately for its usefulness. 2. The theoretical model Figure 1 illustrates a typical centrifugal impeller and its main parts. The centrifugal impeller itself is a circular revolving entity. It is composed of 15 identical blades and a hub. The angle variation between two blades is 24 degrees. Usually, with preliminary calculation done with aerodynamics and fluid mechanics, the hub curve is obtained by using an optimisation algorithm. The rotating hub curve around the central axis forms the hub surface. The geometric model of the blade is made up of the suction surface, the pressure surface, the leading edge and the trailing edge. While the shroud surface defines the outer boundary of the blade, it is formed byrotating the shroud curve around the central axis. There are a few related studies on the machining of the centrifugal impeller. Morishige [1] shows that collision- free rough machining is generated on the basis of a 3D geometric model along with a proposed machining strategy. The 2D configuration space (C-Space) defined by two parameters [2] is applied to obtain the relationship between all tool postures and the existence of collision, and the optimum tool posture at any point on the surface to be machin- ed is found. If the abovementioned method is employed in the case of centrifugal impeller, serious collisions are not totally avoided due to the high overlap between the cutting tool and the extremely twisted blade surface. As a result, more interference checks are then necessary to correct the final tool axis. 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第48页 3 .Process planning for rough machining Process planning of five-axis rough machining is described in the following sections. A discussion of problems encountered in rough machining is made, and then an algorithm is given for the tool axis to obtain the proper cutter locations. Also, other focuses are the algorithm of rough machining to obtain the cutter contact points, the cutting depth on the tool path, the residual left on the tool path, and the generation and modification of all rough tool paths. The result that gives a complete manufacturing process for the rough machining of the impeller is then obtained in a designated manner. What follows are the details of each machining step and the result of the associated machining data calculations. 3.1 Strategies for rough machining The rough machining is the main process that removes a major part of the material from the blank and carves the pre-form into the rugged profile of impeller. An increase in the material removal rate to raise the overall working efficiency is a key issue in designing the rough machining module. It influences not only the total machining time but the accuracy of the resulting impeller in the finished process. Furthermore, the residual thickness and surface conditions after rough machining will affect the final finishing machining. If the residual thickness is too large, it will certainly lower the working efficiency and result in excessive tool wear. The residual surface conditions also influence the tool life. If some burrs are left on the workpiece, they might need further semi-finishing and even cause tool breakage. To solve the abovementioned problems, this study provides a machining module that users could input into the machining parameter, so as to control the step-over of the tool path, the cutting depth and the residual, for the impeller production with high efficiency and 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第49页 high accuracy. The centri fugal impeller is typically designed into complicated shapes with overlapped parts that require five-axis machining. In five-axis machining, the tool is allowed to take an arbitrary position as well as the position to form the required surface. Consequently, in order to make good use of the special geometric features, this study proposes a new machining methodology allowing the cutter to remove the materials along the ruling line of the blades from the shroud surface to the hub surface. As a result, the residual materials always remain on the bottom between two neighbouring blades. It is seen that the residuals provide extra support to the blades, and hence reduce the probability of chatter during machining. The cutting depth of the tool path is constant in the proposed methodology, and the pocket die cavity is divided into several machining layers according to its relative dimension. In planning the toolpath for each machining layer, this study uses the algorithm of the tool axis determination adopted in the flank milling on blades. Generating the first rough tool path by flank milling, followed by rotating the tool path around the central axis, is the general approach. Through this method, the generation of all rough tool paths is achieved and this method could prevent collisions from happening. The following section describes a detailed description of the rough machining methodology proposed in this research. 3.2 Flank milling on blades Before carrying out rough tool path planning, an algorithm for flank milling needs to be clearly outlined to obtain the tool axis. The algorithm for flank milling on the blade surface is the basis of planning the rough tool path. The machining of a blade surface by flank milling is illustrated in Fig. 2. The initial tool axis is selected to make it parallel to the ruling line on the blade surface. In essence, the cutter needs to be offset at a distance of the cutter radius. In considering the cutter strength, the tapered cutter is often used for enhancing its level to the required degree. Before the final tool axis is determined, the cutter is offset along the same direction at both the inner and the outer edge of the ruled surface. The respective displacements will not be the same due to the tapered dimensions. Since the initial tool axis is parallel to the ruling line, 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第50页 there will be overcut on the ruled surface. The maximum overcut occurs at the outer edge of the ruled surface as the angle between normal at the other edge of the ruled surface and the direction the cutter offset is the maximum. In order to investigate the maximum cut error, the initial tool axis is used as the normal of the examination plane. Meanwhile, the ruled surface is properly divided into a collection of ruling lines. The intersections between the examination plane and each ruling line are made and the distance from each intersection to the tool axis is evaluated. After comparing all the values, the location where the shortest distance between the tool axis and the intersection is then identified. If the distance is smaller than the cutter radius, an overcut is generated. Otherwise, there is an undercut where the distance is greater than the cutter radius. Subsequently, the cutter is moved to tangent the ruled surface on the outer edge and the final tool axis is obtained, as shown in Fig. 3 3.3 The generation and modification of the tool path The determination of the base path on the blade has been discussed. In this subsection, the generation of the full rough tool-paths between two blades by rotating the base path around the central axis is to be followed. The angle of rotation is determined by the allowable residual and the step-over of the tool path. In particular, the rough tool paths are classified into two types: the residual tool path and the cutting tool path (Fig. 5). The distinction between the two is given as follows: Residual tool paths are those most close to the blade. By taking the finish cut allowance, the tool radius and the impeller dimension into account, the residual angle 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第51页 is obtained. Rotating the base path around the central axis with an individual residual angle forms the residual tool path. Cutting tool paths are those responsible mainly for removing materials. By taking the amount of step-over, the tool radius and the impeller dimension into account, the step-over angle is obtained. Rotating the residual tool path around the central axis with the step-over angle gives an individual cutting tool path. The numbers of cutting tool paths depends on the circumference between the two adjacent blades. When respective tool paths are generated, the overlap situation needs to be considered. Due to the irregular shape of the machining area, it is necessary to make sure whether the cutting tool path exceeds the residual tool path. As seen in Fig. 5, one cutting tool path overlaps with the residual tool path of left blade, and this path needs to be deleted. However, when this path is trimmed away, an uncut area remains. To solve the problem, a modified path given by rotating the cutting tool path of the left blade is added. Finally, the complete rough tool paths are achieved efficiently by connecting each cutting tool path. This study provides a new u-v parametric method with an approximate constant cutting depth for the rough machining of the impeller. All machining methodology is formularised to a rough machining module. Figure 6 is a flowchart of the designing procedure showing the complete rough machining module. 4 .A machining simulation and verification The surface model of the impeller is shown in Fig. 1, where the hub and blades are 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第52页 displayed. The angle between the two blades is 24 degrees (there are 15 blades for a complete impeller). The cutter is a ball-mill of 3 mm in diameter, with a shank length of 30 mm. The selected step-over of the tool path is 1.2 mm, the cutting depth is 0.8 mm and the finish cut allowance is 0.3 mm. There are 20 controlling cutting points and three machining sections. The following machining simulation is made with the software package Anvil Verify [8]. The rough machining simulation between two blades by Anvil Verify is shown in Fig. 7. The tool interfere check is made with two adjacent blades during machining. It also confirms the feasibility of the modified u-v parametric method with an approximate constant cutting depth. 4.1 A verification of the machining data After the simulation on the rough machining is made, it is essential to verify the machining results in details. The work comprises the verification of the tool axis posture, the profile and surface condition of the residues on the blade after rough machining and the analysis of residual thickness. This study applies certain tools to simulate and analyse the tool path repeatedly, so as to make sure hat there is no interference on the impeller. The respective work includes: : 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第53页 (1) The verification of the tool axis posture. Functions from the software package MasterCAM are applied to authenticate the correctness of the tool axis orientation. This part of the study checks the blade surfaces and tool paths, which are enclosed by adjacent blades, to detect whether there is collision between the cutting tool and the surfaces of impeller, as shown in Fig. 8. It has been carefully checked and no interferences between the tool axes and the blade surfaces are found. (2) The investigation of the profile and surface condition of residues on the blade. After the machining simulation, the residue data are transformed to STL format. Both the STL file and the original surface model are input into the software package Pro/E. 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第54页 Figure 9 shows that the surface topography is very uniform and the residual profile corresponds well with the impeller. The rugged marks on the hub surface are caused by the step-over of the tool path. Consequently, the machining methodology applied is deemed feasible. (3) An analysis of the residual thickness. This study uses the software package VeriCut to further verify the machining data. The residue and original surface model are compared numerically, and typical residual thicknesses are shown in Fig. 10. When analysing the data, it is found that the materials are cut at a uniform roughness, and that the residual thickness on the hub is 0.4 mm, and its corresponding size on the blade is between 0.2 and 0.3 mm. The result of the residual thickness corresponds well with the preset finish cut allowance,which shows that the tool paths generated by this machining module can achieve the goal with satisfactory precision. 4.2 The feasibility of machining modules The modules proposed in this study generate the rough tool paths applying two kinds of tools with different sets of machining parameters. The machining parameters are shown separately in Table 1. Figures 11a and b show the resulting shapes after cutting for respective cases. Also, no interferences are detected during machining and the surface condition of surface is seen to be acceptable. The semi-finishing process is 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第55页 found redundant and finishing machining can be implemented directly as a result of the fine surface condition received from the rough machining. Analysing the result of both simulations, it is found that a bigger tool with a large cutting depth increases the material removal while maintaining a consistent surface condition. The maximum tool diameter is determined by the space between two adjacent blades. Larger tool diameters will result in a smaller number of tool paths. If the tool diameter is too small, the tool will require higher spindle speeds and has a greater tendency to break. In comparison with the abovementioned tests, it is seen that a ball-mill of 3 mm in diameter, with a shank length of 30 mm, a step-over of 1.2 mm, a cutting depth of 0.8 mm and a residual of 0.3 mm is a better choice in practice. From the simulation results, the rough machining modules are seen to be successful, and the overall verification has shown that the machining methodology and procedure adopted turn out to be practically useful. 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第56页 5. Conclusions The objective of this study was to propose a method to effectively improve the rough machining of the impeller in five-axis machining. A main module developed with the C++ programming language automatically generates the tool path for impeller-like models. Various considerations have been taken to avoid the interference, to shorten the lead time of manufacturing and to reduce the total manufacturing cost. The geometrical characteristics of the centrifugal impeller are studied in this research and a suitable machining methodology introduced accordingly. A rough machining technique and a five-axis machining technology related to the centrifugal impeller are integrated as complete production process planning. Meanwhile, the CL data generated in this research is confirmed through software simulation. Finally, the results of the verification in actual machining prove that the machining methodology and procedure applied are both useful and successful. 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第57页 ： 五轴数控机床被广泛地应用于制造航天航空零件中，涡轮叶轮和其它的几个 专用的模具。这些零件能常有一个复杂的几何外型和用参数或自由曲面来描述。 这个离心式叶轮给出了一个有效的设计和五轴加工能力的完美示范。这个叶轮的 模型表面设计成极其扭曲的形式，它上的叶片彼此间有很大的重叠。如果用传统 的三轴加工来实现，会在刀具与叶片之间严重的碰撞会频繁的出现。对于这种复 杂的几何体，通常要采用五轴加工。比起３轴加工机床五轴加工有更高的效率和 更好的加工质量。有五轴机床刀具轴有两个额外的自由度，让刀轴可以有任意的 加工位置。更重要是，五轴加工可以提高加工精度，效率和加工表面的质量达到 各和各样的产品设计需要。由于五轴机床的高成本及刀具与工件之间比三轴增加 的复杂的位置关系；研发一种数学算法，及随后的正确的刀具位置数据是非常重 要的，对于加工叶轮一个非常重要的任务，形成了一个现在研究的焦点。 为缩短产品的研发周期，使其增加竞争力，计算机辅助设计与计算机辅助 制造被应用在制造过程。有一些ＣＡＭ软件有五轴加工能力去完成整个叶轮的加 工；然而，不存在有效的粗加工功能。鉴于粗加工是一个关键的过程，影响总加 工时间和最终产品的加工精度。这项研究的主要目地是为离心叶轮加工开发五轴 粗加工模块。对于有相似特征的叶轮，开发的模块可以用于产生有效的粗加工刀 路。缩短加工时间，最终减小整个制造成本。这项研究由于他的实用性而最终生 效。 图１描述了一个典型的离心式叶轮和他的主要部件。这个叶轮本身是一个圆 形的旋转体，由15个一样的叶片和一个轮毂组成。在两个叶片间的角度变化是24度。通常，是初步的由空气动力学和流体力学计算得来，轮毂曲线是由优化 的算法得来。轮毂曲线绕着中心轴线旋转形成轮毂表面，压力表面，顶部的边界 和底部的边界。而外围的边界定义外部叶片的边缘，外围边界是由外围边界线绕 中心线的旋转而形成的。 对于相关的离心式叶轮的加工的研究很少。Ｍorishige指出了自由碰撞在 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第58页 基本的3D几何模型产生的粗加工策略中的产生。通过两上参数定义的2D外形 空间被应用于去获得所有的存在的刀具位姿与存在的碰撞之间的关系，并且在表 面的任意点的最佳的刀具位姿被找出。如果上面提到方法被用在离心叶轮，严重 的碰撞不能完全的避免，由于在刀轴与极其扭曲的叶片表面。结果，更多的检查 这时有必要去纠正最终的刀轴。 图1．离心叶轮的表面模型 3 3.1 粗加工是一个去除毛坯上的大量的材料余量和切开形成叶片外形的主要过程。 增加材料的去除量来提高整个加工效率是设计粗加工模场的的关键问题。它不仅 影响整个加工时间，而且也影响叶轮的最终加工精度。进一步说，粗加工后的残 留厚度和表面状况将最终的加工质量。如果残留厚度过大将降低工作效率和过多 的刀具磨损。残留表面状况也影响刀具寿命。如果一些毛刺留在工件表面，可能 需要进一步的半精加工而且可能引起刀具的破损。为了解决上面提到的问题，这 个研究提出了一个加工模型，使力者可以输入一些加工参数，控制刀具路径，切 削深度和残留余量，为叶轮产品的加工提供高效，高精度的加工方法。 离心叶轮是一种典型的设计成部件间重叠的复杂外形的需要用五轴来加工的 零件。在五轴加工中，刀具可以获得任意位置来形成需要的表面。因而，为了更 好的利用专业的几何学特征，这个研究建议一种新的加工方法，让刀具沿着叶片 的导线从轮盖到轮毂表面来去除材料。这样一来，残留余量往往保留在相邻的两 个叶片底部之间。可以看出残留余量提供了一个额外的支持对于叶片，因此在加 工过程中减小可能的振动。刀具的切削深度也经常在建议的策略中，通过侧刃产 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第59页 生一个精加工刀轨，绕着中心轴旋转，是通常的方法。通过这种方法，完成所有 的刀具路径，并且这种方法能阻止碰撞的发生。下面的部分讲述在这个研究中的 粗加工方法提出的详细的描述。 3.2 在进行叶轮精加工刀轨之前，为了获得刀轨一个对于侧铣加工的算法需要清 晰的描画出。对于叶片表面的侧铣加工这个算法是粗铣加工的刀路编制的基础。 叶片面的侧铣加工在图２中描述。初始的刀轴被选择平行于叶片面的导线。实质 上，刀具需要偏离一个刀具半径 在考虑刀具的强度时，圆锥刀具通常被选择来使它的强度达到需要的水平。 在最终的刀轴初定义之前，刀具在导线的内部或处部方向偏移。各自的偏差量不 同，这取决于圆锥刀的尺寸。由于初始的刀轨与导线平行，在标准表面存在过切。 最大的过切发生在导线表面，在法向与其它的标准表面和刀具偏摆的方向是最大 的。 图2 粗铣加工中的刀轴 3.3 怎样在叶片表面产生基础路径已经讨论过了，在这小部分在说明，在两个叶 片之间产生粗加工刀路，通过绕着中心轴旋转基本路径。旋转角取决于残留高度 和掠过高度。进一步说：粗加工刀轨分成两种型式，残余刀路和切削刀路如图５， 下面讲述了他们的区别。 当各自的刀具路径产生，交迭的仿真需要考虑。由于机加工的不规则区域， 很有必在确定是否切削刀路超残余加工的路径。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第60页 图５．产生和修改粗加工刀具路径 叶轮的表面模型在图１中展示出来，在图中轮毂和叶片被展示出在两叶之 间角度是２４度。刀具是直径为3mm球铣刀，刀柄长30mm。选择的切削步距是1.2mm.切深是0.8mm终表工公差是0.3mm。２０个控制切削点和３个加工部分。下面的机械仿真是软件内含有的检验程序包。用这个在两个叶片间的粗加工 仿真在图7中介绍。刀具的加工中的干涉检查用相邻的两个叶来设定。它确定了 这个改进的近似恒定切深的U-V参数方法的可行性。 图７使用Anvil的粗加工仿真 4.1 在粗加工仿真完后，很有必要去详细的检验加工结果。这项工作包括检验刀 具轴的位置，粗加工后的外轮廓和残余层的表面状况，残余层的厚度分析。这项 研究重复的应用固定的刀具去仿真和分析刀具路径，目的是来确定在叶轮上不存 在干涉。分别的工作如下： （1）刀具轴位置的检验。应用MasterCAM软件包的功能来鉴别刀轴位置的正确性。研究的这部分核查被相临的叶片包围的刀片表面和刀路，来探测在刀轴 与叶轮表面间是否发生碰撞。例如：图8所示。做了仔细的检查在刀具轴与叶轮 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第61页 表面之间的干涉没有发生。 图8刀具轴的检验图 9残留模型的轮廓和表面状况 (2) 在叶片的残余模型的轮廓和表面状况研究。在加工仿真后，残余数据转 化成STL格式。STL文件和原始的表面模型到入到Pro/e软件模块中，图9说明了表面图形非常一致，并且残留轮廓符合的相当好。在轮毂的高低不平的表面是 由于刀路的切削步距引起的。结果，加工方法应用起来看起来很有效。 （3）一个残留厚度分析。研究使用的是VERICUT的软件来进一步检查加工 数据。残留量和原始模型在数字上比较，典型的残留厚度在图10中描述出。当分析数据时，发现材料切削有一个统一的粗糙度，并且与叶片尺寸相应在0.2到0.3之间。残留厚度和预先设定的精加工公差相应，这样可以看出，用这种加工 模型产生的刀具路径能够以满意的精度完成整个的加工。 4.2 在这项研究中提议的模型产生的粗加工刀轨应用了两种刀具，使用了两种不 同的加工参数。加工参数分别在表1中列出。图1和图2显示了在各自的加工条 件下的加工结果的外型。在加工过程中没有发生干涉，并且这个表面状况看起来 也可以接受。半精加工过程被认为是多余的，精加工被直接的执行作为最终表面 的加工结果。分析两个仿真的结果，发现比较大的刀具大的切深增加材料的去除 量，同时保持一个稳定的表面状况。最大的刀具直径由相邻的两个叶片间的空间 决定。更大的刀具直径将产生更少的刀具路径数目。如果刀具直径非常小，刀具 将需要更高的主轴转数和更大的破碎趋向。通过比较上面的测试，可以看出3mm直径的球铣刀，刀杆长度为30mm，切削步距为1.2mm，切深为0.8mm，残留高度为 0.3mm的在实际加工中是一个比较好的选择。从这个仿真结果看出，粗加工模 型是成功的，并且这全部的检查说明了加工方法和采用的程序是确实有用的。 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第62页 图10 残留厚度分析 图11a,b不同加工参数的粗加工仿真 图12a,b一个粗加工实验 5 这项研究的目的是提供一个方法在5轴机床上来有效的提高叶轮的粗加工。一个主要的模块是用C++编程语言开发的自动的产生叶轮的加工刀轨。考虑了很 多方面来避免干涉，减少加工时间和总的加工成本。研究的离心叶轮的几何特征 并按照他介绍了合适的加工方法。 和离心叶轮相关的粗加工技术和五轴加工技术作为整个叶轮加工过程是完 整的。同时，产生刀轨数据的通过软件来仿真。最后，这个研究结果通过实际加 辽宁科技学院本科生毕业设计（论文） 第63页 工来检验，证实这个加工技术程序的应用是有用的成功的。