无人机花键传动轴加工工艺设计

2 加工工艺方案分析

采用CAD软件绘制本次设计的无人机花键传动轴零件二维图纸，并对零件图纸进行精确分析，读取本次加工过程的各种相关要素，合理选择零件所需的毛坯尺寸和材料要求。确定零件的加工方式以及加工路线，采取一套合理的加工工艺方案。
2.1 零件分析
本次设计目标零件图如图2.1所示。是无人机花键传动轴，是无人机上重要的零部件。根据图纸我们读取想关的零件加工要素，部分重要位置的加工要求以及整体的加工要求。设计目标为花键传动轴轴，根据图纸，我们可以基本了解本次设计的无人机花键传动轴为采用标准化参数设计的，在加工方案的选择上，采用标准化设计的花键轴将减低一些加工难度。
从图纸信息显示，本次设计的目标主体为阶梯轴，大致可以分为5段，从左到右分别为直径为Φ26mm、Φ30mm、Φ34mm、Φ30mm、Φ20mm的圆柱体，左右两侧分别有两个退刀槽，右侧为宽度2mm，直径18mm的退刀槽。左侧为宽度3mm，直径20mm的退刀槽。其中本次加工最重要的要素花键在直径为Φ26mm的圆柱面上，为6mm×23mm×26mm×6mm的标准化矩形花键。在直径为Φ20mm的右侧圆柱面上有一个采用标准化参数设计的矩形键槽。位于左侧端面有一个M12x1，深度为20mm的螺纹孔。以上为本次设计零件的组成要素。
在本次加工的无人机花键传动轴上，两个直径为Φ30mm的圆柱面与直径为Φ20mm的圆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较高，在加工时，需要根据客户提供的零件要求，满足客户的具体需求，严格按照尺寸精度进行加工，得到合格的零部件。
综上所述本次设计的无人机花键传动轴的一些位置加工精度较高水平，需要合理设计加工方案，选择恰当的切削速度，切削深度与进给量，选择合适的毛坯棒料和不同规格的刀具。

图2.1 花键传动轴零件图

3 加工方案设计

3.1 车削加工方案设计
数控车床是使用最广泛的数控机床之一。根据以上制定完备的工艺路线，我们已经知道了本次加工需要数控车床进行加工，数控车床主要用于加工各种回转表面。如内外圆柱面、圆锥面、回转体成型面、环形槽、端面及螺纹，还可进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花等加工[23]。
3.1.1 车削加工设备的选择
在加工设备的选择上，结合在学校所接触到的以及实习企业接触到的数控设备。综合考虑后选取CK6140数控车床来进行数控加工。设备的参数具体如表3.1：
表3.1机床参数
主要内容 参数
中心高（mm） 205
最大回转直径（mm） 400
刀架最大回转直径 210
刀架最大回转行程 280
电机（kw） 4.5
中心距（mm） 750
主机外形（mm） 2200x900x120
重量（kg） 1600

3.1.2 车削夹具的选择
夹具决定工件在机床坐标中的位置，因此在加工过程中使用的夹具必须能够保证机床坐标系中工件的精确坐标方向。我们使用的夹具也必须适合机床坐标系中工件的尺寸。一般常用的通用夹具有三爪卡盘、虎钳，除此之外还有专用夹具，但是一般考虑经济等原因，一般优先考虑选用通用夹具为加工的夹具。本次加工夹具采用三爪定心卡盘，在夹紧时能够自动地对工件进行中心定位[24]。使用三爪卡盘时，为了确保足够的夹紧力，必须保持20mm或更长的夹紧长度。具体的三爪卡盘结构图如图3.1所示。

图3.1 三爪定心卡盘

4 样件加工

根据本次设计的加工方案对零件进行样件加工。本次无人机花键传动轴样件加工通过CK6140数控车床以及X5020A立式铣床两种不同的数控设备相互配合共同加工完成，采用的刀具包括外圆车刀、切槽刀、外螺纹车刀、键槽铣刀与成型花键铣刀等多种类型，因为刀具在不断地加工中会有磨损，造成实际尺寸的不同，所以在设置加工参数上也会与理论上的数值不同。具体的零件加工过程较设计的方案出入不大，在加工完成后，对加工后的零件进行检测，检测结果符合零件图纸要求，随着样件的顺利加工完成，标志着本次机械加工工艺方案设计的完成。最终得到的样品如图4.1所示。

图4.1 无人机花键传动轴样品

5 加工质量检测

5.1 加工质量检测
我在加工零件的整个过程中，遇到了很多的问题，这些问题来自于不同的方面。有来自于机床上的问题也有来自于加工方面的问题，在这些问题的解决上，我问过老师，也问过同学还上网查过资料。我通过各方对我的帮助和支持，很好的解决了这些问题，以下就是加工质量问题的分析：
首先，我们在机床的选择上选择了CK6140，机床的加工精度还不够高。
其次，零件的加工精度受夹具和刀具的影响。我在加工过程中遇到径向或者端面跳动的情况，分析原因发现这是因为夹具没有装夹平衡，从而导致产生误差。在加工过程中还遇到过工件产生误差或者粗糙度偏大的问题，分析原因发现，刀具在加工过程中发热以及刀片装夹不稳定造成的。我们对刀的精确程度也深深影响着加工精度。当我们采用手工对刀的方式时，会有对刀不准确产生误差的事情发生。
最后，冷却液也能影响到零件的加工精度。在加工时，工件与道具摩擦会产生大量的热，从而导致工件热变形，同时也会加剧刀具的损坏程度。因此，选择合理的冷却液以及冷却方式显得非常重要，他们会直接影响加工精度。除上述原因之外，还有些原因，如：机床主轴本身有摆动情况、机床有振动、刀刃太长，刀具硬度不够等等都会影响到加工精度和光泽度。
5.2 改善方法
我们可以通过两种方式来改善，第一我们可以对车床进行定期的维护和保养，第二当我们发现有磨损的零件时应该进行及时更换。通过这两种方式可以提高精度。通过把车床的精度定期调校、对刀时提高精度等方法也可以降低误差。
在加工零件时，尽量选择刚度大、刀刃短的刀具来使用。同时，在加工的过程中为达到降低切削力的目的，应该优先采用高转速，快进给；小切深，大切宽的工艺参数。

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