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关键词：
数控技术偏心加工工艺工件定位
目录
第一章前言…………………………………………………………4
第二章偏心工件的车削加工简介
2.1、偏心工件的车削加工方法…………………………5
2.2、传统加工手段分析…………………………………5
2.3、专用夹具车削法……………………………………7
2.4、加工原理……………………………………………8
2.5、偏心垫厚度计算……………………………………9
第三章零件图的分析
3.1、零件造型……………………………………………14
3.2、偏心工件零件的工艺分析…………………………16
3.3、工艺规程……………………………………………16
3.4、生产类型的确定……………………………………17
第四章毛胚的选择
4.1、选择毛胚时的考虑因素……………………………17
4.2、毛胚种类的选择……………………………………17
4.3、毛胚是结构形状和外形尺寸的选择………………17
第五章加工心轴是定位与加工工艺的选择
5.1、定位基准的选择……………………………………18
5.2、心轴的定位方法……………………………………18
5.3、加工方法的选择……………………………………19
5.4、加工顺序的安排……………………………………20
5.5、工序设计……………………………………………20
5.6、机床与工艺设备的选择……………………………20
5.7、刀具材料的选择……………………………………21
5.8、切削用量的选择……………………………………23
第六章完成心轴的加工
6.1、心轴的切削加工……………………………………25
6.2、零件程序编制………………………………………25
6.3、工艺卡片……………………………………………27
第七章小结………………………………………………………30
谢辞………………………………………………………31
参考文献…………………………………………………31
第一章前言
数控车床又称为CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。
数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。
是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。
数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。
数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。
而且随着世界制造业的转移，中国正逐步成为世界加工厂，美国，韩国，英国等国家已经进入工业化发展的高科技密集时代与微电子时代，钢铁，机械，化工等重工业正逐步向发展中国家转移，我国正处于重工业发展中期，所以数控技术的发展对发展中国家的发展尤为重要。
本课题来源于偏心工件零件的生产制造，在设计加工传动机构中偏心工件时，首先要清楚偏心工件在传动机构中所起到的作用。
偏心工件是传动机构完成往复运动相互转换的功能，它根据机械传动的要求，按往复线程的长短，偏心工件能够很好的完成功能转换。
它对机器的工作性能，可靠性和耐久性有很大的影响。
因此在生产时可靠的生产加工工艺和组装工艺是非常重要的。
在本设计的前半部分花了比较长的篇幅讲了有关偏心工件方面的加工工艺，为本次设计作一个详尽的前期准备工作。
夹具设计必须满足工艺要求，结构性能可靠，使用安全，操作方便，有利于实现优质、高产、低耗，改善劳动条件，提高标准化、通用化、系列化水平。
在设计时还应尽量采用有关的国家标准、行业标准、企业标准。
这些都是一个好的夹具产生之前必不可少的条件。
第二章偏心工件的车削加工的简介
2.1偏心工件的车削加工方法
在传动机构中,一般常用偏心工件或曲轴等偏心件来完成回转运动与往复运动相互转换的功能,因此偏心件在机械传动中应用的十分广泛。
偏心件加工工艺水平的高低（特别是大型偏心工件）可以反映出一个企业的机械加工工艺能力。
偏心类工件是轴线与轴线平行但不重合的工件,其中外圆与外圆偏心的工件称为偏心工件,内孔与外圆偏心的工件称为偏心套,轴线之间的距离称为偏心距。
车削加工偏心类工件的方法很多,如三爪自定心卡盘车削法、四爪单动卡盘车削法、双重卡盘车削法、花盘车削法、偏心卡盘车削法、两顶尖车削法和专用夹具车削法。
偏心工件工件在机械加工中比较常见,属于轴类零件中比较难加工的,常见的车削加工方法有三爪车削法、四爪车削法、花盘车削法、三爪微调车削法和专用夹具车削法。
2.2传统加工手段分析
传统加工手段车削加工偏心工件类工件,工件装夹有一定的难度,要求具有较强的操作技能。
在单件或小批量加工偏心工件类零件时,传统的加工手段一般有三爪车削法、四爪车削法和花盘车削法等方法。
（1）三爪车削法
图1-1三爪车削法示意图
三爪车削法车削加工偏心工件类工件,适用车削加工单件小批量、小偏心距、精度要求不高的工件。
这种加工方法需要数学计算,要求操作者有较高的专业理论知识。
三爪车削法车削加工偏心工件类工件,在三爪卡盘的其中1个卡爪上垫1个垫块（见图1-1）,垫块厚度X的计算方法如下:
X=1.5e+k,式中:
X为垫块厚度,e为工件偏心距,k为工件偏心距修正值（其正负按实测结果确定）;
k=1.5△e,式中△e为试切后的偏心距实测误差;
e=e-e测,式中e测为试切后实测偏心距。
这样垫块的厚度尺寸虽确定了,但值得注意的是垫块轴向长度尺寸,其大小直接影响偏心工件轴线的平行度。
实践证明,垫块轴向尺寸小于15mm时,不能保证偏心工件轴线的平行度;
当其大于30mm时,容易保证偏心工件的平行度,有利于保证偏心工件加工精度。
三爪车削法加工偏心工件类工件,从理论上讲非常正确,但在实际应用中可操作性太差,具有以下缺陷。
1）虽明确了垫块的厚度尺寸和轴向长度尺寸,但其材质、加工要求不同也严重影响工件的加工精度,多数满足不了偏心工件的加工要求;
2）找正偏心工件类工件轴线平行度时,必须找正最高侧面母线或最低侧母线与主轴轴线平行,费时费工又不一定取得很好的效果;
3）实测偏心距,百分表最高侧母线与最低侧母线之间的读数差的一半即是偏心距,也就是说百分表触及最高侧母线和最低侧母线的位置误差直接影响偏心距的测量精度,从而直接影响工件的加工精度;
4）卸下工件再次安装时卡盘精度和人为安装因素也直接影响工件的加工精度,很难保证工件精度和互换性。
（2）四爪车削法和花盘车削法
四爪车削法和花盘车削法加工偏心工件类工件,适用于车削加工单件、偏心距较大、精度要求不高的工件。
这种加工方法虽然不需要数学计算和专业理论知识,但要求操作者具有较强的操作技能,装夹工件有一定的难度,也能充分体现操作者的综合能力。
四爪单动卡盘车削法和花盘车削法加工偏心工件类工件,从理论上讲可行,但实际操作性很差,对操作者操作技能的依赖性很强,也同三爪车削法一样具有以下缺陷。
1）找正偏心工件类工件轴线平行度时,必须找正最高侧面母线或最低侧母线与主轴轴线平行,费时费工又不一定取得好效果;
2）实测偏心距,百分表最高侧母线与最低侧母线之间的读数差的一半即是偏心距,也就是说百分表触及最高侧母线和最低侧母线的位置误差直接影响偏心距的测量精度,人为因素直接影响工件的加工精度;
3）工件的找正、测量偏心距比三爪车削法还麻烦、费时;
4）卸下工件再次安装时需重新找正、重新测量偏心距,根本没有互换性可言。
2.3专用夹具车削法
偏心工件类零件传统加工手段和改进三爪车削法虽能完成偏心工件类零件加工的任务,但其加工困难、效率低、互换性和精度难保证的缺陷是现代高效高精加工理念所不容的。
为了降低工人劳动强度、提高偏心零件加工精度和互换性、提高生产效率,经多次与有经验的老师傅探讨,针对批量生产提出了高效加工高精度偏心工件类零件的方案——专用夹具车削法。
为此,我们以简单的偏心套和带钢球回转顶尖结合的专用夹具结构作简单分析,如图1-2所示,此专用夹具设计时主要考虑如下内容:
图1-2偏心套和带钢球回转顶尖结合的专用夹具车削法示意图
1）偏心套偏心距的确定:
偏心套偏心距的基本值与所加工工件的偏心距一致,偏心套偏心距的公差值为所加工工件偏心距公差值的1/3。
2）偏心套与所加工工件的安装配合以H6/h6为宜。
3）偏心套的加工主要考虑其公差值的不同而异,但偏心套与所加工工件的配合孔表面光洁度必须达到Ra0.8以上。
4）工件顶紧顶尖必须是带钢球回转顶尖。
5）工件加工时将偏心套、所加工工件按图2所示安装到车床卡盘上,卡紧适当,再用带钢球回转顶尖将所加工工件适当紧顶,以防工件窜动而影响其加工精度。
6）工件加工完工后,只要将顶尖移开,可取下完工工件,安装未加工工件,重复简单的车工工序即可加工高精度偏心工件工件。
专用夹具车削法具有以下优点:
1）操作性强;
2）对操作者操作技能的依赖性很低;
3）按要求安装即可进行加工,不需找正偏心、工件轴线平行,极大降低了工人劳动强度;
4）零件加工精度不受人为因素的影响;
5）零件加工精度互换性很好;
6）极大提高了生产效率;
7）专用夹具成本不高,经济性良好。
加工精度要求不高、小偏心距、单件或小批量偏心工件类零件的车削加工,适合采用三爪车削法;
加工精度要求不高、偏心距较大、单件偏心工件类零件的车削加工,适合采用四爪车削法和花盘车削法;
加工精度要求比较高、小偏心距、单件偏心工件类零件的车削加工,适合采用三爪微调车削法;
加工精度要求比较高、或批量较大的偏心工件类零件的车削加工,适合采用专用夹具车削法。
2.4加工原理
偏心加工原理：
主要是在装夹方面采取措施，即把需要加工偏心部分的轴线找正到与车床主轴旋转轴线相重合。
2.5偏心垫厚度计算
偏心垫厚度可用以下近似公式计算：
X=1.5e+k
K=1.5△e
△e=e-e测
式中e—工件偏心距mm
K—偏心距修正值，正负值按实测结果定mm
△e—试切后实测偏心距误差，mm
e测—试切后，实测偏心距，mm
第三章零件图的分析
3.1零件造型
件一实体
件二实体
件三实体
3.2偏心工件零件的工艺分析
本次设计是加工两心偏心工件.两心偏心工件的结构相对简单,加工定位的难点在加工偏心外圆上。
由于此偏心工件的偏心轮比较大,在加工轴大端小端的时候需要用心轴作为辅助支承。
取来毛坏后，检查是否存在缺陷。
铣端面加工中心孔，因为中心孔作为后续加工的辅助支承，所以加工时要务求精准，选用高精度镗床。
加工大端外圆，应注重偏心外圆垂直度误差。
在加工时要留有加工余量，以确保下一步的精加工。
加工小端外圆，同样也应注意偏心外圆垂直误差。
加工时应使直径大的余量大些，以方便在加工出现误差过大时作适度调整。
偏心工件的加工主要以轴加工表面为基准，中心孔为辅助基准，故先加工中心孔，然后以中心轴线和轴表面为定位基准加工其他的表面，来保证加工基准和设计基准的统一，从而达到要求的位置精度。
3.3工艺规程
工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。
工艺规程的作用：
（1）工艺规程指导生产的主要技术文件；
（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据；
（3）工艺规程是新建、扩建或改建机械制造厂的主要技术资料。
因此，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。
生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。
工厂或车间的每个工人、技术人员和干部都必须按照工艺规程进行生产，以确保产品质量，提高生产率，降低成本和安全生产。
零件的机械加工工艺规程作用重大，必须认真做好。
3.4生产类型的确定
根据零件的生产纲领来确定生产类型。
生产类型将直接影响工艺规程的内容和生产的组织形式。
偏心工件零件的生产属于中批生产。
因此，工件的互换性好，毛坯多用型材，精度中等，加工余量中等，多采用专用机床、专用夹具（加工精度基本由其保证）等，并且工艺规程要详细、规范。
第四章毛坯的选择
4.1选择毛坯时的考虑因素
1）零件加工的工艺性能及心轴加工对材料组织和性能的要求；
2）零件的结构形状与外形尺寸；
3）零件的生产纲领；
4）现有加工生产条件。
4.2毛坯种类的选择
毛坯的种类分为四种，铸件、锻件、焊接件和型材。
上述零件为形状简单，精度要求高，加工余量小，并且为单件小批生产、生产周期短的小型零件。
综合考虑，应选择型材作为加工零件的毛坯。
4.3心轴毛坯的结构形状与外形尺寸的选择
为了尽量减少零件的机械加工切除量、劳动量和生产费用，节约能源与金属材料，我们可以选择一种与该心轴零件的外形尺寸相接近的毛坯，从上面的零件图中我们可以看出，零件件一可以选择Ф40的圆钢做毛坯。
毛坯长度尺寸为90mm。
件二和件三可以选择Ф40的圆钢做毛坯。
两件总长度为75mm
第五章加工心轴时定位与加工工艺的选择
5.1定位基准的选择：
正确选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容。
在最初的工序中只能选择未加工过的毛坯面为定位基准，称为粗基准，用加工过的表面作定位基准称为精基准。
在加工过程中，必须相应的以一个或几个面为依据来加工其他表面，以达到零件图上的要求。
所以在机械加工中要确定正确的定位基准。
偏心工件粗基准的选择主要遵循粗基准选择的一般原则。
粗基准的选择将会影响各加工面的余量分配和位置精度。
在选择偏心工件的粗基准时，应该考虑以毛坯件自身作为粗基准，工件外表面不用加工。
仍然保持为毛坯面。
对于本工件来说，先加工中心孔，然后将毛坏外圆作为粗基准来加工，这样加工使制造基准和设计基准保持一致。
中心孔的精度要求较高，位子精度要求也较高，一次加工可能难以保证其精度，而对加工余量不均与引起的误差，采用多走一刀来修正。
粗基准最好只使用一次，不要重复使用，以免产生较大的位置误差。
5.2心轴的定位方法：
三爪卡盘定位。
零件为简单的轴类零件，加工面为外圆、端面、倒角，零件只在x，z二个方向上有加工精度要求，根据定位的基本原理可知，零件的毛坯在机床上用三爪卡盘定位时应限制5个自由度，即沿x，y轴方向上的移动和绕x，y轴转动的4个自由度和沿z轴方向移动的一个自由度。
1）、限制x轴方向上的移动是为了减小心轴加工时，在切削力的作用下，由于心轴的定位基准面与三爪卡盘的限位基准面不重合而产生的基准位移误差；
2）、限制x轴方向上的转动是为了减小心轴在车外圆面时，在切削力的作用下，各个外圆面之间的同轴度误差；
3）、限制z轴方向上的移动是为了减小心轴在车削时，由于心轴左右移动而产生的长度方向上的尺寸精度误差；
4）、限制y轴方向上的移动是为了减小心轴在车削时，由于心轴上下移动而产生的圆度误差和同轴度误差；
5）、限制y轴方向上的转动是为了减小心轴在车削时，由于心轴绕y轴转动而产生的同轴度误差；
零件加工时用安装在数控车床上的机用三爪卡盘装夹，装夹时，毛坯的表面应与三爪卡盘的内爪面贴合，利用三爪卡盘的自定心特性定位，由此可知，毛坯的定位方式为：
三爪卡盘限制毛坯的4个自由度，共限制工件的5个自由度。
5.3加工方法的选择
零件的加工方法的选择主要取决于加工表面的技术要求，如粗糙度、尺寸精度，公差等级等，再有，就是和被加工材料、生产类型，技术条件等也有关系。
当明确了上述因素后，就可以根据此来选择加工方法，来满足零件质量、较好的经济性和较高的生产率的要求。
参考《机械制造工艺设计简明手册》，其加工方法选择如下：
（1）检查工件毛坯是否有影响质量缺陷,夹紧后车两端平头，以各待加工面为基面,找正后打中心孔。
（2）先加工大的偏心面,然后依次加工轴面,从粗到细加工。
（3）先加工大的偏心面,然后依次加工轴面,从粗到细加工。
（4）粗车偏心圆外圆。
（5）热处理调质达到技术要求。
（6）夹紧后车两端平头，以各待精加工面为基面,找正后打中心孔。
（7）先加工偏心圆侧面,然后依次加工外圆面,从直径大到小加工,精度达到图上要求。
（8）先加工偏心圆侧面,然后依次加工外圆面,从直径大到小加工,精度达到图上要求。
（9）加工偏心圆外圆。
5.4加工顺序的安排
偏心工件零件的加工方法选择完毕后，就要安排加工顺序。
一般来说，零件的加工顺序可划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段以及光整加工阶段，并依次进行。
但由于本工件毛坏是采用精锻，且工件的要求不是太高，所以本工件是采用粗车，精加工就可以达到这些要求。
为了达到这些要求，工件的各个加工面的加工顺序就不能随意安排，必须遵照一定的原则。
即“先粗后精、先主后次、先面后孔、先基准后其他”。
（1）作为基准的表面应先加工，因为后续工序中要以它作为定位基准，即“先基准后其他”。
本文的工艺过程中，中心孔作为基本的辅助定位基准，故安排其先加工，以保证后续工序的加工精度。
（2）精基准加工完毕后，应对主要加工表面及关键孔进行粗加工、半精加工和精加工。
主要表面的精加工一般放在最后阶段进行，以免受到其它的工序影响，即“先粗后精、先主后次”。
5.5工序设计
工序设计的内容是为某一工序选择机床和工装设备，确定进给量，背吃刀量（切削深度）和切削速度等切削用量，同时选择刀具，量具等设备，以高效、高质量的完成本道工序。
5.6机床与工艺设备的选择：
加工机床的选用：
根据心轴的加工精度和加工要求，以及现有的加工设备，可以选择FANUC系统的数控车床；
加工内容
机床
铣削端面
数控车床
粗车
半精车
精车
5.7刀具材料的选择
材料我们选用硬质合金钢
硬质合金由作为主要组元的难熔金属碳化物和起黏结相作用的金属组成的烧结材料，具有高强度和高耐磨性。
它是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。
硬质合金广泛用
作刀具材料，如车刀，铣刀，刨刀，钻头，镗刀等用于切削铸铁，有色金属，塑料，化纤，石墨，玻璃，石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢，不锈钢，高锰钢，工具钢等难加工的材料。
现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的几百倍。
性能特点
①硬度高（86-93HRA，相当于69-81HRC）;
②热硬性好（可达900-1000℃）
③耐磨性好
④硬质合金刀具比高速钢切削速度提高4-7倍，刀具寿命高5-80倍。
制造模具，量具，寿命比合金工具钢高20-150倍。
可切削50HRC左右的硬质合金材料。
但硬质合金脆性打，不能进行切削加工，难以制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接，粘接，机械夹持等方法。
分类与牌号
①钨钴类硬质合金
主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（CO）
其牌号是由“YG”（硬，钴两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。
例如，“YG”，表示平均WCO=8%，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。
TIC刀具
②钨钛钴类硬质合金
其主要成分是碳化钨，碳化钛（Tic）及钴
其牌号由“YT”（硬，钛两字的汉语拼音首字）和碳化钛平均含量组成
例如，YT15，表示平均WTi=15%，其余为碳化钨和钴含量的钨钛。
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