论文：双偏心孔螺纹薄壁套的造型和数控加工Word格式文档下载.doc
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5．3梯形螺纹的车削方法 32
小结 34
致谢 35
结束语 36
参考文献 37
附录 38
摘要
本文利用UG强大的建模和仿真加工功能，从双偏心孔螺纹薄壁套的造型和数控加工的理论与方法两方面进行了研究，编制了合理的工艺方案和加工程序，在数控加工中心加工，双偏心孔螺纹薄壁套整体加工质量满足了工业生产的需要，使用大型CAD/CAM软件对产品进行设计和数控加工是现代制造技术研究中不可缺少的重要内容，代表着制造业的发展方向和趋势。
数控加工是当前制造业领域的一个重要研究方向，依靠CAD/CAM强大的三维造型和加工功能方便快捷的进行设计和加工，真正的实现CAD／CAM一体化进程，保证了零件顺利设计制造，大大缩短了产品设计制造周期，提高了产品质量。
关键词：
数控加工；
建模技术；
CAD；
CAM；
绪论
毕业设计是我们对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。
就自己个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后打下一个良好的基础。
本设计书是根据数控加工综合设计的，数控机床已成为国家先进制造技术的基础设备，并关系到国家发展的战略地位，从20世纪中叶数控技术出现以来。
数控机床给机械制造带来了革命性的变化，数控加工具有自动化，高效率，适应性强，精度高等特点。
现代数控加工正向高速化，高精度化，高柔性化，高一体化和智能化方向发展。
本毕业设计内容主要是详叙如何对轴类进行工艺分析，大致包含了零件的分析、毛坯、工艺规程设计及加工程序的编制，另外还分了毕业设计小结、参考文献等版块。
数控加工工艺分析是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们更深了解了相关学科中的基本理论、基本知识，以及理论实践相结合，同时对本专业有了较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。
本毕业设计内容主要是如何工艺分析典型的轴类零件，基本含概了我们所学到的所有专业知识。
我以严谨务实的认真态度进行了此次设计的编写，但由于知识水平与实际经验有限，在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请位评审老师能给于批评和指正。
第1章零件的图样分析
1.1零件的尺寸要求
如图1-1所示：
图1-1
1.2零件的图样分析
1.2.1零件的形状及主要加工表面的尺寸
该零件表面有圆柱、梯形螺纹及槽等表面组成。
含有内孔加工，内孔中有莫氏3号锥孔及内槽构成。
其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；
圆柱表面和内孔表面的直径尺寸精度要求严格，而轴肩与轴颈的长度精度要求较为严格。
1.2.2零件的形位公差分析
加工精度要求：
左端对中心线的跳动为0.05mm，左端面上有2处1×
15°
的倒角、梯形螺纹两牙的夹角为30°
，左端两内孔的偏心距为（14±
0.02）mm。
1.2.3零件表面粗糙度分析
表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。
从零件图样可知：
外槽、内槽及内孔的粗糙度为Ra1.6um,其余的粗糙度Ra3.2um。
1.2.4零件的设计基准
该零件的中心线是各外圆和内孔的设计基准，也是圆柱面的跳动误差的设计基准。
螺纹左端面是轴肩右端面和圆柱右端面的设计基准，而圆柱右端面则是梯形螺纹设计基准。
第2章毛坯的选择
2.1毛坯的种类
常用的毛坯种类有铸件、锻件、压制件、冲压件、焊接件、型材和板材等。
（1）铸件：
适用于形状复杂的毛坯，薄壁零件不可用砂型铸造，尺寸大的铸件宜用砂型铸造，中、小型零件可用较先进的铸造方法。
铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。
（2）锻件：
适用于零件强度较高、形状较简单的零件。
（3）型材：
型材有热轧和冷轧两种。
热轧型材的尺寸较大，精度低，多用作一般零件的毛坯；
冷轧型材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中、小零件，适用于自动机床加工。
（4）焊接件：
是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件，对于大件来说，焊接件简单、方便，但焊接后变形大，需经时效处理。
（5）冷冲压件：
可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。
但因冲压模具昂贵仅用于大批大量生产。
适用于形状复杂的板料零件，多用于中、小尺寸零件的大批量生产。
2.2毛坯种类确定
由于轴类零件的毛坯一般选择钢材，而且力学性能较低，则毛坯种类选择型材。
型材是具有一定的几何形状断面的轧制材料，型材按其截面形状分类有圆钢、方钢、角钢、线材以及各种异型钢等，这些材料按一定的长度切断即可成为零件的毛坯。
根据零件的图形看出选形状类型为圆钢的最为合适。
2.3毛坯尺寸及形状选择
选择毛坯形状和尺寸总的要求是：
减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。
毛坯形状要力求接近成品形状，减少机械加工的劳动量。
在采用数控加工时其加工表面应有较充分的余量，根据图纸所规定的尺寸，毛坯尺寸选φ70mm×
100mm为最佳。
第3章车床的选择
选择机床时主要考虑以下因素：
（1）机床规格应与工件的外形尺寸相适应，即大件用大机床，小件用小机床。
（2）机床精度应与工件加工精度要求相适应。
机床精度过低，不能保证加工精度；
机床精度过高，又会增加工件的制造成本，应根据工件的精度要求合理选择。
（3）机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。
单件小批生产用通用设备或数控机床，大批大量生产应选高效专用设备。
（4）与现有的条件相适应。
要根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定机床，避免“闭门造车”。
3.1车床的主要分类
车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。
在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。
车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。
卡盘式数控车床这类车床没有尾座，适合车削盘类（含短轴类）零件。
卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。
其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。
夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪（即软卡爪）。
3.2车床的主要参数
表3.1CK6140数控机床的主要技术参数
项目
技术参数
加工范围
车床上的最大回转直径/mm
Φ400
床鞍上的最大回转直径/mm
Φ180
最大车削直径/mm
Φ240
最大工件长度/mm
1000
最大车削长度/mm
800
主轴
主轴通孔直径/mm
Φ52
主轴头形式（r/min）
ISO702/ⅡNo.6
主轴转速（r/min）
36-2000
高速（r/min）
17-2000
中速（r/min）
95-1200
低速（r/min）
36-420
主轴电动机功率/KW
5.5（变频）
尾座
套筒直径/mm
Φ55
套筒行程（手动）/mm
120
尾座套筒锥孔
120MTNo.4
刀架
快速移动速度（m/min）
3/6
刀位数
4
刀方尺寸/mm
20х20
X向行程/mm
200
Z向行程/mm
机床定位精度
X/mm
0.030
Z/mm
0.040
机床重复定位精度
0.012
0.016
根据被加工的零件外形、长度、和材料等条件，故选用CK6140卧式数控车床。
第4章零件的工艺规程设计
4.1夹具及量具的选择
在机械加工过程中，为了保证加工精度，固定工件使之占有确定位置，以接受加工或检测的工艺装备统称为机床夹具，简称夹具。
例如，车床上使用的三爪自定心卡盘。
4.1.1夹具的选择
为保证加工精度，在数控机床上加工零件时，必须先使工件在机床上占据一个正确的位置，即定位，然后将其夹紧。
这种定位与夹紧的过程称为工件的装夹。
用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具。
车床主要用于加工内外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹及端平面等。
上述各表面都是绕车床主轴轴心的旋转而形成的，根据这一加工特点和夹具在车床上安装的位置，将车床夹具分为两种基本类型：
一类是安装在车床主轴上的夹具，这类夹具和车床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转，除了三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖等通用夹具或其他机床附件外，往往根据加工的需要设计出各种心轴或其他专用夹具；
另一类是安装在滑板或床身上的夹具
（1）三爪自定心卡盘是车床上最常用的自定心夹具。
它夹持工件一般不需要找正，装夹速度较快。
是一种常用的自动定心夹具，装夹方便，应用较广，但它夹紧力较小，不便于夹持外形不规则的工件，一般适用于装夹轴类、盘套类零件。
（2）四爪单动卡盘其四个爪都可单独移动，安装工件时需找正，夹紧力大，适用于外形不规则、非圆柱体、偏心、有孔距要求（孔距不能太大）及位置与尺寸精度要求高的零件。
四爪单动卡盘装夹操作须知：
a.应根据工件被装夹出的尺寸调整卡爪，使其相对两爪的距离略大于工件直径即可。
b.工件被夹持部分不宜太长，一般以10-15mm为宜。
c.为了工件表面被夹伤和找正工件时方便装夹位置应垫0.5mm以上的铜皮。
d.在装夹大型、不规则工件时，应在工件与导轨面之间垫放防护木板，以防工件掉下，损坏机床表面。
用四爪单动卡盘找正偏心工件（单件或少量）比三爪自动定心卡盘方便，而且精度高，尤其在双重偏心工件加工中更能显示出优势。
一般情况下，工件的偏心距在4.5mm范围以内时，直接用百分表按上述找正办法即可完成找正工作。
根据零件图尺寸要求，工件偏心距为4±
0.06mm。
（3）花盘与其他车床附件一起使用，适用于外形不规则、偏心及需要端面定位夹紧的工件。
（4）心轴常用心轴有圆柱心轴、圆锥心轴和共花键心轴。
圆柱心轴主要用于套筒和盘类零件的装夹；
圆锥心轴（小锥度心轴）的定心精度高，但工件的轴向位移误差加大，多用于以孔为定位基准的工件；
花键心轴用于以花键定位的工件。
根据上述介绍，双偏心孔螺纹薄壁套零件在加工外轮廓时可选三爪自定心卡盘进行装夹、在钻偏心中心孔时可选用四爪单动卡盘进行装夹。
4.1.2量具的选择
数控加工主要用于单件小批生产，一般采用通用量具，如游标卡尺、百分表等。
对于成批生产和大批大量生产中部分数控工序，应采用各种量规和一些高生产率的专用检具与量仪等。
量具精度必须与加工精度相适应。
由图可知：
测量零件总长时需用钢直尺规格为300mm，测量外径用游标卡尺规格为0mm～150mm，测量内径深度用游标深度尺规格为0mm～150mm，为保证精度更精确还需用千分尺规格为25mm～50mm，为保证偏心距在公差范围内还需用磁座百分表、内径百分表规格分别为20mm～50mm、18mm～35mm，由于图中有外螺纹所以还需用螺纹环规格为M27×
1.5，各处的倒角需用万能角度尺测量。
4.2刀具的选择
选择刀具应考虑的要素：
（1）被加工工件材料的类别
（2）被加工工件材料性能
（3）切削工艺的类别
（4）被加工工件的几何形状、零件精度和加工余量等因素
（5）要求刀片能承受的切削用量
（6）生产现场的条件
（7）被加工工件的生产批量，影响到刀片的经济寿命。
数控机床刀具的特点：
（1）刀片和刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化。
（2）刀片和刀具材料及切削参数与被加工工件的材料之间匹配的选用原则。
（3）刀片和刀具的耐用度及其经济寿命指标的合理化。
（4）刀片及刀柄的定位基准的优化。
（5）刀片及刀柄对机床主轴的相对位置的要求高。
（6）对刀柄的强度、刚性及耐磨性的要求高。
（7）刀柄或工具系统的装机重量限制的要求。
（8）对刀具柄的转位，装拆和重复精度的要求。
（9）刀片及刀柄切入的位置和方向的要求。
（10）刀片和刀柄高度的通用化、规则化、系列化。
（11）整个数控工具系统自动换刀系统的优化。
4.2.1刀具的材料
数控机床刀具从制造所采用的材料上可以分为：
高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具，立方氮化刀具，聚晶金刚石刀具。
目前数控机床用得最普遍的刀具是硬质合金刀具。
在金属切削领域，金属切削机床的发展和刀具材料的开发是相辅相成的关系。
刀具材料从碳素工具钢到今天的硬质合金和超硬材料（陶瓷、立方氮化硼、聚晶金钢石等），都是随着机床主轴转速提高、功率增大，主轴精度的提高，机床刚性的增加而逐步发展的。
同时由于新的工程材料（耐磨、耐热、超轻、高强度、纤维等）不断出现，也对切削刀具材料的发展起到了促进作用。
目前金属切削工艺中应用的刀具材料，碳素工具钢已被淘汰，合金工具钢也很少使用。
总之，上述五大类刀具材料，从总体上分析，材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低，直到高速钢。
而材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。
在数控机床、车削中心、加工中心等现代机床中，采用最广泛的是硬质合金和高速钢这两类。
因为这两类材料从经济性、成熟性、适应性、多样性、工艺等各方面，目前综合效果都优于陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石等刀具材料。
4.2.2车刀种类与用途
数控切削常用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成行车刀。
（1）尖形车刀
以直接切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。
这类车刀的刀尖（同时也称为其刀位点）由直线形的主、副切削刃构成，如93°
内外圆车刀、左右端面车刀、切断（车槽）车刀及刀尖到棱很小的各种外圆和内孔车刀。
（2）圆弧形车刀
圆弧形车刀是较为特殊的数控加工车刀，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上，圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。
（3）成形车刀
俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车到刀刃的形状和尺寸决定。
在数控加工中，应尽量少用或不用成形车刀。
综上所述，很具零件图样的尺寸要求，刀具应选尖形车刀。
选择外圆车刀应考虑零件上圆弧面的圆弧大小，选择内孔刀具的考虑要点：
镗孔刀具的选择，主要问题是刀杆的刚性，要尽可能地防止或消除振动
（1）尽可能选择大的刀杆直径，接近镗孔直径
（2）尽可能选择短的刀臂（工作长度），当工作长度小于4倍刀杆直径时可用钢制刀杆，加工要求高的孔时最好采用硬质合金制刀杆。
当工作长度为4～7倍的刀杆直径时，小孔用硬质合金制刀杆，大孔用减振刀杆。
当工作长度为7～10倍的刀杆直径时，要采用减振刀杆（3）选择主偏角大于75°
，接近90°
（4）选择无涂层的刀片品种和小的刀尖半径（5）精加工采用正切削刃刀片和刀具，粗加工采用负切削刃刀片和刀具（6）镗深的盲孔时，采用压缩空气或冷却液（7）选择正确的、快速的镗刀柄夹具
由零件图与上述可知：
粗车及平端面选用主偏角为93°
的硬质合金刀；
为防止副后刀面与工件表面发生干涉，应选择较大的副偏角，必要时可作图检验。
Kr′=35°
加工轴颈时，选用主偏角为45°
为防止副后刀面与工件表面发生干涉，选择Kr′=45°
由零件图可知，内孔是通孔所以选用通孔车刀，通孔车刀是车台阶孔或通孔用的，切削部分的几何形状基本上跟偏刀相同。
它的主偏角大于90°
（Kr=92°
～95°
）刀尖在刀柄的最前端，刀尖到刀柄外端的距离a应小于内孔半径R，否则孔的底平面就无法车平。
车内孔台阶时，只要不碰即可。
因此车内轮廓时选用主偏角为92°
的硬质合金刀
车内孔时选用主偏角为93°
的内孔车刀
精车左边外轮廓时选用主偏角为93°
的硬质合金左偏刀
精车右边外轮廓时选用主偏角为93°
车螺纹时选用主偏角为30°
的硬质梯形螺纹合金刀
根据零件需要的尺寸选用宽度为10mm的硬质合金切槽刀
在钻偏心中心孔时选择不带护维（A型），基本尺寸为2的中心钻
在钻中心孔时选择A3的中心钻
在加工左边内孔时选用φ28的高速钢钻头
4.3零件的装夹方式和定位基准
4.3.1装夹方法
数控车床上零件安装方法与普通车床一样，要尽量选用已有的通用夹具装夹，且应注意减少装夹次数，尽量做到在一次装夹中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。
零件定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。
加工零件时一般常用的装夹方法有外梅花顶尖装夹、内梅花顶尖装夹、中心架装夹、锥形心轴装夹、胀力心轴装夹、带花键心轴装夹等几种装夹方法。
以下简单介绍这几种装夹方法：
外梅花顶尖装夹，顶尖顶紧即可车削，装夹方便，迅速。
适用于带孔工件，孔径大小应在顶尖允许的范围内。
内梅花顶尖装夹，顶尖顶紧即可车削，装夹简便，迅速。
适用于不留中心孔的轴类工件，需要磨削时，采用无心磨床磨削。
中心架装夹，三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘配合中心架紧固工作，切削时中心架受力较大。
适用于加工曲轴等较长的异形轴类工件。
锥形心轴装夹，心轴制造简单，工件的孔径可在心轴锥度允许的范围风适当变动。
适用于齿轮拉孔后精车外圆等。
胀力心轴装夹，心轴通过圆锥的相对位移产生弹性变形而胀开把工件夹紧，装卸工件方便。
适用于孔与外圆同轴度要求较高的工件外圆车削。
带花键心轴装夹，花键心轴外径带有锥度，工件轴向推入即可夹紧。
适用于具有矩形花键或渐开线花键孔的齿轮和其他工件。
根据上述可知：
毛坯钻中心孔时采用的装夹方法为三爪自定心卡盘夹外圆。
粗车外圆至φ56mm×
40mm和φ65mm×
55mm时采用三爪自定心卡盘定心夹紧。
精车端面和钻中心孔，采用的装夹方法为三爪自定心卡盘夹外圆。
精车外圆时采用采用三爪自定心卡盘定心夹紧。
在钻偏心中心孔时选用四爪单动卡盘垫入适当垫片保证偏心装夹外圆，由于该零件质量较小，所以不需加重。
在加工轴颈时采用顶两端的方式装夹，为保证加工的零件不发生受力变形和提高加工精度，在加工时用拨杆辅助加工。
精车外轮廓时运用螺纹塞规和螺纹环规辅助工具与三爪自定心外圆配合装夹。
4.3.2定位基准
在制订工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。
因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。
基准是零件上用来确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。
按其功用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。
1）设计基准
设计基准是在零件图上所采用的基准。
它是标注设计尺寸的起点。
2）工艺基准
工艺基准是在工艺过程中所使用的基准。
工艺过程是一个复杂的过程，按用途不同工艺基准又可分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。
选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择精基准，再选择粗基准。
4.3.3精基准与粗基准的选择原则
选择精基准时，主要考虑保证加工精度和工件安装方便可靠，其选择原则如下：
（1）基准重合原则
即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
（2）基准统一原则
采用同一组基准，定位加工零件上尽可能多的表面这就是基准统一原则。
（3）自为基准原则
某些加工要求加工余量较小且均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准
（4）互为基准原则
当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。
（5）便于装夹原则
所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。
选择粗基准时，主要要求保证各加工面又足够的余量，使加工面与不加工面的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面，具体选择时应考虑下列原则：
（1）选择重要表面为粗基准。
（2）选择不加工表面为粗基准。
（3）选择加工余量最小的表面为粗基准。
（4）选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准。
（5）粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。
实际上，无论精基准还是粗基准的选择，上述原则是不可能同时满足，有时还是互相矛盾的。
因此，在选择时应根据具体情况进行分析，权衡利弊，保证其主要的要求。
4.3.4基准的确定
第一道工序粗车外圆至φ56×
40mm根据互为基准原则选择右端外圆φ70mm的中心轴线为粗基准。
第二道工序粗车外圆至φ65×
55mm,根据互为基准原则选择左端外圆φ56mm的中心轴线为精基准。
第三道工序钻中心孔所需要的定位基准为外表面与中心轴线。
第四道工序加工内孔至φ45×
40mm，根据互为基准原则选择外圆φ65mm的中心轴线为精基准。
第五道工序用10mm的切槽刀加工35×
φ54的槽。
根据基准重合原则与基准统一原则选择中心轴线和最左端端面为定位基准。
第六道工序用梯形螺纹刀加工Tr65×
16（P4）-7e的梯形螺纹。
第七道工序精加工φ25H7和φ10H7的偏心孔，根据基准统一原则选择中心轴线为定位基准。
第八道工序精加工莫氏3号锥孔，根据基准统一原则选择中心轴线为定位基准。
第九道工序用10mm的内切槽刀加工35×
φ50的内孔槽，根据基准重合原则与基准统一原则选择中心轴线和最右端端面为定位基准。
4.4加工工艺路线的确定
4.4.1加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。
为保证加工质量和合理地使用设备、人力，零件的加工过程通常按工序性质不同，可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。
（1）粗加工阶段其任务是切除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，其主要目标是提高生产率。
（2）半精加工阶段其任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备。
并可完成一些次要表面加工。
（3）精加工阶段其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙要求。
主要目标是全面保证加工质量。
划分加工阶段的目的在于以下几个方面：
保证加工质量、合理使用设备、便于及时发现毛坯缺陷
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