零件分析

零件分析（精选12篇）

零件分析 篇1

引言

在日常工作中, 薄壁件在能够保证其功能的同时用料少、质量较轻, 所以一般情况下, 对于薄壁件的生产需求还是比较大的。但薄壁件的轴向尺寸小, 装夹基准面小, 很容易发生变形, 难以保证加工质量, 因而其加工成了行业内的棘手问题。本次研究的水电蜗壳厚12mm, 最小直径479.4mm, 最大直径1860mm, 厚度与直径比为1∶40~1∶155, 很显然, 该零件大部分的厚度与直径比大于1∶50, 所以本次课题要研究的水电蜗壳是一个非常典型的薄壁件零件。

1 工艺基准及工艺块的选择

1.1 零件的结构分析

该零件主要由薄壁蜗壳、座环、固定导叶、法兰盘、支脚等组合而成, 其中薄壁蜗壳是由四个单体件通过螺栓联接而成, 其中每个单体件都是由类似于图1所示的几个单体蜗壳焊接而成, 固定导叶与上下座环通过焊接联接在一起, 座环与蜗壳同样是通过焊接并以法兰盘联接在一起, 支脚分别同蜗壳与座环焊接成一个整体。

整体座环是由4个1/4座环联接而成, 为了保证蜗壳能够起到导流作用, 这4个座环必须处在同一水平面上, 按照图纸要求2个水平面的平行度误差必须≤0.05mm。由于这4个面是通过法兰盘联接而成, 因此这些法兰面的加工精度与安装精度相对而言要比较高, 孔的位置精度要求更加高, 这样才能保证2个水平面的平行度满足要求。

1.2 装夹方式的选择及工艺块的制作

此次加工的水电蜗壳由于体积比较大, 且是单件小批量生产, 加工较为复杂, 所以采用画线找正装夹。此方法是先在水电蜗壳上按照零件图画出蜗壳中心线、各法兰面加工线以及408h7上、下平面加工线;再将工件装上机床, 按照画好的线找正工件在机床上的装夹位置, 进而完成对此蜗壳零件的装夹。

由于水电蜗壳是一个非常典型的薄壁类零件, 在装夹过程中如果直接受力则很容易导致其变形, 从而影响零件的加工精度, 可以考虑添加工艺块来辅助定位装夹。因为蜗壳上有法兰, 其相对于薄壁的厚度要大一些, 因此, 选择在法兰上添加80 mm×80mm×60mm的长方体工艺块;另外还在座环面上添加工艺块, 考虑到座环上、下两面都要加工并且长方体工艺块容易导致加工时零件的左右滑动, 因此选择“L”型工艺块来防止工件的上下与跳动滑动, 工艺块的位置应该避开孔及台阶面, 基本上处于中间位置, 首先远离支脚, 其次受力较为均匀, 便于三点找正。工艺块的焊接及形状如图2所示。

1.3 工艺基准的选择

在蜗壳的加工过程中, 首先确定某点或某线、面的位置, 并以这些点、线、面作为参照进行加工, 这些点、线、面就是加工这个零件的基准。根据产品自身的特性, 我们在加工时有选择性地对工艺基准进行挑选, 以两大原则 (基准重合原则、基准统一原则) 为守则, 对蜗壳进行基准优化选择。

a) 基准重合原则:一般情况下, 尽可能选用设计基准作为定位基准。此次加工的水电蜗壳由于是一个非常典型的薄壁类零件, 在实际加工与设计的时候, 两者的基准不相重合, 主要是由于薄壁类零件本身在加工的时候需要考虑到受力、受热等产生变形, 所以需要添加辅助工艺块来加工。则设计基准是蜗壳中心, 而定位基准是添加的辅助工艺块, 那么定位基准与设计基准是不重合的, 自然不能按照设计基准来定位, 否则容易造成误差。

b) 基准统一原则:尽可能选择同一个定位基准来加工不同的表面。这样有利于保证各个加工表面之间的位置精度。比如, 在蜗壳的加工中, 使用端面铣刀铣法兰面以及在法兰面上加工孔的时候, 采用的是同一个基准, 没有移动或者翻动零件, 以此来保证基准统一。

2 工艺路线分析及执行

由于本次加工的水电蜗壳是由4个单体件组合起来的, 那么就必须保证4个单体件在加工完成之后能够组装在一起, 如果同时将这8个合缝法兰面全部加工完成, 这样肯定会节省工作时间, 而且整个工艺过程也会变得简单许多。但是在实际的机加工生产中, 由于零件的加工时存在各种各样的误差, 有机床误差、操作误差以及刀具磨损等, 且这4个单体件能够在保证图纸要求的精度范围内装配合格的几率是相当小的, 所以需要采用单体加工、两两拼装再加工与合装加工相结合来完成。

2.1 拼装方式选择

2.2 拼装注意事项

在拼装的时候必须满足两部件位置精度的要求, 由于蜗壳件比较大而笨重, 为保证两座环面的平面度误差小于0.05 mm, 所以必须采用打销孔、装入销子的方式来定位, 从而保证精度。

2.3 合装注意事项

在合装的过程中要注意先将销子定好, 然后再将螺栓、螺母紧固好, 由于在螺栓、螺母松开的时候, 在自身重力差以及螺栓的支撑产生的扭转力的作用下, 两个座环面之间产生了落差, 从而有了台阶面的产生, 所以在紧固螺栓、螺母的时候必须要用千斤顶将较低的一个座环面托起, 使得两个面在螺栓、螺母紧固好之后能够平行或者平行度误差在0.05 mm以内, 才能够继续下一环节即合装后的加工。合装完成如图5所示。

2.4 零件检验

该水电蜗壳的材料为普通钢材, 且为焊接件, 有可能在焊缝处留有缺陷, 或者在加工过程中受到拉伸导致零件表面产生缺陷, 为了使加工出来的产品能够达到预期的要求, 因此必须对零件进行探伤。

2.4.1 探伤方式介绍

常用的三种探伤方式 (PT, UT, MT) 各有其优缺点和适用范围, 简介如下:

1) 渗透探伤 (PT) :零件表面出现开口缺陷时, 渗透剂将会渗透进去;去除表面多余的试剂后, 喷上显像剂, 可以将渗透进去的试剂吸出来并在表面构成印记。适合探测部位:1坡口表面;2碳弧气刨清理完的刨槽表面;3焊缝清除后的刨槽表面;4工卡具铲除的表面;5不便于MT探伤部位的表面开口缺陷。适用性:1金属材料和非金属材料;2磁性和非磁性材料;3焊接、锻造及轧制等加工方法;4具有较高的灵敏度;5显示直观, 操作方便, 价格低廉。缺点:1只能检测出表面开口的缺陷;2只能检测出缺陷的表面分布;3灵敏度没有MT高。

3) 超声波探伤 (UT) :超声波在工件内部反射、透射, 在缺陷处产生异常的波形通过图像显现出来, 则此处即为工件内部的缺陷处。适用性:1适合对各种材料进行检测;2可对较厚工件进行内部缺陷检测;3善于检测出面积型缺陷;4检测成本低, 速度快;5无害无污染, 使用方便。局限性:1难检测不规则零件;2由于缺陷在内部, 所以难以直接看到3零件材质会对结果产生偏差。

2.4.2 探伤方式选择

此次需要探伤的部位主要是各个法兰面与座环面的焊缝处以及与法兰面在同一水平面上的座环侧面。由于内部的探伤在加工之前已经完成, 因此主要检测的都是表面或者近表面, 所以不会选择UT即超声波探伤, 只能在MT探伤和PT探伤方式之间来选择;由于MT探伤比PT探伤的灵敏度要高且不能在表面较为粗糙的情况下进行探伤, 所以必须在每次半精铣法兰面后在焊缝处进行MT探伤, 至于选择MT探伤的原因是因为此焊缝处为重要部位, 需要灵敏度高的探伤, PT探伤只能检测出表面缺陷的分布而不能检测出缺陷的深度;而对于最后的探伤检测而言, 追求的是时间短且由于前面已经经过了灵敏度较高的MT探伤, 零件出现缺陷的可能比较小, 所以选择PT探伤, 由于对MT探伤而言, 它的检测范围小且检测速度慢, 而PT探伤相对而言要快上一些。

3 结束语

薄壁类零件的加工在机械制造业中占有很重要的地位, 为提高零件加工精度与生产效率, 应充分考虑零件的固有特性进行整体分析, 选好加工步骤方能保证其设计要求。对于数控加工来说, 工艺流程是其应用的重要环节, 它关系到加工出的零件的正确性与合理性。本文以水电蜗壳为典型案例, 探讨了数控加工中的工艺规程, 选择合理高效的工艺路线, 对保证零件的加工质量, 提高数控机床的使用效率和使用质量都有重要的意义。

参考文献

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零件分析 篇2

摘 要

世界制造业转移，中国正逐步成为世界加工厂，美国、德国、韩国等国家已经进入发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重化工业发展中期。

由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果,具有高精度、高度自动化的特点,因此,采用数控加工手段,解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件，特别是复杂型面零件的加工，应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供高质量，多品种及高可靠性的机器产品。

本次设计主要是对数控加工工艺进行分析与具体零件图的加工，首先对数控加工技术进行了简单的介绍，然后根据零件图进行数控加工分析。

关键词：轴类零件；毛坯；表面加工；工艺分析；加工方案、目 录

1轴类零件的毛坯 2轴类零件加工工艺特点 2.1轴类零件的预备加工

2.2轴类零部件定位基准的选择 2.3外圆及细长轴的车削加工 3提高车削外圆生产率的措施 4外圆磨削加工

5外圆表面的光整加工 5.1研磨

5.2超精加工 5.3滚压加工 5.4抛光

5.5金属表面加工装置 6轴类零件的技术要求 6.1尺寸精度

6.2几何形状精度 6.3相互位置精度 6.4表面粗糙度 7工艺方案分析 7.1零件图

7.2 零件图分析 7.3 确定加工方法 7.4 确定加工方案 8 工件的装夹

8.1 定位基准的选择

8.2 定位基准选择的原则 8.3 确定零件的定位基准 8.4 装夹方式的选择

8.5 数控车床常用的装夹方式 8.6 确定合理的装夹方式 9 刀具及切削用量 9.1 选择数控刀具的原则 9.2 选择数控车削用刀具 9.3 设置刀点和换刀点 10 典型轴类零件的加工 10.1 轴类零件加工工艺分析 10.2 典型轴类零件加工工艺 总结 参考文献 致谢 轴类零件的毛坯

轴类零件最常用的毛坯是圆钢材和锻件，只有某些大型、结构复杂的轴，才采用铸铁或铸钢件。常用的光轴毛坯一般采用热轧圆钢和冷却圆钢;当要求毛坯具有较高的机械性能时应采用锻件。对于阶梯轴，当阶梯尺寸相差较大时，为了节约原材料，也常采用锻件。毛坯锻件有两种:自由锻件和模锻。

采用自由锻造方式设备简单，容易投产，但毛坯余量大，精度比较差，而且不能锻造形状复杂的毛坯，一般多用于单件和中小批生产。机械修配和重型机械的毛坯零件多采用自由锻造

模锻毛坯精度较高，余量小，可以锻造形状比较复杂的毛坯，但模锻需要较大型设备，而且需要制造形状复杂的耐热钢模具，设备投资大，生产准备时间长。因而只适用大批量生产。轴类零件加工工艺特点

轴类零件常用的加工方法为车削和磨削，当表面质量要求很高时，还应增加光整加工。轴类零件的一般加工工艺特点如下：

2.1轴类零件的预备加工。

在预备加工中有校直、切断、切端面和钻中心孔。钻中心孔时的注意点：中心孔应有足够大的 尺寸和准确的锥角。因中心孔在加工过程中要承受零件的重量和切削力，因此尺寸过小和锥角不准确，将会是中心孔和顶尖很快被磨损。两端中心孔应在同一轴心线上。中心孔和顶尖接触不良，容易产生变形和磨损，使加工的外圆产生圆度误差。

2.2轴类零部件定位基准的选择。

轴类零件加工时，一般采用两中心孔作为定位基准。在加工外圆时总是先加工轴的两端面和钻中心孔，为后继加工工序作为定位基准的准备。轴类零件各外圆、锥孔、螺纹等表面的设计基准一般都是轴的中心线，因此选择两中心孔定位是符合基准重合原则的，加工时能达到较高的相互位置精度，且工件装夹方便，故两中心空定位方式应用最广泛。

在车削较长轴时，常将轴一端装夹在卡盘中，靠近尾座的另一端用中心孔顶住，或用中心架托住，这样工件的钢度要比用两中心孔定位时增加很多。但是，用卡盘装卡方法关键的缺点是定心精度不高（0.06～0.15mm）,因此，不能保证较高的相互位置精度。

2.3外圆及细长轴的车削加工。外圆车削是机械加工中最常见的加工方法，其工艺范围广泛，可以划分为荒车、粗车、半精车、精车等阶段。各个加工阶段主要根据毛坯制造精度和工件最终的精度要求来选择。对于每个具体工件来说，不一定都要经过那些全部的加工阶段。

3提高车削外圆生产率的措施

选用硬度高、耐磨性和热稳定性好的新材料刀具，如陶瓷、金刚石、合金钢等刀片，进行高速切削。②采用机夹式车刀、多角形可转位车刀等，以充分发挥硬质合金的作用，缩短刃磨刀具和更换刀具的辅助时间。③采用多刀多刃切削，在一次进给中同时车削几个不同的外圆表面，可缩短机动时间和辅助时间，也很大程度提高了生产效率。④应用强力切削加大切削深度和进给量来提高切削效率。外圆磨削加工

磨削是精加工外圆表面的主要方法。磨削加工可比较经济地达到精度IT6～IT8级和表面粗糙度Ra0.1～0.8μm。

磨削时影响磨削表面质量的主要工艺因素有:砂轮机的特性、磨削用量、冷却、砂轮的修整、加工时的振动等。砂轮的特性包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织及形状、尺寸等。

5外圆表面的光整加工

外圆表面的光整加工是用来提高尺寸精度和表面光洁质量的加工方法，它包括研磨、超精加工、滚压、抛光和金属表面加工装置处理等。

5.1研磨。

研磨是一种简便的光整加工方法。研磨后工件的直径尺寸公差可达到0.001～0.003mm,表面光洁度Ra0.006～0.1μm。因而过去工艺采用研磨作为加工最精密和最光洁零件的最终加工方法。研磨方法可分为手工研磨和机械研磨两种。手工研磨具使用时可用螺钉调节 其间隙，研磨具常用铸铁、铜、铝、软钢等比工件材料软些的材料制成。研磨时，部分磨粒嵌入研具表面层，部分磨粒悬浮于工件与研具之间。磨粒就在工件表面上切去薄的 一层金属，主要是上道工序留下的粗糙的凸峰。此外研磨还有化学作用，研磨剂能使被加工表面形成氧化层，而氧化层易于被磨料出去，因而加速了研磨过程。

研磨加工还能提高工件表面的几何形状精度，圆柱体圆度精度可达0.1μm，但不能提高工件表面间的同轴度等相互位置精度。

5.2超精加工。

超精加工是用细粒度的磨具对工件施加很小的压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法。其加工原理中有三种运动:工件的低速旋转运动（6～30m／min）;磨条的轴向给进运动（0.2～1mm／工件没转）;磨条的高速往复振动（振动频率取500～1500次／min,振幅1～3mm）。由于这三种运动同时进行，使得磨粒在工件表面上留下非常浅的痕迹并呈网纹轨迹。

超精加工中采用的磨条，既要有切削作用，又要有抛光作用，因此所使用的磨条的磨粒都很细。但粒度过细会影响加工效率，预加工时，一般选用粒度W14～W20的磨条，精加工时宜用W3.5～W10的磨条。当预加工和精加工合用一种磨条时，则采用W10粒度的磨条。

5.3滚压加工。

滚压加工是用滚压工具对金属坯料或工件施加压力，是其生产塑性变形，从而将坯料成形或滚光工件表面的加工方法。塑性变形可是表面金属晶体结构歪曲，晶粒度为细长紧密，晶界增多，故金属表面得以强化，也就是表面层产生残余压力和冷作硬化现象，使表面粗糙度降低，强度和硬度有所提高，从而提高了耐磨性和疲劳强度，同时也提高了产品表面的加工质量。

5.4抛光。

抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件获得光亮、平整表面的加工方法。抛光裁量可用氧化铬、氧化铁等，涂在弹性轮上，靠抛光膏的机械刮擦和化学作用去掉表面粗糙度的轮廓峰高，使表面的光泽成镜面。抛光加工一般去不掉余量，所以不能提高工件的尺寸精度。

5.5金属表面加工装置。毫克能金属表面加工装置是利用高频电磁脉冲原理对金属表面进行光整加工，从而提高工件表面粗糙度。该装置多使用在立车、卧车等设备上，通过设备车削加工使工件表面粗糙度达到Ra6.3m以上，则可使用毫克能金属表面加工装置一次性提高粗糙度至Ra0.8m以上。如果通过精度高的装置及特殊工序可通过该装置提高工件表面粗糙度达到Ra0.1以上，使表面达到镜面要求。近几年该装置使用非常广泛，操作简单、加工效率高，同时通过该装置高频冲击工件表面也提高了表面的硬度，从而提高了耐磨性和抗疲劳强度，提高轴类零件的使用寿命。

6.1尺寸精度

起支撑作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。

6.2几何形状精度

轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆锥度等。一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

6.3相互位置精度

轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功能决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支撑轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支撑轴颈的经向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。

6.4表面粗糙度

一般与传动件相配合的轴经表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm,与轴承相配合的支撑轴经的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。

7.1零件图

7.2 零件图分析 该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，Φ55mm×150mm，无热处理和硬度要求。

7.3 确定加工方法 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，而取其基本尺寸。在轮廓线上，有个锥度10度坐标P1、和一处圆弧切点P2，在编程时要求出其坐标，P1（45.29，75）P2（35，56.46）。通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床。根据加工零件的外形和材料等条件，选用CJK6032数控机床。

7.4 确定加工方案

零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

毛坯先夹持左端，车右端轮廓113mm处，右端加工Φ39mm、SΦ42mm、R9mm、Φ35mm、锥度为10度的外圆，Φ52mm.调头装夹已加工Φ52mm外圆，左端加工Φ25mm×33mm、切退刀槽、加工螺纹M25mm×1.5mm.该典型轴加工顺序为： 预备加工---车端面---粗车右端轮廓---精车右端轮廓---切槽---工件调头---车端面---粗车左端轮廓---精车左端轮廓---切退刀槽---粗车螺纹---精车螺纹

第8章 工件的装夹 8.1 定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。

8.2 定位基准选择的原则 1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2）便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。

8.3 确定零件的定位基准

以左右端大端面为定位基准。8.4 装夹方式的选择 为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。

8.5 数控车床常用的装夹方式 1）在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。

8.6 确定合理的装夹方式

装夹方法：先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘毛坯右端Φ52，再加工左端达到工件精度要求。

第9章 刀具及切削用量

9.1 选择数控刀具的原则 刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。

9.2 选择数控车削用刀具

数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。二是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，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)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅 6 该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

9.3 设置刀点和换刀点

刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点。球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。

9.4 确定切削用量 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本

第10章 典型轴类零件的加工

10.1 轴类零件加工工艺分析

（1）技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。（2）毛坯选择 轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。如图典型轴类直径相差不大，采用直径为60mm，材料45#钢，在锯床上按150mm长度下料。（3）定位基准选择 轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加工出多格外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。当不能采用中心孔时或粗加工是为了提高工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基准，或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高。数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确性，或为了端面余量均匀，工件轴向需要定位。采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限未支承，以工件端面或台阶儿面作为轴向定位基准。（4）轴类零件的预备加工 车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有:直--毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。过量弯曲变形会造成加工余量不足及装夹不可靠。因此在车削前需增加校直工序。切断---用棒料切得所需长度的坯料。切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行，也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。车端面和钻中心孔—对数控车削而言，通常将他们作为预备加工工序安排。（5）热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火火退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工 8 后、精加工前应安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。（6）加工工序的划分一般可按下列方法进行： ①刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。②以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。③以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。（7）工时在加,加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行： ①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。②先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。③以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。④在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。工件调头装夹由程序中的M00或M01指令控制程序暂停，装夹后按“循环启动”继续加工。（8）走刀路线和对刀点选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相 9 对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。

10.2 典型轴类零件加工工艺（1）确定加工顺序及进给路线 加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。工件右端加工：既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。（2）选择刀具 1）车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。2)粗、精车外圆：（因为程序选用 G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr＇=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.3)车槽: 选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm）4)车螺纹:选用60度硬质合金外螺纹车刀.（3）选择切削用量

结 论

在进行工件的加工时，轴类零件的加工是一项非常严谨，非常精密的技术工作，随着现代技术的不断改革以及加工技术的快速发展，轴类零件的加工也在高速、高精度、自动化、系统化的发展道路上迈出一项新的台阶，这也将是轴类零件的加工质量提升到一个更加高，更加好的一个水平，我相信轴类零件的加工在今后的发展会更加的快速，会更加的谨慎，更且具有更加快捷的生产效率。

参考文献

[1]张大鹏 论轴类零件的加工工艺分析.职业，2008,16:142-144 [2]宣志江 轴类零件的加工及其工艺分析.广西教育，2009,21：126-128 [3]江粤勤 浅谈轴类零件的加工工艺.科技情报开发与经济，2008,16：142-144 [4]陈锡渠 现代机械制造工艺.清华大学出版社，2009,42：156-158 [5]江灵智 轴类零件机械加工工艺规程制定.机械工业出版社，2006,45：125-[6]胡家秀

机械设计基础.机械工业出版社，2012，61：56-62

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致 谢

非常感谢各位指导老师，没有你们交给我们知识，我们是不可完成这项毕业设计，非常感谢你们这几年对我们的辛勤教导，你们不仅仅是传授给我们了知识，更是教会我们技能。

数控轴零件加工过程优化分析 篇3

摘 要：任何一个生产设备都需要轴零件，轴零件是整个设备不可或缺的主要原器件之一，文章主要针对数控轴零件加工的过程中如何优化加工提出一些见解，希望能够达到节约加工时间，提高加工效率的主要目的。

关键词：轴零件；数控机床；优化

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）17-0089-01

伴随着新世纪计算机技术的快速发展，每个制造行业或者每个行业中计算机技术都被大量的运用，而且越来越靠近数字智能化，数控机械加工也越来越智能化。轴零件是每一个生产设备最为重要的零件之一，数控机床在进行轴零件加工时质量的好坏将直接影响到整个生产设备质量的好坏。如何进行数控机床轴零件加工的优化是本文将要重点研究的问题。

1 数控轴零件的加工

在数控轴零件加工时，通常情况下，我们会采用两种方法来对数控轴零件加工的特征描述。这两种方法为轴零件的分层特征和层次特征法。我们在进行数控轴零件的加工处理时，轴零件的特征里面就有需要加工零件的材料尺寸，加工时要加工成哪一种形状，用什么材料来进行轴零件的加工等等，这些都属于我们的特征描述。

①进行轴零件的外形特征，这一部分主要是指轴零件加工以后的形状以及尺寸大小等。

②轴零件在加工时要具备的硬度刚值度的多少，这将直接影响轴零件在加工以后被运用到生产设备的质量好坏，硬度不够将直接造成设备的损坏，并且容易发生安全事故。那么，我们计算机技术的大量运用使得这些数值变得越来越准确。计算机技术的引进，使得数控机床在加工效率质量以及精度方面都得到了大量的提升。

对于切割用量的合理选取，在利用数控机床进行零件加工时，切割用量的多少将直接影响机器在进行切割时的力度多少。其中最主要的参数值就是速度值、深度以及轴转速这几个方面。在进行加工时，我们不仅要进行切割量的初步计算确定，而且还要进行实际情况的微细调整来达到最大化的加工处理。这种调整可以利用数控机床上的转速开关来进行相关参数的调整，只有达到最好的切割量，才能够得到最好的产品。一般在进行这种调整时，需要具有一定加工经验的师傅来进行操作。

2 轴零件加工的优化措施

在进行轴零件加工时，一定要用相应的表格来进行具体的公差内容的表示，图框中要有一些需要具备的参数，例如项目符号，公差数值等。

2.1 数控机床加工程序的优化操作

在进行加工前要进行样纸的分析，这是整个加工中最基本也是最为重要的一个环节，一个图纸的好坏将直接影响轴零件的好坏。图纸是整个加工的基础，也是最为重要的一个部分。对于图纸的分析，主要是从零件的尺寸精确以及各个数据的标示来了解。只有在图纸上确定好相关参数和尺寸才能够依照图纸制造出合格的轴零件。在进行轴零件数控机床加工时，其中有两个方向我们用X和Y来进行横纵坐标的标示。那么X轴就是水平运动，Y轴就是上下运动。

一定要确保移动方向是和主轴一致，如果在进行加工时没有和机床的主轴保持一致将会对整个的轴零件成品的形成造成不可估量的后果。在进行加工之前要进行相关的编程数据的输入时就要考虑到整个的参数和工艺的需求来进行数值的设定。如果输入的是轴零件的主要因素，在进行测试时要保证箭头与尺寸线必须是整齐一致的。

如果是进行形状要素的检测，整个的箭头位置要和形状因素相反，要呈现90 ？觷的垂直角度。如果是进行圆度公差的确定，那么主要位置就要和中心轴一致。在进行加工时，公差的形状为非方形结构时，在进行公式处理时就要在公式前面加上一些符号来标明。如果还要添加条件，就要作相关的说明来进行公式的运算。

2.2 轴零件精度的控制

数控机床零件加工的精准度的多少主要是受到以下几个方面的影响：

①如果数控机床摆放的位置不够水平，在进行机械加工时就会造成零件的形状和实际需要的形状不相同，所以一定要水平放置好数控加工机床。

②在电动机的刀片以及木板中间的螺丝的牢固度将会影响零件的精确度，这一块的螺丝的松和紧将会造成零件加工时刀片的松紧程度与否。

③机床的中心轴上的螺丝松和紧将影响零件整个的外形的圆弧度。

④在进行电动刀塔的移动时一定要注意位置，一但处理不好将会造成机械加工轴零件的精确度大大下降。

其余可以优化的地方还有机床中的刀路线的排布，零件的多少以及加工的深度等，这些方面都是可以进行优化。

走刀的排布要经过仔细的思考和安排，用最简洁的画面来进行刀路的排布，这是因为走刀路线是整个零件加工形状的直接切割者，排布将直接影响零件加工的形状。这一路线主要有精加工和空行程这两个主要的路线。所谓的走刀就是刀片从开始切割开始到最后回来一个运转的路线途经。如果要增加零件的精确度，就要进行刀具的选取，好的刀具不仅能保证好切割量的精确，而且还能够把损耗值降到最小。刀具的硬度提升上去以后，将大大减少加工时的损耗值，能够得到最好的零件成品。

除了上面的一些方面以外，在进行数控机床轴零件加工的精确度提升方面还有下面一些方面：

在进行加工制造前把零件的尺寸大小控制到最好，并且这种控制要在大批量生产前进行定点的确定。轴零件的半径大小一定要控制好，不管用哪一种刀具进行轴零件的加工，一定要保证平面的整齐，充分利用切割时产生的摩擦力量来进行刀具支架的移动，要特别注意的就是整个架面的平衡。大型数控机床中有的移动部分是利用杠杆原理来进行的移动和防滑作用的。在进行切割时，方向是从上至下来进行切割加工的。从下面往上面进行移动等也都是利用了支架的防滑作用。后面的切割运输机的部分不仅仅有和支架相互联系的装置，而且还有防滑托板来进行二次防滑作用。这种二次防滑称之为“燕尾”，这一装置是安装在支架的后半部分，是一个可以移动的滑动卡槽。这种装置和机床支架的底板之间是利用了耳销的连接方式，防滑装置和后部的底槽之间的导向卡槽的机械卡口进行契合从而使防滑装置起到作用。这样能够使得整个支架和运输机能够相互之间成为依靠，不仅能起到防滑的作用，而且还能够防止因为大力造成支架扭曲等问题的发生。

3 结 语

综上所述，在进行数控机床轴零件加工的优化过程中，可以通过对轴零件的相关精确度的控制或者加工时的精确度控制来进行优化。我们还可以通过进行刀具的选取来进行数控机床轴零件的优化加工。在优化工程中，只有提升轴零件的精确度，才能够达到最好的加工精确的目的。提高数控轴零件的精确度，才能够保证生产设备在运行时能够发挥最大的效率，轴零件会直接影响到生产设备质量。通过不断优化数控机床，才能够更好地提升轴零件的精确度，最后发挥整个轴零件的价值。

参考文献：

[1] 杨勇，周金凤.不锈钢小直径盲孔攻丝加工[J].包头职业技术学院学报，200，（1）.

[2] 谢青松，邱兆义.新型开关触头系统的高精度锥孔加工工艺[J].船电技术，2009，（4）.

[3] 邓洛萍，周有华，宋晓波，等.Y9025圆度仪调整架的改进设计[J].轴承，2002，（11）.

零件的疲劳强度分析计算 篇4

机械上有许多零件在工作时承受着随时间变化的应力.金属的疲劳破坏和静应力有本质的不同,疲劳破坏有以下特点:金属承受的交变应力远小于其静载荷下的强度限时,破坏就可能发生.如45#钢承弯曲交变应力,当σmax=-σmin≈260 MPa时大约经历107次循环即可发生断裂,而45#钢在静载下的强度限却高达600 MPa;金属疲劳破坏时,其断口上呈现2个区域:光滑区和粗糙区;即使是塑性材料,在疲劳破坏前也没有显著的塑性变形.

金属疲劳破坏的过程可分为3个阶段:一是疲劳裂纹成核阶段;二是微观裂纹(10-9~10-10 m)扩展阶段;三是宏观裂纹(10-9~10-10 m)扩展阶段.

当金属承受的交变应力高于其疲劳限时,某些位于表面的晶粒在交变力的作用下出现滑移带.随着交变应力次数的增多,滑移带变宽并加剧而出现沿滑移带裂开的现象,这样就形成裂纹.在裂纹根部的应力集中使裂纹扩大.裂纹扩展是一个复杂现象,它与试件的外形、材料、应力类型和周围介质有关系.裂纹扩展约占整个疲劳寿命的绝大部分,因而其扩展是缓慢的.在历史上曾多次发生过疲劳破坏的事例,尤其是在高速运转的构件,像动力机械,疲劳破坏在构件破坏中占着很大的比例.这一现象的出现促使人们对疲劳破坏进行研究,并以这种对疲劳破坏的认识指导着人们的实践[1].

1 零件的疲劳强度计算

该支架中的零件由零件1、零件2、零件3、零件4组成,其中:零件1是支架的装配图;零件2是支架中的连接零件;零件3是支架中的另一个连接零件;零件4是安装座.支架中的主要承力件静强度计算安全系数为1.8,满足使用要求,但在耐久振动试验时出现的断裂现象说明,零件发生了疲劳破坏,耐久振动试验的目的是考核支架在载体上规定的寿命时间内,是否发生破坏.该支架由于无法确定零件在载体上工作时的时间和应力的关系,所以在计算疲劳强度时,按耐久振动试验时给出的加速度和频率等参数进行计算和分析.

零件疲劳强度计算按振动试验X轴的方向进行,见图1.该试验在试验台上进行.试验过程中,在21 g的加速度作用下,在水平方向第一个轴向,以该方向作为计算零件疲劳强度的方向.试验持续时间为每个轴向持续时间为6 h.

1.1 循环次数及加速度循环次数N计算公式为

N=(f1+f2)÷2t×60 (1)

式中,f1为振动试验频率的起点,单位为Hz;f2为振动试验频率的终点,单位为Hz;t为振动试验的总时间,这里是6×3=18 h.

将各参数代入式(1)得

N=[(35+1980)÷2]×18×60=106(次)

振动试验的加速度根据振动试验支架检测值为21 g.

1.2 零件2受力模型简化分析

零件2、零件3受力及约束位置如图2所示,B、C、D 3点是零件2、零件3的相互连接点,也是约束位置,力PN作用点为A点.

1.2.1 零件1支反力的确定PN根据式(2)计算为

PN=(P零件1)a (2)

式中,PN为在载体21 g加速度的作用下,支架所受的力;P零件1为零件1的质量,为12.5 kg;a为振动试验的加速度,a=21 g(振动试验支架检测值).

将各参数代入式(2)得

PN=12.5×21×10=2 625 N

作用在每一个零件2上的作用力PN1计算公式为

PN1=(1/K)PN (3)

式中,K为零件2数量,K=2.

将该参数代入式(3)得

PN1=0.5×2 625=1 313 N

由于零件2、零件3的D、B、C 3点约束,所以,设 RD=RC=RB=(1/3)PN1=438.

根据RB、RC可以得到零件2的剪力图Q、弯矩图M见图3所示.

1.2.2 零件2有效集中系数及疲劳限σ-1的确定

根据零件2的设计参数,扭转时有效应力集中系数查得kσ=1.1;kτ=1.05;σ-1=610 MPa.

1.2.3 零件2工作正应力σσ、剪应力τσ计算零件2工作正应力σσ由计算公式得

σσ=M/W (4)

式中,σσ为零件2 I-I截面正应力,单位为MPa;M为零件2 I-I截面弯矩,查得4 380 Nmm;W为零件2 I-I截面上抗弯截面系数,计算得12.2 mm3.

将以上各参数代入式(4)得

σσ=4 380/12.2=359 MPa.

零件2的工作剪应力τσ计算公式为

τσ=Q/S (5)

式中,τσ为零件2上的I-I截面剪应力,单位为MPa;Q为零件2上的剪力,由图3查得219 N;S为零件2I-I截面面积,为19.6 mm2.

将各参数代入式(5)得

τσ=219/19.6=12 MPa

1.2.4 零件2疲劳强度安全系数的确定安全系数Sσ为

Sσ=σ-1/(kσσσ) (6)

将各参数代入式(6)得

Sσ=610/(1.1×359)=1.54

安全系数Sr为

Sr=τ-1/(kττσ) (7)

将各参数代入式(7)得

Sr=(610×0.75)/(1.05×12)=36

零件2疲劳强度安全系数计算公式为

S=(SσSr)/(Sσ2+Sr2)1/2<[S] (8)

将各参数代入式(8)得

S=(1.54×36)/(1.542+362)1/2=1.54

查得[S]=1.5~1.8.

1.2.5 零件2疲劳强度计算结论

按上面的计算,S=1.54<[S]=1.5~1.8,疲劳计算安全系数满足许用安全系数的要求,如果将零件2的硬度值为HRC30~35,S=1.4,不满足式(8)的要求[2,3].

2 结 束 语

根据计算和工程实践,对零件2在耐疲劳强度方面,采取了如下措施:零件外形增大圆角设计;提高零件局部表面质量的设计;增加零件局部尺寸精度设计;将零件热处理改为等温淬火:硬度HRC设计为36~40,在该范围内,该材料无论是强度还是冲击韧性,均有所提高,尤其是冲击韧性,提高131%;疲劳强度提高26%.等温淬火适合截面直径小于25 mm的零件,而零件2截面直径:毛坯状态为16 mm,成型后直径为5~15 mm.

改进后的零件,满足了实际使用和耐久振动试验的要求.实践证明:提高零件表面粗糙度和尺寸精度、选择合适的表面热处理方法、设计合理的圆角过渡及合理的工艺等技术措施,对于在工作时承受随时间变化应力的零件,必须进行耐疲劳分析设计,以保证其在工作寿命中的可靠性.

参考文献

[1] 苏翼林.材料力学[M].天津:天津大学材料力学教研室,1980.

[2] 《机械设计手册》联合设计编写组.机械设计手册[Z],1982.

[3] 沈真,唐啸东,陈普会.复合材料飞机结构损伤容限和耐久性设计初探[J].航空学报,1991(12).

参考文献

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[2]《机械设计手册》联合设计编写组.机械设计手册[Z],1982.

轴类零件的加工及工艺分析 篇5

前言

数控加工是机械制造中的先进的加工技术是一种高效率，高精度与高柔性特点的自动加工方法，数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要，制造自动化是先进制造技术的重要组成部分，其核心技术是数控技术，数控技术是综合计算机、自动技术、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它的出现及所带来的巨大利益，已引起了世界各国技术与工业界的普遍重视，目前，国内数控机床使用越来越普及，如何提高数控加工技术水平已成为当务之急，随着数控加工的日益普及，越来越多的数控机床用户感到，数控加工工艺掌握的水平是制约手工编程与CAD/CAM集成化自动编程质量的关键因素。

数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量发挥数控机床的前提条件，从数控加工的实用角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在介绍数控加工切削基础，数控机床刀具的选用，数控加工的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识的基础上，分析了数控车削的加工工艺。

I

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目录

前言

第一章 设计概要…………………………………………….1 第一节 设计题目及目的……………………………………… 1 第二节 选用设计软件………………………………………….1

第二章 实体设计………………………………………….2

第一节 CAXA平面图的绘制………………………………….2 第二节 零件实体的构造……………………………………..4 第三章 工艺分析………………………………………….7

第一节 零件工艺分析………………………………………..8 第二节 刀具的选择…………………………………………..9 第三节 刀具卡片……………………………………………..10 第四节 确立工件的定位与夹具方案………………………..10 第五节 确定走刀顺序和路线………………………………..11 第六节 切削用量的选择……………………………………..15 第七节 数控加工工艺文件的填写…………………………..16 第八节 保证加工精度的方法…………………………………17

第四章 数控加工程序……………………………………18 第五章 零件仿真加工……………………………………23

第一节 仿真软件简介……………………………………….23 第二节 仿真加工过程……………………………………… 25 结论……………………………………………………………… 30

II

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参考文献…………………………………………..31 III

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摘要：

本次设计主要是对数控加工工艺进行分析与具体零件图的加工，首先对数控加工技术进行了简单的介绍，然后根据零件图进行数控加工分析。第一，根据本零件材料的加工工序、切削用量以及其他相关因素选用刀具及刀柄和零件的轮廓特点确定需要7把刀具分别为外圆粗车刀、外圆精车刀、外切槽刀、外螺纹刀、内镗孔刀、内切槽刀。第二，针对零件图图形进行编制程序，此零件为轴类零件，外轮廓由直线、圆弧和螺纹组成，零件的里面要镗出一个锥孔，在加工过程中，工件需要调头钻孔再镗孔，第三，早钻孔对刀时要先回参考点，要以孔中心作为对刀点，刀具的位置要以此来找正，使刀位点与换刀点重合。

关键字：

刀具的确定、走刀路线的选择、刀具的对刀点、工件的定位。

IV

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第一章 设计概要

第一节 设计题目及目的

设计题目：轴类零件的加工及工艺分析

设计目的：本次毕业综合实训实践项目为轴类零件的加工及工艺 分析，用所学理论知识和实际操作知识，在工作中分析问题、解决实际问题的能力同时达到对我们基本技能的训练，例如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）的能力。加强对在加工机械零件时的零件工艺分析、及其加工精度、刀具机床的选用、刀具补偿，工件的定位与装夹的分析等。同时提高我们编写技术文件、编写数控程序、仿真数控机床操作的独立工作能力。

第二节 选用设计软件

本课题二维图选用：CAXA电子图表

实体图选用：CAXA制造工程师2008 仿真加工用:斯沃仿真软件

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第二章 实体设计

第一节 CAXA平面图的绘制 1.软件简介

我们采用CAXA电子图版2007绘制，CAXA电子图板2007打造了全新软件开发平台，多文档、多标准以及交互方式上带来全新体验，而且在系统综合性能方面进行了充分改进和优化，对于文件特别是大图的打开、存储、显示、拾取等操作的运行速度均提升100%以上，Undo/Redo性能提升了十倍以上，动态导航、智能捕捉、编辑修改等处理速度的提升，给用户的设计绘图工作带来流畅、自如的感受。而且依据中国机械设计的国家标准和使用习惯，提供专业绘图工具盒辅助设计工具，通过简单的绘图操作将新品研发、改型设计等工作迅速完成，提升工程师专业设计能力。2.软件界面介绍 CAXA电子图版工作界面

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3.利用该软件作此图的平面图

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第二节 零件实体

一、零件主体的实体化

我们这里使用CAXA数控车2008来进行实体，首先选择工作界面，打开软件后，点击软件的左下角的

命令，然后出现一个界面如下

然后右键点击平面XY，创建草图，绘制如下图的封闭图形

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完成上图之后，点击菜单栏里的 按钮，完成实体创建。如下图：

二、在右端创建螺纹

利用公式曲线来创建螺纹，点击

按钮，出现如下图所示的界面

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将参数X=12*sin(t)Y=12*cos(t)Z=0.239*t 设置好之后点击

按钮，完成如图的曲线，单击，在曲线的一端创建一个平面，在此 6

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平面内绘制一个等边三角形，如图：导动除料，完成实体创建，如下图：，退出草绘，选择至此，整个零件的实体完成。

第三章 工艺分析

工艺分析是工艺员的中心工作也是设计者设计的一个重要环节，它是对工件进行数控加工的前期准备。合理正确的工艺分析也是编制数控加工程序的重要依据。故工艺分析是数控加工不可缺少的。正确合理的工艺分析需完成如下工作步骤和内容。

零件尺寸的正确标注：由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何元素间的相互关系一定要明确；各种几何元素的条件要充分，应无引起冲突的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等；构成零件轮廓的几何尺寸的条件应充分。

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识读零件：零件图纸直接反映零件的结构，而零件的结构决定工艺分析的合理性，所以我们要保证良好的零件结构。

工艺步骤：制定数控加工程序、划分工步、工序，确定对刀点、换刀点，刀具补偿，选择切削刀具、冷却液，编制工艺文件等。

编制加工程序：将工艺分析融入加工程序，并对其程序进行校验和优化。

第一节 零件工艺分析

零件结构分析

1.如图所示零件便面由柱面，圆锥面，顺圆弧，逆圆弧及外螺纹构成，外螺纹绞复杂其中多个直径尺寸由较高的精度，表面粗糙，零件图尺寸编注完整，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45钢，毛胚为ф60mm*122mm 零件技术要求分析

小批量生产条件编程，不准用砂布和锉刀修饰平面，这是对平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB1804-M，热处理，调质处理，HRC25-35，未注粗糙度部分光洁度按Ra6.3，毛胚尺寸ф60mm*122mm。

加工难点及处理方案

分析图纸可知，此零件对平面度的要求高，左端更有内轮廓加工，为提高零件质量，采用以下加工方案：

1.对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间值。2.在轮廓曲线上，有圆弧，因此在加工时应进行刀具半径补偿，以保证轮廓曲线的准确性。

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本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工---精加工---超精加工方案。选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度

第二节 刀具选择

数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻 ；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

综上所诉：本零件的加工(1)选用φ5mm中心钻钻削中心孔。用ф20的钻头加工左端的孔(2)粗车及平端面选用90°硬质合金左偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小，选Kr´=35°。(3)为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金60°外

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螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取re=0.15～0.2mm。

第三节 刀具卡片

第四节 确定工件的定位与装夹方案

在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率，为了充分发挥数控机床的工作特点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素： 1.尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具； 2.结构设计要满足精度要求； 3.易于定位和装夹； 4.易于切削的清理； 5.抵抗切削力由足够的刚度；

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工件的定位与基准应与设计基准保持一致，应防止过定位，对与箱体工件最好选择“一面两销”作为定位基准，定位基准在数控机床上要仔细找正。

由于这个工件是个实心轴，末端要镗一个30的锥孔，因轴的长度不是很长，所以采用工件的右端面和48的外圆作定位基准，使用普通三爪卡盘夹紧工件，取工件的右端面中心为工件坐标的原点，对刀点在（100.1000）处。

第五节 切削加工顺序的安排：

①先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。

②先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧 固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。

③先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。

④基面先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，轴类零件顶尖孔的加工 综上所诉：此零件的的加工顺序如下：

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1.先进行右端部分的加工，右端部分首先 1加工主轮廓走刀路线如下 ○

圆弧段加工

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切槽

螺纹加工

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2.调头加工，调头之后的加工在分成3部 1首先加工外轮廓，走刀路线如下： ○

2钻孔：钻一个ф20深度为29的孔 ○3加工左端部分的内轮廓，走刀图如下 ○ 14

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以上为整个零件的加工路线

第六节 切削用量的选择

切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。车削时，工件加工表面最大直径处的线速度称为切削速度，以v(m/min)表示。其计算公式：

v=πdn/1000(m/min)式中：d——工件待加工表面的直径（mm）n——车床主轴每分钟的转速（r/min）

根据零件的结构特点，外轮廓用采用90度外圆车刀，轮廓粗加工时留1mm的精车余量，粗加工时选主轴转速为s=800r/min，精加工选择1000 r/min，由公式计算得：切削速度v 粗加工：v=150(m/min)精加工：v=188(m/min)

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第七节 数控加工工艺文件的填写

1.工艺过程卡片

2.机械加工工序卡片

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第八节 保证加工精度的方法

为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的主要原因，采取相应的误差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始误差对零件加工精度的影响。

一、刀具半径的选定

1.刀具的半径R比工件转角处半径大时不能加工。2.刀具较小时不能用较大的切削量加工（刀具刚性差）。

二、采用合适的切削液

1.切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。2.非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。

3.水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷却作用和清洗作用。

故本设计加工时采用水溶液进行冷却。

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第

4章 数控加工程序

本零件采用电脑软件编程，由于程序过多，这里只打出一部分，这里只展示左端部分的程序

O1234 T0404 M03 S1200 M08 F1500 G00 X77.917 Z13.100 G00 Z6.549 G00 X71.414 G01 X61.014 F5.000 G01 X59.600 Z5.841 G01 Z-14.200 F10.000 X60.000 G01 X61.414 Z-13.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X60.014 F5.000 G01 X58.600 Z5.841 G01 Z-14.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-13.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X59.014 F5.000 G01 X57.600 Z5.841 G01 Z-15.200 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-14.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X58.014 F5.000 G01 X56.600 Z5.841 G01 Z-15.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-14.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X57.014 F5.000 18

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G01 X55.600 Z5.841 G01 Z-16.200 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-15.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X56.014 F5.000 G01 X54.600 Z5.841 G01 Z-16.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-15.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X55.014 F5.000 G01 X53.600 Z5.841 G01 Z-17.200 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-16.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X54.014 F5.000 G01 X52.600 Z5.841 G01 Z-17.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-16.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z5.800 G01 X51.600 F10.000 G01 Z-18.200 G01 X59.600 G01 Z-36.000 G01 X61.014 Z-35.293 F20.000 G01 X71.014 G00 Z6.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z5.300 G01 X50.600 F10.000 G01 Z-18.700 G01 X58.600 G01 Z-36.000 G01 X60.014 Z-35.293 F20.000 G01 X70.014 19

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G00 Z5.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z4.800 G01 X49.600 F10.000 G01 Z-19.200 G01 X57.600 G01 Z-36.000 G01 X59.014 Z-35.293 F20.000 G01 X69.014 G00 Z5.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z4.300 G01 X48.600 F10.000 G01 Z-19.700 G01 X56.600 G01 Z-36.000 G01 X58.014 Z-35.293 F20.000 G01 X68.014 G00 Z4.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z3.800 G01 X47.600 F10.000 G01 Z-20.200 G01 X55.600 G01 Z-36.000 G01 X57.014 Z-35.293 F20.000 G01 X67.014 G00 Z4.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z3.300 G01 X46.600 F10.000 G01 Z-20.700 G01 X54.600 G01 Z-36.000 G01 X56.014 Z-35.293 F20.000 G01 X66.014 G00 Z3.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z2.800 G01 X45.600 F10.000 G01 Z-21.200 G01 X53.600 G01 Z-36.000 G01 X55.014 Z-35.293 F20.000 20

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G01 X65.014 G00 Z3.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z2.300 G01 X44.600 F10.000 G01 Z-21.700 G01 X52.600 G01 Z-36.000 G01 X54.014 Z-35.293 F20.000 G01 X64.014 G00 Z2.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z1.800 G01 X43.600 F10.000 G01 Z-22.200 G01 X51.600 G01 Z-36.000 G01 X53.014 Z-35.293 F20.000 G01 X63.014 G00 Z2.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z1.300 G01 X42.600 F10.000 G01 Z-22.700 G01 X50.600 G01 Z-36.000 G01 X52.014 Z-35.293 F20.000 G01 X62.014 G00 Z1.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z0.800 G01 X41.600 F10.000 G01 Z-23.200 G01 X49.600 G01 Z-36.000 G01 X51.014 Z-35.293 F20.000 G01 X61.014 G00 Z1.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z0.300 G01 X40.600 F10.000 G01 Z-23.700 G01 X48.600 G01 Z-36.000 21

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G01 X50.014 Z-35.293 F20.000 G01 X71.414 G00 X77.917 G00 Z13.100 G00 X100 Z100 T0404 M03 S1200 G00 X70.318 Z11.144 G00 Z0.707 G00 X59.414 G01 X-1.414 F5.000 G01 X0.000 Z0.000 G01 X40.000 F10.000 G01 Z-24.000 G01 X48.000 G01 Z-36.000 G01 X49.414 Z-35.293 F20.000 G01 X59.414 G00 X70.318 G00 Z11.144 G00 X100 Z100 T0505 M3S500 G0X20.Z20 G0X0.Z5.G99G1Z-32.F0.1 G0Z5.X100.Z100.G0 T0606 G97 S3600 M03 G0 X21.92 Z2.5 M8 G50 S3600 G96 S330 G99 G1 Z-23.8 F.2 X20.X17.172 Z-22.386 G0 Z2.5 X23.84 G1 Z-23.8 X21.52 X18.692 Z-22.386 G0 Z2.5 X25.76 G1 Z-14.341 22

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X24.6 Z-15.965 Z-23.8 X23.44 X20.612 Z-22.386 G0 Z2.5 X27.68 G1 Z-11.653 X25.36 Z-14.901 X22.532 Z-13.487 G0 Z2.5 X29.6 G1 Z-8.965 X27.28 Z-12.213 X24.452 Z-10.799 G0 X19.5 Z2.X30.G1 Z0.Z-9.X25.Z-16.Z-24.X20.X17.172 Z-22.586 G0Z2.M9 G28 U0.W0.M05 T0606 M30

第五章 零件仿真加工

第一节、仿真软件介绍

1.软件简介

市面上的仿真软件有很多，例如：南京斯沃和上海宇龙、斐克，这里我们选用斯沃，南京斯沃软件技术有限公司开发的，是结合机床厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体所开发的国内第一款自

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动免费下载更新的数控仿真软件。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备投入。

斯沃数控仿真(数控模拟)软件包括16大类，66个系统，121个控制面板。具有FANUC、SIEMENS(SINUMERIK)、MITSUBISHI、FAGOR、美国哈斯HAAS、PA、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND系统、大连大森DASEN、南京华兴WA、江苏仁和RENHE、南京四开、天津三英、成都广泰GREAT、巨森数控JNC编程和加工功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内掌握各系统数控车、数控铣及加工中心的操作，可手动编程或读入CAM数控程序加工，教师通过网络教学，可随时获得学生当前操作信息。斯沃数控仿真软件也是目前国内唯一自动免费下载更新的数控仿真软件

2.斯沃界面

打开软件，选择GSK980TD

工作界面

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第二节 仿真加工过程

（一）第一段加工

1.装入刀具

2.设置毛胚，内江职业技术学院

3.对刀，输入刀补

4.开始加工

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第一段加工完成

（二）第二段加工

1.调头加工另一端，因为有内部轮廓的加工，我们这里选择透明模式，便于观察,对刀方式和第一段方法相同

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车外轮廓

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钻孔 钻一个ф20深度为29的孔

完成内轮廓加工

至此整个零件仿真加工完成

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结论

通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对数控机床的了解，巩固了书本的知识。结论总结如下：

1.对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。

2． 在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去，这样可为编程带来不少方便。

3.有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如：控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制等。此外，程序太长会增加出错与检索困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。致谢

非常感谢各位指导老师，没有你们交给我们知识，我们是不可能完成这项毕业设计，非常感谢你们这几年对我们的辛勤教导，你们不仅仅是传授给我们了知识，更是教会我们技能，从而让我们在这个社会上更好的立足，让我们的人生更加丰富多彩，在这里我们全组成员（曹阳，赵志城，雷露，郭川）向你们致敬！！

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参考文献：

[1]陈洪涛.数控加工工艺与编程.高等教育出版社，2003 [2]罗学科.数控机床编程与操作实训.北京化学工业出版社，2002 [3]李佳.数控机床及应用.北京清华大学出版社，2001 [4]姜爱国.数控机床技能数实训.北京理工大学出版社，2006 [5]汪建安.CAXA自动编程与训练 化学工业出版社

机械零件表面质量的应用分析 篇6

摘要：机械产品使用性能的提高和使用寿命的增加与组成产品的零件加工表面質量密切相关，零件的加工表面质量是保证产品质量基础。衡量零件加工表面质量好坏的主要指标有：加工精度和表面粗糙度。本文旨在研究零件表面层在加工中的变化和发生变化的机理，掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量的影响规律，运用规律来控制加工中的影响因素，以提高机械加工表面质量的工艺措施。

关键词：机械加工；表面质量；途径措施

前 言

随着机械行业在社会中占得地位越来越重，人们对机器的使用要求越来越高，一些重要零件在高压、高速、高温等条件下工作，零件表面的任何缺陷，不仅直接影响零件的工作性能，而且还可能引起应力集中、应力腐蚀等现象将进一步加速零件的失效，这一切都与加工表面质量有很大关系。

一个零件的失效或者突然间损坏，除了少数因设计不周而强度不够，或者是由于偶然的事故引起超负荷而造成了失效或损坏以外，大多数都是由于磨损、受到外界环境的腐蚀或疲劳破坏。磨损、腐蚀和疲劳损坏都是发生在零件的表面，或是从零件表面开始的。因此，加工表面质量将直接影响到零件的使用性能，因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。

1.概 述

1.1加工表面的几何形状误差

表面质量是零件机械加工质量的组成部分之一。零件的磨损、腐蚀和疲劳破坏都是从零件表面开始的，表面质量直接影响零件的工作性能。加工表面质量是指加工表面的几何形状误差和表面层金属的力学物理性能。

1.表面粗糙度 是加工表面的微观几何误差，其波长与波高比值一般50。

2.表面波度 加工表面不平度中波长与波高比值等于50～1000的几何误差。它是加工中的振动引起的。波长与波高比值大于1000时称宏观几何误差。如圆度、圆柱度误差等。

3.纹理方向 是指加工表面刀纹的方向，它取决于表面加工的方法。有平行纹理、交叉形纹理、同心圆纹理、迂回形纹理和放射形纹理。

4.伤痕 指加工表面上的缺陷，如砂眼、气孔、裂纹等。它是加工中的振动引起的。波长与波高比值大于1000时称宏观几何误差。如圆度、圆柱度误差等。

1.2表面层金属的力学物理性能

1.表面层金属的冷作硬化 用硬化程度和深度两个指标衡量。

2.表面层残余应力 由于塑性变形、金相组织的变化和温度造成的体积变化的影响，加工表面会产生残余应力。

3.表面层金相组织的变化 在加工过程切削热的作用下，表面层会产生温度升高引起金相组织的变化。如磨淬火钢出现回火组织。

4.磨削烧伤 在磨削加工中，由于多数磨粒为负前角切削，磨削温度很高，产生的热量远远高于切削时的热量，而且磨削热有60～80%传给工件，所以极容易出现金相组织的转变，使得表面层金属的硬度和强度下降，产生残余应力甚至引起显微裂纹。

2.机械加工表面质量对零件使用性能的影响

2.1表面质量对零件耐磨性的影响

表面层的冷作硬化可使表面层的硬度提高，增强表面层的接触刚度，从而降低接触处的弹性、塑性变形，使耐磨性有所提高。但如果硬化程度过大，表面层金属组织会变脆，出现微观裂纹，甚至会使金属表面组织剥落而加剧零件的磨损。

2.2表面质量对零件疲劳强度的影响

在交变载荷作用下，表面粗糙度波谷处容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。并且表面粗糙度越大，表面划痕越深，其抗疲劳破坏能力越差。

当表面层存在残余压应力和加工硬化时，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，提高零件的疲劳强度；当表面层存在残余拉应力时，零件则容易引起晶间破坏，产生表面裂纹而降低其疲劳强度。

2.3表面质量对零件耐腐蚀性能的影响

表面粗糙度和表面层残余压应力对零件耐腐蚀性能的影响很大。零件表面粗糙度越大，在波谷处越容易积聚腐蚀性介质而使零件发生化学腐蚀和电化学腐蚀。残余压应力使表面组织致密，腐蚀性介质不易侵入，有助于提高表面的耐腐蚀能力；残余拉应力的对零件耐腐蚀性能的影响则相反。

3.控制表面质量的途径

3.1降低表面粗糙度的加工方法

1.超精密切削加工是指表面粗糙度为Ra0.04μm以下的切削加工方法。超精密切削加工最关键的问题在于要在最后一道工序切削0.1μm的微薄表面层。

2.小粗糙度磨削加工为了简化工艺过程，缩短工序周期，有时用小粗糙度磨削替代光整加工。分析磨削用量与磨削力、磨削热之间的关系，并用图表表示各参数的最佳组合，加上计算机的运用，通过指令进行过程控制，使得小粗糙度磨削逐步达到了应有的效果。

3.珩磨是利用珩磨工具对工件表面施加一定的压力，同时珩磨工具还要相对工件完成旋转和直线往复运动，以去除工件表面的凸峰的一种加工方法。

4.超精加工是用细粒度油石，在较低的压力和良好的冷却润滑条件下，以快而短促的往复运动，对低速旋转的工件进行振动研磨的一种微量磨削加工方法。

5.研磨是利用研磨工具和工件的相对运动，在研磨剂的作用下，对工件表面进行光整加工的一种加工方法。

6.抛光是在布轮、布盘等软性器具涂上抛光膏，利用抛光器具的高速旋转，依靠抛光膏的机械刮擦和化学作用去除工件表面粗糙度的凸峰，使表面光泽的一种加工方法。

3.2改善表面物理力学性能的加工方法

1.喷丸强化是利用压缩空气或离心力将大量直径为0.4～4mm的珠丸高速打击零件表面，使其产生冷硬层和残余压应力，可显著提高零件的疲劳强度。

2.滚压加工是在常温下通过淬硬的滚压工具（滚轮或滚珠）对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，将工件表面上原有的波峰填充到相邻的波谷中，从而以减小了表面粗糙度值，并在其表面产生了冷硬层和残余压应力，使零件的承载能力和疲劳强度得以提高。

3.金刚石压光是一种用金刚石挤压加工表面的新工藝，国外已在精密仪器制造业中得到较广泛的应用。

4.液体磨料强化是利用液体和磨料的混合物高速喷射到已加工表面，以强化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蚀性和疲劳强度的一种工艺方法。

4.提高机械加工工件表面质量的措施

4.1制订科学合理的工艺规程

科学合理的工艺规程是加工工件的方法依据。只有制订了科学合理的工艺规程，才能为加工工件表面质量满足要求提供科学合理的方法依据，使加工工件表面质量满足要求成为可能。对科学合理的工艺规程的要求是工艺流程要短，定位要准确，选择定位基准时尽量使定位基准与设计基准重合。

4.2合理的选择切削参数

切削参数的选择主要包括切削刀具角度的选择、切削速度的选择和切削深度及进给速度的选择等。试验证明，主偏角、副偏角及刀尖圆弧半径对零件表而粗糙度都有直接影响。在进给量一定的情况下，减小主偏角和副偏角，或增大刀尖圆弧半径，可减小表面粗糙度。另外，适当增大前角和后角，可减小切削变形和前后刀面间的摩擦，抑制积屑瘤的产生也可减小表面粗糙度。

4.3合理的选择切削液

选择合理的切削液可以改善工件与刀具间的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，从而减轻刀具的磨损，以保证工件的加工质量。

4.4工件主要工作表面最终工序加工方法

工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要，因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。选择零件主要工作表面最终工序加工方法，须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。

5.结论

由于机械加工表面对机器零件的使用性能如耐磨性、接触刚度、疲劳强度、配合性质、抗腐蚀性能及精度的稳定性等有很大的影响，因此对机器零件的重要表面应提出一定的表面质量要求。由于影响表面质量的因素是多方面的，只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺措施，对表面质量根据需要提出比较经济适用性的要求，减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。

参考文献：

[1]寇元哲，影响机械加工表面质量的因素分析[J]。甘肃科技，2007

[2]于骏一，邹青，机械制造基础，机械工业出版社2004

偏心轴类零件加工分析 篇7

渐开线少齿差行星齿轮减速器具有结构紧凑、体积小、重量轻、传动比范围大、运转平稳、制造容易、运转可靠等特点, 目前已经在建筑工程机械、起重运输机械、农机、轻工、仪器仪表、机床附件等领域广泛应用。而作为传动的关键部件, 偏心输入轴的加工制造精度对于传动精度、传动稳定性等传动性能的影响尤为重要。在小批量的生产规模、没有专用加工设备的情况下, 零件的尺寸位置精度很难保证, 尤其是既要保证精度, 又要保证效率, 实际生产难度较大。我公司就接到一批加工此类零件的订单, 经过对厂内设备的考量, 决定采用车、磨工艺加工, 并对该零件进行加工分析。

1 工艺分析

零件材质为42Cr Mo, 经调质处理后, 表面硬度为280~340HB。

此工件外圆有两处偏心, 尺寸精度较高φ170m6 (0.025 mm) , 且偏心尺寸要求较高6.5js9 (0.036 mm) , 表面粗糙度要求为Ra1.6, 采用精车成形工艺不易保证相关尺寸位置精度, 故采用先车、后磨工艺。又因为零件两端面中心部位有特殊使用需要加工, 所以采取先加工外圆, 后加工端面的方法。即先在端面打3组中心孔, 一组在零件中心处, 另外两组中心孔对应相应的偏心圆, 对正中心孔距离6.5 mm, 180°分布两端。加工时先以正中心孔定位车削正圆, 再以偏心中心孔定位车削偏心圆, 经外圆磨削完工后再加工两端面中心处缺形。

2 加工过程

1) 圆钢毛坯以V型夹具定位夹紧, 卧式加工中心加工端面的3个中心孔, 其中一个端面加工2-M12螺孔 (夹紧用) , 2-准10销孔 (定位用) 。并一端铣夹口。

2) 数控车削时以夹口定位夹紧, 顶正中心孔, 外形正圆车至φ110.4, 右端车φ105至准105h6 (工艺用) , 其余车削正圆尺寸达图纸要求。

3) 上偏心盘工装, 以轴φ105外圆与夹具定位, M12螺纹紧固, 准10圆柱销角度定位。三爪夹盘夹紧工装外圆, 零件另一端尾座顶相应的偏心中心孔, 车削对应的偏心轴外圆至尺寸留量0.4 mm, 车削一端完成后, 卸下工件, 工装盘转动180°, 以φ10圆柱销定位, M12螺纹紧固, 三爪卡盘夹紧工装外圆, 尾座顶相对应的偏心中心孔, 车削另外一处偏心至尺寸留量0.4 mm。

4) 偏摆仪检测工件, 顶对应的中心孔打外圆跳动超过0.1 mm, 进行磨削, 磨削时磨床拨盘需与工件刚性连接, 防止零件偏心惯性导致工件不能匀速旋转。

5) 外圆磨削完成后, 车削两端面至图纸要求。

3 结语

通过此种装夹定位方式加工, 最终零件成品经三坐标检测偏心外圆直径实测为170.03~170.05 mm, 偏心距实测尺寸为6.509~6.516 mm, 符合图纸要求。在小批量生产、没有专用设备的加工条件下, 应用此种工艺方法, 夹具制造简单易行, 加工尺寸稳定可靠, 可以实现批量加工。

摘要：输入轴作为少齿差行星齿轮减速器的关键传动部件, 具有特殊的零件结构 (双偏心) , 外形尺寸精度要求高, 在小批量制造中, 由于没有专用设备, 加工起来费时费力, 文中即通过实例对此类零件的加工进行了分析介绍。

弹壳零件冷挤压复合工艺分析 篇8

关键词：机械制造,弹壳零件,挤压成形,复合挤压

1 引言

图1是某弹壳零件图,该弹壳零件的特点是壁薄(最薄处0.55mm)、底厚(4.3mm)、底部带很厚的凸缘。这类零件一般采用镀铜钢板经多次拉深成形或采用低碳钢棒材经多次冷挤压成形及必要的切削加工而得到。

由于冷挤压是在三向压应力状态下使金属变形的,其冷挤压件的组织致密程度和机械强度得到很大的提高,如果再加上精密剪切下料工艺,材料利用率也会大大提高,所以冷挤压是弹壳类零件的首选加工工艺。

2 工艺方案分析

由图1可知,该类零件由两部分组成,即薄壁筒体和带凸缘的厚底。其工艺特点是:薄壁筒的变形程度远大于底部凸缘的变形程度。目前已知的冷挤压工艺方案有以下3种。

2.1 两步成形方案

该工艺方案如图2所示。首先将毛坯放入反挤压凹模中挤压成厚底薄壁筒,然后在镦挤模具中将底部凸缘镦挤成形。由于凸缘的变形力远小于薄壁筒的挤压力,因此在镦挤凸缘时薄壁筒部分的高度几乎不发生变化。

两步成形方案的特点是:模具结构简单,但增加一道镦挤工序,挤压件的壁厚差较大,而且镦挤工序中,不便于将反挤压毛坯装入镦挤模。

2.2 闭塞挤压成形方案

该工艺方案如图3所示。将毛坯放入浮动凹模2中,上模1下行与浮动凹模形成一个封闭型腔。上模继续下行,推动浮动凹模一起下行。在挤压凸模3的作用下,坯料首先充满封闭型腔,形成底部的凸缘,随着挤压凸模挤入量的增加,毛坯沿凸模和凹模的间隙流动形成薄壁筒。凸缘部分形成“死区”不再参与变形流动。

闭塞挤压成形方案的特点是:一次挤压成形,挤压件尺寸精度较高。由于浮动凹模和凸模在一侧,壁厚差较两步成形小,工序少。但需要较大的闭塞力,模具结构复杂,造价较高。

2.3 复合挤压成形方案

该工艺方案见图4。将毛坯放入凹模2中,上模1下行,由于底部凸缘镦挤变形力小,毛坯首先充满凹模上部型腔形成凸缘,此时凸缘厚度大于零件要求厚度。随着上模继续下行,毛坯沿凸模3和凹模的间隙流动,形成薄壁筒。由于凹模是固定的,因此凸缘的厚度也随底厚逐渐变小,最终达到要求尺寸。

复合挤压成形方案的特点是:一次挤压成形,挤压件尺寸精度较高。由于凹模和凸模在一侧,且没有相对滑动,因此壁厚差较闭塞挤压成形工艺更小,工序少。模具结构简单,造价低。

以上3种成形工艺方案,显然以第3种方案为最好。但由于该方案凸缘部分首先成形,而且成形的凸缘在薄壁挤压过程中还要参与变形。因此,在凸缘与筒壁交接处变形金属应力应变分布较为复杂,容易产生缺陷。为了使该工艺方案有可行性依据,采用体积成形分析软件DEFORM进行了数值模拟。图5为模拟过程示意图。可以看出,金属的流动过程尚好,凸缘及拐点处没有产生流动缺陷。

3 挤压力的计算及挤压次数的确定

分析弹壳零件可知,由于挤出薄壁尺寸只有0.55mm,远小于允许最小极限尺寸(约为5mm),故上述复合挤压方案并不可行。

也就是说采用前面的复合挤压方法,钢的挤压是受极限变形程度限制的。即使有限元分析结果表明能够成形,因没有考虑模具的受力情况等,一次成形方案也是不可行的。

可以将一次挤压的方案改为多次挤压,将变形分成多道工序,分多次挤压完成。首次挤压时,保证挤出薄壁厚度不大于最小极限尺寸如5mm,在以后的各次挤压过程中都保证不大于相应各次的极限变形程度要求,这样可以确定挤压次数。在模具结构上,各次的挤压模具只是下凸模的尺寸有变化,其他机构参数基本不变。挤压极限变形程度应根据具体材料,以及具体的挤压工艺主要采用实验方法确定。

理想的冷挤压过程首先应满足模具工作寿命的要求,而模具的工作寿命在很大程度上取决于挤压时的单位压力的大小。在钢零件的冷挤压过程中,影响挤压力的因素主要有:(1)被挤压钢材的基本性能;(2)变形程度;(3)润滑条件;(4)变形模具的几何形状;(5)变形速度。

在成形过程中,一般材料的基本性能是一定的,也会选取最好的润滑条件和变形速度,而模具的几何形状一般由制件形状决定,所以当其他条件一定时,挤压力主要和变形程度有关。

根据实际制件的体积,确定毛坯直径22mm、高度12mm,总挤压比11.08。一次挤压时,有限元计算得到的挤压力和行程的关系如图6所示。纵坐标为挤压力,横坐标为挤压行程。有限元计算值已经超过200t。应当指出DEFORM软件采用刚塑性模型计算,由于刚塑性模型平均应力不能位移确定,计算的挤压力是不准确的。采用多次挤压,最终达到变形要求,总的挤压力会比一次挤压的挤压力大。

目前尚无准确的计算挤压力的理论方法。可按下列近似公式计算:

设单位挤压力p,

式中:σk———金属材料的变形抗力;

d0、d1———分别为挤压件外径和内径。

按上式计算的挤压力远于有限元计算值。此时计算是忽略摩擦力的作用。实际挤压力应该小于有限元计算值,但会大于理论计算值,具体要用实验方法加以确定。

挤压工艺有最小壁厚、最小压余厚度、最大挤压深度、最大挤出长度、最小凹穴深度等限制,要一一予以校核。

此外,挤压时过大和过小的圆角都不适合,凹模最小圆角半径不小于0.5,凸模最小圆角半径不小于0.2。

如果工艺上不能采用挤压方法实现,只有在退火后增加挤压工艺达到变形要求,或采用机加的方法达到零件要求。

4 冷挤压的退火要求

(1)软化退火。将钢加热到Ac1线临近的区域并长时间保温,随后缓慢地冷却,便可以使钢坯变软,适宜于进行冷挤压加工。

这种加工方法正常热加工后的工件,能获得良好的金属结构,不仅可以使珠光体发生再结晶,而且消除加工时形成的内应力,对于含碳量超过0.2%的钢材和一些合金钢进行冷挤压时,应用这种软化退火尤其重要。

软化退火可以用于原始热处理或中间热处理。

(2)再结晶退火。在冷挤压后,为了恢复被破坏的结晶结构,可以将钢件加热至再结晶温度以上进行再结晶退火。钢的再结晶温度是450℃,而再结晶退火工艺温度为600~700℃。

冷挤压生产中.无论是原始热处理或中间热处理,再结晶退火都有广泛的应用。

5 小结

按上述成形工艺及热处理方法,经过多次反复验证实验,最终确定了14工位多步成形法及其热处理工艺的具体参数;为壳零件类零件的生产提供了宝贵的技术经验。

参考文献

[1]刘英仙,赵玉民,崔满.复杂壳体冷挤压成型工艺研究.锻压装备与制造技术,2007,(42).

[2]王晓强,霍颖,刘瑞秀.冷挤压设备现状及发展.锻压装备与制造技术,2007,(3).

零件分析 篇9

随着信息技术在各领域的迅速渗透, CAD/CAM/CAE技术已经得到了广泛的应用, 从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式, 对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的变革、发展新兴技术、促进经济增长都具有十分重要的意义。在各种行业中为了缩短产品的设计周期, 降低其成本, 提高产品质量, 产品设计研发人员正广泛使用计算机辅助工程CAE。在CAE技术中, 有限元法是运用最成功、最广泛的一种数值方法。

本文中首先运用Solid Works软件对该弹簧进行实体建模, 如图1所示。然后通过有限元分析软件COSMOSWorks对该弹簧进行受力分析, 分析其在压力一定的情况下弹簧零件的变形、压力变化情况, 以达到对弹簧零件施加合适的负荷。

1 弹簧零件静态分析

弹簧原结构见图1所示, 弹簧不好固定也不好加负荷, 所以用两个圆盘加在弹簧的两端。

1.1 给弹簧赋予材料

在Solid Works中进入COSMOSWorks模块, 建立一静态研究。在弹簧特征管理器中右击选择“应用材料到所有实体”, 在材料对话框中选择弹簧材料为合金钢, 其主要性能见图2。

1.2 约束弹簧、给弹簧加负荷并划分网格

如图3所示, 固定弹簧一端圆盘的底面, 在另一端的圆盘圆柱面上加上径向约束, 再在圆盘的顶面施加1N的力。网格划分就是将几何体剖分成形状简单且相对小的实体, 是一种离散化的过程。这些实体被称为有限单元。单元数量是有限的, 它们并不是无限的小, 而是与整个模型的尺寸相比适度的小。

1.3 运行并观察分析结果

对弹簧一系列参数设置完成之后, 在COSMOSWorks管理器中右键单击“算例1”, 选择“运行”, 在成功的运行静态分析之后, COS-MOSWorks在管理器中生成“应力”、“位移”、“应变”图标。点击其一将显示相应的图解, 如图4、图5、图6所示。

由图4可知弹簧在承受1N的压力下进行静态分析所受的最大应力为2.418E+006, 最小应力3.422E+001, 材料的屈服应力为6.204E+008, 从而可以推断该弹簧装置在当前施加的压力下其结构强度是可靠的。图5可知弹簧装置最大位移变形为0.05786。应变图解如图6所示。

假如在弹簧装置的其它参数不变, 在其一端面所施加的力有所变化, 观看其最大应力变化情况, 力的变化情况如下表所示:

在COSMOSWorks管理器中改变弹簧装置端面受力大小, 观看其最大应力变化情况, 最大应力变化情况如表2所示:

根据表2弹簧装置最大应力随端面受力变化情况可以绘出压力-应力关系图表, 如图7所示。

2 结束语

嵌入在Solid Works中的有限元分析软件COSMOSWorks, 工程师们可以根据该有限元软件对产品进行应力分析、应变分析、变形分析、热力分析、优化设计、线性和非线性分析等。使用COS-MOSWorks有限元分析软件, 产品设计研发者可以极大地缩短产品的设计周期, 降低了测试成本, 提高了产品质量。本文通过对该弹簧装置进行有限元分析可知, 对弹簧施加1N的负荷, 弹簧的结构强度是可靠的。

摘要：运用与SolidWorks无缝集成的有限元分析软件COSMOSWorks对弹簧进行改型优化设计, 使设计更加方便、快捷、准确, 对改型设计具有指导意义。通过对弹簧零件进行静态分析可知该弹簧装置在当前施加的压力下其结构强度是可靠的。

关键词：三维Solidworks,弹簧,COSMOSWorks,静态分析

参考文献

[1]杨宗明.基于CAE技术的优化方法及其应用[J].机械设计与制造, 2004 (4) .[1]杨宗明.基于CAE技术的优化方法及其应用[J].机械设计与制造, 2004 (4) .

[2]SolidWorks公司 (著) .COSMOS基础教程:COSMOSWorks Designer[M].叶修梓, 陈超祥 (编) .北京:机械工业出版社, 2007, 4.[2]SolidWorks公司 (著) .COSMOS基础教程:COSMOSWorks Designer[M].叶修梓, 陈超祥 (编) .北京:机械工业出版社, 2007, 4.

关于机械零件加工精度的分析 篇10

1 机械零件加工产生误差的主要因素

机械零件加工生产过程中出现的误差是多方面的, 受到多重因素的影响, 具体误差影响的范围也不尽相同, 下面列举零件加工中比较常出现的几种误差。

1.1 加工原理误差

主要是指运用同样的加工原理来处理不同的零件, 虽然会有一定的误差, 但是能够大大的提高机械零件加工的效率, 为企业节约经济成本, 因此, 只要误差在可以控制的范围之内, 加工原理的误差可以忽略不计。

1.2 工艺系统的几何误差

具体指加工零件的模板和机床在进行加工之前没有统一矫正, 有的机床模板安装过于紧密, 有的过于疏松, 这就导致二者之间存在一定的数据差, 通常出现在机械零件加工的施工之初。

1.2.1 机床的几何误差

对工件加工精度影响较大的机床误差有:主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的制造误差、安装误差和使用过程中的磨损是机床误差的根源。

1.2.2 夹具误差与装夹误差

夹具的作用是使工件相对于刀具和机床具有正确的位置, 夹具误差主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体等零件的加工与装配误差, 它与夹具的制造和装配精度有关, 直接影响工件加工表面的位置精度或尺寸精度, 对被加工工件的位置精度影响最大。除此之外, 夹具和装夹在长时间的使用之后会出现一定的磨损, 也是造成误差的一个关键性因素, 对此, 需要定期的检查夹具和装夹的磨损状态, 发现磨损严重的必须及时更换, 以降低误差, 提高精密度。

1.2.3 刀具误差

机械零件加工过程中需要使用不同的刀具, 有的刀具用于零件的切割, 这些切割的刀具的误差对于零件精密度没有影响, 而有的刀具用于定位和制定尺寸, 这些刀具在长时间的使用之后会出现一定的磨损, 导致测量误差, 这种误差现象会影响整个机械零件的精密度。

1.3 工艺系统的动态误差

机械零件是金属制材料, 在加工的过程中需要进行高温处理, 高温状态下的打磨和切削等工艺的处理, 使得零件在冷却之后, 二者之间的数据存在误差, 我们把这种在加工的过程中, 因为加工处理措施而导致的误差称之为工艺系统动态误差。

1.3.1 定位误差

定位误差指的是由于工件在夹具上定位不准而造成的加工误差, 它包括基准位移误差和基准不重合误差。在机床上对工件进行加工时, 须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准, 如果所用的定位基准与设计基准不重合时, 就会产生基准不重合误差。而基准位移误差则是指工件在夹具中定位时, 由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响, 导致定位基准与限位基准不能重合, 使各个工件的位置不一致, 从而给加工尺寸所造成的误差。

1.3.2 工艺系统受力变形引起的误差

在进行零件加工时, 加工工艺系统会在各种阻力的作用与反作用下产生一定程度的变形, 使得了刀具、工件等位置发生一定的变化, 也必然会造成机械零件加工误差的逐步增大。而这种因受力变形引起的误差, 主要是由以下因素造成:

(1) 机床的刚度。机床一般都是由很多零件、部件组成的, 而这些零部件由于自身刚度不足等原因, 必然会产生不同程度的误差。同时由于机床受到摩擦力、结合面接触变形、间隙过大等因素的影响, 使得机床的整体刚度发生变化。

(2) 加工零件自身的刚度。当加工零件自身的刚度相对于机床、刀具、夹具等来说比较低时, 会由于机械零件自身的刚度不够而产生变形, 进而导致了机械零件加工精度的降低。

1.3.3 工艺系统受热变形引起的误差

机械零件的加工处理都会进行高温处理, 受热之后的零件与常温小的零件肯定会存在误差, 尤其是在加工的过程中受热不均匀, 产生的误差会更大。此外, 零件材质的不同, 加热的方法不同, 高温处理的温度不同等都会产生误差, 具体的处理措施有: (1) 减少工艺系统发热和采取隔热措施。 (2) 改善散热条件。 (3) 均衡温度场, 加快温度场的平衡。 (4) 改善机床结构, 合理选材, 减小热变形。

1.3.4 内应力重新分布引起的误差

内应力是相对于外应力而言的, 所谓的内应力, 具体是指加在物体外部的作用力消失之后, 物体的内部仍旧存在的一种作用力。零件在加工的过程中必然会受到外力的作用, 比如打磨、塑形、高温处理等等, 处理结束后, 残留的力使得加工的精密度产生了误差。对此, 应该采用相应的措施尽量减少存在零件内部的内应力。常见的高温缓慢处理就是比较科学的办法。

2 保证和提高机械加工精度的主要途径

在实际的机械零件加工过程中, 有诸多的误差处理办法, 需要工作人员依据零件生产加工的特性和实际生产情况, 进行科学的选择, 下面对几种主要的零件加工精度提升办法进行介绍:

2.1 直接减小。

或消除误差法。该种误差消除办法主要是明确具体的误差产生原因, 根据确定的误差产生原因, 具有针对性的提出具体的处理措施和办法, 将损失降低到最小。

2.2 转移误差法。

零件的关键部位出现误差的影响是不可估量的, 而一些非关键部件的误差则可以忽略, 为此, 在加工零件的过程中, 我们可以将关键位置的误差转移到非关键位置上, 这种处理措施我们称之为转移误差法。

2.3 补偿误差法。

人为地造出一种新的误差, 去抵消或补偿原来工艺系统中存在的误差, 尽量使两者大小相等、方向相反, 从而达到减少加工误差, 提高加工精度的目的。

2.4 均分误差法。

在加工中, 对于毛坯误差、定位误差引起的工序误差, 可采取分组的方法来减少其影响。其实质就是把原始误差按其大小均分为n组, 每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/n, 然后按各组分别调整加工。

2.5 误差平均法。

利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正或者利用互为基准进行加工, 以达到很高的加工精度。在生产中, 许多精密基准件 (如平板、直尺、角度规、端齿分度盘等) 都是利用误差平均法加工出来的。

2.6 就地加工法。

在机械加工和装配中, 有些精度问题牵涉到很多零部件的相互关系, 如单纯依靠提高零部件的精度来满足设计要求, 有时不仅困难, 甚至不可能。而采用就地加工法就可以较好地解决这种难题。

结束语

综上所述, 机械零件在加工的过程中不可避免的会出现误差, 但是合理范围之内的误差是允许存在的, 超出范围之内的误差则影响了机械设备的正常运作。只要加工人员, 运用正确恰当的加工方法, 严格遵守机械零件的加工程序, 机械零件的加工精密度是可以得到提高的。

摘要：机械化进程的加速, 带动了机械加工企业的发展和壮大。随着机械加工也的发展, 一些企业以次充好, 生产出了一批不够精密的质量较差的机械零部件, 严重影响了机械设备的使用。为此, 笔者针对目前存在的机械零件加工问题进行了总结, 并提出了具体的改善措施, 以全面的提高机械零件的加工精度。

激光测径仪测量阀类零件误差分析 篇11

关键词：激光 误差 膨胀系数 温度 测量方法 折射

中图分类号：TG806 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0051-01

“激光”一词是“LASER”的意译。LASER原是Light amplitioation by stimulated emiasi on of radiation取字头组合而成的专有名词，1960年5月15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943μm的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家，1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器诞生。激光技术是现代科学技术发展的结果，激光是20世纪与原子能、计算机、半导体齐名的四项重大发明之一，在装备制造业、汽车工业、医学、航天等行业中。激光技术应用越来越广泛，几乎涉及到当今科技的各个方面。

1 误差产生的原因种及分类

误差的产生有多方面的原因，从误差的性质和来源上可分为系统误差和随机误差两大类。

1.1 系统误差产生的原因

（1）所用仪器、仪表、量具的不完善性，这是产生系统误差的主要原因；（2）实验方法的不完善性或这种方法所依据的理论本身具有近似性；（3）实验者个人的不良习惯或偏向（如有的人习惯于侧坐、斜坐读数，使读得的数据偏大或偏小），以及动态测量的滞后或起落等。

1.2 隨机误差产生的原因

（1）随机的和不确定的因素的影响，或环境条件微小的波动；（2）实验操作者的感官分辨本领有限。

2 激光测径仪的测量原理

该仪器内带有高速旋转的He-Ne激光发射器和激光接收器，激光发射器发出的激光束通过一组透镜处理变成平行光，平行光投射到工件上，工件只要挡住光束，在接收器上就有信号产生，通过光电传感器将此信号传到专用计算机处理器上，就可读出所测量的直径值。

3 测量环境的影响

3.1 测量时，若零件的测量温度不能满足20℃的要求

标准件测量温度满足20℃要求，这时需考虑温度差对零件尺寸的影响，温度与零件尺寸之间的关系可参见公式4-1：

Lt=L20[1+a（t-20）] （4-1）

其中a为零件的材料膨胀系数（单位：mm/℃）；

t为环境温度；

L20为零件标准温度20℃时尺寸；

Lt为零件在温度t时尺寸。

3.2 测量时不满足温度条件

若测量标准件时的温度与测量零件时的温度都不在20℃且温度不一样时，还应考虑温度对标准件、被测零件的综合影响，它们之间的关系可参见公式4-2：

△L=（L2）20-（L1）20= （L1）20[1+a1 （t1-20）]- （L2） 20[1+a2（t2-20）]

=（L1）20 a1（t1-20）- （L2）20 a2（t2-20）

△L≈（L1）20[a1（t1-20）-a2（t2-20）] （4-2）

中△L为因温度变化产生的测量误差；

a1为标准件材料的膨胀系数；

a2为零件的材料膨胀系数；

t1为测量标准件时的测量温度；

t2为零件测量时的测量温度；

（L1）20为标准件20℃时尺寸；

（L2）20为零件20℃时尺寸。

从上述公式4-1、4-2可以看出，零件尺寸受材料膨胀系数影响以及温度变化影响，温度变化越大、偏离标准温度越多，零件尺寸随温度的变化量就越大，因此，保证测量环境温度的一致性及无限靠近标准温度，可适当减少测量误差的出现。

4 其它因素影响

由于激光测径仪的光源发射器使用的是单模He-Ne激光器，光源在空气中会受到气压、温度、湿度、压强、大气成分以及震动等因素影响激光在空气中的传播方向而产生折射，因此，对测量房间这些因素的控制对减小测量结果误差也是比较有意义的。另外，激光测径仪采用的是无接触式扫描测量，对于测量精度在10-5要求中，尘埃也是影响测量结果一个不可忽视的重要因素。

5 误差因素的消除

为了减小环境对测量的影响，我们在实际操作过程中做出了以下规定。

零件在测量前对零件的恒温时间不小于6h，同时为减小温度变化过大对测量产生影响，我们在测量房间内放置两个温度计，一个放置在离测量地点相对较远的地方，一个放置在测量点附近，当发现两温度计温度差在1℃以上时，即停止测量。

零件自身清洁度对测量结果也是有影响的，对于这类因素，我们要求在测量零件时必须使用不掉纤维的仿鹿皮擦拭零件表面。

在测量零件时必须使用穿戴手套，不允许围观，避免人体温度以及人员走动所带起的灰尘对测量结果产生影响。

为了确保测量精度，减小激光源对测量的影响，应周期性的对激光测径仪的光源进行校验。

为了避免空调吹出的气流直接作用到仪器上引起温度的剧烈变化，同时减小气流对空气密度波动所产生的激光折射，我们利用屏风以及双层门对测量仪器进行环境保护。

6 测量系统分析

在满足上述测量环境的条件下，并对工装、校准方法以及测量位置进行统一的情况下，我们选取了公司生产的10个零件，将其与标准件放置在（20±1）℃的环境下恒温24 h后，做了一次测量系统分析，数据分析的结果表明，测量系统完全可用，测量误差满足要求。

7 结论

该文在简述激光测径仪仪的工作基础上，分析了温度、测量工装等方面对测量结果所产生的影响，同时也针对这些问题总结了一些减少误差产生的方法和办法，希望这些能对在今后需使用激光测径仪测量的朋友中起到借鉴作用。

参考文献

[1]李学东.高速精密激光测量的研究现状及其关键技术[J].航空机密制造技术，1998，34（6）：29-34.

[2]叶升华.激光在精密测量当中的应用[M].北京：北京机械工业出版社，1980.

[3]刘先卓，王树奎，陈锦生.激光测量技术及其应用[J].机械设计与制造，2003（3），95-96.

零件折弯干涉问题分析与举措研究 篇12

钢板折弯件可提高零件的刚性与截面抗弯力矩, 但折弯件的结构形式与外形尺寸往往受到折弯机上下模、滑块的结构和尺寸限制。为了使设计出的折弯件满足设备和工艺性要求, 加工时不与折弯机的模具、滑块发生干涉, 设计人员在设计之初就要首先考虑折形的结构形式与尺寸, 工艺人员在工艺分析时, 必须再次判定和确定其截面形式及对应尺寸的合理性。

1 折弯设备的概况

1.1 上模

上模是折弯机重要部件之一, 主要有直臂式与曲臂式的结构。我公司的直臂式根据不同的模柄结构可分为图1~3所示三种;曲臂式的模具根据喉深不同, 我公司常用如图4~5两种。

1.2 下模

折弯机的下模主要分为单V形、整体形 (N形) 与镶块镶嵌形等结构, 如图6~8所示。单V形主要用于具有分段式模具的折弯机;整体形 (N形) 是常用的一种下模结构, 它具有多个V形槽的下模体;镶嵌式结构的下模主要用于大于90°的自由折弯, 通过增加或减少不同厚度的镶块来实现不同的下模开口。

1.3 滑块

滑块部分由滑块、油缸及机械挡块微调结构组成。左右油缸固定在机架上, 通过液压使活塞杆带动滑块上下运动, 机械挡块由数控系统控制调节数值。可见, 滑块与上模和机床导轨相连, 由工作油缸带动上下往复运动, 完成板料折弯。

2 折弯件干涉的分析

对于2次或2次以上的折弯件, 经常出现零件与模具相碰而干涉。当零件外形尺寸足够大时, 还会出现折弯件与滑块相碰而干涉。因此, 折弯件干涉的主要形式有:折弯件与上模、折弯件与下模及折弯件与滑块3类干涉。

2.1 折弯件与上模干涉

此处干涉是指折弯件与上模轮廓包含的区域发生了遮蔽, 判断某一次折弯是否产生干涉可以看作对于某一折弯点, 弯曲前和弯曲后的弯曲件是否与上述轮廓发生遮蔽。下面具体分析折弯件与上模的干涉类型, 其不外乎以下4种情况:

1) 零件的结构尺寸局限引起的与直模、弯模干涉, 如图9~10所示。

2) 折三边或四边的箱型零件, 如图11所示, 先前已折弯的折弯边会限制最后一道折弯的运动, 如图12所示。

3) 折弯件在加工过程中, 由于本身工艺设计的问题, 可导致在加工的过程中发生折弯顺序不当引起的折弯干涉。如图13, 折弯工序为先折弯2处后折弯1处, 方案可行;而工序为先折弯1处后折弯2处, 工件与模具发生干涉, 该方案不可行, 如图14。

4) 上模选择不当引起的折弯干涉。采用弯模才能折弯的零件, 却选择了直模。

2.2 折弯件与下模干涉

下模置于工作台上, 此处干涉是指折弯件与下模和工作台轮廓包含的区域发生了遮蔽, 下模干涉的判断一般在折弯前进行。

与下模干涉的零件主要表现为“Z”形件, Z形折弯又称为断差, 如图15, 根据成形角度分为直边断差和斜边断差。其关键尺寸由断差高度h决定, h值由V形槽中心到下模体边缘的最小距离B、折弯圆角半径R、板厚t所决定 (如图16) , 即

2.3 折弯件与滑块干涉

折弯干涉一般发生在折弯件与模具之间, 但也有因折弯零件的宽度、高度尺寸过大, 折弯时超过了上模的高度, 也可能发生折弯件与滑块干涉, 如图17所示。

2.4其它的折弯干涉类型

除了上述所列举的3种干涉类型外, 还可能存在同时与上模、下模干涉的折弯件, 如“π”形件;也有可能由于本身工艺设计的问题, 折弯顺序选择不当造成自身干涉, 如“W”形件。

3 折弯干涉问题的解决措施

从以上分析的几类干涉类型, 主要由折弯件本身的设计结构、选择的折弯顺序及选配的折弯模具3种原因所引起, 我们可分别从设计和工艺上提出解决措施。

3.1 设计措施

1) 更改折弯件的长宽比。大部分折弯干涉, 都是由于设计的零件长宽比过大, 我们知道对于用普通直模的折弯件, 其长宽比小于1, 用弯模的折弯件 (折弯内圆角为R2或R5) , 其长宽比不大于1.625。设计时, 必须使零件的长宽比在上述两种范围之内, 否则折弯干涉。

2) 更改槽形件的两边高度差。当折弯边高度相等的槽形件折弯干涉时, 可考虑将折弯边更改为一高一低的零件, 同时, 施以正确的折弯顺序 (先折弯短边, 后折弯长边) 的方法, 如图13与图14所示, 可避免折弯干涉。

3) 更改折弯件的折弯角度。在满足设计的条件下, 增大折弯边间的夹角, 在使用相同模具的情况下, 相当于间接增大了长宽比, 扩大了折弯机的加工范围。如在保持底部宽度尺寸与高度尺寸不变的情况下, 将图18更改为图19的结构, 可消除干涉。

4) 在满足最小折弯半径与设计强度的条件下, 更改板厚或材料以便使用弯模进行折弯。如若B-4/Q345B槽形件的结构尺寸限制了折弯, 但用弯模折弯不会干涉, 因B-4/Q345B最小折弯半径为R10 (R10的模具为直模) , 不能使用弯模, 因此, 可考虑将B-4/Q345B更改为B-5/Q235B, 可在不更改结构尺寸的前提下实现折弯。

5) 更改为拼焊结构。折弯件可拆分为两个“L”形或一个“L”与平板拼焊。但需考虑前期坡口制造成本、焊接变形、工件的整体强度与外观质量等的影响, 需慎重选择。

3.2 工艺措施

1) 在既能用弯模, 又能用直模折弯的零件, 尽量选用弯模, 其增大折弯件的长宽比, 最大限度地减低折弯干涉的可能性。

2) 对于“Z”形件, 根据式 (1) 选择合适的下模。

3) 对于箱型折弯件, 采用等长或略小于折弯线的分段模具, 使已折弯的边避开模具, 实现折弯。

4) 使用合理的折弯顺序。对于工件与床身干涉的零件, 如高度不等的槽形件, 一定是先折弯短边后折弯长边, 如图13;对于工件自身结构可能导致干涉的零件, 如“W”形件, 如图20所示, 当折弯工序为“1→3→2”时, 方案可行。而当折弯的工序为“1→2”时, 工件自身发生干涉;另对于槽形件之间、“Z”形件之间或槽形件“Z”形件构成的复杂折弯件, 尤其注意采用适当的折弯顺序, 否则前道工序影响后道工序加工。

5) 采用特殊方式折弯。对于高宽比过大的零件折弯干涉, 如图21所示, 可采取在折弯件的反面某一位置处预压一定的角度α (此角度的大小为经验值, 也可通过一定的模拟计算得到, 最终目的是消除折弯干涉) , 在完成两高度直边的折弯后, 利用模具将预压的角度α校正到180°, 如图22所示。

6) 更改折弯模具结构。在直模上, 折槽形件时其长宽比最大不能超过1∶1。这是因为模具为左右对称结构, 模拟折弯时, 会发现其运动轨迹就是一个矩形的对角线, 长宽比超过1∶1, 零件会折弯干涉, 如图23。要解决这一类问题, 我们提出采用不对称的结构模具, 即使α≠β, 但α+β=78°。α与β的数值可通过CAD折弯模拟获得, 根据得到的数据, 我们可制作不对称结构的上、下模, 如图24。

4 结语

通过对折弯件干涉的分析, 得出零件加工是否干涉与模具、滑块结构形式和尺寸均有关;与自身设计的结构形式有关;也与选择的折弯先后顺序、相邻边宽有一定的关系。因此, 对于具体的折弯件, 需要结合折弯机、模具等设备状况具体分析, 找出不同的解决措施。

参考文献

[1]刘永生.折弯零件结构极限尺寸的确定[J].无线电通信技术, 1993 (3) :44-52.

[2]褚国荣.U形件折弯模具的改进设计[J].金属加工:冷加工, 2010 (24) :48-49.