长轴类加工工艺设计

长轴类零件的加工工艺设计摘要：轴类零件是机械加工中经常遇到的典型零件之一。它在机械的应用中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等的传动件，以传递扭矩。根据长轴所具有的结构形式，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、实心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴以及各种丝杠，在划分长短轴时，轴的长径比小于5的被称作为短轴，大于20的则称为细长轴，大多数轴的长径比都在这两者之间。它们的精度和表面粗糙度一般要求较高，所以对操作者和车床的要求也很高，由于自身容易变形，会产生腰鼓型、竹节型，这样的缺陷就变得很严重，影响零件的使用。此次长轴的装夹方式有两种，卡盘-顶尖，顶尖-顶尖，根据这两种不同的装夹方式，运用材料力学知识可以对其进行模拟分析，也就是分析了变形的影响要素，最后，根据零件的结构及其功能，运用滚压等知识完成加工工艺设计。关键词：长轴类零件，工艺，滚压TheDesignofLongShaftPartsProcessingAbstract：Shaftisoneofthetypicalmachiningofparts.Itismainlyusedforsupportingthegears,pulleys,camsandconnectingrodsandothertransmissionparts,itcantransmittorque.Accordingtotheformofthelongaxisofthestructure,theshaftcanbedividedintoasteppedshaft,taper,spindle,axis,solidshafts,crankshafts,camshafts,eccentricshaftandavarietyofscrew.Theaspectratioofaxislessthan5isreferredtoasaminor,morethan20arecalledtheelongateshaftandmostareconcluded.Theiraccuracyandsurfaceroughnessgenerallyneedhigherrequirements,sotheoperatorandlathearethebest.Theshafteasilydeformed,suchasdrumtype,bamboo-type,itwillaffecttheuseofparts.Therearetwodifferentwaysofclamping,Chuck-top,top-top.Ianalyzedthereasonofmorphbyusingmaterialsmechanics.Finally,accordingtothestructureandfunctionofshaftparts,Ihavecompletedtherollingprocessdesign.Keywords:Longaxisparts,Technology,Rolling.目录1前言.12轴类零件技术要求.22.1尺寸精度.22.2相互位置精度.22.3表面粗糙度.23轴类零件的毛坯和材料.53.1轴类零件的毛坯.53.2轴类零件的材料.54轴类零件一般加工要求及方法.74.1轴类零件加工工艺规程.74.2轴类零件加工的技术要求.75轴类零件的热处理.96数控加工.126.1数控加工的概念.126.2数控车床加工工艺的优势.126.3数控车床加工工艺分析.136.4数控编程.137细长轴加工变形的理论分析.217.1卡盘-顶尖装夹变形分析.217.2顶尖-顶尖的装夹方式变形分析.248跟刀架的改进.278.1现状分析.278.2改进方案.289滚压加工工艺分析.299.1滚压简介.2910结论.31参考文献.32致谢.3301前言轴类零件相对都比较复杂，特别是长轴类零件，在加工过程中会有很多因素会影响到零件的质量。机床的振动产生误差，在切削过程中还会有切削热，残余应力等。这一系列的影响，会在轴的弯曲度，表面粗糙度上产很大的影响，加工变形成了轴的加工工艺的难点问题。在国内发展中，轴类零件的加工已经历过很多年，对于传统的工艺方法也比较成熟，无论是在工艺的程序还是热处理方面，都已得到广泛的应用，但是传统的工艺效率相对比较低，大大加长了工时。对于打磨，我们还是有些利用手工进行，并没有达到理想的效果，表面粗糙度反而增加。虽然数控加床在国内已经广泛的使用，在轴类零件的加工余量大，易变形等问题上得以缓解，但是查传统的机床所占的作用也很大，提高精度，首先硬性条件还是从设备上进行改善。在此次的研究中，对于装夹方式的受力给了给分析，主要是工厂里常用的两种方式，卡盘-顶尖和顶尖-顶尖的安装，这里主要根据所学过的材料力学，通过受力分析，我们得到哪些地方容易变形。国际上，对于轴类零件的加工工艺，已经达到了炉火纯青的地步，无论是在精度，还是表面粗糙上，这里并不是崇洋媚外，在一些技术上的问题中，我们还是要学习国际上先进的技术。特别是材料上，制造水平较高，复合材料在抗压性、抗弯性、延展率上具有明显的优势，但是在抗冲击性的问题上还是较差，这是轴类零件的共性问题。综合考虑轴类零件的加工，尽量避免加工过程出现的裂痕和弯曲，选用较适合的复合材料，还有合理的工序，工序卡片在最后，这里详细介绍了工艺的顺序流程。为了进一步防止变形，我们在随刀架也做了改进，工厂里对于这个要求很严格，因为涉及到实用性，必须保证精度。在这里车小头和大端都要用到数控车床，这样对于加工的精度有所保证，并且对于后续的滚压工序有着重要作用。12轴类零件技术要求2.1尺寸精度起装配作用的轴为了确保运转正常，这不得不对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。起支撑作用的轴尺寸精度一般要求较低（IT6IT9），但是对其刚度和韧性要求就很高。加工过程中的尺寸精度和几何误差也有关联，成形运动过程中会产生误差，切削刃轮廓在加工中也会产生误差。车床也在误差，自身制造中就会存在，在车间安装中，经过长时间的加工产生的磨损，这些原因都能影响工件的尺寸精度。其次是刀具误差的存在，常用的有成形刀、一般刀、定尺寸刀；这次加工中没有设计专门的夹具，虽然在跟刀架上有所改善，但是所用的还是两种装夹方式，在装夹中也会产误差。加工中经常要进行测量，特别是校直，虽然使用的是校直机可以避免误差，但是其他尺寸的测量误差难免会存在，经常进行测量也会减少误差的存在。试切与实际加工切削层厚度不同，尺寸精度实际切削过程中会受到的影响，比如在精加工时，试切的最后一刀一般都会比较薄，切削刃在这时起到的作用是挤压而不再是切削，这只是理论方面，但正式切削时深度就会较大，为了使切削刃不打滑，因此会多切工件；调整产生的误差，其实在机械加工的层层工序中，根据对精度的要求和工件的偏移，还要对工艺系统进行这样或者那样的调整，这是加工中不可或缺的，不单单在轴类零件加工中，其它零件加工中也要考虑，由于调整后不能完全达到所需精度，在调整中，挡块的行程起着决定性作用。2.2相互位置精度轴类零件的位置精度要求其实是由于轴在机械中的位置和作用所决定的。一般应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度的要求，否则会影响传动件的传动精度，并产生噪声。对于精度要求一般的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，精度要求较高的轴通常为0.0010.005mm。在此次加工的2节制杆中，要求的精度较高，各个位置要在允许的范围内，这样才能正常使用。由于工艺中对这方面要求的内容比较少，不做过多的解释。2.3表面粗糙度磨削的过程会影响表面粗糙度，影响的原因也是多方面的，主要包括塑性变形和机械加工振动。对磨削进行分析可以看出，表面粗糙度与砂轮形成的刻痕有关系，表面的刻痕越多，单位面积通过的磨砺数量就越多，可知砂轮的磨砺就是越细，会产生较小的粗糙度。在这里还有一个因素就是磨削的深度是否均匀，在均匀情况下，同样也会产生较小的表面粗糙度值。磨削的过程中，因为磨粒大多数是具有比较大的负前角，比较粗糙不锋利，所以在磨削过程大多数磨粒中只是对表面产生挤压作用，因为这样的挤压从而使表面出现了塑性变形；对于磨削表面粗糙度来说，实际操作中车床和数控车床的振动会产生很大的原因。在加工面过程中要尽量避免出现，这里一般的避免的方法有三种：第一种是与磨削砂轮有关的因素，在这里指的是砂轮的粒度、硬度以及对砂轮进行的修整过程等，粒度越细的砂轮，就表明砂轮在单位面积上的磨粒的数量就越多。我们可以理解，单位面积上的磨砺数量越多，砂粒越细，表面粗糙度值就越小。但并不是没有限度，如果这两方面因素的范围超过一定的值，这就使表面粗糙度值增大，并且很可能导致波纹和烧伤，砂轮的硬度，是指磨粒受到磨削力以后能从砂轮上脱落掉的难易程度。如果砂轮过硬，磨粒磨损后就很不容易脱落，工件表面就会因此受到强烈的挤压，增加了塑性变形，从而导致表面粗糙度值加大，并且还会引起烧伤；如果砂轮过软，磨粒就会变得容易脱落掉，磨削的作用也就减少，从而增大了表面的粗糙度值。通过对砂轮软硬的理论分析，所以在选择的过程中软硬程度要适中，这里的选择原理就要根据节制杆的加工要求来定。砂轮修整的质量与所用的修整工具有着密不可分的联系，一般情况下，砂轮的修整主要工具就是金刚石，因为砂轮外层已经钝化了的磨粒必须要去除，只有这样才会使磨粒切削刃变得锋利，利用此种方法会使磨削表面的表面粗糙度降低。此外，如果修整后砂轮的纵向的进给量减小，而且修正后的砂轮的切削微小的刃数量如果越多，零件的表面粗糙度值也会呈现递减趋势。第二种是与毛坯材料有关的因素，也就是工件的才材料，在加3工过程中，主要涉及到零件材料的硬度、塑性，导热性，这些自身的属性对于表面粗糙度来说有着决定性的影响。举个例子，像铝，铜这样的软材料合金就容易堵塞砂轮，所导致的结果就是很难磨。然而塑性过大、导热性能反而较弱的耐热合金，在加工过程中反而容易使砂轮过早脱落，这种类型产生的结果就是表面粗糙度值会变大。第三种因素是加工条件，磨削用量所产生的影响较大，无论是在进给量、砂轮速度还是在磨削深度。但是提高了砂轮速度，就可以使表层金属塑性变形的速度跟不上磨削速度，也就是说，材料还来不及变形就已经完成了，通过这种方式就会使磨削表面的粗糙度值降低。砂轮磨削过程中会产生较高时温度，热的作用就会占主要地位，此时的切削液作用也就变得很重要，磨削区域会产生高热，在此要用到冷却液，减小温度值，避免烧伤。而且砂粒和切屑也会掉落，工件也不会产生划伤，表面粗糙度值减小。因此实际的加工过程，切削液以及切削方法要根据实际情况选择。在外圆磨床，机床砂轮的主轴精度，在与传动件相配合的轴径表面要求粗糙度值范围在Ra2.50.63m，进给系统的精度以及平稳性，整个车床刚度和它的抗震性，对于表面粗糙度的影响都有着直接的关系。一般来说，对于实际应用的轴，特别是起到支撑作用的的轴，其表面粗糙在Ra0.630.16m。工厂里运用的轴，其精准度和表面粗糙度都有着很高的要求，在此次节制杆的加工中，最后要通过滚压的方法进行加工，这会进一步提高表面的粗糙度。43轴类零件的毛坯和材料3.1轴类零件的毛坯在机械加工中，制定零件的机械加工工艺规程前，首先要做的的是如何确定毛坯，在这里包括选择毛坯类型，毛坯的制造，还有如何保证毛坯精度。加工过程中，毛坯起着很多决定性的影响，比如材料的消耗多少，工序的数量，投入劳动量的大小。如果所选用的毛坯尺寸与所加工的零件近似，投入劳动量就会减少，材料损耗减少，加工效率提高，当然在一定程度上增加了经济效益。虽然这样的毛坯会有诸多好处但是这样的毛坯制造成本较高。因此选用时根据机械加工和制造成本两方面综合进行考虑，这样的情况才能保证毛坯选择得当。根据零件的用途，就要分析零件的材料，进而可以得出自身的力学性能。毛坯的选用离不开材料的分析。所学习的课本内容可知，形状复杂的钢制零件不适合用自由锻；生产类型单件小批量生产则采用木模手工制造；这是加工工艺中所要遵守的经验与方法。实际加工中，充分结合传统工艺与先进技术，如精铸，精锻，冷轧，冷挤压，粉末冶金法、和工程塑料等，对这些工序要掌握好，能达到所要求的精度和表面粗糙度。有时甚至可以大大降低机械加工劳动量，经济效果十分显著。机械工程材料一书中，对轴类零件的毛坯选择用做过简述，如何选用棒料和锻件，这里的根据是毛坯使用类型，生产条件，设备条件来综合考。这里要根据一个比值的大小来确定，大小外圆直径的比值，比值较小的选用棒料，比值较大的选用锻件。通过这样的方法选择会达很多效果，比如减少了工作量，材料的不必要浪费，提高机械性能。本次研究的节制杆，外圆的直径比值不大，其次还有许多的变截面，通过以上的理论我们可以确定选用棒料。3.2轴类零件的材料5材料的选择要根据自身的性能来决定，主要包括热处理后的效果，是否能达到所需的韧性，强度和耐磨性。机械工程材料中，我们知道，自选材料时要根据轴类的作用来确定，对于装配作用的轴，要求的机械性能就很高。在这里简单介绍几种钢，一般情况下，都可以利用45钢，通过机械工程材料我们知道，热处理过的45钢会有较好的力学性能，尤其在韧性，强度和刚度上。在淬火后，主要效果会主要体现在硬度上，这种钢的切削性能也很良好。常用的材料还有40Cr，这是一种合金钢，它的适用范围是精度要求中等，但是转速上可以到达一定的值。经过调质和淬火，可以达到理想的效果，通过相对比较，这种钢更适合本次的加工。还有一些高硬度的钢，比如65Mn，硬度可以达到50-55HRC由于这些性能，耐磨性和耐疲劳强度都很高，主要用在高精度的轴中，不做过多研究。已经选用的40Cr经调质和表面氮化后，不仅能获得理想的的表面硬度，还有适合的切削效果，而且还可以持续保持这种特性，此次加工零件首选对象。材料已经确定，对于其他材料不做过多叙述。64轴类零件一般加工要求及方法4.1轴类零件加工工艺规程学校的金工实习中，我们也对车床进行过实际操作，但是实际加工出来的效果不理想，其中主要的原因就是对对工艺规程制定不合理，甚至可以说是不了解，一个零件的是否合格与工艺规程息息相关，也是决定质量的关键所在。机械加工厂里，这是技术科成员最强调的问题，最常看到和听到的就是，工艺就是法律，可见规程的顺序是多么的重要，方向确定，顺序确定才能保障加工工件的质量。不同零件的加工对应着不同的规程，但是大体上都是相同的。根据零件的要求，在做工艺规程时，会有几种方式，不同的工艺顺序加工方法，通过不同的规程进行对比，选择出最佳规程。一些已经投入使用的工艺规程不要做修改，这是实践中已经确定的工艺和方法，经过考验过的成果，毋庸置疑。下面简单介绍常规的要求。最常见的过程是：下料、锻造、正火、粗加工、半精加工、精加工、校直、粗磨、精磨、滚压。这里指的是通用规程，在本次的零件中，工艺卡片已经详细进行了叙述，因为节制杆有着自身的精度要求，热处理方法要求。这里还涉及到基准的选择，机械制造工艺学中，对于基准选择有简单介绍，主要是粗基准和静基准的选择。粗基准，涉及到非加工表面的，选择非加工表面；对于所有表面都要加工，选择加工余量小的，本次零件的选择就是按照这样的方法；涉及到浇注的零件，选择时要避免。精基准，在不同的加工工序中，选择的位置可以不同，但是尽量选择同一位置，可以提高精度。这个位置要选择精准度高，稳定性强。如可以的话，定位基准和测量基准要保持一致。最后强调的是粗基准选择中，尽量避免重复使用。4.2轴类零件加工的技术要求7(1)尺寸精度轴的作用无非是起到配合和支撑，当装配起来就会对尺寸要求非常严格。对于这样的轴，它尺寸精度要求一般都很高，通常为IT5IT7；此次节制杆的加工就属于这一类，另一类就是与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，对于这样的轴，它的精度要求较低，通常为IT65IT9。(2)几何精度对于轴类的校合，课程设计已经完整做过，就是这次研究的实心轴，课本上对于实心轴的校合有具体的步骤和公式。公式过程是较为复杂的，因为已经做过实心轴的课程设计，在这里就不作详细计算过程。(3)相互位置精度各个变节面的位置，槽的位置误差，断面平行度，垂直度等，工艺卡片的设计会尽可能去避免，主要是通过多次的校直和测量来实现。(4)表面粗糙度此次的表面粗糙度要求较高，但是还要根据加工的可能性和经济性来确定，这里的表面粗糙度是研究的重点，上面已用较大的篇幅来叙述，在加工最后的程序中，我们所要用的方法就是利用滚压来达到所要求的表面粗糙度。85轴类零件的热处理在金属冶炼加工过程中，金属的退火，淬火，回火，正火和表面改性技术出现在我国已经有几千年，至今这种技术还是我国制造业的关键性技术，特别是在一些加工铸造的企业，一些老师傅们根据多年所掌握的经验与技术才能将工件和毛坯的热处理做到完美，甚至是炉火纯青，单单凭借课本上的知识并不能完全达到所要求的标准。制造业中，机床零件中的60%-70%，汽车零件中的80%-90%，特别是模具的产品中的零件，几乎达到了100%。然而这些都是要经过人处理的，无论是在冶金，交通，航天，军事，建筑，石化甚至是电子行业，它都起着至关重要的作用。热处理为更新换代，提高产品的质量，以及节能节材，提高产品的使用寿命起着决定性的作用。我们都了解，热处理其实就是是一道工序，说白了就是一门技术，主要是通过对材料加热-冷却，对于这个过程的控制，如何控制好，从而获得所想要的效果，金属的内在品质（组织，结构与性能），这是加工工艺的技术。金属加热，会产生热应力和相变应力。虽说产生了应力，但是这种应力有利也有弊，再次，简单分析下热处理中的应力与成型裂纹间关系中的一些问题。两种应力会在热处理过程中产生，分别是热应力和组织应力。热应力是由于材料的温差产生的，热胀冷缩的原理可知，金属在加热产生的膨胀，冷却会急速收缩，膨胀与收缩的不均匀就会产生所谓的热应力。具有温度的零件进行冷却，表面温度的冷却快于中心温度，产生的收缩不同，心部就会产生了拉力，外部变形大于的内部变形。第二种是组织应力，其实是相变导致的，金属在加热和冷却中，组织会产生变化，由于温差存在，组织的转化不能同时进行和完成。对于钢材料的比容，面心立方精格珠光体马氏体，机械加工材料课本所叙述过。我们通过这样的比容可以分析，在淬火冷却时，奥氏体向马氏体转变会引起体积上的膨胀，在有色金属中，比容的大小也会死如此。这种相变的应力与几方面有关联，比如：金属局部相变区域的面积的冷却速度等等。9还要介绍一种应力就是残余应力，这种应力和前两种应力密切相关，它是热应力和相变应力的叠加。残余应力可以引起宏观的变形；微观上来说，这就要提及晶粒内部或者晶粒之间，在此不做过多的叙述，在金属的热处理过程中，当热应力占主导地位时，工件心部受拉，表面受压。反之，当组织应力占主导地位时，工件的心部受压，表面受拉，这实际是应力使两者叠加所产生的。热处理中的残余应力是指保留在金属内部的应力，但并不是说这种应力就会一直不变，随着时间的推移，材料的加工和使用条件发生变化时，特别是温度和环境的变化，残余应力也会变化。其实技术中的残余应力一直处于不稳定的状态，在一定条件下这种应力会释放出来。最典型的例子可以看出来，钢铁回火，有色金属时效变形，还有其它的热处理。材料受到残余应力影响很大，比如疲劳强度、耐腐蚀能力，这种材料加工成零件后，还会受到影响，比如寿命、安全性。在很多例子上我们能看到，比如钢铁的热处理裂纹类型，纵向裂纹，网状裂纹，剥离裂纹，显微裂纹。钢铁回火时，随着回火温度的提高，残余应力随着下降，在开裂的轴向应力，经过大约550摄氏度回火1.5小时以后，效果明显。在热处理中，我们要尽量减少开裂，还有如何让裂纹愈合也成了要研究的问题。最开始，要减小裂纹发生几率，裂纹主要的表现形式主要有：划伤，表面刀痕，磨削裂纹。热处理的影响（渗碳，淬火裂纹，氮化）结构设计的缺陷（过大的截面变化，圆角半径过小），这些潜在的因素会成为不可避免的损失，都会导致开裂。所以要根据上述的内容进行改善。要充分利用表面压应力的作用，表面强化来提高表面的质量，这里有的方法，对表面进行喷完处理，还有表面淬火可以提高表面的压应力。要检测这样的要求，还要对零件进行定期检测，可以通过超声波，X光来发现这种裂痕，做到未雨绸缪。表面缺陷种类多种多样，包括材料表面和内部，气孔、杂质、小裂痕。这样的缺陷会导致疲劳失效。在这里要提及的一种方法就是在金属中加入合金材料，我们在所学的课本中可以知道，这样做可以提高金属表面的质量，加强了金属的疲劳强度，从而延长了金属的使用寿命。如果不可避免的产生裂纹，这要考虑是否能修复，并且修复成本是否值得去修复。如果小于制造成本就可以修复，修复的方法主要有：保温（高温塑变），焊接，施加脉冲电流等，修复的方多种多样，根据裂纹类型确定。裂纹包括内部和外部，外部裂纹相对来说容易修复，随着现代技术的发展，对于不严重的内部裂痕，也能修复到理想的结果。材料可以通过吸收能量达到恢复，通过加入物质也能转变为合格。近10些年来，通过对技术的引进，改善和开发，汽车，航空，兵器，机械等在热处理上都有了很大的进步。但是在全国大多数的机械厂热加工仍然比较落后，生产条件简陋，工艺传统，人工操作的比重很大，没有完全实现自动化。这些设备中，很多都是40年以上的设备，耗能大，工艺老，设备精度不高。我们现在要着眼于更新设备，这样才能提高核心竞争力。新型的设备要满足用户和社会的需求，可靠性高、高度自动化、节能。目前工厂存在较多的国产，根据价格来说，确实便宜。但是耗能，温度均匀化，性价比，自动化程度水平上就很低，与国际知名的品牌还有很大的差距，这些先进的技术水平可以实现自动化来达到你想要的结果，而不仅仅要依靠老师傅的而丰富经验。对于设备制造厂来说，就要多对学习先进的经验和方法。现在社会比较提倡的就是节能，节能的热处理是最有效的节能措施，加热设备的节能成本很大，连续式加热炉就比周期性加热炉节能。在厂子里，最主要的加热节能炉子有井式炉，箱型炉，输送带式炉，其实这样的设备可以节约30%的燃料费，既能节能减排还能增加效益。金属在空气中会生氧化现象，这种特性对于绝大多数金属都适用，我们都知道，氧化对于零件产生了很多弊端，在尤其在表面质量上最为突出，并且还产生了大量的损耗。如何让避免氧化时现代技术的重点研究对象，也是先进热处理的标志之一。常用的方法就是将金属在惰性气体加热，这样达到无氧化热处理。在H2-H2O、CO-CO2、N2-H2-CO-CO2-H2O混合气氛中加热必须使H2/H2O、CO/CO2比值控制到一定程度,使气体在给定温度下具有还原性，只有这种条件才能实现无氧化。长期以来，最受欢迎的是氮基氢气体，是利用液态氮蒸发加热。由纯氮和甲醇裂解气体混合的合成的气体部分，可以取代用天然气、丙烷制备的吸热式气氛。在热处理中，加热炉如果只单一通入一种气体，就要对炉子的材料有所要求，必须是不锈钢炉罐。热处理主要是为下一步加工做准备，使材料内部晶粒细化，应力减少，切削性能得到改善。粗车后精车前都会涉及到调质，淬火在精车前完成，避免变形。这次的节制杆精度要求较高，要按照严格的热处理进行。116数控加工6.1数控加工的概念数控加工的实质就是利用数控机床依照零件图将零件加工制造出来的过程。目前被广泛的应用于机械制造生产领域，数控机床是用数字化信号对机床工作台的运动及刀具加工路线进行精确控制的机床。它能实现一次装夹即可完成所有加工表面的加工，其自动化程度非常高。数控加工根据被加工零件的图纸、加工的技术要求、工艺卡片，编制成以G代码为主的数控加工程序，输入到机床中，用来控制工作台与刀具的相对运动，完成机械零件的加工。在用数控机床的生产加工过程中，数控机床可视为类似于电脑的硬件设施，相反数控加工工艺和数控程序则类似于电脑的软件，两者配合完成任务。6.2数控车床加工工艺的优势虽然使用数控车床加工要解决一些问题，但是它在加工过程还是起到关键性的作用。自动化程度高。在采用数控机床加工机械产品时，除了工人手工装夹零件外，剩下的工序均由数控机床按照数控程序自动完成，不需要人工的再次参与。在柔性制造系统上，所有之前需要人工操作的地方均可采用机床自动完成，大大地解放了劳动力，并且提高工作效率。适合加工不同类型的零件。数控机床上是靠数控程序来实现不同零件的自动加工，当零件发生改变时，除了解决不同工件的装夹问题。与普通车床相比就有无法超越的优势，只是涉及到数控车床的坐标系选择，编写数控程序，本次运用的是西门子数控车床。对于坐标系的选择、对刀方式、走刀路线、编写程序都完成后，接下来工作就相对简单了。这样优势明显突出，无论在加工精12度还是劳动量上都超过传统车床。大批量的产品，如汽车、自行车与家用电器的零件，为了实现大批量，高效率的生产目标，大多采用专用的工艺设备、专用的自动化机床或专用的自动化生产线进行生产。但是使用这种方式加工产品，生产准备周期长，而且产品一次定型不易改型，这样就使产品的开发周期增长，成本变高。在机械产品的生产中，单件以及生产量小的产品占到70%到80%，这些机械零件一般都采用普通机床加工，当产品的加工表面，加工方式改变的时候，普通机床的使用和工艺装备都需要配合零件发生相应的改变，并且普通机床的自动化程度低，需要工人纯手工操作，这样的生产方式就使得零件的加工质量不高以及生产效率低下，特别对一些轴类零件，本身的结构更加复杂，有特定的变节面，只能采取仿形机床等加工方式来加工。6.3数控车床加工工艺分析数控加工前，要有几项具体问题需要解决。主要有图纸分析和编程。首先对图纸进行分析，在这里针对的是尺寸，只有尺寸了解，才能计算节点坐标。这样才能进行编程工作，在这里我们用的车床是西门子，需要手工编程。手工编程要认真仔细，根据所学的内容，按步骤完成。编程也要注重技巧，要尽量简化，减少换刀次数，多次安装会导致误差，降低了精度。经常用到的方式就是基准统一，不会对尺寸公差和形位公差产生影响。在课本上也有所提及，工厂中更是平常不过的手段。粗加工只在普通车床进行，数控车床不涉及粗加工。在半精加工，精加工，光整加工中常用。它的作用是精准进行加工，粗车后，还有残余量，通过数控车床来去除。由于自身的稳定性，使精准度更接近成品。特普通车床在半精加工中，也可以达到一定的表面精度，但是必要时还是要利用效率和精度高的数控车床。精加工就是要求很高，要达到产品的规格。光整加工是进一步精确，提高尺寸精度和减小表面粗粗度，类似滚压，但略输于滚压。在后面的工序中涉及到滚压，但是在数控车床过程中精度也是不可忽略的，这里的精度涉及到滚压工序的质量。6.4数控编程13本次运用的系统为西门子粗车外圆：G54G90G95T1D1M08G0X50Z1297CYCLE95(AA:BB,1.00,0.0,0.5,0.0,0.7,0.6,11,0.0,0.0,0.0,)G0X50Z1297M05M09M00AA:G148Z0X36.8ZX36.3ZX32ZX37Z60BB:G150精车外圆G54G90G95T1D1M08M03S800G0X50Z1297G146F0.45Z014X48Z1295Z193.39X32Z193X36Z240X36Z275X37Z309Z30X50G0X200Z1297M09M30粗车小头G54G90G95T1D1M3S500M08G0X49Z1M09M05M00EE:G1X9Z0X12Z-1.5Z-12X1015Z-15X16Z-15.5Z-155X20Z-157Z-171.5X18Z-175X23X24Z-175.5Z-191X47X48Z-191.5FF：G1X49精车小头G54G90G95T1D1M3S800M08G0X49Z1G1X9Z0X12Z-1.5Z-12X10Z-15X15X16Z-15.516Z-155X20Z-157Z-171.5X18Z-175X23X24Z-175.5Z-191X47X48Z-191.5X49G0X200Z1M09M05M00小头M12螺纹G54G90G97T2D1M3S500M08G0X50Z2CYCLE(2.0，0，1，12，12，12，0，2.6，0，0.0，10，1，3)G0X220Z2M09M0517M00小头M20螺纹G54G90G97T2D1M3S500M08G0X50Z-152CYCLE97(1.5，0，152，173，20，20，1.95，10，1,3)G0X200Z0M09M05M00粗车大头G54G90G95T1D1M3S500M08G0X50Z1CYCLE95(DD:PP,1.0，0.0，0.5，0.0，0.7，0.6，0.6，11，0.0，0.0，0.0)G0X50Z1M09M05M0018DD：G1X24Z0X27Z-1.5Z-26X24Z-30X32X35Z-31.5Z-80PP:G1X50精车大头G54G90G95T1D1M08G0X50Z1X24G1Z0F0.45X27Z-1.5Z-26X24Z-30X32X35Z-31.5Z-80X3819G0X200Z1M09M05M00大头M27螺纹G54G90G97T2D1M3S500M08G0X50Z2CYCLE97(2.0，0，1，-28，27，27，0，2.6，0，10，1，3)G0X200Z2M30207细长轴加工变形的理论分析7.1卡盘-顶尖装夹变形分析卡盘顶尖的装夹方式在细长轴的加工中是最长使用的夹装方式，当采用卡盘顶尖的装夹方式时，如图7.1所示：图7.1如图;X代表刀具切削点的横坐标，Y代表刀具切削点的偏移量。x、y分别为切削点左侧，距离卡盘一侧任意一点的横坐标和纵坐标。由材料力学可以知B处的支承反力为：21（7.1）由于y方向合力为零可以求得左端点A的支力方向为：（7.2）由上试可知如果刀具切削点位置已知，则X、FA、FB均可以看做是常数，那么挠曲线方程式是正确的，选取挠曲线上任意一点（x，y）便可以推导出弯矩方程，()AfMxFy（7.3）上式中挠度向下为复值，并且规定当杆件受到压力时的进给力为证。fF挠曲线近似微分方程:试中E表示材料的弹性模量，I代表细长轴截面对中性轴的惯性矩上式整理得到：EIxMdyx2（7.4）20lxlXlFpB32lXlFpPA3222得出公式（7.6）此微分方程对应的齐次方程0)(2ykx通解为：()()12kxkxyCe（7.7）由于是方程的一个特解，原方程的解为：（7.8）将起始端偏移和转角均为零，将其分别带入边界条件：（7.5）EIFkf2xFyfA*xFeCfAkxkx)(2)(1xeCyfAxkx)(2)(12()AyEIxEIFykxA2)(230xy得到：（7.9）（7.10）特解表达式为：（7.11）()()2kxkxAAAfffFFyeeX因为被加工零件细长轴工件是连续的，因此上式用刀尖处的坐标X、Y分别代表x、y，便可的到加工点位置在Y方向上的偏移量，表达式所示：（7.12）7.2顶尖-顶尖的装夹方式变形分析12AfFCk2Afk20lx0x2kxkxAAAfffFFYeeX24图7.2可简化为一端固定铰支一段移动铰支的简支梁结构，力学模型如图所示7.2所示，X代表刀具切削点的横坐标，Y代表刀具切削点的偏移量，x、y分别为切削点左侧，距离卡盘一侧任意一点的横坐标和纵坐标。上图中由模型受力分析分别得:（7.13）（7.14）切削点左端任意一点弯矩为：xMFy细长轴的变形近似微分方程:lXFPBlLPA0,BAM25（7.15）（7.16）式中令则上式可以写成:特解为：（7.17）此微分方程对应的齐次方程为：02yk解该齐次方程,其解为:（7.18）因为边界0,yx1CEIxMyfpPFyFxXEIlEIlXx0EIFQIlTEIyFKPf,2Xxyk2TXy2*xkQTXxkxCy221sinco26当趋近1时，趋近1，X也趋近1，（方程在成立）xylXx0求解：（7.19）lkQTXC22sin则此方程为:（7.20）由于切削点（X,Y)也在左段曲线上，可以用（X，Y）代替上式中的（x，y）从而得到切削点的偏移量Y随着X的变化方程：（7.21）22sinsiTXQTXQylkxkkQTlkQTY22sinsi278跟刀架的改进通常情况下，车床都会存在跟刀架，工厂里也叫随刀架。从表面文字来说，看起来是一个活动的零件，但是它是固定在床鞍上的。它的作用很大，在车床上的重要程度很高。尤其对于轴类零件的加工中，作用举足轻重，不可小视。通过跟刀架，轴类零件可以有效防止变形，提高强度和刚度。众所周知，跟刀架最常出现的问题就是，支撑爪磨损。因此本文基于三爪跟刀架改进了一种新型的跟刀架，以提高使用寿命和经济效益。8.1现状分析根据加工来分析，跟刀架主要研究的就是支撑爪。通过图片可以看到，支撑架有两个，在经常的移动过程中，难免会有磨损，准确度降低。如果磨损问题解决，作用就能正常发挥，我们主要从两方面进行改善，首先跟刀架的支撑爪的数量，在两个的基础上在加一个。数量的增加当然分担了力的作用，受力减小磨损程度降低。其次就是从质量方面进行改善，支撑爪的材料改为球墨铸铁，球墨铸铁有较强的耐磨性，防止磨损内凹，在长轴的高速旋转中，避免磨损。通过三爪支撑和改善材料，车削会非常稳定，震动减小，可谓效果明显。目前在车工生产中为了应对这种支撑爪的磨损主要方法是，不断地浇油冷却润滑和不断调整跟刀架支撑爪的位置，来保证好与工件的同轴度，避免形状误差的产生。虽然在这两方面有所改善，但是实际操作中还要综合考虑。由于各个支撑爪的磨损程度的不同，故在车削时要经常进行调整，这样会在一定程度上影响了轴类零件的加工精度，严重情况还会造成轴类零件报废，产生不必要的经济损失。8.2改进方案上述已经提到了两种改善措施，在车间只是基本的方式。在这里还要介绍一些28具体改善内容。支撑爪前端设置滚动轴承，这样的作用是避免摩擦，这样的话滚动轴承就可以与工件直接接触，支撑爪和刀具共同夹持工件，达到固定效果，车削时稳定性效果显著。每个支撑爪前面加上两个滚动轴承，鞘轴穿过轴承和垫圈，鞘轴目的是保证轴承纵向稳定，垫圈目的是保证轴承左右不摇动，最后鞘轴也要采取固定，所用的方法是螺钉固定。图8.1跟刀架299滚压加工工艺分析图9.1滚压原理9.1滚压简介金属在受到外力的作用下，会产变形，机械工程材料中有所介绍过，金属常规变形有塑性和弹性两种。这里运用滚压其实就是产生变形，在这里所产生的变形并非是破坏，而是多方面进行改善，无论从表面粗糙度，物理性能，组织结构。晶粒的形状会在变形最大的方向得到延伸，这样的话晶粒就会变细，金属组织也就被被纤维化，使分子的排列更加紧密有序，所以这样的表面精度会有很大的提升。因为还会产生残余应力层，前文我们介绍过，应力层不仅能对金属工件经常产生的疲劳裂纹产生的疲劳裂纹起到一定的抑制作用，还会使硬度和强度得到提升，使被挤压金属层的组织变得更加紧密，从而改善了工件表面的耐磨性，耐腐蚀性。滚压是在数控车床精加工后的工序，是对表面质量的提高和升华。滚压加工是指滚轮与金属表面的相互接触。滚轮的硬度很高，表面很光滑，才能使工件表面在滚压作用下产生微小的塑性变形，提高表面的质量。滚压加工变形区主要有三个部分：弹性压缩区、塑性变形区、弹性恢复区。长轴类零件看起来比30较简单，但是在切削加工过程中，因为自身的长颈比很大，切削过程中很容易产生变形，加上机床自身的振动，会产生工件与刀具的相对位置的偏差，增大了加工误差，自始至终不得不说是机械加工的难点。长轴类零件刚度较差，在受到切削力和重力作用下，也容易产生弯曲变形，致使加工后的圆柱度加工误差增加，无法满足预期的要求。.加工过程受到切削力和离心力的作用，还容易产生切削振动，这与机床的性能关系不大，这是难所避免的，工件表面粗糙度就难以保证其加工精度。在切削过程中，由于轴向尺寸大并且散热性差，在切屑热的作用下，长轴随着切屑温度的升高而产生较大的轴向伸长量，很难继续进行加工。常用的滚压方式主要有下面几种：（1）滚轮滚压，滚轮滚压工具从结构上可以分为刚性和弹性两种类型，适用于外圆面和大直径的浅孔滚压加工。由于滚轮圆弧与滚压工件之间接触面积相对较大，进而导致滚压加工中单位压力相对变得很小。因此我们可以得出，要获得较大的压力就要相对缩小滚轮直径。（2）滚珠滚压工具这样的滚压方式相对特别，与前面的滚轮有着不同，它的接触面积就很小，相比滚轮滚压来说，在单位面积上的压力较大。滚珠滚压工具适用于平面、内孔、凹槽等成型面。滚珠滚压可以自由转动，改善滚压条件，但是使用寿命较低。（3）滚柱滚压工具就耐磨度和使用时间来说，滚柱滚压的使用时间最长，在应用中，可以采用较大进给量，适用的类型小型精密。对于质量较重的零件来说，这种滚压方式也很适合，其滚子形状有鼓形、圆柱形、圆锥形等。压工具对于滚压加工质量和加工效率有着重要的影响，在保证加工精度并兼顾加工效率的前提下，在选择滚轮模拟对细长轴滚压加工。对于滚轮所选择的材料不仅要具备高硬度、高强度以及良好的耐磨性能，而且还要求滚轮在滚压加工过程中不能与被加工表面发生粘连。滚轮工作面不能有裂纹、划痕、气孔等缺陷。在此次的加工工序中，我们最后运用的就是滚压，改善了轴的变形，并且在工件的表面质量上得到了大大改善。3110结