《鋁合金材料細(xì)長階梯軸數(shù)控車削加工工藝及模擬仿真方案設(shè)計》14000字（論文）

第第V頁共25頁鋁合金材料細(xì)長階梯軸數(shù)控車削加工工藝及模擬仿真方案設(shè)計第一章緒論………………11.1鋁合金細(xì)長階梯軸的數(shù)控車削加工研究背景和意義…………11.1.1鋁合金細(xì)長階梯軸的加工工藝概述………11.1.2目前鋁合金細(xì)長階梯軸數(shù)控加工存在的問題……………51.2鋁合金細(xì)長階梯軸零件的車削加工國內(nèi)外研究現(xiàn)狀……………51.2.1車削方法的改進(jìn)……………51.2.2工件加工時的振動特性……………………51.2.3車削加工時誤差補(bǔ)償應(yīng)用…………………61.2.4細(xì)長軸的加工工藝設(shè)計……………………61.3本文的內(nèi)容安排……………………6第二章鋁合金材料細(xì)長階梯軸和特征零件的加工誤差分析………………82.1鋁合金材料階梯軸和特征零件的誤差主要來源分析……………82.2鋁合金材料細(xì)長階梯軸的車削受力分析…………82.3卡盤-中心架-頂尖裝夾方式對零件的加工工藝分析……………92.4本章小結(jié)……………9第三章鋁合金材料細(xì)長階梯軸數(shù)控車削加工工藝分析……103.1引言………………103.2鋁合金材料階梯軸工件的加工工藝分析…………103.2.1鋁合金材料階梯軸的數(shù)控車削加工的技術(shù)要求…………103.2.2鎂鋁6061型鋁合金細(xì)長階梯軸數(shù)控車削存在的問題…113.3鋁合金材料細(xì)長階梯軸的數(shù)控車削仿真加工……113.3.1加工刀具的幾何參數(shù)選擇…………………113.3.2工件切削用量參數(shù)選擇……………………123.4本章小結(jié)…………13第四章鋁合金材料細(xì)長階梯軸零件的模擬仿真理論方案…144.1零件試制的加工方案設(shè)計…………144.2制定零件仿真加工的過程…………144.2.1確定仿真加工工藝路線……………………144.2.2選擇加工刀具及參數(shù)………154.2.3鋁合金細(xì)長階梯軸加工工序卡……………154.2.4.鋁合金細(xì)長階梯軸加工工序簡圖………154.3零件仿真軟件的應(yīng)用………………164.3.1鋁合金細(xì)長階梯軸的產(chǎn)品仿真加工內(nèi)容及成品…………194.4本章小結(jié)……………21第五章總結(jié)……………225.1論文總結(jié)……………22參考文獻(xiàn)…………………24附錄…………………………25第一章緒論鋁合金細(xì)長階梯軸的數(shù)控車削加工研究背景和意義隨著我們國家制造行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對工業(yè)裝備的質(zhì)量、機(jī)械的使用性能都提出了更加嚴(yán)苛的要求，逐步向現(xiàn)代化、信息化、集能化和智能化的方向不斷推進(jìn)，與此同時，數(shù)控加工技術(shù)也因此有了更大的發(fā)展方向，在工業(yè)制造行業(yè)中起著舉足輕重的作用。許多關(guān)鍵的零部件都離不開數(shù)控加工設(shè)備的加工，因?yàn)樗麄兌加幸粋€共同的特點(diǎn)，零件的尺寸精度的要求較高、它的工藝要求是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、零件的生產(chǎn)效率較低和加工材料的加工困難性，這也促進(jìn)了高精度數(shù)控加工設(shè)備的發(fā)展，它的出現(xiàn)，能夠在一定的程度上，能夠使大部分經(jīng)過培訓(xùn)的員工都能操作，減少了因?yàn)椴僮鲉T、加工的設(shè)備、加工方式等問題，導(dǎo)致影響零部件的加工精度，同時也逐步滿足了個別零部件的大批量生產(chǎn)需求，就如鋁合金材料細(xì)長階梯軸而言，因?yàn)槠溟L徑比大、剛性差、加工難度大，所以在平時的加工中很難保證其精度要求。在實(shí)際的機(jī)械設(shè)備中，細(xì)長階梯軸被譽(yù)為是機(jī)械設(shè)備上最關(guān)鍵的傳動力的部件，同時，它也是被運(yùn)用在機(jī)械上的一種最常見的特殊零部件，細(xì)長階梯軸也因?yàn)樗奶厥庑裕蝗藗儚V泛應(yīng)用于機(jī)械工程裝備、航空、交通運(yùn)輸設(shè)備等等領(lǐng)域，因此，被安裝在機(jī)械設(shè)備上的細(xì)長階梯軸的制造精度，就是決定著機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中，運(yùn)行的可靠性?，F(xiàn)如今，即使更高端的數(shù)控加工設(shè)備的不斷被研發(fā)出來，細(xì)長階梯軸也還屬于難加工件，高端的數(shù)控加工設(shè)備對操作員們的技術(shù)操作水平、加工方式的選擇都提出了非常高的要求。本文研究的是鋁合金細(xì)長階梯軸的加工工藝設(shè)計；主要針對鋁合金材料和細(xì)長軸的特征零件，規(guī)劃其加工工藝，并且在條件允許的情況下，借助數(shù)控仿真的軟件來進(jìn)行合理的零件模擬仿真加工，以便減少產(chǎn)品的加工時間，從而達(dá)到優(yōu)化加工工序的作用。1.1.1鋁合金細(xì)長階梯軸的加工工藝概述根據(jù)軸類零件本身的外貌特點(diǎn)，有著許多種類，根據(jù)本身的特點(diǎn)，分幾種；細(xì)長的直軸、細(xì)長階梯軸。在我國現(xiàn)代化制造加工行業(yè)里面，各種各樣形狀、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的階梯軸，正在被使用在“千奇百怪”的機(jī)器設(shè)備里面，就好像安裝在數(shù)控設(shè)備里面的絲桿、光桿、液壓設(shè)備中的液壓活塞桿還有在遠(yuǎn)洋開采石油的海上鉆井平臺上鉆桿。因?yàn)殇X合金細(xì)長階梯軸的實(shí)際加工過程，主要的加工步驟就是從加工的材料、設(shè)備、加工方式與零件的裝夾方式四個方面的內(nèi)容進(jìn)行概括，其具體如下；鋁合金細(xì)長階梯軸的材料特性（1）、密度小、鋁跟鋁合金的密度均約為銅與鐵的1/3。（2）、該材料的金屬強(qiáng)度較高，這個材料在經(jīng)過某些程度的優(yōu)化，就可以提高本身的強(qiáng)度硬度,而且，在實(shí)際的金屬化合物中，有一部分的鋁合金，是可以采用一些熱處理方式，來強(qiáng)化材料的硬度強(qiáng)度等。（3）、材料本身的導(dǎo)電性好，它的金屬導(dǎo)電性排在金、銀、銅的后面。（4）、材料本身的耐腐蝕性好，自然界中的鋁還有鋁合金材料容易和空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一層較為致密而且牢固的氧化鋁，使材料不受自然界中的化學(xué)腐蝕。（5）、容易加工、可塑性好，；鋁合金材料具有良好的鑄造性能和良好的加工塑性。2.鋁合金細(xì)長階梯軸常用的加工設(shè)備（1）、車床在機(jī)械制造生產(chǎn)中，車床是我們在制造領(lǐng)域里面，用來生產(chǎn)加工軸類零件還有回轉(zhuǎn)體產(chǎn)品的機(jī)械，同時也是最常用的加工設(shè)備，同時也是經(jīng)濟(jì)回報效率較高的加工設(shè)備，其中主要有兩大類（如圖1.1所示）。1）普通車床，簡稱普車；在這種車床中，使用普通車床加工材料的方式是通過操作員對車床進(jìn)行實(shí)時的控制來得到合格的零件，其加工要求嚴(yán)格且對操作員的技能操作水平要求比較高，故導(dǎo)致所生產(chǎn)的產(chǎn)品的生產(chǎn)效率不高、產(chǎn)品合格率低，其中，在零件的加工過程中，由于材料自身的金屬特性，會導(dǎo)致其加工質(zhì)量得不到有效的控制。2）數(shù)控車床，簡稱數(shù)車；數(shù)控車床是在普通車床的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改良，其主要特點(diǎn)是不需要操作者實(shí)時的去控制機(jī)器，轉(zhuǎn)而是使用數(shù)字化控制程序設(shè)備來控制，在鋁合金細(xì)長階梯軸的生產(chǎn)過程中，只需要進(jìn)行一次程序錄入、對刀等步驟，便可以生產(chǎn)零件，其過程中只需要對刀具進(jìn)行磨損補(bǔ)償、尺寸精度保證的有效控制，其對操作者要求低，加工效率以及加工精度均比普通車床高。（a）普通車床（b）數(shù)控車床圖1.1車床類型（2）、磨床在生產(chǎn)精度要求較為嚴(yán)苛的零件時，為了使所生產(chǎn)的零件能夠達(dá)到圖紙中規(guī)定的工藝要求，人們主要選擇的設(shè)備主要有兩大類（如圖1.2所示）。1）數(shù)控外圓磨床數(shù)控外圓磨床本身的精度較高，它是可以讓操作員通過在數(shù)控系統(tǒng)中輸入指定的程序代碼，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)行加工進(jìn)給運(yùn)動的實(shí)時監(jiān)控、控制，這一類的數(shù)控設(shè)備，它生產(chǎn)加工出來的零件，它的表面質(zhì)量是很好的、精度符合要求、效率高，適合在現(xiàn)階段下加工那些對精度要求較高的零部件，所以它被人們應(yīng)用在了精加工階段。2）無心外圓磨床無心外圓磨床，它的工作原理是；技術(shù)員通過定位零件的已加工表面，進(jìn)行磨削加工，主要有兩種磨削方式，縱磨法與橫磨法，縱磨法適合加工不帶臺階的軸，橫磨法適合加工階梯類零件。在零件的磨削加工過程中，被定位的零件中心點(diǎn)應(yīng)該高于導(dǎo)輪的中心點(diǎn)和砂輪的中心點(diǎn)，且被導(dǎo)輪的摩擦力帶動來與砂輪摩擦，來達(dá)到磨削加工，這種機(jī)床的加工效率高，被設(shè)計者們應(yīng)用于大批量的生產(chǎn)條件下。(a)數(shù)控外圓磨床（b）無心外圓磨床圖1.2，磨床的類型（3）、專用設(shè)備由于我國的工業(yè)制造業(yè)的飛速發(fā)展，針對某些細(xì)長階梯軸的專用加工設(shè)備被大量研發(fā)出來，主要是用于生產(chǎn)大批量形狀簡單、尺寸要求標(biāo)準(zhǔn)的軸類零件，但是不適用于那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工工藝要求高且小批量生產(chǎn)的軸類零件。3、鋁合金細(xì)長階梯軸常用的加工方式（1）車削零件的車削加工，是通過在車床的刀架安裝切削刀具上，并且在設(shè)備運(yùn)行的情況下，通過控制所安裝的刀具來實(shí)現(xiàn)零件的車削加工，這個是加工零件本身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和切削刀具的進(jìn)給運(yùn)動的互相配合，來得到預(yù)期的零件的加工方式，主要被用于加工回轉(zhuǎn)類零件表面，如軸、套等，車削加工可以對零件進(jìn)行粗加工與精加工，車削在機(jī)械制造領(lǐng)域中是最基本且應(yīng)用最為廣泛的切削方法。（2）磨削磨削加工是使用各種材質(zhì)的磨具去除材料的磨削方式，這種加工方式，主要被用于加工回轉(zhuǎn)體部件、平面類部件，磨削加工是精度要求非常高的，是屬于精密級加工，其加工精度高，在機(jī)械制造領(lǐng)域中被應(yīng)用于精加工步驟中。（3）光整光整加工方式，是零件在精加工后，為了使零件達(dá)到更高的精度的要求，在原來工件的基礎(chǔ)上不切除材料或者切除極少的金屬材料，來提高工件的加工表面尺寸與形狀精度，目前，在生產(chǎn)生活中，能夠降低工件表面的表面粗糙度來達(dá)到非常高的精度的加工方式有以下幾點(diǎn)；就如研磨加工、超精密加工、零件拋光、滾壓等方式。在我們國家現(xiàn)代化的生產(chǎn)線里面，光整加工方式是屬于那種超精密級的加工，是國際上面運(yùn)用較為廣泛的精加工方式。4.鋁合金細(xì)長階梯軸常用的裝夾方式（1）頂尖-頂尖裝夾該裝夾方式是為了保證零件在加工零件的過程中，為了使零件跟隨卡盤旋轉(zhuǎn)，所以安裝了雞心夾，而且被雞心夾夾持的零件另一端，要采用頂尖將零件頂住，以便達(dá)到鎖緊零件的功效。安裝雞心夾的目的是；通過卡盤的旋轉(zhuǎn)來撥動雞心夾轉(zhuǎn)動，因?yàn)殡u心夾頭會將零件鎖住并且會與卡盤一起轉(zhuǎn)動。所以這種裝夾的方式，適合廣泛的使用在加工零件的尺寸較長的工件，以及對產(chǎn)品的同軸度要求比較高、而且不能通過一次夾緊來進(jìn)行零件的限位的細(xì)長階梯軸的上，它的裝夾方式就如圖1.3所示。（2）卡盤-頂尖裝夾方式這種裝夾方法，是卡盤抓緊零件，另外的一端通過彈性頂尖的頂持，頂住零件并且鎖緊頂尖，不讓它本身產(chǎn)生位移，這種裝夾方式適合加工長度較短的軸類工件以及小批量生產(chǎn)的工件，其裝夾方式如圖1.4所示。（3）卡盤-中心架-頂尖裝夾這種在數(shù)控設(shè)備上被廣泛使用的裝夾方式，是運(yùn)用三爪卡盤夾緊零件的一端，通過計算，把中心架安裝在預(yù)定的位置，來達(dá)到輔助支撐的功效，零件另外的一端采用頂尖頂住零件并且將頂尖鎖緊，不讓它發(fā)生位移，這種裝夾方式需要尋找軸的中心位置而且零件的預(yù)定位置有待加工面的凹型軸段的軸，這種裝夾的方式就如下圖1.5所示。（4）卡盤-跟刀架-頂尖裝夾方式這種在數(shù)控設(shè)備上常用的裝夾方式，本質(zhì)是使用三爪卡盤，把零件的一端夾緊牢固，把跟刀架牢固的安裝在數(shù)控設(shè)備的溜板上面。在加工的過程中，跟刀架的原理是，在零件加工時，跟刀架與零件接觸的支承爪跟隨在刀具的后面并且同步進(jìn)給，從而達(dá)到在加工零件時，抵消刀具對零件力的作用來起到輔助加工的作用，同時，零件的另外一端也是使用頂尖，把零件頂住并且鎖緊頂尖，不讓頂尖產(chǎn)生位移。這種裝夾方式適合加工細(xì)長光軸，這類裝夾的方式就是如下圖1.6所示。綜上所述，加工細(xì)長階梯軸最常用的車削加工方法是數(shù)控車削加工，主要原因有；在這種加工方法中，這一種加工方式，對操作員的技術(shù)要求低，零件的生產(chǎn)周期短，零件的精度穩(wěn)定，便于補(bǔ)償尺寸誤差，而在數(shù)控加工工序的制定的時候，由于加工工序集中，即保證了工件的加工精度，又保證了工件的生產(chǎn)效率。1.1.2目前鋁合金細(xì)長階梯軸數(shù)控加工存在的問題1）受自身形狀結(jié)構(gòu)、材料剛性不足、加工設(shè)備的加工特性以及技術(shù)操作員的技術(shù)水平等因素限制。導(dǎo)致零件在加工的過程中，因?yàn)榱慵旧淼拈L度較長，所以會產(chǎn)生彎曲還有變形變形，還有出現(xiàn)振紋的情況，以至于加工出來的零件完全滿足不了設(shè)計圖紙的要求，產(chǎn)生的原因是；1.該軸的長徑比大，在切削過程中，材料自身的形狀結(jié)構(gòu)不對稱，軸段多、材料的剛性不足，會出現(xiàn)材料的熱變形，從而產(chǎn)生軸的同軸度、圓度等超差。2）因?yàn)檫@類軸是屬于鋁合金材料而且零件一次的加工時間長，在零件的車削過程中，容易造成材料粘刀形成切削瘤，導(dǎo)致工件表面被劃傷而影響表面質(zhì)量和加工環(huán)境的安全。3）因?yàn)樵撦S屬于細(xì)長階梯軸，導(dǎo)致其裝夾方式復(fù)雜多樣、加工工藝的安排繁雜，各個技術(shù)操作員的操作習(xí)慣的不同，導(dǎo)致工件的同軸度、表面質(zhì)量難以保證。1.2鋁合金細(xì)長階梯軸零件的車削加工國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代工業(yè)制造業(yè)進(jìn)程的不斷加快，各種各樣的機(jī)械上面都使用著細(xì)長軸，但是細(xì)長軸的加工精度問題至今都還是現(xiàn)代工業(yè)制造業(yè)的一大難題，為了解決這一問題，國內(nèi)外許許多多的專家、學(xué)者們對細(xì)長軸的加工展開了大量的且非常深入的研究，并取得了十分理想的研究成果，其中，主要研究成果主要集中在車削方法的改進(jìn)、加工時工件的振動特性、以及誤差補(bǔ)償和細(xì)長軸的加工工藝四個方面。1.2.1車削方法的改進(jìn)陳晴【1】在針對細(xì)長軸零件加工過程極易發(fā)生零件的彎曲變形和震動，從而導(dǎo)致工件加工的精度低、表面質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低等金屬切削加工等問題，提出了工件端面銷孔工裝和優(yōu)化切削參數(shù)對零件質(zhì)量的影響。李永祥【2】研究了是什么影響了細(xì)長軸加工時零件的尺寸精度，而且在零件的裝夾方式、數(shù)控刀具的安裝的位置、零件的切削的量，以及使用那些新穎的加工方法等幾個方面概括可以有哪些提高細(xì)長軸加工的尺寸精度的措施。姚小強(qiáng)【3】通過研究與實(shí)踐對細(xì)長軸的實(shí)際生產(chǎn)加工過程中，比較常見的幾種幾何誤差及產(chǎn)生的因素進(jìn)行了分析，詳細(xì)的介紹了輔助裝夾裝備、加工誤差補(bǔ)償方式、改變工件受力的方式以及刀具的幾何參數(shù)和切削用量等方面的研究現(xiàn)狀。李毅【4】通過研究分析判斷為了減小零件在生產(chǎn)加工工過程中細(xì)長軸出現(xiàn)的彎曲變形的問題，進(jìn)一步提高零件的尺寸的精度，選擇把正向、反向加工的方式為研究對象，通過了ANSYS軟件分析功能來建立模型的有限元，通過查閱資料和結(jié)合實(shí)際的研究結(jié)果來和這個模型分析，共同建立這個數(shù)學(xué)模型，并且進(jìn)行相關(guān)的數(shù)值運(yùn)算，用這些數(shù)據(jù)來尋找零件在不同加工條件下，細(xì)長軸點(diǎn)位變形量的差異還有點(diǎn)位變形的規(guī)律，進(jìn)而驗(yàn)證這個理論模型的正確與否。1.2.2工件加工時的振動特性金成哲【5】主要研究在不同裝夾方式下，車銑加工較車削加工相比，振動特性有更好的改善，研究出來的結(jié)果，是為細(xì)長的軸類零件在正交車銑加工方式的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。白意東【6】通過研究拉夾逆向的方法，車削細(xì)長軸是什么樣的振動特性，并且在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，預(yù)測了采用這種方法來車削細(xì)長軸時的切削力大小。為了后面確定切削量、提高了產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)省了生產(chǎn)時間等，提供了重要的理論參考依據(jù)。金龍【7】主要研究細(xì)長軸類零件在車削加工過程中，所產(chǎn)生的振動特性對細(xì)長軸本身的影響，對比結(jié)果并且分析了普通型車削與兩把車刀加工的峰值高低，得到了細(xì)長軸的普通型、兩把車刀型加工的幅值關(guān)系圖，驗(yàn)證出細(xì)長軸振動的響應(yīng)理論是否可行。蔣朝鴻【8】研究了細(xì)長軸的三刀切削加工過程中，車刀的作用力徑向分力所產(chǎn)生的工件振動對工件的彎曲變形影響進(jìn)行了研究，并且驗(yàn)證了細(xì)長軸的三把車刀型加工的正確性。許立【9】根據(jù)超聲波振動車削加工的原理，驗(yàn)證了使用超聲波振動的方式進(jìn)行零件的車削，是能夠改善工件的表面質(zhì)量。同時也研究工件的表面質(zhì)量在使用什么樣的切削量會得到什么樣的規(guī)律，根據(jù)這些規(guī)律，優(yōu)化了零件在加工過程中的切削參數(shù)，并得到了試驗(yàn)里更好的切削參數(shù)。1.2.3車削加工時誤差補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用郭建亮【10】為得到操作簡單、加工質(zhì)量穩(wěn)定的細(xì)長軸車削方法，選擇研究了零件的尺寸誤差和車削加工過程中切削力之間定量的關(guān)系；根據(jù)實(shí)驗(yàn)中實(shí)際的切削力的大小，作為零件尺寸誤差的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并以此及時的修正吃刀量來達(dá)到實(shí)現(xiàn)細(xì)長軸加工誤差的準(zhǔn)確補(bǔ)償；研究中的結(jié)果證明，這種加工方法是可以提高細(xì)長軸的尺寸精度。尚廣云【11】通過查閱大量資料，并進(jìn)行理論分析以及運(yùn)用ANSYSWorkbench仿真分析，從而得出采用尺寸誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ軌蛱岣呒?xì)長軸的車削加工精度的結(jié)論。趙勇【12】對零件在車削中出現(xiàn)哪些動誤差進(jìn)行分析，找到了是什么原因產(chǎn)生動誤差和是使用什么方法來優(yōu)化并且解決這些原因，并且詳細(xì)、具體的介紹了細(xì)長軸的加工工藝，為技術(shù)員簡化零件的加工工藝，提出了寶貴地參考意見。張正義【13】通過研究了大量資料，優(yōu)化了零件的誤差補(bǔ)償方法，并且根據(jù)這個方法使產(chǎn)品的加工精度得到了提高，這個理論依據(jù)可以用來作為提高車削加工精度的一種方法。1.2.4細(xì)長軸的加工工藝設(shè)計何青青【14】通過分析細(xì)長軸的加工過程中，產(chǎn)生彎曲變形的原因，合理的調(diào)整裝夾方式與切削參數(shù)，采用設(shè)計工裝，優(yōu)化加工方法，來提高生產(chǎn)效率，給細(xì)長軸零件的大批量生產(chǎn)提供了理論技術(shù)支持。祝孟琪【15】通過研究車統(tǒng)復(fù)合切削工件表面的微觀形貌，隨切削參數(shù)的變化規(guī)律，得出車銑復(fù)合切削方式，能夠減少細(xì)長軸車削加工過程中工件的彎曲變形。仵珍稷【16】通過對帶有鼓形誤差地正交車銑軌跡模型進(jìn)行研究，與分析鼓形誤差。研究了工件的切削參數(shù)和工件的裝夾方式會對正交車銑細(xì)長軸類零件鼓形誤差造成哪些的影響？梁滿營【17】根據(jù)某些軸的長徑比大，而且在加工中容易出現(xiàn)變形、產(chǎn)品的尺寸精度不能保證的問題，提出減小加工裝夾時細(xì)長軸長徑比的工藝方案。采用優(yōu)化裝夾方式與插補(bǔ)方式，在一定意義上提高了細(xì)長軸的生產(chǎn)效率，而且還降低了零件的廢品率。1.3本文的內(nèi)容安排第一章，在這里，明確了本文的研究內(nèi)容；背景、意義?？偨Y(jié)了國內(nèi)外對于鋁合金材料細(xì)長階梯軸的加工工藝的研究及其背景，簡要敘述了鋁合金細(xì)長階梯軸的加工工藝設(shè)計，以及分析了目前在現(xiàn)有的加工環(huán)境下，加工鋁合金細(xì)長階梯軸可能會遇到的問題，介紹了鋁合金細(xì)長軸的加工工藝的影響，并從數(shù)控車削的方法、工件的振動特性、加工中的誤差補(bǔ)償、加工工藝設(shè)計等四個方面，通過查閱大量相關(guān)資料并對其分別進(jìn)行了分析論證。第二章通過對鋁合金細(xì)長階梯軸和特征零件的加工誤差進(jìn)行分析，查閱了大量資料，對加工加工件的加工誤差來源進(jìn)行了分析總結(jié)，同時進(jìn)行了工件在車削時，對工件所受到的力進(jìn)行了受力分析，得到了更好的切削方式，為后續(xù)的加工提供了解決方法。第三章為鋁合金細(xì)長階梯軸的數(shù)控車削加工的工藝設(shè)計分析，其中包括該特征零件在數(shù)控設(shè)備上的切削加工時的技術(shù)要求，以及該特征零件在數(shù)控設(shè)備上切削加工時會遇到的問題等方面的解決方法。根據(jù)加工工序要求，在加工刀具參數(shù)的選擇以及工件切削用量的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用仿真軟件對該特征零件進(jìn)行模擬仿真加工，為后續(xù)設(shè)計提供更佳的設(shè)計參數(shù)。第四章為根據(jù)前面優(yōu)化出的設(shè)計參數(shù)，設(shè)計出鋁合金細(xì)長階梯軸的模擬仿真加工設(shè)計方案。其中包括了加工方案的設(shè)計、零件加工工序的設(shè)計（仿真加工工序路線、刀具參數(shù)選擇、加工工序卡的制定、繪制加工工序簡圖）、以及根據(jù)上述設(shè)計，運(yùn)用斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件進(jìn)行模擬仿真加工，驗(yàn)證設(shè)計的準(zhǔn)確性。第五章為論文總結(jié)第二章鋁合金材料細(xì)長階梯軸和特征零件的加工誤差分析2.1鋁合金材料階梯軸和特征零件的誤差主要來源分析在實(shí)際數(shù)控車削過程中，無論是使用多么超精密的機(jī)器進(jìn)行加工，零件的加工誤差都不可消除，誤差的大小會影響到加工件的精度要求，故只能將其誤差降低到非常小的程度。由圖1.7分析得知，機(jī)床的誤差有以下幾種；滾動誤差、定位誤差、偏轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床空間幾何誤差、機(jī)床熱誤差等，都是機(jī)床主要的誤差來源。圖1.7綜上所述，數(shù)控設(shè)備自己會存在一些誤差，就像；幾何誤差、內(nèi)外熱誤差和加工誤差，這些都是能夠影響數(shù)控設(shè)備精度的因素。數(shù)控機(jī)床在不同的使用工況下，都是有不同的加工效果，就比如，在市場銷售的數(shù)控加工設(shè)備越是那種非常精密的數(shù)控機(jī)床，在生產(chǎn)加工的過程中，如果能夠滿足條件，就能夠生產(chǎn)更高精度的零件。所以，在細(xì)長階梯軸的數(shù)控車削加工過程中，同樣也會產(chǎn)生誤差，只不過是大小的問題。當(dāng)然了，造成誤差的原因有很多，，就如機(jī)床自身的誤差、操作者等人為誤差、刀具自身的磨損誤差、零件的熱變形誤差等等。國內(nèi)學(xué)者對影響這些誤差對機(jī)械加工的精度的主要原因及其應(yīng)對的措施進(jìn)行了討論與總結(jié)。夏斌高【18】通過查閱分析總結(jié)大量對影響機(jī)械加工中產(chǎn)生加工誤差研究的參考文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了在生產(chǎn)加工細(xì)長軸的切削加工過程中，零件的變形誤差是對零件本身的誤差影響最大的因素，通過分析，得出造成鋁合金細(xì)長階梯軸的表面質(zhì)量與加工精度差的主要原因是；鋁合金細(xì)長階梯軸工件在切削加工過程中發(fā)生了彎曲變形，其中，引發(fā)鋁合金細(xì)長階梯軸的彎曲變形因素主要包括；工件自身受到的重力、切削時的切削力以及鋁合金細(xì)長階梯軸加工時產(chǎn)生的離心力等。2.2鋁合金材料細(xì)長階梯軸的車削受力分析由于鋁合金細(xì)長階梯軸的長徑比大于20，所以導(dǎo)致鋁合金細(xì)長軸的剛性很差，再加上工件的切削環(huán)境的影響，導(dǎo)致工件十分容易產(chǎn)生彎曲變形。為了便于觀察，現(xiàn)將工件被切削時所受的切削力分解為幾個力，如圖1.8所示。同時，在零件的加工過程中，工件還會受到刀具給它的徑向力以及道具進(jìn)給時帶來的軸向力。2.3卡盤-中心架-頂尖裝夾方式的加工工藝分析本文選用卡盤-中心架-頂尖的裝夾方式進(jìn)行來工件的加工方法，由于該零件屬于鋁合金材料細(xì)長階梯軸，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，為了保證加工零件的同軸度和滿足零件的徑向跳動要求，同時可以減緩振紋的產(chǎn)生，使零件大部分的尺寸能夠達(dá)到圖紙的設(shè)計要求，所以通過使用安裝中心架來達(dá)到輔助支撐零件的作用。雖然中心架的安裝不會對零件的工藝參數(shù)產(chǎn)生太大的影響，但是在零件的加工過程中，因?yàn)榱慵椭行募艿慕佑|位置會產(chǎn)生相互的動摩擦，出現(xiàn)一些影響材料的性能的摩擦熱，從而間接的影響到材料本身某些設(shè)計要求的熱平衡。2.4本章小結(jié)。本章為分析鋁合金材料細(xì)長階梯軸在數(shù)控車削加工的條件下，會產(chǎn)生哪些主要的誤差，以及在加工過程中，對工件所收到的力進(jìn)行分析，分析判斷卡盤-中心架-頂尖的裝夾方式的加工工藝，通過以上分析，為下一設(shè)計步驟提供了理論支撐。第三章鋁合金材料細(xì)長階梯軸數(shù)控車削加工工藝分析3.1引言本論文對直徑為30mm至60mm長度為1320mm，細(xì)長軸的中間位置是有凹形的軸段而且這軸的兩端是非常不對稱的鋁合金細(xì)長軸，進(jìn)行加工工藝的設(shè)計。這根軸是屬于那種非常典型的難加工類零件，它的材料選用鋁合金，它的長徑比為22（L/D=22），這根鋁合金細(xì)長軸的長徑比大，而且它的結(jié)構(gòu)形狀是不對稱的，所以它的加工的步驟較多，這個零件的尺寸精度的要求還有形位公差的要求較高，這是導(dǎo)致它成為難加工件的重要因素之一。本次涉及的鋁合金細(xì)長階梯軸每一個參數(shù)設(shè)計都是通過深思，這根軸的零件圖就如下圖1.9所顯示。圖1.9鋁合金細(xì)長階梯軸零件圖3.2鋁合金材料階梯軸工件的加工工藝分析構(gòu)成發(fā)動機(jī)的主要零部件就包含階梯軸這一類特征零件，在傳動系統(tǒng)中，階梯軸能夠起到傳遞動力跟扭矩，是發(fā)動機(jī)是一種非常重要的零件。這種零件的加工質(zhì)量會直接影響著這個機(jī)器的的運(yùn)行性能、使用的性能還有機(jī)械的使用壽命和機(jī)械的裝配功效。因?yàn)檫@類鋁合金細(xì)長階梯軸所處的工況環(huán)境十分惡劣，它的加工質(zhì)量決定著使用的可靠性。3.2.1鋁合金材料階梯軸的數(shù)控車削加工的技術(shù)要求。根據(jù)這一類的鋁合金細(xì)長階梯軸零件在切削的過程中產(chǎn)生的一些問題，通過對圖樣進(jìn)行仔細(xì)的分析判斷，就如下圖1.9所示。會得到下面幾點(diǎn)較為關(guān)鍵的技術(shù)要求。1）鋁合金細(xì)長階梯軸的尺寸精度。因?yàn)樽鰹榭梢云鸬絺鲃恿Φ淖饔玫牧慵?，鋁合金細(xì)長階梯軸上面的每個地方的精度是會影響到機(jī)器的運(yùn)行情況。這就考驗(yàn)著技術(shù)操作員的測量能力是否扎實(shí)，所掌握的刀具補(bǔ)償?shù)挠嬎隳芰κ遣皇沁_(dá)到了要求。2）鋁合金細(xì)長階梯軸的位置精度。為了保證其軸更好的與裝配機(jī)構(gòu)安裝且具有良好的空間位置，應(yīng)保證該軸的同軸度，若該軸的同軸度得不到保障，會導(dǎo)致該軸在運(yùn)行中的位置發(fā)生偏移，導(dǎo)致該軸與軸上零件等發(fā)生較快的摩擦，產(chǎn)生震動與噪音，影響機(jī)械運(yùn)行的可靠性。所以該軸的同軸度保證，對于機(jī)械加工性能和技術(shù)操作員的加工工藝安排是個考驗(yàn)。3）鋁合金細(xì)長階梯軸的表面質(zhì)量還有它本身的表面光潔度。這類軸的表面質(zhì)量的好壞與否，就決定著零件裝配后裝配精度和軸的使用壽命，尤其是在那種惡劣的環(huán)境當(dāng)中，軸的表面質(zhì)量的好壞，影響著這個軸的抗疲勞強(qiáng)度能力、降低了軸的更換次數(shù)等。4）鋁合金細(xì)長軸的材料。該軸選用鎂鋁6061型鋁合金材料【19】，其主要特性為；易加工、材料所擁有的抗腐蝕性好、材料自身的韌性較好，還有材料再次加工不變形、工件氧化效果好。由于該軸為鋁合金材料，所以導(dǎo)致該軸被歸到了難切削類零件?；瘜W(xué)成分就如表2.0所示表2.0鎂鋁6061型鋁合金材料化學(xué)成分表3.2.2鎂鋁6061型鋁合金細(xì)長階梯軸數(shù)控車削存在的問題這一件零件是屬于鋁合金材料，而且它的長度還有直徑之比是大于20（即L/D＞20）的細(xì)長軸，因?yàn)樗旧淼拈L徑比是大于20的，所以因?yàn)檫@個原因才導(dǎo)致他本身的剛性差，因此，零件在車削加工的時候十分容易受到切削力、切削熱還有零件本身的材料特性的作用和影響，導(dǎo)致零件容易出現(xiàn)彎曲變形，從而出現(xiàn)同軸度等誤差，進(jìn)而導(dǎo)致成品件的尺寸精度達(dá)不到圖紙上的要求，由于其長徑比大，所以在加工過程中，工件容易產(chǎn)生振紋等問題。3.3鋁合金材料細(xì)長階梯軸的數(shù)控仿真切削加工根據(jù)鋁合金細(xì)長階梯軸的材料，鎂鋁6061型鋁合金的性能知道；通過采用熱處理（淬火、時效【20】）方式，可以得到好的加工性能等。分析圖1.9圖紙得知，該軸的工藝要求非常嚴(yán)格，在加工過程中，這對刀具的選用、切削參數(shù)、零件裝夾和加工工藝路線的編寫都提出了非常高的要求。3.3.1加工刀具的幾何參數(shù)選擇由于該軸的材料為鎂鋁6061型鋁合金，在加工時因?yàn)槠洫?dú)特的金屬特性，導(dǎo)熱性好、塑性低等特點(diǎn)，導(dǎo)致在加工中容易對刀具造成嚴(yán)重的磨損，還會導(dǎo)致切屑粘結(jié)在刀具上，導(dǎo)致零件表面質(zhì)量差，根據(jù)其金屬特性，在選擇刀片時，選用的刀片金屬性能應(yīng)具備；硬度高、具有較高的抗氧化性和抗粘結(jié)性、其耐磨性能要好、摩擦系數(shù)要低等特性，這些涂層材料有AL2O3等，又因?yàn)榧庸ぜ卸嗵庉S段，為了便于減少加工工序，應(yīng)選用35°的菱形刀片，根據(jù)其刀片形狀特點(diǎn)，選用的刀桿如圖2.1和刀片如圖2.2所示。圖2.1車刀刀桿圖2.235°刀片形狀3.3.2工件切削用量參數(shù)選擇在數(shù)控車削中，零件的切削用量的三要素是；背吃刀量ap、切削速度v、進(jìn)給量f。切削用量的選擇原則在加工中，如果可以選擇合適的量，是會對產(chǎn)品形成有直接的影響，這些影響都是非常重要大的。選用恰當(dāng)?shù)牧?，就能夠更好的發(fā)揮出刀具本身的切削性能還有數(shù)控加工設(shè)備的機(jī)械性能，在確保產(chǎn)品質(zhì)量基礎(chǔ)上面，如果都能夠滿足這些要求，就能夠得到更高的生產(chǎn)效率和降低產(chǎn)品的加工成本。在零件的粗加工階段，應(yīng)該盡可能切除材料和控制刀具使用環(huán)境，因而，選用切削用量，應(yīng)該在刀具和設(shè)備可以允許的加工范圍內(nèi)，盡量的選擇背吃刀量ap的多少；另外，依照數(shù)控加工設(shè)備自身的動力和設(shè)備的剛性限制因素，選擇符合要求的進(jìn)給速度f;最后，再根據(jù)數(shù)控切削刀具本身的的使用環(huán)境要求，來確定最佳的切削速度v。在精加工階段，要根據(jù)零件加工余量來設(shè)計吃刀量，對照設(shè)計圖紙中對質(zhì)量的要求，來選擇最佳且合適的進(jìn)給量f;在保證刀具壽命的前提上，在切削鋁合金細(xì)長階階梯軸時。根據(jù)分析總結(jié)得出，切削用量表，如表2.3所示。表2.3鎂鋁6061型鋁合金細(xì)長階梯軸切削用量表3.4本章小結(jié)本章對鎂鋁6061型鋁合金細(xì)長階梯軸工件的加工工藝進(jìn)行了簡要分析，分析了鎂鋁6061型鋁合金細(xì)長階梯軸采用數(shù)控車削時出現(xiàn)的問題，并針對這種情況來對鎂鋁6061型鋁合金細(xì)長階梯軸進(jìn)行數(shù)控車削技術(shù)要求的規(guī)劃，刀具幾何參數(shù)、工件切削用量的選擇的分析。第四章鋁合金材料細(xì)長階梯軸零件的模擬仿真理論設(shè)計方案4.1零件試制的加工工藝方案設(shè)計在零件的加工之前，我們通常要對該零件圖紙要求進(jìn)行合理的分析，其中包括零件的外圓、內(nèi)孔、端面、槽、內(nèi)、外螺紋等，并按照圖紙規(guī)定的尺寸公差、同軸度、表面粗糙度和零件材料及有無熱處理和硬度等技術(shù)要求來進(jìn)行零件的加工方案設(shè)計。4.2制定零件仿真加工的過程4.2.1.確定仿真加工工藝路線。（1）將自定心卡盤夾住φ35mm的毛胚外圓，將毛胚伸出卡盤的長度大于40mm，并找正夾緊毛胚。（2）車削毛胚端面，加工出φ16x28mm的工件限位臺階，并且鉆中心孔A。（工件限位臺階的作用是；防止零件在車削加工的過程中，因?yàn)榈毒叩那邢髁μ?，使零件產(chǎn)生軸向的位移，導(dǎo)致影響工件的長度尺寸）（3）掉頭裝夾工件，車削毛胚端面。保證工件總長649±0.2mm，預(yù)鉆中心孔B。（4）夾緊φ16x28mm限位臺階，中心孔B用頂尖頂住，車削加工出φ32x70mm的凹槽，作為中心架支撐位置。（5）用卡盤夾緊已經(jīng)被車削加工出來的φ16x28mm的外圓限位臺階，使用頂尖頂住中心孔B并且鎖緊頂尖，將中心架牢固的安裝在車床導(dǎo)軌的合適的位置，采用粗加工的方式，車削零件的外圓φ20mm，φ30mm，φ20mm，φ31mm還有凹槽的尺寸，以便保證零件外圓的直徑并且留下1mm的零件加工余量，零件的總長度留下0.2mm的加工余量。（6）精加工零件的外圓尺寸φ30±0.01mm、φ31±0.01mm尺寸，并且能夠達(dá)到設(shè)計圖紙的要求。（7）按圖紙要求進(jìn)行倒角、去除毛刺。（8）將零件進(jìn)行掉頭裝夾，夾住φ20X29mm外圓，頂住零件，安裝中心架，加工零件φ16mm，φ22mm，φ26mm，φ30mm，φ20mm以及凹槽，外圓留1mm，的余量，總長留0.2mm余量。（9）精加工外圓直徑φ26±0.05mm，φ30±0.02mm的尺寸，保證零件的同軸度，并且能夠達(dá)到設(shè)計圖紙上面的要求。（10）按圖紙要求進(jìn)行倒角，去除毛刺。（11）車削M16X1.25的外螺紋。（12）檢測。4.2.2選擇加工刀具及參數(shù)，加工刀具選擇卡見表2.4。表2.4鎂鋁6061型鋁合金細(xì)長階梯軸刀具選擇卡4.2.3鋁合金細(xì)長階梯軸加工工序卡，見表2.5。表2.5鎂鋁6061型鋁合金細(xì)長階梯軸加工工序卡4.2.4.鋁合金細(xì)長階梯軸加工工序簡圖，見表2.6。在本次選用的自定義卡盤-中心架-頂尖裝夾方式中，通過以上分析，我們可以得到；（1）在加工鋁合金細(xì)長階梯軸時，我們可以在數(shù)控設(shè)備上加裝一個能夠起到輔助加工的中心架，所安裝的中心架還能夠起到保證了零件的同軸度，還能夠滿足圖紙上零件的徑向跳動的要求，雖然安裝了中心架，但是還會出現(xiàn)小概率的尺寸精度不穩(wěn)定情況，成品率較低。（2）在這里，我們選擇通過安裝中心架來作為加工時候的輔助支撐件，在零件的加工過程里，因?yàn)榱慵椭行募艿慕佑|位置會有摩擦，所以如果零件還有中心架的接觸位置沒有采取冷卻的措施，這個地方就非常有可能會出現(xiàn)大量的熱量，最后導(dǎo)致零件的金屬性能可能會被改變，進(jìn)而導(dǎo)致零件達(dá)不到設(shè)計圖紙里面要求的零件硬度等要求，而且因?yàn)檫@個摩擦熱產(chǎn)生會內(nèi)應(yīng)力，而且這個內(nèi)應(yīng)力還得不到釋放的時候，就會有一定的概率會出現(xiàn)零件的同軸度超差的問題，導(dǎo)致加工件不合格。（3）在加工過程中，采用中心架來作為輔助支撐，這種加工方式對技術(shù)操作員的技術(shù)操作水平是一個新的挑戰(zhàn)，尤其在工件的裝夾階段，零件還有機(jī)床的卡盤、工件與中心架、工件還有尾座上面的頂尖位置的調(diào)整是很重要的。（4）選用中心架來作為輔助支撐，可以明顯的改善加工成品件的震紋，并且大部分的尺寸要求都能達(dá)到圖紙的要求。4.3零件仿真軟件的應(yīng)用為了設(shè)計出鋁合金細(xì)長階梯軸的加工工藝方案，本文根據(jù)上述大量的理論資料分析，最后按照合理的加工工藝路線進(jìn)行數(shù)控車削仿真加工，零件圖樣如圖1.9所示。1.仿真軟件的選用使用的仿真軟件是；斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件，數(shù)控系統(tǒng)是廣州數(shù)控機(jī)床980TD系統(tǒng)，軟件如圖2.4所示，操作面板如圖2.5所示，此軟件能很好地顯示出其仿真加工的過程。圖2.4圖2.5仿真操作面板2.切削刀具的選擇考慮到工件材料為鋁合金材料，查找資料得出，目前在加工過程中鋁合金的材料強(qiáng)度一般為96MPa到294MPa，較高的也一般只有588MPa到687MPa，且其金屬特性特殊，在高溫高壓的情況下，刀尖易出現(xiàn)積屑瘤，對比其他刀具得出，涂層刀具本身使用的涂層材料是有很多種的，但是他們本身的材料特性大部分是相似的，使用涂層刀具能降低切削溫度，所以，選用涂層刀具是非常符合要求的。仿真軟件所用的刀具信息如圖2.5.1所示。圖2.5.1仿真軟件刀具信息3.夾具的選擇根據(jù)鋁合金細(xì)長階梯軸的結(jié)構(gòu)形狀、加工工藝特點(diǎn)、并考慮到產(chǎn)品生產(chǎn)的實(shí)際效益，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備得出，我們選用通用夾具；自定義三爪卡盤、雞心夾頭、彈性頂尖和中心架。仿真軟件中的夾具信息如圖2.5.2所示。圖2.5.2夾具信息4.檢測工具的選擇為了能夠方便快捷的檢測鋁合金細(xì)長階梯軸加工后的表面尺寸，生活中我們可以選用的量具有帶表游標(biāo)卡尺（精度0.01）、外徑千分尺（精度0.001），在生產(chǎn)中我們想要測量所生產(chǎn)的零件的零件表面粗糙度的時候，我們可以選擇使用粗糙度測量儀這些量具來測零件的表面質(zhì)量。測量設(shè)備如下圖2.6.1所示。仿真軟件中的測量軟件如圖2.6.2（a）粗糙度測量儀（b）外徑千分尺（c）帶表游標(biāo)卡尺圖2.6.1測量量具圖2.6.2仿真軟件的測量功能4.3.1鋁合金細(xì)長階梯軸的產(chǎn)品仿真加工內(nèi)容及成品依照鋁合金細(xì)長階梯軸零件的加工方案設(shè)計及鋁合金細(xì)長階梯軸的加工工藝路線設(shè)計，進(jìn)行鋁合金細(xì)長階梯軸的零件數(shù)控車削，鋁合金細(xì)長階梯軸的數(shù)控車削仿真加工界面如圖2.9所示，工件模型如圖3.0所示。2.7鋁合金細(xì)長階梯軸左端仿真2.8鋁合金細(xì)長階梯軸右端仿真2.9鋁合金細(xì)長階梯軸數(shù)控車削仿真加工成品圖圖3.0工件三維模型4.4本章小結(jié)在這里，我們通過編寫鋁合金細(xì)長階梯軸的加工工藝方案的設(shè)計，嘗試進(jìn)行零件的仿真加工，驗(yàn)證了該設(shè)計方案的可行性、準(zhǔn)確性還有制定的加工工藝的是不是符合合理的。在零件的仿真加工過程中，嚴(yán)格的按照零件實(shí)際的生產(chǎn)要求（制定工藝路線、選擇合理的加工刀具參數(shù)、設(shè)計工序卡、切削的參數(shù)于零件尺寸精度的檢驗(yàn)設(shè)備選擇等）來進(jìn)行仿真生產(chǎn)操作，通過分析成品，總結(jié)出這個零件的工藝設(shè)計是非常合理的、而且是可行的。在實(shí)際生活中，先行運(yùn)用仿真軟件進(jìn)行零件的仿真加工，有助于更加優(yōu)化生產(chǎn)步驟，從而提高生產(chǎn)效率，為在今后的各種類型的零件的生產(chǎn)提供了理論的支撐。第五章論文總結(jié)5.1論文的總結(jié)本文通過對鋁合金細(xì)長階梯軸的加工工藝設(shè)計，對鋁合金細(xì)長階梯軸的加工方式進(jìn)行了加工工藝設(shè)計，對長徑比大（L/D＞20）且軸段間有凹槽、軸