基于proecaxa的偏心轴建模与nc加工论.docx
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基于proecaxa的偏心轴建模与nc加工论
目录……………………………………………………………………………………I
摘要……………………………………………………………………………………II
第1章绪论……………………………………1
1.1课题背景……………………………………………………………………1
1.2偏心轴的工作原理……………………………………………………………………2
1.3偏心轴的发展趋势……………………………………………………………………3
第2章偏心轴工件的车削加工的简介…………………………………………………………4
2.1偏心轴的车削加工方法………………………………………………………4
2.2传统加工手段分析…………………………………………………………………5
2.3专用夹具车削法……………………………………………………………………7
第3章偏心轴工件零件的工艺分析……………………………………………………9
3.1零件图以及实体造型…………………………………………………………………9
3.2零件图和实体造型分析………………………………………………………………10
3.3确定加工方法……………………………………………………………………11
3.4确定加工方案…………………………………………………………………………12
第4章偏心轴工件零件的机械加工工艺规程………………………………………………13
4.1机械加工工艺规程……………………………………………………………………13
第五章偏心轴nc加工………………………………………………………………21
5.1偏心轴零件程序……………………………………………………………………21
5.2宇龙仿真软件仿真及截图…………………………………………………………………24
结论………………………………………………………………………………26
致谢………………………………………………………………………………27
参考文献………………………………………………………………………28
摘要
机械传动中，由回转运动变为往复运动，往往是由偏心轴和曲轴来完成的。
机械的开会和缩紧也往由偏心零件来完成的，可见偏心零件在机械制造中运用的非常广泛。
本课题来源于生产实践，充分利用所学的机械制图、机械设计及机械制造等课程，了解针对偏心工件的特点，通过Pro/E和caxa软件，完成偏心工件类零件偏心外圆车组合夹具的设计。
通过分析偏心工件类零件传统加工手段和三爪微调车削法,得出了加工困难、效率低、互换性差及精度不易保证的结论,针对其缺陷提出了高效加工高精度偏心工件类零件的工艺方案——组合夹具车削法。
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,均适合采用专用夹具车削法。
在课题的研究设计阶段，首先从众多的零件中选择一个作为设计夹具的零件。
针对该零件的结构特点，制定该零件的加工工艺。
其次要了解夹具的相关知识，结合零件的结构特点选择需要的夹具元件，设计出夹具的大体结构。
Pro/E和caxa软件可以使用自动编程功能从而大幅度提高设计水平和设计效率。
因此我选择Pro/e、CAXA的离合器轴建模与NC加工，利用宇龙仿真软件设计已给定数据的机械零件，进行实体造型自动编程通过本课题的实践，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，实现理论与实践相结合。
本论文主要介绍数控机床的定义，离合器的车销加工，工艺分析，机械加工流程。
关键词：
偏心轴；夹具；宇龙仿真；车销加工；工艺分析；
第1章绪论
1.1课题背景
偏心轴，英文名字：
eccentricshaf，和它的名字一样，它的中心并非在轴线的中心，一般的轴，只能带动工件自转，但是偏心轴，不但能传递自转，同时还能传递公转；美国的压缩机巨头Copeland，就是用偏心轴来带动涡旋公转从而快速高效的压缩制剂的（它的自转被一个叫卸载衬套的零件解除了）。
通过Proe软件设计，掌握模型的设计和尺寸标注，能熟练运用软件设计各种类型模型，最后进行模型的运动仿真。
让我对软件的学习有了更深一步的印象，加深了了解，进一步的掌握设计模型的方法。
通过设计熟练掌握proe的三维造型和运动仿真功能，了解机构运动原理及工作特点。
1.2偏心轴的工作原理
外圆与外圆的轴线平行而不重合的工件，称为偏心轴.偏心轴，和它的名字一样，它的中心并非在轴线的中心，一般的轴，只能带动工件自转，但是偏心轴，不但能传递自转，同时还能传递公转。
偏心轴的设计是为了方便调节轴与轴之间的中心距，偏心轴通常运用在平面连杆机构三角带传动中。
偏心轴的作用：
为了方便调节轴与轴之间的中心距，偏心轴通常运用在平面连杆机构三角带传动中！
偏心轴的结构特点：
两轴线平行而不重合
定义：
外圆与外圆的轴线平行而不重合的工件，称为偏心轴。
1.3偏心轴的发展趋势
在2004北京汽车展中首次展出的RX-8动力总成:
RENESIS转子发动机,象征着马自达汽车公司的核心.转子发动机发展史和马自达的成长缠绕在一起,密不可分.今天,马自达是世界上唯一生产和销售转子发动机汽车的公司。
现代的转子发动机由茧形壳体（一个三角形转子被安置在其中）组成.转子和壳体壁之间的空间作为内部燃烧室,通过气体膨胀的压力驱动转子旋转.和普通内燃机一样,转子发动机必须在其工作室中相继形成进气,压缩,燃烧和排气四个工作过程.如果将三角形的转子放置在圆形壳体的中心部,工作室将不会随着壳体内部转子的旋转而在体积上发生变化.即使空燃混合气在那里点燃,燃烧气体的膨胀压力也仅作用在转子的中部,不会产生旋转.这就是为什么壳体的内侧圆周被设计成旋轮线外形并和安装在偏心轴上的转子组装在一起的原因.因此,每转一圈,工作室的体积变化两次,从而实现内燃机的四个工作过。
在汪克尔型转子发动机上,转子的顶点随着发动机壳体内圆周的椭圆形壳体而运动,同时保持与围绕在发动机壳体中心的一个偏心轨道上的输出轴齿轮的接触.三角形转子的轨道是用一个相位齿轮机构来规定的.相位齿轮包括安装在转子内侧的一个内齿圈和安装在偏心轴上的一个外齿轮.如果转子齿轮在其内侧有30个齿,轴齿轮将在其外原周上有20个齿,由此得到其齿数比为3:
2.由于这一齿数比,转子和轴之间的转速比被限定为1:
3和偏心轴相比,转子有较长的转动周期.转子转动一圈,偏心轴转动三圈.当发动机转速为3000rpm时,转子的速度只有1000rpm.
往复式发动机和转子发动机都依靠空燃混合气燃烧产生的膨胀压力以获得转动力.两种发动机的机构差异在于使用膨胀压力的方式.在往复式发动机中,产生在活塞顶部表面的膨胀压力向下推动活塞,机械力被传给连杆,带动曲轴转动.
第2章偏心轴工件的车削加工的简介
2.1偏心轴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2-1
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 2-1）, 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2-2所示,此专用夹具设计时主要考虑如下内容:
图2-2 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。
第3章离合器工件零件的工艺分析
3.1零件图以及实体造型
图3-1零件工程图
图3-2零件图的实体造型
3.2零件图和实体造型分析
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，Φ30×100mm。
此零件图分析是从尺寸描述和结构（拓扑结构）描述两方面进行的。
尺寸描述是指描述具有几何意义的点、线、面等的位置坐标、长度、面积等的数据值或度量值。
拓扑结构反映的是形体的空间结构，包括点、边、环、面，实体形成的构造层次。
任何产品的形态，都可以看作是由三维几何形构成的组合体实体造型。
用来描述产品的形状、尺寸大小、位置与结构关系等几何信息的模型称为几何模型。
设计的图纸是设计师表达设计创意的语言工具，一个复杂的零件，往往需要许多不同投影方向的图才能表达。
一旦读图有误，将会给生产、制造带来巨大损失。
然而，如果采用实体造型的软件进行零件设计，设计师就能在屏幕上见到实时的三维模型，大大减少了失误，而且还能方便地进行后续环节的设计，如模拟装配、总体布局、干涉检查、仿真动画及模拟加工等。
实体造型理论为实现产品由设计到生产的环节采用同一数据信息提供了技术上的可行性，大大地促进了CAD产业的发展。
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图3-3零件的实体画法步骤
3.3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。
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。
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。
床。
3.4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。
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。
通过以上分析，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离合器轴按先主后次，先粗后精的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令进行粗加工，再精加工，再加工螺纹的加工方案。
第4章离合器工件零件的机械加工工艺规程
4.1机械加工工艺规程
机械加工工艺规程是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。
机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。
技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。
这个就比较有针对性了。
每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。
总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺
生产类型是生产结构类型的简称，是产品的品种、产量和生产的专业化程度在企业生产系统技术、组织、经济效果等方面的综合表现。
不同的生产类型所对应的生产系统结构及其运行机制是不同的，相应的生产系统运行管理方法也不相同。
按品种生产量角度划分生产类型，可以分为少品种大量生产、中量（成批）生产和多品种少量生产。
而在成批生产中，又可划分为大批生产、中批生产和小批生产。
由于大批和大量生产特点相近，单件和小批生产特点相近，所以在实际工作中，通常分为大量大批生产、成批生产和单件小批生产。
在一般情况下，大批大量生产具有生产稳定、效率高、成本低、管理工作简单等特点。
但也存在着投资大（专用夹具和专用机械设备的配备）、适应性差和灵活性差等特点。
这样会给产品更新换代带来巨大损失。
单件小批生产，由于作业现场不断变换品种，作业准备改变频繁，造成生产能力利用率低（人和机器设备的闲置等待）所以生产稳定性差、效率低、成本高、管理工作复杂等。
因此，必须尽力做好作业准备、作业分配、作业进度计划和进度调整等工作。
中批生产特点介于上述二者之间。
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。
材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。
如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。
但是这个定义并不那么严格，如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材料”，因为它属于火炮或火箭的组成部分。
由于多种多样，分类方法也就没有一个统一标准。
从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。
从用途来分，又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。
毛坯是还没加工的原料，也可指成品未完成前的那一部分。
可以是铸造件，锻打件，或是用锯割\气割等方法下的料。
在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。
在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。
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。
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。
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”。
在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。
在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。
1）计算年生产纲领，确定生产类型。
2）分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。
3）选择毛坯。
4）拟订工艺路线。
5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。
6）确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。
7）确定切削用量及工时定额。
8）确定各主要工序的技术要求及检验方法。
9）填写工艺文件。
综合以上的分析，制订以下工艺过程如下：
工艺方案Ⅰ：
工序1：
检查毛坏；
工序2：
铣端面打中心孔；
工序3：
粗车大端外加圆；
工序4：
粗车小端外圆；
工序5：
粗车偏心圆外圆；
工序6：
热处理；
工序7：
精铣端面打中心孔；
工序8：
精车大端外圆；
工序9：
精车小端外圆；
工序10：
粗车偏心圆外圆；
工序11：
去锐边，毛刺；
工序12：
终检。
工艺方案Ⅱ：
工序1：
检查毛坏；
工序2：
粗车大端外加圆；
工序3：
粗车小端外圆；
工序4：
铣端面打中心孔；
工序5：
粗车偏心圆外圆；
工序6：
热处理；
工序7：
精铣端面打中心孔；
工序8：
精车大端外圆；
工序9：
精车小端外圆；
工序10：
粗车偏心圆外圆；
工序11：
去锐边，毛刺；
工序12：
终检。
方案Ⅰ、Ⅱ主要区别在于在先加工中心孔还是先加工外圆，看看以那个作为基准。
方案Ⅰ选用中心孔为主要定位基准，方案Ⅱ选用轴外圆基准，很显然选用加工中心孔基准更符合设计要求，因为对偏心工件来说轴线中心距是相当重要的，且和某些需加工面有位置精度要求。
由以上分析，方案Ⅱ为合理、经济的加工工艺路线方案。
第五章离合器轴nc加工
5.1离合器零件程序
主程序：
O
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