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1、西南科技大学网络教育毕业设计（论文）题目名称： 轴类零件的三维参数化设计与编程 年 级： 07秋 层次： 本科 专科学生学号： 指导教师： 学生姓名： 技术职称： 讲 师 学生专业：机电一体化技术 学习中心名称：重庆学习中心 西南科技大学网络教育学院制毕业设计（论文）任 务 书题目名称 轴类零件的三维参数化设计与编程 题目性质 真实题目 虚拟题目学生学号78161610851 指导教师 学生姓名 专业名称 机电一体化技术 技术职称 讲 师 学生层次 高起专 学习中心名称 重庆学习中心 ,2009年 3 月 10 日毕业设计（论文）内容与要求： 尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的
2、内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6IT9。 几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。 相互位置精度包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.21.6m，传动件配合轴颈为0.43.2m。热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求
3、。 毕业设计领导小组负责人： （签字）2009年 月 日毕业设计（论文）成绩考核表过程评分评阅成绩答辩成绩总成绩百分制等级制1、 指导教师评语建议成绩 指导教师签字： 年 月 日2、 论文评阅教师评语建议成绩 评阅教师签字： 年 月 日3、 毕业答辩专家组评语建议成绩 答辩组长签字： 年 月 日4、 毕业设计领导小组推优评语组长签字： 年 月 日摘 要轴类零件的设计离不开机床和轴类三维参数设计。而机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，是组成自动化生产线不可缺少的机床品种。为发挥闲置机床潜在的效能对其进行技术改造，使其改造成机床具有很大的现实意义。在分析轴类零件加工工艺需求的基础上，
4、前端连接中心孔钻头，增加一套铣刀轴结构，实现钻头和铣刀的同时旋转；同时，采用PLC控制两台步进电机驱动工件实现自动进给，使其成为一台适用于轴类零件中心孔和端面加工的机床。关键词：机床 加工工艺 中心孔 钻头ABSTRACTDesign of Shaft and Shaft machine can not be separated from the design of three-dimensional parameters. The machine is a specialized application of specific processing components and specif
5、ic processes of machine tools, automated production lines are composed of essential varieties of machine tools. Idle machine to exert their potential effectiveness of technology to make it into a tool of great practical significance. Shaft parts in the analysis process on basic needs, front-end to c
6、onnect the center bore drill, a cutter shaft to increase the structure of the implementation simultaneously drill and rotary cutter; At the same time, the use of PLC control of two stepper motor drive for automatic workpiece feed , making it applicable to a central hole and shaft parts of the machin
7、e tool end-processing.Key words：Machine Tool Processing Technology Center hole Bit目 录前 言1第一章 轴类零件的设计31.1轴类零件的分类技术要求：31.2轴类零件的技术要求3第二章 轴类零件的加工52.1加工工艺52.2特征加工链的生成72.3零件的工艺路线设计8第三章 例子说明15结 论18致 谢19参考资料20前 言中国工业化进程进入到市场主导的重化工业时代，机床行业迎来快速发展时期，中国重化工业时期还会持续10-15年左右时间，在此期间虽然宏观经济与投资增速会有起伏，但是总的来说，重化工业时期都是机床行
8、业难得的快速发展期。 需求拉动、产品升级换代、替代进口是机床企业业绩增长的三大驱动要素，后两项因素对机床的行业拉动作用尤其不容忽视，总体判断，我们认为未来5年机床行业进入到一个持续稳定增长期，国内机床企业可保持15的销售收入增长。相关扶持政策是机床行业的催化剂，2005年以来，机床行业作为先进制造业的代表，受到了国家前所未有的重视，随着相关扶持政策的逐渐落实，政策扶持会成为机床行业上市公司业绩和股价表现的催化剂。机床行业是进入壁垒较高的行业，行业特点决定了机床行业竞争格局是国进民退、市场集中度提升，在这样的行业竞争格局之下，上市公司多为国有大型企业，他们在行业竞争中处于有利地位，可以充分分享行
9、业的成长机会。机床行业上市公司总体估值水平偏低，平均PE/G只有0.44，低于其他的行业，我们认为机床行业上市公司整体存在价值低估现象，我们建议投资人买入“G沈机”，增持“交大科技”和“G秦发展”。在汽车、军工拉动下，国内机床需求仍然快速增长汽车工业对机床的拉动作用依然强劲未来五年，中国汽车产量可保持14%的增速，带动机床需求增长。根据中国科学技术信息中心研究所的调查，每增加100辆轿车生产能力（含完整零部件制造体系），带动增加54台机床需求。2002年以来在中国汽车工业高速发展，带动了对机床行业的需求增长。预计未来五年中国汽车销量虽然增速比前期会回落，但是，仍然可以保持14左右的增速，到20
10、10年预计中国汽车的产量将达到1000万辆以上、轿车的产量也将达到600万辆。因此汽车工业仍然对带动机床特别是数控机床需求增长将具有极大拉动作用。作为汽车产业链条的上游和先导，国际汽车零部件企业的新一轮发力似乎才刚刚开始。博世、德尔福、曼格纳和法雷奥等一系列全球知名零部件企业在中国纷纷增资，仅从目前已经开工建设的发动机项目来看，未来产能扩张已经超过250万台。2005年底通用汽车表示将加大在中国的零部件采购力度，从2亿美元提升到50亿美元，因此，零部件行业向中国转移也处于起步过程中，总体判断汽车零部件行业对机床的需求不会减速。军工行业技改力度加大，对机床需求持续增长,航空航天以及军工行业是机床
11、特别是数控机床的主要应用领域。航空航天以及军工领域主要需求大型、高速、精密、多轴、高效的数控机床、加工中心等。中国军备支出持续增长，2000年开始中国军备支出占GDP的比重回升，军费支出的增长，会间接带动机床需求增长。另外，中国航空、航天以及军工企业由于大多建厂早，设备老旧状态严重，企业的装备50-60年代产品占到设备的60-70，90年代之后的设备仅有15左右。军工行业进入设备更新周期，随着国民经济的日益强大，中国航空航天以及军事工业也正发生着巨大变化，为了全面提高生产能力和科研能力，各大集团均启动了一大批技术改造项目以求改变目前的装备状况，该领域对机床需求持续增长。第一章 轴类零件的设计1
12、.1 轴类零件的分类技术要求：轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等如图1-1，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。如下图1-1所示。图1-1典型的轴类零件1.2 轴类零件的技术要求1轴类零件的热处理 在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。 火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬
13、火引起的局部变形。 精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。 2. 轴类零件的安装方式 （1）采用两中心孔定位装夹一般以重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准，它自身质量非常重要，其准备工作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。 （2）用外圆表面定位装夹对于空心轴或短小轴等不可
14、能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。 （3）用各种堵头或拉杆心轴定位装夹加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴。 3. 轴类零件工艺过程 CA6140车床主轴技术要求及功用 由零件可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求： （1） 支承轴颈
15、主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为0.005mm；而支承轴颈112锥面的接触率70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；支承轴颈尺寸精度为IT5。因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。 （2） 端部锥孔 主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01 mm；锥面接触率70%；表面粗糙度Ra为0.4mm；硬度要求4550HRC。该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差
16、。 （3） 端部短锥和端面 头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.008mm；表面粗糙度Ra为0.8mm。它是安装卡盘的定位面。为保证卡盘的定心精度，该圆锥面必须与支承轴颈同轴，而端面必须与主轴的回转中心垂直。 （4） 空套齿轮轴颈 空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015 mm。由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。 （5） 螺纹 主轴上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一，所以应控制螺纹的加工精度。当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时，会使
17、被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜，从而引起主轴的径向圆跳动。第二章 轴类零件的加工2.1 加工工艺对于长度与直径之比(长径比)大于80的细长轴，在切削过程中由于其刚性差而极易产生弯曲和振动，难以获得良好的加工精度和表面粗糙度。且热扩散差，线膨胀大，当工件两端顶紧时受热变形影响易产生弯曲，因此，长径比大于80的细长轴是轴类零件中较难加工的零件。在实际生产中，可通过采用三支承跟刀架、弹簧顶尖、改进刀具的几何角度或采用宽刃精车刀、选择热硬性好及高耐磨的刀具材料、增设合理的辅助工具等方法达到满意的加工效果。 1. 细长轴加工前的准备工作加工前应先调整机床，校直工件。机床调整主轴中心和尾座顶尖中心连
18、线与导轨全长平行;主轴中心与尾座顶尖中心的同轴度公差小于0.02;大、中、小拖板的间隙合适(过松会扎刀)。棒料校直采用热校直法校直棒料，不宜冷校直，忌锤击。装夹时，防止预加应产生变形，夹持方法有两种:一是在一端车出810mm的卡脚档;二是在卡盘爪与工件间垫入直径为f3f5mm的钢丝(绕工件放置)或钢柱(顺工件放置)，使工件与卡盘为线接触。 2. 切削方法采用三支承爪的跟刀架及弹簧顶尖，切削方法有以下两种；（1） 高速切削法常采用75粗车刀、93半精车和精车刀。75粗车刀材料为YT15,YW2，刀片代号A127；93精车刀材料为YT30、YW1，刀片代号A127。粗车切削用量：n=290450r
19、/min，f=0.40.6mm/r，ap=34mm；半精车切削用量:n=380600r/min，f=0.20.4mm/r，ap=1.52.5mm；精车切削用量：n=450600r/min，f=0.150.3mm/r，ap=0.51.5mm。因增加了一个支承爪，在车刀切入工件后，应按上、下、外顺序调整支承爪。（2） 反向低速大进刀精车法用弹簧伸缩顶尖，反向切削。精车、半精车仍用高速切削法，精车用低速大走刀。采用的刀具与高速切削法相同。粗车切削用量n=230450r/min，f=0.50.8mm/r,ap=38mm；半精车切削用量n=2906OOr/min，f=0.30.6mm/r，ap=1.53
20、.5mm;精车切削用量n=1224r/min，f=1020mm/r,ap=0.020.05mm。f、ap、V选取最大值的顺序依次为ap、f、V。操作方法:靠卡盘处车出跟刀架支承档，修磨好支承爪后，在轴尾端倒角45，以防止车削结束时刀具崩刃。支承爪的调整顺序依次是下侧、上侧、外侧。接刀应准确，在轴径接刀处要有1:10左右的锥度。逐步增加刀刃的切削力，以避免突然增加造成让刀或扎刀，产生径向误差而引起振动，或出现多边形及竹节形。为防止工件振动，跟刀架支承爪的轴向长度选4050mm，径向宽度为1015mm。为便于散热和排屑，在支承爪的轴向和径向上各钻一个T形通孔，支承爪材料宜用QT60-2球墨铸铁。
21、3. 辅助工具粗车时，可采用的支架，支架由V形块和木垫块组成，木垫块压在机床导轨上。 半精车、精车时可采用如图2所示的托架，托架是在加工过程中起减振作用的主要辅具，托架由两块制有3斜面的木质(红松)托块组成，上托块的上面制成V型托口，这可使工件与上托块在互相作用时能够形成不完全碰撞，受力时一部分功能将受到损失，以达到减小反作用力的目的。根据实践经验，V型夹角=3050为宜，辅具安放数量视工件长径比及工件长度而定，当长径比大于80、工件长大于1500mm以上时，每隔600800mm放置一个。 4. 应用效果 采用上述工艺措施后，车削最细轴(杆)f82000和细长轴f2530005000，全长精度
22、在IT5以上，表面粗糙度在Ra1.6以下，车削一根轴仅需1525min基于特征的CAPP系统为实现CAD/CAM的信息共享奠定了基础。在CAPP系统研制中，机械加工工艺过程的设计是一个复杂的工程问题，它在很大程度上依赖于设计者的水平和经验，同时由于工艺过程设计中所涉及的信息量大，各决策功能因不同结构工件、不同精度等级而性质差异大，所以产生了不同的工艺决策方法和推理机制。齿轮轴类件的工艺特点首先是它的形面特征多，在基于特征的零件信息描述中可以把它分为主特征：内外圆柱面、圆锥面、齿轮表面等；辅助特征：键槽、小平面、花键、螺纹等。另外，齿轮轴类件加工所使用的机床多，材料及热处理种类也较多。再者，它的
23、工艺特征如尺寸精度、形位公差、表面质量也要求较高。本文在基于特征的零件信息描述基础上，探讨了齿轮轴类件的工艺过程决策原则，并依据决策树的原理生成特征加工方法，以反向设计法形成该特征的整个加工过程即加工链。其总体结构如图2-1（见下页）图2-1工艺过程设计总体结构2.2 特征加工链的生成在机械加工中，每一种零件都有几种加工工艺方法与之对应，根据生产规模、零件整体形状和轮廓尺寸、制造资源等，针对每一特征的加工精度、表面粗糙度及不同材料选择不同加工方法。这些加工方法具有一定的排列规律，呈现为一种树状结构。它是一种由节点和分支构成的图，用来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系。节点有根节点、中节点和
24、终节点之分。它表示一次测试或一个动作，最后拟采取的动作一般放在终节点上。树的每一个节点应是一个特征的某一个加工工序，而每一分支则是一个特征有可能采取的加工方法。例如粗加工位于树的根部，精加工位于树的多分支的冠部。从精加工的树冠追溯到粗加工的树根部是一个反向推理过程，每一个推理过程的结果形成了从树根到树冠的特征加工链。如图2-2（见下页）特征加工决策树，图2-3（见下页）特征加工决策树。把决策树中的某些节点作为模糊推理中的推理选择项，采用反向设计法，即先选定该特征的最终加工方法，然后从后向前逐步选择相应预备工序，经过各个树杈节点，回溯到树的根部，最后形成该特征的加工工艺链。加工特征决策树是工艺知
25、识的一部分，用来进行工艺推理。例如材料为20CrMnTi，精度为5级的轴齿轮，分度圆直径为125.475mm，齿数Z=33，法向模数Mn=3.5，表面粗糙度为Ra0.8m，其加工链如下：粗车齿坯精车外圆滚齿齿端面倒角清洗剃齿表面热处理磨齿强力喷丸。图2-2圆特征加工决策树图2-3齿轮特征加工决策树2.3 零件的工艺路线设计前面讨论的是单一特征加工链的生成，实际生产中要把不同特征拼合成一个零件，也就是最终要排出一个完整零件的加工工艺过程。零件的工艺决策是一个复杂多元的知识积累，不同种类工件决策知识不尽相同。首先要根据所确定的特征加工方法，考虑加工阶段的划分、机床设备的选择、定位基准面的确定，同时
26、要考虑这些因素的主次与决策算法。本文探讨的决策原则是以国内典型汽车制造厂变速箱厂齿轮轴类件加工特点及工艺条件为依据的，具有一定的实际应用价值。1. 决策原则齿轮轴类件除具有回转体类零件的加工特征外，还具有齿轮加工特征，在大批量生产条件下考虑的决策原则如下：（1）工序集中与分散由于采用组合机床和半自动机床为主，工序以集中与分散相结合，例如在粗车与半精车加工阶段由半自动加工机床同时完成多个表面的加工，而齿轮表面及其它辅助表面采用相对分散工序。（2）热前热后根据零件材料及机械性能的差别，中间安排热处理工序，加工分为热前热后两个阶段。热前包括齿轮轴车削及齿轮表面的粗加工；热后包括外圆磨削及齿面精加工。
27、（3）先粗后精在热前热后的基础上将加工过程分阶段进行。工步优化时应遵循先粗后精的原则。（4）先主后次先安排主要特征的粗加工工步和半精加工工步，然后安排次要特征的加工，最后安排主要特征的精加工工步。（5） 保证位置精度位置精度主要针对同轴度、垂直度、对称度等。零件要保证位置精度，最好是在一次安装下就能加工出所有的相关表面。具有位置精度要求的工步相对集中安排。2. 加工路线的生成在工艺路线的安排中，先安排零件主特征的加工顺序，即调用推理机制中形成关系矩阵的决策知识以形成工艺路线的主干，然后依次插入辅助形状特征的加工工序，再考虑热处理、检验、清洗等附加工序，最终构成完整的工艺路线。这种以约束驱动的逐
28、步扩充的方法更适于工艺设计人员的设计思路，有利于工序的优化设计及先主后次原则的展开。（1）加工链中定位方案的选择在加工路线中首先要考虑粗精定位基准的选择。决策粗基准的定位方案是以能保证加工出精定位基准为前提的。齿轮轴类件的精基准一般是双向顶尖孔，比较容易确定。然而粗基准的选择相对复杂，分析大量图纸后，认为轴向粗定位基准以轴向安装基准或中间轴径为多，故处理成交互式指定粗基准面。（2）特征优先排序根据所研究的生产厂的设备能力、工艺水平，排出特征的优先加工顺序，即以主特征的典型工艺为主线，辅以交互式辅助特征，最终自动生成完整工艺路线。热前主特征主要考虑外圆柱面在半自动车床上粗车、半精车、精车加工；齿
29、轮表面的滚齿（插齿）、剃齿加工；辅助表面如卡环槽、退刀槽、键槽等交互插入各主特征之间。热后主要是外圆表面的磨削先后顺序，主要齿轮表面精加工工序的确定。各工序加工参数的确定包括各工序的加工余量、工序尺寸与公差及毛坯尺寸等。其中工序尺寸采用反向推理，通过查询工艺数据库中的加工余量计算求出；毛坯尺寸由计算加工余量的增减确定。工序尺寸公差的自动标注是目前我们正在研究的内容，拟通过图论的原理附以交互式完成。零件材料为AMS6414，相当于40CrNiMoA，经调质后硬度HRC40-45。主要的精车加工工序是在德国Boehringer公司进口的数控车床VDF-315上完成的。机床的数控系统为FANUC-1
30、5B。编程软件用的是15.0版本的UG(Unigraphics)，编程时先根据生成的刀轨输出一个CLSF刀位原文件，经后置处理器后置处理生成机床数控系统能识别的G代码。后置处理器有一个问答式的设置文件，可根据机床数控系统的类别和机床的结构、功能进行设置。对程序的输出格式，如固定的程序头和程序尾格式都可设置。对生成的刀轨，UG具有在屏幕上演示加工轨迹的功能。为检查是否有干涉产生，还可将刀具模型画出来按加工轨迹进行演示。方法是先画出刀具模型，模型的原点即加工时定义的刀长起始点，在Options菜单内选择Save options，再选择Pattern data only选项，将刀具模型存为模块。要演
31、示加工轨迹时，用Edit display菜单中的Pattern，再选Specify定义刀具模型文件的路径即可。现在再演示加工轨迹的时候，就会看到刀具模型了。 内孔加工的方法对保证内孔和外圆相对于两端中心孔的跳动有很大关系。要求不那么高的可分两道工序从两端分别加工。要求高的应将两端中心孔放在同一个工序一次装夹中加工完成。 试切的作用是，因为机床对刀系统的精度不是很高，对刀后不作调整加工出来的尺寸与程序里的名义尺寸总存在千分之几到百分之几英寸的误差。因此必须采用先试切，然后测量出误差，再把测量得到的误差输入到刀补里，这样才能保证最终尺寸得到有效控制。试切时的所有条件（如余量和切削参数等）都要与最后
32、精加工时保持一致，以消除这些因素的影响。每一批的首件都应试切，以后可跳读。对尺寸公差较小的关键尺寸，还应在最终精加工之前设置退刀和暂停以测量尺寸，按需要调整刀补。外缘刀的试切可加工一段外圆直径和一个端面，以分别调整径向和轴向的刀补值，如图2-4所示。试切的程序例子如下：图2-4N300( TOOL=35 DEG O.D LH )N310(*)N320(OFFSET= 5)N330(TOOL#5TTX7.9540TTZ 2.5590 RaD= .0150 PIQ=3 )N340(*)N350 G54 G90 T0N360 G01 X23. Z35. F200N370 T05005N380 M42
33、N390 G92 S1120N400 G96 S500 M04N410 X11.97 Z1.54N420 M08N430 G01 X7.1N440 Z1.119 F60.N450 G95 X5.7398 F.005N460 G94 Z1.219 F50N470 G00 Z3.936N480 G01 X4.185N490 G95 Z2.8601 F.005N500 G94 X4.3264 Z2.9308 F50N510 G00 X11.97N520 M09N530 Z36.324N540 M00N550(*)N560(MESSURE LENGTH TO FLANGE FACE IS 0.78AN
34、D DIA 4.185)N570(*)镗刀的试切一般仅加工一段内孔，用来调整径向的刀补值，轴向对刀采用的方法为镗刀进到离对刀基准面一固定距离（如1英寸）处，在程序中设置暂停，用块规确定刀尖到对刀基准面的距离，如图2-5所示。图2-5粗镗采用分段方式，每刀余量可采用0.1英寸左右，每段在孔的径向方向切12刀左右，长度方向镗进3英寸左右后，镗刀完全退出，清理铁屑，检查刀片。当然，这只是一个典型的例子，实际加工中还受孔的大小、深度，机床冷却情况等因素的影响。 精镗留 0.02英寸余量到尺寸。精镗之前可无切削余量地光一刀内孔，确保0.02英寸的余量准确均匀。精镗分两刀镗，每刀余量0.01英寸，可往内镗
35、一刀，再往外拉一刀。与两刀都往内镗相比较，内孔质量好一些。究其原因，笔者认为是因为最后往外拉一刀时三角形刀片的另一边刃参与切削，较为锋利所至。 图2-6内孔表面粗糙度要求高时，支承方式不同对其的影响也不一样。一类零件内孔大端直径处的表面粗糙度要求不高，为Ra125，仅在轴中部轴颈处用软爪夹紧就能达到要求。另一类零件内孔大端直径处的表面粗糙度要求较高，为Ra32，须用专用的软爪在大端法兰和轴中部直径处同时夹紧，才能保证内孔表面粗糙度要求，如图2-6。实际加工中未夹持法兰时，采用相同的刀具和切削参数，内孔表面粗糙度只达到了Ra110以内，如图2-7所示。图2-7内孔有大台阶，刀具受限制时可采用全刀
36、刃切削法，如图2-8但采用较小的进给量，如0.0010.002英寸/r，每进千分之三，退千分之二。因退刀量很小，感觉刀具好像在连续进刀切削，不过比较慢而已。在实际加工中，曾有过三角形刀片一边刀刃的三分之二以上都参予切削的例子，未出现振动或刀具异常磨损等情况。 图2-8不同种类镗刀的优缺点。VDI-50弹性夹式刀柄对减振有很好的效果。最初，我们订购了一些肯纳的镗杆，包括几把减振镗杆，用普通的VDI-50刀柄即螺栓压紧方式的刀柄装夹，使用效果很不好，振动大，崩刀片。想了各种办法调整都解决不了振动的问题，只好把这些镗杆都闲置起来，而另外找镗杆来替代。后来，我们了解到国外工艺中采用的是弹性夹式刀柄（S
37、plit sleeve），就尝试着订购了两个试用，结果效果很好，振刀现象完全消除了。因为买的比较贵，我们又通过工装部门自己仿制了几个不同内径的弹性夹式刀柄，也很好用，而且把以前闲置的镗杆都利用起来了。 孔的长径比大，且有较大台阶时，采用组合的偏心式镗头效果很好。减振镗杆前端用螺栓和燕尾槽与前面的可偏心调节的镗头连接。这种选择的结构强度好，加工的内孔表面质量高，尺寸精确。实际加工中采用0.003英寸/r，800r/min，余量为0.005英寸时，加工内孔的表面粗糙度可达Ra26，且能轻松保证0.001英寸的尺寸公差。只不过不同零件内孔形状有差异时，可能需要换装不同的镗头以避免干涉。如果选择采用直
38、径小一些的镗杆的话，虽然同样能避免干涉，且适用范围广一些，但过大的长径比将使镗刀的稳定性不易保证，振动很难消除，而且由于镗刀强度的降低，让刀现象将较明显，镗孔尺寸不易控制。第三章 例子说明1. 工程机械产品设计分析和特点工程机械产品，不同于机床和轻工设备中的零件，结构型式较为简单固定而易于实现参数化设计。工程机械，诸如矿山机械、港口机械设备等通常含有大量复杂的钢结构件，而类似这样的钢结构件相比之下较难实现参数化。工程机械产品设计过程大致可分为两个阶段：方案设计及详图设计。在方案设计阶段，设计者根据用户对产品的功能要求，确定整机的主要性能参数、结构型式、主要机构的传动方案、结构件的所需几何尺寸，
39、绘出总体方案图，提出方案设计说明书，经方案审查完后，确定选择的方案。在详细设计阶段，须进行详细的分析计算，以确定各零部件的详细结构，从而绘出全部装配图及零件生产图纸，整理出设计计算说明书及材料需求清单、标准件清单、机电产品目录等技术文档。表示了工程机械产品设计的一般过程。2. 实现参数化设计的必要性和可行性分析从方案设计及方案的分析、计算、评估等工作起着相当重要的份量和作用。方案设计的效率直接影响着整个设计进程。在计算机辅助设计-CAD(Computer Aided Design)手段不断发展和日趋成熟的今天，选择合适的设计软件来处理方案设计中的有限元分析、动力学分析、三维模拟、动力学仿真、数
40、值优化等复杂问题，已经成为可能并且非常有必要。对于工程机械产品中，类似复杂的钢结构件，一般地说，它是零部件的组合设计。结构件有限元分析是产品设计的基础性分析。最基本的分析是进行线性应力分析;对于有些结构件，例如吊臂与塔架，还要进行稳定性分析，研究结构件失稳(屈曲)的条件。整体结构设计中，整体分析是工程师面临的最直接、最重要的问题。基于整体结构分析技术，利用三维设计软件实现结构模型的参数化，采用子结构分析的技术策略，实现整体结构的剖分与结构件分析，实现结构件的变换与组装，最终完成整体结构分析。通过建立三维参数化实体模型，并通过修改参数实现不同方案的比较、数值优化等，最终找到最佳设计。基于这个思想
41、，本文将展开说明复杂工程机械产品的参数化设计方法。3. Inventor三维设计软件如前言中所述，目前已有很多优秀的三维CAD软件，诸如：UG、PRO/E、CATIA、Autodesk Inventor、Solidworks及国产的CAXA软件。UG、PRO/E、CATIA主要用于多曲线多曲面等较为复杂的汽车、飞机、模具行业。Inventor、Solidworks相比易学易用，其中Inventor是Autodesk公司解决三维机械设计的拳头产品，凭借其业界领先的DWG兼容性和大型装配性能，Inventor可将传统数据从二维转换到三维，因此历年的设计数据可得到有效的利用，进而可以减少设计时间。鉴
42、于上述原因，本文下述部分将提出一个工程设计实例，借用Inventor软件平台，重点论述三维参数化设计在工程领域的应用。4. 参数化设计应用实例该例子取自福建华电储运有限公司SR4000/3000.45型斗轮堆取料机项目。斗轮堆取料机是电厂，港口，矿山等领域常用的连续高效率的散料输送设备，如图3-1所示。该设备能够通过斗轮将堆场的散料(常见如煤、矿石等)挖取，通过皮带机输送至设置在回转中心的中心料斗，通过中心料斗输送至系统皮带机再运走;相对的，系统皮带机的料流通过尾车皮带机将物料送至悬臂皮带机，悬臂皮带机可将物料送至料场，完成堆料作业。例子中的斗轮堆取料机属于整体液压俯仰式机型，即整个上部钢结构
43、和配重通过液压油缸伸缩实现俯仰动作，以满足不同高度料堆的堆取工作。整个上部俯仰结构是通过两个俯仰主铰点和两个油缸动铰点支承的，油缸铰点的移动实现俯仰动作。从图中可以看出，斗轮机构、悬臂胶带机、悬臂架、配重架、拉杆、附属结构等零部件的重量和载荷都直接或者间接的作用在塔架上，因此，塔架在整个设备中受力复杂，需要合理设计和准确计算。塔架的最终优化后的模型图，该塔架的结构型式是在参考和借鉴大量国内外不同机型设备之后确定的。由于型式做了很大变动，以及考虑国内外生产制造工艺质量的区别等因素，在最终确定使用该结构型式之前，需要通过有限元计算，合理更改梁高，板厚等参数，并经过再次计算验证。Inventor设计
44、软件提供了从建模，计算，参数更改，再验算等完整功能。(1) 建立参数化模型在参数化设计中，最重要的工作之一是如何将复杂的实际结构转化为参数化的计算模型。由于工程机械产品(如图3-2塔架)的钢结构件，包含大量形状各异的板件、型材等。为了避免生成大额数量的零件以及免去复杂的零件装配工作，通常根据需要将部分钢结构设计为一个多特征叠加的实体模型-一个零件，通过定义用户参数和尺寸约束确定板材厚度、外形、位置等。要建立参数化模型，最好先建立坐标系和找出关键点-节点。节点的位置将决定模型的主体形状，继而影响结构件的承载能力。图3-3从模型中抽取出来的节点图。Inventor软件提供了和Excel表链接的功能
45、。该功能可以大大减少设置参数和更新模型的时间，而且Excel表内可以设置不同的工作表，如图3-4中有工作表“45米悬臂”，“38米悬臂”不同的参数表拥有相同的参数名和不同的参数值，相当于设置了不同的方案，只要激活需要的工作表，就可以生成相应的方案。在零件造型、分析设置或后处理过程中，可以随时定义和编辑参数。得出方案之后，如果更改了与载荷或约束关联的参数，系统将启用“更新”命令，即可以运行得到新的方案。要得到参数化模型，在建模中需要注意的是，新的特征要尽可能利用已有的参数，必要的时候甚至可以引用参数方程式。其目的是尽可能减少参数的数量以及保证模型特征能够与参数相关联。(2) 有限元分析和数值优化
46、Inventor中的应力分析，为机械产品的设计过程提供了一个便捷实用的工具。设计者可以在设计过程中随时对零件进行静力学基本分析和动力学的模态分析。Inventor具备ANSYS为内核的分析模块，又提供了很好的人机交互界面，因此非常实用。通过固定约束，施加载荷，设置应力分析环境等工作，就能得到分析结果。根据结果变更重要参数值就能得到最佳设计。对于该文章中的塔架模型，我们仅以变动E和E的位置参数为例，通过多次更改和分析，得到了优化后的设计。工程机械中的钢结构件在目前尚无法实现CAM制造，因此在绝大多数情况下还需要出工程图。Inventor三维设计软件具有从三维模型到二维工程图的直接转换的功能。而且生成的工程图与三维模型尺寸关联，当三维模型参数变更之后，工程图也能自动得到更新。结 论随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀
