偏心轴的机械加工工艺设计

职业技术学院
毕业设计
课题偏心轴的机械加工工艺设计
系名称机电工程系
专业班级机电大专1901
学生姓名
学号02
指导教师师徒
时间2015． 5．20
摘要
根据设计任务书的要求,本设计说明书针对轴类零件的加工工艺的设计进行说明。

机械加工工艺规程是车间中一切从事生产的人员都要严格认真执行的工艺技术文件，按照它来组织生产，就可以使各工序科学的衔接，实现优质高产和低能耗。

本设计主要内容包括进行零件的工艺性审查，进行毛坯的选择，选择基准，拟定机械加工工艺路线的，确定机械加工余量、工序尺寸及公差，选择机床及工艺设备，确定切削用量（确定背吃刀量、进给量、切削速度），填写加工工艺文件，填写机械加工工艺卡片。

关键词：偏心轴加工工艺工序加工工艺卡片
目录
前言 (1)
第一章概述
一．轴类零件的作用与类型 (1)
二．机械加工工艺 (1)
第二章零件的工艺性审查 (4)
一．零件的结构特点 (4)
二．加工表面及其要求 (5)
三．零件材料 (5)
第三章毛坯的选择 (6)
一．确定毛坯类型及制造方法 (6)
二．确定毛坯的形状尺寸及公差 (6)
三．毛坯的技术要求 (6)
第四章选择基准 (7)
一．粗基准选择 (7)
二．精基准选择 (7)
三．定位基准选择 (7)
第五章拟定机械加工工艺路线 (8)
一．基本加工路线可归纳为四条。

(8)
二．加工顺序。

(8)
第六章确定机械加工余量、工序尺寸 (8)
第七章选择机床及工艺装备 (9)
一．选择机床 (9)
二．选择工艺装备 (9)
1.偏心加工工艺 (9)
2.螺纹加工工艺 (9)
3.选择刀具 (9)
第八章确定切削用量 (11)
一．背吃刀量 (11)
二．进给量 (12)
三．切削速度 (12)
四．主轴转速 (12)
第九章机械加工工艺卡片 (14)
一.工件装夹示意图 (14)
二.工艺卡片 (15)
小结 (17)
致谢 (18)
参考文献 (19)
前言
随着科技的不断发展，机电一体化技术在企业中发挥越来越重要的作用。

机电一体化技术正逐渐得到广泛的应用，对零件进行加工之前，工艺分析具有非常重要的作用。

本设计通过对偏心轴零件工艺特点、加工工艺的分析，给出了对于一般零件机械加工工艺分析的方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥普通车削加工的特点。

设计说明书以典型的偏心床轴零件为例，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等，编写加工工艺过程。

第一章概述
一．轴类零件的作用与类型
轴是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。

轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。

一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。

机器中作回转运动的零件就装在轴上。

根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。

根据轴的承载情况，又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各减速器中的轴等。

②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。

传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，轴的材料主要采用碳素钢合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁（用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件）等。

轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。

二．机械加工工艺规程
机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。

比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。

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。

机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。

机械加工工艺规程一般包括以下
内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。

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。

第二章零件的工艺性审查
一．零件的结构特点
图1.1 偏心轴零件图
偏心工件就是零件的外圆与外圆或外圆与内孔的轴线平行而不相重合，偏一定距离的工件。

这两条平行轴线之间的距离称为偏心距。

外圆与外圆偏心的零件叫做偏心轴或偏心盘；外圆与内孔偏心的零件叫偏心套。

如图1.1所示。

偏心零件的加工是机械加工中的难点，对于象偏心轴承、凸轮等偏心大的零件的加工，目前普遍采用三爪、四爪卡盘，在普通机床上加工。

随着科学技术的
不断发展，对偏大心零件的需求越来越多，精度也越来越高，因此对该类偏心夹具的需求也相应的增加，其应用前景广阔。

偏心轴类零件是常见的典型零件之一。

按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴偏心、阶梯轴偏心和异形偏心轴等；或分为实心偏心轴、空心偏心轴等。

它们在机器中同样用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。

台阶偏心轴的加工工艺较为典型，反映了偏心轴类零件的大部分内容与基本规律下面就介绍一种偏心轴常用的加工工艺。

二．加工表面及其要求
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。

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。

三．零件材料的选择
轴类零件材料常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

本设计的偏心轴用的是45钢，是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，调质后表面硬度可达45～52HRC。

第三章毛坯的选择
一．确定毛坯类型及制造方法
1.毛坯类型
常用圆棒料和锻件。

毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。

中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

2.制造方法
偏心轴、偏心套一般都是在车床上加工。

它们的加工原理基本相同；主要是在装夹方面采取措施，即把需要加工的偏心部分的轴线找正到与车床主轴旋转轴线相重合。

一般车偏心工件的方法有5种，即在三爪卡盘上车偏心工件，在四爪卡盘上车偏心工件，在两顶尖间车偏心工件，在偏心卡盘上车偏心工件，在专用夹具上车偏心工件。

但属于回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。

表面粗糙度Ra值较小，故车削后还需精车。

外圆表面的加工方案可为：粗车→半精车→精车。

二．确定毛坯的形状尺寸及零件的公差
偏心轴各外圆直径尺寸相差不大，故选择ø50mm×160mm的热轧圆钢作毛坯，加工后公差等级为IT6-IT8。

三．偏心轴的技术要求
轴的尺寸精度有两类，一类是与轴承的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IT5～IT7；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，通常为IT6~IT9。

第四章基准的选择
一．粗基准选择
有非加工表面的，应选非加工表面作为粗基准。

对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。

且选择平整光滑表面，让开浇口处。

选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。

二．精基准选择
要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。

符合基准统一原则。

尽可能在多数工序中用同一个定位基准。

尽可能使定位基准与测量基准重合。

选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。

三．定位基准选择
合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。

该轴在加工工件时需要保证好径向圆跳动和端面圆跳动，同轴度，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。

第五章拟定机械加工工艺路线
一．基本加工路线可归纳为四种
1、粗车—半精车—磨削
对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。

2、粗车—半精车—粗磨—精磨
对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。

3、粗车—半精车—精车—金刚石车
对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。

4、粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工
对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。

对于偏心轴零件，将采用“粗车—精车”的车削方式，分别轴的两个端面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽五个步骤进行粗加工和精加工。

二．加工顺序。

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，然后从右到左进行外轮廓粗车精车，切槽，最后螺纹粗精加工；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，最后螺纹粗精加工。

第六章确定机械加工余量、工序尺寸
粗车余量1mm，半精车余量可选用0.5mm。

加工尺寸可根据加工余量计算而定，见偏心轴加工工艺卡的工序内容。

偏心轴长度为155mm；螺纹大径分别为16mm和24mm、长度分别为17mm和16mm；外圆锥面的锥度为1:10、长度为60mm ；网纹m0.4。

在加工该零件时，需采用粗车与精车结合的方法，在粗加工零件表面轮廓时，必须保证0.5mm的精加工余量。

第七章选择机床及加工工艺设备
一．选择机床
选用CA6140，该车床可以实现轴类、盘类的内外表面，锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔加工，也可以实现非圆曲线加工。

二．选择工艺装备
1.偏心轴的加工工艺
偏心零件的加工是机械加工中的难点，对于象偏心轴承，凸轮等偏大心零件的加工目前普遍采用三爪、四爪卡盘上加一个偏心定位零件，利用这个零件连接车床主轴和卡盘。

本设计使用三爪卡盘方法进行加工。

利用三爪卡盘装夹
（1）车削方法
长度较短的偏心工件，可以在三爪卡盘上进行车削。

先把偏心工件中的非偏心部分的外圆车好，随后在卡盘任意一个卡爪与工件接处面之间，垫上一块预先选好厚度的垫片，经校正母线与偏心距，并把工件夹紧后，即可车削。

图7-1
垫片厚度可用近似公式计算；垫片厚度Ｘ＝1.5e(偏心距)。

若使计算更精确一些，则需在近似公式中带入偏心距修正值k来计算和调整垫片厚度，则近似公式为：垫片厚度x=1.5e+k
k≈1.5△e
△e=e-e测
式中：e——工件偏心距；
K——偏心距修正值，正负按实测结果确定；
△e---试切后实测偏心距误差;
e测——试切后，实测偏心距。

2.螺纹加工工艺
（1）普通螺纹的尺寸分析
分析主要包括以下两个方面：
a.螺纹加工前工件直径
考虑螺纹加工牙型的膨胀量，螺纹加工前工件直径D/d－0.1P，即螺纹大径减0.1螺距，一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。

b.螺纹加工进刀量
螺纹加工进刀量可以参考螺纹底径，即螺纹刀最终进刀位置（根据公式
d1=d-1.0825P）。

螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。

3.选择刀具
第八章确定切削用量
切削用量是衡量切削加工中主运动及进给运动大小的参数，便于加工前合理选择转速、进刀快慢及被吃刀量，进而提高生产效率。

切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度，也称为切削三要素。

车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。

一．背吃刀量
它是衡量工件吃刀量大小的参数。

它是指工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离，也就是每次进给时车刀切入工件的深度，单位：mm。

外圆车削加工时，被吃刀量的计算公式：
式中：——工件待加工表面直径
——工件已加工表面直径
本零件属于典型轴类零件，其中包含了螺纹、圆锥、切槽、圆弧等工艺内容，其背吃刀量分别为：粗加工表面为1.5、精加工表面为0.1，加工圆锥、切槽及圆弧的背吃刀量与加工表面时一样，螺纹则为：粗车1.25、精车0.1。

二．进给量
它是衡量进给运动大小的参数，表示工件每转一周，刀具沿进给运动方向移动的距离大小，单位：mm/r；进给速度是单位时间里的进给量，其单位是mm/ min。

车削加工时进给速度为：
进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。

在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000㎜/min以下）。

在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。

粗车时，一般取f=0.3～0.8㎜/r，精车时常取f=0.1～0.3㎜/r，切断时f=0.05～0.2㎜/r。

本论文中加工该轴类零件采用的进给量为：粗加工表面（圆锥、切槽等）为0.14、精加工表面为0.04，螺纹粗车为0.08、螺纹精车为0.03（主轴速度决定螺纹切削的进给速度）。

三．切削速度
切削速度是衡量主运动大小的参数。

在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度。

单位：m m/min 切削速度的计算公式：
在实际加工生产中，通过根据加工条件选择好切削速度，在确定机床主轴转速，所以切削速度的计算公式长换成下公式：
式中：——待加工表面直径，mm
n——车床主轴每分钟转速，r/min
四．主轴转速
1.光车外圆时主轴转速
光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。

加工本零件时的主轴转速为：粗加工时500r/min、精加工时800r/min。

2.车螺纹时主轴的转速
在车削螺纹时，螺纹车削的进给速度是通过主轴转速经挂轮箱、走刀箱变速传递到丝杆，使主轴转速与纵向走刀按照螺距同步的。

因此主轴速度决定螺纹切削的进给速度，所以在加工时一般将主轴转速控制在80r/min——350r/min之间。

第九章机械加工工艺卡片
在生产过程中，那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程。

它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。

而为保证工艺过程正常进行所需要的刀具、夹具制造，机床调整维修等则属于辅助过程。

在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等，直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。

一.工件装夹示意图
图9-1 右端台阶加工装夹示意图
图9-2 左端台阶加工装夹示意图
图9-3 左端偏心加工装夹示意图
图9-4 右端锥度及螺纹加工装夹示意图
图9-5 左端螺纹加工装夹示意图
二.工艺卡片
表9-1机械加工工艺卡片
小结
在大学的最后一个学期，我过得既充实又繁忙。

从选题的那天起，我就开始了我的毕业设计。

在毕业设计的这段时间里，我有很多的感触，它带给我的价值是巨大的，这将对我的以后工作产生重要的影响。

通过这次的设计，对办公软件、CAD2007等软件的基本运用有了更深刻的了解，基本掌握了偏心轴零件的加工工艺规程及确定加工路线的方法，通过对零件深刻的分析，使得加工出的零件与之技术要求十分紊合，达到了设计所规定的要求。

更重要的是对我们所学习的专业知识有了更清楚的认识，使我不知不觉的喜欢上了我们的专业。

在这里我也深刻的知道，我在实践方面是很不够的，这将在以后的工作中慢慢去领悟、学习。

致谢
偏心轴的设计是在指导老师的悉心指导下完成的。

老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的设计方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。

本设计从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。

在此，谨向老师们表示崇高的敬意和衷心的感谢！
本设计的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。

对老师的指导和帮助，在此表示深深的感谢。

没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的设计业的。

愿这种亦师亦友的感情长存。

参考文献
[1] 杨叔子. 机械加工工艺师手册[M]. 机械工业出版社，2004.
[2] 上海金属切削技术协会. 金属切削手册[M]. 上海科学技术出版社， 2004.
[3] 李典灿机械图样的识读与测绘机械工业出版社出版
[4] 张春荣公差配合与测量技术北京交通大学出版社出版
[5] 吴宗泽. 机械设计实用手册[M]. 化学工业出版社，2000.
[6] 周永强.高等学校毕业设计指导[M].中国建材工业出版社，2002.
[8]车工（技师、高级技师）/金福昌主编.机械工业出版社，2007.4
[9]机械设计制造基础/金玉海主编. 重庆大学出版社，2005.8。