基于 UG平台的偏心轴的加工分析及车削工艺的夹具设计

目录
摘要----------------------------------------------------------------------- 2 Abstract-------------------------------------------------------------------- 3 1绪论 ----------------------------------------------------------------------- 5
1.1偏心轴车削加工的简介----------------------------------------------- 5
1.2 UG简介 ------------------------------------------------------------------ 5
1.3论文的主要工作-------------------------------------------------------- 5 2偏心轴的机械加工工艺规程------------------------------------------ 6
2.1 零件工艺分析---------------------------------------------------------- 6
2.2毛坯设计----------------------------------------------------------------- 7
2.3定位基准的选择-------------------------------------------------------- 8
2.4加工方法的选择-------------------------------------------------------- 9
2.5加工顺序的安排-------------------------------------------------------- 9
2.6加工工艺过程的确定-------------------------------------------------- 9
2.7加工余量及工序尺寸的确定--------------------------------------- 10 3夹具设计----------------------------------------------------------------- 11
3.1 偏心轴装配------------------------------------------------------------11
3.2 基于 CAD的定位夹紧元件设计 ---------------------------------- 16
4 结语 -------------------------------------------------------------------- 18致谢---------------------------------------------------------------------- 19参考文献------------------------------------------------------------------- 20
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UG软件，利用该软件制图功能，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。

机床夹具作为一种重要的工艺装备在机械制造工艺过程中起着十分重要的作用，它的设计不但要保证工件的加工质量，提高加工效率，降低成本，在操作维护中安全方便还要注意到夹具结构的标准化，夹具制造的精密化。

为了保证夹具组装精度，需要学习了解工件定位原理。

根据这些原理结合零件的结构特点确定零件在夹具中以轴外圆作为定位，计算夹具的定位精度与夹紧力保证零件在夹具上的加工精度。

然后使用UG绘图软件参考《夹具设计手册》
绘制夹具元件的机械图，完成夹具的设计。

关键词 :偏心轴；车削；夹具
Abstract
This topic comes from production practice, make full use of what have learned mechanical drawing, mechanical design and mechanical manufacturing, and other programs, to understand the characteristics for the eccentric shaft, through the UG software, the use of the software mapping function, complete with eccentric shaft parts special combination jig turning design. In this paper , the traditional process methods and the three jaw fine tuning turning method were analyzed , afterthat , a conclusion that the process on eccentric shaft parts are difficulties , low efficiency , poor interchang eability and difficult toguarantee the accuracy can be drawn . Finally , according to the shortcomings of the original process methods , a technology program for process high precision eccentric shaft parts special combination jig turning method is put forward
In the research projects in the design phase, first select from a number of parts as the design of a fixture parts. For that part of the structural characteristics of the development
of the parts processing technology. Second, we must understand the fixture knowledge, combined with the structural features of components select the required fixture components, the general structure of fixture design. As an important fixture of the technology and equipment in the mechanical manufacturing process plays an important role, it is designed not only to ensure that the workpiece processing quality, improve processing efficiency, reduce costs, in the operation and maintenance of safe and convenient but also noted that Fixture structure of standardization, the precision of fixture manufacturing .In order to ensure the fixture assembly of precision, need to learn to understand principles of positioning the workpiece. Combination of components based on these principles to determine the structural characteristics of components in the fixture to cylindrical shaft as the positioning of the positioning accuracy of calculation of fixture clamping force to ensure the parts with the fixture on the machining accuracy. And then use the UG drawing software reference, "Fixture Design Handbook," a mechanical fixture elements drawn map, complete fixture design.
Keyword: The eccentric shaft; turning; jig
1绪论
1.1偏心轴车削加工的简介
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。

1.2 UG简介
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。

它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。

1.3论文的主要工作
本课题要求对偏心轴进行合理的工艺规程设计，包括零件每一道
工序的选用设备、切削刀具、切削用量、定位方式等，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UG软件，利用该软件制图功能，完成偏心工件类零件偏心外圆车组合夹具的设计。

2偏心轴的机械加工工艺规程
2.1 零件工艺分析
图1零件图
本次设计是加工阶梯轴，结构相对简单，取来毛坏后，检查是否存在缺陷。

先铣左端端面，然后用三爪卡盘夹紧Φ40m6的轴，采用一夹一顶的方法加工小端外圆，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。

加工大端外圆，同样也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。

加工偏心外圆要用到设计的专用夹具，调整偏心工件线和主轴线间距离，加工Φ26和Φ8的外圆。

在偏心工件进行粗加工后，要对零件进行热处理，使零件达到一
定的要求。

精加工小端面,加工侧面到轴端面的距离在0.0160.01613+-，
加工轴表面精度达到Φ8h6。

精加工大端面，使侧面到轴端面为0.020.0238+
-，加工
精度要求要达到Φ40m6。

加工偏心外圆要用到设计的专用夹具，精加
工偏心外圆表面，保证偏心工件线和主轴线间距离为0.020.023+
-mm ，精加工
偏心圆Φ8h6和Φ26m6，端面距离分别为0.0330.03363+
-和0.050.0576+-，最后进行全
面的检验产品，有要求的轴表面加工粗糙度为Ra3.2μm ，其余的加工表面要求一般精度即可。

2.2毛坯设计
在制定工艺规程时，正确选择毛坯类型的种类具有重要意义。

它不仅影响到毛坯的制造工艺、设备、费用，而且对零件的加工工艺、设备、消耗也有较大影响。

毛坯分为：铸件、锻件和其它类型毛坯。

毛坯的选择原则：（1）零件材料的工艺性及零件对材料组织和性能要求；（2）零件结构及形状；（3）生产批量大小；（4）现场生产条件。

根据以上选择原则，并考虑零件在机床运行过程中所受巨大冲击偏心轴的材料选为 40Cr 。

因为零件结构又比较简单 ,故确定毛坯为锻件 (模锻)。

毛坯的零件图如图 2所示。

图 2 毛坯图
2.3定位基准的选择
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。

偏心轴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。

在选择偏心轴的粗基准时，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，先铣端面，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。

2.4加工方法的选择
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,夹紧毛坏外圆后车小端面。

（2）先加工小的外圆端面,然后依次加工轴面,从粗到细加工。

（3）先加工大的外圆端面,然后依次加工轴面,从粗到细加工。

（4）先加工偏心轴侧面,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。

2.5加工顺序的安排
偏心轴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模锻，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”。

2.6加工工艺过程的确定
综合以上的分析，制订以下工艺过程如下：
工序1：检查毛坏；
工序2：铣端面；
工序3：粗车大端外圆；
工序4：粗车小端外圆；
工序5：粗车偏心轴大端外圆；
工序6：粗车偏心轴小端外圆；
工序7：热处理；
工序8：精铣端面；
工序9：精车大端外圆；
工序10：精车小端外圆；
工序11：精车偏心轴大端外圆；
工序11：精车偏心轴小端外圆；
工序12：去锐边，毛刺；
工序13：终检。

2.7加工余量及工序尺寸的确定
偏心轴零件材料是40Cr,毛坯采用模锻制造。

⑴ 粗铣小端面，保证总长度尺寸78mm ；
⑵ 粗加工小端外圆。

首先加工偏心圆侧面在保证垂直度的情况下使尺寸为14mm 。

⑶ 粗加工大端外圆。

使之尺寸在Φ41mm ，粗车时，留加工余量1mm ；
⑷ 车削偏心外圆面。

调整中心距为0.020.023+
-mm 及外圆直径为Φ
26mm 。

⑸ 精铣小端面。

保证端面到大端侧面为0.0160.01613+
-mm 。

⑹ 精车小端外圆。

保证外圆工序尺寸Φ8h6 mm ，表面粗糙度为Ra3.2μm 。

⑺ 精车大端外圆。

保证外圆工序尺寸Φ40m6 mm ，表面粗糙度为Ra3.2μm 。

⑻ 精加工偏心外圆表面。

与断面距离分别为0.0330.03363+
-和0.050.0576+-，保
证外圆工序尺寸Φ26m6和Φ8h6。

3夹具设计
3.1 偏心轴装配
机床夹具是机械制造中一项重要的工艺装备。

工件在机床上加工时，为了保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的位置。

当用夹具加工一批工件时，是通过夹具来实现上述要求的。

专用夹具是专门为工件的某道工序专门设计和制造的，由于采用了专门的元件，可以方便、简单地操作，并且易于保证加工精度的稳定，减轻了劳动强度，保证安全生产。

本设计中夹具的设计任务是：偏心工件偏心外圆车组合夹具设计 在本设计中，车削偏心工件外圆表面选用的是CA6140机床。

该机床主要参数是：
床身上最大回转直径 Φ400 mm
最大工件长度（二顶尖间距离） 920mm
最大车削长度(最大加工长度) 920 mm
最大车削直径 400 mm
滑板上最大回转直径 210 mm
主轴转速级数 - 24级
主轴转速范围 11-1600 r/min
床尾套筒行程 150mm
X 轴行程 210 mm
Z 轴行程 920 mm
X 轴快移速度 4 m/min
Z 轴快移速度 8 m/min
X/Z 轴定位精度 0.03/0.04 mm
X/Z 轴重复定位精度 0.012/0.016 mm
X 轴最小设定单位 0.001 mm
Z 轴最小设定单位 0.001 mm
机床轮廓尺寸（长×宽×高） 2640×1714×1630 mm
下面详见设计的内容：
定位基准的选择：由零件图和工序图可知，要保证工序尺寸0.020.023+-mm ，
依基准统一的原则，以Φ40h6表面为基准以心轴为辅助基准，所以可以作为精基准来使用。

切削力及夹紧力的计算：（以下用到的公式均从《机床夹具设计手册》中查得）
切削力计算公式：
c F c n c c y c x p k F v F f F a c F c c F =
式中：c
F c =2795，c x F =1.0，c y F =0.75，c n F =-0.15 89.0k r k =
所以86089.059.01205.012795F 15.075.0c =⨯⨯⨯⨯⨯=-（N ） 计算夹紧力时要考虑安全系数
4321K K K K K =
1K =1.5是基本安全系数 2K =1.1是加工性质系数
3K =1.1是刀具钝化系数 4K =1.1是断续切削系数
式中：W —所需夹紧力
M —切削扭矩
D —工件直径
f —摩擦系数
W=2875.38N
为了克服水平夹紧力，实际夹紧力夹F 为：
夹F f f N =+)(21
)(21f f F N +=夹
其中21f f ，是夹具定位面和夹紧面之间的摩擦系数25.021==f f 59.0650320650k 75.0M p =⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭
⎫ ⎝⎛=F n b σ2sin 12
sin K M 2W a
a f D +⋅⋅⋅⋅=
N
5750
.
N75
计算螺母的夹紧力：
通过查《机床夹紧设计手册》得M8的螺钉产生的夹紧力为6270N ＞所需的夹紧力5750.75N，因此本夹具可以安全的工作。

本次设计的夹具用在粗车 ,精车工序上
图 3 留工艺夹头的零件
1)将卡罐装在轴的两端 ,卡罐偏心方向应一致 ,通过卡罐的槽与轴的扁 7 H7/ h6的配合 ,控制了偏量 ;使卡罐的端面与轴的台阶面压紧 ,保证轴的中心与卡罐中心平行。

2)在车床上用单顶尖装夹 ,四爪夹紧卡罐旋转 ,以φ40轴段中心线为基准 ,两端外圆用百分表测量 ,调整卡罐上的螺钉 ,调整至不同的偏心量 ,车削各偏心外圆至规定尺寸。

3）当偏心轴加工完后切去两端工艺夹头。

此种加工方法简便、可靠 ,避免了原有加工方法具零件及部件技术条件。

设计结果（如图 4所示）的繁琐 (镗床打中心孔) ,可应用于要求方向一致的多个偏心的偏心轴加工。

图 4 基于 U G的三维卡罐模型
粗车 ,精车偏心轴段的端面 0. 5 cm ,并卡盘的任一卡爪上加工一个径向螺孔 ,并安装一个螺钉。

使用时 ,只需调整螺钉的内伸长
量 ,夹紧工件后即可加工不同偏心距的偏心轴。

这种方法使三爪卡盘变成可调通用夹具。

它简便易行 ,通用性强 ,成本低 ,特别适应多品种偏心轴的加工。

需要注意的是 ,为安全起见 ,螺钉外伸出部分不能过长。

该夹具可调偏心范围 e为 : 0≤e≤r/ 3。

式中r为定位的半径。

螺钉内伸长量 h的计算 :h=最终设计出的偏心轴夹具（如图5所示）
图 5 基于 U G的偏心轴车削夹具总装配图
3.2 基于 CAD的定位夹紧元件设计
图 6 基于CAD的二维陶罐图
零件详细设计
1)夹紧螺钉—材料 :45钢按 GB699—65。

如图 7所示
2) 卡罐 - 为了夹紧的需要 ,设计卡罐来进行设计
图 7 螺钉
定位误差分析：
⑴ 主轴各外圆面的定位误差
工序基准为各端外圆面，定位基准也是各端外圆面，两个基准重合，所以由基准不重合引起的误差为0。

又因为是平面定位，所以由于基准位移引起的误差为0。

所以定位误差为0。

⑵ 尺寸0.050.0576+
-mm 的定位误差
工作轴线与弯板工件面A 的平行度公差0.02mm ，安装后的轴线与机床主轴间平行度公差0.03mm ，而两偏心工件线间的公差为0.2mm
△DW =△BC ±△JW
△JW =0.707TD
所以定位误差是0.25.
4 结语
该文设计了一个偏心轴车削专用夹具 ,使用起来非常方便 ,只需一边夹在机床三角或四角卡盘上 ,另一端用顶针顶住即可 ,通过调节螺钉就可以加工出不同偏心量的轴段。

本夹具结构简便 ,结实耐用 ,合适大批量的偏心轴生产。

本课题为偏心工件零件工艺规程设计及车削夹具设计。

通过对偏心工件零件的工艺分析，结合有关的资料手册，我基本完成了零件的工艺规程编制和专用夹具的设计，并进行了有关的评估，所做的设计能够满足零件的加工要求。

通过毕业设计，我将几年来所学到得知识整体的运用在设计上，不管是整体的设计理念，还是局部的工艺过程，都是经过多次思考，反复琢磨，最后才决定下来的。

即便如此，毕竟是第一做这么复杂和较正规的设计，而且本人知识水平有限，所做出来的设计难免会有不足之处。

毕业论文是对设计的说明书，这次撰写翻阅很多资料，咨询老师，同学而后完成这篇论文。

通过毕业论文的写作，不仅强化了我的学习素质、研究素质和创业素质，而且培养了我的创新意识，激发了我探求新知的欲望。

在毕业设计中，我的专业技能得到了锻炼，提高了设计和计算机绘图的能力，初步掌握了解决本专业工程技术问题的手段和方法，为以后走向工作岗位打下了坚实的基础。

在这次毕业设计当中，我领会到了一种系统的设计思想，就是首
先对零件进行工艺分析，确定生产类型；然后选择合理的加工和工装设备，按一定的原则安排加工顺序，并尽可能设计多种方案，进行比较，选出最好的；最后确定切削用量，机床转速等具体参量，完成工艺规程的设计。

毕业设计是对大学生知识水平的一次很好的检验，让我更深刻的明白学以至用的道理。

致谢
军训的情景还历历在目，大学生活已近尾声，五年来的努力与付出，随着本次论文的完成，大学学习也快要结束,但这里的一切会伴随一生。

本论文设计在XXX老师的悉心指导和严格要求下完成，从课题选择到具体的写作过程，论文初稿与定稿无不凝聚着XXX老师的心血和汗水。

在我的毕业设计期间，XXX老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，她的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，她的渊博的专业知识，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，将一直是我工作、学习中的榜样。

宋老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业设计。

在此向宋雪萍老师表示深深的感谢和崇高的敬意！
在此还要感谢教研室其他老师们的帮助和支持，是他们指导我们完成毕业设计，是他们一直陪伴在我们身边，细心指导我们，他们是我毕业设计路上的导航灯，给了我们很多帮助。

在此向他们表示深深
的谢意和崇高的敬意。

我还要感谢同组的各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。

在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。

毕业将至，我借此机会向在这五年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们五年来的辛勤栽培。

各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。

在这次的毕业设计中，机械工程学院里也做了大量的工作，衷心感谢学院为我们毕业设计提供了良好的工作设计环境，并对我们设计工作的指导和帮助。

最后我还要感谢母校镇江高等职业技术学校四年来对我的栽培。

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