《铝合金材料细长阶梯轴数控车削加工工艺及模拟仿真方案设计》14000字（论文）

第第V页共25页铝合金材料细长阶梯轴数控车削加工工艺及模拟仿真方案设计第一章绪论………………11.1铝合金细长阶梯轴的数控车削加工研究背景和意义…………11.1.1铝合金细长阶梯轴的加工工艺概述………11.1.2目前铝合金细长阶梯轴数控加工存在的问题……………51.2铝合金细长阶梯轴零件的车削加工国内外研究现状……………51.2.1车削方法的改进……………51.2.2工件加工时的振动特性……………………51.2.3车削加工时误差补偿应用…………………61.2.4细长轴的加工工艺设计……………………61.3本文的内容安排……………………6第二章铝合金材料细长阶梯轴和特征零件的加工误差分析………………82.1铝合金材料阶梯轴和特征零件的误差主要来源分析……………82.2铝合金材料细长阶梯轴的车削受力分析…………82.3卡盘-中心架-顶尖装夹方式对零件的加工工艺分析……………92.4本章小结……………9第三章铝合金材料细长阶梯轴数控车削加工工艺分析……103.1引言………………103.2铝合金材料阶梯轴工件的加工工艺分析…………103.2.1铝合金材料阶梯轴的数控车削加工的技术要求…………103.2.2镁铝6061型铝合金细长阶梯轴数控车削存在的问题…113.3铝合金材料细长阶梯轴的数控车削仿真加工……113.3.1加工刀具的几何参数选择…………………113.3.2工件切削用量参数选择……………………123.4本章小结…………13第四章铝合金材料细长阶梯轴零件的模拟仿真理论方案…144.1零件试制的加工方案设计…………144.2制定零件仿真加工的过程…………144.2.1确定仿真加工工艺路线……………………144.2.2选择加工刀具及参数………154.2.3铝合金细长阶梯轴加工工序卡……………154.2.4.铝合金细长阶梯轴加工工序简图………154.3零件仿真软件的应用………………164.3.1铝合金细长阶梯轴的产品仿真加工内容及成品…………194.4本章小结……………21第五章总结……………225.1论文总结……………22参考文献…………………24附录…………………………25第一章绪论铝合金细长阶梯轴的数控车削加工研究背景和意义随着我们国家制造行业的飞速发展，人们对工业装备的质量、机械的使用性能都提出了更加严苛的要求，逐步向现代化、信息化、集能化和智能化的方向不断推进，与此同时，数控加工技术也因此有了更大的发展方向，在工业制造行业中起着举足轻重的作用。许多关键的零部件都离不开数控加工设备的加工，因为他们都有一个共同的特点，零件的尺寸精度的要求较高、它的工艺要求是非常严谨的、零件的生产效率较低和加工材料的加工困难性，这也促进了高精度数控加工设备的发展，它的出现，能够在一定的程度上，能够使大部分经过培训的员工都能操作，减少了因为操作员、加工的设备、加工方式等问题，导致影响零部件的加工精度，同时也逐步满足了个别零部件的大批量生产需求，就如铝合金材料细长阶梯轴而言，因为其长径比大、刚性差、加工难度大，所以在平时的加工中很难保证其精度要求。在实际的机械设备中，细长阶梯轴被誉为是机械设备上最关键的传动力的部件，同时，它也是被运用在机械上的一种最常见的特殊零部件，细长阶梯轴也因为它的特殊性，被人们广泛应用于机械工程装备、航空、交通运输设备等等领域，因此，被安装在机械设备上的细长阶梯轴的制造精度，就是决定着机械设备在运行过程中，运行的可靠性。现如今，即使更高端的数控加工设备的不断被研发出来，细长阶梯轴也还属于难加工件，高端的数控加工设备对操作员们的技术操作水平、加工方式的选择都提出了非常高的要求。本文研究的是铝合金细长阶梯轴的加工工艺设计；主要针对铝合金材料和细长轴的特征零件，规划其加工工艺，并且在条件允许的情况下，借助数控仿真的软件来进行合理的零件模拟仿真加工，以便减少产品的加工时间，从而达到优化加工工序的作用。1.1.1铝合金细长阶梯轴的加工工艺概述根据轴类零件本身的外貌特点，有着许多种类，根据本身的特点，分几种；细长的直轴、细长阶梯轴。在我国现代化制造加工行业里面，各种各样形状、结构非常复杂的阶梯轴，正在被使用在“千奇百怪”的机器设备里面，就好像安装在数控设备里面的丝杆、光杆、液压设备中的液压活塞杆还有在远洋开采石油的海上钻井平台上钻杆。因为铝合金细长阶梯轴的实际加工过程，主要的加工步骤就是从加工的材料、设备、加工方式与零件的装夹方式四个方面的内容进行概括，其具体如下；铝合金细长阶梯轴的材料特性（1）、密度小、铝跟铝合金的密度均约为铜与铁的1/3。（2）、该材料的金属强度较高，这个材料在经过某些程度的优化，就可以提高本身的强度硬度,而且，在实际的金属化合物中，有一部分的铝合金，是可以采用一些热处理方式，来强化材料的硬度强度等。（3）、材料本身的导电性好，它的金属导电性排在金、银、铜的后面。（4）、材料本身的耐腐蚀性好，自然界中的铝还有铝合金材料容易和空气中的氧气发生化学反应，生成一层较为致密而且牢固的氧化铝，使材料不受自然界中的化学腐蚀。（5）、容易加工、可塑性好，；铝合金材料具有良好的铸造性能和良好的加工塑性。2.铝合金细长阶梯轴常用的加工设备（1）、车床在机械制造生产中，车床是我们在制造领域里面，用来生产加工轴类零件还有回转体产品的机械，同时也是最常用的加工设备，同时也是经济回报效率较高的加工设备，其中主要有两大类（如图1.1所示）。1）普通车床，简称普车；在这种车床中，使用普通车床加工材料的方式是通过操作员对车床进行实时的控制来得到合格的零件，其加工要求严格且对操作员的技能操作水平要求比较高，故导致所生产的产品的生产效率不高、产品合格率低，其中，在零件的加工过程中，由于材料自身的金属特性，会导致其加工质量得不到有效的控制。2）数控车床，简称数车；数控车床是在普通车床的基础上进行的改良，其主要特点是不需要操作者实时的去控制机器，转而是使用数字化控制程序设备来控制，在铝合金细长阶梯轴的生产过程中，只需要进行一次程序录入、对刀等步骤，便可以生产零件，其过程中只需要对刀具进行磨损补偿、尺寸精度保证的有效控制，其对操作者要求低，加工效率以及加工精度均比普通车床高。（a）普通车床（b）数控车床图1.1车床类型（2）、磨床在生产精度要求较为严苛的零件时，为了使所生产的零件能够达到图纸中规定的工艺要求，人们主要选择的设备主要有两大类（如图1.2所示）。1）数控外圆磨床数控外圆磨床本身的精度较高，它是可以让操作员通过在数控系统中输入指定的程序代码，来实现进行加工进给运动的实时监控、控制，这一类的数控设备，它生产加工出来的零件，它的表面质量是很好的、精度符合要求、效率高，适合在现阶段下加工那些对精度要求较高的零部件，所以它被人们应用在了精加工阶段。2）无心外圆磨床无心外圆磨床，它的工作原理是；技术员通过定位零件的已加工表面，进行磨削加工，主要有两种磨削方式，纵磨法与横磨法，纵磨法适合加工不带台阶的轴，横磨法适合加工阶梯类零件。在零件的磨削加工过程中，被定位的零件中心点应该高于导轮的中心点和砂轮的中心点，且被导轮的摩擦力带动来与砂轮摩擦，来达到磨削加工，这种机床的加工效率高，被设计者们应用于大批量的生产条件下。(a)数控外圆磨床（b）无心外圆磨床图1.2，磨床的类型（3）、专用设备由于我国的工业制造业的飞速发展，针对某些细长阶梯轴的专用加工设备被大量研发出来，主要是用于生产大批量形状简单、尺寸要求标准的轴类零件，但是不适用于那些结构复杂、加工工艺要求高且小批量生产的轴类零件。3、铝合金细长阶梯轴常用的加工方式（1）车削零件的车削加工，是通过在车床的刀架安装切削刀具上，并且在设备运行的情况下，通过控制所安装的刀具来实现零件的车削加工，这个是加工零件本身的旋转运动和切削刀具的进给运动的互相配合，来得到预期的零件的加工方式，主要被用于加工回转类零件表面，如轴、套等，车削加工可以对零件进行粗加工与精加工，车削在机械制造领域中是最基本且应用最为广泛的切削方法。（2）磨削磨削加工是使用各种材质的磨具去除材料的磨削方式，这种加工方式，主要被用于加工回转体部件、平面类部件，磨削加工是精度要求非常高的，是属于精密级加工，其加工精度高，在机械制造领域中被应用于精加工步骤中。（3）光整光整加工方式，是零件在精加工后，为了使零件达到更高的精度的要求，在原来工件的基础上不切除材料或者切除极少的金属材料，来提高工件的加工表面尺寸与形状精度，目前，在生产生活中，能够降低工件表面的表面粗糙度来达到非常高的精度的加工方式有以下几点；就如研磨加工、超精密加工、零件抛光、滚压等方式。在我们国家现代化的生产线里面，光整加工方式是属于那种超精密级的加工，是国际上面运用较为广泛的精加工方式。4.铝合金细长阶梯轴常用的装夹方式（1）顶尖-顶尖装夹该装夹方式是为了保证零件在加工零件的过程中，为了使零件跟随卡盘旋转，所以安装了鸡心夹，而且被鸡心夹夹持的零件另一端，要采用顶尖将零件顶住，以便达到锁紧零件的功效。安装鸡心夹的目的是；通过卡盘的旋转来拨动鸡心夹转动，因为鸡心夹头会将零件锁住并且会与卡盘一起转动。所以这种装夹的方式，适合广泛的使用在加工零件的尺寸较长的工件，以及对产品的同轴度要求比较高、而且不能通过一次夹紧来进行零件的限位的细长阶梯轴的上，它的装夹方式就如图1.3所示。（2）卡盘-顶尖装夹方式这种装夹方法，是卡盘抓紧零件，另外的一端通过弹性顶尖的顶持，顶住零件并且锁紧顶尖，不让它本身产生位移，这种装夹方式适合加工长度较短的轴类工件以及小批量生产的工件，其装夹方式如图1.4所示。（3）卡盘-中心架-顶尖装夹这种在数控设备上被广泛使用的装夹方式，是运用三爪卡盘夹紧零件的一端，通过计算，把中心架安装在预定的位置，来达到辅助支撑的功效，零件另外的一端采用顶尖顶住零件并且将顶尖锁紧，不让它发生位移，这种装夹方式需要寻找轴的中心位置而且零件的预定位置有待加工面的凹型轴段的轴，这种装夹的方式就如下图1.5所示。（4）卡盘-跟刀架-顶尖装夹方式这种在数控设备上常用的装夹方式，本质是使用三爪卡盘，把零件的一端夹紧牢固，把跟刀架牢固的安装在数控设备的溜板上面。在加工的过程中，跟刀架的原理是，在零件加工时，跟刀架与零件接触的支承爪跟随在刀具的后面并且同步进给，从而达到在加工零件时，抵消刀具对零件力的作用来起到辅助加工的作用，同时，零件的另外一端也是使用顶尖，把零件顶住并且锁紧顶尖，不让顶尖产生位移。这种装夹方式适合加工细长光轴，这类装夹的方式就是如下图1.6所示。综上所述，加工细长阶梯轴最常用的车削加工方法是数控车削加工，主要原因有；在这种加工方法中，这一种加工方式，对操作员的技术要求低，零件的生产周期短，零件的精度稳定，便于补偿尺寸误差，而在数控加工工序的制定的时候，由于加工工序集中，即保证了工件的加工精度，又保证了工件的生产效率。1.1.2目前铝合金细长阶梯轴数控加工存在的问题1）受自身形状结构、材料刚性不足、加工设备的加工特性以及技术操作员的技术水平等因素限制。导致零件在加工的过程中，因为零件本身的长度较长，所以会产生弯曲还有变形变形，还有出现振纹的情况，以至于加工出来的零件完全满足不了设计图纸的要求，产生的原因是；1.该轴的长径比大，在切削过程中，材料自身的形状结构不对称，轴段多、材料的刚性不足，会出现材料的热变形，从而产生轴的同轴度、圆度等超差。2）因为这类轴是属于铝合金材料而且零件一次的加工时间长，在零件的车削过程中，容易造成材料粘刀形成切削瘤，导致工件表面被划伤而影响表面质量和加工环境的安全。3）因为该轴属于细长阶梯轴，导致其装夹方式复杂多样、加工工艺的安排繁杂，各个技术操作员的操作习惯的不同，导致工件的同轴度、表面质量难以保证。1.2铝合金细长阶梯轴零件的车削加工国内外研究现状随着现代工业制造业进程的不断加快，各种各样的机械上面都使用着细长轴，但是细长轴的加工精度问题至今都还是现代工业制造业的一大难题，为了解决这一问题，国内外许许多多的专家、学者们对细长轴的加工展开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车削方法的改进、加工时工件的振动特性、以及误差补偿和细长轴的加工工艺四个方面。1.2.1车削方法的改进陈晴【1】在针对细长轴零件加工过程极易发生零件的弯曲变形和震动，从而导致工件加工的精度低、表面质量差、生产效率低等金属切削加工等问题，提出了工件端面销孔工装和优化切削参数对零件质量的影响。李永祥【2】研究了是什么影响了细长轴加工时零件的尺寸精度，而且在零件的装夹方式、数控刀具的安装的位置、零件的切削的量，以及使用那些新颖的加工方法等几个方面概括可以有哪些提高细长轴加工的尺寸精度的措施。姚小强【3】通过研究与实践对细长轴的实际生产加工过程中，比较常见的几种几何误差及产生的因素进行了分析，详细的介绍了辅助装夹装备、加工误差补偿方式、改变工件受力的方式以及刀具的几何参数和切削用量等方面的研究现状。李毅【4】通过研究分析判断为了减小零件在生产加工工过程中细长轴出现的弯曲变形的问题，进一步提高零件的尺寸的精度，选择把正向、反向加工的方式为研究对象，通过了ANSYS软件分析功能来建立模型的有限元，通过查阅资料和结合实际的研究结果来和这个模型分析，共同建立这个数学模型，并且进行相关的数值运算，用这些数据来寻找零件在不同加工条件下，细长轴点位变形量的差异还有点位变形的规律，进而验证这个理论模型的正确与否。1.2.2工件加工时的振动特性金成哲【5】主要研究在不同装夹方式下，车铣加工较车削加工相比，振动特性有更好的改善，研究出来的结果，是为细长的轴类零件在正交车铣加工方式的应用打下坚实的理论基础。白意东【6】通过研究拉夹逆向的方法，车削细长轴是什么样的振动特性，并且在BP神经网络的基础上，预测了采用这种方法来车削细长轴时的切削力大小。为了后面确定切削量、提高了产品质量和节省了生产时间等，提供了重要的理论参考依据。金龙【7】主要研究细长轴类零件在车削加工过程中，所产生的振动特性对细长轴本身的影响，对比结果并且分析了普通型车削与两把车刀加工的峰值高低，得到了细长轴的普通型、两把车刀型加工的幅值关系图，验证出细长轴振动的响应理论是否可行。蒋朝鸿【8】研究了细长轴的三刀切削加工过程中，车刀的作用力径向分力所产生的工件振动对工件的弯曲变形影响进行了研究，并且验证了细长轴的三把车刀型加工的正确性。许立【9】根据超声波振动车削加工的原理，验证了使用超声波振动的方式进行零件的车削，是能够改善工件的表面质量。同时也研究工件的表面质量在使用什么样的切削量会得到什么样的规律，根据这些规律，优化了零件在加工过程中的切削参数，并得到了试验里更好的切削参数。1.2.3车削加工时误差补偿的应用郭建亮【10】为得到操作简单、加工质量稳定的细长轴车削方法，选择研究了零件的尺寸误差和车削加工过程中切削力之间定量的关系；根据实验中实际的切削力的大小，作为零件尺寸误差的判断标准，并以此及时的修正吃刀量来达到实现细长轴加工误差的准确补偿；研究中的结果证明，这种加工方法是可以提高细长轴的尺寸精度。尚广云【11】通过查阅大量资料，并进行理论分析以及运用ANSYSWorkbench仿真分析，从而得出采用尺寸误差补偿的方法，能够提高细长轴的车削加工精度的结论。赵勇【12】对零件在车削中出现哪些动误差进行分析，找到了是什么原因产生动误差和是使用什么方法来优化并且解决这些原因，并且详细、具体的介绍了细长轴的加工工艺，为技术员简化零件的加工工艺，提出了宝贵地参考意见。张正义【13】通过研究了大量资料，优化了零件的误差补偿方法，并且根据这个方法使产品的加工精度得到了提高，这个理论依据可以用来作为提高车削加工精度的一种方法。1.2.4细长轴的加工工艺设计何青青【14】通过分析细长轴的加工过程中，产生弯曲变形的原因，合理的调整装夹方式与切削参数，采用设计工装，优化加工方法，来提高生产效率，给细长轴零件的大批量生产提供了理论技术支持。祝孟琪【15】通过研究车统复合切削工件表面的微观形貌，随切削参数的变化规律，得出车铣复合切削方式，能够减少细长轴车削加工过程中工件的弯曲变形。仵珍稷【16】通过对带有鼓形误差地正交车铣轨迹模型进行研究，与分析鼓形误差。研究了工件的切削参数和工件的装夹方式会对正交车铣细长轴类零件鼓形误差造成哪些的影响？梁满营【17】根据某些轴的长径比大，而且在加工中容易出现变形、产品的尺寸精度不能保证的问题，提出减小加工装夹时细长轴长径比的工艺方案。采用优化装夹方式与插补方式，在一定意义上提高了细长轴的生产效率，而且还降低了零件的废品率。1.3本文的内容安排第一章，在这里，明确了本文的研究内容；背景、意义。总结了国内外对于铝合金材料细长阶梯轴的加工工艺的研究及其背景，简要叙述了铝合金细长阶梯轴的加工工艺设计，以及分析了目前在现有的加工环境下，加工铝合金细长阶梯轴可能会遇到的问题，介绍了铝合金细长轴的加工工艺的影响，并从数控车削的方法、工件的振动特性、加工中的误差补偿、加工工艺设计等四个方面，通过查阅大量相关资料并对其分别进行了分析论证。第二章通过对铝合金细长阶梯轴和特征零件的加工误差进行分析，查阅了大量资料，对加工加工件的加工误差来源进行了分析总结，同时进行了工件在车削时，对工件所受到的力进行了受力分析，得到了更好的切削方式，为后续的加工提供了解决方法。第三章为铝合金细长阶梯轴的数控车削加工的工艺设计分析，其中包括该特征零件在数控设备上的切削加工时的技术要求，以及该特征零件在数控设备上切削加工时会遇到的问题等方面的解决方法。根据加工工序要求，在加工刀具参数的选择以及工件切削用量的基础上，灵活运用仿真软件对该特征零件进行模拟仿真加工，为后续设计提供更佳的设计参数。第四章为根据前面优化出的设计参数，设计出铝合金细长阶梯轴的模拟仿真加工设计方案。其中包括了加工方案的设计、零件加工工序的设计（仿真加工工序路线、刀具参数选择、加工工序卡的制定、绘制加工工序简图）、以及根据上述设计，运用斯沃数控仿真软件进行模拟仿真加工，验证设计的准确性。第五章为论文总结第二章铝合金材料细长阶梯轴和特征零件的加工误差分析2.1铝合金材料阶梯轴和特征零件的误差主要来源分析在实际数控车削过程中，无论是使用多么超精密的机器进行加工，零件的加工误差都不可消除，误差的大小会影响到加工件的精度要求，故只能将其误差降低到非常小的程度。由图1.7分析得知，机床的误差有以下几种；滚动误差、定位误差、偏转误差、机床空间几何误差、机床热误差等，都是机床主要的误差来源。图1.7综上所述，数控设备自己会存在一些误差，就像；几何误差、内外热误差和加工误差，这些都是能够影响数控设备精度的因素。数控机床在不同的使用工况下，都是有不同的加工效果，就比如，在市场销售的数控加工设备越是那种非常精密的数控机床，在生产加工的过程中，如果能够满足条件，就能够生产更高精度的零件。所以，在细长阶梯轴的数控车削加工过程中，同样也会产生误差，只不过是大小的问题。当然了，造成误差的原因有很多，，就如机床自身的误差、操作者等人为误差、刀具自身的磨损误差、零件的热变形误差等等。国内学者对影响这些误差对机械加工的精度的主要原因及其应对的措施进行了讨论与总结。夏斌高【18】通过查阅分析总结大量对影响机械加工中产生加工误差研究的参考文献，发现了在生产加工细长轴的切削加工过程中，零件的变形误差是对零件本身的误差影响最大的因素，通过分析，得出造成铝合金细长阶梯轴的表面质量与加工精度差的主要原因是；铝合金细长阶梯轴工件在切削加工过程中发生了弯曲变形，其中，引发铝合金细长阶梯轴的弯曲变形因素主要包括；工件自身受到的重力、切削时的切削力以及铝合金细长阶梯轴加工时产生的离心力等。2.2铝合金材料细长阶梯轴的车削受力分析由于铝合金细长阶梯轴的长径比大于20，所以导致铝合金细长轴的刚性很差，再加上工件的切削环境的影响，导致工件十分容易产生弯曲变形。为了便于观察，现将工件被切削时所受的切削力分解为几个力，如图1.8所示。同时，在零件的加工过程中，工件还会受到刀具给它的径向力以及道具进给时带来的轴向力。2.3卡盘-中心架-顶尖装夹方式的加工工艺分析本文选用卡盘-中心架-顶尖的装夹方式进行来工件的加工方法，由于该零件属于铝合金材料细长阶梯轴，结构复杂，加工难度大，为了保证加工零件的同轴度和满足零件的径向跳动要求，同时可以减缓振纹的产生，使零件大部分的尺寸能够达到图纸的设计要求，所以通过使用安装中心架来达到辅助支撑零件的作用。虽然中心架的安装不会对零件的工艺参数产生太大的影响，但是在零件的加工过程中，因为零件和中心架的接触位置会产生相互的动摩擦，出现一些影响材料的性能的摩擦热，从而间接的影响到材料本身某些设计要求的热平衡。2.4本章小结。本章为分析铝合金材料细长阶梯轴在数控车削加工的条件下，会产生哪些主要的误差，以及在加工过程中，对工件所收到的力进行分析，分析判断卡盘-中心架-顶尖的装夹方式的加工工艺，通过以上分析，为下一设计步骤提供了理论支撑。第三章铝合金材料细长阶梯轴数控车削加工工艺分析3.1引言本论文对直径为30mm至60mm长度为1320mm，细长轴的中间位置是有凹形的轴段而且这轴的两端是非常不对称的铝合金细长轴，进行加工工艺的设计。这根轴是属于那种非常典型的难加工类零件，它的材料选用铝合金，它的长径比为22（L/D=22），这根铝合金细长轴的长径比大，而且它的结构形状是不对称的，所以它的加工的步骤较多，这个零件的尺寸精度的要求还有形位公差的要求较高，这是导致它成为难加工件的重要因素之一。本次涉及的铝合金细长阶梯轴每一个参数设计都是通过深思，这根轴的零件图就如下图1.9所显示。图1.9铝合金细长阶梯轴零件图3.2铝合金材料阶梯轴工件的加工工艺分析构成发动机的主要零部件就包含阶梯轴这一类特征零件，在传动系统中，阶梯轴能够起到传递动力跟扭矩，是发动机是一种非常重要的零件。这种零件的加工质量会直接影响着这个机器的的运行性能、使用的性能还有机械的使用寿命和机械的装配功效。因为这类铝合金细长阶梯轴所处的工况环境十分恶劣，它的加工质量决定着使用的可靠性。3.2.1铝合金材料阶梯轴的数控车削加工的技术要求。根据这一类的铝合金细长阶梯轴零件在切削的过程中产生的一些问题，通过对图样进行仔细的分析判断，就如下图1.9所示。会得到下面几点较为关键的技术要求。1）铝合金细长阶梯轴的尺寸精度。因为做为可以起到传动力的作用的零件，铝合金细长阶梯轴上面的每个地方的精度是会影响到机器的运行情况。这就考验着技术操作员的测量能力是否扎实，所掌握的刀具补偿的计算能力是不是达到了要求。2）铝合金细长阶梯轴的位置精度。为了保证其轴更好的与装配机构安装且具有良好的空间位置，应保证该轴的同轴度，若该轴的同轴度得不到保障，会导致该轴在运行中的位置发生偏移，导致该轴与轴上零件等发生较快的摩擦，产生震动与噪音，影响机械运行的可靠性。所以该轴的同轴度保证，对于机械加工性能和技术操作员的加工工艺安排是个考验。3）铝合金细长阶梯轴的表面质量还有它本身的表面光洁度。这类轴的表面质量的好坏与否，就决定着零件装配后装配精度和轴的使用寿命，尤其是在那种恶劣的环境当中，轴的表面质量的好坏，影响着这个轴的抗疲劳强度能力、降低了轴的更换次数等。4）铝合金细长轴的材料。该轴选用镁铝6061型铝合金材料【19】，其主要特性为；易加工、材料所拥有的抗腐蚀性好、材料自身的韧性较好，还有材料再次加工不变形、工件氧化效果好。由于该轴为铝合金材料，所以导致该轴被归到了难切削类零件。化学成分就如表2.0所示表2.0镁铝6061型铝合金材料化学成分表3.2.2镁铝6061型铝合金细长阶梯轴数控车削存在的问题这一件零件是属于铝合金材料，而且它的长度还有直径之比是大于20（即L/D＞20）的细长轴，因为它本身的长径比是大于20的，所以因为这个原因才导致他本身的刚性差，因此，零件在车削加工的时候十分容易受到切削力、切削热还有零件本身的材料特性的作用和影响，导致零件容易出现弯曲变形，从而出现同轴度等误差，进而导致成品件的尺寸精度达不到图纸上的要求，由于其长径比大，所以在加工过程中，工件容易产生振纹等问题。3.3铝合金材料细长阶梯轴的数控仿真切削加工根据铝合金细长阶梯轴的材料，镁铝6061型铝合金的性能知道；通过采用热处理（淬火、时效【20】）方式，可以得到好的加工性能等。分析图1.9图纸得知，该轴的工艺要求非常严格，在加工过程中，这对刀具的选用、切削参数、零件装夹和加工工艺路线的编写都提出了非常高的要求。3.3.1加工刀具的几何参数选择由于该轴的材料为镁铝6061型铝合金，在加工时因为其独特的金属特性，导热性好、塑性低等特点，导致在加工中容易对刀具造成严重的磨损，还会导致切屑粘结在刀具上，导致零件表面质量差，根据其金属特性，在选择刀片时，选用的刀片金属性能应具备；硬度高、具有较高的抗氧化性和抗粘结性、其耐磨性能要好、摩擦系数要低等特性，这些涂层材料有AL2O3等，又因为加工件有多处轴段，为了便于减少加工工序，应选用35°的菱形刀片，根据其刀片形状特点，选用的刀杆如图2.1和刀片如图2.2所示。图2.1车刀刀杆图2.235°刀片形状3.3.2工件切削用量参数选择在数控车削中，零件的切削用量的三要素是；背吃刀量ap、切削速度v、进给量f。切削用量的选择原则在加工中，如果可以选择合适的量，是会对产品形成有直接的影响，这些影响都是非常重要大的。选用恰当的量，就能够更好的发挥出刀具本身的切削性能还有数控加工设备的机械性能，在确保产品质量基础上面，如果都能够满足这些要求，就能够得到更高的生产效率和降低产品的加工成本。在零件的粗加工阶段，应该尽可能切除材料和控制刀具使用环境，因而，选用切削用量，应该在刀具和设备可以允许的加工范围内，尽量的选择背吃刀量ap的多少；另外，依照数控加工设备自身的动力和设备的刚性限制因素，选择符合要求的进给速度f;最后，再根据数控切削刀具本身的的使用环境要求，来确定最佳的切削速度v。在精加工阶段，要根据零件加工余量来设计吃刀量，对照设计图纸中对质量的要求，来选择最佳且合适的进给量f;在保证刀具寿命的前提上，在切削铝合金细长阶阶梯轴时。根据分析总结得出，切削用量表，如表2.3所示。表2.3镁铝6061型铝合金细长阶梯轴切削用量表3.4本章小结本章对镁铝6061型铝合金细长阶梯轴工件的加工工艺进行了简要分析，分析了镁铝6061型铝合金细长阶梯轴采用数控车削时出现的问题，并针对这种情况来对镁铝6061型铝合金细长阶梯轴进行数控车削技术要求的规划，刀具几何参数、工件切削用量的选择的分析。第四章铝合金材料细长阶梯轴零件的模拟仿真理论设计方案4.1零件试制的加工工艺方案设计在零件的加工之前，我们通常要对该零件图纸要求进行合理的分析，其中包括零件的外圆、内孔、端面、槽、内、外螺纹等，并按照图纸规定的尺寸公差、同轴度、表面粗糙度和零件材料及有无热处理和硬度等技术要求来进行零件的加工方案设计。4.2制定零件仿真加工的过程4.2.1.确定仿真加工工艺路线。（1）将自定心卡盘夹住φ35mm的毛胚外圆，将毛胚伸出卡盘的长度大于40mm，并找正夹紧毛胚。（2）车削毛胚端面，加工出φ16x28mm的工件限位台阶，并且钻中心孔A。（工件限位台阶的作用是；防止零件在车削加工的过程中，因为刀具的切削力太大，使零件产生轴向的位移，导致影响工件的长度尺寸）（3）掉头装夹工件，车削毛胚端面。保证工件总长649±0.2mm，预钻中心孔B。（4）夹紧φ16x28mm限位台阶，中心孔B用顶尖顶住，车削加工出φ32x70mm的凹槽，作为中心架支撑位置。（5）用卡盘夹紧已经被车削加工出来的φ16x28mm的外圆限位台阶，使用顶尖顶住中心孔B并且锁紧顶尖，将中心架牢固的安装在车床导轨的合适的位置，采用粗加工的方式，车削零件的外圆φ20mm，φ30mm，φ20mm，φ31mm还有凹槽的尺寸，以便保证零件外圆的直径并且留下1mm的零件加工余量，零件的总长度留下0.2mm的加工余量。（6）精加工零件的外圆尺寸φ30±0.01mm、φ31±0.01mm尺寸，并且能够达到设计图纸的要求。（7）按图纸要求进行倒角、去除毛刺。（8）将零件进行掉头装夹，夹住φ20X29mm外圆，顶住零件，安装中心架，加工零件φ16mm，φ22mm，φ26mm，φ30mm，φ20mm以及凹槽，外圆留1mm，的余量，总长留0.2mm余量。（9）精加工外圆直径φ26±0.05mm，φ30±0.02mm的尺寸，保证零件的同轴度，并且能够达到设计图纸上面的要求。（10）按图纸要求进行倒角，去除毛刺。（11）车削M16X1.25的外螺纹。（12）检测。4.2.2选择加工刀具及参数，加工刀具选择卡见表2.4。表2.4镁铝6061型铝合金细长阶梯轴刀具选择卡4.2.3铝合金细长阶梯轴加工工序卡，见表2.5。表2.5镁铝6061型铝合金细长阶梯轴加工工序卡4.2.4.铝合金细长阶梯轴加工工序简图，见表2.6。在本次选用的自定义卡盘-中心架-顶尖装夹方式中，通过以上分析，我们可以得到；（1）在加工铝合金细长阶梯轴时，我们可以在数控设备上加装一个能够起到辅助加工的中心架，所安装的中心架还能够起到保证了零件的同轴度，还能够满足图纸上零件的径向跳动的要求，虽然安装了中心架，但是还会出现小概率的尺寸精度不稳定情况，成品率较低。（2）在这里，我们选择通过安装中心架来作为加工时候的辅助支撑件，在零件的加工过程里，因为零件和中心架的接触位置会有摩擦，所以如果零件还有中心架的接触位置没有采取冷却的措施，这个地方就非常有可能会出现大量的热量，最后导致零件的金属性能可能会被改变，进而导致零件达不到设计图纸里面要求的零件硬度等要求，而且因为这个摩擦热产生会内应力，而且这个内应力还得不到释放的时候，就会有一定的概率会出现零件的同轴度超差的问题，导致加工件不合格。（3）在加工过程中，采用中心架来作为辅助支撑，这种加工方式对技术操作员的技术操作水平是一个新的挑战，尤其在工件的装夹阶段，零件还有机床的卡盘、工件与中心架、工件还有尾座上面的顶尖位置的调整是很重要的。（4）选用中心架来作为辅助支撑，可以明显的改善加工成品件的震纹，并且大部分的尺寸要求都能达到图纸的要求。4.3零件仿真软件的应用为了设计出铝合金细长阶梯轴的加工工艺方案，本文根据上述大量的理论资料分析，最后按照合理的加工工艺路线进行数控车削仿真加工，零件图样如图1.9所示。1.仿真软件的选用使用的仿真软件是；斯沃数控仿真软件，数控系统是广州数控机床980TD系统，软件如图2.4所示，操作面板如图2.5所示，此软件能很好地显示出其仿真加工的过程。图2.4图2.5仿真操作面板2.切削刀具的选择考虑到工件材料为铝合金材料，查找资料得出，目前在加工过程中铝合金的材料强度一般为96MPa到294MPa，较高的也一般只有588MPa到687MPa，且其金属特性特殊，在高温高压的情况下，刀尖易出现积屑瘤，对比其他刀具得出，涂层刀具本身使用的涂层材料是有很多种的，但是他们本身的材料特性大部分是相似的，使用涂层刀具能降低切削温度，所以，选用涂层刀具是非常符合要求的。仿真软件所用的刀具信息如图2.5.1所示。图2.5.1仿真软件刀具信息3.夹具的选择根据铝合金细长阶梯轴的结构形状、加工工艺特点、并考虑到产品生产的实际效益，结合现有设备得出，我们选用通用夹具；自定义三爪卡盘、鸡心夹头、弹性顶尖和中心架。仿真软件中的夹具信息如图2.5.2所示。图2.5.2夹具信息4.检测工具的选择为了能够方便快捷的检测铝合金细长阶梯轴加工后的表面尺寸，生活中我们可以选用的量具有带表游标卡尺（精度0.01）、外径千分尺（精度0.001），在生产中我们想要测量所生产的零件的零件表面粗糙度的时候，我们可以选择使用粗糙度测量仪这些量具来测零件的表面质量。测量设备如下图2.6.1所示。仿真软件中的测量软件如图2.6.2（a）粗糙度测量仪（b）外径千分尺（c）带表游标卡尺图2.6.1测量量具图2.6.2仿真软件的测量功能4.3.1铝合金细长阶梯轴的产品仿真加工内容及成品依照铝合金细长阶梯轴零件的加工方案设计及铝合金细长阶梯轴的加工工艺路线设计，进行铝合金细长阶梯轴的零件数控车削，铝合金细长阶梯轴的数控车削仿真加工界面如图2.9所示，工件模型如图3.0所示。2.7铝合金细长阶梯轴左端仿真2.8铝合金细长阶梯轴右端仿真2.9铝合金细长阶梯轴数控车削仿真加工成品图图3.0工件三维模型4.4本章小结在这里，我们通过编写铝合金细长阶梯轴的加工工艺方案的设计，尝试进行零件的仿真加工，验证了该设计方案的可行性、准确性还有制定的加工工艺的是不是符合合理的。在零件的仿真加工过程中，严格的按照零件实际的生产要求（制定工艺路线、选择合理的加工刀具参数、设计工序卡、切削的参数于零件尺寸精度的检验设备选择等）来进行仿真生产操作，通过分析成品，总结出这个零件的工艺设计是非常合理的、而且是可行的。在实际生活中，先行运用仿真软件进行零件的仿真加工，有助于更加优化生产步骤，从而提高生产效率，为在今后的各种类型的零件的生产提供了理论的支撑。第五章论文总结5.1论文的总结本文通过对铝合金细长阶梯轴的加工工艺设计，对铝合金细长阶梯轴的加工方式进行了加工工艺设计，对长径比大（L/D＞20）且轴段间有凹槽、轴