机械毕业设计（论文）-阀体零件的数控加工工艺及夹具设计【全套图纸】 .pdf

1 设计说明书设计说明书 题目： 阀体零件的数控加工工艺及夹具设计 全套图纸，加 153893706 2 3 摘摘 要要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切 削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 阀体加工工艺规程及镗孔的夹具设计是包括零件加工的工艺 设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首 先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选 择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个 工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及 切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组 成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连 接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析 夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 4 abstrct this design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal- cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. the reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; after that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. keywords: the craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 5 目录目录 摘 要 3 abstrct 4 一 数控铣床简介 1 1.1 数控铣床的类型、组成及布局特点 1 1.1.1 数控铣床的类型 2 1.1.3 数控铣床的组成 2 1.1.3 数控铣床的主要结构特点 . 3 1.2 数控铣床技术参数 3 1.3 数控铣床的功能 4 二 零件的分析 5 2.1 零件的作用 5 2.2 零件的工艺分析. 5 三. 工艺规程设计 . 6 3.1 确定毛坯的制造形式 . 6 3.2 基面的选择 6 3.3 制定工艺路线. 7 3.4 刀具的选择 . 10 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 11 3.6 确定切削用量及基本工时 12 四 夹具设计 16 4.1 问题的提出 16 4.2 定位基准的选择. 16 4.3 切削力和夹紧力的计算 . 16 4.4 定位误差分析. 18 4.5 夹具设计及操作的简要说明 . 19 总 结 20 致 谢 22 参 考 文 献 23 1 一一 数控铣床简介数控铣床简介 数控（numerical control,nc）机床，顾名思义，是一类由 数字程序控制的机床。是将事先编好的程序输入到机床的专用计 算机中，由计算机指挥机床各坐标轴的伺服电机控制机床各运动 部件的先后动作、速度和位移量，并与选定的主轴转速相配合， 从而加工出各种不同工件的设备。 数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工 艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加 工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。 数控铣床能够铣削 加工各种平面、斜面轮廓和立体轮廓零件，如各种形状复杂的凸 轮、样板、模具、叶片、螺旋桨等。此外，配上相应的刀具还可 进行钻、扩、铰、锪、镗孔和攻螺纹等。 1.1 数控铣床的类型、组成及布局特点数控铣床的类型、组成及布局特点 数控铣床是主要采用铣削方式加工工件的数控机床，能完成 各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面、平面曲线和空间曲线等复 杂型面的加工。与普通铣床相比，数控铣床具有以下特点： 1、半封闭或全封闭式防护 经济型数控铣床多采用半封闭式；全功能型数控铣床会采用 全封闭式防护，防止冷却液、切屑溅出，保证安全。 2、主轴无级变速且变速范围宽 主传动系统采用伺服电机（高速时采用无传动方式电主轴） 实现无级变速， 且调速范围较宽， 这既保证了良好的加工适应性， 同时也为小直径铣刀工作形成了必要的切削速度。 3、采用手动换刀，刀具装夹方便 2 数控铣床没有配备刀库，采用手动换刀，刀具安装方便。 4、一般为三坐标联动 数控铣床多为三坐标 （即 x ， y ， z 三个直线运动坐标） 、 三轴联动的机床，以完成平面轮廓及曲面的加工。 5、 应用广泛 1.1.1 数控铣床的类型数控铣床的类型 （一）按主轴的位置分类：数控立式铣床、卧式数控铣床、 立卧两用式数控铣床。 （二）按构造分类：工作台升降式数控铣床、主轴头升降式 数控铣床、龙门式数控铣床 1.1.3 数控铣床的组成数控铣床的组成 数控铣床是由铣床主体、控制部分(cnc 装置)、 驱动装置、 辅助装置等等组成。 图 1-4 是 xka5750 数控立式铣床各部分名称。 图 1-4 xka5750 数控立式铣床各部分 3 1.1.3 数控铣床的主要结构特点数控铣床的主要结构特点 与其他数控机床(如数控车床)相比，数控铣床在结构上有下 列特点: （1） 数控铣床的运动特征 为了将工件中各种复杂的形状轮 廓连续加工出来，必须控制刀具沿设定的直线、圆弧或空间的直 线、圆弧轨迹运动。这就要求数控铣床的伺服系统能在多坐标方 向同时协调动作并保持预定的相互关系。 （2） 数控铣床的主轴特性 在数控铣床的主轴套筒内一般都 设有自动夹刀、退刀装置，能在数秒钟内完成装刀与卸刀，使换 刀较为方便。 1.2 数控铣床技术参数数控铣床技术参数 工作台面积(长宽) 900mm400mm 工作台左右行程(x 向) 630mm 工作台前后行程(y 向) 400mm 主轴上、下行程(z 向) 500mm 工作台最大承重 600kg 主轴端面至工作台面距离 125-625mm 主轴锥孔 mas403 主轴定向 刚性攻丝 刀具最大尺寸 100250mm 刀具最大重量 6kg 1-底座；2-伺服电动机；3，14-行程限位挡铁； 4-强电柜；5-床身；6-横向限 位开关；7-后壳体；8-滑枕；9-万能铣头；10-数控柜；11-按钮站；12-纵向限 位开关；13-工作台；15-伺服电动机；16-升降滑座； 4 主轴最高转速 8000rpm 进给速度 5-5000 mm/min 快速移动速度 15000 mm/min 主电机功率 11/15kw 主轴最大输出扭矩 94 n.m 定位精度 jb/t8772.4-1998 x：0.016 mm y/z：0.014 mm 重复定位精度 jb/t8772.4-1998 x：0.010 mm y/z：0.008mm 进给电机扭矩 8 n.m 1.3 数控铣床的功能数控铣床的功能 数控铣床的功能很多，不同档次的数控铣床的功能有较大的 差别，但都应具备以下主要功能：铣削加工、孔及螺纹加工、刀 具补偿功能、公制英制单位转换、绝对坐标和增量坐标编程。 5 二二 零件的分析零件的分析 2.1 零件的作用零件的作用 阀体的作用，待查 2.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 阀体有 2 个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。 1：以265 端面为基准的加工面，这组加工面主要是铣和265 端面对应的端面，钻 4- 23 孔。 2： 以23 孔为基准的加工面， 这组加工面主要是镗206 和232 孔，镗125 端面，70，44，28 孔，镗46 端面，36， 46 孔，钻 4-12 孔，钻 2-m12 孔，钻 4-m10 螺纹孔。 6 三三. 工艺规程设计工艺规程设计 3.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 阀体可铸性好，因此可用铸造的方法 因为是成批生产，采用铸 造的方法生产铸件毛坯，既可以提高生产率，又可以提高精度而 且加工余量小等优点。 3.2 基面的选择基面的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证 加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好 几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度 要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹 等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如： 机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选 择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加 工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而 细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。 这样可以保证 该面有足够的加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基 准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表 面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 7 （5） 粗基准应避免重复使用， 因为粗基准的表面大多数是粗 糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的 生产是非常重要的。先选取端面作为定位基准， 。 精基准的选择应满足以下原则： （1） “基准重合” 原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定 位基准，避免基准不重合引起的误差。 （2） “基准统一” 原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基 准定位， 以保证各表面的位置精度， 避免因基准变换产生的误差， 简化夹具设计与制造。 （3） “自为基准” 原则 某些精加工和光整加工工序要求加工 余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他 表面之间的位置精度由先行工序保证。 （4）“互为基准” 原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、 形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （5） 所选的精基准 应能保证定位准确、 夹紧可靠、 夹具简单、 操作方便。 以已经加工好的32 孔和一端面为定位精基准， 加工其它表面及 孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合 的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在 此不再重复。 3.3 制定工艺路线制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精 8 度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定 为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具， 并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效 果，以便使生产成本尽量降下来。 制定以下两种工艺方案： 方案一 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 铣265 端面 4 铣 铣和265 端面对应的端面 5 钻 钻 4- 23 孔 6 镗 镗206 和232 孔 7 镗 镗125 端面，70，44，28 孔 8 镗 镗46 端面，36，46 孔 9 钻 钻 4-12 孔 10 钻 钻 2-m12 孔 11 钻 钻 4-m10 螺纹孔 12 钳 去毛刺 13 检验 检验 14 入库 入库 方案二 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 钻 钻 4- 23 孔 9 4 镗 镗206 和232 孔 5 镗 镗125 端面，70，44，28 孔 6 镗 镗46 端面，36，46 孔 7 铣 铣265 端面 8 铣 铣和265 端面对应的端面 9 钻 钻 4-12 孔 10 钻 钻 2-m12 孔 11 钻 钻 4-m10 螺纹孔 12 钳 去毛刺 13 检验 检验 14 入库 入库 工艺方案一和方案二的区别在于方案一先265 端面， 然后镗 206 和232 孔，镗125 端面，70，44，28 孔，镗46 端面，36，46 孔，再利用加工好的孔作为定位基准，加工其 他各个小孔及螺纹孔，工序安排紧凑合理，可以更好的保证加工 精度要求和位置度要求。而方案二采用先加工钻，再镗孔，然后 铣端面，不能保证加工精度要求，综合考虑我们选择方案一。 具体的加工路线如下 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 铣265 端面 4 铣 铣和265 端面对应的端面 5 钻 钻 4- 23 孔 10 6 镗 镗206 和232 孔 7 镗 镗125 端面，70，44，28 孔 8 镗 镗46 端面，36，46 孔 9 钻 钻 4-12 孔 10 钻 钻 2-m12 孔 11 钻 钻 4-m10 螺纹孔 12 钳 去毛刺 13 检验 检验 14 入库 入库 3.4 刀具的选择刀具的选择 由于工件材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方 案的不同，车刀的种类也异常繁多。根据与刀体的联接固定方式 的不同，车刀主要可分为焊接式与机械夹固式两大类。 l）焊接式车刀 将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上 称为焊接式车刀。这种车刀的优点是结构简单，制造方便，刚性 较好。缺点是由于存在焊接应力，使刀具材料的使用性能受到影 响，甚至出现裂纹。另外，刀杆不能重复使用，硬质合金刀片不 能充分回收利用，造成刀具材料的浪费。根据工件加工表面以及 用途不同，焊接式车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、 内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等。 2）机夹可转位车刀 可转位车刀由刀杆、刀片、刀垫以及夹 紧元件组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只 需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。 11 根据零件图的特性，本题零件中的端面采用可转位车刀进行 车削，槽及螺纹，选用焊接式车刀进行切削，具体刀具选用请参 照表 3.4。 表 3.4 数控加工刀具卡 刀具编号 刀具规格及型号 刀杆规格 刀具材料 t0101 90可转位外圆车刀 2020 yt15 t0202 45镗刀 2020 yt15 t0303 内切槽刀，刀宽 3mm 2020 p20 t0404 内成型切槽刀，刀宽 15mm， 刀尖角度为 r2 2020 yt15 t0202 镗刀 2020 yt15 t0303 切槽刀 2020 yt15 t0404 螺纹车刀 2020 yt15 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。 1、不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直 接获得。 2、阀体的端面 由于阀体端面要与其他接触面接触，查相关资料知余量留 2mm 比 较合适。 3、阀体的孔 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于 it7it8 之间，参照 12 参数文献，确定工艺尺寸余量为 2mm 3.6 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序：铣265 端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用 yg8, mmap5 . 1=，mmd90 0 =，min/150mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 mmap5 . 1= 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/78.530 90r d v ns= = 按机床标准选取 w n 575min/r min/495.162 1000 57590 1000 m dn v w = = 当 w n 575r/min 时 rmmznff wzm /46057542 . 0= 按机床标准选取rmmfm/460= 3）计算工时 切削工时：mml180=，mml5 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 13 min82 . 0 ) 460 35180 (2)(2 21 = + = + =x fn lll xt w m 工序：铣和265 端面对应的端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用 yg8, mmap5 . 1=，mmd35 0 =，min/125mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 4）决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 mmap5 . 1= 5）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/39.1137 35 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 1450min/r min/35.159 1000 145035 1000 m dn v w = = 当 w n 1450r/min 时 rmmznff wzm /1160145042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/1160= 6）计算工时 14 切削工时：mml110=，mml5 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min4968 . 0 ) 475 35110 (2)(2 21 = + = + =x fn lll xt w m 工序：镗125 端面，70，44，28 孔 1.加工条件 加工要求：镗孔70mm 机 床：卧式镗床 t616 刀 具：高速钢刀头 2.计算切削用量 查简明手册表 4.2-19 和 4.2-20,4.2-21 得 v =25mm/min m f =0.07mm/z p a =9.6mm min/106 7014.3 251000 14.3 1000 r d v n= = 根据 t616 镗床说明书，取 w n =125 r/min 切削工时：l=2mm min2286 . 0 07 . 0 125 2 = = f m v l t 工序：钻 4-12 孔 机床：z525 立式钻床 15 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花 钻 12 1)进给量 取 f=0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=15m/min 3)确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = 1000 15 12 398r/min 与 398r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 400r/min 。 现 选 取 w n =400r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 12 400 15.072/ min 1000 =m 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=60mm; 1l=4mm; 2 l=3mm; tm= fn l w 21 ll + = 6043 400 0.13 + =1.288min 16 四四 夹具设计夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要 设计专用夹具。 由指导老师的分配第 7 道工序的镗125 端面，70，44， 28 孔的镗床夹具。 4.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于镗125 端面，70，44，28 孔，精度 要求不高，和其他面没有任何为主度要求，为此，只考虑如何提 高生产效率上，精度则不予考虑。 4.2 定位基准的选择定位基准的选择 本道工序加工镗125 端面，70，44，28 孔，精度不 高，因此我们采用已加工好的200 孔和23 孔及端面作为定位 基准， 同时采用直压板压紧工件， 压板的压紧力即可以满足要求。 4.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 由夹具装配图可以看出,由于水平方向上有两个定位销,所以 水平方向上不需要考虑夹紧力是否合适,只用考虑 z 轴上的夹紧 力就可以了. 查机床夹具设计手册表 1-2-3 得: ppc kfaf 75 . 0 902= 17 式中: mmap6 . 5= rmmf/05 . 0 = rppprpkmpp kkkkkk sr = 0 = 4 . 0 ) 150 190 ( 1.01.01.01.0=1.10 所以, 10 . 1 05 . 0 6 . 5902 75 . 0 = c f =587.5n 在计算切削力时,必须把安全系数也考虑在内. 6543210 kkkkkkkk =安全系数 查机床夹具设计手册,表 1-2-1 可知: 5 . 1 0 . 1 3 . 1 0 . 1 0 . 1 2 . 1 5 . 1 6 5 4 3 2 1 0 为接触系数 为操作系数 为手动夹紧系数 为连续切削系数 为刀具钝化系数 为加工性质系数 为基本安全系数 k k k k k k k 所以, 切削力 c kff = =1.51.21.01.01.31.01.5 587.5=2062.13n 因本夹具主要夹紧力是螺母夹紧, 查机械加工工艺师手册表 17-30 得: 夹紧力 n=7950n 此时,实际夹紧力已大于所需 2062.13n 的加紧力了,所以本 夹具可安全工作. 18 4.4 定位误差分析定位误差分析 (1)移动时基准位移误差 yj yj min111 xdd+= （式 5-5） 式中： 1 d 圆柱销孔的最大偏差 1 d 圆柱销孔的最小偏差 1min 圆柱销定位孔与定位销最小配合 间隙 代入（式 5-5）得： yj min111 xdd+=0.00900.016+ =0.025mm (2) 转角误差 l xddxdd tg 2 min222min111 + = （式 5-6） 式中： 1 d 圆柱销孔的最大偏差 1 d 圆柱销孔的最小偏差 1min 圆柱销定位孔与定位销最小配合 间隙 2 d 削边销孔的最大偏差 2 d 削边销孔的最小偏差 2min x 削边销定位孔与定位销最小配合 间隙 其中：) 2 (2 min1 min2 x x lglx += 则代入（式 5-6）得： 0.00900.0160.00900.004 0.0000622 2 305.29 tg + = 19 则： 0.00006219 = 经检验合格 4.5 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明 如前面所述,在夹具设计时,为提高劳动生产率,应首先着眼于 机动夹紧， 本道工序的镗孔选用直压板压紧， 当我们装上工件后， 采用一面 2 销把工件的空间的 6 个自由度限制完毕后我们旋转构 型压板，试着和工件接触，然后旋转螺母压紧工件，这是我们把 镗杆放入镗套，既可以开始加工工件。 20 总总 结结 这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大 学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体 考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械 加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结 合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综 合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概 念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实 践相结合，来完成本次设计。 这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解 决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所 有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次 毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和 深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工 方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运