机械毕业设计（论文）-立铣头本体零件的数控工艺分析及夹具设计【全套图纸】.pdf

毕业设计（论文）毕业设计（论文） 标 题： 立铣头本体零件的数控工艺分析及夹 具设计 学生姓名： 系 部： 专 业： 班 级： 指导教师： 2 摘要摘要 能通过运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到实践 知识， 正确的解决一个零件在加工过程中的定位.夹紧以及工艺路线安排.工艺尺 寸确定等问题，保证零件的加工质量 学会使用图表资料以及手册，掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处， 能够做到熟练运用。因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。就我个人而 言， 我希望能通过这次设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻 炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。由于 能力有限，设计当中可能会有不足之处，恳请各位老师给予批评指正。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 abstract：can through the utilization machine manufacture technology curriculum in elementary theory as well as in the productive practice middle school to the practice knowledge, a correct solution components in processing process localization. clamp as well as craft route arrangement. questions and so on craft size determination, guarantee components processing quality the academic society uses the graph data as well as the handbook, grasps designs the related each kind of material with the notebook the name, the source, can achieve the skilled utilization. therefore, it holds the important status in ours university life. to my own opinion, i hoped that can the work which will be engaged to own future carry on an adaptability training through this curriculum project, will exercise itself to analyze the question, will solve the 3 question ability, will start the work for the present to build a good foundation. because ability is limited, middle the design will possibly have the deficiency, will request earnestly fellow teachers to give the criticism to point out mistakes. 目 录 第一章 前言 2 1.1 本文的研究背景及意义 2 1.2 数控编程技术的历史 2 第二章 数控编程中的加工工艺分析及设 计 16 第三章 数控加工工序分析14 第四章 加工程序编写及主要操作步 18 结 论 20 参考文献 22 附录 23 4 一、前一、前 言言 本文的研究背景及意义：本文的研究背景及意义： 数控加工技术概况： 数字控制简称数控，是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号 对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，它所控制的一般是位置、角 度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。 数控加工具有自动化程度高、加工复杂形状零件的能力、生产准备周期短、 加工精度高、质量稳定、生产效率高等优点。 数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要是想根据 零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编 写零件数控加工程序， 然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将数控加 工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发 出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件 的自动加工。 数控加工原理及加工过程： 零件图阅读零件图工艺分析制定工艺数控编程程序传输数控 机床 数控编程的内容包括： 分析零件图， 确定工艺过程； 数学处理； 编写程序单； 制作程序戒指并输入程序信息；程序校验。 。 设计的选题意义设计的选题意义 目前，国内厂家的立铣头生产大多数采用流水线专用组合机床，定位方式有所不同， 有以凸台面定位的， 国外大多数采用一面双销定位， 轴承孔和拨叉孔等的加工一般采用粗镗 精镗来完成， 国外也有较先进的采用先粗镗， 再高速铰来加工， 提高了生产效率和精度， 但需要更精密的机床和控制，技术难度比较大。毛坯一般都用铸件。 选择这样的一个题目来研究，可以促使学生充分调动本科四年来学的大部分知识，并 尝试将这些知识综合运用并和实践经验相结合，培养自觉查手册，设计遵循行业标准，生产 不仅要考虑质量还要考虑经济性等一个工艺人员必须具备的素质。 有利于加快学生适应生产 岗位的步伐，有利于高等教育和企业人才需求的衔接。 5 数控机床的特点数控机床的特点 1 加工精度高，具有稳定的加工质量； 2 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 4 机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一 般为普通机床的 35 倍）； 5 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 6 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床一般由下列几个部分组成： 7 主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等 机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 8 数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、crt 显示 器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序， 并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、 进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电 液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直 线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行， 如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换 工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测等装置。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 按工艺用途分类按工艺用途分类 金属切削类数控机床,包括数控铣床,数控钻床,数控铣床,数控磨床,数 控镗床发及加工中心.这些机床都有适用于单件、小批量和多品种和零件加 工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很 高的设备柔性。 6 金属成型类数控机床；这类机床包括数控折弯机，数控组合冲床、数 控弯管机、数控回转头压力机等。 数控特种加工机床；这类机床包括数控线（电极）切割机床、数控电 火花加工机床、数控火焰切割机、数控激光切割机床、专用组合机床等。 其他类型的数控设备；非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多 坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。 按运动方式分类按运动方式分类 点位控制；点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从 一个位置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工 工序。如数控钻床、数按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。 直线控制；点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐 标位置到另一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线 进给运动或控制两个坐标轴实现斜线进给运动。 轮廓控制；轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个 坐标轴同时进行联动控制。它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐 标位置，而且要求控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要求控制 运动轨迹，将零件加工成在平面内的直线、曲线或在空间的曲面。 按控制方式分类按控制方式分类 开环控制；即不带位置反馈装置的控制方式。 半闭环控制；指在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通 过检测伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移反馈给数控装置的 比较器，与输入的指令进行比较，用差值控制运动部件。 闭环控制；是在机床的最终的运动部件的相应位置直接直线或回转式 检测装置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与 输入指令移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需 要的位移量运动。 按数控制机床的性能分类按数控制机床的性能分类 经济型数控机床； 中档数控机床； 高档数控机床； 按所用数控装置的构成方式分数按所用数控装置的构成方式分数 硬线数控系统； 软线数控系统； 第二章第二章 数控编程中的加工工艺分析及设计数控编程中的加工工艺分析及设计 一、一、 零件的分析零件的分析 1. 零件的完整性和正确性的分析零件的完整性和正确性的分析 7 本次我们要分析的零件是一根汽立铣头本体零件， 汽立铣头本体零件 为典型零件，生产规模为批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证零件 的尺寸精度。总体看起来立铣头之间的结构是正确的，圆弧的大小合适， 没有超过铣刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不过大也不过小。 如果是内孔的直径过大，外圆柱段的壁厚就显得比较小，这时我们在数控 铣上加工起来就比较的困难，还要考虑更多的问题来保证立铣头的精度， 因而我们的夹紧也就成了一个大的问题，但是在这里没有出现，也就说明 作为典型的立铣头类零件的加工在数控铣上加工的正确性，而且这根轴的 表面粗糙度的要求也不高，通过精铣基本上都能达到，也体现出了数控技 术的精度高的特点。 2. 零件材料的分析零件材料的分析 工程材料，特别是钢铁，是现代工业、农业、国防及科学技术等部门 使用最广泛的材料。工程材料之所以能获得如此广泛的应用，不仅由于它的 来源广泛，而且还由于它具有优良的性能。钢铁材料，又称黑色金属材料， 它是可以用于制造机械构件和工具的铁基合金。可分为刚和铸铁两大类，其 主要区别在于含碳量的不同。钢的含碳量低于 2.11%，铸铁的含碳量则在 2.11%以上。 钢的韧性、塑性较好，强度较高。常以热锻、轧制等方法成形。强度 要求较高、形状较复杂的零件可用铸钢。 由于钢的强度、硬度、塑性、等综合力学性能较好，因此一般用于制作承受 拉、压、弯曲、剪切、扭转等载荷的构件，如钢筋、齿轮轴。 3. 零件精度的分析零件精度的分析 8 零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数 （尺寸、 形状和位置） 与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加 工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后 的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在 不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精 心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得 到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀 具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产 生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩 大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的 受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内 应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这些都 会影响到零件的加工精度。图 1- 2- 1 是各种加工方法得到的加工精度 9 图 1- 3- 1 如图 1- 3- 2 就是我们本次要加工的立铣头： 在这次的数控铣削加工中， 零件重要的加工部位有：中间两孔，端面，侧面，及各螺纹孔。零件其他 加工部位相对容易加工。由上述尺寸可以确定零件的尺寸应该以零件左侧 面为基准，这样才能保证零件的加工精度要求，零件其轴向加工部位要求 较低。 10 图 1- 3- 2 4、表面粗糙度的分析、表面粗糙度的分析 表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工 表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几何形状，也不同 于表面波度。主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金 属层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。 表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。表面粗糙度越小，表面就 越光滑；表面粗糙度越大，表面就越粗糙。 表面粗糙度大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响。主要表现在 对零件的耐磨性、配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观 11 质量等方面的影响。我国执行的表面粗糙度国家标准有三个： gb/t35052000 表面粗糙度 术语 表面及参数 gb/t10311995 表面粗糙度 参数及其数值 gb/t1311993 机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法 附图（机械制造基础 81 页） 在这里我参考的是国标 gb/t1311993，由图 1- 3- 2 可以知道立铣头本 体零件表面粗糙度的要求不是很高。 零件结构的工艺性零件结构的工艺性: 零件的结构工艺性： 所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济 性。我通过其他零件修改过之后的结构工艺性的分析来看，这次我们分析 的汽立铣头本体零件的结构工艺性还是比较合理的。 虽然零件结构的工艺性有很多，但从图的比较基本上可以看出，我此次加工的这 根汽立铣头本体零件在结构的工艺性上没有存在的问题， 所以可以说立铣头的结 构工艺性是良好的。 二、二、 毛胚的确定毛胚的确定 由此可见，从上述的资料表明我这次设计的汽立铣头本体零件虽然不是很复 杂，但是从它的用途及承受的压力来看，我选择的毛坯材料是：铸铁 ht150， 。 由于年产量为批量生产，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故 可采用铸造质量稳定的， 适合中批生产的金属模铸造。 便于铸造和加工工艺过程， 而且还可以提高生产率。 12 选择加工设备与刀、夹、量具。选择加工设备与刀、夹、量具。 1、 设备的选择设备的选择 选择数控机床作为工序中的加工设备， 称为数控加工。 数控加工方法 是根据被加工零件图样和工艺要求， 编制成加工程序， 由加工程序控制数 控机床并自动加工出工件。 数控铣床与普通铣床相比具有许多优点， 它的 应用范围还在不断扩大。 但是数控机床的初始投资费用比较大， 在选用数 控机床加工时要充分考虑其经济效益。 一般来说， 数控机床适用加工零件 较复杂、精度 要求高、产品更新快、生产周期要求短的场合。 刀具的选择刀具的选择 由图 1- 3- 2 可知，在该零件的数控铣削加工中我选用的是机夹刀， 且零件外圆加工应该使用主偏角 kr=93、刀尖圆弧半径 r2 外圆精铣铣 刀，零件内孔加工应该使用内孔精铣铣刀。零件内、外圆空刀槽加工使用 内孔采用镗刀、就可以满足加工要求。 具体加工用的刀具如下： t1：中心钻 b2.5，钻头8(m10 底孔)、 ； t2：主偏角 kr=93，刀尖圆弧半径 r20 刀尖圆弧、端面铣刀； t3：内孔镗刀； 2、 夹具的选择夹具的选择 在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。 它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受施工会检测和装置。 例如：焊接过程中用于拼焊的焊接夹具，检验过程中用的检验夹具；装配 13 过程中用的装配夹具；机械加工中用的机床夹具等。夹具的类型有很多， 按照机床夹具的通用化程度可将夹具分为一下几种：通用夹具；专用 夹具；成组夹具；组合夹具；随行夹具。 在这次的加工中我采用的是通用夹具。 利用 fanuc 数控铣床的三爪 自动定心卡盘作为夹具，这种方法使工件定位所迅速方便，定位精度高。且 在加工中还采用了铣端面加工时的专用夹具。保证各端面加工精度。 3、 量具的选择量具的选择 在数控加工中我们通常会在零件粗加工或是半径加工后对零件的尺 寸以及精度进行检测，为了更好的保证精加工的质量，使加工出的零件的 精度更高质量越好。 所以在这次数控铣中我选择的量具是游标卡尺和角度尺。游标卡尺 是用在粗加工后进行测量零件的外圆尺寸，及时的调整加工的参数。 四、四、 工艺规程的设计工艺规程的设计 1、 基准与定位的的分析基准与定位的的分析 定位基准是指加工中用来使工件在机床或夹具上定位的所依据的工 件上的点、线、面。按工件上用作定位的表面状况把定位基准分为粗基准， 精基准和辅助基准。粗基准是在在零件加工的第一道工序中，只能用毛坯 上未经加工的表面作为定位基准；精基准是用工件上已经加工的表面作为 基准；辅助基准是指零件设计图纸中某不要求加工的表面，有时为了工件 装夹的需要，而专门将其加工作为定位用，或者是为了定位的需要，加工 时为了有意提高零件设计精度的表面，这种表面不是零件上的工作表面， 只是由于工艺需要而加工的基准面。 14 在加工这汽立铣头本体零件中，我们以上说的粗基准、精基准以 及辅助基准我们都要选择。 该零件的粗加工和精加工的轴向定位基准均选择 在侧端面。因为这是汽立铣头本体零件的中间两孔与侧面应有平行度要求， 以左、 右端面互为基准保证的轴左、 右两段零件的表面粗糙度和精度的要求。 2、 加工方法的选择加工方法的选择 一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围，但如果要 求它保证的加工精度过高，需要采取的一些特殊的工艺措施，将使加工成 本随之增大。同样理由，作为一种加工方法，有加工经济表面粗糙度的概 念。每一种加工方法都有一个加工精度的范围，例如在普通铣床上加工端 面，所能获得尺寸的加工经济精度为：it8it9 级，加工经济表面粗糙度 为： ra1.252.5m。 普通外圆磨床磨削外圆， 尺寸的加工经济精度为： it5it6 级， 加工经济表面粗糙度 ra0.160.32m.各种的加工方法到 达的加工经济精度和加工经济表面粗糙度都可以查阅各种金属切削加工 工艺手册。 机械零件都是一些简单的几何表面如外圆、孔、平面等组合而成的， 因此的零件的工艺路线的就是这些表面加工路线的恰当的组合。 可以通过对我们这次加工的立铣头的分析和上表的参考，来选择我们我们 零件的加工路线。由前面对轴精度和表面粗糙度的分析，知道立铣头的精 度和表面粗糙度的要求都不是很高，最高的表面粗糙度值也是 ra1.6，如 果是我们所使用的数控铣精度比较高的话，精铣也就可以达到了，但是在 出于考虑低成本的加工出合格的零件，我们在这里还是要选择磨削，因为 15 材料为钢材的外圆柱表面，精铣和磨削都能达到我们需要的技术要求，但 是铣削没有磨削经济。 1 内孔的加工方法：粗镗半精镗精镗，它能达到的公差等级是 it10it8,粗糙度 ra1.6 6.3m，而我们此次加工的零件的内孔的表 面粗糙度的值 ra 3.2，内圆的公差最小的也有 0.05mm，所以这样的的加 工方法也能到达我们的要求。 2 端面的加工方法：粗铣。端面一边是用来做基准的，因此端面没有 作具体的要求的时候我们一般只是采用粗铣的方法来加工。在这里我们只 采用粗铣的原因主要是，我们通过粗铣端面作为我们中孔的基准，然后再 以中孔作为精基准来加工其他的表面。 3、 划分加工工序划分加工工序 安排加工工艺的顺序时应先面后安排加工工艺的顺序时应先面后孔孔 由于平面面积较大定位稳定可靠，有利与简化夹具结构减少安装变形。从 加工难度来看，平面比孔加工容易。先加工批平面，把铸件表面的凹凸不平和夹 砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔时，对便于孔的加工和保证孔的加工精 度都是有利的。因此，一般均应先加工平面。 粗、精加工粗、精加工阶段要阶段要分分开开: 立铣头均为铸件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹 紧力、切削力都较大，切削热也较多。加之粗加工后，工件内应力重新分布也会 引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利 于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来， 然后在精加工中将其 消除。 16 4、 热处理的安排热处理的安排 工件的时效处理: 立铣头结构复杂壁厚不均匀，铸造内应力较大。由于内应力会引 起变形，因此铸造后应安排人工时效处理以消除内应力减少变形。一 般精度要求的立铣头，可利用粗、精加工工序之间的自然停放和运输 时间，得到自然时效的效果。但自然时效需要的时间较长，否则会影 响立铣头精度的稳定性。 对于特别精密的立铣头， 在粗加工和精加工工序间还应安排一次人工 时效，迅速充分地消除内应力，提高精度的稳定性。 5、辅助工序的安排、辅助工序的安排 每一道工序后都会进行去除毛刺的工序， 在粗加工完之后会进行尺 寸的检测，及时的调整加工时的参数使加工的零件的精度更高。最后加工除 的成品还要进行清洗防锈的处理。 6、工艺处理的确定、工艺处理的确定 在生产实际中，大部分的零件的数控加工，往往仍然需要以混合工 艺的形式来进行工艺编制。本次加工零件的工艺内容如下： 零件左、右端打 b 型中心孔 b2.5.目的是为数控铣削加工工序提 供可靠的装夹工艺基准 。 用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹一顶进行装夹定位，数 控粗铣加工零件右端外形以及倒角 145， 加工后的零件各部 尺寸留下精加工的余量。 17 零件调头后用三爪自动定心卡盘装夹零件， 采用一夹不顶进行装 夹定位， 用镗孔加工128 的孔， 然后数控粗铣加工零件左端内、 外形，加工后的零件各部分尺寸留下精加工的余量。 精铣，为精铣加工提供可靠的定位基准。 零件调头夹紧定位好零件，数控精铣加工零件右端外形，并进行 b=5mm 的切槽加工，加工后零件各部尺寸达到图纸的要求。 7、工艺路线的分析与确定、工艺路线的分析与确定 通过对零件整体的分析以及零件所要达到的要求的分析，以及其 他热处理和辅助工序的分析，确定了汽立铣头本体零件加工工艺路线。 五、五、 加工工序设定加工工序设定 1、 工序工序尺寸尺寸及及公差公差的计的计算算 该零件铣削加工的形状比较简单， 因此由图 1- 3- 1 就和直接得到数 控精铣加工编程所需的尺寸。 且该零件的公差要求也不是很高， 最大的 公差 0.3 mm，最小的公差有 0.025mm，而且这些公差的保证，都可以 通过机床参数的调整、 定位基准的确定以及切削三要素的合适旋转来保 证。 2、 切削切削用量的选择用量的选择 数控铣削加工中的切削用量包括背吃刀量p 、切削速度c(主轴 转速 n)、进给量 f。这些参数均应用在机床给定的允许范围内选用。 切削用量选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具切削性 能实线优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。切削用量的 选择原则是：粗铣时，首先应考虑尽可能大的背吃刀量p ，其次选择较 18 大的进给量 f，最后确定一个合适的切削速度c 。增大背吃刀量p可使 走刀次数减少，增大进给量 f 有利于断削。 精铣时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。 选择精铣的切削用量，应着重考虑如何保证加工质量，并在基础上尽量提高 生产率。因此，精铣时应选择用较小的背吃刀量和进给量，并选用性能高的 刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。 所以通过以上的分析和查阅铣削切削用量手册可以确定本次加工的用 量如下：粗铣端面时的背吃刀量p =2mm，主轴转速 n=600r/min，进给速 度 f=120mm/r。精铣时的背吃刀量p =0.4mm，主轴转速 n=500r/min，进 给速度 f=120mm/r。铣削螺纹是的背吃刀量p 根据进的次数和查阅的手册 来定，主轴转速 n=500r/min，进给速度 f=80 mm/r。具体参见数控加工工序 卡。 铣槽的时的背吃刀量p=2mm， 主轴转速 n=600r/min ， 进给速度 f=80 mm/r。 3、 加工中的对刀加工中的对刀 在数控铣床上装夹零件 在数控铣削加工中，是以铣刀刀尖圆弧中心进行加工的。因此在对 到的时，对尺寸应该减去刀尖圆弧半径。 内孔铣刀 x 向走刀。首先启动铣床主轴，以刀尖上定点在 x 方向上 接触工件毛坯，停铣测量零件直径，设定测量零件直径为128mm，此 时铣刀刀尖在 x 轴方向上为零件直径之半（d/2=10mm） ，再继续沿 x 内孔铣刀轴正方向移动铣刀 100-10+2=92mm， z 向对刀。启动铣床主 轴， 以刀尖上顶点在 x 方向上接触 工件毛坯， 19 停铣测量零件加工端面距坐标系圆点距离，铣刀 x 向对刀和内孔铣刀 的相似，精铣零件左端时铣到的 x 向对刀与上述相同。 精铣零件左端外圆时外圆铣刀的 z 向对刀与上述相同。仅于坐标系 尺寸相差 45-45=0. 完成上述操作，经过首件试切或粗加工后的测量尺寸，经过 x 方向 和 z 方向尺寸的相应调整，最终确定工件加工起点。 4、 定额时间计算定额时间计算 工艺文件中的定额时间计算是单间时间，在机械加工中完成零件加工 工艺过程中的以道工序所规定的时间，称为单间时间 td。它包括下列组成 部分； 基本时间 tj 它是指为直接改变生产对象的尺寸、 形状、 相互位置、 表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削而言，就是直接用 于切除余量所消耗的时间 （包括刀具的切出、 切入时间） ， 可以由计算确定。 公式为：tj =li/ns=dli/1000s 式中：l刀具行程长度（mm） ； d铣削工件外径（mm） ； n机床主轴转速（r/min） ； i走刀次数，取决于吃刀深度； 切削速度（m/min） ； s走刀量（mm/r） 。 专专用夹具设计用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工零件时，需要 20 设计专用夹具。 根据任务要求中的设计内容，需要设计铣底平面夹具一套。采用 x62w 铣 床，硬质合金端铣刀 yg8 对铣平面进行加工。 粗、精铣立铣头本体底平面夹具设计 在机械加工中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，首先要将 工件固定， 使之占有确定的位置， 这种装置即为夹具。 它对保证工件的加工质量、 提高加工效率、降低生产成本、改善劳动条件、扩大机床使用范围、缩短新产品 试制周期等方面有着显著的经济效益。 本题目加工的零件为中批量生产，设计专用夹具。经过与指导老师的协商， 决定设铣底平面工序。 问题的提出问题的提出 本夹具主要用来加工平面，精度要求不高，并与其它的加工部位之间的技术 要求不是很高。因此，在本道工序加工时，主要应考虑的问题是如何能保证加工 表面的精度要求，同时还应考虑如何可以提高劳动生产率，降低劳动强度，而与 其它之间的技术要求不是主要问题。 3.1.1 设计夹具的基本要求设计夹具的基本要求 1.保证工件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案，标注合理的尺寸公差和技术要求，并进行必 21 要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工要求。 2.提高生产效率 应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时 间，提高生产效率。 3工艺性好 专用夹具的结构应简单合理便于加工装配检验和维修。 专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具应设 置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。 4.使用性好 专用夹具的操作应简单省力安全可靠， 排屑应方便， 必要时可设置排泄结构。 5.经济性好 除考虑专用夹具本身结构简单。标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产 纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。 3.1.2对夹具体的要求对夹具体的要求 1. 有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面，安装对刀或导向元件的表面 以及夹具体的安装基面等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位 置精度。 为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进 行退火处理 2. 有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要求承受较大的切削力和加紧力。为保证夹具体不产生 不容许的变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需有一定的壁 厚， 铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式 夹具体 3. 结构工艺性好 夹具体应便于制造装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面英铸出凸 台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为 415 。夹具体结构型式应便于工件的装卸。 4. 排屑方面 切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。 3.1.3 定位误差的分析定位误差的分析 定位元件尺寸及公差的确定。根据定位方案，设计定位元件的结构如附图 （夹具装配图）所示。该设计中的定位销为主要的定位元件，其公差根据文献 22 【5】 表 2.9-6 得 0.02mm， 所以影响位置度的定位误差为：1 . 0 3 1 02 . 0 =b， 即小于相位位置度公差的 3 1 ，所以定位方案能够满足加工要求。 3.1.4 夹紧力的计算及夹紧元件的强度校核夹紧力的计算及夹紧元件的强度校核 夹紧装置如夹具装配图，根据零件的形状，以及夹紧机构在夹具中安装， 可确定夹紧力的位置。 切削力及夹紧力的计算 刀具： 硬质合金直齿端面铣刀，mmdw80=， 齿数 6。粗铣时 b=6mm，精 铣时 b=8mm。 由文献【5】表 3-24 得： 0.90.81.00.9 0 9.81 58 zezp fafa zd = 其中： zmmfmmamma zep /3 . 0,6,3= 所以： nf5068063 . 0365881 . 9 9 . 08 . 00 . 19 . 0 = 水平分力： nffh5575061 . 11 . 1= 垂直分力： nffv1525063 . 03 . 0= 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内。安全系数 12341 kk k k k= 其中： 1 k 基本安全系数，1.5； 2 k 加工性质系数，1.1； 3 k 刀具钝化系数，1.1； 4 k 断续切削系数，1.1； f=knfh11125571 . 11 . 11 . 15 . 1= 为克服水平切削力，实际夹紧力 n 应为 () 12h nffkf+= 所以： 12 h kf n ff = + 其中 1 f 和 2 f 为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，取 12 0.25ff=。则 23 nn2224 25 . 0 25 . 0 1112 = + = 3.1.2定位基准的选择 由零件图可知工艺孔的轴线所在平面有垂直度的要求， 从定位和夹紧的角度 来看，本工序中，定位基准是台阶平面，设计基准也是要求保证上、下两平面的 平行度要求，定位基准与设计基准重合，不需要重新计算上下平面的平行度，便 可保证平行度的要求。在本工序只需保证下平面放平就行，保证下平面与两定位 板正确贴合就行了。 为了提高加工效率，现决定用两把铣刀立铣头本体的平面同时进行粗精铣加工。 同时进行采用手动夹紧。 3.1.2 铣削力与夹紧力计算 本夹具是在铣床上使用的，用于定位压紧螺栓的不但起到定位用，还用于夹 紧， 为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对六角螺母和螺母螺钉施加一 定的夹紧力。由计算公式 fj=fsl/(d0tg(+1)/2+rtg2) 式 （3.2） fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 fs作用在六角螺母 l作用力的力臂(mm) d0螺纹中径(mm) 螺纹升角() 1螺纹副的当量摩擦() 2螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角() r螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径() 根据参考文献6其回归方程为 fjktts 其中 fj螺栓夹紧力(n)； kt力矩系数(cm 1) ts作用在螺母上的力矩(n.cm)； fj =52000=10000n 3.2.5 夹具体槽形与对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远 些。通过定向键与铣床工作台 u 形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对 于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可 减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。 24 根据参考文献11定向键的结构如图 3.7 所示。 图 3.7 定向键 根据参考文献11夹具 u 型槽的结构如图 3.8 所示。 图 3.8 u 型槽 主要结构尺寸参数如下表 3.5 所示。 表 3.5 u 型槽的结构尺寸 螺栓直径d d 1 d l 12 14 30 20 对刀装置由对刀块来实现，用来确定刀具与夹具的相对位置。 25 由于本道工序是完成立铣头本体上平面尺寸为 210315mm 的粗、 精铣加工， 所 以选用直角对刀块。 根据 gb224380 直角对到刀块的结构和尺寸如图 3.9 所示。 10 147 37 8 25 图 3.9 方型对刀块 塞尺选用平塞尺，其结构如图 3.10 所示。 标记 四周倒圆 图 3.10 平塞尺 塞尺尺寸如表 3.6 所示。 表 3.6 平塞尺结构尺寸 公称尺寸 h 允差 d c 3 -0.006 0.25 3.2.6 夹紧装置及夹具体设计 夹紧装置采用移动的螺栓来夹紧工件， 采用的移动压柱的好处就是加工完成 后，可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出。 26 夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。 这些 主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构夹具装配图。 3.2.7 夹具设计及操作的简要说明 本夹具用于在立式铣床上加工立铣头本体底平面， 工件以与此相平行的下平 面为及其侧面和水平面底为定位基准， 在短销、 支承板和支承钉上实现完全定位。 采用转动 a 型压板夹紧工件。当加工完一边，可松开螺钉、螺母、支承钉来加 工另一边。如夹具装配图所示。 七、结七、结论 通过本次设计，使我们以前所学的多门知识得到了一次综合性地运用，也使 我们进一步理解了各门学科之间的相互联系。 通过对汽立铣头本体零件加工工艺 的分析及加工的设计，使我们在加工工艺分析的过程中，得到结构构思、方案分 析、结构工艺性、机械制图、零件设计、编写技术文件和查阅技术资料的等方面 的综合训练，也使我们进一步树立了正确的设计思想，掌握了基本的设计方法。 本次设计在提高我解决实际问题能力的同时， 也让我认识到了自身在某些方面还 有不足之处，有待提高。在以后的学习、工作中，我们会再接再励，努力学习更 优的工艺分析方法,，力争做到理论与实际相结合，不断提高自己。 当然，由于我们水平有限，整个设计中不妥之处，恳请老师海涵并与予指 正。 27 参考文献 八、参考资料八、参考资料 1、田春霞主编 数控加工工艺 北京：机械工业出版社 2、焦小明、孙庆群主编 机械加工技术 北京：机械工业出版社 3、余英良编著 数控铣削案例分析 北京：化学工业出版社 4、梁旭坤、焦建雄主编 机械制造基础（1） 湖南：中南大学出版社 5、马永杰编著 热处理工艺方法 600 种 北京：化学工业出版社 6、经验丰富的工人主编金属切削手册 上海：上海人民出版社 7、陈家芳主编 实用铣工计算手册 上海：上海科学技术出版社 8、简明机械零件设计实用手册 主编 胡家秀 机械工业出版社 9、互换性与测量技术 主编 郑建中 浙江大学出版社 10、 pro/e 软件应用 主编 徐志扬 浙江大学出版社 11、 mastercam 设计和制造范例解析 主编 孙祖和 机械工业出版社 12、 machine tools n.chernor 1984. 13、 machine tool metalworking john l.feirer 1973. 14 、handbook of machine tools manfred weck 1984 . 28 29 附录 1 淬硬齿轮的加工淬硬齿轮的加工 【摘要】【摘要】 用于动力传动的齿轮和齿轮箱，其尺寸要求更小，齿轮传动的噪音更低，从 而导致对淬硬齿轮的需求，也给齿轮制造厂家提出了探索齿轮加工新方法的要 求. 概述概述 用于动力传动的齿轮和齿轮箱，其尺寸要求更小，齿轮传动的噪音更低，从 而导致对淬硬齿轮的需求，也给齿轮制造厂家提出了探索齿轮加工新方法的要 求。 齿轮在淬硬热处理过程中，其材料组织及应力的改变，通常会使齿轮产生变 形，即齿形、齿向及齿距误差。这此误差将引起齿廓在传动时的不正确啮合，从 而加大了载荷，产生齿轮噪音。因此，淬硬齿轮在热处理后，一般应添加一道精 加工工序。 淬硬齿轮精加工工艺可分为两类：一类是采用非成形的切削刃，如齿轮磨削 加工；另一类则是具有成形的切削刃如淬硬齿轮(hrc4853)滚削加工。 本文将集中讨论用于硬滚齿加工的硬质合金刀具成形切削刃的精加工过程。 当今的硬质合金材料、刀具涂层和滚齿机技术的发展，已使淬硬齿轮滚切加工技 术有了显著的提高，特别是在加工小于或等于 12dp 的中小模数齿轮时，可承受 硬切削过程中所产生的极大的切削力。 硬质合金滚硬质合金滚刀的选刀的选取取 30 硬质合金滚刀在材料的品种规格上有很大进展。超细、细、中等或大颗粒的 硬质合金现在都有产品。此外，硬质合金滚刀毛坯的成形工艺技术也有了显著提 高，如采用热等静压(hip)工艺，该工艺在高压高温下，增加了硬质合金毛坯的 内在结合力，提高了硬质合金的抗弯强度。按照 iso 的规定，实体硬质合金材 料可按应用场合的不同分为若干类：齿轮切削刀具分为 k 类和 p 类，k 类硬质 合金有更高的耐磨性， p 类则有更好的高温红硬性。 在 k 牌号和 p 牌号硬质合金 中，每种牌号硬质合金的颗粒结构是不同的，从中等颗粒到超细颗粒。每种牌号 都有其应用场合，这是和颗粒结构相关联的。一般来说，对于软滚削，k 类比 p 类的性能要好，k 类硬质合金能得到微米级的颗粒结构(粒度小于 0.5m)，而 p 类则不行。在磨耗方面，k 类韧性更好，寿命更长。 滚刀的重新刃磨和翻新滚刀的重新刃磨和翻新 滚刀加工一定数量的工件后，其切削刃变钝，此时必须重新刃磨。刃磨后的 滚刀必须保持原有的几何形状；切削刃必须锋利；刀具的金相结构绝不可因磨削 过热而受破坏。因而在刃磨硬质合金滚刀时应采用一种油基冷却液，它对氯和硫 不起反应。对于刮削滚刀，刃磨后的重新涂层并不象用于实体毛坯硬滚的滚刀那 样重要。硬质合金滚刀刃磨后涂层前，建议对其刃口进行预处理。 滚刀的重新刃磨将会除去切削表面的原有涂层，这会减少刀具寿命。刀具是 可以重涂的。 通常对于 tin 涂层， 可涂 34 次； 对于 ticn 和 tialn 涂层而言， 由于涂层本身有很大的内应力，所以在切削刃上难以再重新涂层。通过几次涂覆 tin 涂层后，会产生高低不均匀的状况，并有分层脱落的倾向，所以原有涂层必 须去除。 目前有两种方法可去除刀具涂层：化学退涂和物理退涂。用化学退涂去除硬 质合金刀具上的涂层是一种精细工艺，要求操作者有相当的熟练程度。过度的化 学退涂不仅将涂层去掉， 而且还将溶洗钴结合剂， 损坏硬质合金材料的微观结构。 切削刃的微观损坏将产生锯齿状表面。此外，在退涂时必须对滚刀轴台、内孔及 标志进行保护，以免损坏。而物理去涂，则必须由原刀具制造厂来进行，它涉及 到整把滚刀齿形的重新磨削。 虽然比化学退涂要贵得多， 但得到的是一把新滚刀， 质量和寿命都能得到保证。 对滚齿机的要求对滚齿机的要求 为了充分发挥硬质合金和涂层工艺的优点，滚齿机应作相应地改进。目前所 有先进的滚齿机都按高速滚齿进行设计，其滚齿机的滚刀转速超过 3000r/min， 通常为 5000r/min，工件主轴转速与滚刀转速相匹配。此外，机床具有很高的动 刚度和热刚度。先进滚齿机的一些主要设计特点为：采用复合环氧树脂床身，以 改进机床的动态和静态特性；带有恒温装置的高速滚刀主轴箱；高速工件主轴； 可采用干、 湿二种滚削工艺； 带光电传感器的数字驱动系统； 直线滚动导轨系统； 高速自动上料(23 秒)；占地紧凑；按人机工程学设计；维修方便。 采用刮削工艺采用刮削工艺 无论是机械式的还是 cnc 的滚齿机都能进行刮削，但条件是机床必须装备 有工件到刀具的自动同步传动系统。这可使刮削工艺更为经济，对带有自动上下 料系统的机床也很重要。 电子非接触系统靠一个模拟量传感器发出脉冲来测量刀 具主轴、工件主轴和齿轮的位置。机床 cnc 控制器对这些脉冲进行处理，然后 对工件主轴相对于刀具的位置进行调整， 使工件轮齿和滚刀刀齿的相对位置关系 31 正确。 在刮削工艺中用冷却液有很多优点：在刮削过程中，冷却液提供了润滑性； 由于刮削产生的不是正常的切屑，温度控制极其重要。刮下的切屑较小较薄，不 象正常刀屑那样可带走许多热量，所以刮削时采用冷却液可控制刀具、工件及机 床系统的温度；冷却液可将切屑从刀具和工件上冲走；改善了工件表面精糙度； 提高了刀具寿命。 在 “绿色滚削” 工艺中， 正确选择齿厚余量是很重要的。 推荐选择顺铣滚齿， 因为它可得到最厚的切屑，这有助于控制切削过程的动态状况，提高刀具寿命。 经验证明，切削速度可以超过 200m/min，进给量的选择取决于所要达到的表面 光洁度。典型进给范围为 0.51.25mm/r。刀具移位(窜刀)的方法也很重要，因