毕业设计（论文）-凸轮零件加工工艺与工装设计.doc

长沙航空职业技术学院毕业课程设计设计课题：凸轮零件加工工艺与工装设计系 别：航空机械制造工程系专 业： 数控技术班 级： SJ1003姓 名： Hu Changhai 学 号：指导老师： Tang Lishan2013年04月23日摘要凸轮机构由于本身传递力的特殊性，因此广泛应用于各种机械设备，使实现各种运动规律。由于凸轮零件轮廓常由直线和圆弧组成的平面曲线，受到设计和加工条件的限制，往往难以保证加工质量和生产率。通过对凸轮零件的分析，确定合理的加工工艺、定位基准、切削用量和夹具，以保证加工质量和生产率。关键词 ：凸轮零件 加工工艺 定位基准 切削用量 夹具选择SummaryThe cam mechanism due to the particularity of itself transmit force, it is widely used in a variety of machinery and equipment, so to achieve a variety of sports law.Since the cam part contour is often composed of linear and circular plane curve, subject to the limitations of the design and processing conditions, are often difficult to guarantee the quality and productivity of processing. Cam parts, determine a reasonable processing technology, the positioning reference, cutting parameters and fixture to ensure processing quality and productivity.Keywords:Cam parts、Processing、Locating datum、Cutting parameters、Fixture selection目录一、零件工艺分析11.1 零件的作用11.2 零件的工艺分析1二、毛坯的选择32.1 选择毛坯的制造方式32.2 确定毛坯的尺寸3三、工艺过程设计43.1 定位基准的选择与确定43.1.1 粗基准43.1.2 精基准43.2 制定工艺路线4四、选择机床及工艺装备64.1 机床的选择64.2 工艺装备64.2.1 选择刀具64.2.2 选择量具74.2.3 选择切削液74.2.4 选择夹具8五、专用夹具的设计95.1 专用夹具的设计要求95.2 零件定位与装夹方案95.2.1 零件定位95.2.2 零件装夹115.3 专用夹具的设计说明11六、确定切削用量136.1 毛坯加工余量136.2 切削用量的确定15七、填写工艺文件25八、编制加工程序单27九、总结29十、参考文献30 一、零件工艺分析1.1 零件的作用凸轮机构主要作用是使从动杆按照工作要求获得各种复杂的、可间歇的、按预期规律的运动。1.2 零件的工艺分析通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整、尺寸、公差及技术要术齐全如图1-2所示：图1-2平面槽形凸轮零件由平面、孔、凸轮槽等构成，凸轮槽的轮廓由直线和圆弧组成的平面曲线，零件尺寸标注完整、正确，符合数控加工要求。1、上下平面及凸轮圆柱面尺寸标注完整，表面粗糙度均为Ra=3.2m；2、轴孔20H7和销孔12H7的尺寸精度为IT7级，表面粗糙度Ra=1.6m,精度要求较高；且20H7轴孔轴线相对底面（基准A）有垂直度要求；3、凸轮槽的尺寸精度为IT8级，表面粗糙度Ra=1.6m；精度要求较高。综合上述，轴孔、销孔和凸轮槽的加工应分粗加工、精加工两个阶段进行，以保证其尺寸精度和表面粗糙度要求；同时在加工这些内容时应以底面A定位，以保证其垂直度要求和装夹刚度。二、毛坯的选择2.1 选择毛坯的制造方式平面槽形凸轮零件的材料为45号钢，且生产类型是中批量生产；考虑到零件32mm凸台面的加工余量大，各个尺寸的加工质量、加工的效率和加工精度等要求，选择毛胚种类为铸件，采用金属型机器造型法，材料为铸钢。这对于提高生产量和效率，保证加工质量都是非常有利的。2.2 确定毛坯的尺寸平面槽形凸轮零件材料为45号钢，生产类型为中批生产，采用铸钢做毛胚。根据书籍资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械余量，其中加工直径为100mm，厚度为35mm考虑其加工精度和加工效率、经济性，单边余量取为2mm，确定零件毛坯尺寸如2-2所示:图2-2三、工艺过程设计3.1 定位基准的选择与确定基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工过程中会问题百出，甚至造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。选择正确、合理的基面，是工艺规程设计中保证加工质量、提高生产效率的重要工作。3.1.1 粗基准以凸轮上表面及为粗基准，加工底面A。3.1.2 精基准以凸轮底面A为精基准，凸轮外轮廓素线为粗基准，加工上平面、32mm圆柱面及端面轴、孔20mm和销孔12mm。以凸轮底面A、轴孔和销孔定位，加工凸轮的外轮廓100mm、上平面、32mm圆柱面、凸轮槽。3.2 制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工艺路线方案：工序10：下料工序20：热处理工序30：粗铣端面A精铣端面A工序40：粗铣上平面和32mm端面精铣上平面和32mm端面钻中心孔：20mm和12mm钻孔：20mm钻孔：12mm倒角：倒角C1.545铰孔：20mm铰孔：12mm工序50：粗铣32mm圆柱面及倒圆角R=2mm精铣32mm圆柱面及倒圆角R=2mm粗铣凸轮100mm圆柱面精铣凸轮100mm圆柱面粗铣8F8凸轮槽精铣8F8凸轮槽工序60：去毛刺工序70：检验四、选择机床及工艺装备4.1 机床的选择平面槽形凸轮零件，上下平面、台阶面和孔以及槽只需单工位即可加工完成，再根据其精度和表面粗糙度的要求，经过粗铣、精铣、铰孔即可达到要求，所需刀具不超过10把，故选用立式数控铣床。4.2 工艺装备工艺装备的选择直接影响到工作的加工精度、生产效率和经济效益。4.2.1 选择刀具数控加工刀具卡如表4-2-1所示：表4-2-1加工刀具卡工序号程序编号产品名称零件名称材料零件图号平面凸轮 45序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径加工内容备注1T01125面铣刀底面A、上平面、32端面2T0220圆鼻刀2mm32圆柱面及倒圆角R=2100圆柱面3T03中心钻20mm与12mm4T0419.6mm麻花钻20mm孔5T0511.6mm麻花钻12mm孔6T0620H7铰刀20mm孔7T0712H7铰刀12mm孔8T08麻花钻30mm倒角9T096高速钢键槽铣刀粗铣凸轮槽10T106硬质合金立铣刀精铣凸轮槽4.2.2 选择量具单件、小批生产一般采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等等；若是大批、大量常选用极限量块和高效的专用检验夹具和测量仪等。且量具的精度须与加工精度相适应。本课题确定的生产纲领为中批量生产，故采用专用的、高精度、高效率的测量工具或测量仪器。4.2.3 选择切削液为了刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条件，使用切削液可以有效的降低温度还可以防止切削层金属的变形。减少切削与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦，现有冷却液分为：水溶液、乳化液和切削油三大类。根据零件材料和刀具材料分析，为了得到较高的表面质量和精度，并且减少水与钢的化学反应。所以选取切削油效果更好。 冷却液表如表4-2-3所示： 冷却液主要成分及作用 表4-2-3冷却液名称主要成分主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化悸冷却、润滑、防锈切削油矿物油、动植物油、极压油添加剂或油性润滑4.2.4 选择夹具在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。 （1）专用夹具：一般在产品相对稳定、批量较大的生产中采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。除大批量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具，但在结构设计设计时要进行具体的技术经济分析；（2）组合夹具：组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高的精度和赖磨性，可组装成各种夹具。夹具用完可拆卸，清洗后可留、待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用并具有减少专用夹具数量等优点；（3）通用夹具：已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具。其尺寸、结构已经规范化，而且具有一定的通用性，这类夹具适应性强，可用于一定形状和尺寸范围内的各种工件，价格便宜。其缺点是夹具精度不高，生产效率也比较低，较难装夹。一般适用于单件小批量生产中。加工平面槽形凸轮零件所要用到的夹具：工序30：选用自定心三爪卡盘工序40：选用自定心三爪卡盘工序50：选用专用夹具五、专用夹具的设计为了提高劳动的生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。5.1 专用夹具的设计要求1.保证工件的加工精度2.提高生产率3.工艺性能好4.使用性能好5.经济性好5.2 零件定位与装夹方案5.2.1 零件定位零件定位原理的有以下几种情况(1)完全定位工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。（2）部分定位工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。如装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。（3）过定位（重复定位）几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。A、一般情况下，应该避免使用过定位。通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。B、过定位亦可合理应用虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。结合零件图分析，加工平面槽形凸轮零件的工序50时采用一面两孔定位夹紧，如图4-2-4所示 ：图4-2-4一面：下表面A面作为定位面。两孔：孔20H7和12H7轴线互相平行作为定位孔。5.2.2 零件装夹零件与专用夹具的装配如图5-2-2所示：图5-2-25.3 专用夹具的设计说明1、底板图5-3-1底板是夹具的主体，底板两端R10mm的U型槽用于将底板固定在机床工作台面上；孔R9mm与R6mm用于底板与菱形销的装配，孔R14mm与R8mm用于螺栓与底板的装配；底面76mm深15mm的孔主要用于螺栓的装卸或更换；R45mm的上平面保证零件在装夹时，是与机床工作台保持平行，并限制零件在Z轴的移动，X轴和Y轴的转动。2、菱形销图5-3-1菱形销与底板配合，起零件定位和限制零件在Z轴的转动。3、螺栓图5-3-1螺栓底端坚固在底板上，20mm与零件在装夹配合时是间隙配合，在松开上端螺母和垫片，能保证容易地将零件装卸。并且螺栓在夹具中起夹紧零件和定位零件的作用，限制X轴和Y轴的移动。六、确定切削用量6.1 毛坯加工余量确定最大加工余量，已知毛坯厚度方面的加工余量为2mm。100mm的加工余量单边为2mm，30mm的加工余量单边为2mm。主轴转速：铣床一般是以刀具的旋转实现主运动，把切削速度转换为主轴转速n=式中 Vc 切削速度（m/min）n 主轴转速（r/min）d 刀具直径（mm）切削速度：切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。铣削加工的切削速度Vs与刀具的寿命、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。参考数控加工工艺表5-9工件材料硬度HBSVs=(m/min)高速钢铣刀硬质合金铣刀钢2551842661502553251236541203254256213675数控加工工艺 表5-9 进给量：铣削加工的进给量是铣刀转一周，工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r。参考数控加工工艺表5-8数控加工工艺 表5-8工件材料fz/(mm/z)粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.080.120.100.200.030.050.050.12对于多齿刀具，其进给速度F、刀具转速n、刀具齿数z、进给量f及每齿进给量fz的关系为F=fn=fzzn式中 fz 每齿进给量(mm/z)n 主轴转速（r/min）z 铣刀齿数 参考数控加工工艺与编程表6-2、6-4数控加工工艺与编程 表6-2钻头直径 切削用量材料硬度b=520MPa700MPa (35刚、45钢）Vc(m/min)f(mm/r)16 8250.050.16128250.10.212228250.20.322508250.30.45数控加工工艺与编程 表6-4 切削用量铰刀直径刚及合金钢Vc(m/min)f(mm/r)6101.250.30.410151.250.40.515251.250.50.625401.250.40.66.2 切削用量的确定1、125mm6齿面铣刀粗铣，参考数控加工工艺 表5-9 取Vs=70m/min主轴转速：n=178.3r/min取n=180r/min式中 Vc 切削速度（m/min）n 主轴转速（r/min）d 刀具直径（mm）参照数控加工工艺 表5-8取fz=0.13mm/z则进给速度：F=fz*z*n=140.4mm/min取F=140mm/min式中 fz 每齿进给量(mm/z) n 主轴转速（r/min） z 铣刀齿数 F 进给速度 精铣，参考数控加工工艺 表5-9 取Vs=100m/min主轴转速：n=254.7r/min取n=250r/min式中 Vc 切削速度（m/min）n 主轴转速（r/min）d 刀具直径（mm）参照数控加工工艺 表5-8取fz=0.65mm/z则进给速度：F=fz*z*n=97.5mm/min取F=100mm/min式中 fz 每齿进给量(mm/z) n 主轴转速（r/min） z 铣刀齿数 F 进给速度 2、20圆鼻刀粗铣，参考数控加工工艺 表5-9 取Vs=25m/min主轴转速：n=398r/min取n=400r/min参照数控加工工艺 表5-8取fz=0.05mm/z则进给速度：F=fz*z*n=80mm/min精铣，参考数控加工工艺 表5-9 取Vs=30m/min主轴转速：n=477.7r/min取n=500r/min式中 Vc 切削速度（m/min）n 主轴转速（r/min）d 刀具直径（mm）参照数控加工工艺 表5-8取Fz=0.03mm/z则进给速度：F=fz*z*n=60mm/min式中 fz 每齿进给量(mm/z) n 主轴转速（r/min） z 铣刀齿数 F 进给速度3、6高速钢键槽铣刀粗铣，参考数控加工工艺 表5-9 取Vs=25m/min主轴转速：n=1326r/min取n=1300r/min参照数控加工工艺 表5-8 取fz=0.04mm/z则进给速度：F=fz*z*n=104mm/min取F=100mm/min4、6硬质合金立铣刀精铣，参考数控加工工艺 表5-9 取Vs=80m/min 主轴转速：n=4246r/min取n=4200r/min参照数控加工工艺 表5-8 取fz=0.02mm/z则进给速度：F=fz*z*n=260mm/min5、19.6mm麻花钻钻孔，参考数控加工工艺与编程 表6-2 取Vs=15m/min 主轴转速：n=243r/min取n=250r/min参考数控加工工艺与编程 表6-2 取fz=0.05mm/z 则进给速度：F=fz*z*n=37.5mm/min取F=40mm/min6、11.6mm麻花钻钻孔，参考数控加工工艺与编程 表6-2 取Vs=15m/min 主轴转速：n=411.8r/min取n=410r/min 参考数控加工工艺与编程 表6-2 取fz=0.03mm/z 则进给速度：F=fz*z*n =36.9mm/min7、30mm麻花钻倒角，参考数控加工工艺与编程 表6-2 取Vs=28m/min主轴转速：n= =297r/min取n=300r/min式中 Vc 切削速度（m/min）n 主轴转速（r/min） d 刀具直径（mm） 参考数控加工工艺与编程 表6-2 取fz=0.03mm/z则进给速度：F=fz*z*n =27mm/min取F=27mm/min式中 fz 每齿进给量(mm/z) n 主轴转速（r/min） z 铣刀齿数 F 进给速度8、20H7铰刀铰孔，参考数控加工工艺与编程 表6-4 取Vs=6m/min主轴转速：n= =95.5r/min取n=100r/min式中 Vc 切削速度（m/min）n 主轴转速（r/min） d 刀具直径（mm） 参考数控加工工艺与编程 表6-4 取fz=0.2mm/z则进给速度：F=fz*z*n =80mm/min式中 fz 每齿进给量(mm/z) n 主轴转速（r/min） z 铣刀齿数 F 进给速度9、12H7铰刀铰孔，参考数控加工工艺与编程 表6-4 取Vs=7.5m/min主轴转速：n= =199r/min取n=200r/min式中 Vc 切削速度（m/min）n 主轴转速（r/min） d 刀具直径（mm） 参考数控加工工艺与编程 表6-4 取fz=0.1mm/z则进给速度：F=fz*z*n =80mm/min式中 fz 每齿进给量(mm/z) n 主轴转速（r/min） z 铣刀齿数 F 进给速度绘制刀具的切削用量表格刀具加工主轴转速（r/min）进给速度(mm/min)背吃刀量(mm)125mm面铣刀粗铣180140精铣25010020mm圆鼻刀粗铣40080精铣50060中心钻钻中心孔4003019.6mm麻花钻钻孔2504011.6mm麻花钻钻孔4104020H7铰刀铰孔1008012H7铰刀铰孔1608030mm麻花钻倒角300306高速钢键槽铣刀粗铣13001006硬质合金立铣刀精铣4200260七、填写工艺文件凸轮零件机械加工工艺路线单机械加工工艺路线单产品名称零件名称材料图号CX11凸轮45钢工序号工序工序内容夹具定位基准工时10铸造三爪卡盘20热处理三爪卡盘30数铣底面A三爪卡盘凸轮上平面40数铣凸轮上平面和32mm端面;钻中心孔;钻孔;倒角;铰孔三爪卡盘凸轮底面A50数铣凸轮32mm圆柱面及倒圆角R=2mm；100圆柱面8F8凸轮槽专用夹具底面A、 轴孔、 销孔60去毛刺70送检编制审核共 页第 页凸轮零件机械加工工序卡单位名称产品名称零件名称材料零件图号CX11凸轮45钢工序号程序编号夹具名称使用设备车间30三爪卡盘数控铣床工步号工步内容刀具主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）备注装夹：以凸轮上平面定位1粗铣凸轮底面A125mm面铣刀1801402精铣凸轮底面A125mm面铣刀250100工序号程序编号夹具名称使用设备车间40三爪卡盘数控铣床工步号工步内容刀具主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）备注装夹：以凸轮凸轮底面A1粗铣凸轮上平面和32mm圆柱端面125mm面铣刀1801402精铣凸轮上平面和32mm圆柱端面125mm面铣刀2501003钻中心孔：20mm和12mm中心钻400304钻孔：20mm19.6mm麻花钻250405钻孔：12mm11.6mm麻花钻410406倒角：C1.54530mm麻花钻300307铰孔：20mm20H7铰刀100808铰孔：12mm12H7铰刀16080工序号程序编号夹具名称使用设备车间50专用夹具数控铣床工步号工步内容刀具主轴转速(r/min)进给速度（mm/min）备注装夹：以凸轮底面A、轴孔、销孔；并使用专用夹具1粗铣32mm圆柱面及倒圆角R=2mm20mm圆鼻刀400802精铣32mm圆柱面及倒圆角R=2mm20mm圆鼻刀500603粗铣凸轮100圆柱面20mm圆鼻刀400804精铣凸轮100圆柱面20mm圆鼻刀500605粗铣8F8凸轮槽6高速钢键槽铣刀13001006精铣8F8凸轮槽6硬质合金立铣刀4200260编制审核批准共 页第 页八、编制加工程序单凸轮零件机械加工精铣8F8凸轮槽编程坐标与走刀路线CX11凸轮零件机械加工精铣8F8凸轮槽程序卡加工工艺程序卡产品名称零件名称材料零件图号CX11凸轮45钢程序编号加工机床数控铣床加工类型精铣程序段 程序内容备注O1601主程序名N10 G54 G90 G17 G40 G80 G49设置初始状态N20M03 S4200启动主轴N30G01 F1000 Z50安全高度N40G01 F260 X0 Y25 Z5接近工件AN50G01 G41 X18.2 Y35.5 D01建立刀补BN60G01 Z1下刀点N70G03 X-18.2 Y31.5 R56 Z-14圆弧切入CN80G03 X-30.2 Y-28.7 R37.5CDN9