毕业设计（论文）-纺纱器转杯的加工工艺分析及钻8-φ4孔夹具设计（全套图纸）.doc

中北大学2010届毕业设计说明书1 引言全套CAD图纸加1538937061.1 本课题的研究背景及意义气流纺纱最早是1937年贝特尔森在丹麦提出的专利，后来又经法国、捷克斯洛伐克等国的学者不断研究。中国从1958年开始研究，1967年开始逐步应用于工业生产。70年代以来，转杯纺纱的工艺技术和机械设备发展迅速，应用越来越广。转杯纺纱机上已普遍采用有排杂装置的纺纱器、半自动和全自动的清洁、接头和落纱装置以及其他一些辅助装置。转杯纺纱前后工序的工艺和设备配套也在不断完备。转杯纺技术是新型自由端纺纱技术中最成熟、发展最快的一种纺纱技术，自上世纪70年代以来，全世界转杯纺纱技术性能得以快速发展，而转杯又是转杯纺纱机中最重要的零件之一，转杯的制造精度影响着整个转杯纺纱机的生产质量。机械零件的加工质量是保证机械产品质量的基础。零件加工质量包括零件加工的尺寸精度和表面质量。加工精度是指零件完工后的实际几何参数(尺寸、形状和相互位置) 对理想几何参数的符合程度,符合程度越高,加工精度就越高。在技术条件一定的情况下,通过改进机械加工工艺,可以提高零件加工精度,降低废品率,增加经济效益。工艺流程决定了产品的加工路线，零件的加工方法，从而决定了采用什么样的设备及工装。良好的、合理的工艺流程，是保证和提高产品质量的重要环节。工艺流程必须将质量摆在首位，否则，该工艺流程生产的件数再多也是无用的，也就是说，没有质量就没有数量。本课题研究的纺纱器转杯的工艺规程，对于发展我国气流纺纱技术有一定的现实意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 机械加工工艺的研究现状制造业是国民经济各部门科学技术进步的基础，而机械加工工艺直接制约着机器制造业的发展。世界上制造技术比较强的国家都是非常重视工艺的，众所周知，德国、日本、美国、英国等国的制造工艺比较发达，产品质量上乘。我国在制造业的发展中，虽然取得了可喜的成就，但是与工业发达国家相比，还存在不小差距。例如，国外加工出的精钢石车刀的刃口钝圆半径可达2nm，而我国现在还达不到这个水平。当前我国是一个制造大国，世界制造中心将可能转移到中国，这对我国的制造业是一个机遇和挑战。要形成我们自己的世界制造中心就必须掌握先进制造技术，掌握核心技术，才能不受制于人，才能从制造大国转变为制造强国。1.2.2 制造技术的发展趋势制造技术的核心就是机械加工。机械加工是机械制造工艺过程的主要组成部分，在这方面的趋势是向高效、高精度方向发展主要有精密加工和超精密加工；高速切削和高速磨削；游离磨料的高效加工；复杂型面的数控加工等。预计在未来的若干年内，机械加工工艺的发展总趋势是：利用可多次使用的万能可调高效工艺装备和刀具缩短机床工序的辅助时间；制造和使用精密装备及可以在多次调整中长期保持精度的装备；扩大应用带有固定陶瓷与电脉冲磁铁的万能式和万能可调式磁力夹具、真空夹具、静电夹具及其它各种夹具；在成批生产中，减少低效率的普通专用工装，推广数控机床用万能装配式工艺装备和安装在加工中心的随行夹具或工作台上的可调模块式工艺装备以及机械化成组夹具与自动可调固定式(不随行的)夹具。毛坯生产的主要发展方向是采用更经济的方法使毛坯尽量接近成品的尺寸和形状，以减少消耗、提高生产率、降低生产成本。在不久的将来，精密金属型铸造法和压力铸造法将代替砂型铸造。有前途的毛坯制造方法，特别是等压(流体静力)压制法、金属压力喷射成型压制法、精密冲压法和加热挤压法将得到发展。 在很大程度上，金属切削加工工艺的发展远景与扩大先进工艺方法的应用范围密切相关。展望未来，金属切削加工将被更经等。特别是激光加工法具有极其广阔的前景，在不久的将来，它将代替零件的轮廓切割和通孔钻削。随着科学技术的进步，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现。机械制造工艺正向着高质量、高效率和低成本方向发展。特别是微型电子计算机和数控技术的推广应用，使机械制造工艺过程的自动化发展到了一个新阶段。1.3 研究内容与方法首先了解纺纱器的类型、结构和工作原理，拟定转杯的机械加工工艺规程，编制数控加工程序并用仿真软件进行仿真加工。然后根据零件的结构特点为其设计专用夹具，以便于保证零件加工精度和加工方便。最后利用相关软件完成零件及夹具的三维造型、虚拟装配。纺纱器转杯零件是要求精度较高，加工性能较好的纺纱器零件，其加工质量直接影响了整个产品的性能，若采用普通机床加工，多次装卡，加大了零件的加工误差，所以零件采用数控车床加工是必要的。1.了解现有纺纱器转杯的工艺规程现状通过参阅文献资料和各大纺纱器生产企业的产品工艺文件，了解转杯加工工艺的设计现状，进而完成对其的学习和改进。2.用计算机AutoCAD软件绘制所给零件的零件图AutoCAD出图可以很好地解决工程加工的问题，也是三维造型的基础。设计时现完成三视图的绘制，既是研究手段，也是设计任务。绘制CAD图纸时，应考虑设计工艺规程得的要求，使用最新的国家标准，注意粗糙度和技术要求，尺寸基准的选取要符合加工要求，方便装夹和定位等。3.编制转杯的加工工艺规程理论的完善直接关系到工艺设计的科学性，学习系统的工艺设计知识是必要的研究途径。参考机械加工工艺学，金属切削原理及刀具，数控编程等课程的复习，以及实习的实践经验，探索新型工艺和夹具的要求，从而完成设计任务。工艺规程编制的一般步骤如下：（1）阅读装零件图 了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用。（2）工艺审查 审查图样上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一；找出主要技术要求和分析关键的技术问题；审查零件的结构工艺性。本课题所用的图纸是经过审查的，尺寸、视图等在图纸上都很明确、正确的表达出来了。（3）熟悉或确定毛坯 确定毛坯的主要依据是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构。常用毛坯的种类有：铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件等。毛坯的选择通常是有产品设计者来完成的，工艺人员在设计机械加工工艺规程之前，首先是熟悉毛坯的特点。纺纱器转杯的材料为LC4CS，所以初步确定毛坯材料为铝棒LC4CS。（4）拟定机械加工工艺路线 这是制定机械加工工艺规程的核心。其主要内容有：选择定位基准、确定加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工序等。机械加工工艺路线的最终确定，一般要通过一定范围的论证，即通过对几条工艺路线的分析与比较，从中选出一条合适本厂条件的，确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线。（5）确定满足个工序要求的工艺装备（包括机床、夹具、刀具和量具等） 对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体设计任务书。（6）确定各主要工序的技术要求和检验方法。（7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差。（8）确定切削用量。（9）确定时间定额。（10）填写工艺文件。4.编制数控加工程序转杯的曲面造型，使用数控加工机床是必要的，数控加工是整个加工工艺的核心步骤，转杯加工的80以上是在数控车床或加工中心上完成的，就必须解决数控加工中需要的编程工作。采用国际标准编程语言，在FANUC或SIEMENS系统环境下，编写可模拟真实加工过程的程序，在模拟环境里检验编程效果。日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统。所以，本研究拟采用日本FANUC公司的数控系统。5.设计加工该转杯上均布孔8-4mm 的专用夹具机床夹具的首要任务是保证加工精度，其次是为了提高生产效率、降低生产成本，扩大机床工艺范围，减轻工人劳动强度，保证安全成产。结合以上几点以及零件的结构特点，方便其批量生产，我将对该零件设计专用夹具。完成转杯的整个加工过程需要三次装卡（包括毛坯加工），最后的钻孔工艺为提高加工精度和加工效率，采用专用夹具就是本课题的一个工艺设备设计的重点。6.纺纱器转杯的三维造型三维的立体造型使得设计更加接近实物的效果，有利于生产实践，更加全面地分析设计产品的工艺特性和功能实现情况。学习Solidworks绘图软件，熟悉造型环境。运用Solidworks对零件造型，结合其强大的三维立体造型功能，学习相关的计算机辅助工艺软件共同完成转杯的实体造型和加工工艺设计。2 转杯加工工艺规程设计气流纺纱机是一种较为高效的机械纺纱设备，在棉纺加工中得到广泛应用。气流纺纱机的核心构件即为纺纱器转杯，转杯的加工工艺直接关系到纺纱器的生产效率和纺纱质量，随着生产技术和加工水平的不断进步，转杯的工艺设计也在很大程度上得到了改进。进一步研究和分析并改进纺纱器转杯的设计，改进机加工工艺，就可以极大提高纺纱器的生产性能。2.1 气流纺纱机的工作原理气流纺纱，又称自由端纺纱。纺纱器的工作原理直接规定了其部件或零件的结构设计和加工工艺要求。以下是气流纺纱器的工作原理：喂入的纤维条被包覆有针布的回转分梳辊开松成单纤维，随气流输送到高速回转的转杯内壁，在凝聚槽内形成纱尾，同时被加拈成纱引出，直接绕成筒子，如图2.1所示：喂入开松输送凝聚加捻卷绕1.分梳轮 2.输送管 3.转杯 4.筒子图2.1 转杯纺纱原理示意图转杯纺纱与其他自由端纺纱方法的主要区别是凝聚加拈机构和作用不同如图2.2 所示：图2.2 在转杯内纤维化的凝聚和加拈单纤维进入转杯后，先被送到转杯内壁的斜面上。由于转杯内壁表面速度较高，纤维沿着内壁的周向平行排列，在离心力的作用下，滑向内壁最大直径处的凝聚槽内，在此叠合成环形的须条，这就是纤维的凝聚过程。在凝聚过程中,纤维按周向循环排列,故有并合效应。转杯带动AB纱段一起高速回转,在A处受阻拈器的摩擦作用，在AB纱段和引出的纱段中遂产生拈度。AB段纱条中的拈度因扭转力矩向凝聚槽内纱尾的BC长度内传递，使纱尾在剥离点B的附近有一定的强力,可以减少断头。正常纺纱时，纱尾从B点处逐渐被剥离并引出，所以AB纱段的回转速度一般超过转杯速度，两者线速度之差即为卷绕线速度或输出速度。凝聚槽内的纱尾在剥离点 B处的纤维数量，等于成纱截面中的纤维数量，然后逐渐变细。理论上在一周的末端D处纤维数量应当为零，但实际上杯内纤维不断向下滑移，故D点处有纤维与剥离点B相搭接。在纱条加拈剥离引出时，沿转杯回转方向位于B点前的纤维就成为纱条的一部分，而位于B点后的部分纤维就容易被带出缠绕在纱身外层，形成气流纱的缠绕纤维。2.2 零件的分析2.2.1 零件的作用纺纱器转杯位于气流纺纱器内部，其工作原理是：当单纤维进入转杯后，先被送到转杯内壁的斜面上。由于转杯内壁表面速度较高，纤维沿着内壁的周向平行排列，在离心力的作用下，滑向内壁最大直径处的凝聚槽内，在此叠合成环形的须条，完成纤维的凝聚过程，之后凝聚的棉纱将从转杯中孔引纱管引出，卷绕成筒。2.2.2 零件的工艺分析由于零件生产工艺复杂，通常采用数控机床或数控加工中心完成加工。关键表面和主要加工表面之间的位置要求如下：（1）均布排气孔4mm8以及与此孔垂直的圆锥曲面。8个排气孔应满足均布要求，同时孔需垂直于其分布的圆锥曲面上，孔中心线与零件径向成8角；另外，孔需要进行精铰，满足粗糙度0.8的要求。（2）转杯口的圆跳动度控制在0.04，转杯柄部圆跳动度控制在0.04。（3）杯口内壁粗糙度控制在不低于0.8，其他去除加工表面粗糙度不低于1.6，需要精车或精镗工艺来完成加工。（4）转杯大端口端面距转杯口底部距离控制为，转杯全长控制为，杯口大端长度控制为，需较高精度数控机床的加工可满足要求。（5）聚纤槽结构特殊，可采用专用刀具加工。（6）转杯中有R20的曲面，需要较高精度的数控车床或镗床完成加工。由上面分析可知，可以粗加工37端面，然后以此作为粗基准加工另一端面，并且保证位置精度要求。然后加工其余四个端面，最后加工孔和切槽。2.3 确定毛坯种类零件材料为LC4CS铝合金，根据图纸要求选择棒料毛坯。查机械制造工艺设计简明手册选用铸件尺寸公差等级CT7级。确定铸件加工余量及形状:查表确定各个加工面的机械加工余量，铸件的分型面的选择加工余量如表所示：表2.1 铸件的加工余量简 图加工面代号基本尺寸加工余量说明D157mm32双侧加工D243.8mm2.52双侧加工D338mm32双侧加工D422mm92双侧加工T163mm2.5单侧加工T22.5单侧加工T315mm1.5单侧加工2.4 工艺规程设计2.4.1 选择定位基准（1）粗基准的选择以63大端外圆为主要的定位粗基准。（2）精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以37工艺外圆面为主要定位精基准，并以加工后的大端端面为辅助精基准。2.4.2 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，可以考虑采用加工中心配以专用工卡具，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。查机械制造工艺及设备设计指导手册，选择零件的加工方法及工艺路线，如表所示：表2.2 零件工艺路线工序号工序内容001夹小端22，大端面63朝外；车大端端面；倒角45X1002夹大外圆端；车380.1外圆为40控制为15车外圆为控制为15车一段工艺外圆至，控制台阶到空口端面的距离为003夹工艺外圆；车端面，控制到肩面的距离为车外圆为钻孔，距大端面深45车锥外圆及为，长为1.5镗孔为，深车R20，深粗车端面，车外圆，长1.5粗车外圆粗车内成形孔，粗车R20及肩面，控制为15.8粗车内腔粗车为及肩面，控制13为13.6粗车外圆及肩面，控制尺寸17.5为18.1，的锥外圆及 肩面粗糙度1.6，控制尺寸13为13.3精车外圆端面及肩面粗糙度为1.6，控制尺寸17.5为17.8切圆弧槽R1.2 控制粗糙度为1.6粗精镗孔 控制粗糙度为0.8精车孔内成形孔 为 ，孔口0.3X3067锥面，控制 ，粗糙度0.8精车35 夹角及大肩面深，控制粗糙度0.8，控制尺寸及 精车R20及 底平面，深 ，粗糙度为1.6孔口倒角0.5X45精车端面，控制尺寸，粗糙度1.6精车外圆为，粗糙度为1.6 精车锥度外圆30及外圆为 ，粗糙度1.6精车外角0.2X45004倒2X45外角，切断，控制总长，粗糙度1.6，径向圆跳动度为0.02，0.04端面跳动度0.04（以A为基准）倒反面孔口角0.8X15，粗糙度为1.6，要求倒角后塞规通过，如有毛刺，则用刮刀伸入孔内去处005100检验 006钻均布孔8，控制尺寸及8铰孔8，粗糙度0.8007倒均布孔8角45X0.2008去均布孔8内腔毛刺009火油清洗010清洗并擦净；涂防锈液011完工检验2.4.3 选择加工设备和工艺设备（1）机床的选择 工序001车端面采用CA6140卧式车床。 工序002，003，004带有一定尺寸控制的外圆加工，需要多次换刀，所以采用加工中心。工序005检验孔合格率，不需选用机床。 工序006，007 钻，铰均布孔8，并倒角采用Z535型立式钻床。 工序008去毛刺，钳工加工。 （2）选择夹具该转杯的生产纲领为大批生产，在数控加工中可以直接采用三爪卡盘，在钻均布孔的系列加工过程中则采用专用夹具，设计图附后。（3）选择刀具工序001采用45硬质合金车刀工序002采用90硬质合金车刀工序003工步1、2采用45硬质合金车刀工步3采用90硬质合金车刀工步4采用高速钢麻花钻头工步5采用硬质合金镗刀工步6采用硬质合金圆头车刀工步7采用90硬质合金车刀工步8采用特制硬质合金车刀（由于加工空间狭小，精度要求较高）工步9、10、11、12、13采用90硬质合金车刀工步14采用R1.2圆弧硬质合金车刀工步15采用硬质合金镗刀工步16、17、18、19采用特制45硬质合金车刀工步20采用45硬质合金车刀工序004采用45硬质合金车刀 工序006采用高速钢麻花钻头和高速钢铰刀工序007采用45钻头 （4）选择量具数控加工工序中普遍采用工位量具，其中重要加工工序量具如下：工序003工步16采用极限量规10H7，加工中使用塞规，完工检验时，采用塞规和深度量具和游标卡尺。工步18加工和测量时采用游标卡尺。工步20加工和测量时采用游标卡尺。工序005采用塞规10H7 工序006塞规(5)辅具选择：工序004中采用刮刀作为辅具。2.4.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定（1）圆柱表面工序尺寸确定各个圆柱加工表面的加工余量，如表所示：表2.3圆柱表面工序尺寸加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度D1铸件3CT7粗车外圆2.8IT126.3精车0.2IT71.6D2铸件2.5CT7粗镗孔2IT126.3半精车孔0.5IT7精车孔0.1IT71.6D3铸件3CT7粗车外圆2IT12精车外圆1IT7车8锥度外圆IT71.6D4铸件9CT7车工艺外圆1.5IT12粗车外圆7IT7精车0.51.6（2）平面工序尺寸确定各个加工平面的加工余量，如表所示：表2.4平面工序尺寸加工表面工序内容加工余量基本尺寸经济精度工序尺寸偏差T1铸件2.563CT7粗车端面263IT12精车端面0.563IT7T2车R20曲面2.5IT7T3铸件1.510CT7粗车端面1.215IT7精车端面0.315IT72.4.5 确定切削用量（1）工序001 夹小端22，大端面63朝外；车大端端面；倒角45X11）确定加工条件并选择刀具工件材料：LC4CS，b =0.588GPa HBS=150，铸造。加工要求：夹小端22，大端面63朝外；车大端端面；倒角45X1。机床：CA6140卧式车床。刀具：硬质合金45端面车刀,牌号YG3X。据机械制造工艺设计简明手册取刀杆尺寸16X25mm，Kr90， 15，12，r0.5mm。2）切削用量粗车大端面，加工余量：Z2.5mm，考虑精加工余量，则按Z2mm确定背吃刀量：ap2mm； v2.72m/s由表3-13选定走刀量：f0.4mm/r计算切削速度，查表3-18，耐用度t45v2.72m/s确定主轴转速：13.5r/s根据CA6140卧式车床说明书选择 实际主轴转速为：=12.6r/s 实际切削速度为： =2.57mm/s3）检验机床功率 当b0.6 GPa ae=63mm ap=4.2mm =2.57mm/s查表3-4得 车床单位切削功率为： =13.9KW/mm/min根据CA6140卧式车床说明书，由表3-2查得当f0.5mm/s时，切削力修正系数，切削功率为：P所需功率远小于机床主轴允许的功率，符合条件。（2）工序002 夹大外圆端；车380.1外圆为40控制为15；车外圆为控制为15；车一段工艺外圆至，控制台阶到空口端面的距离为此工序分三个工步完成加工。1）确定切削条件并选择刀具机床：数控车床CJK6240刀具：硬质合金90外圆车刀,牌号YG3X。据机械制造工艺设计简明手册取刀杆尺寸16X25mm，Kr90， 15，12，r0.5mm17。2）选择切削用量确定切削深度单侧切削余量Z3mm，分两次走刀完成。确定：=1.5mm确定进给量f考虑刀杆尺寸，工件直径及要求的切削深度，由表3-4中选取：f0.5mm/r 计算切削速度，查表3-4，得v3m/s 确定主轴转速：15.4r/s根据CJK6240数控车床说明书选择： 实际主轴转速为：=15.5r/s 实际切削速度为： =3mm/s3）检验机床功率 由表3-4查得单位切削功率为： =833.9KW/mm/min13.9KW/mm/min由表3-2查得当f0.5mm/r时，切削力修正系数切削功率为：P查数控机床得，车床的电机功率为：8.7kw，当主轴转速为930r/min时，主轴传递最大的功率为5.5kw，功率足够。（3）在工序003中选取关键工步和更换加工设备的工步进行工艺分析，其他工步可按照已有步骤确定相应的机床、刀具、切削用量等参数，其具体计算校核，从略。工步4 钻孔，孔深45mm1）确定切削条件并选择刀具刀具：高速钢钻头。2）选择切削用量查表3-38可得，f0.5mm/r（钻孔修正系数）0.5mm/r0.90.45 mm/r查表3-42可得，v12.5m/s3）确定主轴转速：46.8r/s根据CJK6240数控车床说明书选择 实际主轴转速为：=50r/s 实际切削速度为： =1.33mm/s4）检验机床功率 当b0.6 GPa ae=63mm ap=4.2mm =2.57mm/s查表3-4得 车床单位钻削功率为： =11.2KW/mm/min，根据数控车床说明书，由表3-2查得当f0.45mm/s时，切削力修正系数，切削功率为：P所需功率远小于机床主轴允许的功率，符合条件。工步5 镗孔，深9.21）确定切削条件并选择刀具加工条件：镗孔为，深；车R20，深刀具： 取刀杆直径为D，刀杆伸出量为125mm，一次加工完成，选用90硬质合金YG3X镗刀。 查表3-15可得，f0.4mm/r v12.5m/s 2）确定主轴转速：26.04r/s根据CJK6240数控车床说明书选择 实际主轴转速为：=26r/s 则，实际切削速度为： =3.49mm/s3）检验机床功率 当b0.6 GPa ae=62mm ap=4.2mm =12.5mm/s查表3-4得 数控车床CJK6240单位切削功率为： =13.9KW/mm/min根据数控车床说明书，由表3-2查得当f0.5mm/s时，切削力修正系数，切削功率为：P所需功率远小于机床主轴允许的功率，符合条件。工步13及其后，为精加工阶段，精车外圆及肩面粗糙度为1.6，控制尺寸17.5为17.81）确定切削条件并选择刀具切削条件：加工余量：0.3mm，双侧加工，一次走刀完成，粗糙度1.6。刀具：硬质合金90外圆车刀,牌号YG3X。取刀杆尺寸16X25mm，Kr90， 15，12，r0.5mm，1.5mm。2）选择切削用量查表3-4可得，f0.1mm/r v12.5m/s0.15mm3）确定主轴转速：43.3r/s根据CJK6240数控车床说明书选择 实际主轴转速为：=44r/s实际切削速度为： =3.04mm/s工序006 钻均布孔8，控制尺寸及81）确定切削条件并选择刀具机床：排钻刀具：高速钢钻头2）选择切削用量查表3-38可得，f0.1mm/r （钻孔修正系数）0.1mm/r1.00.1mm/r查表3-42可得，v1.25m/s3）确定主轴转速：99.5r/s根据MZ7486排钻床说明书选择 实际主轴转速为：=102r/s实际切削速度为： =1.28mm/s各工序的切削用量计算如上，如表2.5和表2.6分别为各工步的切削余量表2.5 各平面加工的切削余量工步内容切削深度mm主轴转速r/s切削速度mm/s进给量mm/r粗车63大端端面212.62.570.4精车63端面0.59.62.40.4粗车大端轴肩1.512.62.571精车大端轴肩0.56.452.130.4粗车内侧R20面1.015.530.5精车R20面0.512.62.40.4粗车杯内侧底面115.530.5精车杯内侧底面0.512.630.4杯体尾部切断415.531粗车小端22面112.62.570.4精车小端22面0.59.630.4表2.6 各柱面加工工序的切削用量工步内容主轴转速r/s切削速度mm/s进给量mm/r背吃刀量mm粗车380.1外圆为4012.62.570.52车一段工艺外圆至15.5311.5粗镗孔12.62.570.51粗车外圆为9.62.411粗车锥外圆及为12.630.51镗孔为1262.411粗车内成形孔，12.62.410.15粗车内腔，为12.62.50.50.2粗车外圆及肩面15.5310.5粗车的锥外圆及 肩面12.610.50.05精车外圆端面及肩面9.6210.25粗精镗孔9.62.40.50.25精车孔内成形孔 为 9.62.00.10.02精车35 夹角，67锥面12.630.50.02精车外圆为9.62.40.50.02精车9.62.40.50.023 纺纱器转杯的数控加工程序编制3.1 转杯数控加工的编程特点分析采用数控加工中心(车加工中心)加工转杯，精度可以保证，且效率较高。转杯主体（不包括钻孔）加工可以说是单工序、同工位的，所需刀具大多是专用刀具，载于数控车加工中心的到库中，按程序执行加工过程。在编制数控加下下艺和程序之前，已经对零件所要加工的工艺进行了分析，拟定工艺方案，选择合适的夹具、刀具，确定切削用量。另外还要考虑零点设置、对刀点、换刀点及走刀路线的确定等问题。3.2 编程系统的选择本研究拟采用日本FANUC公司的数控系统，并具有以下的若干特点：日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统。另外，系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。工作环境温度为045，相对湿度为75。有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作，提供丰富的维修报警和诊断功能。3.3 选用FANUC系统编程在FANUC系统中编制转杯精加工数控程序N001 G92 X7 Z3 N002 G50 X100 Z100 N003 G00 X46.2 Z2.0 N004 G01 Z-1.5 F80 S800 TO1 M03 M08 N005 G01 X57 Z-10 N006 G01 X57 Z-12.5 N007 G28 T02 N008 G01 X47 Z-11.85 N009 G01 X45.13 Z-15.25 N010 G01 X33 N011 G02 X33 Z-17.5 R1.2 F60 N012 G01 Z-29 N013 G01 X31 Z-31 N014 G00 X100 Z-35 N015 G00 Z100 T03 F80 S800 N016 G00 X43.8 Z2 N017 G01 Z-0.5 N018 G01 X49 Z-6.5 N019 G01 X54 Z-10.8 N020 G01 X43 N021 G01 Z-10.8 N022 G02 X28 Z-14 R20 N023 G01 X25 N023 G01 Z-31 N024 G01 X1 N025 G00 X100 Z-31 N026 G00 Z100 N027 M02 M09 N028 M05 3.4 动态仿真模拟加工路线CIMCO Edit是CIMCO软件公司专为数控编程而设计的专业软件，该软件以其强大的功能、低廉的价格而风靡欧美，目前累计销售75，000套，在欧美发达国家数控编程人员几乎人手一套，成为编程人员名副其实的好帮手。它有强大而实用的数控编辑功能、文件的智能比较、刀位轨迹的三维模拟、DNC传输等功能。其完全的Windows 界面，一目了然的地址颜色，强大的在线帮助，会使您爱不释手。强大而实用的数控编辑功能、文件的智能比较、刀位轨迹的三维模拟、DNC传输等功能的软件，目前累计销售75，000套，在欧美发达国家数控编程人员几乎人手一套，是编程人员名副其实的好帮手。（1）CIMCO Edit 是一款用microsoft visual c+写成的32位多线程应用程序。适合与Windows 9x, NT, 2000, and XP平台。 （2）能够处理最大的cnc程序，限制仅仅是计算机自己的内存限制。 （3）包括数字控制当中一些特定的函数。 （4）具备一些简单的数学计算功能。 （5）可靠和可以重新配置的rs232通讯功能。 （6）左右方式的文件比较功能。 （7）优秀的3D加工和2D的车床open-GL重新画图功能(back plotter). （8）全面的系统功能和选项，以及帮助文件系统。图3.1 输入程序图3.2 进行精加工走刀线路模拟图3.3 精加工走刀模拟完成4 纺纱器转杯的造型4.1 Solidworks实体造型软件概述Solidworks实体造型是3D造型的典范，一贯倡导三维CAD软件的易用性、高效性。基于Solidworks的多项功能可以利用插件形式提供免费的数据接口，可以很方便地与其他三维CAD软件如Pro/Engineer、UG、MDT、SolidEdges等进行数据交换；全面采用Windows的技术，支持特征的“剪切、复制、粘贴”操作。转杯的实体绘制涉及到旋转体，薄壁类的造型，利用Solidworks的拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现零件的设计是十分方便的。另外，应用Solidworks的动画式的装配和动态查看装配体运动，可以清楚地看到纺纱器转杯在整个纺纱器中的工作特点和功能实现5。4.2 利用Solidworks为转杯零件实体造型转杯零件是典型的轴类复杂零件，利用剖面旋转即可得到零件主题机构，然后在8圆锥面上通过异向孔和圆周镜像功能实现均布孔的生成。最终生成的转杯零件的Solidworks实体造型，如图4.1所示：图4.1 转杯零件的Solidworks实体造型4.3 具体造型步骤4.3.1 草图导入利用Solidworks草图绘制与AutoCAD软件的兼容性，使用“打开文件”功能导入转杯零件的二维图纸，操作如图4.2、图4.3所示：图4.2 打开要导入的CAD文件图4.3 导入的CAD草图4.3.2 草图修剪在导入的二维图纸中去掉不必要的构造线，使用Solidworks软件的草绘功能绘制中心线，作为旋转条件，使得草图具备造型条件。如图4.4所示：图4.4 将导入的CAD草图修剪成如图所示4.3.3 旋转造型使用实体造型的旋转功能完成主要结构的造型，如图4.5所示：图4.5 旋转造型预览图4.3.4 打孔造型在8圆锥面上通过异向孔功能生成4孔，并确定位置，如图4.6所示：图4.6 打均布孔预览图4.3.5 镜像生成均布孔使用实体圆周镜像功能实现均布孔的生成，如图4.7所示：图4.7 圆周镜像均布孔预览图4.3.6 着色渲染着色，并涂上与实际零件相符合的加工后颜色，如图4.8所示：图4.8 零件造型图5 夹具设计为了配合数控加工，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。即在工序006：钻均布孔8，控制尺寸及8；铰孔8，粗糙度0.8。本夹具将用于钻床，刀具为高速钢麻花钻头及高速钢铰孔刀，每次对一个孔进行加工，加工完毕后，调整分度装置，进行下一个孔的加工。从毛坯件到数控加工中心加工完成，可以通过三、四爪卡盘完成装卡，只在钻孔8-4mm时需要一次装卡，多工位的夹具，设计此步骤的夹具，对提高加工效率和加工精度有很强的必要性。另外在夹具设计时还应考虑：工件更换问题，加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件等。为了降低生产成本，提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。5.1 问题的提出本夹具是用来钻8个4mm的均布孔，零件图中8个孔有均布要求，同时还要在钻孔之后，进行铰孔加工和孔的到角，分度角度为45。钻孔工艺是在与水平面成8的平面上完成的，这要求夹具自身带有8倾斜的角度设计，装卡定位后可以直接进行钻、铰加工，并保证钻头是垂直钻入，降低钻头摔坏率，提高耐用度15。根据对夹具的主要情况分析，绘制夹具装配图纸，草图如图5.1所示，详细装配图见CAD附图。设计图中，夹具采用心轴7定位，限制零件除轴向转动的其他所有自由度，利用压紧捏手13和压紧套筒12夹紧工件，同时在夹紧的工程中，同时夹紧也使得在转动压紧捏手13时，可以带动转杯零件一起转动，方便分度；夹具体5设计自身斜度为与水平面成72角，这样保证了快换钻套钻模9垂直于待加工转杯零件15；夹具的分度装置采用国家标准的分度装置，利用如图所示的捏手1、定位销17，分度导板2和分度盘3完成分度操作：转动压紧捏手13，使得心轴带动工件15及分度盘3一起转动，同时手握捏手1，拉出定位销17并在新的位置放置，完成分度定位。图5.1 夹具装配图纸1捏手、2分度导板、3分度盘、4压紧螺母、5夹具体、6内六角螺钉1、7定位轴、8钻模导板、9快换钻套、10压模螺钉、12压紧套筒、13压紧捏手、14滑动轴承、15工件、16内六角螺钉2、17定位销5.2 夹具设计5.2.1 定位基准选择根据对工件的具体分析采用六点定位原理进行定位，加工孔的尺寸精度和相对位置精度，是靠导套的精度和导套与导套间的位置精度来保证的。导套内、外圆的同轴度公差一般不超过0.005mm。导套的基本尺寸即为钻头的最大极限尺寸，其公差按基轴制配合制定，导套的内径的偏差查表确定。在保证孔精度要求的条件下工件要求是以15孔中心线为两个约束点限制在Z方向的运动，10H7孔的内侧为四个约束点限制X和Y方向的运动，用14.8套筒顶住15孔端面，加紧螺栓进行加紧使其能够准确定位。因转杯是回转体，单独采用加紧力进行定位，难以定位准确，在次采用辅助定位销进行定位，就减小了加紧力，而且定位也比较准确，易于实现定位，关于辅助定位销的设计在以后的篇幅中提到，在此不作具体阐述。5.2.2 分度盘的设计在一个回转体工件上均匀钻8-4孔，精度要求由钳工来完成，由零件的工艺分析可知，此种要求应由分度盘均匀旋转来完成。分度盘采用八槽分度盘，在一个圆盘上均匀刻有八槽，两槽之间相差45与转杯体上的孔间隔保持一致，这样就能够均匀钻出8孔，第一个孔随便加工，当加工完第一个槽后，将分度盘旋转45然后加工第二个孔，其余的孔依次加工，由于孔的精度要求较高，对夹具的精度要求较高。我们设计的夹具是将工件套装在一根轴上进行钻削，工件是一个回转体，采用足够大的加紧力加紧往往很难定位准确，在此我们就专门设计一个辅助定位销进行辅助定位。5.2.3 辅助定位销的设计转杯是一个回转体，我们设计的夹具是让转杯套装在一根轴上进行钻削，在基准面内第一孔是任意钻削，当钻完第一孔后，钻与第一孔成45夹角的下一孔。采用足够大的加紧力进行保证往往难度很大，而且定位精度也较低，影响制造精度，容易产生废品。在此我们可以专门设计一个定位销来进行辅助定位，这样就可以减小加紧力，定位准确度也比较高而且易于实现。夹具的整体设计如图5.2所示，装夹示意如图5.3所示。图5.2 夹具整体设计示意图图5.3 夹具装夹零件示意