虎钳的加工工艺设计.doc

江苏财经职业技术学院综合毕业实践说明书（论文）标题：虎钳的加工工艺设计 系 别： 专 业： 学 号：姓 名： 指导教师： 2010年 5月7日摘 要在模具加工中，经常遇到各种夹具，虎钳就是其中应用最广的一种夹具之一虎钳就是夹具中典型的一种，是加工业中不可缺少的一种。虎钳的功用是夹紧工件限制工件的自由度。根据虎钳其三视图可以分析出虎钳主要包括固定钳身、活动钳身、螺杆、钳口挡板、螺钉等。本设计从加工工艺分析、零件图纸工艺分析、确定装夹方案、各部件的工艺规程等方面了解虎钳的加工过程及功用。关键词：夹具；角度虎钳；平口虎钳；刀具；加工注意事项目 录摘 要1虎钳的加工工艺设计3引 言31 夹具的功用52 夹具的设计53 典型零件的加工工艺虎钳的加工过程53.1 加工工艺分析53.2 零件图纸工艺分析63.3 确定装夹方案63.4 工艺设备的选择73.5 成品检验83.6 加工中的难点与解决方案83.7 工序与工步的划分93.8 加工路线的确定93.9 固定钳身的加工工艺过程103.10 活动钳身的加工工艺过程113.11 螺杆的加工工艺过程123.12 螺母的加工工艺过程133.13 其他紧固件零件图144 加工刀具选择及加工过程注意事项164.1 刀具的选择164.2 加工注意事项185 结束语18致 谢20参考文献21附录22附录1 常用公制螺纹切削的进给次数与背吃刀量（双边）mm22附录2 虎钳固定钳身的加工工序卡23附录3 活动钳身的加工工序卡24附录4 螺杆加工工序25附录5 螺母的加工工序26虎钳的加工工艺设计引 言现代加工业是综合应用计算机、自动控制、自动检测 以及精密机械等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品，但是夹具的作用也显得越来越重要。夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备，分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三爪卡盘、三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳、四爪卡盘各种弯板、花盘式夹具等，其中零件的复杂程度不同夹具也会随其而改变。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用语单件和小批生产。批量较大时，大多用夹具装夹工件。在夹具中有的是通用夹具，有的则是专用。但要达到预期的加工效果，除了正确的加工方法外，夹具 的作用也是不可忽视的。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。同时没有相应的夹具是不能在短时间内生产出产品，夹具也开始不断的演变，由以往的变成组合夹具，这样既可以节省成本同时也节省了设计专用夹具的时间。本设计从加工工艺方法、刀具选用等方面，对虎钳加工工艺方案进行了阐述和探讨，并对实际运用中所暴露出来的问题进行了总结，对同类零件的生产实践具有一定的指导作用。由于本人的水平有限在设计过程中难免存在不足之处请您指导。敬请各位领导、老师、同学提出宝贵意见。1 夹具的功用（1） 保证加工精度采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。（2）提高生产率、降低成本用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。（3）扩大机床的工艺范围使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。（4）减轻工人的劳动强度 用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度。2 夹具的设计机床夹具是机械加工中的重要工艺装备，专用夹具设计是技术人员的一项主要工作。设计机床专用夹具时,要频繁使用各种通用零件，而查找和绘制通用零件需要花费很多时间和精力，若能将夹具的通用零件建库，在设计夹具时只是简单地调用或修改图形文件，将大大提高夹具的设计效率。3 典型零件的加工工艺虎钳的加工过程3.1 加工工艺分析工艺设计以保证质量稳定、生产可靠为原则。由于加工过程中不一定是连续切削，极易产生切削振动，且方向是变化的，因此设计时要注意，夹具要有足够的刚度和强度；夹具要有足够的夹紧力，夹紧装置自锁性要好；夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上，且着力点和施力方向要恰当；夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比不应大于1-2.5；要有足够的排屑空间。切屑和冷却液能顺利排出，必要时可设计排屑孔。虎钳的功能决定了构件。3.2 零件图纸工艺分析加工图纸如虎钳的三视图，虎钳是由箱体件和轴类零件组成，从设计图中可以看出，其轮廓曲线一般由圆柱、平板以及长方体等组成。图1 总装配图材料为HT150、45，切削加工性能较好，其中材质为HT150的零件需表面热处理和退火处理。该组成零件在车、铣削加工前。材料为HT150的工件的外形已经做好，固定钳身的上下两面可以用作定为基准。螺杆上的锥形孔的加工比较困难，加工时要掌握方法。3.3 确定装夹方案零件的定位基准要遵循基准重合原则即力求设计基准、工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。定位基准最好是零件上已有的面或孔，若没有合适的面或孔，也可以专门设置工艺孔或工艺台等作为定位基准。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。在确定装夹方案时，应考虑一下几个方面：（1）夹紧机构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞开。要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动轨迹发生干涉。（2）必须保证最小的夹紧变形。（3）装卸方便，辅助时间尽量短。（4）对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加高效率。（5）夹具结构力求简单。（6）夹具应便于机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。在考虑夹紧方案时，夹紧点应尽量靠近主要支撑点，或在支撑点所组成的三角内，并力求靠近切削部位以及刚性好的部位，最好不要在被加工孔的上方。（7）在加工过程中，夹具必须吹干净，以免造成工件的压伤夹具在机床上的安装误差和工件在夹具中的定位、安装误差对加工精度将产生直接影响。操作者在装夹工件时一定要将夹具及工件的定位面上的污秽用气枪吹、擦干净，否则会造成不同程度的加工误差，并按工艺文件上的要求找正定位面，使其在一定的精度范围内。根据虎钳各部件的结构特点，采用加工中最常用的压板以及虎钳等通用夹具进行安装定位。3.4 工艺设备的选择（1）机床的选择机床选择的原则：要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。有利于提高生产率。尽可能降低生产成本(加工费用)。根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件数量、生产条件等要求选择数控车床、加工中心。（2）量具及辅助用具的选择加工过程中所需量具有：游标卡尺、千分尺、百分表、表面粗糙度样板、螺纹通止规。辅助用具有：铜片、铜锤等。3.5 成品检验零件的加工质量包括加工精度和表面质量。加工精度是指实际零件的形状、尺寸和理想零件的形状、尺寸相符合的程度。其中加工精度有尺寸精度、形状精度和位置精度，尺寸精度是指实际零件的尺寸和理想零件的尺寸相符合的程度， 常用游标卡尺、百分尺等来检验。零件的形状精度是指同一表面的实际形状与理想形状相符合的程度，形状精度通常用直尺、百分表、轮廓测量仪等来检验。位置精度是指零件点、线、面的实际位置与理想位置相符合的程度，位置精度常用游标卡尺、百分表、直角尺等来检验。表面质量的指标有表面粗糙度、表面加工硬化的程度、残余应力的性质和大小，表面质量的主要指标是表面粗糙度。表面粗糙度用表面粗糙度样板测量。3.6 加工中的难点与解决方案（1）螺纹切削说明：螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段和降速退刀段，以剔除两端因变速而出现的非标准螺距的螺纹段。在螺纹切削过程中，进给速度修调功能和进给暂停功能无效；在螺纹加工过程中，不应该使用恒线速控制功能；从粗加工到精加工，主轴转速必须保持一致，否则螺距将发生变化。（2）螺纹加工，当牙型较深，螺距较大时，可分数次进给，常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量参考数控加工与编程（见附录一）。（3）外圆车刀刀尖为圆弧，可以提高加工表面粗糙度。加工时采用这样的车刀车内、外圆和端面时，刀尖圆弧不影响加工尺寸和形状，但转角处的刀尖无法车出，并且在切削锥面或圆弧面时，会造成过切或少切，因此，在加工时要采用刀尖半径补偿来消除误差。3.7 工序与工步的划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序。常用工序划分原则有：（1）保证精度原则。数控加工要求工序应尽可能集中，通常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工，通常在一次安装中，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。对轴类或盘类零件，将待加工面先粗加工，留少量余量再精加工，以保证表面质量要求。对轴上有孔、螺纹加工的工件，应先加工表面而后加工孔、螺纹。（2）提高生产效率的原则。在数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应在需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其他部位。同时应尽量减少空行程，当用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。3.8 加工路线的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束，加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，且效率高。（2）应尽量缩短加工路线，既可以减少程序段，又可以减少刀具空程移动时间。（3）应使数值计算简单，以减少编程工作量。此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀完成加工。3.9 固定钳身的加工工艺过程图2固定钳身零件图（1）备料铸铁（HT150）。（2）热处理。 （3）夹宽度用爪刀铣厚度的一面，见光即可以D面为基准。（4）夹宽度翻面铣厚度的另一面见光即可。（5）翻面夹宽度定高度尺寸达图。（6）夹厚度铣长度的一面见光即可。（7）夹宽度铣长度方向的另一面见光即可。（8）夹宽度定长度尺寸。（9）夹宽度用爪刀铣台阶的高度，留余量0.5。（10）夹宽度用10的铣刀铣台阶面定台阶的长度尺寸，留余量0.5，注意：要与B的垂直度。（11）夹长度用10铣刀铣宽度的一面见光即可。（12）夹长度铣宽度的另一面，定宽度的总长度，留余量0.5，注意宽度方向的两面的平行度。（13）夹宽度铣长度方向上的台阶，留余量0.5，注意与B面的垂直度。（14）夹宽度铣宽度方向另一面上的台阶，留余量0.5。（15）夹宽度铣内部台阶及槽子达图。（16）夹厚度分别用11.8、17.8的麻花钻钻孔。（17）夹厚度用铰刀12.0、18.0铰孔11.8、17.8并达图。（18）夹厚度用25的平顶麻花钻钻孔25的孔达图。（19）夹厚度用8的钻头钻出M10的底孔。（20）夹长度用6.0、11.0的麻花钻孔6.0、14.0达图（注意：11.0的钻头是平顶钻）。（21）夹长度磨厚度方向上的各面达图。（22）夹厚度磨宽方向上的各台阶面达图。（23）用毛刺刀对加工出来的产品进行毛刺处理。3.10 活动钳身的加工工艺过程图3活动钳身零件图（1）备料铸铁（HT150）。（2）热处理。（3）夹宽度用爪刀铣厚度见光即可。（4）翻面夹宽度铣厚度的另一面见光即可。（5）翻面夹宽度定厚度面的尺寸留余量0.5。（6）夹厚度见光宽度的一面。（7）翻面夹厚度定宽度面的尺寸留余量0.5。（8）夹厚度铣长度达图。（9）夹宽度用10.0的铣刀加工虎钳口的台阶留余量0.5。（10）夹宽度用12.0、24.0的钻头钻孔12.0、24.0的孔（25为平顶钻）。（11）夹宽度用8.0的钻头钻虎钳口M10的底孔。（12）用M10的丝功功丝。（13）夹宽度用铣刀10的铣垂直于B面的底面的台阶留余量0.5。（14）夹厚度磨钳口台阶达图。（15）夹宽度磨垂直于B面的底面台阶达图。（16）用锉刀、毛刺刀对加工出来的产品进行毛刺处理。3.11 螺杆的加工工艺过程图4螺杆的零件图（1）备料45号刚27x230。（2）夹外圆见光端面车外圆25。（3）夹25的外圆车18长度为172。（4）用切槽刀加工槽子到外圆为12长度为8。（5）夹25的外圆车外圆为12长度为38。（6）夹25的外圆用螺纹刀加工M16的矩形螺纹长度为100。（7）调头夹18加工另一头18并定总长210。（8）夹18用铣刀铣14X14的面。（9）加工4锥形装配孔，加工锥形孔时要注意加工精度。加工锥形孔可以用铣刀分三个台阶加工直孔，小端轴向留余量0.5，最后专用镗刀一步加工而成。加工过程中加入适当的切削液，保证工件切削红的表面粗糙度。（10）用锉刀、毛刺刀对加工出来的产品进行毛刺处理。3.12 螺母的加工工艺过程图5螺母零件图（1）备料45号刚40X50X50。（2）任选两较平的面夹紧加工工件的外框尺寸，长宽高各留余量0.5。（3）夹宽度车外圆12，要求很准。（4）夹宽度定高度尺寸，要求高度尺寸要准以备好装配。（5）夹长度加工宽度台阶，要求要精度要高。（6）夹宽度加工M10 、M16的底孔，要求很准。（7）用M10、M16功丝。（8）用锉刀、毛刺刀对加工出来的产品进行毛刺处理。3.13 其他紧固件零件图图6挡圈图7垫圈图8螺钉图9钳口板图10斜销4 加工刀具选择及加工过程注意事项4.1 刀具的选择数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。数控刀具有以下特点：刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；互换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。数控车床兼作粗精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够的强度，能一次进给车去较多的余量；精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度，车去的余量较少，要求车刀锋利，切削刃平直光洁，必要时还可磨出修光刃。为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，便于实现机械加工的标准化，在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹片刀，机夹片刀常采用可转位车刀。刀片材质的选择主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动，故加工此零件选择硬质合金刀片。产品名称01零件名称机用虎钳序号刀具号刀 具 规 格 名 称数量加 工 表 面1T01爪刀1加工固定钳身和活动钳身上较大的平面2T02铣刀101铣各平面上的台阶3T03钻头11.81加工加12的底孔4T04钻头17.81加工18的底孔5T05绞刀12.01加工孔126T06绞刀18.01加工孔187T07平钻24.01加工24的沉孔8T08平钻14.01加工14的沉孔9T09钻头8.01加工M10的底孔10T10丝功M161加工M1611T11钻头6.01加工孔612T12钻头4.01加工孔4.013T13钻头11.01加工孔1114T14砂轮1加工各平面15T15车刀2加工螺杆的各外圆16T16螺纹车刀1加工螺杆上的螺纹17T17切槽刀1加工螺杆上的槽子18T18丝功M101加工虎钳口的内螺纹19T19镗刀1精加工锥孔20T20细锉刀或毛刺刀1去毛刺4.2 加工注意事项在数控机床上加工零件时，安装零件要合理选择定位基准和夹紧方案，为提高数控机床效率，确定定位基准与夹紧方案时应注意：（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一（基准重合原则）；（2）减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面（基准统一原则）；（3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能；（4）待加工件在装夹前要去毛料的毛刺；（5）加工时要保证切削液喷到需加工件；（6）每道序加工结束后根据需要要去毛刺及清理干净；（7）产品若有抗氧化要求需在加工结束后进行抗氧化处理。5 结束语通过参加此次设计，对车床铣床的结构和功能有了一个新的认识，使用 CAD绘图软件来设计图纸。在完成说明书的同时，对使用office来对设计进行排版，以及零件的加工工艺分析，车床、铣床上的刀具的使用和选择，切削用量的多少有了一定的了解，本文对虎钳进行了较合理的实体设计，以CAD/CAM为基础。基本实现了虎钳各部件CAD/CAM的集成，大大提高了设计效率。对于此类零件及加工的设计，只要牢牢抓住了此类零件的成型难点，并将这些部分进行合理的分析，正确选用有利于局部成形的成型机构，就能设计出满足生产要求的合格零件，通过实际加工，充分验证了CAD/CAM在虎钳计中的优越性，对各工序安排的合理性。虽然虎钳加工本身所包括的工艺内容并不很复杂，但由于材质、以及组成虎钳的主要的是箱体件和轴内零件要求的加工精度高，经常给加工带来困难。随着高效加工工艺的出现，更合理、更经济地安排零件的加工工艺及生产流程便成为可能。27致 谢经过长时间的忙碌，毕业设计已经接近尾声，在这段时间里为了制作毕业设计，我翻阅了大量有关数控方面和机械专业的书籍，通过对这些书籍了阅读，不但完成了所做的毕业设计，还使自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对自己今后的工作有了许多的帮助。在做毕业设计期间，经常会出现一些自己从没遇到过的问题，使毕业设计的制作走到了死胡同。如果没有指导老师的督促和指导，以及同学们的帮助，凭我一个人的力量，想要完成这次毕业设计是很难的。在这里首先要感谢我的带课老师边巍老师。在这期间，边老师每日都很忙碌,但在我做毕业设计的的时候，每当遇上困难,他都仔细给我讲解,还从其他地方查阅资料，设计方案的确定和修改、中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢和我一起作毕业设计的各位同学，在本次设计中，很多次，我都有放弃的想法，要不是他们的鼓励和帮助，我想此次设计的完成将变得非常困难。 最后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。参考文献1李澄,吴天成,闻百桥等.机械制图M.北京：高等教育出版社，2005.2杨伟群等.工艺培训教程M.北京：清华大学出版社，2006.3薛彦成.公差配合与技术测量M.北京：机械工业出版社，2005.4房世荣.工程材料与金属工艺M.北京：机械工业出版社，2005.5芦福桢.金属切削原理与刀具M.北京：机械工业出版社，2005.6李庆祥，王东生.现代精密仪器设计M.清华大学出版社，2004.附录附录1 常用公制螺纹切削的进给次数与背吃刀量（双边）mm螺距1.01.52.02.53.03.54.0牙深0.6940.9471.2991.6241.9492.2732.598背吃刀量和切削次数1次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.64次0.160.40.40.40.60.65次0.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.3附录2 虎钳固定钳身的加工工序卡工步号工 步 内 容刀具号刀具规格mm主轴转速rmi