棒哥设计 目 录 中文摘要……………………………………………………………………………………..2 Abstract………………………………………………………………………………………3 1 绪论………………………………………………………………………………………...3 1.1 课题简介…………………………………………………………………….……..….3 1.2 课题任务要求……………………………………………………………………...….3 2 拨动器的工艺分析……………………………………………………………………….5 2.1拨动器的分析…………………………………………………………….……………5 2.2拨动器加工前的准备…………………………………………………….……………5 2.2.1 毛坯的选择………………………………………………….…………………..5 2.2.2机床的选择…………………………………………………………….………...6 3 拨动器夹具设计说明书………………………………………………………………….7 3.1 夹具的设计……………………………………………………………….…………...7 3.2 夹具的加工与制造……………………………………………………………............7 4 拨动器的加工…………………………………………………………………….………9 4.1 工艺的实施方案……………………………………………………………..………..9 4.1.1 刀具的选择…………………….………………………………………….…...9 4.1.2切削用量的确定………………………………………………………………13 4.1.3 工艺加工步骤……………………………………………………………...…15 4.2 拨动器粗精加工编程………………………………………………………………..15 4.2.1 粗加工编程…………………………………………………………………...15 4.2.2 精加工编程…………………………………………………………………...17 4.3 Mastercam编程说明…………………………………………………………..……..20 5 总结…………………………………………………………………………………….22 参考文献………………………………………………………………………………….…23 致谢…………………………………………………………………………………………...24 中文摘要 本论文完成了对拨动器批量生产工艺规程及工装设计。拨动器类零件广泛应用于机械零件各个方面，本文通过对数控程序分析和刀具夹具的选择设计，通过刀具选择，能充分发挥刀具的车削效率，使其发挥最大的功效，通过分析程序，利用数控机床原理编出最简单的程序，节约加工时间；通过设计一些简单的夹具，能缩小加工难度，同时去发现一些加工中可能自己不觉得很特别的工艺工装方案，可能在加工中能起到大作用。 关键词： 拨动器；加工工艺 ；夹具设计 Abstract This thesis completed a toggle is mass production process procedures and tooling design. Toggle class parts are widely used in all aspects of the mechanical parts, through the NC program and tool fixture selection of design, tool selection, can give full play to the efficiency of the tool turning it for maximum effect, and analytical procedures the principle of CNC machine tools to compile the most simple program, saving processing time; design simple fixture can narrow the difficulty of processing, at the same time to discover some processing may feel very special process tooling program might can play a role in the processing of large role Keywords: Toggle; processing; fixture design 1.绪论 1.1 课题简介 拨动器是机械装置中的一种传动机构，本课题中的拨动器是一种复杂的异性结构工件。 课题要求通过对拨动器的加工，掌握机械加工工艺设计，制造工艺编制，掌握零件加工中的基准、定位、工艺和工装等基本知识；熟悉机械设计过程，并通过工艺设计掌握解决机械制造工艺问题的方法，会运用数控专业知识对零件进行编程、数控操作加工和仿真。 1.2 课题任务要求 本课题中的加工工件为拨动器，按加工1000件设计加工工艺。 要求编写零件的工艺设计说明书，说明书中包括零件工艺分析、夹具设计及使用说明、工艺实施方案。说明书附件要求包括总装图、夹具图、零件图、零件加工工艺卡、工件检测文件、零件的数控加工程序、零件的仿真加工文件。 所交文件包括 1、毕业实践任务书 2、绪论 3、总装图、夹具图、零件图的工程图（使用AutoCAD软件2006及以下版本绘制），要求工程图绘制比例为1:1。 4、用三维软件完成总装图、夹具图、零件图的绘制，图形用于工艺分析中。（使用UG软件6.0及以下版本绘制，电子文件上交） 5、零件的工艺分析 6、工件夹具设计说明书 7、工艺实施方案，方案包括设备选择、刀具的选择、切削用量的确定、工件加工工艺步骤。 8、数控加工工艺卡片 9、零件粗精加工手工编程（与工艺卡片的程序名对应） 10、Mastercam编程说明 11、设计小结 12、参考文件 2.拨动器的工艺分析 2.1 拨动器的分析 图2-1 拨动器 1. 拨动器分为上下两层，上层是矩形凸台和下面的四个类似与翅膀的凸台连接在一起。下层是两个大小圆柱和一个复杂的凹槽连接在一起。 2. 拨动器有一个M30×1.5的螺纹孔，两个2×M10-6H的螺纹孔。 3. 拨动器有六个表面粗糙度要求为0.8的表面。 4. 拨动器有一个平行度的要求，以上表面为基准A，下表面平行度要求为0.02，而且这两面的表面粗糙度都是0.8，这是要重点解决的问题。 5. 拨动器有两个通孔，可以根据这两个通孔确定平行度的问题。 6. 拨动器要求在4小时15分钟以内全部完成。 2.2 拨动器加工前的准备 2.2.1 拨动器毛坯的选择 毛坯选用100×100×50的45号钢（图2-2） 图2-2 毛坯 2.2.2 铣床的选择 V600的工作台面积为800×400mm，主轴参数8000rpm，主轴电动机机率(连续30分)，5.5/7.5，切削进给速度1-5000mm/min，快速移动速度(X,Y,Z)为10000/8000mm/minKw，，交流伺服电机扭矩(X,Y,Z) 11/11/16Nm，定位精度按JB/T8771.4-1998，刀库容量16，换刀时间7Sec。 分析拨动器的工艺与加工方案，结合V600的参数正好适合，所以选用立式数控铣床V600（图2-3） 图2-3 数控铣床V600 3. 拨动器夹具设计说明书 3.1 夹具的设计 应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度，稳定产品的质量，有利于提高劳动生产率和降低成本，有利于改善工人的劳动条件，保证安全生产，有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”。 图 3-1夹具平面图 夹具的分析： 1.设计的夹具是由一个夹具体和两个螺钉组成，完全限制了六个自由度。 2.夹具体下面的两个“耳朵”是定位在在机床上的。 3.夹具体的上面的三个凸台是限制作用的，其中的两侧的凸台精度要求要高一些。 4.夹具两个螺钉是M12的螺纹，后端可以使用扳手加紧。 5.两个螺钉与夹具体的配合要求高很高。 3.2 夹具的加工制造 1．夹具材料的选用 45号钢，由于良好的加工性能和多方位的处理工艺而成为钢材中最常用的加工材料，选用45号钢。 2.制造夹具的工艺卡片 材料牌号45毛坯种类方钢毛坯外形尺寸15×100×50 工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺 1开料锯下料锻工锯床夹具 2质检15×100×50 3热处理调质HB215-235热处理箱式炉 4检检硬度计量 5铣削粗铣外形单边预留0.3mm; 精铣外形至尺寸铣床台虎钳 6钻孔铣两个螺钉孔至要求；铣床台虎钳 7螺纹铣螺纹铣床台虎钳 8打磨粗磨单边预留0.1mm； 精磨尺寸尺寸要求磨床 9质量检验游标卡尺 千分尺 3.成型图 图3-2 夹具的立体图 4 装配方法 把工件上的一个圆形槽和两个键槽（图4-2 A）安装在两个键形凸台和一个圆形凸台上面（图3-2），再用螺钉把零件卡在夹具上面。 图3-3 拨动器装在夹具上 4. 拨动器的加工 4.1工艺的实施方案 图4-1 拨动器 A B 图4-2 拨动器上下两面 4.1.1刀具的选择 1. 铣刀为多齿回转刀具，其每一个刀齿都相当于一把车刀固定在铣刀的回转面上。铣削时同时参加切削的切削刃较长，且无空行程，Vc也较高，所以生产率较高。铣刀种类很多，结构不一，应用范围很广，按其用途可分为加工平面用铣刀、加工沟槽用铣刀、加工成形面用铣刀等三大类。通用规格的铣刀已标准化，一般均由专业工具厂生产。现介绍几种常用铣刀的特点及其适用范围。 （1）圆柱铣刀 圆柱铣刀如如下。它一般都是用高速钢制成整体的，螺旋形切削刃分布在圆柱表面上，没有副切削刃，螺旋形的刀齿切削时是逐渐切人和脱离工件的，所以切削过程较平稳。主要用于卧式铣床上加工宽度小于铣刀长度的狭长平面。 根据加工要求不同，圆柱铣刀有粗齿、细齿之分，粗齿的容屑槽大，用于粗加工，细齿用于精加工。铣刀外径较大时，常制成镶齿的。 （2）面铣刀 面铣刀，主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，端面切削刃为副切削刃，铣刀的轴线垂直于被加工表面。按刀齿材料可分为高速钢和硬质合金两大类，多制成套式镶齿结构，刀体材料为40Cr。 高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80～250mm，螺旋角β=10°，刀齿数Z=10～26。 硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体式、机夹一焊接式和可转位式三种。 面铣刀主要用在立式铣床或卧式铣床上加工台阶面和平面，特别适合较大平面的加工，主偏角为90°的面铣刀可铣底部较宽的台阶面。用面铣刀加工平面，同时参加切削的刀齿较多，又有副切削刃的修光作用，使加工表面粗糙度值小，因此可以用较大的切削用量，生产率较高，应用广泛。 (3)立铣刀 立铣刀是数控铣削中最常用的一种铣刀，其结构，圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀工作时不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。 为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数Z=3～4，细齿立铣刀齿数Z=5～8，套式结构Z=10～20，容屑槽圆弧半径r=2～5mm。当立铣刀直径较大时，还可制成不等齿距结构，以增强抗振作用，使切削过程平稳。 标准立铣刀的螺旋角β为40°～45°（粗齿）和30°～35°（细齿），套式结构立铣刀的β为15°～25°。 直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。φ2～φ71mm的立铣刀为直柄；φ6～φ63mm的立铣刀为莫氏推柄；φ25～80mm的立铣刀为带有螺孔的7：24锥柄，螺孔用来拉紧刀具。直径大干φ40～φ160mm的立铣刀可做成套式结构。 立铣刀主要用于加工凹槽，台阶面以及利用靠模加工成形面。另外有粗齿大螺旋角立铣刀、玉米铣刀、硬质合金波形刃立铣刀等，它们的直径较大，可以采用大的进给量，生产率很高。 （4）三面刃铣刀 三面刃铣刀，可分为直齿三面刃和错齿三面刃。它主要用在卧式铣床上加工台阶面和一端或二端贯穿的浅沟槽。三面刃铣刀除圆周具有主切削刃外，两侧面也有副切削刃，从而改善了切削条件，提高了切削效率，减小了表面粗糙度值。但重磨后宽度尺寸变化较大，镶齿三面刃铣刀可解决这一个问题。 （5）锯片铣刀 锯片铣刀如下，锯片铣刀本身很薄，只在圆周上有刀齿，用于切断工件和铣窄槽。为了避免夹刀，其厚度由边缘向中心减薄，使两侧形成副偏角。 （6）键槽铣刀 键槽铣刀。它的外形与立铣刀相似，不同的是它在圆周上只有两个螺旋刀齿，其端面刀齿的刀刃延伸至中心，既象立铣刀，又像钻头。因此在铣两端不通的键槽时，可以作适量的轴向进给。它主要用于加工圆头封闭键槽，使用它加工时，要作多次垂直进给和纵向进给才能完成键槽加工。 国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=2～22mm，锥柄键精铣刀直径d=14～50mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。 其它还有角度铣刀、成形铣刀、T形槽铣刀、燕尾槽铣刀、仿形铣用的指形铣刀等 2. 刀具的选用 刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选用硬质合金刀片铣刀；加工凸轮、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。 对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀，如图2-19所示。 ?a?）???? ?? b)???????? c)??????? ?d)?????????? ?e) 图4-3? 常用铣刀 a）球铣刀??? b）环形刀??? c）鼓形刀??? d）锥形刀?? e）盘形刀 曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为了取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上的一些变斜角零件，如图2-20所示。加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。 图4-4?变斜角斜面加工 刀具的选用： 1.Φ20的面铣刀 粗铣外形 高速钢 粗加工外形 2.Φ12的面铣刀 精铣外形 高速钢 精加工外形 3.Φ10的面铣刀 粗铣键槽 高速钢 精加工外形 4.Φ8 的面铣刀 精铣键槽 高速钢 精加工外形 5.Φ12 的钻头 钻孔 高速钢 钻一个Φ12的通孔 6.Φ10 的钻头 钻孔 高速钢 钻两个Φ10的孔和一个Φ10的通孔 7.Φ9.8 的铰刀 绞孔 高速钢 绞孔 8.Φ3 的中心钻 点孔 高速钢 四个孔的点钻 9. 螺纹铣刀 螺纹 高速钢 铣两个Φ10和一个Φ30的螺纹孔 直柄立铣刀 规格刃部长度全长?规 格刃部长度全长 27401/83/82—5/16 38403/161/22—5/16 411431/45/82—7/16 512475/163/42—1/2 613573/83/42—1/2 819637/1612—11/16 1022721/21—1/43—1/4 1226829/161—3/83—3/8 1426825/81—5/83—3/4 16329011/161—5/83—3/4 1832907/81—7/84—1/8 2038100124—1/2 产品名称产品规格产品材料 锯片铣刀Ф60—Ф200高速工具钢 切口铣刀Ф40—Ф80高速工具钢 直齿三面刃铣刀Ф50—Ф130高速工具钢 齿轮滚刀M1—M10高速工具钢高速工具钢 表4-1 4.1.2 切削用量的确定 切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。???????????? ????????????????? 合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削手册，并结合经验而定。 1）切削深度ap（㎜）? 主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产率。在数控机床上，精加工余量可小于普通机床，一般取（0.2～0.5）㎜ 2）主轴转速n（r/min） 主要根据允许的切削速度νc（m/min）选取。 ???式中，νc——切削速度，由刀具的耐用度决定； ???????? D——工件或刀具直径（㎜）。 ?? 主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中。 3）进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r）? 是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给量数值应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。 4）选用 切削速度：νc =（π×D×n ）／1000 每转进给率：fn = νc ／ (n×Z) 主轴转速：n = (νc ×1000) ／(π×D) 进给转速：F = fz ×n×Z D ：刀具直径 Z ：铣刀总齿数 fz ：每齿进给系数 n ：转速 νc ：切削速度 fz ：每转进给系数 注：白钢刀的切削速度：20～25 ,硬质合金:100～110 ,白钢刀每齿进给系数0.05，硬质合金：0.1 例：主轴转速：n = (νc ×1000) ／(π×D) =（20 ×1000）／(π×20) ≈ 318 rpm 进给转速：F = fz ×n×Z = 0.05×318×3 ≈48 mm/min 计算可得： 刀具直径mm主轴转速rpm进给率mm/min Φ20318～39848～60 Φ12531～66380～99 Φ10636～79695～119 Φ8796～995119～149 Φ32123～2653318～398 表4-2 4.1.3 工艺加工步骤 工序号工序内容 1用￠20的端面铣刀，粗铣50×50×10方形凸台，4个25×24×11梯形凸台，￠30的凹槽 2用￠10的平面铣刀，精铣50×50×10方形凸台，4个25×24×11梯形凸台，￠30的凹槽，内表面的粗糙度为0.8 3用￠10的键槽铣刀，粗铣2个长为59半径为12键槽 4用￠10的键槽铣刀，精铣2个长为59半径为12键槽 5用￠8.5的麻花钻，钻两个￠8.5的孔 6用￠10的丝刀，攻两个M10×1.5的螺纹孔 7用￠9.5的麻花钻，钻一个￠9.5的孔 8用￠10的铰刀，绞一个￠10的孔 9换面 10用￠20的端面铣刀，粗铣一个￠50圆形凸台，￠50的圆弧 11用￠10的端面铣刀，精铣一个￠50圆形凸台，￠50的圆弧 12半精铣16H11的槽 13钻Φ20.50的孔，垂直于Φ25H7的通孔 14攻的螺纹 15铣开Φ60H12的孔 16钳工打毛刺 17检验 表4-3 4.2 拨动器粗精加工编程 4.2.1 粗加工编程 刀具：Φ20的平面铣刀，主轴转速：318 rpm ，进给率：48 mm/min，下刀速率200 mm/min，提刀速率2000mm/min。预留XY方向预留量0.3 mm，Z轴预留量0.3mm 图4-5 %O01 N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 N104T1M6 …… …… …… …… N334M5 N336G91G28Z0. N338G28X0.Y0. N340M30 刀具：Φ20的平面铣刀，主轴转速：318 rpm ，进给率：48 mm/min，下刀速率200 mm/min，提刀速率2000mm/min，预留XY方向预留量0.3 mm，Z轴预留量0.3mm 图4-6 %O02 N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 N104T3M6 N106G0G90G54X56.074Y-84.358S318M3 …… …… …… …… N200M5 N202G91G28Z0. N204G28X0.Y0. N206M30 4.2.2 精加工编程 刀具：Φ20，Φ12的平面铣刀精铣外形，并挖槽。 刀具直径Φ10，主轴转速636 rpm，进给率95mm/min，下刀速率200 mm/min，提刀速率2000mm/min。 图4-7 %O03 N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 N104T4M6 N106G0G90G54X0.Y-14.556.S636M3 …… …… …… …… N244M5 N246G91G28Z0. N248G28X0.Y0 N250M30 %O04 N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 N104T1M6 N106G0G90G54X5.Y0.S318M3 …… …… …… …… N156M5 N158G91G28Z0. N160G28X0.Y0. N162M30 刀具：Φ20，Φ12的平面铣刀精铣外形，Φ20，Φ12挖槽，Φ12，Φ10钻孔。下刀速率200 mm/min，提刀速率2000mm/min，刀具直径Φ10，主轴转速636 rpm，进给率95mm/min 图4-8 %O05 N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 N104T8M6 N106G0G90G54X0.Y15.556A0.S2123M3 …… …… …… …… N120M5 N122G91G28Z0. N124G28X0.Y0 N126M30 %O06 N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 N104T5M6 …… …… …… …… N116M5 N118G91G28Z0. N120G28X0.Y0. N122M30 4.3 Mastercam自动编程说明 拨动器使Mastercam9.1编写的程序，使用的毛坯是100×100×50的45号钢毛坯（图4-9），分别使用了Φ20、Φ12、Φ10、，Φ8的面铣刀，Φ10、Φ12的钻头，Φ3的中心钻，以及Φ9.8的铰刀（图4-11），参数的限定（图4-9），下刀方式的设定（图4-12）。 图4-9作界面的设定 图4-10 外形铣削的参数设定 图4-11 刀具的选择 图4-12 下刀方式的选择5．总结 本文主要工作如下： 1、完成了比例为1:1总装图、夹具图、零件图的工程图绘制，并用三维软件完成总装图、夹具图、零件图的绘制。 2、并对拨动器进行了工艺分析，设计了夹具，完成了拨动器的夹具设计说明书的书写。 3、完成了工艺实施方案包括设备的选择、刀具的选择、切削用量的确定、以及工件加工工艺步骤的确定。 4、书写了数控加工工艺卡片，并用编程软件编写了拨动器的粗精加工程序。 参考文献 [1]罗永新.数控加工工艺. 长沙：湖南科学技术出版社. 2010.（1） [2]杨晓红，刘海渔.机械制图.长沙.湖南大学出版社.2009. [3]申小龙.数控铣床零件编程与加工.化学工业出版社.2011.（12） [4]董燕.公差配合与测量技术.中国人民大学出版社.2008. 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