分度头主轴加工工艺分析

分度头主轴加工工艺分析周城西南科技大学萧山教学点机电一体化技术专业 12秋级高起专【摘要】 本文以零件图的绘制流程，加工工艺的制定，夹具设计等方面分析，并结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。【关键词】零件绘制 加工工艺 零件选择 夹具设计目 录一、零件图的测绘31.测绘的要求和方法32.测绘的步骤3二、零件加工工艺规程制定31零件分析31.1加工内容、生产纲领、生产类型等3 1.2零件结构工艺性分析42毛坯的种类及特点43.工艺路线的制定54.工序余量及工序尺寸的确定65基准的选择6 5.1基准及其分类6 5.2定位基准的选择76机床的选择117刀具的选择及要求11三、夹具的设计111定位夹紧机构的基本要求122夹具设计思路123定位与夹紧常用方式13四、参考文献14一、零件图的测绘1.测绘的要求和方法：材料及毛坯要求。表面粗糙度要求。尺寸公差、形状和位置公差。表面处理、镀、修饰、喷漆等要求。检测、验收、包装等要求。2.测绘步骤了解和分析测绘对象 首先应了解零件的名称、用途、材料以及它在机器（或部件）中的位置和作用；然后对该零件进行结构分析和制造方法的大致分析。 确定视图表达方案 先根据显示零件形状特征的原则，按零件的加工位置或工作位置确定主视图；再按零件的内外结构特点选用必要的其它视图和剖视、剖面等表达方法。 绘制零件草图 对画好的零件草图进行复核后，再画零件图二、零件加工工艺规程制定1零件分析1.1加工内容生产纲领、生产类型等一般有零件的加工工艺路线、各工序基本加工内容、切削用量、工时定额及采用的机床和工艺装备（刀具、夹具、量具、模具）等。生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。根据教材中生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确定其生产类型。 1.2零件结构工艺性分析 结构工艺性的概念零件的结构工艺性是指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，它是评价零件结构设计优劣的主要技术经济指标之一。零件切削加工的结构工艺性涉及到零件加工时的装夹、对刀、测量和切削效率等。零件的结构工艺性差会造成加工困难，耗费工时，甚至无法加工。零件的结构工艺性的好与差是相对的，与生产的工艺过程、生产批量、工艺装备条件和技术水平等因素有关。随着科学技术的发展和新工艺的出现及生产条件的变化，零件的结构工艺性的标准也随之变化。零件结构工艺性a) 零件的结构尺寸(如轴径、孔径、齿轮模数、螺纹、键槽和过渡圆角半径等)应标准化，以便采用标准刀具和通用量具，使生产成本降低。 b) 零件结构形状应尽量简单和布局合理，各加工表面应尽可能分布在同一轴线或同一平面上；否则，各加工表面最好相互平行或垂直，使加工和测量方便。 c) 尽量减少加工表面(特别是精度高的表面)的数量和面积，合理地规定零件的精度和表面粗糙度以利于减少切削加工工作量。d) 零件应便于安装，定位准确，夹紧可靠：有相互位置要求的表面，最好能在一次安装中加工。e) 零件应具有足够的刚度，能承受夹紧力和切削力，以便于提高切削用量，采用高速切削。表3-13对部分零件的切削加工结构工艺性进行了比较。 2.毛坯的种类及特点在选择零件毛坯时，主要考虑以下因素：零件的材料及其力学性能 零件的材料大致确定了毛坯的种类。例如，材料为铸铁和青铜的零件就用铸件毛坯。材料为钢材的零件，当形状不复杂而机械性能要求又不高时可选用型材；形状复杂、机械性能要求较高时可选用铸件；当机械性能要求高而形状较简单时可选用锻件。零件的结构形状及外形尺寸 阶梯轴零件各台阶的直径相差不大时，可用圆棒料（型材）；直径相差较大时，宜用锻件。零件尺寸较大时，一般采用自由锻；中小型零件可选用模锻。对于形状复杂的零件，毛坯常用铸造方法。薄壁零件则不宜用砂型铸造，尺寸大的铸件宜用砂型铸造，中小型零件可用较先进的压力铸造和特种铸造。生产纲领 大批量生产时应采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法。这时所增加的毛坯制造费用可由减少材料的消耗费用和机械加工费用来补偿。如铸件可采用金属模或精密铸造；锻件可采用模锻、冷轧等方式。零件产量较小时则采用精度和生产率都较低的毛坯制造方法，以降低生产成本。 生产条件 选择毛坯时必须结合本厂毛坯制造的生产条件、生产能力、对外协作的可行性。有条件时应积极组织专业化生产，以保证毛坯质量和提高经济效益。 积极推广应用新工艺、新技术和新材料 随着机械制造技术的，毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的发展很快。例如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械制造中的应用日益增加。应用这些方法后，可大大减少机械加工量，有时甚至可不再进行机械加工，其经济效益明显提高。 3.工艺路线的制定工艺路线的拟定是制定工艺规程的关键，其主要任务是选择确定各个表面的加工方法和加工方案，确定如何划分加工阶段，确定工序集中与分散程度，确定各个表面的加工顺序和装夹方式，以及详细拟订工序的具体内容等。目前还没有一套普遍完整的方法，而多是采取经过生产实践总结出的一些综合性原则。在应用这些原则时，要结合具体的生产类型及生产条件灵活处理。4.工序余量及工序尺寸的确定加工总余量与工序（工步）余量加工总余量即毛坯余量，是指毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，也就是某加工表面上切除的金属层总厚度。工步（工序）余量是指相邻两工序（工步）的尺寸之差，也就是某道工序（工步）所切除的金属层厚度。显然有 （5-1)式中 ZS - 某表面加工总余量； n - 该表面的机械加工工序（工步）数； Zi - 该表面第i个工序（工步）加工余量。工序余量计算公式：设某加工表面上道工序（工步）的尺寸为a，本道工序（工步）的尺寸b，则本道工序（工步）的基本余量Zb可表示成：对于被包容表面（图5-25a,c):(5-2)对于包容表面(图5-25 b,d)(5-3) 单边余量与多边余量工序（工步）余量有单边余量和双边余量之分。通常平面加工属于单边余量（图5-25a，b），回转面（外圆、内孔等）和某些对称平面（键槽等）加工属于双边余量（图5-25c，d）。双边余量各边余量等于工序（工步）余量的一半（图5-25c，d）。5.基准的选择5.1基准及其分类基准是零件上用来确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准功能不同，分为设计基准和工艺基准。1）设计基准 它是在零件设计图纸上用来确定其他点、线、面的位置的基准，轴心线O-O是外圆表面和内孔的设计基准；端面A是端面B、C的设计基准；30H7内孔的轴心线是45h6外圆表面径向跳动和端面B跳动的设计基准。2）工艺基准 它是在工艺过程中所采用的基准。包括以下基准。工序基准:是在工序图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。所注的被表面位置尺寸称为工序尺寸。定位基准:是在加工中用于工件定位的基准。加工A面和B面时，以C面和D面为工件的定位基准。 测量基准:是测量工件的形状、位置和尺寸误差时采用的基准。两种测量方法，(a)为检验面A时时以小圆柱面的上母线为测量基准；(b)时以大圆柱面的下母线为测量基准。装配基准:在机器装配时，用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。齿轮和轴的装配，是基准之间关系的实例。 5.2定位基准的选择 在机械加工过程中的开始，只能用未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。基准称为辅助基准，如工艺台，工艺孔等。根据工件加工的工艺过程，下面分别阐述粗、精基准选择的基本原则。 1）粗基准的选择原则 选择粗基准时，主要考虑两个问题：一是合理地分配各加工面的加工余量：二是保证加工面与不加工面之间的相互位置关系。具体选择时应参考下列原则。为了保证加工面和不加工面之间的相互位置要求，一般选择不加工面为粗基准。如图3-14所示，毛坯铸造时内孔和外圆有偏心，若采用不加工的外圆表面为粗基准加工内孔，则内孔和外圆是同轴的，即壁厚均匀，而内孔的加工余量不均匀。当工件上有多个不加工面与加工面之间有位置要求时，应选择其中位置要求较高的不加工面为粗基准。 加工余量合理分配原则 为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。一阶梯轴需加工两外圆表面，因70mm外圆的余量较小，故应选70mm外圆为粗基准。如果选115mm外圆为粗基准加工70mm外圆，当两外圆轴线有3mm的偏心时，加工后70mm的外圆有一侧因余量不足（余量为-0.5mm）出现毛面，使工件报废。重要表面原则为保证重要加工表面的加工余量均匀，应选重要加工表面为粗基准。导轨表面是重要表面，为保证机床床身导轨面的组织均匀和耐磨性一致，且在整个导轨表面内具有大体一致的力学性能。因此选择导轨面为粗基准不重复使用原则粗基准精度低、表面粗糙，重复使用会造成较大的定位误差，从而引起相应加工表面间出现较大的位置误差，因此在同一尺寸方向上一般只允许使用一次，以免产生较大的定位误差。如重复使用毛坯面B定位加工表面A和C，则必然会使A与C表面的轴线产生较大的同轴度误差。 便于装夹原则 作为粗基准的表面，应平整光洁，要避开铸造浇冒口、分型面、锻造飞边等表面缺陷，以保证工件定位可靠，夹紧方便。 2） 精基准的选择基准重合原则 直接采用设计基准作为定位基准，称为基准重合原则。采用设计基准作为定位基准称为基准重合。如图3-18（a）所示，零件的表面A和B已经加工好，即设计尺寸a及其公差要求已经得到保证。现采用静调整法加工零件的表面C，考虑加工方便起见，以底面A为定位基准进行加工，即设 计基准与定位基准不重合，加工时得到尺寸c。为保证设计尺寸b及其公差（Tb）的要求，尺寸b不仅要包含本工序尺寸c的加工误差（c），还要包括由于设计基准和定位基准不重合所带来的基准不重合误差，其最大值为设计基准和定位基准间位置尺寸a的公差（Ta），即TbTac。所以，本工序尺寸c的加工误差cTb Ta，这样就缩小了本工序的加工允差，提高了加工精度，增加了加工成本。而图3-18（b）所示以顶面B为定位基准加工表面C时，工序尺 寸就是设计尺寸b，满足基准重合原则。其加工误差bTb，无须考虑尺寸a的公差Ta，这样就降低了加工要求和加工成本。由此可见，基准重合可消除基准不重合误差，有利于保证加工精度，实际加工中应尽量采用。但在某些情况下，基准重合会带来一些新的问题，如工件装夹不方便、夹具设计太复杂等，从而实现起来很困难。采用基准重合原则进行加工，采用预先调整好的组合铣刀同时加工 B、C两表面，无论是定位夹紧还是刀具调整，都比较麻烦。故只要加工精度允许，为了便于工件定位和加工，同时使夹具结构简单，可以考虑基准不重合的加工方法。上面分析了按静调整法加工一批工件时，因定位基准与设计基准不重合而产生基准不重合误差。若用试切法或动调整法直接保证每个零件的尺寸，就不存在这项误差，但会影响生产率的提高。 基准统一原则 在零件加工的整个工艺过程或者相关的某几道工序中，选用同一个（或一组）定位基准进行定位，称为基准统一原则。例如：轴类零件加工时常采用中心孔作为统一基准加工各外圆表面，这样不仅能在一次安装中加工出大多数表面，还能保证各段外圆的同轴度以及端面与轴心线的垂直度等要求。 自为基准原则 对于某些在精加工或光整加工工序中要求加工余量小而均匀的表面时，可以选择加工表面本身作为定位基准，这就是自为基准原则。如图3-20所示，无心磨床上磨外圆表面时， 被磨削的工件由外圆表面本身定位进行加工。又如用浮动铰刀铰孔，拉刀拉孔等，都是利用内孔表面自身进行定位加工。但须指出，用自为基准原则加工时，只能提高加工面本身的尺寸精度，不能提高加工面的几何形状和相互位置精度，其精度要求必须在前道工序加工时确保。 互为基准反复加工原则 为了使加工面间有较高的位置精度，可采用两个加工表面互为基准反复加工的方法，称为互为定位基准反复加工的原则。为了保证车床主轴前后轴颈和前锥孔同 轴，加工时常采用主轴轴颈和锥孔表面互为基准反复加工来达到。 便于装夹原则 所选择的精基准应保证工件定位准确稳定、装夹方便可靠，夹紧机构简单，操作方便灵活。分别可以凸缘a或b定位，在同样的安装误差下，影响小。 3）辅助基准的选择 它是为了安装方便或易于实现基准统一，人为地制造的一种定位基准。例如轴类零件加工时所用的顶尖孔，这些表面不是零件上的工作表面，在零件的工作中不起任何作用，只是由于工艺上的需要才做出的。零件上制出的工艺搭子B，这种基准称为辅 助基准。A为加工表面，C为定位表面。此外，零件上的某些次要表面，即非配合表面，因工艺上宜作为定位基准而提高它的加工精度和表面质量，以备定位时使用，这种表面也属于辅助基准。例如齿轮的齿顶圆，丝杠的外圆表面等。 6.机床的选择首先应根据零件的形状、尺寸、加工数量及各项技术要求，合理选用数控机床。如果是轴、盘类零件，可选用数控车床；如果是各种箱体、箱盖、盖板、壳体和平面凸轮等零件，可选用立式数控铣镗床或立式加工中心；如果是复杂曲面、叶轮和模具等零件，可选用三坐标联动数控机床；如果是复杂的箱体零件、泵。 机床的精度与工序要求的精度相适应。 机床的规格与工件的外形尺寸、本工序的切削用量相适应。 机床的生产率与被加工零件或产品的生产类型相适应。 选择的设备应尽可能与工厂现有条件相适应。 7.刀具的选择及要求刀具的选择主要取决于各工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求、生产率和经济性等因素。因此刀具必须具有较高的精度、刚度和耐用度，安装调整方便的特点。应尽量采用新型高效刀具，并使刀具标准化和通用化，以减少刀具的种类，便于刀具管理。同时要注重推广新型刀具材料和先进刀具。 三、夹具的设计1.定位夹紧机构的基本要求 工件不移动原则 工件不变形原则 工件不震动原则 安全，省力，方便 自动化，复杂化程度与生产纲领相一致。要求主要在粗加工时考虑，要求、主要在精加工时考虑。2.夹具设计思路双工位倒档齿压铜套夹具在汽车变速器齿轮的中，常有在内孔中镶铜套的齿轮。这些齿轮的加工工艺过程一般有：制齿硬化处理压铜套车（磨）内孔。设计安全高效的压铜套夹具，离不开对其工艺过程的仔细分析。数控复合磨夹具进口高效的数控设备的应用，在提高了机床夹具设计水平的同时，也改变了高精度夹具的加工制造能力。只有充分考虑现场设备条件，才可以使夹具的设计制造成为可能。通用滚中间轴夹具为数控加工设备设计夹具，离不开对设备加工原理的了解。采用不同的加工程序，不仅加工效率不同，而且有时会给夹具设计带来方便。3与时俱进的机床夹具设计思路初探通过对以上三个夹具设计思路的分析，可以看出，结合现场的生产条件进行机床夹具设计，要考虑以下几点：认真分析工艺过程结合生产现状及工序内容的安排，对工艺过程进行分析研究，找出夹具设计所要解决的主要问题。熟悉夹具所配机床的情况熟悉夹具所配机床的规格、性能参数、加工原理，避免设计出的夹具与机床不匹配，有时对解决夹具设计时遇到的问题也有帮助。及时了解现场设备状况夹具上有些关键的零部件，用通常的加工设备无法保证加工精度，通过对现有设备状况的了解，可以初步分析所设计夹具加工制造的可行性，提高设计的成功率。用系统的方法、创新的思路解决设计中遇到的问题夹具作为由夹具、机床、刀具、工件共同组成的工艺系统的一个部分，对夹具设计时遇到的问题，应从系统的角度去考虑解决，在借鉴类似夹具设计经验时，要勇于创新。懂得夹具的调整和使用通过对所设计夹具的调整和使用方法的分析，能够在设计时考虑到必要的精度、调整基准和空间，考虑到夹具使用的安全性和复杂性。3.定位与夹紧常用方式工件的定位是通过工件上的定位基准面和夹具上的定位元件工作表面之间的配合或接触实现的，一般应根据工件上定位基准面的形状，选择相应的定位元件。常见定位元件及定位方式 找正法 工件定位时由工人用百分表、划针或目测的方法在机床上直接找