典型零件触头加工终稿

西安文理学院机械电子工程系本科毕业设计（论文）题目典型零件触头加工专业班级学号学生姓名指导教师设计所在单位西安文理学院典型零件触头加工摘要触头指的是接触器的触头，接触器的主要工作是接通和断开用电器的电路。触头的加工，采用管材经车、铣工艺加工而成，生产的零件组织晶格致密，电参数性能好。因为触头零件形状结构的特殊性，在加工中心的加工需设计专用夹具，以使工件在机床上相对于刀具占有正确的位置，以便工件在机床上进行加工时，可以保证加工精度和提高生产率，而且，夹具在机械加工中直接影响机械加工的质量、生产率和生产成本以及工人的劳动强度等。触头零件的加工选择在数控机床上进行加工，在选择合理的工艺之后，确定加工时的走到路径，编制数控加工的程序。关键词触头，加工中心，数控机床，夹具设计TYPICALPARTSCONTACTORPROCESSINGABSTRACTCONTACTORREFERSTOTOUCHTHEHEADCONTACTOR,THEMAINJOBOFCONTACTORISTOCONNECTANDDISCONNECTTHEELECTRICCIRCUITCONTACTORPROCESSING,USINGPIPEBYTURNING,MILLINGPROCESSANDPRODUCTIONPARTS,ELECTRICGRIDDENSETISSUEGOODPERFORMANCEPARAMETERSBECAUSETOUCHHEADSHAPESTRUCTUREPARTSINMACHININGCENTERPROCESSINGNEEDSPECIALFIXTUREDESIGN,WITHTHEMACHINETOOLSINRELATIONTOOCCUPYTHECORRECTPOSITION,SOTHEWORKPIECEINMACHINEPROCESSING,CANGUARANTEEMACHININGACCURACYANDPRODUCTIVITY,ANDFIXTUREINMECHANICALPROCESSINGDIRECTLYAFFECTTHEQUALITYOFMECHANICALPROCESSING,PRODUCTIVITYANDPRODUCTIONCOSTANDWORKERSLABOURINTENSITY,ETCCONTACTORPARTSPROCESSINGSELECTIONINTHENCMACHINEPROCESSING,THERATIONALCHOICEINTHEPROCESS,DETERMINETHEWALKTOTHEPATHOFNCMACHININGPROCESS,PREPAREKEYWORDSCONTACTOR；MACHININGENTERS；NUMERICALLYCONTROLLEDMACHINETOOLS；FIXTUREDESIGN目录第1章绪论111触头简介112数控加工的发展趋势113此课题的意义3第2章零件分析421零件主要加工部位分析422主要加工难点分析5第3章工装夹具设计631夹具简单介绍6312选择夹具应注意的问题632数控车床夹具设计7321车床夹具的设计特点7322确定工件的夹紧7323计算卡爪夹紧力和切削力833加工中心夹具设计9331加工中心夹具设计要点9333夹具结构设计1134本章小结13第4章加工工艺分析与制定1441车床加工工艺分析16411加工阶段确定16412车床刀具选择18413车床切削参数选择1842加工中心工艺分析20421加工中心的特点20422加工中心加工工序20423刀具选择21424加工槽的走刀路径2143本章小结22第5章程序编制2351数控车床编程简介23511各功能指令23512数控车床程序编制2652加工中心29521加工中心编程简介29522加工中心程序编制3153本章小结33致谢34参考文献35第1章绪论11触头简介该指形触头零件是由24个触片于支撑架上构成的环形体，其加工采用管材经车、铣工艺加工而成，生产的零件组织晶格致密，电参数性能好。而且该工艺方法适合类似零件大批量生产，毛坯材料利用率高，可降低生产成本，提高生产效率，其经济效益显著。触头指的是接触器的触头，在一个接触器上一般有主触头和辅助触头之分，主触头是用来接通主回路也就是连接电源和负载的，所以主触头的触点容量一般都比较大，因为它不但要通过设备运行当中的运行电流，投运和停运时还要承担瞬间的过流，电流较大时会有和常闭之分，可根据实际需要另行配置，主要用在控制信号、保护等回路中，由于与主触点同步动作，因此在这些回路中起到间接保护作用。拉弧指电弧产生，会给其动静触头带来烧灼现象，甚至会将其熔化。而它辅助触头相对容量就会小很多，一般有常开示接触器动作情况的作用，另外如果回路电流较小时还可以起到增加触点数量的作用。对大电流的接触器来说，拉弧是很正常的1，因此，对应的设备都安装有灭弧装置，对接触器来说，一般是装在盖上的，因此，相关设备都禁止不装盖子进行操作，一般来说，只要没超过额定的电流，触头的寿命都不会很短，前提是要按规矩进行选配，要使用正规的产品，要留有足够的余地。对于高压来说，各接触器也有各自的耐压范围，对一般民用来说，电压的影响较小。常规说来，接触器选择大一点的对系统影响不大，只要保护装置选合适。接触器的主要工作是接通和断开用电器的电路，之所以用两种触头是为了减少因通断瞬间产生电弧的损害，延长主触头的寿命。辅助触头更换比较容易，价格也便宜。（主辅触头分别动作的时间差及小，故不会影响用电器工作。如吸合时，辅助触头先吸合通过小电流，主触头吸合时就不会产生较大的电弧了。断开时主触头先断开，这时辅助触头还有电流流过，在主锄头断开时就不会有产生较大的电弧了。触头的接触形式有面接触、线接触和点接触三种。面接触需要有较大的压力才能使接触良好，自洁作用差，常用于电流较大的固定连接（如母线）和低压开关电器（如刀开关和插入式熔断器）。线接触应用最广，即使在压力不大时接触处的压强较高，接触电阻较小，触头的自洁作用强。点接触的容量小，通常用于控制电器或开关电器的辅助触点。该零件的接触形式就是线接触，充分发挥了其接触处压强高，接触电阻较小，触头自洁能力强的优点。12数控加工的发展趋势数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。采用数控机床不仅提高了机械加工的性能，还有效提地提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化，并向智慧化、集成化方向发展。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个新阶段。目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。为适应这种情况，数控机床正朝着多品种、高精度、高速度、复合型、编程简单化以及环保化的方向发展。具体有以下几个方面发展1、多品种、高附加值、复合型目前，数控机床中使用和研究较多的是数控车床和数控镗铣床。数控机床除了这些常用的数控机床外，还有数控滚齿机、插齿机、磨齿机、曲轴连杆颈磨床等多种高效率数控加工机床。复合型机床是将多种动力头集中于一台机床上，使工件在一次装夹中完成多道工序的加工，从而使工件的加工精度及生产率大大提高。2、高速度、高精度、高技术含量速度和精度是数控机床的两个重要指标。它直接关系到加工效率和产品质量。近几年来，由于汽车、航空、模具等工业发展的需要，我国从国外进口了大量高速加工中心及数控铣床，以此带动和促进了我国机械加工业和数控机床制造业的发展。目前，这些数控机床的主轴转速最高可达1000042000RMIN，快进速度达3060MMIN，加速度051G，换刀时间在152S左右，实现了数控机床的高速度化。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。并采用直线电机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削精度。为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。3、多功能化配有自动换刀机构（刀库容量可达100把以上）的各类加工中心配有自动换刀机构的各类加工中心可实现在同一台机床上同时进行铣削、镗削、钻削、车削、铰削、扩孔、攻螺纹等多道工序，现代数控机床可采用多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多CPU（计算机中心处理装置）结构和分级中断控制方式，即可在同一台机床上同时进行加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可直接对多台数控机床进行控制。4、自适应控制技术智能化现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较好的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。5、数控系统将采用更高集成度的电路芯片。利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路。以减少元器件的数量来提高可靠性通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化、通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量、又便于组织生产和质量把关。还可通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀具损坏、干扰、断电等各种意外发生时，自动进行相应的保护。6、控制系统和数控系统小型化控制系统与数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。13此课题的意义通过对该零件的综合分析与设计，使我们对于本科阶段学习的专业课程能够有更进一步的理解，综合运用所学的知识解决实际的加工生产问题，提高我们实际的动手与动脑能力。分析零件在实际生产运用中的功能、特性，了解其生产环境，它在生产中的主要任务，才能够有目标的明确其加工过程中应当注意的问题与工艺方案。为保证被加工零件的必要的精度，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，指定加工方案，确定零件的加工顺序、各工序所有刀具和夹具、切削用量等。因此，此课题的工艺制定及夹具设计等具有实际的工程意义。第2章零件分析零件的加工，主要是对零件的加工部位，加工特点，加工难点及精度要求进完整的分析，这对于后面制定零件的加工工序，编制零件在数控车床及加工中心上加工程序都至关重要，所以这是对零件进行加工的必要步骤。21零件主要加工部位分析该典型出头零件是利用管材经车、铣工艺加工而成，触头尾部的螺纹可配合机器设备进行使用，在螺纹部位有180均布的两个孔，可使用扳手将触头零件与其他部位配合。零件腔体内部17MM的凹陷部位，可以使得触片在实际的工程运用中有足够的弹性，以避免触头零件在使用过程中遇到受载过大，或受载过猛的时候出现触片断裂的情况。触头头部触片的弧度可有效保证其与接触器件触合时的稳定性。24个触片之间的空隙，可有效避免触头零件在工作时产生的电弧的影响，从而保证触头零件正常高效的工作。触头材料选择H62R黄铜，这种是压力加工普通黄铜中的双相黄铜，R含义为热轧，这种黄铜强度高，塑性好，有良好的耐蚀性，适宜于热变形加工，广泛用于热轧，热压零件，故可用于触头零件加工。对于触片的工作面还应该进行表面强化处理和表面防护处理，以减少其表面的磨损和损伤。零件立体图如下图21触头立体图表面粗糙度要求为RA63M，采用粗车，半精车可达到要求；零件尾端端面和圆柱面之间有垂直度要求。具体如图22所示图22指状触头零件图22主要加工难点分析1、加工精度触头零件的加工难点在于头部24个触片的加工，首先触片弧度处的加工，先用外圆车刀车削触片外壁弧度，待换用镗刀之后，镗削内壁弧度，难点在于车削加工和镗削加工在内外壁的弧度处的接合。R40圆弧与外圆表面、R40圆弧与R3圆弧、R3圆弧与R10圆弧、R10圆弧与斜面及斜面与R33圆弧的连接，应保证接合处光滑，尤其是R3圆弧是经车刀加工继而换用镗刀加工完成的一段圆弧，故在程序编制时应保证车刀和镗刀加工时Z轴方向一致。其次，24个触片之间的2MM的间隙，采用2MM的锯片铣刀对其进行加工。另外，位置精度要求触头尾部端面与外圆柱面之间有垂直度005的要求。最后，对M13026H螺纹的加工，需选用合适的刀片。2、均布问题确保24个槽及2301的孔的均匀分布，一方面通过编制程序，采用具有24个槽的等分分度盘，直接实现2及24等分的分度设定主轴转动的度数来实现，分度精度一般为60。另一方面加工24个槽时，可通过专用夹具壳体上设定的导引槽来确保刀具路径的准确，保证精度。第3章工装夹具设计机床夹具是机械加工工艺系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺准备。工件在机床上进行加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，机床夹具便是完成这一功能的辅助装置。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、生产率和生产成本以及工人的劳动强度等。因此机床夹具的设计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。31夹具简单介绍夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其主要作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并且在加工过程中这个位置保持不变。311夹具的工作原理夹具的工作原理有以下几点1、使工件在夹具中占有正确的加工位置。这是通过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面（定位元件上其定位作用的表面）接触、配合或对准来实现的。2、夹具对机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置的精度要求。3、使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。在机械加工中，夹具在工艺装备中占有重要地位，夹具设计恰当与否，在很大程度上影晌加工质量、生产率、劳动条件和加工成本。因此，夹具设计是机械加工中一项重要的工作。在电瓷电器产品中，大量的金属配件都是异形件，并有较高的尺寸精度及形位公差要求。触头就属这一类零件。它的形状异形，几何结构复杂，是有尺寸形位公差要求的黄铜件。312选择夹具应注意的问题选择夹具时应注意以下几点1）要保证工件的加工精度。夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工而与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。使用夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖于工人的技术水平。2）夹具结构与元件的标准化、模块化并可重复使用以保证低成本。为了达到快速生产准备，及时向车间供应生产需用的夹具，夹具元件及夹具结构的标准化、模块化有十分重要的作用，这样可以大大加快夹具设计和制造的进度。同时，为了降低工件加工成本中的夹具费用，夹具是加工过程中的工具而非最终产品，夹具元件及部件的重复使用在单件、小批和大批生产中具有关键的经济意义。这项工作也是当代计算机辅助夹具设计系统研究与开发的基础。3）在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。例如在车床或钻床上使用锉模可以代替锉床键孔。4）减轻工人劳动强度，保证使用方便和安全。夹具机构应该满足便于装卸和夹紧工件，便于排屑和保证安全，需要时便于测量和调整。32数控车床夹具设计321车床夹具的设计特点1、整个车床夹具随机床主轴一起回转，所以要求它结构紧凑，轮廓尺寸尽可能小，质量小，而且中心重心应尽可能靠近回转轴线，以减少惯性力和回转力矩。2、应有平衡措施消除回转中的不平衡现象，以减少振动等不利影响。平衡块的位置应根据需要可以调整。3、与主轴端联结部分是夹具的定位基准，所以应有较准确的圆柱孔（或锥孔），其结构形式和尺寸，依具体使用的机床主轴端部结构而定。4、高速回转的夹具，应特别注意使用安全，如尽可能避免带有尖角或凸出部分；夹紧力要足够大，且自锁可靠等。必要时回转部分外面可加罩壳，以保证操作安全。322确定工件的夹紧工件在定位元件上定位后，必须采用一定的装置将工件压紧夹牢，使其在加工过程中不会因为受切削力、惯性力或离心力等作用而发生振动或位移，从而保证加工质量和生产安全，这种装置即为夹紧装置。夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件，与工件直接接触完成夹紧作用。夹紧装置必须满足如下基本要求1、夹紧时不能破坏工件定位后获得的正确位置。2、加紧力大小要适中，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动，由不得使工件产生变形或损伤工作表面。3、夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。4、结构紧凑，易于制造与维修，其自动化程度及复杂程度应与工件的生产纲领相适应。另外，设计夹紧机构，首先需合理确定夹紧力的三要素大小、方向和作用点。该工件在车床上的加工是以内外圆柱面定位，选用内外圆定心夹紧机构，在实现定心的同时，能将工件加紧，如选用三爪自定心卡盘。323计算卡爪夹紧力和切削力为了满足此零件加工需要，零件夹具设计时应先计算出卡爪夹紧力和切削力，从而得出机床卡盘需要调整到的压力。1、卡爪夹紧力公式NDFKMW2（式31）式中N卡爪数；安全系数；F摩擦系数；M切削扭距；D零件直径2、由于实际的金属切削过程非常复杂，影响因素很多，因而现有的一些结果不能很好地吻合。所以在生产实际中，切削力的大小一般采用由实验结果建立起来的经验公式计算。对于一般加工方法，如车削、孔加工和铣削等已建立了可直接利用的经验公式。常用的经验公式可分为两类一类是指数公式，一类是按单位切削力进行计算的公式。切削力公式FFMNFCYXPFCKKVFACSRC0（式32）切削扭距公式2DC（式33）式中CF系数；CX、CY、CN指数；PA吃刀深度；F进给量；CV切削速度；MFK材料修正系数；FRK主偏角修正系数；FK0前角修正系数；S刃倾角修正系数；刀尖圆弧半径修正系数。经查切削手册，该零件加工时的主切削力为FFMNCYFXPCKKVFACSRC0N0193191502397N切削扭距卡爪夹紧力根据公式计算结果，留出一定的安全保障系数后，将卡爪夹紧力确定为88798N。另外，设计了扇形三爪卡盘，以增大夹持面积，减小零件夹紧变形，扇形三爪卡盘如图31所示。图31扇形三爪触头零件加工的毛坯料采用黄铜管材，为了确保触头外表面的完整加工，在车床上加工的第一步，先利用管材的内表面来装夹定位，采用内撑的三爪卡盘，待外表面和内表面的前半部分加工完成后，换用扇形软三爪装夹定位零件外表面，加工另一端内壁。33加工中心夹具设计331加工中心夹具设计要点1、加工中心的夹具，所有需要完成的待加工面应充分暴露在外，夹具尽可能敞开，便于多面加工和实现工序的高度集中，从而确定各加工面的相互位置精度。加工中心夹具有别于普通机床夹具的一个显著特征，就是夹具的设计须考虑尽可能满足多面集中加工的需要。2、在加工中心中，由于是在预先规定的坐标系中实现工件与刀具的相对移动，夹具必须与加工中心工作台及工件定位面之间准确、可靠地定位，夹具上工件定位基准应与加工中心坐标保持一定的尺寸关系。3、与普通机床的夹具相比，卧式加工中心上的夹具除了要给1个基准面以外，还要求提供1个回转中心。在加工中心上1次装夹后要对工件的几个面进行加工。夹具设计时，可在夹具NNDFKMW79830145622MNFC4193定位底面中心事先镗出1个精度较高的圆柱孔，通过一圆销使之与工作台上的中心圆孔定位同心，而工作台的中心圆孔也就是机床B轴的回转中心，夹具中心也就处于B轴的回转中心上。然后，找正夹具上的1个基准侧面，使之完全平行于X轴方向。这样，夹具相对于机床就具备了十分精确可靠的合理位置，为实现工件的集中加工创造了十分有利的条件。4、必须充分考虑夹具含工件在加工中心卫作台上的位置。在工艺设计时根据加工中心的行程、各加工部位刀具的配置及刀具的长度、各工位的运动轨迹等多方面因素，综合计算各工位的加工表面到加工中心主轴端面的距离以及与工作台台面的垂直高度尺寸，选择合理的刀具类型及刀具长度，确定工件在工作台上的最佳位置。并且要求夹具在空间上满足各刀具均有可能接近所有待加工表面。如考虑不周，将会造成机床超程、更换刀具或重新试切等弊端，影响生产效率和加工质量。5、装夹工件后，夹具上的一些定位块、压板和螺栓等组成元件不可与刀具运动轨迹发生干涉，不影响加工过程的刀具进退路线。要尽量降低夹具的夹紧元件位置，以防夹具与主轴、刀具在加工过程中发生干涉或碰撞，保证刀具轨迹畅通安全。6、合理地利用粗基准定位。数控加工中心的夹具制造精度一般并不高于传统的分散工序加工的普通机床夹具的精度要求。尤其是在卧式或五面加工中心完成的加工件，进行多面加工，往往可以选择1个相对较粗的基准定位，通过加工中心的集中加工来确保各加工部位的准确精度。332夹具设计的定位分析工件的定位使工件在夹具中相对于机床、刀具占有明确的正确位置，而且，应用夹具定位工件，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。工件定位时，影响加工精度要求的自由度必须限制，不影响加工精度要求的自由度可以限制，也可以不限制，视具体情况而定。用夹具定位来装夹，夹具以一定的位置安装在机床上，工件按照六点定位的原则在夹具中定位并夹紧，不需要进行找正。这样既能保证工件在机床上的定位精度（可达001MM），而且装卸方便，可以节省大量辅助时间。在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。触头零件定位孔的加工需要限制X方向与Y方向的移动自由度YX,及Y,Z方向的转动自由度ZY,，在加工孔时，钻头中心只要对准零件的中心轴线，就可保证加工的两个孔是180均布，X方向的转动依靠专用夹具的夹紧力限制。而24个槽的加工，需要限制Z方向的转动自由度Z。因此，该零件的定位属于不完全定位。此处工件的定位为组合定位方式。触头尾部的定位是利用尾部的端面与专用夹具台阶端盖接触，采用面定位，触头头部的圆弧外表面与专用夹具圆弧端盖的内表面接触，也属于面定位。台阶端盖限制了X、Y、Z方向的移动自由度ZYX,及YZ方向的转动自由度ZY,，圆弧端盖限制X方向移动自由度X及Y,Z方向的转动自由度,。这样便产生了Y,Z方向转动的过定位及X方向移动的过定位，可通过提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以消除过定位引起的干涉。333夹具结构设计由于触头零件结构的特殊性，在铣床上加工需要设计配合其加工的专用夹具。为确保零件的加工精度，此处使用多件联动加紧。零件、台阶端盖与圆弧端盖三者之间用一根心轴连接，为了传动扭矩，避免零件与台阶端盖之间的轴向转动，在中心轴与台阶端盖的连接处设计成键连接。触头的头部和尾部的两个专用夹具需要分别加工，将零件装夹于两专用夹具之间，通过一个装夹在三爪卡盘上的定位心轴将两个专用夹具和零件连接为一体之后用螺母紧固，用顶尖固定，保证其水平精度。所以，在此需要设计三个专用夹具。它们分别为1、连接心轴因为心轴要起到轴向支承作用，需选用强度好的材料加工成心轴专用夹具，材料选用中淬透性合金调质钢42CRMO六方部位装夹在机床的三爪卡盘上，圆台通过键与台阶端盖联结为一体，键的联结选用一般键联结，配合精度为N9，深度30；右端的跑道凸缘用于联结圆弧端盖，是为了避免两者之间的相互转动，最右端使用M8的螺母紧固夹具。如图32所示图32连接心轴2、台阶端盖材料选用合金渗碳钢12CRNI3是中淬透性合金渗碳钢，这类钢经渗碳、淬火低温回火后，钢的表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有足够强度、塑性和韧性，能够承受在交变应力和摩擦作用的同时，也能承受一定的冲击载荷下工作的材料。键联结毂的配合精度JS90015，深度23。如图33所示图33台阶端盖3、圆弧端盖材料与台阶端盖相同，选择中淬透性合金渗碳钢12CRNI3，材料特性如2所述，圆弧端盖中心与连接心轴通过跑道型孔来配合装夹，圆弧部位的内圆弧面与触头零件的外圆弧面应刚好吻合，如图34所示图34圆弧端盖连接心轴与台阶端盖通过键联结，与铣槽导引端盖通过跑道型孔联结，三者配合之后最右端使用螺母紧固，以避免工件在夹具体中转动，它们配合如下图35所示图35夹具联结配合使用图示34本章小结在这一章中，主要解决生产触头零件所要用到的专用夹具问题，分别讲述了夹具设计需要注意的问题，如车床上夹紧力的确定，定位分析等；然后根据分析提出了三个针对触头零件的加工的专用夹具，分别为连接心轴、台阶端盖和圆弧端盖。在解决了以上问题后，方可下一步指定工艺。第4章加工工艺分析与制定工艺就是制造产品的方法。机械制造工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。制订机械加工工艺过程时要主要解决的几个主要问题1、定位基准的选择合理选择定位基准对保证加工精度和确定加工顺序都具有决定性影响，因此，它是制订工艺过程中要解决的首要问题。基准的选择，实际上就是基面的选择问题。在第一道工序中，只能使用毛坯的表面来定位，这种定位基面就称为粗基面。在以后各工序的加工中，可以采用已经加工过的表面作为定位基面，这种定位基面就称为精基面。有时会遇到这种情况工件上没有能作为定位基面用的恰当的表面，这时就有必要在工件上专门加工出定位基面，这种基面称为辅助基面。2、工艺路线的拟定拟定工艺路线是制订工艺规程中关键性的一步，它与定位基面的选择有密切的关系。工艺路线不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等问题。该零件的技术要求在前面已经阐述，由于精度要求只有RA63M，因此加工方案可选择粗车，半精车即可达到精度要求。加工阶段在后续的车床工艺分析中详述，主要是遵循先粗后精、先主后次、先基面后其它的原则。3、加工余量的确定在由毛坯加工成成品的过程中，毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差就称为加工总余量，即为某加工表面上切除的金属层的总厚度。相邻两工序的工序尺寸之差，即为后一道工序所切除的金属层厚度就成为工序余量。对于外圆和孔等旋转表面而言，加工余量是从直径上考虑的，故称为对称余量，实际所切除的金属层厚度是直径上的加工余量之半。平面的加工余量则是单边余量。触头零件的机械加工的全部工艺过程表41所示表41触头加工工艺过程序号工序名称工序内容及要求基面设备1锻造触头锻造工艺，坯料尺寸外径150MM，内径100MM，长度尺寸120MM2粗车零件外形粗车外圆至141MM，粗车圆弧R405MM,R35MM尾端内孔面数控车床3粗镗零件头部内壁切削内孔至111MM，从外向内镗削R35MM,R105MM,斜面，R335MM，125MM，镗孔深度60MM尾端内孔面数控车床4粗镗零件尾部内壁粗镗125MM，深23MM；132MM，长度尺寸35MM，斜面已加工的外圆定位数控车床5粗车端面粗车端面至119MM已加工外圆数控车定位床6时效处理释放加工过程中形成的内应力7半精车零件外形半精车外圆至14001MM，半精车圆弧R40MM，R3MM已加工内孔面定位数控车床8半精镗零件头部内壁从外向内半精镗R3MM，R10MM，斜面，R33MM，12605MM，镗刀加工深度55MM已加工内孔面数控车床9半精镗零件尾部内壁半精镗1287MM，深度尺寸2302MM；133203MM，尺寸3503MM，两个R3MM的圆角已半精加工的外圆定位数控车床10半精车端面车端面至11803MM已半精加工的外圆定位数控车床11车削螺纹车削M13026H的螺纹已半精加工的外圆定位数控车床12车螺纹倒角车削15120的倒角已半精加工的外圆定位数控车床13打中心孔钻3MM的180均布的中心孔零件尾部端面和头部外圆弧面定位加工中心14扩孔扩孔至6MM零件尾部端面和头部外圆弧面定位加工中心15钻孔钻孔至301零件尾部端面和头部外圆弧面定位加工中心16铣槽用100MM，厚度2MM的锯片铣刀铣2MM的槽，深度9303MM零件尾部端面和头部外圆弧面定位加工中心17去毛刺用细砂纸去除24个槽内的毛刺工作台41车床加工工艺分析411加工阶段确定1、加工阶段的划分（1）划分加工阶段的原因1）保证加工质量粗加工时，由于加工余量大，所受的切削力、夹紧力也大，将引起较大的变形，如果不划分阶段连续进行粗精加工，上述变形来不及恢复，将影响加工精度。所以，需要划分加工阶段，使粗加工产生的误差和变形，通过半精加工和精加工予以纠正，并逐步提高零件的精度和表面质量。2合理使用设备粗加工要求采用刚性好、效率高而精度较低的机床，精加工则要求机床精度高。划分加工阶段后，可避免以精干粗，可以充分发挥机床的性能，延长使用寿命。3便于安排热处理工序，使冷热加工工序配合的更好粗加工后，一般要安排去应力的时效处理，以消除内应力。精加工前要安排淬火等最终热处理，其变形可以通过精加工予以消除。4有利于及早发现毛坯的缺陷如铸件的砂眼气孔等粗加工时去除了加工表面的大部分余量，若发现了毛坯缺陷，及时予以报废，以免继续加工造成工时的浪费。应当指出加工阶段的划分不是绝对的，必须根据工件的加工精度要求和工件的刚性来决定。一般说来，工件精度要求越高、刚性越差，划分阶段应越细；当工件批量小、精度要求不太高、工件刚性较好时也可以不分或少分阶段；重型零件由于输送及装夹困难，一般在一次装夹下完成粗精加工，为了弥补不分阶段带来的弊端，常常在粗加工工步后松开工件，然后以较小的夹紧力重新夹紧，再继续进行精加工工步。（2）在车床上的加工可划分为3个阶段加工顺序按由内到外，由粗到精的原则进行，在一次装夹中，尽可能加工出较多的零件表面。针对本零件的结构特点，可先粗加工零件内外表面，精加工内孔表面，再精加工外轮廓面。1）粗加工阶段加工分两步。第一步，车削加工零件外表面，包括外圆及触片部分的弧度，触头头部内壁弧度，第二步，将零件掉头装夹，内壁凹槽及尾部内壁的加工，刀具需用55粗车刀，35镗刀；2）精加工阶段该阶段分两步进行，第一步，在外圆粗加工的基础上，以已经加工的外圆表面定位，精车零件尾端内孔表面；第二步，以精车的零件尾端的内孔表面定位，半精加工零件外轮廓表面，半精镗削触头内壁凹槽及零件头部触片部位的内壁弧度，选用55精车刀、35镗刀；车削之后的零件如图41所示图41车削后零件形状3）连接螺纹加工阶段螺纹是指在圆柱表面或圆锥表面上，沿着螺旋线形成的、具有相同断面的连续凸起和沟槽。它是生产加工中最为常见的一种形式，因此，螺纹的加工也是至关重要的。螺纹切削是加工螺纹件效率最高、经济性最好的加工方法，一般指用成形刀具或磨具在工件上加工螺纹的方法，主要有车削、铣削、攻丝、套丝等。车削螺纹时，工件每转一转，机床的传动链保证车刀沿工件轴向准确而均匀地移动一个导程。车削螺纹时，必须保证螺纹的中径、牙型角和螺距。为获得准确的螺距，必须由丝杠带动刀架进给，使工件每转动一周，刀具移动的距离等于螺纹的导程（单头螺纹导程为螺距）。改变进给箱手柄的位置或更换交换齿轮，就可以改变丝杠的转速，从而车出不同螺距的螺纹。要切制出符合要求的螺纹，需要解决三个主要问题A主轴每转一转，螺纹车刀必须在Z向精确地移动一个螺距P；B螺纹加工可能要经过多次切削才能完成，为了防止乱扣，每次开始进刀的位置必须相同；C切制多头螺纹时，应能正确分度。为解决这三个问题，必须使数控系统控制刀具的纵向进给移动与主轴的转动相协调。可以在主轴尾部安装一增量式光电编码器，切制螺纹时，编码器与主轴同步旋转，同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号，数控系统根据此信号控制刀架纵向移动。车削螺纹使用螺纹车刀，一般用高速钢或者硬质合金制造，可加工各种形状、尺寸精度的内外螺纹，特别适合加工大尺寸螺纹。螺纹牙型的精确度取决于螺纹车刀刃磨后的形状及其在车床上安装的位置正确与否。为获得准确的螺纹牙型，螺纹车刀的刀尖角应等于被切螺纹的牙型角。412车床刀具选择刀具选择外圆车刀和镗刀。加工触头零件，选择螺纹车刀来加工公称直径130MM，螺距2MM的右旋单线细牙螺纹。螺纹车刀是一种廓形简单的成形车刀，用于加工各种内、外螺纹。螺纹公差带为6H，它的配合精度是中等精度。表42车床刀具选择刀具参数选择备注外圆粗车刀55粗车外形及触片圆弧部外圆精车刀55精车外形及触片圆弧部，车15倒角镗刀35镗削内壁螺纹刀片60加工公称直径为130MM，螺距为2MM的螺纹413车床切削参数选择切削用量需确定切削速度、进给量和被吃刀量。切削用量的选择是否合理，对于能否充分发挥数控车床的潜力与刀具的切削性能，实现优质、高产、降低成本和安全操作具有很重要的作用。数控编程时，编程人员必需确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量，数控车床切削用量的选择原则是粗车时，首先选择一个尽可能大的被吃刀量PA；其次，选择一个较大的进给量F；最后确定一个合理的切削速度V。增大被吃刀量可以减少进给次数，增大进给量有利于断屑。根据以上原则选择粗车切削用量，有利于提高生产效率，减少刀具损耗，降低加工成本。精车时，对工件精度和表面粗糙度有着较高要求，加工余量不大且较均匀，因此选择精车切削用量时，应着重考虑如何保证工件的加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。因此精车时应选用较小（但不能太小）的被吃刀量PA（一般取0105）和进给量F,并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度V。（1）切削速度V因为车床主运动为旋转运动，因此选用公式601NDVW（41）式中WD工件待加工表面或刀具的最大直径（MM）；N工件或刀具每分钟转数（R/MIN）（2）进给量F进给量的大小直接影响工件表面粗糙度和车削的效率。在选用时要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质等选取。进给量的确定原则如下当工件的质量要求能够得到保证时为提高生产效率，可选择较高的进给量，粗加工时，进给量可选择得高些。在精加工、切断或加工深孔时，宜选择较低的进给量，尤其当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给量应选的更小一些。刀具空行程，特别是远距离回零时，可以设定尽量高的进给量。进给量应与主轴转速和被吃刀量相适应。一般情况下NFVF（42）式中N主运动的转速（R/S）Z刀具齿数。主轴转速N的选择粗加工选600R/MIN，精加工选择1000R/MIN；粗加工时进给量F根据下表选择03MM/R，半精加工时进给量F根据下表选择01MM/R。表43硬质合金外圆车刀切削速度参考值MAP023MAP62MAP106RF/8RF/03RF/工件材料IN/1VC黄铜2501821209（3）被吃刀量PA2MWPDA（43）式中MWD,待加工表面和已加工表面的直径（MM）。确定为145MM，M确定为141MM。因此，粗加工DAWP2半精加工时，选择05MM42加工中心工艺分析加工中心最初是从数控铣床发展而来的，与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统（CNC）、伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。但加工中心又不等同于数控铣床，其最大区别在于加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又成为自动换刀数控机床或多工序数控机床。在加工中心主要完成零件两个部位的加工，分别为尾端的孔的加工和零件头部24个触片间隙的加工。421加工中心的特点加工中心本身的结构包括主机部分和控制部分，有以下结构特点1）控制系统功能丰富，智能化程度越来越高；2）机床的刚度高、抗震性好。为了满足加工中心高自动化、高速度、高精度、高可靠性的要求，加工中心的静刚度、动刚度和机械结构系统的阻尼比都高于普通机床；3）主传动采用无级变速系统，结构简单；4）95以上的主轴运动都采用交流主轴伺服电机，功率大，调速范围广；5）进给传动系统结构简单，传动精度高，进给速度高；6）导轨采用耐磨材料和新结构，能长期保持精度；7）设置刀库和换刀机构，这是加工中心与数控铣床和数控镗床的主要区别，使加工中心的功能和自动化加工的能力更强。加工中心的刀库最多可达百把，这些刀具通过换刀机构自动调用和更换，也可通过控制系统对刀具寿命进行管理。422加工中心加工工序1、孔的加工孔加工时常见的加工工序，主要有钻孔、锪孔、镗孔等操作。孔加工可在数控钻镗床上加工，也可以在数控铣床或加工中心上安装钻头、镗刀、丝锥等不同的孔加工刀具，完成孔加工工序。首先，选用中心钻打中心孔，中心钻选3MM的中心钻，然后用扩孔钻尺寸为5MM扩孔，继而用钻头结合分度装置加工180均布的103MM的孔。孔的中心线与零件尾端的断面的尺寸为505MM。2、槽的加工选用100，厚度2MM的锯片铣刀，配合专用夹具加工头部触片24个均布的槽，每两个槽的中心线之间夹角为15，槽的宽度尺寸为2MM，槽的深度尺寸为9303MM。加工槽时，可按逆时针方向依次加工24个均布的槽，铣刀每加工一个槽，待铣刀归位之后，工件旋转15，铣刀周而复始的加工，直到24个槽全部加工完毕。零件上的24个槽在圆周上是均布的，因此需要用到分度工作台。分度工作台的功用可以将零件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现零件一次安装能完成几个面的多种工序，因此，大大提高了工作效率。分度工作台的分度、转位和定位工作，是按照控制系统的指令自动地进行，每次转位回转一定的角度（90、60、45、30、15等）。423刀具选择要用到的刀具钻头，锯片铣刀的选择表45加工中心刀具选择刀具参数备注中心钻3MM打103MM的中心孔扩孔钻5MM扩孔至5MM钻头103MM钻孔至103MM锯片铣刀100MM，厚度2MM加工24个触片间隙424加工槽的走刀路径加工中心利用锯片铣刀铣削24个槽时，应选择顺铣的方式切削，以避免刀具在切削的旋转过程中，对零件及专用夹具造成向外的应力，而使零件及夹具发生微变形。顺铣，也称向内铣削，即从工件的实体外向实体内铣削的加工方式。在编程时，若选择M03指令，使主轴为顺时针旋转，应使用G41指令，将刀具半径偏置到工件左侧，则刀具为顺铣模式。如果选择G42指令，则刀具为逆铣模式。大多数情况下，顺铣模式是圆周铣削中较好的模式，尤其是在精加工模式中。加工槽的走刀路径如图42中红线所示，红线为锯片铣刀中心的走刀路径图42加工槽的走刀路43本章小结该章主要阐述了触头零件加工的工艺过程，首先列出触头加工的全部工艺过程，包括数控车床和加工中上的加工过程，然后分别从数控车床和加工中心详述该零件的加工工艺。第5章程序编制51数控车床编程简介数控车床指令及其使用与数控系统有很大关系，以下着重介绍FANUCOTJ数控系统进行车削加工所特有的程序编制方法。511各功能指令1、F功能（1）在G95码状态下，F后面的数值表示的是主轴每转的切削进给量或切螺纹时的螺距，在数控车床上这种进给量指令方法使用得很多。指令格式G95F_（2）在G94码状态下，表示每分钟进给量。指令格式G94F_2、S功能主轴最高转速限制G50指令格式G50S_3、T功能T后面有四位数值，前两位是刀具号，后两位既是刀具长度补偿，又是刀尖圆弧半径补偿，如果后面两位数为零，表示取消刀具补偿状态。4、M功能M及后面两位数值表示辅助功能代码，车床上常用的M指令有M00程序停止，用于停止程序运行（主轴旋转，冷却全停）；M01计划停止，同M00作用相似，但它应由机床“任选停止”按钮选择是否有效；M03主轴顺时针方向旋转M04主轴逆时针方向旋转M05主轴旋转停止；M08切削液开；M09切削液关；M30程序停止，程序执行完自动复位到程序起始位置；M98调用子程序；M99子程序调用结束，并返回主程序。5、G功能（1）加工坐标系设定加工坐标系有两种设定方法。一种是以G50方式，另一种是以G54G59的方式。G50是车削常用的方式。（2）快速定位指令G00指令格式G00XU_ZW_其中X、Z为目标点坐标，U、W为增量坐标编程方式。该指令命令刀具以点定位控制方式从当前所在点以最快速度移动到指令给出的目标位置，进给速度受倍率开关控制，与F指定无关，运行时自动进行加、减速控制。（3）直线插补指令G01指令格式GO1XU_ZW_F_；其中X、Z为目标点坐标，U、W为增量坐标编程方式；F为切削进给速度，单位为MMR。该指令命令刀具在当前点与目标点问以插补联动方式按指令的F进给速度作任意斜率的直线运动。（4）圆弧插补指令G02、G03该指令命令刀具在XZ坐标平面内，按指定的F进给速度进行圆弧插补运动，切削出圆弧轮廓。GO2为顺时针圆弧插补指令，GO3为逆时针圆弧插补指令。指令格式G02XU_ZW_I_K_F_；或G02XU_ZW_R_F_；G03XU_ZW_I_K_F_；或G03XU_ZW_R_F_；其中X、Z为圆弧终点坐标；I、K为圆弧中心的坐标，总为相对于圆弧起始点的增量值，R为圆弧半径。顺圆与逆圆插补判别方法在XZ平面内从Y向Y轴的负方向看去，刀具相对工件进给的方向顺时针为G02，逆时针为G03。（5）刀尖圆弧自动补偿功能通常在编程时都将车刀刀尖作为一点来考虑，即所谓假设刀尖，但实际上刀尖是有圆角的。按刀尖点编出的程序在进行端面、外径、内径等与轴线平行的表面加工时，是没有误差的，但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，具有刀尖圆弧半径自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，自动控制刀尖的运动，以避免上述现象的产生。为了进行刀尖圆弧半径补偿，需要使用一下指令G40取消刀具补偿，即按程序路径进给；G41左偏刀具补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给；G42右偏刀具补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给。（6）单一固定循环利用单一固定循环可以将一系列连续地动作，如“切入切削退刀返回”，用一个循环指令完成，从而使程序简化。圆柱切削循环G90,指令编程格式为G90X/U_Z/W_F_（7）复合固定循环G70G76在使用G90、G92、G94时，已经使程序简化，而复合固定循环代码能使程序进一步得到简化。使用复合