机床立柱的加工工艺及专用刀具设计

学院2013届毕业设计说明书第1页共48页更多相关文档资源请访问HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要毕业设计说明书机床立柱的加工工艺及专用刀具设计系名专业机床立柱的加工工艺及专用刀具设计摘要本文的目的是设计完整的机床立柱加工工艺和专用刀具，本次对大型铸件结构构造特点进行系统的分析，针对机床大件的设计任务，首先选择加工时的基准和定位，划分粗、精加工工序，其次确定不同材料的热处理方法，合理选择加工经济精度与加工方法，最后选择加工工件所需的机床和刀具，完成设计任务的配机械工程与自动化系机械设计制造及其自动化学院2013届毕业设计说明书第2页共48页套加工。此次设计可以指导以后类似的相关工作。关键词机床立柱，工艺设计，大型铸件，燕尾铣刀MACHINETOOLSOFTHEPRODUCTIONPROCESSANDSPECIALTOOLSTODESIGNABSTRACTTHEPURPOSEOFTHISPAPERISTODESIGNAWHOLEMACHINEPROCESSINGANDSPECIALTOOLCOLUMNOFLARGECASTINGSANDTHESTRUCTURECHARACTERISTICSOFTHESYSTEM,THE学院2013届毕业设计说明书第3页共48页DESIGNTASKFORMACHINETOOLS,THEFIRSTBIGSELECTIONPROCESS,ANDDIVIDEDTHEBENCHMARKCRUDE,FINISHINGPROCESS,THENDEFINEDIFFERENTMATERIALSANDRATIONALSELECTIONOFHEATTREATMENTPROCESSINGPRECISIONMACHININGMETHOD,WITHECONOMICLASTCHOICEFORMACHINETOOLSANDMACHININGTOOLDESIGN,THEPROCESSEDTHISDESIGNCANGUIDETHERELATEDWORKAFTERSIMILARKEYWORDSTOOLBAR,PROCESSDESIGN,LARGECASTINGS,SWALLOWTAILCUTTER目录1绪论111本课题的研究背景及意义112本课题国内外研究现状113本课题相关切削加工及刀具选择综述214本课题要研究或解决的问题32机床立柱基准的选择521确定生产类型522确定工件加工时的定位523确定工件加工时的基准7231粗基准的选择原则9232精基准的选择原则12233辅助基准的选择原则13234划线基准的选择143机械加工工艺1531机械加工工艺规程的格式1532机械加工工艺规程的设计原则1533设计机械加工工艺规程的步骤和内容15学院2013届毕业设计说明书第4页共48页34加工经济精度与加工方法的选择15341加工经济精度15342加工方法的选择1635平面粗刨后精铣加工余量的选择1636平面加工工艺路线的确定16361使用宽刃刨刀精刨时应注意的问题18362在镗床上安装立铣刀的方法19363刨平面产生误差的原因及防治方法1937孔的典型加工工艺路线2038热处理及表面处理工序的安排2139热处理及表面处理工序的安排22310工序集中和工序分散的特点223101工序集中223102工序分散22311加工阶段的划分233111工序集中233112工序分散23312加工余量的确定244工件的热处理2441不同材料确定热处理方法2442龙门立柱的热处理24421消除内应力退学院2013届毕业设计说明书第5页共48页火24422消除铸件白口、降低硬度的退火或正火25423表面淬火255加工刀具的选择2551刀具材料应具备的性能2752常用刀具材料27521高速钢27522硬质合金28523涂层刀具28524其他刀具材料2953刀具合理几何参数的选择3054切削用量的选择316加工龙门立柱机床的选择3161在粗铣立柱时机床的选择31611X2025B型龙门铣床技术数据3162在粗刨立柱时机床的选择32621B2151型龙门刨床技术规格32622B2151型龙门刨床工作精度3263在铣立柱和镗孔时机床的选择34631T616型卧式镗床技术规格34632T616型卧式镗床工作精度3664在半精刨、精刨立柱时机床的选学院2013届毕业设计说明书第6页共48页择37641B2016A型龙门刨床主要特点37642B2016A型龙门刨床技术规格37643B2016A型龙门刨床工作精度3865在为立柱床身钻孔时机床的选择38651Z3040摇臂钻床的特点38652Z3040摇臂钻床的主要结构38653Z3040摇臂钻床的运动形式和控制要求387机床右立柱的三维立体造型3971SOLIDWORKS软件介绍3972三维造型41721三维造型步骤4273工程图的转化42731工程图转化步骤428专用燕尾槽铣刀设计4381原始数据和设计要求4382刀具材料选择4383切削几何参数选择439总结44参考文献46致谢48学院2013届毕业设计说明书第7页共48页1绪论11本课题的研究背景及意义工艺是制造技术的灵魂、核心和关键。现代制造工艺技术的重要组成部分，也是其最有活力的部分。产品从设计变为现实是必须通过加工才能完成的，工艺是设计和制造的桥梁，设计的可行性往往会受到工艺的制约，工艺（包括检测）往往会成为“瓶颈”，因此，工艺方法和水平是十分重要的。不是所有设计的产品都能加工出来，也不是所有设计的产品通过加工都能达成预定的技术性能要求。“设计”和“工艺”都是重要的，把“设计”和“工艺”对立和割裂起来是不对的，应该用广义制造的概念统一起来。人们往往看重产品设计师的作用，而未能正确评价工艺师的作用，这是当前影响制造技术发展的一个关键。工艺是生产中最活跃的因素。同样的设计可以通过不同的工艺方法来实现，工艺不同，所用的加工设备、工艺装备也就不同，其质量和生产率也会有差别。工艺是生产中最活跃的因素，有了某种工艺方法才有相应的工具和设备出现，反过来，这些工具和设备的发展又提高了该工艺方法的技术性能和水平，扩大了其应用范围。随着我国加入世界贸易组织和全球经济一体化环境的形成，机床行业的市场竞争将会愈演愈烈。目前，国内外机床产品技术水平之间的差距仍然很大，主要表现为产品仿制多，创新少，市场竞争力不足，利润低设计方法落后，机床结构设计，尚处于传统的经验、静态、类比的设计阶段，很少考虑结构动、静态特性对机床产品性能产生的影响，产品精度低，质量难以保证，设计周期长，成功率低，反复设计、试制与修改，产品更新换代慢，且成本高。龙门式机床是加工装备中必不可少的一种机床。因此尽快应用先进的设计技术，快速开发出结构合理、自动化水平高、加工精度高、低振动、低成本的龙门机床新产品响应市场，这样我国的机床工业才有出路。为了达到这一目的，掌握先进的机床工艺设计方法就显得尤为重要。12本课题国内外研究现状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、意大利等国的制造工艺比较发达，产品质量上乘。产品质量是一个学院2013届毕业设计说明书第8页共48页综合性问题，与设计、工艺技术、管理和人员素质等多个因素有关，但与工艺技术的关系最为密切。工艺技术的发展缓慢和工艺问题的不被重视有密切相关。长期以来，人们认为工艺是手艺是一些具体的加工方法，未能上升到理论高度，但在20世纪初，德国非常重视工艺，出版了不少工作手册，到了20世纪50年代，原苏联的许多学者在德国学者研究的基础上，出版了机械制造工艺学、机械制造工艺原理等著作，在大学开设了机械制造专业，将制造工艺作为一门学问来对待，即将工艺提高到理论高度。此后，在20世纪70年代，又形成了机械制造系统和机械制造工艺系统，因此工艺技术已形成一门科学。近年来在制造加工工艺理论和技术上的发展比较快，除传统制造方法外，由于精度、表面粗糙度等质量的提高，又由于许多新材料的发展，特别是出现了不少新型产品的制造生产，如计算机、集成电路、印制线路板等，与传统制造方法有很大的不同，从而开辟了许多制造工艺的新领域和新发展。13本课题相关切削加工及刀具选择综述良好的工艺路线、工艺方法可以大大缩短时间，提高效率。在加工中使用合理的切削用量，也是提高效率的方法之一。近年来，我国对高速切削技术已有了更广泛的重视，应用范围越来越大。我国现己进口了大批高速加工机床，却由于缺乏理论指导和配套技术，不能充分发挥其应有的加工能力。另外，自主开发的高速机床，由于设计、工艺、装配等方面存在的问题，同国外机床相比，在性能上还存在很大的差距。因此，对加工机床进行结构分析，充分了解其结构特征和性能特性是开发大型机床的行之有效的方法，对于建立机床的三维虚拟模型和分析设计起到指导性、决策性的作用。为减小累积误差及便于安装，将立柱公差减小，并在加工中采取措施，保证同一长度的一批工件，其长度尺寸的一致性。这是整个主框架零件加工的关键。如能做到一致性，就能顺利地进行安装，并容易地达到所需要的技术要求。否则，不但达不到所需要的技术要求，而且很可能使总装工作无法进行（安装进行到某一阶段，因累积误差的关系，剩余的立柱无法装上）。加工过程中，用自制专用量具测量，以保证长度公差和同一批工件长度尺寸的一致性。学院2013届毕业设计说明书第9页共48页铸铁加工通常都不用切削液，是典型的干切削加工方式。在干切削灰铸铁和淬硬钢的应用领域，陶瓷刀具和CBN刀具是可供选择的，因此进行成本、效率和加工质量分析是非常必要的，以确定哪一种材料更经济。目前，硬态切削主要用于车削、铣削等加工工艺，与磨削相比，具有以下优点1加工灵活性强，精度易于保证；2硬态切削加工成本低于磨削，通常仅为磨削的14；3硬态切削不需要专用机床、刀具和夹具，在现有加工设备上即可实现；4硬态切削的生产效率高于磨削；5磨削产生的磨屑与废液混合物污染环境，而硬态切削易于实现干切削，产生的切屑可再利用。如果将硬态切削与精磨工艺结合起来，则加工一个一般零件所花的成本将比在磨床上完成粗加工和精加工所花成本降低4060。因此，后继工序有超精加工或精密磨削要求时，硬态切削是最好的选择。高速切削的工艺技术也是成功进行高速加工的关键技术之一。高速切削的工艺技术包括切削方法和切削参数的选择优化，对各种不同材料的切削方法、刀具材料和刀具几何参数的选择等。（1）对切削方法和切削参数进行优化选择，其中包括优化切削刀具控制和切削过程等；（2）除了刀具材料和刀具几何参数的选择外，在切削过程中还要采取不同的切削策略才能得到较好的切削效果。高速切削工艺方法也是研究的重要内容之一；（3）在研究高速切削工艺技术中，切削方法和技术必须紧密结合刀具材料和刀具几何参数的选择综合进行。14本课题要研究或解决的问题高速切削存在的问题是实际上人们对高速切削的经验还很少，还有许多问题有待于合理的解决。即便是在金属切削机床水平先进的瑞士、德国、日本、美国。对于高度切削加工新技术的研究应用也还处在不断的摸索研究当中，以下就分析高学院2013届毕业设计说明书第10页共48页速切削在实际应用中所存在的问题1合理加工参数的选择作为一种全新的切削方式，目前尚没有完整的参数表可供选择，也没有许多加工实例可供参考。现在高速切削加工时大多数依然是依靠以往的经验。或者进行大量的试切来选择参数。如何选择合理的加工工艺参数，达到最佳的切削效果，是目前高速切削应用的一个首要问题。同时因为高速切削要求形成的刀具路径应尽可能圆滑，少转折点无尖折点程序算法应保证高速切削的特殊要求，碰到干扰能迅速调整，保证合理的进给速度，避免刀具振动等。而在目前的加工制造过程中刀位路径规划方法没有考虑高速切削的特殊性，因此对传统的刀位轨迹必须进行优化以适合高速切削。2合适的刀具及方案高速切削刀具技术是高速切削的关键技术，当今刀具材料的发展还不能满足各领域需求的现状，在高速切削中刀具材料和工件材料的匹配问题大大影响了高速切削的发展。缺乏合适的刀具选择方案,刀具是高速切削推广应用中的一个关键问题。由于高速切削的切削机理与传统的切削完全不同，加工的磨损机制与失效形式，刀具的受力状况，形成的切屑形态等不尽相同。在高速切削中，其失效形式根据加工的条件及工件材料不同而完全不同，比如有刀尖破碎，前、后刀面同时磨损，刀杆折断等各种形式并且不同的刀具与不同的工件材料组合产生的效果也不一样。如何选择合理的高速切削刀具，尽可能延长刀具使用寿命，以及最大限度地发挥刀具的性能，对高速切削应用来说是一项十分关键的技术。3高精度控制代码及差补的研究高速切削加工复杂轮廓时，要求保持一种有规律的匀速，不允许有明显的滞后现象,否则将会烧坏刀具。而一般的加工制造极其相关CAM软件中，在处理轮廓的NC程序时，在曲率变化大的部分，为了保证插补精度，会有明显的滞后现象。目前插补器中计算量与插补精度是一对无法调和的矛盾一方面为了提高精度必须细化插补步长，而插补步长的细化又带来了极大的计算量，限制了程序运行周期，降低了运行速度。由于目前的直线与圆弧插补器无法满足高精度的要求必学院2013届毕业设计说明书第11页共48页须开发新型的CNC插补器。除以上问题，如高速切削机床总体的动态、热态特性，刀具材料、几何角度和刀具寿命问题，冷却润滑液的选择等，都是需要研究解决的难题只有整体上考虑高速加工机床才能发挥高速切削的巨大作用。2机床立柱基准的选择21确定生产类型由任务书已知条件立柱为铸造毛坯，结构复杂，精度要求较高，要求按月产100件的批量。由图上所给型号BXQ231620602可知，此铸件为轻型龙门刨铣床。查表1可知生产类型为小批生产。表122确定工件加工时的定位工件在机床或夹具中装夹方法1）直接找正装夹直接在机床上利用工具（千分表、划线盘），找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件。特点效率低，但找正精度可以很高，适用于单件小批生产或在精度要求特别高的生产中使用。学院2013届毕业设计说明书第12页共48页图12）划线找正装夹事先在工件上划出位置线、加工线和找正线，装夹工件时，先在机床上按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。特点生产效率低，精度不高，适用于单件，中小批生产中的复杂铸件或铸件精度较低的精加工工序。图23）夹具装夹将工件直接安装在夹具上。特点操作比较简单，容易保证加工精度要求，在各种生产类型都有应用。效用高费用也高。学院2013届毕业设计说明书第13页共48页图3由已知任务书所给条件，所以选择划线找正装夹在处理工件定位的合理问题时，主要应研究下面的三个问题1）研究满足工件加工面位置度要求所必须限制的自由度；2）在定位方案中，利用总体分析法和条件分析法分析是否有欠定位和过定位问题，能否允许过定位的存在。3）从承受切削力、设置夹紧机构以及提高生产率的角度分析在不完全定位中还应限制哪些自由度；23确定工件加工时的基准1基准选择的一般原则1）选择最大的面或线作安装定位基准；2）首先考虑保证加工面之间的位置精度，其次考虑尺寸精度；3）选择零件的主要表面为定位基准；4）定位基准应有利于定位准确、夹紧可靠。2工艺基准是指在加工工艺过程（加工、测量、装配）中使用的基准。3定位基准是指在加工时，用于工件定位的基准。4附加基准是指根据加工定位的要求在零件上专门制造出来的。（如轴类零件车学院2013届毕业设计说明书第14页共48页削时所用的顶尖孔。）图4在设计任务书附带的图纸中立柱为了外形美观，其背部做成斜面，如图4所示。这样，在加工导轨部分时就不好定位。这样可以采用附加定为基准，如图4所示，在加工完所有工序以后把它去掉，仍能保证外形美观。5在分析基准时，必须注意两项1）作为基准的点线面在工件上不一定存在，而常用某些具体的表面来体现，称为基面，例孔中心、轴心、槽的对称面；2）对于相互位置要求，同样具有基准要求。6在机械加工过程中，选择基准是我们们加工的第一步。也是加工工艺重要内容。如何进行基准选择这是很重要的。首先应该知道基准有哪些，基准有粗基准、精基准和辅助基准。要明确一点那就是粗基准并不是粗加工时的基准，而是在第一道工序加工选定的基准。这个基准选择一般有这样的要求。首先要满足不加工表面和加工表面的位置要求，还有就是合理分配各个表面的加工余量以及为精基准做好准备。基于这样的要求，则粗基准的选择学院2013届毕业设计说明书第15页共48页第一、要满足不加工表面和加工表面的位置要求，我们选择不加工表面作为粗基准。第二、为了保证各个加工表面都有足够的加工余量我们要求选择加工余量较小的表面作为粗基准。第三、具有特殊要求的平面应该选作粗基准。第四、粗基准只能使用一次，应当避免重复使用。第五、避免选择有浇口、冒口、烧边等表面做为粗基准。应该选择平整表面，质量较好的表面作为粗基准。精基准的选择要综合考虑加工的整个工艺过程。要保证零件加工的精度要求。选择精基准也有几个要求第一、基准重合原则。就是加工基准和设计基准要重合。以减少基准不重合带来的误差。第二、基准统一原则。就是在机械加工过程中我们尽量使用统一的加工基准，这样能够更好的保证零件的位置要求和加工精度。如何确定这两条的选择标准就是当精度要求较高时应该选择基准重合原则。这样能够避免工序尺寸公差的减小，降低加工过程中的难度。其他的加工中可以使用基准统一原则。第三、自为基准原则。在精加工和光整加工中，不需要进行太多的加工余量的去除时，可以选用自为基准原则。第四、互为基准原则。用在位置精度要求较高的情况下。第五、便于安装原则。辅助基准就是为了保证加工精度要求而设置的辅助基准，这些基准可以帮助提高加工精度。具体的加工中可以具体考虑。231粗基准的选择原则粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置，或影响到加工余量的分配，所以粗基准的选择对产品质量有重要影响。粗基准的选择原则1）保证相互位置要求的原则。应以不加工面为粗基准。学院2013届毕业设计说明书第16页共48页图52）保证加工面加工余量合理分配的原则。应选择该表面的毛坯面为粗基准。图63）便于工件装夹原则4）基准一般不得重复使用的原则选择粗基准时。主要考虑两个问题学院2013届毕业设计说明书第17页共48页一保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求；二合理分配各加工面的加工余量。具体选择时参考下列原则1对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置精度，应选择不加工表面作为粗基准。如果零件上有多个不加工表面，则以其中与加工表面相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。若要求表面与表面所组成的壁厚均匀，则应选择不加工表面作为粗基准来加工台阶孔。2对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各加工表面的加工余量。合理分配加工余量是指以下两点（1）应保证各主要表面都有足够的加工余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最小的表面作为粗基准。（2）对于工件上的某些重要表面（如导轨和重要孔等），为了尽可能使其表面加工余量均匀，则应选择重要表面作为粗基准。如图所示的床身导轨表面是重要表面，要求耐磨性好，且在整个导轨面内具有大体一致的力学性能。因此，在加工导轨时，应选择导轨表面作为粗基准加工床身底面（图7A），然后以底面为基准加工导轨平面（图7B）。图7床身加工粗基准选择3粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只能使用一次，以免产生较大的定位误差。如图所示的小轴加工，如重复使用B面加工A面、C面、则A面和C面的轴线将产生较大的同轴度误差。学院2013届毕业设计说明书第18页共48页图8重复使用粗基准示例4选作粗基准的平面应平整，没有浇冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。232精基准的选择原则精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则1“基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则。如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差，其产生的原因及计算方法在下节讨论。2“基准统一”原则当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。采用“基准统一”原则可减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可避免因基准转换所造成的误差。3“自为基准”原则当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准，这就是“自为基准”原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。如图所示。此时床脚平面只是起一个支承平面的作用，它并非是定位基准面。此外，用浮动铰刀铰孔、用拉刀拉孔、用无心磨床磨外圆等，均为自为基准的实例。学院2013届毕业设计说明书第19页共48页图9机床导轨面自为基准示例4“互为基准”原则为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时，先以内孔定位加工齿形面，齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄，所以要求磨削余量小而均匀。此时可用齿面为定位基准磨内孔，再以内孔为定位基准磨齿面，从而保证齿面的磨削余量均匀，且与齿面的相互位置精度又较易得到保证。5精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。如图10B，当加工C面时，如果采用“基准重合”原则，则选择B面作为定位基准，工件装夹如图11所示。这样不但工件装夹不便，夹具结构也较复杂；但如果采用图10所示的以A面定位，虽然夹具结构简单、装夹方便，但基准不重合，定位误差较大。图10两尺寸标注对定位基准选择的影响学院2013届毕业设计说明书第20页共48页图11基准重合时装夹示例应该指出，上述基准选择原则，常常不能全部满足，实际应用时往往会出现相互矛盾的情况，这就要求综合考虑，分清主次，着重解决主要矛盾。233辅助基准的选择原则工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，大多优先选择设计基准或装配基准作为主要定位基准，这些基准一般为零件上的主要表面。但有些零件在加工中，为装夹方便或易于实现基准统一，人为地制造一种定位基准。如毛坯上的工艺凸台和轴类零件加工时的中心孔。这些表面不是零件上的工作表面，只是为满足工艺需要而在工件上专门设计的定位基准称为辅助基准。此外某些零件上的次要表面（非配合表面），因工艺上宜作定位基准而提高其加工精度和表面质量以便定位时使用。这种表面也称为辅助基准。例如，丝杠的外圆表面，从螺纹副的传动来看，它是非配合的次要表面，但在丝杠螺纹的加工中，外圆表面往往作为定位基准，它的圆度和圆柱度直接影响到螺纹的加工精度，所以要提高外圆的加工精度，并降低其表面粗糙度值。234划线基准的选择划线有平面划线和立体划线两种。平面划线一般要划两个方向的线条，而立体划线一般要划三个方向的线条。每划一个方向的线条就必须有一个划线基准，故平面划线要选两个划线基准，立体划线要选三个划线基准。划线前要认真细致地研究图纸正确选择划线基准，才能保证划线的准确、迅速。划线时需要选择工件上某个点、线或面作为依据，以用来确定工件上其它各部分尺寸、几何形状和相对位置，此所选的点、线或面称为划线基准。划线基准一般与设计基准应该一致。选择划线基准时，需将工件、设计要求、加工工艺及划学院2013届毕业设计说明书第21页共48页线工具等综合起来分析，找出其划线时的尺寸基准和放置基准。一、先在工件上确定一个或几个平面、直线或点作为依据，而这些作为依据的点、线、面就是划线基准。二、基准选择的正确与否是划线的关键。三、划线基准选择应根据图纸所标注的尺寸界限、工件的几何形状大小及尺寸的精度高低或重要程度而定，其基本原则是以两个相互垂直的平面或直线为基准；以一个平面或一条直线和一条中心线为基准；以两条相互垂直的中心线为基准。3机械加工工艺31机械加工工艺规程的格式单件小批简单的机械加工工艺过程卡片中批生产机械加工工艺卡片大批大量有详细完整的工艺文件，各工序有工序卡，对半自动，自动机床，有机床调整卡，对检验工序有检验工序卡。32机械加工工艺规程的设计原则快劳动生产率高，满足生产纲领的要求；好劳动条件好，劳动强度低，可靠保证图纸和所有技术条件的实现；省加工成本低；33设计机械加工工艺规程的步骤和内容1）图纸分析（阅读装配图、零件图）2）工艺审查3）确定毛坯常用类型铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件等，单件小批量可选用焊接件。4）确定加工工艺路线学院2013届毕业设计说明书第22页共48页选择定位基准、确定加工方法、安排加工顺序、安排热处理检验和其它工序。5）确定各工序的工艺装备机床、夹具、刀具和量具等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。34加工经济精度与加工方法的选择341加工经济精度同样质量要求，加工方法有多种，正确合理地选择应满足1）加工质量，2）生产率，3）经济性。各种加工方法（车、铣、刨、磨、钻、铰等）所能达到的加工精度和表而粗糙度，都是在一定的范围的。任何一种加工方法，只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量，其加工精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以减小。但是，加工精度提得愈高，表而粗糙度值减小得愈小，则所耗费的时间与成本也会愈大。342加工方法的选择表面加工方法的选择，一般先根据表面精度和粗糙度要求选择最终加工方法，然后再确定精加工前前期工序的加工方法。同时还应考虑以下因素1）所选的加工方法能否达到零件精度的要求；2）被加工零件的结构形状，尺寸大小以及材料的性质；3）生产类型和生产率；4）本单位的现有设备情况及技术条件，要挖掘潜力，推广新技术，提高工艺水平。学院2013届毕业设计说明书第23页共48页35平面粗刨后精铣加工余量的选择表2平面粗刨后精铣加工余量MM平面长度平面宽度100平面宽度100200平面宽度200100060710025006080709250500071007510081150008100912091236平面加工工艺路线的确定图14平面典型加工工艺路线（1）粗铣半精铣精铣高速铣铣削在平面加工中用得最多，铣削生产率高。（2）粗刨半精刨精刨宽刀精刨、刮研或研磨。刨削适用单件小批生产，特别适用窄长平面的加工。学院2013届毕业设计说明书第24页共48页图15宽刀精刨在龙门刨铣床右立柱加工导轨时，由于导轨右立柱导轨面为窄长平面。则精光时需用宽刀精刨。（3）粗铣（刨）半精铣（刨）粗磨精磨研磨、精密磨、砂带磨或抛光适用半精铣后淬火要求的表面。（4）粗拉精拉生产率高，适用有沟槽或有台阶面的大批大量生产的零件。（5）粗车半精车精车金刚石车适用有色金属零件的平面加工。361使用宽刃刨刀精刨时应注意的问题机床。使用宽刃刨刀精刨用的机床精度要高，运动平稳性和刚性要好，各滑动部件间的间隙要适当调小，以能保证工件的加工精度和表面质量。工件。工件粗刨后要进行时效处理，安装的基准面要平整，以免精刨后变形。工件在精刨前，切入处应用锉刀倒成45角，避免入刀时崩坏刀刃。刀具。一般加工面积小的钢件，选用选用高速钢作刀头；加工面积大的钢件和铸铁件，应采用抗弯强度较高的硬质合金作刀头。加工铸铁件宽刃刨刀的合理几何参学院2013届毕业设计说明书第25页共48页数为法向前角15，法向后角5，刃倾角3，在这几种几何参数的刨刀工作情况与用刮刀刮削的情况相似，可以获得较低的表面粗糙度。宽刃精刨刀应采用机械刃磨，然后用研磨膏进行研磨，使前刀面和后刀面的粗糙度小于RA01M。刀具在设计时，应使刀刃的最高点要低于刀杆底面（515）MM，以消除扎刀和震动。安装时，应用光隙法找正，使刀刃与工件的平面平行。当精刨有走刀进给时，平直刃与工件表面不宜完全平行，应根据具体情况留有适当间隙，一般为进给方向前边的缝隙略大，这样在刨削时，由于切削力的作用，刀杆略有变形，使刨出的平面不会出现走刀纹。切削用量。宽刃精刨时的切削深度一般为（00301）MM，切削深度过大，会出现啃刀现象切削速度一般为（210）MMIN，刨钢件和刀刃较宽时取小值；宽刃精刨一般不进给，直接刨出工件全宽，当精刨较宽的平面时，进给量一般小于平直量长度的13。切削液。精刨铸铁时，采用煤油或在煤油中添加3重鉻酸钾作为冷却润滑液。在精刨前，应在待加工表面上先涂一层冷却润滑液，使它充分渗透已获得好的润滑效果。在切削的过程中，要不停的将切削液浇在刀刃处，否则会出现刀痕。其他要求。整个平面的刨削中，中间不易停车；刨铸铁时，严防机油滴在待加工面上；精刨过程中，如发生震动，可以降低切削速度和进给量等办法予以消除。362在镗床上安装立铣刀的方法因为镗床便于铣端面，但在镗床上进行铣削加工比较费时，其原因是铣刀装夹方面的困难。因为镗床主轴是实心的，不能像铣床那样可用长螺栓从主轴孔中穿过拉紧刀具。如果刀具在主轴安装不可靠，在切削过程中刀具受切削力和切削中的震动，使刀具从主轴孔中松动或脱出，不仅使刀具损坏，而且还会使工件成为废品。下面介绍两种立铣刀在镗床上的加工方法。学院2013届毕业设计说明书第26页共48页一种是装夹圆柱柄立铣刀的夹头。使用时，根据铣刀圆柱柄直径的大小，选择不同的内径弹簧套，用螺帽夹紧在头体上，再将夹头体插入在镗床主轴锥孔内，并用扁销紧锁。这种弹簧套式立铣刀夹头，可以在配相应内经的弹簧套的情况下，安装不同内径的圆柱柄立铣刀。它的优点是结构简单，装夹牢固，换刀方便迅速，应用普遍。另一种是圆锥柄立铣夹头，它是由螺帽压紧724的过渡套的工具。根据铣刀锥柄尺寸的大小。一方面可以用莫氏套在中间过渡，或是更换内孔为不同号数的锥度为724过渡套。铣刀锥柄装紧在过渡套内，用螺钉拉紧。夹头体后面的锥柄插入镗床主轴锥孔中，也同样用扁销锁紧在主轴上过渡套外面的锥孔是724，由于锥度大，自锁能力差，便于装卸。363刨平面产生误差的原因及防治方法平面上有小沟纹或不大的台阶。这种现象一般是由于刀架丝杠与螺母间的间隙过大所引起掉刀而产生的。此外，如拍板滑枕等部分的配合间隙过大，也会产生这种现象。刀架旁边装有紧固螺钉的目的，就是为了防止刀架窜动，因此，在调整吃刀深度以后，一定要把紧固螺钉拧紧。另外在刨削时若中途停车，也会产生这种现象。因此，在最后精刨时，不要在中途停车。工件两端不平整，开始吃刀的一端造成倾斜的倒棱面。这种情况也是由于刀架丝杠与螺母的间隙及拍板、滑枕等的间隙过大，而又采用大的吃刀深度引起的。另外，也可能是刀架丝杠上部的螺母松动了，当刨刀深切时切削力使刨刀向上顶起，使丝杠向上攒动而刨出倾斜的倒棱面来。防止的方法，主要是检查刀架丝杠上部的螺母是否拧紧，把刀架一侧的镶条的间隙调整好，使松紧事宜。平面上某部分出现凹腔现象。这种缺陷的产生是由于大齿轮内曲柄销的丝杠一段的螺母松动了，当曲柄销上的滑块带动摆臂和滑枕做往复运动时，因受力方向变化丝杠发生窜动，因而使滑枕在往复运动的的切削过程中，有一瞬间出现停滞不前的现象。在停顿的瞬间，刨刀就会刨深一点，在继续前进时，刨刀又会因受切削力而向上抬起，使平面上出现了凹陷现象。这种现象产生时，机床运转中就会发出“咯噔”的声音。这时就应立即停车，把调整滑块丝杠一端螺母调整好。学院2013届毕业设计说明书第27页共48页工件表面纵向和横向有波纹。这是由于工艺系统产生震动造成的。如工作台部分有松动现象，滑枕的压板松了，刀架不紧，工件装夹不当，传动的大齿轮与小齿轮啮合的间隙太大，刀具伸出太长等都会造成震动，应当通过调整与修理予以消除。37孔的典型加工工艺路线图16孔的典型加工工艺路线（1）钻扩铰手铰应用最广泛的加工路线，适用中、小孔加工。铰刀是定尺寸刀具，能得到IT69，RA03210。（2）钻（粗镗）粗拉精拉适用于大批大量生产盘套类零件的圆孔、单键孔和花键孔加工。拉刀是定尺寸刀具，能得到IT79，RA016063。（3）钻（粗镗）半精镗精镗浮动镗或金刚镗适用于箱体孔系、直径比较大、有色金属（金刚镗）。能得到IT57，RA016125。（4）钻（粗镗）粗磨半精磨精磨研磨或珩磨学院2013届毕业设计说明书第28页共48页适用于淬硬零件加工或精度要求高的孔加工。能得到IT56，RA004125。38工序顺序的安排目的保证快、好、省的实现1工序顺序的安排原则1）先面后孔；（先加工平面，再加工平面上的孔）2）先主后次；（主设计基准面，主要工作面次键槽、螺孔等，以主要表面定位加工次要表面）3）先粗后精；（先粗加工后安排精加工）4）先基准后其它。（先加工基准面，再以基准面定位加工其它表面）39热处理及表面处理工序的安排半精加工精加工光整加工粗加工时效退火正火淬火渗碳淬火涂镀发蓝处理退火正火调质改善切削性能消除内应力淬硬提高耐磨性、耐腐蚀性、装饰图17为改善切削性能的热处理工序（退火、正火、调质）应安排在切削加工之前；学院2013届毕业设计说明书第29页共48页为清除内应力的热处理工序（时效、退火、正火）应安排在粗加工之后；半精加工之后，精加工之前安排淬火一回火、渗碳、淬火等淬硬处理工序，淬硬之后一般只磨；高精度零件安排冷处理，以稳定尺寸；表面处理工序一般放在最后镀铬、镀锌、阳极氧化、发黑、发蓝。其它工序还包括检查、检验工序、去毛刺、平衡、清洗等310工序集中和工序分散的特点3101工序集中将工件的加工集中在少数几道工序内完成。每道工序的加工内容较多。特点1）采用高效率机床；2）减少了装夹次数，易于保证各表面间的相互位置精度，还能缩短辅助时间；3）工序集中通常需要采用专用设备和工艺装备，使得投资大，设备和工艺装备的调整、维修较为困难，生产准备工作量大，转换新产品较麻烦。应用高效的自动化机床（例如加工中心，单件小批量多品种）3102工序分散将工件的加工分散在较多的工序内完成。特点1）设备和工艺装备简单、调整、对刀方便、工人便于掌握，容易适应产品的变换；2）对操作工人的技术水平要求较低；3）设备和工艺装备数量多、操作工人多、生产占地面积大。应用流水线、自动线、组合机床、大批量生产311加工阶段的划分将零件的加工工艺过程划分为粗、精加工的不同阶段3111粗加工阶段学院2013届毕业设计说明书第30页共48页去除零件上各个加工表而的大部分余量，只留后续精加工余量，并作出精基准。这一阶段的主要目标是提高生产率。将零件的加工工艺过程划分为粗、精加工的不同阶段3112精加工阶段去除各个加工表而经粗加工后留下的较小且较均匀的余量，确保零件尺寸、形状精度及各表而间的位置精度以及表而粗糙度。有些要求高的零件还要更细地划分为毛坯加工粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段精密、超精加工、光整加工阶段如果不是把零件的整个加工工艺过程这样划分为粗、精加工阶段，而是把每一个面都在一个工序中从粗加工到精加工连续完成，再顺序加一工完所有的面。这样的工序安排，虽然可以减少装夹次数，但难以保证零件的精度要求，并可能造成人力、物力资源的浪费。原因粗加工时，切削层厚，切削热量大，无法消除因热变形带来的加工误差，也无法消除因粗加工留在工件表层的残余应力产生的加工误差。后续加工容易把已加工好的加工面划伤。不利于及时发现毛坯的缺陷。学院2013届毕业设计说明书第31页共48页不利于合理地使用设备。不利于合理地使用技术工人。确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差312加工余量的确定加工总余量（毛坯余量）与工序余量总余量Z0与工序余量ZI的关系则龙门刨铣床粗加工时工件加工留余量3；龙门刨铣床半精加工时工件加工留余量1。4工件的热处理41工件材料的确定已知工件材料为HT200，为灰铸铁。碳大部分或全部以游离的石墨形式存在。因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。HT200的最低抗拉强度为200NMM42龙门立柱的热处理灰铸铁热处理只能改变机体组织，不能改变石墨的形状和分布。所以灰铸铁热处理不能显著改善其机械性能。主要用来消除铸件内应力、稳定尺寸、改善切削加工性和提高铸件表面耐磨性。421消除内应力退火在铸造过程中，产生很大的内应力不仅降低铸件强度，而且使铸件产生翘曲、变形，甚至开裂。因此，铸铁件铸造后必须进行消除内应力退火，又称人工实效。即将铸件缓慢加热到500560C适当保温（每10MM截面保温2H）后，随炉缓冷至150200C出炉空冷。去应力退火加热温度一般不超过560C，以免共析渗碳体分解、球化，降低铸件强度，硬度和耐磨性。422消除铸件白口、降低硬度的退火或正火铸件冷却时，表面及截面较薄部位由于冷却速度快，易出现白口组织使硬度升高，难以切削加工。通常将铸件加热至850950C保温14H，然后随炉缓冷，N1II学院2013届毕业设计说明书第32页共48页使部分渗碳体分解，最终得到铁素体基或铁素体加珠光体基灰铸铁，从而消除白口、降低硬度、改善切削加工性。正火是将铸件加热至850950C保温13H后出炉空冷，是共析渗碳体不发生分解，最终得到珠光体基灰铸铁。从而即消除了白口、改善切削加工性，又提高了铸件的强度、硬度和耐磨性。423表面淬火铸铁件和钢一样，可以采用感应加热、火焰加热和电接触加热等表面淬火工艺使铸件表面获得细马氏体加石墨的硬化层，从而提高灰铸铁件表面强度、耐磨性和疲劳强度，延长其使用寿命。为了获得较好的表面淬火效果，对高、中频淬火铸铁，一般希望采用珠光体基灰铸铁，最好是细片状石墨的孕育铸铁。5加工刀具的选择龙门刨铣床右立柱的材料是HT200的灰铸铁，它的抗拉强度为200MPA，抗弯强度为392MPA，抗压强度为735MPA，硬度为170220HBS，基体类别为珠光体。铸铁是典型的脆性材料，切削时生成崩碎切屑，由于切削与前面的接触长度短，切削力和切削热集中在刃区。虽然切削层单位面积切削力比切钢时小得多（约为06倍），切削温度也低很多（越比切钢低2030），但切削铸铁时刀具切削刃处温度最高且有很高的压应力。再加上切削过程中被切削金属层频繁的无规则的断裂，使切削过程不太稳定，对刀刃有很大的冲击。因此就要求刀材料具有较高的强度和冲击韧度。YG类硬质合金与YT类相比，具有较高的抗弯强度和冲击韧度。另外YG类比YT类有较好的导热性能，有利于切削热从刃区传散，降低刃区温度。因此YG类硬质合金是目前加工铸铁最适宜的刀具材料。用YG类硬质合金切削铸铁的常用牌号有YG3YG3XYG6YG6XYG8YG8CYG6A和YG8N。YG6适用于连续表面的粗车，连续表面的精车、半精车和连续表面的精铣，半精铣。对于余量不均冲击较大的粗车，粗刨、粗铣，则宜采用含钴较高的YG8，甚至用粗晶粒的YG8C。粗晶粒的硬质合金强度高，韧性好。如果需要增加耐磨性则可选用YG3，以便用较高的切削速度进行精车。学院2013届毕业设计说明书第33页共48页加工铸铁时，除磨料磨损外，也有粘结磨损和扩散磨损。YG类刀具材料细晶粒比粗晶粒抗粘结磨损能力强。粘结磨损的典型特征是磨损表面粗糙，在粘结磨损占主导地位的情况下，减轻磨损的措施是提高系统的刚度减轻震动；取足够大的后角；采用细晶粒硬质合金。细晶粒硬质合金除具有较好的抗粘结磨损能力外，还有一个优点是刀刃可以磨得很锋利。经仔细刃磨的细晶粒刀具刃口钝圆半径约为细晶粒的1225。当加工精度和表面粗糙度都有严格要求时，采用细晶粒硬质合金精细车削可以取得很好的效果。当以较高切削速度加工铸铁时，YG类刀具也会产生月牙洼磨损和后面的严重扩散磨损。此时改用含少量TIC和TAC的切削钢硬质合金效果反而更好，或者用YW类或涂层硬质合金刀具。高速钢和硬质合金仍是用得最多的两种刀具材料，但硬质合金的占比已扩大到60。金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配的刀具材料。金属切削过程中的加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。因此，材料、结构和几何形状是构成刀具切削性能评估的三要素。51刀具材料应具备的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）高的耐热性与化学稳定性（4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性（5）导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。52常用刀具材料（1）工具钢学院2013届毕业设计说明书第34页共48页包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。（2）硬质合金有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金。（3）陶瓷（4）超硬刀具材料推广使用新型刀具材料如涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。521高速钢它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。热处理后硬度可达6266HRC,抗弯强度约33GPA，有较高的热稳定性、耐磨性、耐热性。切削温度在500650C时仍能进行切削。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。（1）高速钢的分类按用途可分为通用高速钢和高性能高速钢。按制造工艺可分为熔炼高速钢、粉末冶金高速钢和表面涂层高速钢。按基本化学成份可分为钨系和钼系。（2）常用高速钢的牌号与性能通用型高速钢W18CR4V1841由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。高性能高速钢高性能高速钢是指在通用型高速钢中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达6770HRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。典型牌号有M42、5O1。粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸滚刀、插齿刀刀具、复杂成形刀具、拉刀等。学院2013届毕业设计说明书第35页共48页522硬质合金硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物碳化钨WC、碳化钛TIC、碳化钽TAC、碳化铌NBC等和金属粘结剂CO、MO、NI等用粉末冶金工艺制成。硬质合金刀具常温硬度为8993HRA，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达8001000C。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高510倍。（1）硬质合金的分类钨钴类（WCCO）；钨钛钴类（WCTICCO）；添加稀有金属碳化物类（WCTICTAC（NBC）CO）；碳化钛基类（TICWCNIMO）。（2）常用硬质合金的牌号及其性能钨钴类硬质合金代号为YG，属K类。合金中含钴量愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。YGK类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导热性，适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。钨钛钴类硬质合金代号为YT，属P类。它以WC为基体,添加TIC，用CO作粘结剂烧结而成。合金中TIC含量提高，CO含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。钨钛钽（铌）类硬质合金代号为YW，属M类。它在YTP类硬质合金中加入TAC或NBC，这样可提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、