薄壁类零件2758-1夹具设计及加工工艺过程分析论文.doc
薄壁类零件2758-1夹具设计及加工工艺过程分析（含三维工件图）
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薄壁类零件2758-1夹具设计及加工工艺过程分析（含三维工件图）,薄壁,零件,2758,夹具,设计,加工,工艺,过程,分析,三维,工件
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宁xx大学毕业设计(论文)薄壁类零件2758-1夹具设计及加工工艺过程分析所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师摘 要本文是对薄壁类零件2758-1零件加工应用及加工的工艺性分析，主要包括对零件图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、加工工艺文件的填写。选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程。关键词：薄壁类零件2758-1，加工工艺，加工方法，工艺文件，夹具33AbstractThis article is on the camshaft adjusting fork parts processing application and processing technology and analysis, including the spare parts diagram analysis, the choice of blank, parts of the clamping, the craft route making, tool selection, the determination of cutting conditions, processing documents. Choose the correct processing method, the rational design of machining process. In addition to the camshaft adjusting fork parts of the two process designing special fixture.Key Words: 2758-1，Processing technology, processing method, process documentation, fixture目 录摘 要IIAbstract1目 录2第1章 绪论11.1 机械加工工艺概述11.2机械加工工艺流程11.3国内研究现状21.4数控加工技术的发展趋势21.5 mastercam概述5第2章 薄壁类零件2758-1的加工工艺规程设计62.1 薄壁类零件2758-1的用途及其特点62.2 薄壁类零件2758-1的的材料及毛坯制造62.3 薄壁类零件2758-1的加工工艺过程72.4 薄壁类零件2758-1的加工工艺过程分析82.4.1 定位基准的选择82.4.2 加工阶段的划分和加工顺序的安排92.4.3 确定合理的夹紧方法92.4.4 薄壁类零件2758-1主要面的加工方法102.4.5 薄壁类零件2758-1主要孔的加工方法102.5加工工具使用102.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差102.6.1 确定加工余量102.6.2 确定切削用量及基本工时11第3章 专用夹具的设计与制定153.1专用夹具的设计153.1.1确定夹具的结构方案153.1.2绘制夹具总装配图153.1.3标注夹具总装配图上各部分尺寸和技术要求153.1.4标注零件编号及编制明细表163.1.5绘制夹具零件图163.2 夹具公差配合及技术条件的制订163.2.1制订夹具公差与技术条件的依据163.2.2制订夹具公差和技术条件的基本原则163.2.3夹具公差的制订163.2.4技术条件的制订173.3 夹具整体方案设计173.3.1基准的选择173.3.2 夹具元件的选择与设计173.3.3切削夹紧力的计算183.3.4“一面挡销”定位方式计算及选择193.4夹具设计及操作的简要说明20第4章 MasterCAM加工过程仿真214.1 加工仿真步骤214.2 仿真结果274.3 生成加工NC代码28结 论30参 考 文 献31致谢32第1章 绪论1.1 机械加工工艺概述机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。1.2机械加工工艺流程机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 选择毛坯。 4) 拟订工艺路线。 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。1.3国内研究现状长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，己不适应日益复杂的制造过程，因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。1.4数控加工技术的发展趋势目前，数字控制技术与数控机床，给机械制造业带来了巨大的变化。数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，计算机辅助设计与辅助制造和计算机集成制造技术敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上。数控技术不仅是提高产品质量、提高劳动生产率的必不可少的物质手段，也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。新世纪机械制造业的竞争，其实就是数控技术的竞争。现在世界数控技术的发展趋势主要有以下几点:数控系统向开放式体系结构发展；20世纪90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。数控系统向软数控方向发展；实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数控技术的不同发展阶段。 传统数控系统，这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。 “PC嵌入NC”结构的开放式数控系统，这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。 “NC嵌入PC”结构的开放式数控系统，它由开放体系结构运动控制卡和PC机同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。SOFT型开放式数控系统，这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。与前几种数控系统相比，SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。数控系统控制性能向智能化方向发展；随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。数控系统向网络化方向发展；数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。数控系统向高可靠性方向发展；数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P(t)99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对某一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。数控系统向复合化方向发展；柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。数控系统向多轴联动化方向发展。加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术的快速发展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化长足的进步。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。要想达到理想的教学和实践效果，仅在课堂上实施全方位的教学是不够的，还应具备一个良好的实践教学环境。考虑到前面谈到的数控设备价格的因素，经过多方调研，我们选定了一种能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的美国CNCsoftware公司研制的基于PC平台的masterCAM。1.5 mastercam概述Mastrcam 是 美 国 专 业 从 事 计 算 机 数 控 程 序 设 计 专 业 化 的 公 司 CNC SoftwareINC 研制出来的一套计算机辅助制造系统软件。 它将 CAD 和 CAM 这两 大功能综合在一起，是我国目前十分流行的 CAD/CAM 系统软件。它有以下特点： Mastrcam 除了可产生 NC 程序外，本身也是具有 CAD 功能（2D、3D 图 形page 1设计、尺寸标注、图形阴影处理等功能）可直接在系统上制图并转换成 NC 加工程序，也可将用其他绘图软件绘好的图形，经由一些标准的或特定的转 换文件如 DXF 文件 1CADL 文件及 IGES 文件等转换到 Mastrcam 中， 再生成数控 加工程序。 Mastrcam 能预先依据使用者的定义的刀具、进给率、转速等，模拟刀 具路径和计算加工时间，也可以从 NC 加工程序（NC 代码）转换成刀具路径 图。 Mastrcam 是一套一图形驱动的软件，应用广泛，操作方便，而且它能 同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序（NC 代码） 。 如 FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI 等数控系统。 Mastrcam 系统设有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定进给率、转速等加工参数。 Mastercam 具有方便直观的几何造型 ，并提供了设计零件外形所需的理 想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具 有强劲的曲面粗加工及灵活 的曲面精加工功能。 Mastercam 提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件 加工的效率和质量。Mastercam 还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选 择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam 的多轴加工功能，为零件的 加工提供了更多的灵活性。 Mastercam 拥有车削、铣削、钻削、线切割等多种加工模块，允许用通 过观察刀具运动来图形化地编辑和修改刀具路径。另外，软件提供多种图形 文件接口，包括 DXF、IGES、STL、STA、ASCII 等。第2章 薄壁类零件2758-1的加工工艺规程设计2.1 薄壁类零件2758-1的用途及其特点在工作过程中，薄壁类零件2758-1两端对称分布在薄壁类零件2758-1中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，薄壁类零件2758-1的加工精度将直接影响的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映薄壁类零件2758-1精度的参数主要有5个：（1）薄壁类零件2758-1大端中心面和小端中心面相对薄壁类零件2758-1杆身中心面的对称度；（2）薄壁类零件2758-1两面尺寸精度；（3）薄壁类零件2758-1平行度；2.2 薄壁类零件2758-1的的材料及毛坯制造薄壁类零件2758-1在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，薄壁类零件2758-1材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造薄壁类零件2758-1是一个很有发展前途的制造方法。薄壁类零件2758-1毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，薄壁类零件2758-1多用模锻制造毛坯。薄壁类零件2758-1模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体薄壁类零件2758-1大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的薄壁类零件2758-1毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为薄壁类零件2758-1毛坯的一种主要形式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。目前我国有些生产薄壁类零件2758-1的工厂，采用了薄壁类零件2758-1辊锻工艺。图（1-2）为薄壁类零件2758-1辊锻示意图毛坯加热后，通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽，毛坏产生塑性变形，从而得到所需要的形状。用辊锻法生产的薄壁类零件2758-1锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。辊锻需经多次逐渐成形。图(1-3)、图(1-4)给出了薄壁类零件2758-1的锻造工艺过程，将棒料在炉中加热至11401200C0，先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图(1-3)，然后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲薄壁类零件2758-1大头孔并切除飞边见图(1-4)。锻好后的薄壁类零件2758-1毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度，薄壁类零件2758-1的毛坯尚需进行热校正。薄壁类零件2758-1必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查，方能进入机械加工生产线。2.3 薄壁类零件2758-1的加工工艺过程由上述技术条件的分析可知，薄壁类零件2758-1的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是薄壁类零件2758-1的刚性比较差，容易产生变形，这就给薄壁类零件2758-1的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。(薄壁类零件2758-1机械加工工艺过程见加工工艺卡片)薄壁类零件2758-1的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为薄壁类零件2758-1体和盖的结合面及薄壁类零件2758-1螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。薄壁类零件2758-1的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。薄壁类零件2758-1的加工路线按薄壁类零件2758-1的分合可分为三个阶段：第一阶段为薄壁类零件2758-1体和盖切开之前的加工；第二阶段为薄壁类零件2758-1体和盖切开后的加工；第三阶段为薄壁类零件2758-1体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证薄壁类零件2758-1各项技术要求的加工，包括薄壁类零件2758-1合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按薄壁类零件2758-1合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。2.4 薄壁类零件2758-1的加工工艺过程分析2.4.1 定位基准的选择在薄壁类零件2758-1机械加工工艺过程中，大部分工序选用薄壁类零件2758-1的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于：端面的面积大，定位比较稳定这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。薄壁类零件2758-1的加工就是如此，在薄壁类零件2758-1加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整，薄壁类零件2758-1的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以薄壁类零件2758-1的大头外形及薄壁类零件2758-1身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。2.4.2 加工阶段的划分和加工顺序的安排由于薄壁类零件2758-1本身的刚性差，切学加工时产生的残余应力，易产生变形。因此，在安排工艺过程时，应把各主要表面的的粗，精加工工序分开。这样，粗加工产生的变形就可以在半精加工中得到修；半精加工中产生的形变可以在精加工中得到修正，最终达到零件的技术要求。再工序安排上先加工定位基准，如端面加工的铣、磨工序防在加工过程的前面，然后再加工孔，符合符合先面后孔的加工工序安装原则。薄壁类零件2758-1工艺加工过程可分为以下几个方面：1）粗加工阶段粗加工阶段也是薄壁类零件2758-1体和薄壁类零件2758-1盖合之前的加工阶段：基准面的加工，包括辅助基准面加工：准备薄壁类零件2758-1体及薄壁类零件2758-1盖合并所进行的加工，如两者对口面的铣、磨等2）半精加工阶段半精加工阶段也是薄壁类零件2758-1体和薄壁类零件2758-1盖合并之后的加工，如精磨两平面，半精镗大头孔及孔口倒角等。总之是为精加工大、小头孔做准备的阶段。3）精加工阶段精加工阶段主要是最终保证薄壁类零件2758-1主要表面大、小头孔全部达到图样要求的阶段，如珩磨大头孔，精镗小头活塞销轴承孔。2.4.3 确定合理的夹紧方法既然薄壁类零件2758-1是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。在加工薄壁类零件2758-1的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。2.4.4 薄壁类零件2758-1主要面的加工方法采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。这种方法的生产率较高。精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。以基面及小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。2.4.5 薄壁类零件2758-1主要孔的加工方法薄壁类零件2758-1大、小头孔的加工是薄壁类零件2758-1机械加工的重要工序，它的加工精度对薄壁类零件2758-1质量有较大的影响。端面采用工件翻身的方法，这样铣夹具没有活动部分，能保证承受较大的铣削力。精铣时，为了保证螺栓孔的两个端面与薄壁类零件2758-1大头端面垂直，使用两工位夹具。薄壁类零件2758-1在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转1800 ，铣另一个螺栓孔的两端面。这样，螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证。2.5加工工具使用应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当薄壁类零件2758-1定位装夹后，再抽出定位销进行加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制7个自由度（其是长圆柱销限制4个，长菱形销限制2个）。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。2.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差2.6.1 确定加工余量 用查表法确定机械加工余量：（根据机械加工工艺手册第一卷 表3.225 表3.226 表3.227）（1）、平面加工的工序余量（mm） 单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯4312.5粗铣2.5IT12()40()12.5精铣0.6IT10()38.8()3.2粗磨0.3IT8()38.2()2.6 精磨0.1IT7()38()0.8 则薄壁类零件2758-1两端面总的加工余量为：A总= =（A粗铣+A精铣+A粗磨+A精磨）2=（2.5+0.6+0.3+0.1）2=mm（2）、薄壁类零件2758-1铸造出来的总的厚度为H=38+=mm 2.6.2 确定切削用量及基本工时1、铣薄壁类零件2758-两平面选用X52K机床根据机械制造工艺设计手册表2.481选取数据铣刀直径D = 100 mm 切削速度Vf = 2.47 m/s切削宽度 ae= 60 mm 铣刀齿数Z = 6 切削深度ap = 3 mm则主轴转速n = 1000v/D = 475 r/min根据表3.131 按机床选取n = 500 /min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 2.67 m/s 2、粗磨大小头平面选用M7350磨床 根据机械制造工艺设计手册表2.4170选取数据砂轮直径D = 40 mm 磨削速度V = 0.33 m/s切削深度ap = 0.3 mm fr0 = 0.033 mm/r Z = 8则主轴转速n = 1000v/D = 158.8 r/min根据表3.148 按机床选取n = 100 r/min则实际磨削速度V = Dn/（100060） = 0.20 m/s 3、 加工小头孔(1) 钻小头孔 选用钻床Z3080 根据机械制造工艺设计手册表2.438(41)选取数据钻头直径D = 20 mm 切削速度V = 0.99 mm切削深度ap = 10 mm 进给量f = 0.12 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 945 r/min根据表3.130 按机床选取n = 1000 r/min则实际钻削速度V = Dn/（100060） = 2.04 m/s (2) 扩小头孔 选用钻床Z3080根据机械制造工艺设计手册表2.453选取数据扩刀直径D = 30 mm 切削速度V = 0.32 m/s切削深度ap = 2.5 mm 进给量 f = 0.8 mm/r则主轴转速n =1000v/D = 203 r/min根据表3.130 按机床选取n = 250 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.39 m/s (3) 铰小头孔 选用钻床Z3080根据机械制造工艺设计手册表2.481选取数据铰刀直径D = 30 mm 切削速度V = 0.22 m/s切削深度ap = 0.10 mm 进给量f = 0.8 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 140 r/min根据表3.131 按机床选取n = 200 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.32 m/s 4 、铣两侧面 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.477(88)选取数据铣刀直径D = 20 mm 切削速度V = 0.64 m/s铣刀齿数Z = 3 切削深度ap = 4 mm af = 0.10 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 611 r/min根据表3.174 按机床选取n=750 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.78 m/s 7 、加工薄壁类零件2758-1体(1) 粗铣薄壁类零件2758-1体结合面 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.474（84）选取数据铣刀直径D = 75 mm 切削速度V = 0.35 m/s 切削宽度ae = 0.5 mm 铣刀齿数Z = 8 切削深度ap=2 mm af = 0.12 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 89 r/min根据表3.174 按机床选取n = 750 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 2.94 m/s (2) 精铣薄壁类零件2758-1体结合面 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.484选取数据铣刀直径D = 75 mm 切削速度V = 0.42 m/s铣刀齿数Z = 8 切削深度ap = 2 mmaf=0.7 mm/r 切削宽度ae=0.5 mm则主轴转速n = 1000v/D =107 r/min根据表3.174 按机床选取n = 750 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 2.94 m/s 8 、铣、磨薄壁类零件2758-1面(1) 粗铣薄壁类零件2758-1上盖结合面 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.474（84）选取数据铣刀直径D = 75 mm 切削速度V = 0.35 m/s切削宽度ae = 3 mm 铣刀齿数Z = 8 af = 0.12 mm/r 则主轴转速n = 1000v/D = 89 r/min根据表3.174 按机床选取n = 100 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.39 m/s (2) 精铣薄壁类零件2758-1上盖结合面 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.484选取数据铣刀直径D = 75 mm 切削速度V = 0.42 m/s切削宽度ae = 0.5 mm 铣刀齿数Z = 8 进给量f = 0.7 mm/r 则主轴转速n = 1000v/D = 107 r/min根据表3.174 按机床选取n = 110 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.43 m/s (4) 铣V槽 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.490选取数据铣刀直径D = 63 mm 切削速度V = 0.31 m/s铣刀齿数Z = 24 切削深度ap = 2 mm 切削宽度ae = 0.6 mm af = 0.02 mm/r 则主轴转速n = 1000v/D = 94 r/min根据表3.174按机床选取n = 100 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.33 m/s (5) 精磨面 选用磨床M7350根据机械制造工艺设计手册表2.4170选取数据砂轮直径D = 40 mm 切削速度V = 0.330 m/s 切削深度ap = 0.1 mm 进给量fr0 = 0.006 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 157 r/min根据表3.148 按机床选取n = 100 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.20 m/s 第3章 专用夹具的设计与制定3.1专用夹具的设计3.1.1确定夹具的结构方案（1）确定工件的定位方案，工件在夹具中的定位应符合定位原理，合理设置定位元件，进行定位误差的分析计算，定位误差应小于工序公差的1/3 ； （2）确定刀具的对刀或引导方式，根据加工表面的具体情况来确定； （3）确定工件的夹紧方案，夹紧力的作用点和方向应符合夹紧原则，进行夹紧力的分析和计算，以确定夹紧元件及传动装置的主要尺寸； （4）确定夹具其它组成部分的结构形式； （5）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。3.1.2绘制夹具总装配图夹具总装图应按国家标准绘制，图形大小尽量采用1：1 比例，以具有良好的直观性。工件过大时可用1：2 或1：5 的比例，过小时可用2 ：1 的比例。主视图应选取面队操作者的工作位置。 绘制总装图的顺序是：先用红色细实线或黑色双点化线，画出工件的轮廓和主要表面，主要表面是指定位基准、夹紧表面和被加工表面，被加工表面上的加工余量，可用网纹线和粗实线表示。总装配图上所绘制的工件视为假想的透明体，因此，它不影响夹具元件的绘制。然后按定位元件、对刀-引导元件、夹紧机构、传动装置等顺序，画出各自的具体结构，最后画夹具体。总装配图上的视图配置和选择，应能完整地表达出整个夹具的各部分结构。 3.1.3标注夹具总装配图上各部分尺寸和技术要求 （1）夹具外形轮廓尺寸； （2）工件与定位元件间的联系尺寸； （3）夹具与刀具的联系尺寸； （4）夹具与机床连接部分的尺寸，对于铣应标注定位键与急茬工作台的T 形槽的配合尺寸； （5）其它装配尺寸，包括夹具内部的配合尺寸，以及某些夹具元件在装配后需要保持的相关尺寸，定位元件与定位元件之间的尺寸。3.1.4标注零件编号及编制明细表 3.1.5绘制夹具零件图其顺序和绘制总装配图的顺序相同，主要绘制夹具上专用零件的工作图。3.2 夹具公差配合及技术条件的制订3.2.1制订夹具公差与技术条件的依据（1）产品图纸，一般情况下，被加工零件的尺寸、公差和技术条件，都标注在零件图上，制订夹具公差时，主要依据零件图； （2）工艺规程，如果由于工艺上的需要而改变某些公差时，夹具公差应根据工艺规程中规定的公差来制订； （3）设计任务书，在设计任务书中，不仅提出了定位夹紧、生产率等一般设计要求，而且对设计中的特殊问题也做说明。 3.2.2制订夹具公差和技术条件的基本原则 （1）制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差的总和满足误差计算不等式，一般不超过工序公差的1/3 ； （2）为了增加夹具的可靠性和延长夹具的寿命，必须考虑夹具使用中的补偿磨损问题，应尽量把夹具公差定的小一些，以保证工件的加工精度。增大夹具的磨损公差，延长夹具的使用寿命；（3）夹具中与工件尺寸有关的尺寸公差，不论工件尺寸公差是单向的还是双向的，都应化为双向对称分布的公差； （4）夹具中的尺寸公差和技术条件应表示清楚，凡注有公差的部位，一定要有相应的检验标准； （5）在夹具制造中，为减少加工困难，提高夹具的精度，可采用调整、修配或就地加工方法； （6）夹具中对精度要求较高的元件，应该用较好的材料制造，以便保持精度，其淬火硬度一般不低于HRC50。 3.2.3夹具公差的制订 与工件被加工部分尺寸公差有直接关系的夹具公差，在夹具总装配图上，标注的定位 元件间，定位元件与引导元件或对刀元件之间，以及相关尺寸和相互位置的公差，一般取 工件上相应公差的1/51/2 ，最常用的是1/31/2 。3.2.4技术条件的制订1.定位元件之间或定位元件对夹具体底面之间的相互位置要求。 2.定位元件与连接元件之间的相互位置要求。 3.对刀元件与连接元件之间的相互位置要求。 4.定位元件与引导元件之间的相互位置要求。3.3 夹具整体方案设计3.3.1基准的选择由零件图知，F130的中心线对两端面有一定的垂直度要求，对底面有一定的平行度要求，若设计基准为F130的中心线。为使定位误差为零应选用以F130的孔定位的自动定心夹具，但这种自动定心夹具在结构上过于复杂，因此这里只选用以底面为基准面。 为了提高加工效率，现采用两把硬质合金片套式铣刀对两个端面同时进行加工，同时，为了缩短辅助时间，准备采用液压夹紧。3.3.2 夹具元件的选择与设计1.定位元件的选择查机床夹具设计手册，由于加工的是平面，且工件以加工过的平面作为定位基准，平面也不会平整，所以选B型支承板，它易于保证工作表面清洁，适用于底面定位。支承板一般用23 个M6M12 的螺钉紧固在夹具体上。在受力较大或支承板有移动趋势时，应增加圆锥销或将支承板嵌入夹具体槽内。另外还要选择定位销来进行定位。2.夹紧元件的选择夹紧元件要选择接受原始作用力的元件，这里要选择手柄、螺母及连接气缸活塞杆的元件，还要选择直接与工件接触的元件，有螺钉、压板。3.对刀元件的选择对刀装置由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置。塞尺的厚度或直径为35mm，这里选择5mm，按国家标准h6的公差制造。对刀块通常制成单独元件，用销钉或螺钉紧固在夹具体上，位置便于使用塞尺对刀和不妨碍工件的装卸，工作表面与定位元件有一定的位置精度要求，加工精度取IT8级公差。这里选用通用的平面加工对刀块。4.夹具体的设计为了提高镗床夹具在机床上安装的稳固性，夹具体要有足够的强度和刚度，工件的加工面尽可能靠近工作台面，要求夹具体的高宽比限制在H/B11.25范围内。另外，还要合理设置加强筋。在选择夹具体的毛坯结构时,应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。毛坯材料为HT200,铸件,铸造时,在硬度为HB170220时进行实效处理。5.夹具的定位误差分析与计算定位误差产生的原因主要有以下两个方面：（1）定位副有制造误差而引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围，称为基准位移误差，用Vr表示；在确定利用对刀块和塞尺确定一边刀具位置后，利用专用量具控制另一边刀具位置，专用夹具为控制两铣面间的距离的对刀棒，其公差范围为0.025，所以其基准位移误差为0.05；（2）因工序基准和定位基准不重合，而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围，称为基准不符误差，用VB表示，由于工序基准和定位基准重合，所以基准不符误差为零。因基准不符和基准位移而引起的加工尺寸的最大变动范围，称为定位误差，用VD表示。综合上面的误差分析，得到总的定位误差VD =0.05铣ZS1105柴油机两侧面孔时，定位误差主要是由于支承板和定位销引起的，由于基准不符误差和基准位移误差在本设计中都很小，所以，定位误差很小。3.3.3切削夹紧力的计算夹紧力方向和作用点的选择：（1）主要夹紧力应朝向主要定位基准或双导向基准，作用点应靠近支承面的几何中心；（2）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力；（3）夹紧力的方向和作用点应施与工件刚性较好的方向和部位；（4）夹紧力的作用点应适当靠近加工表面。计算采用公式：, （式4.1）其中：W -夹紧力 -水平切削力f -摩擦系数（通常取0.10.15）G -工件重力-实际所需夹紧力K -安全系数（一般取1.53）代入数据，得液压缸直径的确定：根据以上所得到的夹紧力，结合常用气缸的气压压力一般取0.8MPa，所以选择直径为88mm的气压缸。3.3.4“一面挡销”定位方式计算及选择机械加工工艺装备设计包括机床专用夹具、专用刀具、专用量具和专用辅具的设计。工艺装备是保证零件加工精度、提高劳动生产率、降低成本或减轻工人劳动强度的有效措施，他们设计的合理与否是这些设备性能发挥的关键。这里只简述专用夹具的设计。机床夹具是在机床上加工使用的一种工艺装备，用来确定工件与刀具的相对位置，将工件定位夹紧。专用夹具是为某一零件的某一道工序而专门设计制造的夹具，没有通用性。但可用在通用机床或专用机床上。（1）定位基准和方位方案的确定由于该零件结构形状复杂，为保证托架零件各表面间的位置精度，采用同一基准加工，即采用一面两孔作为后续工序的定位基准，故A 面加工采用二次铣削，为保证该平面的平整与光洁，第二次铣削A 面，其加工余量为1.2mm。为保证平面度要求0.04mm，跳动0.05mm,同轴度0.04mm,垂直度0.018mm,保证两定位孔尺寸2-M16-6H,位置尺寸414mm,采用两圆柱表面做定位基准.形成了一面两孔的定位.用六点定位原理分析，限制了工件六个自由度，属完全定位。（2）选择定位元件以及定位销尺寸和定位误差的计算根据工件的定位基准表面，保证了平面的尺寸精度与形状精度；更保证了工件的同轴度和垂直度的要求,选用圆柱销和短菱形销定位,保证2-M16-6H孔的位置精度.两定位销孔选取的距离较大，则在同样销孔配合精度下能获得最小摆角误差。菱形销圆弧部分与其相配合的工件定位孔间的最小间隙 为： （式4.2）式中为与菱形销相配合的工件定位孔的最小直径，补偿距离由下式计算： （式4.3）式中为夹具圆柱销与其相配合的工件定位孔间的最小间隙，本例为零。结果： ， 销孔所产生的最大角度定位误差 为： = 即最大倾角误差为。3.4夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应注意提高劳动生产率，为此应首先着眼于机动夹紧而不 采用手动夹紧，因为这是提高劳动生产率的重要途径。本道工序的铣夹具就选择了液动夹 紧方式。本工序由于是粗加工，切削力较大,为了夹紧工件，势必会增加液压缸的直径。 而这样将使整个夹具过于庞大。因此，应首先设法降低切削力，目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的斜锲夹紧机构，尽量增加该机构的扩力比；三是在尽可能的情况下，适当提高液压缸的工作 压力，以增加液压缸推力。结果本夹具的总体感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块，可以使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀，同时，夹具体底面上的一对定位链可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置，以利于切削加工。第4章 MasterCAM加工过程仿真零件尺寸如图。在Mastercam软件中，为了编制零件的应用NC加工程序，需要先建立该零件的模型。分析上述零件，只要建立如图所示的俯视图的二维外形模型，根据二维外形模型，结合Z轴的深度(从主视图中获得)，产生零件的二维加工刀具路径轨迹，经过后处理，产生NC加工程序，就可以在数控铣床或加工中心上加工出该零件。4.1 加工仿真步骤不管是手工编程还是计算机辅助编程，加工工艺都是必须关注的。MasterCAM软件的CAM工能主要是自动产生刀具路径，加工工艺还需要编程人员事先制定。 (1) 装夹方法。此零件毛坯规则，采用夹具装夹。(2) 设定毛坯尺寸。单击图1-130中“材料设置”，出现如图1-131所示对话框。设置参数如图所示，其余为默认设置，单击确定按钮，设定好毛坯尺寸。单击工具栏中按钮，将视角设为等角视图，结果如图1-132所示，双点划线部分为毛坯外形。(4) 刀具选用。根据工件的尺寸及形状，选用刀具如下：直径25mm的四刃平铣刀(用于精加工)。加工刀具路径(1)铣削加工。1) 串连。单击菜单栏弹出输入NC文件名的对话框，在文件名处输入“二维铣削零件”，确认。弹出串连对话框，单击，进入串连选项对话框，设置串连方向为顺时针方向，回车确认，回到串连对话框，选取台阶四边形的一条边，四边形的四条边改变颜色，并出现一个起点与箭头，方向为顺时针方向，如图1-133所示。 (注：串联方向选择顺时针方向，刀具半径补正方向选择左补正，刚好构成顺铣。在数控加工时，由于采用小量快走的加工方法，数控机床的刚性好，反向间隙小，粗加工、精加工一般都采用顺铣。)2)选择刀具，设置刀具参数。单击，进入外形铣削对话框如图1-134所示。单击进入刀具管理对话框，从中选取直径为12mm的平底铣刀，此刀具信息出现在图1-134中，设置进给率：200；进刀速率：60；主轴转速：900r/min；提刀速率：600。单击，选择冷却方式为油冷却，选中“快速提刀”，其余采用默认设置，结果如图1-135所示。在图1-135中，右键单击1号刀信息所在行，进入刀具定义对话框，设置刀具刀刃数为2。3) 设置加工参数。单击图1-135中按钮，出现如图1-136所示对话框，用来设置刀具移动的位置与方式等参数。 安全高度：50。选中“绝对坐标”项。安全高度也称为提刀高度，指在此高度上刀具可以在任何位置平移而不会与工件或夹具发生碰撞。在开始进刀前，刀具快速下移到此高度才开始进刀，加工完成后退至安全高度。“绝对坐标”表示相对于坐标原点的高度。 参考高度： 参考高度也叫退刀高度，完成一个工序后，刀具退到该高度，下一道工序以该点为起点。通常安全高度设定了则无需设定参考高度。 进给下刀位置：5。选中“增量坐标”。进给下刀位置也叫进给高度，刀具从安全高度以G00的速率快速下降到该点，改为以Z轴的进给速率，向下加工工件。初学者对该值的设置宜高一点，以利于操作机床加工时的安全。“增量坐标”是相对已加工面的一个高度，其值以上一次的已加工面作为Z坐标的原点来计算。 工件表面：0。选中“绝对坐标”项。工件表面指毛坯顶面的高度值或Z轴坐标值。“绝对坐标”是相对于坐
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