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刺辊座
数控
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程序设计
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刺辊座数控工艺、夹具、NC程序设计,刺辊座,数控,工艺,夹具,NC,程序设计
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III 毕业设计说明书题目名称：刺辊座数控工艺、夹具、NC程序设计院系名称： 机 电 学 院 班 级： 机 自 071 学 号： 200700314128 学生姓名： 薛 清 君 指导教师： 肖 庆 和 2011年 5月摘要本课题名称是是刺辊座数控工艺、夹具、NC程序设计，包括工艺，夹具，NC程序设计三个主要部分。此毕业设计具体内容主要包括：对零件的加工工艺进行详细的分析，并制定出工艺文件，以加工出合格的刺辊座零件，保证零件的加工精度；工序的专业夹具的设计需要考虑该工序的定位基准，根据夹紧的原则，设计出合适的夹具；对重要工序的加工精度的保障或者是复杂表面的加工，可以采用数控加工的方法，保证零件的加工质量的和零件的精度；数控程序的编制利用自动编程软件，辅以人工修改，缩短了生产准备时间。设计出的工艺、夹具、NC程序，都是基于一定的技术参数和要求，能够保证该零件的合理、高效的加工出来，并保证产品的质量水平，满足生产对产品的需求。关键词：刺辊座、工艺分析、专用夹具、数控加工AbstractThe graduation project is the design of the CNC process, the special fixture and the NC program for licker-in seat. It includes mainly process, special fixture and NC program. The graduation project mainly includes: The detailed analysis of the machining process of the part, and to develop process documents is necessary, in order to manufacture qualified parts of the licker-in seat, and ensure the machining accuracy. The design of the special fixture of the process needs to consider the localization benchmark of the process. According to the principles of clamping, we can design the suitable fixture. The protection of machining accuracy of the important process or the machining of the complex surface can be carried out on NC machine to ensure machining quality and part accuracy. Programming of NC program makes better of the automated programming software, and is supplemented by artificial modification to shorten the ready time in production. The process, special fixture and NC program designed are based on certain technical parameters, to ensure that the part are rationally and effectively processing out, and then ensure the product quality level to meet the production for the demand of product.Keywords: licker-in seat ; process analysis ; special fixture ; NC manufacturing目录1 引言- 1 -2 刺辊座的用途和外形- 2 -3 刺辊座的加工工艺的缺陷以及解决措施- 3 -3.1 刺辊座的加工工艺缺陷- 3 -3.2 解决当前加工缺陷的措施- 4 -4 刺辊座的加工工艺分析- 5 -4.1 刺辊座的零件图分析- 5 -4.1.1 零件的材料- 5 -4.1.2 零件图样特点- 5 -4.2 刺辊座的结构工艺性分析- 5 -4.2.1 零件的结构特点- 5 -4.2.2 零件的尺寸精度和粗糙度要求- 6 -4.3 毛坯的选择- 6 -5 刺辊座加工工艺设计- 7 -5.1 加工方法的选择- 7 -5.2 加工路线的确定- 7 -5.3 定位基准的选择- 8 -5.4 刀具的选择- 9 -5.5 工序加工余量的确定- 10 -5.6 切削用量的确定- 11 -5.6.1 切削用量的计算- 11 -5.6.2 计算主轴转速和进给速度- 13 -6 数控工序夹具的设计- 15 -6.1 定位方案的确定- 16 -6.2 定位元件的确定- 16 -6.3 定位误差分析- 17 -6.4 夹紧方案的确定- 17 -6.5 夹具体的设计- 18 -6.6 夹紧力的计算- 19 -6.7 夹具的具体结构- 20 -7 数控加工工艺的设计- 20 -7.1 数控加工工艺路线的确定- 20 -7.2 数控机床的选择- 20 -7.3 确定编程原点，对刀点对刀方法- 21 -8 数控程序的编写- 21 -8.1 CAXA制造工程师加工过程- 21 -8.2 编写数控代码- 29 -9 经济性分析- 29 -10 结论- 30 -参考资料- 33 -致谢- 34 -1 引言制造技术是一个永恒的主题，是设想、概念、科学技术物化的基础和手段，是国民经济与国防实力的体现，是国家工业现代化的支柱产业和关键。工艺技术是制造技术的重要组成部分，提高工艺技术水平是机电产品提高质量、增强国际市场竞争力的有力措施，工艺技术水平是制约我国制造企业迅速发展的因素之一。我国目前普遍存在着“重设计、轻工艺”的现象，有关部门已经将发展工艺技术和装备制造列为我国打造制造业强国的重要举措之一，提出了“工艺出精品、精品出效益”的论断。工艺技术是重要的，必需重视。机械加工工艺是利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。它们是是指导生产的重要技术文件；是生产组织和生产准备工作的依据；是新建和扩建工厂（车间）的技术依据。为保证产品质量、生产率和经济性这三个方面提供有效的技术支撑。夹具在工艺装备中占有十分重要的地位，机械加工中，采用机床专用夹具安装工件，可以使工件易于正确定位，保证加工精度；)缩短安装时间，提高劳动生产率；扩大机床工艺范围，实现一机多能；操作方便、安全、可降低对工人的技术要求和劳动强度。数控技术是制造业实现自动化、集成化的基础，是提高产品质量和劳动生产率的技术手段，专家预言“二十一世纪机械制造业是竞争的时代，其实质是数控技术的竞争”。我国数控技术的发展，总的来说，技术水平不高，质量不佳。表现在：自主创新能力的不足，产品质量、可靠性及服务等能力不强，功能部件发展落后，国产数控机床以低档为主，高档数控机床绝大部分依赖出口。对于刺辊座，只是作为梳棉机上的一个配件，目前国内加工这种配件的厂家有不少，比如郑州纺织机械有限公司等以生产纺织机械为主的公司中，就有专门加工此种配件的车间，由于生产批量不是很大，所以多采用的是传统的机械加工方法。目前国内外采用数控技术加工刺辊座的公司是很少的。刺辊座有较高的精度，对于梳棉机上刺辊运动的平稳性式有很大的促进作用的，在数控机床上加工刺辊座，可以很大提高刺辊座的精度。在这个课题中，需要解决的关键问题有：刺辊座零件的结构分析、工艺路线的制定、定位基准的选择、工艺装备的选择、切削用量的选择和计算，夹具定位方案中原工学院毕业设计说明书的确定、夹紧方案的确定、数控加工方式和参数的确定、数控软件的应用、数控程序的修改等。2 刺辊座的用途和外形刺辊座是梳棉机上的一个配件，相当于一个轴承座，由上盖和底座组成的一个合配件，通过方孔与梳棉机的机架用螺栓联接，通过长方槽导向，以及利用右边的开槽定位，其内孔与轴承配合，来支撑刺辊。刺辊在梳棉机上是用来喂入棉层，对棉层进行梳理并除去杂质，所以刺辊座要具有较高的精度，它对于梳棉机上刺辊的运动有一定的影响。刺辊座零件的外形:图2-1主视图 图2-2右视图 图2-3左视图3 刺辊座的加工工艺的缺陷以及解决措施3.1 刺辊座的加工工艺缺陷刺辊座的加工工艺以往都是采用传统的机械加工工艺，对于某些关键工序和零件尺寸和精度的保证较为困难或者复杂，本零件的关键部位是外轮廓的加工和内孔的镗削。对于刺辊座的外轮廓的加工，传统的方法是在铣床上利用靠模装置进行仿形加工，这对于机床的要求较高，靠模需要单独制造出来，价格昂贵，并且仿形加工对于轮廓尺寸精度和粗糙度的保证是很困难的。对于内孔的加工，内孔是用于与轴承配合，所以对内孔的加工精度有很高的要求，传统的方法是在镗床上镗孔，这对于操作员的技术水平要求很高，操作也很繁琐，包括对刀点的设置、测量以及换刀等操作；镗孔的精度也较难保证，难免人为误差的存在。图3-1轮廓和孔的尺寸3.2 解决当前加工缺陷的措施本零件的关键部分是外轮廓和内孔的加工，其余加工部分可以在普通机床上进行加工，外轮廓和内控的加工选择在数控机床上加工。在数控加工机床上加工的零件，可以是普通零件，但更多的零件是普通机床加工加工较为困难或者对操作人员的水平有相当高的要求。对于轮廓形状复杂、对加工精度要求较高的零件，数控机床有着很好的适应能力。利用数控机床进行加工，可以保证加工质量的稳定，提高生产效率和加工精度，工序也相对比较集中，减轻了操作人员的劳动强度，也能有效避免人为的误差或失误。对于外轮廓和内孔的数控加工，可以进行编程，而且数控程序能够很方便的进行编辑修改。4 刺辊座的加工工艺分析4.1 刺辊座的零件图分析4.1.1 零件的材料零件的材料是HT200，是结构复杂的零件。毛坯是与零件结构类似的铸造件，由上盖和底座组成，均是铸件。在砂型铸造工序之后，为了改善切削性能、消除毛坯制造时留下的残余应力，需要对毛坯进行预备热处理。灰铸铁的碳含量在2.5% 4.0% ，采用退火处理，最后进行定性处理。4.1.2 零件图样特点该零件的视图符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素之间的关系准确；尺寸标注完整、清晰。从图纸上，可以看出，零件所有轮廓由直线、圆弧、孔、螺纹共同组成了一个复杂的零件。加工部分包括平面、表面、圆弧、孔、螺纹等。另外一些尺寸具有尺寸偏差、公差等级、表面粗糙度要求。所有标有粗糙度要求的部分都需要加工。通过零件图可知，外轮廓用铣削方式加工，小孔在钻床上加工，大孔在镗床上进行加工（可以将外轮廓和大孔在数控加工中心上加工），其余的平面和圆弧面在铣床上加工。4.2 刺辊座的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下制造、维修的可行性和经济性。即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面广，因此有必要对零件进行结构工艺性分析，找出技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的加工措施加以保证。4.2.1 零件的结构特点该零件是有上盖和底座组成，上盖的尺寸，底座的尺寸为，为合配后，零件的总长是。对于刺辊座上盖，外轮廓有弧面用以与盖板的配合、弧面，螺纹孔用以联接紧固；两个凸台上钻有两个销孔和两个螺纹沉孔通孔，用以上盖和底座合配时的定位和联接；孔上端钻有通孔用以联接。对于底座，外轮廓有两个螺纹孔用以联接紧固，上表面钻有两个销孔和螺纹孔用以上盖和底座合配时的定位和联接紧固，长为的底面固定在梳棉机机架上；长圆槽用以放密封条；两个螺纹孔用以联接。4.2.2 零件的尺寸精度和粗糙度要求零件左侧的凸台到孔中心的距离为110mm，上偏差为0，下偏差为-0.5；零件的底面到孔中心的距离为80mm，上偏差为0，下偏差为-0.2；最底侧与孔中心的距离为132mm，上偏差时+0.1，下偏差为+0.1,；斜端面与孔中心的距离为132mm，上偏差为-0.1，下偏差为+0.1； 上轮廓圆弧的尺寸为R128.25mm，上偏差为0，下偏差为-0.1；两侧的外缘面与大平面的距离为28.5mm，上偏差为+0.5，下偏差为-0.5,；最底侧的厚度为28.5mm，上偏差为0，下偏差为-0.2；孔的尺寸为，即为上偏差为+0.090，下偏差为+0.036,；长方槽的宽度为16F8，即上偏差为+0.090，下偏差为+0.036。根据零件表面的不同，有不同的粗糙度。零件粗糙度有Ra25m、Ra12.5m、Ra6.3m、Ra3.2m，粗糙度的不同，对加工方法也有一定的要求。该零件在现有工艺条件下，选择的工艺设计方案使零件方便制造，又能有较低的成本，使零件保证好的结构工艺性。4.3 毛坯的选择本零件的结构比较复杂，尺寸也较大，采用铸件的毛坯，该零件尺寸较大，不宜采用模锻、压铸等，可采用砂型铸造。选择毛坯时应该考虑如下这几个方面的因素：零件的生产纲领，零件材料的工艺性，零件的结构形状和尺寸，现有的生产条件。该零件尺寸较大，不宜采用模锻、压铸等，多采用砂型铸造和自由锻造。生产纲领和批量. 该零件生产纲领为Q=N2=20002=4000（件），生产类型为中型机械大批生产，大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，我选择砂型铸造的方法。其铸件的技术要求为： 铸件自由公差按GB6414-86 CT8； 未注圆角R3R5，加工圆角为R1520； 定性处理，改善切削性能、消除毛坯制造时留下的残余应力； 铸件不得有夹灰、气孔、砂眼、缩松等缺陷。5 刺辊座加工工艺设计5.1 加工方法的选择粗糙度有Ra25m、Ra12.5m、Ra6.3m、Ra3.2m，所以加工时要有粗加工，半精加工，以及精加工。如：的孔需要进行配合，粗糙度可以达到Ra1.6m，需要镗、半精镗、精镗。工件上的典型表面加工可以采用典型的工艺路线及其所能达到的经济精度。加工方法的选择要根据加工的结构形状决定，外圆表面加工方法的选择有车削和磨削；内孔表面加工方法钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔和光整加工等等；平面加工方法的选择有铣削、刨削、车削、磨削和拉削等；平面轮廓和全面轮廓加工方法的选择有数控铣、线切割及磨削等。任何一种加工方法获得的精度只在一定范围内才是经济的，这种一定范围的加工精度即为该加工方法的经济精度。在选择加工方法时，应根据工件的精度要求选择与经济精度相适应的加工方法。加工方法选择的原则： 所选的最终加工方法的经济精度及表面粗糙度要与加工表面的精度和表面粗糙度要求相适应； 所选加工方法要能保证加工表面的几何形状精度和表面相互位置精度要求 ； 所选加工方法要与零件的结构、加工表面的特点和材料等因素相适应 ； 所选加工方法要与企业的生产类型相适应 ； 加工方法要与工厂现有生产条件相适应 。加工方法的确定如下： 外轮廓：粗铣，半精铣； 各平面：铣； 销孔：钻、铰； M6螺纹孔：钻、攻； 沉孔：钻、锪； 长圆槽和长方槽：铣 孔和：镗。5.2 加工路线的确定加工方法确定后，切削加工顺序的安排应遵循以下几个原则： 加工阶段的划分：先粗后精； 先基面后其他； 先面后孔； 先主后次。根据以上原则，加工路线确定如下： 上盖的加工路线：粗铣、半精铣底面粗铣A端面粗铣B端面铣削倒角钻M6通孔和钻、铰孔锪M6通孔。 底座的加工路线：粗铣底面C、底面E半精铣上表面半精铣底面C、底面E粗铣A端面粗铣B端面铣倒角钻、铰M12螺纹孔和钻、铰孔。 合配上盖和底座粗铣A端面粗铣B端面粗铣A端面铣削弧形凸台粗铣D端面粗铣左端面、外缘面粗铣右端面、R20弧面粗铣长方槽划线、钻、攻2M6深15mm螺纹孔钻扩孔、锪孔粗铣整个轮廓铣曲面G铣R=9mm的圆弧面铣R=4mm长圆槽精铣整个轮廓粗镗mm，粗镗孔mm半精镗、精镗孔mm钻、攻四周的螺纹孔。图5-1加工表面名称5.3 定位基准的选择合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。在制定零件的机械加工工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准把各个表面加工出来，然后考虑选择怎样的粗基准把精基准的各基面加工出来。精基准的选择： “基准重合”原则； “基准统一”原则； “自为基准“原则； “互为基准”原则； 应能保证工件的装夹稳定可靠，夹具结构简单，操作人员操作简便。粗基准的选择： 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面为粗基准； 如果在设计上要求保证加工表面与某不加工表面之间的相互位置精度，则应选此不加工面作粗基准； 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件的所有表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。； 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。； 选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其它缺陷，以便定位准确、装夹可靠 一般只使用毛坯表面作一次粗基准，以后不再重复使用。各工序的定位基准详见加工工艺路线卡片。5.4 刀具的选择刀具的选择主要取决于： 工序所采用的加工方法； 加工表面的尺寸大小； 工件材料； 要求的加工精度； 表面粗糙度； 生产率； 经济性； 需要注意的是刀具半径R应小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径min，一 般可取R=(0.80.9) min。刀具的选择的确定见加工工艺卡片。5.5 工序加工余量的确定各道加工工序的基本尺寸如下。其中“+”后面为其上道工序的余量。上盖：底面：半精铣134mm，粗铣134+1mm=135mm，毛坯135+5=140mm；A端面：粗铣134mm，毛坯134+4=138mm；B端面：粗铣130mm，上道：130+4=134mm；螺纹通孔：锪孔：14+6=20mm，底孔14mm；销孔底孔：铰销孔：5.8+0.2=6mm，底孔5.8mm。底座：粗铣底面C：85mm，毛坯85+5=90mm；粗铣底面E：138mm，毛坯：138+5=143mm；半精铣上表面：82mm，上道：82+=85mm；半精铣底面C：80mm，上道：80+2=82mm；粗铣A端面：134mm，毛坯：134+4=138mm；粗铣B端面：130mm，上道：130+4=134mm； 螺纹孔M12：攻丝：11+1=12mm，铰：10.8+0.2=11mm，底孔 10.8mm； 销孔：铰销孔：5.8+0.2=6mm，底孔5.8mm，。刺辊座合配件：粗铣A端面：126mm，上道：126+4=130mm；粗铣B端面：41.5mm，毛坯：41.5+3.5=45mm；粗铣A端面：124.5mm；铣弧形凸台：72mm，毛坯72+4=76mm；粗铣D端面：28.5mm，毛坯：28.5+3.5=32mm；粗铣左端面、外缘面：28.5mm，毛坯：28.5+3.5=32mm；粗铣右端面、外缘面：28.5mm，毛坯：28.5+3.5=32mm；粗铣长方槽：66.5mm螺纹孔M6：攻丝：5.2+0.8=6mm；底孔：5.2mm阶梯孔：锪孔:12+6=18mm，扩孔：4+8=12mm，底孔4mm。数控工序：镗孔：粗镗：55+5=60mm，毛坯：55mm；镗孔：119.7+0.3=120mm，半精镗115+2.7=119.7mm，粗镗：110+5=115mm5.6 切削用量的确定5.6.1 切削用量的计算切削用量，是在已经确定的刀具规格和材料基础上，确定切削速度、进给量及背吃刀量三个切削要素。切削用量不仅是机床调整前必须确定的参数，而且数值是否合理对加工质量、加工效率、生产成本等有非常重要的影响。粗加工时，一般优先选择尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和背吃刀量，而切削速度则根据需要确定选用较大值或较小值。背吃刀量的选择：背吃刀量是根据工件的加工余量来确定的。粗加工时，在留下精加工和半径加工的余量后，应尽可能一次走刀切除剩余的余量，以减少走刀次数。当余量过大，可分多次走刀。在中等功率的机床上，粗加工的背吃刀量可达810慢慢，半精加工时，背吃刀量取为0.52mm，精加工时，背吃刀量取为0.10.4mm。其中进给量和切削速度可以通过查表的方法确定数值，参照切削用量简明手册和机械切削工艺参数速查手册确定。表5-1上盖切削用量工步号设备工步内容切削速度m/min进给量mm/z背吃刀量mm1铣床.粗铣底面600.252半精铣底面800.11.53粗铣A端面600.244粗铣B端面600.245铣削倒角500.15工步号设备工步内容切削速度m/min进给量mm/r背吃刀量mm1钻床钻两个螺纹通孔400.2572钻两个销孔底孔400.252.53铰销孔100.20.54锪沉头孔400.225锪沉头孔400.22表5-2底座切削用量工步号设备工步内容切削速度m/min进给量mm/z背吃刀量mm1铣床粗铣底面C600.252粗铣底面E600.253半精铣上表面800.134半精铣底面C800.125半精铣底面E800.136粗铣A端面600.247粗铣B端面600.248铣削倒角500.15工步号设备工步内容切削速度m/min进给量mm/r背吃刀量mm1钻床钻两个螺纹底孔400.2562钻两个销孔底孔400.252.93铰销孔450.20.54铰螺纹底孔450.215攻螺纹孔1010.5表5-3刺辊座合配件切削用量工步号设备工步内容切削速度m/min进给量mm/z背吃刀量mm1铣床粗铣A端面600.242粗铣B端面，保证厚度41.5mm600.253粗铣A端面600.24.54铣削两个弧形凸台600.245粗铣D端面600.246粗铣左端面、外缘面600.257粗铣右端面、外缘面600.258粗铣长方槽360.0511工步号设备工步内容切削速度m/min进给量mm/r背吃刀量mm1钻床钻底孔400.252.62攻螺纹孔1010.83钻孔400.2534扩孔400.535锪孔900.23表5-4刺辊座合配件数控工序切削用量工步号设备工步内容切削速度m/min进给量mm/z背吃刀量mm1数控卧式加工中心粗铣整个轮廓600.242铣曲面G600.23铣R=9mm的圆弧面600.294铣长圆槽R4600.0545半精铣整个轮廓1000.11工步号设备工步内容切削速度m/min进给量mm/r背吃刀量mm1数控卧式加工中心粗镗孔800.842粗镗孔800.843半精镗孔1000.251.354精镗孔1500.10.155钻床钻四周的底孔400.253.46攻丝1010.65.6.2 计算主轴转速和进给速度计算公式如下： 公式(5-1) ：主轴转速r/min：切削速度m/min：刀具直径mm对于铣削加工， 公式(5-2) ：进给速度mm/min ：每齿进给量mm/z ：主轴转速r/min ：刀具齿数对于孔加工， 公式(5-3) ：进给速度mm/min ：每转进给量mm/r ：主轴转速r/min代入数据，计算各工序工步的主轴素的和进给速度。表5-5上盖加工中的主轴速度和进给速度工步号工步内容主轴速度r/min进给速度mm/min1粗铣底面119.4334.42半精铣底面159.2222.93粗铣A端面119.4191.14粗铣B端面119.4191.15铣削倒角199.0437.96钻两个螺纹通孔909.9227.57钻两个销孔底孔2196.3549.18铰销孔530.8106.29锪沉头孔909.91812.010锪沉头孔636.9127.4表5-6底座加工中的主轴速度和进给速度工步号工步内容主轴速度r/min进给速度mm/min1粗铣底面C119.4334.42粗铣底面E238.9298.63半精铣上表面159.2222.94半精铣底面C318.5159.25半精铣底面E509.6152.86粗铣A端面119.4191.17粗铣B端面119.4191.18铣削倒角199.0437.99钻两个螺纹底孔1179.5294.910钻两个销孔底孔2196.4549.111铰销孔530.8106.212铰螺纹底孔1302.8260.613攻螺纹孔265.4265.4表5-7刺辊座合配件加工中的主轴速度和进给速度工步号工步内容主轴速度r/min进给速度mm/min1粗铣A端面76.4244.62粗铣B端面，保证厚度41.5mm76.4244.63粗铣A端面76.4244.64铣削两个弧形凸台477.7382.25粗铣D端面477.7382.26粗铣左端面、外缘面382.2305.77粗铣右端面、外缘面477.7382.28粗铣长方槽71.7103.29钻底孔2450.0612.410攻螺纹孔530.8530.811钻孔3184.7796.212扩孔1061.6530.813锪孔1592.4318.5表5-8数控加工中的主轴速度和进给速度：工步号工步内容主轴速度r/min进给速度mm/min1粗铣整个轮廓682.42047.32铣曲面G682.42047.33铣R=9mm的圆弧面1061.61910.84铣长半圆槽R41061.6636.95半精铣整个轮廓1158.1694.86粗镗孔424.6339.77粗镗孔212.3169.848半精镗孔265.466.359精镗孔398.139.86 数控工序夹具的设计专用夹具设计的基本要求： 夹具设计应满足零件加工工序的精度要求； 应能提高加工生产率； 具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本； 夹具元件应满足通用化、标准化、系列化的“三化”要求； 具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。 操作方便、省力、安全。6.1 定位方案的确定定位是指工件在加工前，必须首先使它在机床上相对刀具占有正确的加工位置,即是工件加工前，在夹具中占据“确定”、“正确”加工位置的过程。根据该工件的加工要求可知该工序应该采用完全定位，根据六点定位原理，必须限制工件六个自由度，即、。加工工序是外轮廓的铣削、孔的镗削，对工序进行分析。根据零件外形的特点，采用：方案一：以底面C（见图5-1）作为大平面定位，限制、；左侧壁限制；D面（见图5-1）限制、。均采用平面定位，属于六点完全定位。方案二：在上圆弧面采用Z向浮动的长V形块定位，限制、；D面上有1个支承钉定位，限制；底面C作为大平面定位，限制、。属于六点完全定位。 方案二中，夹具的设计将很复杂，轮廓的尺寸也比 较大， 对夹具的精度要求比 图6-1 定位符号较高，另外使用V形块，也会改变定位基准，是定位基准和设计基准不重合，难以保证加工零件的尺寸精度，加大了定位误差。故选择方案二。 6.2 定位元件的确定定位元件是标准结构，选用定位元件，避免夹具体与工件直接接触。可以提高夹具体的耐用时间。底面C的定位采用大平面的定位，则可以选用支撑板用于平面的精基准定位。并采用B型支撑板，因为它的工作面上制有下凹的斜槽，其优点是工件在其上移动时，能保持结接触的连续性并有利于排除切削，故适用于底面定位。其图示和主要尺寸标注如下图5-2：左侧壁和D面的定位采用支承用作固定支撑，支撑钉选择平头支承钉，因为它与定位基面之间的接触面打，压强小，可避免破坏定位基面，长用于半精、精基准定位。其图示和主要尺寸标注如下图5-3： 图6-2支撑板 图6-3支承钉6.3 定位误差分析由于待加工孔的孔心在X方向的设计基准、孔心在Y方向的设计基准分别与定位基准重合，符合“基准重合”原则，故轴向尺寸无基准不重合度误差。轴向尺寸无极限偏差、形状和位置公差要求，故轴向尺寸无基准不重合度误差。但需保证夹具的定位面的制造精度和安装精度，尽可能减少与夹具有关的加工误差，将定位误差降到最低。6.4 夹紧方案的确定 对夹紧装置的要求： 工件不移动原则； 工件不变形原则； 工件不振动原则； 安全、省力、方便原则； 自动化、复杂化程度与生产纲领相一致。 与夹紧力方向有关的准则： 夹紧力的方向应有助于定位； 夹紧力应指向主要定位基面； 有利于减小夹紧力的大小； 有利减小工件变形。 与夹紧力作用点有关的准则： 保证定位稳定可靠； 避免支承反力与夹紧力构成力偶； 作用点位于工件刚性较好部位，变集中作用为分散作用； 做点应尽量靠近加工表面；当作用点只能远离加工面，可增设辅助支承。夹紧力方向主要要垂直于定位基准面，夹紧力应尽量传给夹具体，并存在于刚性较高的方向。夹紧力作用点应落在定位元件支承范围内。 根据零件的结构外形，可以在零件上端的圆弧面浮动压块，对工件进行主要的夹紧；另外在左端的定位支撑的方向，可以施加一个夹紧力，进行复制夹紧。所以可以将二者设计成联动夹紧机构。如图6-4所示，箭头表示夹紧力作用点和作用方向，并采用液压夹紧，具体结构见夹具装配图。 图6-4夹紧符号6.5 夹具体的设计工件的大小可以作为夹具初步的外形及结构大小，所以在设计夹具体时，要首先考虑所加工零件的尺寸大小。然后布置定位基准，依据所选择的加工基准，在夹具体上设计出用于定位的部分，在夹具的大平面定位上，采用两个支承板，所以要在夹具的主要支撑面上设计两个凸台，并用左右螺纹孔与支承板联接；对于左侧定位，设计出一个支承钉需要的孔；在零件的孔轴线的方向的定位，设计出两个 6-5 夹具体支承钉配合的孔。所有配合的表面和联接的表面，都要设计出凸台，并保证一定的粗糙度，夹具体可以设计出筋板，以提高夹具体的强度，夹具体采用铸造手段制造比较方便，并降低了成本。对夹具体的定位，在夹具体底端的对称位置加工两个键槽，用来装定向建，保证夹具体与机床的位置关系，夹具在机床上的夹紧采用四个T型螺栓，与机床联接。夹具体对应的工序采用自动化夹紧，所以可以将动力源装置装配到夹具体上，如选择液压缸提供夹紧力，可以夹具体上将液压缸与夹具体的联接位置设计出来。其示意图如图6-5夹具体，具体结构见附图夹具体零件图。6.6 夹紧力的计算当夹紧力的方向和作用点确定之后，就应计算夹紧力的大小，夹紧力必须足够但又不能过大。理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力（或力矩）的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系的影响，略去次要因素在力系的影响。查切削用量简明手册铣削时切削力的计算公式： 公式(6-1)选择铣削R=9mm圆弧面作为对夹紧最有影响的情况，逆铣时对工件的力取为=1.2查表，=30，=9，=1.0，=0.2，=0.65，=7，=0.83，Z=3，=18，=0.83，=1061.6，=0，带入表中得：F=1300N，则=1560N查机械设计手册 液压传动，选取液压缸的型号为WYX01 70L矿物油FZ40，拉力可达到6.02KN。6.7 夹具的具体结构见夹具装配图。7 数控加工工艺的设计7.1 数控加工工艺路线的确定无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟订工艺方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点，加工路线等）也需要做一些处理。因此，数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。刀具和工艺方案在前面有所讨论，这里就不在赘述。零件的加工路线是指数控机床加工过程中刀具到位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向。编程时确定加工路线的原则主要有： 应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求； 应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间； 应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。另外在铣削轮廓时，应避免铣刀沿法线直接切入切出零件时在零件轮廓处直接抬刀而留下刀痕，应采取外延法，即切入时，刀具应沿轮廓曲线延长线的切向切入；切出时刀具应沿零件轮廓延长线的切线方向逐渐切离工件。对于此零件，需要数控加工的地方就两处，加工内容较简单，不过工件的轮廓较为复杂，有圆弧面、圆槽、平面。外轮廓需要多种加工方法，主要要考虑到所选加工方法要与零件的表面特征、所要求达到的精度及表面粗糙度相适应。粗糙度要求为Ra12.5m，加工方法是粗镗；孔是一个配合孔，精度要求较高，加工方法为粗镗、半精镗、精镗。数控加工的工艺路线确定如下：粗铣整个轮廓铣曲面G铣R=9mm的圆弧面铣R=4mm长圆槽精铣整个轮廓粗镗mm，粗镗孔mm半精镗、精镗孔mm。数控加工的工艺路线卡片和刀具清单，见附页。7.2 数控机床的选择该零件生产方式为：大批量生产,数控工序要求工作台可以旋转，所以机床类型选择：卧式加工中心。数控系统选择：FANUC OMD系统。7.3 确定编程原点，对刀点对刀方法编程原点或工件原点是选择工件或夹具上某一点作为程序的原点，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。通过编程原点，各轴都与机床坐标系平行而建立的一个新坐标系称为工件坐标系即编程坐标系或编程坐标系。对刀是确定工件在机床上的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点(即对刀点或起刀点)来实现，是数控加工中相对于工件运动的起点。 对刀点可以设置在被加工零件上，尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上，也可以设在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置。对刀点的选择原则如下。 所选的对刀点应使程序编制简单； 对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置； 对刀点的位置应检验方便、可靠； 对刀点的选择应有利于提高加工精度。在本设计中，选择工件的表面的中心为编程原点；对刀点为距离工件表面中为200mm的地方。对刀方法：Y方向，与夹具的距离为，X方向距离工件C面为，距离工件表面为200mm。8 数控程序的编写8.1 CAXA制造工程师加工过程数控加工的工步为：粗铣整个轮廓，留余量1mm；铣曲面G；铣R=9mm的圆弧面；铣长圆槽R4，保证与B端面的距离为16.5mm；半精铣整个轮廓，保证轮廓的尺寸；粗镗孔至；粗镗孔至；半精镗孔至；精镗孔至。程序的编写，采用CAXA制造工程师软件，来进行数控加工自动编程。其过程如下： 粗铣整个轮廓：图8-1外轮廓加工图 图8-2刀具参数 图8-3加工参数 图8-4切削用量图8-5加工轨迹路线铣曲面G：图8-6加工轨迹 图8-8刀具参数 图8-9加工参数 图8-10切削用量铣R=9mm的圆弧面： 图8-11加工轨迹 图8-12刀具参数图8-13加工参数 图8-14切削用量铣长半圆槽R4，保证与B端面的距离为16.5mm：图8-15加工轨迹图8-16加工参数 图8-17切削用量半精铣整个轮廓，保证轮廓的尺寸：图8-18加工轨迹（二次走刀）图8-19加工参数 图8-20切削用量粗镗孔至： 图8-21加工轨迹 图8-22镗孔参数粗镗孔至： 图8-23加工轨迹 图8-24镗孔参数半精镗孔至： 图8-25加工轨迹 图8-26镗孔参数精镗孔至： 图8-27加工轨迹 图8-28镗孔参数8.2 编写数控代码本次设计采用CAXA制造工程师软件编制NC代码，并可以对其进行加工仿真模拟。最后由人工修改，制定最终数控程序。 首先在CAXA绘图窗口中绘制数控加工图，设定合适的刀具参数，然后选择轨迹生成中的加工方式，平面轮廓加工和钻孔加工，并对其加工参数和切削用量进行修改，确定后拾取加工轨迹，最后选择应用菜单下的后置处理栏，点击生成G代码，拾取加工轨迹如图相应就生成G代码，并对G代码做人工修改，完成最后的数控程序代码，详见附页。9 经济性分析一切生产工作都要考虑经济效益，机械加工也不例外，各种加工方法能达到的精度是不相同的。即使是同一种方法加工，随着加工条件的改变，能达到的精度也不一致。在选择加工方法时，应针对零件的要求和加工条件等特点分析。所选方法能达到的加工精度如高于零件的要求太多，虽然质量上得到可靠保证，但生产率降低，成本增加，经济性方面不合理，这种加工方案也不宜采用。这里所指的成本是工艺成本，工艺成本是生产成本与工艺过程有关的那一部分，即包括材料或毛坯、机床设备折旧、刀具、夹具、动力、维修等费用及机床操作工人工资。按照统计，各种加工方法的加工误差或精度和成本之间呈负指数函数关系。以上所分析的加工精度是对某一种加工方案而言，为达到某加工表面的精度要求，往往有几种方案可供选择，应选择其中最经济的一种。同时对于一种加工方法能够达到的精度而言，只有一定范围内的精度才是经济的。在此课题的设计中，选择对应的加工精度，做到满足实际需要的要求。在本设计中，加工工艺的制定有着相当关键的作用。对于定位基准的选择、表面加工方法的选择、加工顺序的安排，都考虑了各种原则和准则，并有效安排了工序的集中，对于铣削、钻、数控加工，采用了工序集中的原则来确定工序，这样可以有效利用机床，减少操作人员的人数，提高生产效率，缩短了辅助时间，从而能够从生产中获得应有的效益。梳棉机的年生产量为2000台，一台梳棉机上的刺辊座有两件，所以刺辊座的年生产能力应能达到4000件以上，其生产类型为大批量生产，首当其冲过是提高生产效率。对于机床广泛采用专用机床或者专业夹具，提高生产效率；在某些工序中才用数控加工，采用先进的工艺来确保加工质量，与生产类型较为适应。这就需要制定详细的工艺规程，工序卡，工艺路线甚至操作卡来管理生产，如此可以有效地提高生产率，合理分配现有的加工条件，降低了生产成本。夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确加工位置的工艺装备。夹具的设计包括定位和夹紧两大部分，对于定位方案的设计，我充分考虑了定位基准选择的原则，并采用是标准件的定位元件，个别夹具的零件的材料选择为45钢，并力争易于制造，本设计中，以设计基准为定位基准，减少了定位误差，保证工件的加工质量，降低废品率，以此减少了企业生产的成本。对于夹紧方案的设计，考虑夹紧力方向和作用点的选取原则，做到合理有效，使夹具的结构不至于太复杂，具有良好的结构工艺性，便于制造、检验、装配、调整、维修，减低企业为夹具投入的成本。另外，夹紧力源为液压力，可以实现自动化控制。在零件的复杂外轮廓和孔的加工中，我采用了数控加工的方式，很好地利用了数控机床的加工质量稳定、加工精度高、生产效率高、工序集中等特点，可以保证产品的质量的合格，降低废品率，有利于减少企业的损失。10 结论大学四年里，对于专业的学习，回想起来，也就是在毕业设计时把四年学过的知识温习一遍，利用所学的知识和对本专业的了解，去分析解决毕业设计中的每个问题。这次毕业设计也是我们机械专业的学生进入工作岗位前的一次实战，不仅仅是学校给我们的最后一次“作业”。我的毕业设计课题是刺辊座数控工艺、夹具、NC程序的设计，主要涵盖了工艺设计、夹具设计、NC程序的编写三个方面。在老师的指导下和自己独立的学习下，我完成了本次毕业设计任务。对于课题的认识，虽然在以前的学习中对工艺、夹具、NC程序有所学习，但认识不是很深刻。回顾毕业设计的过程，从生产调研和实习，到总体方案、工艺方案设计、装夹方案设计，到加工工艺草案、专用夹具草图的设计，再到数控加工工艺方案的设计，而后装配图的确定和绘制，最后是毕业设计说明书的整理。大四上学期，我们学习了机械加工工艺，但是没有很深入的学习，只是了解一些关于工艺的知识，了解到了工艺的重要性，没有更深层次的学习。通过这次的毕业设计，让我对机械加工工艺特别是对轴类的加工工艺有了更深刻的认识。对与工艺规程制定的内容有了较为明确的认识，工艺规程是组织生产的主要技术文件和依据，对于生产合格的零件提供了技术依据。我们在实习过程中，可以看到工厂里都有工艺文件，
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