《端盖零件机械加工工艺规程分析（论文）》

III摘要制造业在我国经济发展过程中占有非常重要的地位，机床在整个制造业占有核心地位，国家需要对节能运行进行研究，以实施减少节能排放的战略，这也是制造业实现可持续发展的重要途径。作为机床系统的重要组成部分，加工中心通常用于工业生产的各个领域，其生产性能和拥有量己成为当今衡量一个国家科技发展水平与综合国力的重要标志，是国家工业发展的基础与支撑。因此熟悉一些常用零件的加工工艺，对于零件生产具有非常大的帮助作用。本文以端盖零件加工工艺为例，详细地介绍了端盖零件生产过程中加工工艺规程的编制过程，首先通过端盖零件的介绍，加工过程中要注意的事项，对加工件尺寸和粗糙度的要求，对端盖零件做了介绍，其次通过零件分析、毛坯的确定、基准面的选择和加工路线的确定对端盖零件加工工艺进行了研究，最后通过车床的选择、道具的选取、工序的切削用量及计算等几个方面详细的对零件加工工艺进行了计算。希望对零件加工工艺的确定有所帮助。关键词：端盖零件；机械加工；工艺分析一、引言制造业作为我国的重要产业之一，在人们的生产、生活过程中肩负着重大的角色和使命，我国的制造业一直处于制造大国，中国制造遍及世界各地，但是我国制造业基础还比较薄弱，因此，我国的制造业要加快发展的步伐。在经过多年的发展，积极的引入外来的先进技术的基础之上，国内数控技术也己发展的比较成熟、可靠的程度。当今世界各国都在大兴制造业，对于企业而言，为了提高自身制造能力及其应对市场多变性的能力而普遍采用数控技术及装备。在传统加工的基础之上，通过与计算机技术、LAPP及CAM技术的有效结合，继而形成了数控加工工艺。相比传统加工，它具有较大优势，成为当代加工行业不可缺少的工艺技术。在数控加工过程中，由于机床的操作和编程对文化水平和员工的加工经验以及工作本身的复杂性提出了很高的要求，因此在许多公司中数控加工的效率不是很高，产品质量也存在诸多问题，同时由于数控机床规格与加工产品不适应，导致机床加工精度不够或是有些功能基本处于无用状态。在当今市场上对多个品种，小批量和个性化生产的需求下，公司越来越难以获得边际利润，因此公司通常通过提高效率和引入有效的质量保证来获得更高的利润。对于制造业企业来说，工艺是质量保证措施的重中之重，其水平高低直接影响着产品加工质量。在追求时间概念的今天，工艺生产的效率问题，更成为了企业技术部门中所关注的焦点。面对这一新挑战，企业必须获得既有效又能够确保产品质量的响应。本课题正是针对传统加工己很难满足当今市场需求，产品开发周期长，加工效率低下等问题，以端盖零件为研究对象，对其加工工艺的分析和计算过程进行研究，从而实现数控加工，在市场竞争异常激烈的今天，这不论对于企业还是国家而言，都具有很大的现实意义。二、端盖零件加工简述（一）端盖零件作为端盖部件的机械支撑和连接的重要结构之一，目标部件种类繁多，生产成本高，效率低。它是端盖类型的典型部分，其加工是典型铣削过程的一部分。有必要仔细检查加工程序，以简化，减少，提高效率并适应小批量生产的要求。假设使用CNC铣床选择了许多用于自动换刀的刀具，则刀具可以缓慢旋转，并且可以尽快加工刀具。本零件属于典型端盖类零件，有外表面、圆柱台阶、通孔沉孔的组成，以铣、钻、加工为主，可用加工中心、或者数控车床和铣床对零件进行加工。（二）加工注意事项该零件首先使用外圆作为粗略基准，然后在车端面和中心孔上钻孔，然后将两个中心孔用作粗旋转外圆的定位基准，然后将粗旋转外圆用作加工锥形孔的基准。加工具有比一次精度更高的定位基准面。采用了二中心孔为定位基准，符合基准重合及基准统一原则。车内锥时，一端用卡爪夹住，一端搭中心架，亦是以外圆作为精基准。半精加工、精加工外圆时，采用了锥堵，锥形塞的中心孔用作定位参考，以完成轴的外圆形表面。为了确保工件外圆的研磨精度，必须在热处理之后安排研磨中心孔的过程，并且必须获得更精细的表面粗糙度。在圆柱磨削中，工件的圆度主要归因于两个中心孔的同轴度和中心孔的圆度误差。螺纹通常不得硬化，因此工件上螺纹部分的直径和长度上必须保留碳层。对于内螺纹，在孔口也应留出3mm去碳层。（三）尺寸和粗糙度的要求尺寸精度：在加工零件时，对高加工精度的要求主要是Φ25的端盖中心孔。因此，有必要在加工过程中确保精确的刀具设置，正确选择刀具磨损以及正确选择合适的加工技术。表面粗糙度：主表面粗糙度是中间孔中最低的粗糙度，为12.5um，孔壁两侧的最低粗糙度为3.2um，其余为6.3µm。通过选择正确的粗加工和精加工路线并选择合适的交叉点，可以满足表面粗糙度的要求。三、端盖零件加工工艺分析（一）零件工艺分析1.结构分析研究零件加工工艺，需要了解加工件在产品中起到的作用，装配条件等诸多问题，之后加工要求和加工参数的选取，最后才来对零件图样进行加工分析。如图3-1所示为本次加工端盖零件的剖面图，其中端盖中有4个Φ4的孔，这个是整个加工过程中需要重点注意的环节所在，也是对精度要求最高的地方，这也是之后零件需要定位配合的位置。本次加工零件选用的材料为45钢，零件的基本尺寸为115mm×115mm×58mm。图3-1端盖零件加工样图该工件尺寸标注完整、正确，参考基准面统一，在加工过程中比较方面，同时也利于后期的零件装配。此加工零件没有涉及到热处理和硬度的要求，零件加工结构比较复杂，加工过程中难度比较大，同时加工过程中，对零件的加工精度要求比较高，达到IT8（高精度），表面粗糙度Φ25mm和Φ75mm为3.2，其余部分为12.5。2.技术要求分析在小批量的生产过程中，由于加工精度要求较高，不能使用锉刀磨平面，零件加工表面不能有划痕，倒角要求为C0.5，总的来讲，对加工技术的要求仍然比较高。整体硬质合金铣刀可以加工需要更高零件的较小零件，因此机加工可以实现更高的加工精度。整个硬质合金刀具的成本很高。使用时，请确保该工具不会过度膨胀，否则该工具会导致大量工具并且容易携带，因此也会出现折断的危险。立统刀在统削零件周边轮廓时候，注意刀具半径要和零件轮廓的最小曲率半径匹配。只能小，不能大。粗加工时可以选择大的，精加工时一定要小。（二）毛坯的确定对于端盖零件的毛坯主要根据零件的材料、形状结构、尺寸大小、及生产批量等因索来选择。直径较小的情况下，应该选择棒料，也可以选择实心铸件。当需要大批量成产是，还可采用冷挤压和粉末冶金等先进毛坯制造工艺，可在毛坯精度的提高基础上提高生产率。根据图3-2工件的材料、形状机构以及尺寸等相关要点因素，本课题选择120mm×120mm×60mm的毛坯料。图3-2端盖毛坯简图（三）基面的选择1.粗基准的选择在本次的端盖零件加工过程中，考虑到后期的零件装配，还有标注尺寸基准面，选择端盖零件孔Φ60mm的外圆面和端盖零件类头右端面作为粗基准。通过Φ60mm外圆面进行加工定位，加工内孔，能够确保孔壁厚度均匀，通过端盖零件右端面作为加工粗基准，可以为后面的加工过程中精基准的选择做基础，在利用车床加工过程中，将Φ60mm的内孔作为加工粗基准，能够满足粗基准面的选择要求。2.精基准的选择在加工环节，选择精基准面的过程中，要根据零件的技术、装配要求，可以选择左端面的轴孔Φ25mm轴线作为本次加工的精基准，这样一来，基准和工艺基准得到了统一，加工过程中，零件的垂直度就能够得到保障。与此同时，由于端盖零件采用的45钢，其刚性较差，受到外力容易产生弯曲变形，选择左端面作为精基准，这样受力就发生在加工件的右端面上，能够有效的避免加工受力变形。在加工端盖零件前后两边的侧面时，可以采用25mm的内孔作为精基准。（四）工艺路线的拟订1.加工方法的确定确定端盖零件各表面的加工方法，如表3-1所示。表3-1端盖零件各表面加工方案2.加工阶段的划分（1）粗加工阶段粗加工的目的是加工出零件的大概尺寸，通过去掉多余的零件尺寸，为后面的精加工做服务，同时为后期加工提供定位基准面，在粗加工过程中还能发现零件毛坯的缺陷，可以选择再加工或者报废处理，这样就能避免人力、物力的浪费。粗加工通常选择刚性好，加工精度比较低的机床，在加工过程中，可以加大加工的切削用量，这样便于提高加工效率，通常的粗加工加工精度较低，粗糙度较高，一般的粗加工公差等级为IT11～IT12，粗糙度为Ra80～100μm。（2）半精加工阶段半精加工阶段位于粗加工和精加工之间，一般用来加工零件的非主要面，一般的半精加工的公差等级为IT9～IT10，粗糙度为Ra10～1.25μm。（3）精加工阶段精加工通常采用高精度的机床，在加工过程中，每次选择较小的切削用量，加工受力小，精度高，粗糙度也低，一般的精加工精度一般为IT6～IT7，表面粗糙度为Ra10～1.25μm。3.加工工艺确定对于端盖零件怎么加工，首先要确保加工件的尺寸、精度，在生产过程中确定了生产批次属于中批量或者大批量生产的前提下，可以使用万能机床，配以专用夹具，通过集中生产来提高效率。另外加工过程中，还应当考虑经济效果。切削加工顺序的安排：首先是基准面：先处理精细参考点的表面，然后再处理通过精细基础平面定位的表面。首先加工面后加工孔：首先加工孔的定位平面和端面，然后再加工孔，以便于定位和夹紧工件。先粗后精：首先安排粗加工（如有必要，进行半精加工），然后安排最终加工。先主后次：首先加工主表面，然后加工次表面。初步研究计划结合了上述各部分的技术研究，图纸结构的技术分析，过程划分的原则和处理顺序的安排原则，确定如下加工工艺：铣削顶部—铣削底部—钻出中心孔—钻削两侧的孔—钻削两侧的Φ22孔—钻削中心孔—加宽中心孔—粗铰链中心孔—细铰链中心孔—去毛刺。四、端盖零件加工工艺计算（一）数控车床的选择加工车床选用加工中心车床，其柔性更好，同时还有自动换刀的伺服系统，对于加工复杂的零件，需要多次换刀，加工中心能够达到快速换刀的要求，这样能够节约时间，大大的提高加工效率。图4-1VMC850立式加工中心示意图这种分隔结构需要图中所示的零件。该零件必须由CNC机床加工，在加工过程中不必更改机床和加工场所。本文选择操做系统为VMC850立式数控加工机床。机床的主要规格和参数见表:表4-1VMC850立式加工中心详细参数（二）刀具的选择和刀具卡的制定1.数控铣刀加工时，刀具的选择必须符合工件的加工要求。根据工件的材料和加工精度，选择不同的铣刀进行加工。如果零件的表面较大，则应选择平面铣刀。应该选择直线铣刀来加工直线和圆形凹槽。在零件加工中，铣刀的主偏角为90°。刀具直径选择：平面铣刀直径主要根据工件的宽度选择。同时，应考虑机床的性能，刀具的位置以及齿与工件的接触形状。机床主轴的直径也可以用作选择的基础。平面铣刀的直径可以根据D=1.5d（d：主轴直径）进行选择。铣削直径D=80毫米，长度L=220毫米立铣刀直径的选择通常基于加工零件的要求和加工尺寸。小直径立铣刀主要确保机器的速度可以达到最小切割速度。选择立铣刀（GB1110-85），立铣刀直径D=10毫米，长度L=72毫米。2.钻头标准麻花钻：切削零件包括两个主切削刃，两个辅助切削刃，一个十字切削刃和两个螺旋槽。由于无夹具模具的引导，在两个切削刃上的切削力的不对称会影响加工中心的钻孔，这很容易导致钻孔偏差。因此，必须磨削钻头的两个切削刃。硬质合金锥柄麻花钻（GB1436-85）的直径为D=13毫米，长度为L=151毫米；硬质合金锥柄麻花钻（GB1438-85）的直径为D=38mm，长度为L=349mm；硬质合金锥柄铰刀（GB1141-84）直径D=39.6毫米，长度L=349毫米。3.中心钻它主要用于孔定位。由于切削零件的直径较小，因此在钻中心钻时应选择较高的速度。无锥度保护的A型中心钻：加工直径d=1-10mm的中心孔时，通常使用A型。具有锥度保护的B型钻头：加工直径d=1-10mm的中心孔时，加工时间更长，对于精度要求较高的工件，通常使用B型以避免损坏60度对中锥；C型：带螺纹中心钻；R形弓形中心钻：加工直径d=1-10mm的中心孔时定位R型用于精度要求较高的轴零件（例如圆拉刀）。该零件是锥度为D=2毫米，长度为L=220毫米的A型中心钻。4.铰刀多用于加工中心。铰孔的加工精度可达IT9~IT8级，表面粗糙可以达到1.6~0.8μm。锥柄铰刀直径为10~32mm,直柄铰刀直径为6~20mm；小孔直柄铰刀直径为1~6mm；套式铰刀直径为1~6mm此处选硬质合金莫氏锥柄机用铰刀（GB4252-2004），直径D=40mm.长度L=329mm。（三）确定各工序的切削用量确定进给量，进给，切削速度和主轴速度。选择交点时，必须保证车床的性能，并保证加工质量和刀具耐用性，以保证切削效率的最大化，降低加工成本。刀具的寿命与加工过程中切削力、切削用量有关，进给量越大，切削力就越大，刀具的寿命就越短，故切削用量选择原则：首先选择尽量大的背吃刀量，其次选择最大的进给量，最后选择最大的切削速度（1）背吃刀量的选择：根据加工余量，切削过程通常是粗加工，半精加工和精加工。每个过程都有不同的选择方法。如有可能，在粗加工期间（表面粗糙度≥12.5）一次切割整个过程边缘。对于中功率机床，切削刀具的数量可以达到8到10毫米。但是，在加工余量的情况下，单次通过会导致机床性能或刀具强度变差，或者加工余量不均匀会导致振动或刀具受到冲击的严重影响。在某些情况下，需要多次通过。如果将行程分为两部分，则第一后刀的数量应尽可能大，通常约为第二后刀的背吃刀量的2/3至3/4，/加工余量的1/4〜1/3。（2）进给量选择：该零件根据道具的材料硬度进行选择。确定铣刀每个齿的进给量后，可以如下计算进给速度：式中：为每齿切削量，为铣刀的齿数，为转速。（3）切削速度的选择：确定后刀的数量，进给量和刀具的耐用性。检查表以确定切削速度。（4）主轴转速主要根据切削速度确定：式中：为切削速度,单位；为刀具直径,单位。综上选取各工序的切削用量如下：铣基准面选择加工中心虎钳夹具硬质合金端面铣刀Ap=4mmf=40mm/minVc=70m/minnc=180r/min1.钻13的孔选择加工中心虎钳夹具13的钻头Ap=23mmf=30mm/minVc=20m/minnc=500r/min2.铣上表面选择加工中心一面两孔定位硬质合金端面铣刀Ap=5mmf=40mm/minVc=70m/minnc=180r/min3.铣60外圆选择加工中心一面两孔定位硬质合金立铣刀Ap=0.5mmf=25mm/minVc=70m/minnc=360r/min4.钻40的孔选择加工中心一面两孔定位13的钻头Ap=41mmf=40mm/minVc=23m/minnc=200/min铣40的孔选择加工中心一面两孔定位硬质合金立铣刀Ap=0.5mmf=25mm/minVc=70m/minnc=360r/min5.铣22的沉槽选择加工中心一面两孔定位硬质合金立铣刀Ap=0.5mmf=25mm/minVc=70m/minnc=360r/min精镗40的孔选择加工中心一面两孔定位40的镗孔刀Ap=41mmf=40mm/minVc=74m/minnc=600r/min（四）切削用量的计算1.钻孔工步1）背吃刀量的确定取ap=9.8mm.2)进给量的确定根据机械手册，选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r。3）切削速度的计算根据机械手册，计算铸铁的硬度为200至241HBS，切削速度v选择为12m/min。根据公式n=1000v/3.14d，使用此方法可以获得钻速n=389.96rpm。关于立式钻床Z525的主轴转速，取转速n=392rpm，并在公式中使用该转速。该过程的实际钻孔速度可以通过v=3.14nd/1000=12.06m/min获得。2.粗铰工步1）背吃刀量的确定取ap=0.16mm。2)进给量的确定根据机械手册，选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r。3）切削速度的计算根据机械手册，切削速度v选择为2m/min，公式（5-1）n=1000V/3.14d可用于计算钻孔速度n=63.95rpm进入这个过程。请参见立式钻床Z525的主轴转速如果采用n=97rpm的速度，然后将此速度代入公式，则此过程的实际钻速可以表示为v=3.14nd/1000=3.0m/min。3.精铰工步1）背吃刀量的确定取ap=0.04mm。2)进给量的确定根据机械手册，选取该工步的每转进给量f=0.3mm/r。3）切削速度的计算根据机械手册，切削速度v选择为4m/min，公式n=1000v/3.14d可用于计算钻孔速度n=127.4r/min在此过程中，基于立式钻床Z525的主轴转速。如果将转速n=140rpm，然后将此速度带入公式，则此过程的实际钻削速度可以表示为v=3，可以得到14nd/1000=4.4m/min。五、端盖零件改造生产效益分析通过本文研究的端盖零件加工工艺，并将其应用于生产车间实际中，取得了良好的经济效益。据统计，选择新的端盖零件生产加工工艺之后，端盖零件的生产效率提升了20%，节约了时间成本，同时产生的经济效益提升了30%，由于改进的端盖零件生产工艺除了节约生产时间以外，还能减少产品的次品率，提高产品的合格率，因此总的经济效益得到了极大的改善。六、总结本次论文题目是《端盖零件机械加工工艺规程研究》，接到这个论题，还是比较开心的，这与自己的专业非常的相关，能够将平时的理论知识得以运用。在研究的过程中，首先需要对端盖零件有初步的了解分析，熟悉端盖加工件的特点，加工的难易度，还有加工基准面的选取，在这基础之上制定本次论文的加工工艺。加工过程中，夹具选型，要根据加工件的要求，使用的切削力的大小、生产的批次等确定加工件的加紧方式，从而选定加工夹具。通过本次研究的专用夹具既可以满足特殊的加工要求又节省了时间、减少了劳动力。如前所述，该工件不但可以采用心轴夹紧、定位，还可通过圆环套来夹紧，但由于心轴的夹紧有可能破坏其定位，不选用该方式，而圆环套不易装、取工件，也不选用，最后经过各个加工方案的分析对比，在满足生产效率的前提下，选择了采用手动夹紧的方式，手动夹紧，操作简单，夹紧可靠，同时能够适用多个场合，因此，在机床夹具中得到了广泛的应用。由于本次的研究时间比较有限，本人的水平能力还有待提高等诸多因素，导致研究还存在缺陷，分析的工艺规程还有许多不足之处，主