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28右半盘零件加工工艺及夹具设计摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。右半盘零件的工艺设计、工序设计以及夹具设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词 右半盘；工艺；夹具设计；切削用量 目 录摘 要2第一章:概述51.1零件图51.2 零件结构工艺分析61.3 数控加工内容要求7第二章：零件加工工艺方案82.1 毛坯选择82.2 定位基准的选择82.3 装夹方案92.3.1 夹具选择92.3.2 装夹方案的确定102.4 加工顺序的安排112.5 加工方案11第三章：切削液的选择12第四章：确定切削用量及基本工时134.1粗车134.11加工条件134.12计算铣削用量134.13计算工时134.2精车134.21加工条件134.22计算铣削用量144.23计算工时144.3 钻3-65mm孔144.31加工条件144.32计算切削用量144.3计算工时154.4铣削两个缺口154.41加工条件154.42计算铣削用量154.43计算工时164.5 钻6-11.8mm孔164.51加工条件164.52计算切削用量164.3计算工时164.5 铰6-12H7mm孔174.51加工条件174.52计算切削用量174.53计算工时17第五章 专用夹具的设计185.1钻孔夹具185.2问题的提出185.3定位基准的选择185.4切削力和夹紧力的计算185.5定位误差分析185.6夹具设计及操作的简要说明19结束语20致谢词21参考文献22第一章:概述1.1零件图1.2 零件结构工艺分析零件的结构工艺性，是指零件的形状、尺寸是否符合对质量、生产率高的要求。它是评价零件结构设计优劣的重要指标。零件的结构工艺性:在保证零件使用性能的前提下，制造该零件的可行性和经济性。在产品设计的工艺性要求中，应注意企业现有的技术能力、加工手段和设备条件以及产品生产类型（试制、单件、小批量、大批量）等因素，对图纸中构形的优化，精度及表面粗糙度的确定，材料及毛坯的选择进行工艺成本的分析，在确保产品质量和功能特性的基础上，尽可能采用模块化、通用化、标准化的设计，以降低生产制造成本，提高生产效率。同时，还应注意产品加工工艺性的分析。提高构形的设计工艺性，可以大大提高机械加工的质量、生产率和经济性。简化外形尺寸及加工表面，使各部分形状的统一及标准化，使形状能适应高生产率的加工方法等，另外，需要提高尺寸及精度方面的设计工艺性。合理地选择设计基准和尺寸系统，确定合适的精度及粗糙度要求。因此，对图纸进行工艺性审查时，应做到：从构形的工艺性方面考虑，尽量满足统一化与规格化，使工具、刃具、量具能采用标准通用的规格，方便生产。注意留出与加工相关的工艺尺寸和部位，如轴上的转接圆弧半径、空刀槽、越程槽、退刀槽等。零件的外形要便于加工，便于提高生产率。尽量减少加工的安装次数，便于多件加工并提高零件的结构刚强度，使加工时能采用较大的用量等。从设计基准和尺寸系统的工艺性方面考虑，在零件图上，位置尺寸的尺寸系统与设计基准的选择有关，主要尺寸的标注要考虑工作性能的要求，尺寸系统应和加工相适应，避免多尺寸保证而造成尺寸换算。1.3 数控加工内容要求数控加工，也称之为NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：1) 提高生产效率；2) 提高加工精度并且保持加工质量；3) 可以减少工装卡具；4) 缩短加工周期，提高生产效率；5) 容易进行加工过程管理；6) 可以减少检查工作量；7) 可以降低废、次品率；8) 容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；9) 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；10) 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 此零件由外圆柱面、内孔、平面以组成，由于形状比较复杂，又必须多次装夹，故而增加了加工难度。为了保证加工精度，在数控加工时，对所要加工的内容要求的充分了解有利于数控加工的顺利进行。该零件的加工内容主要有：（1）车端面； （2）车外圆；（3）钻孔；（4）调质处理；（5）铣扁；（6）镗孔；（7）铰孔。第二章：零件加工工艺方案2.1 毛坯选择毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要大的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。 毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、锻造2、铸造3、型材4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗。 45号常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。适合于氢焊和氩弧焊，不太适合于气焊。焊前需预热，焊后应进行去应力退火。2.2 定位基准的选择 选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基准面。根据选定的基面加工与否，又将定位基准分为粗基准和精基准。在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。在选择定位基准时。这种基准称为粗基准。用于加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。在选择定位基准时，是从保证精度要求出发的，因此分析定位基准选择的顺序就应为精基准到粗基准。1. 粗基准的选择选择的原则是：（1） 非加工表面原则 （2） 加工余量最小原则 （3） 重要表面原则（4） 不重复原则 （5）便于装夹原则。2. 精基准的选择选择的原则是：（1） 基准重合原则 （2） 基准统一原则 （3） 自为原则 （4） 互为基准原则 （5） 便于装夹原则、根据以上选择的原则，我们就可以选择端面的中心孔作为精基准。 由于该零件存在多次装夹，中间存在多次基准的转换，粗基准直接选择毛坯外圆，使用三爪卡盘夹持毛坯外圆，加工零件右端，后掉头装夹夹持右端凸台以此基准为精基准加工工件的左端面，调质处理后，考虑到毛坯余量的均匀性，以中心55内孔为主要基准加工各加工内孔。2.3 装夹方案2.3.1 夹具选择 夹具是加工时用来迅速紧固工件，使机床、刀具、工件保持正确相对位置的工艺装置。也就是说工装夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展 数控车床加工中还有其他相应的夹具，它们主要分为两大类，即用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具。 （1）用于轴类零件的夹具 用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等。数控车床加工轴类零件时，坯件装夹在主轴顶尖和尾座顶尖之间，由主轴上的拨盘或拨齿顶尖带动旋转。这类夹具在粗车时可以传递足够大的转距，以适应于主轴的高速旋转车削。 （2）用于盘类零件的夹具 用于盘类零件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。这类夹具适用于无尾座的卡盘式数控车床上。 此零件为盘类零件，因此必须选择盘类零件夹具，车床可以使用三爪卡盘桌位夹具。2.3.2 装夹方案的确定 工件在开始加工前，首先必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程称为定位。为了使定位好的工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，还需将工件压紧夹牢，这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹。轴类工件的装夹方法1) 三爪自定心卡盘（俗称三爪卡盘）装夹特点： 自定心卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力没有单动卡盘大，用途： 适用于装夹外形规则的中、小型工件。2) 四爪单动卡盘（俗称四爪卡盘）装夹特点： 单动卡盘找正比较费时，但夹紧力较大。用途： 适用于装夹大型或形状不规则的工件。3) 一顶一夹装夹特点： 为了防止由于进给力的作用而使工件产生轴向位移，可在主轴前端锥孔 内安装一限位支撑,也可利用工件的台阶进行限位.用途： 这种方法装夹安全可靠，能承受较大的进给力，应用广泛。4) 用两顶尖装夹特点： 两顶尖装夹工件方便，不需找正，定位精度高。但比一夹一顶装夹的刚度低，影响 了切削用量的提高。用途： 较长的或必须经过多次装夹后才能加工好的工件，或工序较多，在车削后还要铣削或磨削的工件。该零件为单件下批量生产应选用通用夹具，夹紧毛坯，有利于零件的加工，该零件属于盘类零件，形状较复杂、尺寸较小、所以车床序只需选择三爪自定心卡盘即可。2.4 加工顺序的安排加工路线是否合理，决定了零件的加工质量与生产效率。在确定加工路线时，应综合考虑在保证加工精度的前提下，应尽可能的缩短加工工艺路线。所以数控加工工艺路线应遵循以下原则:1) 加工方式、路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度。2) 尽量减少进、退刀时间和其它辅助时间，尽量使加工路线最短。3) 进、退刀位置应选在不大重要的位置，并且使刀具尽量沿切线方向进、退刀，避免采用法向进、退刀和进给中途停顿而产生刀痕。4) 先基准面后其它 应首先安排被选作精基准的表面的加工，再以加工出的精基准为定位基准，安排其它表面的加工。5) 先粗后精 这是指先安排各表面粗加工，后安排精加工。6) 先主后次 主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。7) 先面后孔2.5 加工方案加工方案又称工艺方案，而对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。这样，才能使所制定加工方案合理，达到质量优、效率高和成本低目。方案一：下料粗车右端粗车左端钻孔调质处理精车车右端精车左端钻孔铰孔粗镗孔精镗孔铣扁清洗终检。方案二：下料调质处理粗车右端粗车左端钻孔精车车右端精车左端钻孔铰孔粗镗孔精镗孔铣扁清洗终检。综上所述，考虑到方案2在毛坯备去除大余量后可能引起的内应力过大，在后期的精加工过程中严重影响加工精度，方案二在去除大余量后进行调质处理，有效的消除内应力，对后期的精加工中精度的保持起到良好的作用，经过两种方案的对比，选择方案一为加工方案第三章：切削液的选择切削液（cuttingfluid,coolant）是一种用在金属切削、磨加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，切削液由多种超强功能助剂经科学复合配伍而成，同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀释特点。克服了传统皂基乳化液夏天易臭、冬天难稀释、防锈效果差的的毛病，对车床漆也无不良影响，适用于黑色金属的切削及磨加工，属当前最领先的磨削产品。切削液各项指标均优于皂化油，它具有良好的冷却、清洗、防锈等特点，并且具备无毒、无味、对人体无侵蚀、对设备不腐蚀、对环境不污染等特点通过查表，将常用三种切削液列表，如下表6-1：表6-1 常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗切削油矿物油、动植物油、复合油润滑从工件材料上看，45钢不适于用水溶液，而从经济成本角度来参考，乳化液较切削油而言，成本较低，但同样能满足刀具和加工的需求。故，综合上述条件考虑，我最终选择的切削液为：乳化液。它在加工过程中的主要作用是：冷却、润滑和清洗。切削有色金属和铜、铝合金时，为了得到较高的表面质量和精度，可采用10%-20%的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合物。出于毛坯材料和刀具材料的考虑该零件的加工选用乳化液。第四章：确定切削用量及基本工时 4.1粗车4.11加工条件工件材料：45#钢加工要求：粗车零件左端，车240长26机床：普车CK6140刀具：90度外圆车刀量具：卡尺 4.12计算铣削用量 已知毛坯被加工长度为26mm，最大加工余量为Zmax=10mm,可一次铣削，切削深度ap=2mm确定进给量f：根据工艺手册），表2.475,确定fz=0.2mm/r切削速度：参考切削手册，确定V=100m/min 4.13计算工时 当nw=132.6r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fznz=0.2132.6=26.54(mm/min)行程为l+l1+l2=26+5+5=36mm 故机动工时为： tm =3626.54=1.4min=82s辅助时间为： tf=0.15tm=0.1582=12.2s其他时间计算： tb+tx=6%(82+12.2)=5.6s故粗车工序的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =82+12.2+5.6=99.8s 由于需要3次进给。故T总=99.83=299.4s4.2精车4.21加工条件工件材料：45#钢加工要求：粗车零件左端，车240长26机床：普车CK6140刀具：90度外圆车刀量具：卡尺 4.22计算铣削用量 已知毛坯被加工长度为26mm，最大加工余量为Zmax=0.3mm,可一次铣削，切削深度ap=0.3mm确定进给量f：根据工艺手册），表2.475,确定fz=0.1mm/r切削速度：参考切削手册，确定V=150m/min 4.23计算工时 当nw=198.9r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fznz=0.1198.9=19.89(mm/min)行程为l+l1+l2=26+5+5=36mm 故机动工时为： tm =3619.89=1.8min=108s辅助时间为： tf=0.15tm=0.15108=16.3s其他时间计算： tb+tx=6%(108+16.3）=7.5s故粗车工序的单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =108+16.3+7.5=131.7s 4.3 钻3-65mm孔4.31加工条件 工件材料：45#钢加工要求：钻3个直径为65mm的孔深26 机床：立式钻床Z535型 刀具：采用72mm的麻花钻头走刀一次，4.32计算切削用量 65mm的麻花钻： f=0.05mm/r（工艺手册2.4-38） v=0.52m/s=31.2m/min（工艺手册2.4-41）按机床选取nw=150r/min, （按工艺手册3.1-36）所以实际切削速度 4.3计算工时由于是加工3个相同的孔，故总时间为T=4t1=378=234s辅助时间为： tf=0.15tm=0.15234=35.1s其他时间计算： tb+tx=6%(23435.1)=16.2s故单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =234+16.2+35.1=285.3s 4.4铣削两个缺口4.41加工条件工件材料：45#钢加工要求：铣削两个缺口机床：立式铣床X63刀具：20mm铣刀，齿数Z=2量具：卡尺 4.42计算铣削用量 已知毛坯被加工长度为146.6 mm，最大加工余量为Zmax=26mm,留加工余量12mm，可一次铣削切削深度ap=2.0mm确定进给量f：根据工艺手册，表2.475,确定fz=0.05mm/Z切削速度：参考切削手册，确定V=40m/min 当nw=636r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fzznz=0.052636=63.6(mm/min)切削则行程为l+l1+l2=146+20+10=176mm 4.43计算工时故机动工时为： 辅助时间为： tf=0.15tm=0.15166=24.9s其他时间计算： tb+tx=6%(166+24.9)=11.5s故铣一端面的时间： tdj=tm+tf+tb+tx =166+24.9+11.5=202.4s 由于受背吃刀量的限制，一共需要13次进给，则总时间为： T=202.413=2631.2s4.5 钻6-11.8mm孔4.51加工条件 工件材料：45#钢加工要求：钻6个直径为11.8mm的孔深26 机床：立式钻床Z535型 刀具：采用11.8mm的麻花钻头走刀一次，4.52计算切削用量 65mm的麻花钻： f=0.05mm/r（工艺手册2.4-38） v=0.52m/s=31.2m/min（工艺手册2.4-41）按机床选取nw=800r/min, （按工艺手册3.1-36）所以实际切削速度 4.3计算工时由于是加工6个相同的孔，故总时间为T=4t1=627.6=165.6s辅助时间为： tf=0.15tm=0.15165.6=24.8s其他时间计算： tb+tx=6%(24.8+165.6)=15.84s故单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =165.6+24.8+15.8=206.2s 4.5 铰6-12H7mm孔4.51加工条件 工件材料：45#钢加工要求：钻6个直径为12mm的孔深26 机床：立式钻床Z535型 刀具：采用12mm的铰刀走刀一次，4.52计算切削用量 65mm的麻花钻： f=0.05mm/r（工艺手册2.4-38） v=0.12m/s=7.2m/min（工艺手册2.4-41）按机床选取nw=180r/min, （按工艺手册3.1-36）所以实际切削速度 4.53计算工时由于是加工6个相同的孔，故总时间为T=4t1=612=72s辅助时间为： tf=0.15tm=0.1572=10.8s其他时间计算： tb+tx=6%(72+10.8)=4.96s故单件时间： tdj=tm+tf+tb+tx =172+10.8+4.96=87.7s 第五章 专用夹具的设计 5.1钻孔夹具为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。5.2问题的提出 本夹具主要用于钻孔，精度要求不高，和其他面没有任何为主度要求，为此，考虑如何提高生产效率上。5.3定位基准的选择本道工序加工3-65孔，为后续镗孔去除大余量，精度不高，因此我们采用已加工好的240外圆及端面定位，夹具体使用中心直径55 孔定位。5.4切削力和夹紧力的计算由于本道工序主要完成工艺缺口加工，切削力。由切削手册得：钻削力 式（5-2）钻削力矩 式（5-3）式中：D=65mm 代入公式（5-2）和（5-3）得 5.5定位误差分析本工序选用的工件以外圆在夹紧套内部定位，加紧套为竖直放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。定位副只存在单边间隙，即工件始终以外圆与夹紧套定位孔接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图。式中 定位副间的最小配合间隙（mm）； 工件圆孔直径公差（mm）； 定位销外圆直径公差（mm）。5.6夹具设计及操作的简要说明此夹具属于盖板式钻模，操作方便，迅速，上期加工后可以跟换钻套，夹具使用寿命较长，使用专用夹具定位工件，夹紧工件迅速可靠，这样就大大的提高了生产效率，适合于大批量生产。结束语这次的设计是我们离开学校前对所学的内容进行的总结，同时让我们对零件的数控加工有了一个更完整的了解，也提高了自己对于分析解决问题的能力。毕业设计有实践性、综合性、探索性和应用性等特点，是运用数控机床实际操作和理论学习的一次综合练习。通过这次的毕业设计，使自己在理论与实际应用能力方面得到了综合的提高，熟练了操作技能，收获了经验和技巧，为以后的工作奠定了良好的基础。几个星期以来，从开始到毕业设计完成，每一步对我们来说都是新的尝试和挑战，在做这次毕业设计过程中使我学到很多，我感到无论做什么事情都要真真正正用心去做，才会使自己更快的成长。我相信，通过这次的实践，我对数控的加工能进一步了解，并能使我在以后的加工过程中避免很多不必要的错误，有能力加工出更复杂的零件，精度更高的产品。致谢词通过这次做毕业设计，我对数控加工的整个过程有了较全面的理解。经过本设计的实践，真切体会到理论必须和生产实践相结合。虽然在以前的学习中学到了许多在实践中用到了的知识，可是那些还是远远不够的，在具体操作时还是会出现一些意想不到的问题，还是得请教有经验的师父才能完成。在整个设计的过程中，不断地遇到新的问题，然后就必须不断地向别人请教，请教我的指导老师，还请教一些有经验的朋友、同学，利用一切可以利用资源，再加上不断地从书上找一些理论的知识，总算是把我的设计弄出个模样来了。在工艺设计好后，加工程序还是要经过多次调试、修改才能最终完成。总之这次的设计考验了我的综合能力，很大程度上提高了我的综合能力。这次的设计让我看到了自己很多方面的不着，需要更多的实践，也需要更多的理论知识才能成为一个更有用技术人员。这次设计也让我学到了很多知识，最要感谢的是我的指导老师，感谢他的不厌其烦的教诲，还要感谢我的朋友、同学及所有指导过我的人，感谢他们！参考文献1邹青.机械制造技术基础课