端蓋數控工藝與夾具設計畢業(yè)設計論文.doc

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1、上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 端蓋數控工藝及夾具設計 摘 要 該說明書是對端蓋類零件加工及其夾具的設計，通過一系列的具體設計步驟，完整的展示了對其零件和夾具的設計過程。 首先主要是簡介數控技術應用和該設計的課題背景，通過對其零件分析，明確了該零件的技術要求，為接下來的設計步驟做好鋪墊。該說明書主要分為零件設計和夾具設計兩大部分。 在對其零件設計這部分中，主要是以對零件結構進行分析的結果為基礎，安排制定具體的加工工藝路線，數控加工的工藝內容，數控設備的選用以及具體的工序工部路線等，并說明了加工時切削用量的選用及該零件的具體數控仿真編程。 本次關于端蓋數控

2、工藝與夾具設計介紹了端蓋數控加工的特點、加工工藝分析、數控編程以及夾具設計等,全面剖析了端蓋類零件加工的全過程。通過一定的實例詳細的介紹了端蓋數控加工工藝的分析方法。 關鍵詞：發(fā)展，數控技術，加工工藝，編程，端蓋 端蓋數控工藝及夾具設計 ０．引言 數控機床是數字控制機床（Computer numerical control）的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。 數控加工，是指在數控機床上進行零件加工的一種工藝方法，數控機床

3、加工與傳統機床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的，但也發(fā)生了明顯的變化。用數字信息控制零件和刀具位移的機械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復雜、精度高等問題。 數控技術及數控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業(yè)現代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統機械制造工業(yè)提升改造和實現自動化、柔性化、集成化生產的重要手段和標志。數控技術及數控機床的廣泛應用，給機械制造業(yè)的產業(yè)結構、產品種類和檔次以及生產方式帶來了革命性的變化。數控機床是現代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(IT)與制造技術(MT)結合發(fā)展的結果。現代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造

4、和智能制造技術，都是建立在數控技術之上的。掌握現代數控技術知識是現代機電類專業(yè)學生必不可少的。 1．課題背景 1.1 背景 本次畢業(yè)設計的題目來源于生產第一線，為實踐型、設計類畢業(yè)設計課題。根據所給的圖紙和零件的具體技術要求，選擇刀具和合理的工藝參數，確定裝夾方式和夾具，編制工藝路線，并借助UG軟件完成零件三維圖紙的繪制和編程。培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決本專業(yè)實際生產問題的能力。進一步培養(yǎng)調查研究、檢索和閱讀一些文獻資料、理論分析、夾具設計、計算機應用及協作等各方面的綜合能力。使學生通過本次畢業(yè)實踐設計，能夠獨立對中等復雜程度的零件技術要求進行分析，并能根據零件圖進行專用工裝夾具

5、設計，設計加工工藝，編寫數控加工程序并通過仿真加工測試。從而使學生養(yǎng)成認真刻苦的鉆研精神和嚴格細致的工作作風，對學生未來的工作和學習起著重要鋪墊作用。 1.2 零件圖分析 由零件圖可知，如圖1.1所示，定義加工零件的毛坯為Φ12632，根據零件圖紙的要求，對于面及孔的精度要求則有數控機床完成，考慮到本零件的Φ105外圓表面粗糙度要求為Ra0.8，磨特殊外圓的時候則需要使用專用夾具進行磨削。 圖1.1 零件二維圖 圖1.2 零件三維圖 1.3 零件的技術要求 考慮該零件的技術要求如下： 1．表面粗糙度：Φ105的搖臂鎖緊孔內表面粗糙度為0.

6、8；其余表面粗糙度為6.3。 2．極限與配合：一般絕大多數配合孔的尺寸精度最高僅為7級，故錐孔的極限配合為H7。 3．材料HT200。該材料具有較高的強度，耐磨性，耐熱性級減震性，適用于承受較大應力，要求耐磨的零件。 4．調制處理，硬度HB220——225。 2. 零件的加工工藝過程的分析 2.1 零件的工藝分析 由零件圖1.1和1.2可知，Φ105外圓有很高的技術要求的，圓跳動的技術要求是相對于基準面A為0.02，其表面粗糙度要求很高，Ra為0.08，對于這么高精度的要求一般機床是無法做到的，考慮到該零件又是圓盤類零件，無法一般定位加工。所以要設計相關的夾具。其余平面及凹

7、槽的加工則在一般數控機床可加工完成。1：4的錐形孔則可先鉆擴孔然后用鏜刀加工。 根據該零件圖1.1和1.2，粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉頭粗精加工最大外圓Φ113，粗精加工1：4的錐孔，銑Φ32的凸臺，掉頭銑Φ77的圓凹槽，磨Φ105的外表面。此次加工中Φ105外表面的粗糙度要求是難點，所以要設計專用夾具對此進行加工，以達到精度要求。 2.2 擬定工藝路線 機械加工工藝規(guī)程的制定，大體可分為兩個步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線，然后再確定每一道工序的工序尺寸、所用設備和工藝裝備以及切削規(guī)范、工時定額等。這兩個步驟是互相聯系的，應進行綜合分析。 工藝路線的擬定是制定工藝過程的

8、總體布局，主要任務是選擇各個表面的加工方法，確定各個表面的加工順序，以及整個工藝過程中工序數目的多少等。 　　擬定工藝路線的一般原則如下： 　　1、先加工基準面 零件在加工過程中，作為定位基準的表面應首先加工出來，以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準。稱為“基準先行”。 　　2、劃分加工階段 加工質量要求高的表面，都劃分加工階段，一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。主要是為了保證加工質量；有利于合理使用設備；便于安排熱處理工序；以及便于時發(fā)現毛坯缺陷等。 　　3、主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨等），應放在工藝路線最后階段進行，以免光整加工的表面，由于工序間的轉運和安裝

9、而受到損傷。 　　上述為工序安排的一般情況。有些具體情況可按下列原則處理： 　?。?、為了保證加工精度，粗、精加工最好分開進行。因為粗加工時，切削量大，工件所受切削力、夾緊力大，發(fā)熱量多，以及加工表面有較顯著的加工硬化現象，工件內部存在著較大的內應力，如果粗、粗加工連續(xù)進行，則精加工后的零件精度會因為應力的重新分布而很快喪失。對于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，還應安排低溫退火或時效處理工序來消除內應力。 　　２、合理地選用設備。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有較高的加工精度，所以粗加工應在功率較大、精度不太高的機床上進行，精加工工序則要求用較高精度的機床加工

10、。粗、精加工分別在不同的機床上加工，既能充分發(fā)揮設備能力，又能延長精密機床的使用壽命。 　?。场⒃跈C械加工工藝路線中，常安排有熱處理工序。熱處理工序位置的安排如下：為改善金屬的切削加工性能，如退火、正火、調質等，一般安排在機械加工前進行。為消除內應力，如時效處理、調質處理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前進行。為了提高零件的機械性能，如滲碳、淬火、回火等，一般安排在機械加工之后進行。如熱處理后有較大的變形，還須安排最終加工工序（精磨）。 該零件的工藝路線如下： 工序1：備料。 工序2：車。粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉頭粗精加工最大外圓Φ113，粗精加工1：4的錐孔。 工序

11、3：銑。銑Φ32的凸臺，掉頭銑Φ77的圓凹槽。 工序4：淬火。 工序5：精磨。磨Φ105的外表面 工序6：檢驗。 工序7：清理。 工序8：防銹、入庫。 3. 數控加工工藝分析 3.1 數控加工內容的確定 根據零件圖1.1所示，定義毛坯為Φ12632，粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉頭粗精加工最大外圓Φ113，粗精加工1：4的錐孔，銑Φ32的凸臺，掉頭銑Φ77的圓凹槽，磨Φ105的外表面。此次加工中Φ105外表面的粗糙度要求是難點，所以要設計專用夾具對此進行加工，以達到精度要求。 3.2 數控加工設備的選用 車削毛坯外圓是可以使用CK6150車床進行加工。CK6

12、150車床是一種小型臥式車床，可以車端面，外圓，割槽，車錐孔等。數控機床有如下特點：加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質量；可進行多坐標的聯動，能加工形狀復雜的零件；加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節(jié)省生產準備時間；機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產率高（一般為普通機床的3~5倍）； 機床自動化程度高，可以減輕勞動強度； 銑上下平面時則使用X52K或是X6132銑床進行加工。X52K機床是一種小型立式銑床，可以銑平面、銑側面、銑溝槽、銑特型面、銑齒條，與分度頭和掛輪配合還可以銑球面和螺旋傘齒輪等。X6132型銑床則是國產銑床中應用最廣泛、最典型的一種臥式萬能升降臺銑床。

13、其主要特征是銑床主軸軸線與工作臺臺面平行，該機床具有結構可靠、性能良好、加工質量穩(wěn)定、操作靈活輕便、行程大、加工范圍大、精度高、剛性好、通用性強等特點。用它可銑削平面、溝槽、成形面和螺旋槽等。另配置相應附件，還可擴大機床加工范圍。如安裝萬能立銑頭，可使銑刀轉向任意角度，完成里銑床的工作；該機床還適于高速、高強度銑削，并具有良好的安全裝置和完善的潤滑系統。鉆孔時則使用Z3025 搖臂鉆床進行加工。 磨Φ105外圓時可以使用T41-平行砂輪進行加工。T41磨床在磨削量的控制,自動測量控制，修正砂輪和補償等方面都有獨到之處。數控外圓磨床砂輪頭一般分直型和角型兩

14、種形式。直型適用于磨削砂輪兩側需要休整的工件，角型砂輪頭一般偏轉30度角，適合于磨削砂輪單側需要休整的工件，因此，選用直型砂輪頭的磨床。 3.3 定位方案與夾具設計 1．六點定位原理 工件在空間具有六個自由度，即沿x、y、z三個直角坐標軸方向的移動自由度和繞這三個坐標軸的轉動自由度 。因此，要完全確定工件的位置，就必須消除這六個自由度，通常用六個支承點（即定位元件）來限制工件的六個自由度，其中每一個支承點限制相應的一個自由度。 2．六點定位原理的應用 六點定位原理對于任何形狀工件的定位都是適用的，如果違背這個原理，工件在夾具中的位置就不能完全確定。然而，用工件六點定位原理進行定位時，

15、必須根據具體加工要求靈活運用，工件形狀不同，定位表面不同，定位點的布置情況會各不相同，宗旨是使用最簡單的定位方法，使工件在夾具中迅速獲得正確的位置。 3．工件的定位 l）完全定位 工件的六個自由度全部被夾具中的定位元件所限制，而在夾具中占有完全確定的惟一位置，稱為完全定位。 2）不完全定位 根據工件加工表面的不同加工要求，定位支承點的數目可以少于六個。有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，這種定位情況稱為不完全定位。不完全定位是允許的， 3）欠定位 按照加工要求應該限制的自由度沒有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。因為欠定位保證不了加工要求。 4）過定位 工

16、件的一個或幾個自由度被不同的定位元件重復限制的定位稱為過定位。當過定位導致工件或定位元件變形，影響加工精度時，應該嚴禁采用。但當過定位并不影響加工精度，反而對提高加工精度有利時，也可以采用。 　　所以說一個好的定位方案將直接關系到夾具的優(yōu)劣。根據零件的加工工藝來看，加工Φ105外圓需要可靠固定的加工定位，才能達到技術上的要求。故所設計的夾具必須滿足以下定位條件：限制X、Y、Z三軸旋轉及移動。如圖3.1所示，就是為Φ105外圓所設計的夾具。使加工Φ105外圓更為可靠，達到其技術要求。 圖3.1 磨外圓及臺肩夾具 本夾具使用錐套定位，可以消除

17、間隙，以保證工件外圓對錐孔的徑向跳動，使用快卸螺母夾緊工件，可以減少裝卸工件的輔助時間。工件以錐度1:4的錐孔和左端面為基準，在夾具的定位錐套6和定位支承4上定位，快卸螺母8通過壓板7夾緊工件。以收縮起到夾緊的作用，以限制零件X，Y,Z方向上的移動以及Y軸上的旋轉和Z軸的旋轉。 3.4 加工工序的制訂 該零件以粗，精加工劃分工序。該零件的加工工序制訂見附錄。 3.5 加工工步的制訂 工步順序安排的一般原則為：先粗后精，先近后遠，內外交叉，保證工件加工剛度原則，同一把刀能加工內容連續(xù)加工原則。該零件的加工工步制訂見附錄。 3.6 進給路線確定 進給路線也稱走刀路線，指數控機床加工過程

18、中刀具相對零件的運動軌跡和方向。它不但包括工部的內容，還反映出工部的順序。確定的主要原則為：1）首先安已定工部順序確定各表面加工進給路線的順序。2）所定進給路線應能保證工件輪廓表面加工后的精度和粗糙度要求。3）尋求最短加工路線，減少行走時間以提高加工效率。4）要選擇工件在加工時變形小的路線。1：4錐形孔的加工進給路線制訂見附錄。磨Φ105外圓的加工進給路線制訂見附錄。 3.7 刀具的選擇 刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加

19、工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。 選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。 在大多數情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。一般刀具的選擇原則如下： １．粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要

20、求。 ２．精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。 ３．為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片。 該零件的刀具選擇見附錄。 3.8 切削用量的確定 １．對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。經濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。 ２．切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。 ３．進給條件與刀具后面磨損關系在極小的范圍內產生。但進給

21、量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 ４．用戶要根據被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。 ５．最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。 ６．然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關。在確定加工條件時，需要根據實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 該零

22、件的切削用量選擇見附錄。 4. 仿真加工與課題制作 仿真加工程序見附錄。 5．總結 由于本次設計中所加工零件為端蓋類零件，在設計過程中，遇到許多疑難問題，通過不斷的翻閱資料和老師同學的關心幫助，給予我很大的指導，這次設計使我對整個設計過程有了更深一步的了解。感謝我的同學們，他們在我設計與困難的時候給予我很大的幫助與諒解。感謝我的畢業(yè)設計指導老師——陳燕以及教導過我的老師們，在他們的幫助和指導下，我學到了很多，也順利的完成了畢業(yè)設計。最后我要感謝所有在這次畢業(yè)設計中幫助我的人，謝謝！ 參考文獻 [1] 趙長旭.數控加工工藝.

23、西安：西安電子科技大學出版社，2006. [2] 陳洪濤主編.數控加工工藝與編程.北京：高等教育出版社，2003. [3] 金大鷹.機械制圖.北京：機械工業(yè)出版社，2001 [4] 廖念釗.互換性與測量技術基礎.北京：中國計量出版社，1993. [5] 王凡.實用機械制造工藝設計手冊[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2000. [7] 王先逵.機械加工工藝手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001. [8] 陳明.機械制造工藝學[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003. [9] 廖念釗.互換性與技術測量 [M].北京:中國計量出版社,2006. [10] 孫麗媛.機械制造工藝及專用夾具設計指導[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004. [11] 王光斗.機床夾具設計手冊[M].上海:上?？茖W技術出版社,2006. [12] 董萬福.現代金屬切削實用技術[M].北京:化學工業(yè)出版社.2006 附 錄 1. 零件圖（二維） 2. 零件圖（三維） 3. 夾具圖 4. 數控加工刀具卡片 5. 數控加工工序卡片 6. 數控加工進給路線圖 14