1、天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 1 箱体零件加工及加工工艺 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2013 级 姓 名 王婷 指导教师 李强 2015 年 5 月 25 日 天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 2 天津理工大学成人高等教育本科 毕业设计（论文）任务书 1.课题名称： 箱体零件加工及加工工艺 2.题目类型：论文 题目来源：自拟 3.设计（论文）的主要内容，主要技术指标及基本要求： 1、保证箱体零件加工质量； 2、合适一般现场条件，能显著提高生产效率： 3、降低生产成本，适宜性强： 4.设计（ 论文）的软、硬件环境 （资料、参考文献、实验条件及设备等）
2、 ： 1 李 洪机械加工工艺手册北京出版社， 2005.9 2 徐宏海机械制造工艺化学工业出版社， 2006 8 3 周虹编数控加工工艺与编程人民邮电出版社， 2006 9 4 弈继昌机械制造工艺学及夹具设计中国人民出版社， 2007 5 5张耀宸机械加工工艺设计手册航空工业出版社 ， 2008 8 6陈宏钧金属切削速查速算手册机械工业出版社， 2009 5 7刘建亭机械制造基础机械工业出版社， 2009 10 8华茂发数控机床加工工艺机械工业出版社， 2010 3 9肖继德，陈宁平机床夹具设计机械工业出版社， 2010 8 10周 虹数控原理与编程实训人民邮电出版社， 2010 11. 学生
3、姓名 王婷 年 级 专 业 2013 级 指导教师 李强 教师职称 任务下达日期 2015.3.1 完成日期 2015.5.25 天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 3 目 录 引 言 . 4 第 1 章 零件图解析 . 5 1.1 箱体零件作用 . 5 1.2 箱体零件的材料及其力学性能 . 5 1.3 箱体零件的结构工艺分析 . 5 第 2 章 毛坯的分析 . 5 2.1 毛坯的选择 . 5 2.2 毛坯图的设计 . 6 第 3 章 工艺路线拟定 . 6 3.1 定位基准的选择 . 6 3.2 加工方法的确定 . 6 第 4 章 加工顺序的安排 . 7 4.1 工序的安排 .
4、7 4.2 工序划分的确定 . 8 4.3 热处理工序的安排 . 8 4.4 拟定加工工艺路线 . 9 4.5 加工路线的确定 . 9 4.6 加工设备的选择 . 9 4.7 刀具的选择 . 10 4.8 选择夹具及量具确定装夹方案 . 10 第 5 章 工艺设计 . 10 5.1 加工余量，工序尺寸，及其公差的确定 . 10 5.2 确定切削用量及功率的校核 . 11 第 6 章 数控加工路线的分析 . 13 结 论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附表 1 . 错误 !未定义书签。 附表 2 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 18 天津理工大学成人高等教育
5、本科生毕业设计（论文） 4 引 言 数控加工毕业设计是在学院机械制造工艺学 (含机床夹具设计 )和所有专业课之后进行的 ,是对所学各课程的一次深入的综合性 的复习 ,也是理论联系实际的训练。毕业设计的任务是根据所给定的箱体零件图，确定合适的加工机床、刀具、切削用量，合理的进给路线，制定经济高效的工艺方案；绘制箱体零件图一张、毛坯图一张、编制工艺过程卡，数控加工工序卡，数控刀具卡，编写数控加工程序，撰写设计说明书。要求我们能综合运用机械制造工艺学中基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂箱体零件的工艺程度箱体零件的工艺规程的能力和运用夹具设计
6、的基本原理和方法，拟定加工方案。同时也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为今后从事的工作打下良好基础。 加工目的 ： 1、 保证箱体零件加工质量； 2、合适一般现场条件，能显著提高生产效率： 3、降低生产成本，适宜性强： 4、工艺合理，工艺资料齐全，说服力强。 天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 5 第 1 章 零件图解析 1.1 箱体零件作用 该箱体零件为燃烧室支撑环，是内燃机内一种高温高压的起支撑作用的环。 1.2 箱体零件的材料及其力学性能 工件材料为 1Cr18Ni9Ti 是奥式体不锈钢，相对可切削性为 0.30.5 之间，是一种难
7、切削的材料，其难加工性主要表现在以下几个 方面： 高温强度和高温硬度高， 1Cr18Ni9Ti 在 700 度时也不能降低其机械性能，故切削不易被切离，切削过程中切削力大，刀具易磨损。 塑性和韧性高，虽然 1Cr18Ni9Ti的抗拉强度和硬度都不高，但综合性能很好，塑性和韧性高，它的延伸率、断面收缩率和冲击值都较高，切削变形所消耗的功能增多，所消耗的能量比切除相同体积的低碳钢约高 50%，并且大部分能量转化为热能使切削温度升高。 1Cr18Ni9Ti 的导热率低，散热差，有切削带走的热量少，大部分的热量被刀具吸收，致使刀具的温度升高，加剧刀具磨损，在一定的温度和 压力下会产生粘附现象，在切削过
8、程中，刀具易产生积削瘤，不易获得表面粗糙度高的加工表面。 加工硬化严重， 1Cr18Ni9Ti强度一般为 539Mpa，但室温冷加工时，由于加工硬化和变形会诱发马式体转变，使强度提高，这样大大增加了切削时的磨损。 1Cr18Ni9Ti 具有优良的力学性能，良好的耐蚀能力，较突出的是冷变形能力，无磁性。 1.3 箱体零件的结构工艺分析 从箱体零件图上看，该箱体零件是典型的回转体箱体零件，结构比较简单，其主要加工的面有 197.3 的外圆柱面， 187、 171.08 的内圆柱表面，以及内外轮 廓。该箱体零件在加工时主要考虑变形以及测量的问题，由于内外轮廓交界处壁太薄仅 0.635 的厚度，在切削
9、过程中不易散热，刀具所带走的只是少量热量，加工硬化也很严重，塑性和韧性较高，所以要使工件恢复其应力再加工，采取相应的热处理去处内应力，减少其变形。图中所给的尺寸精度并不高，在 IT1112级之间，但粗糙度都是 1.6。通过分析该箱体零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。 第 2 章 毛坯的分析 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
10、样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。 2.1 毛坯的选择 毛坯种类的选择决定与箱体零件的实际作用，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、型材 2、锻造 3、铸造4、焊接 5、其他毛坯。该箱体零件为燃烧室支撑环材料为 1Cr18Ni9Ti，考虑到箱体零件本身的结构以及材料，结构简单，塑性和韧 性高，所以推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，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，而短见具有较高的强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作箱体零件。本箱体零件生产批量为中小批量，所以综上所叙选择锻件中的自
11、由锻。 天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 6 2.2 毛坯图的设计 毛坯（锻件）图是根据产品箱体零件设计的，经查机械加工工艺手册自由 锻 件 中机 械加 工 余量 计 算公 式得 ： A=0.2*H0.2*D0.55=5.8mm, 小孔0.75A=4.35mm,大孔 0.5A=2.9mm， H=0.5A=2.9mm。 第 3 章 工艺路线拟定 3.1 定位基准的选择 工件在加工第一道或最初几道工序时，职能一毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该箱体零件选用 171.08 内孔作为粗基准来加工外圆柱面和左端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的（如果必须保证箱体零件某些重要
12、表面的加工余量分布均匀，就应该选择该表面做为粗基准，应该用毛坯的尺寸和位置可靠表面，而且平整具有足够大的面积做基准）在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准， 197.3 的外圆柱面和左端面作为定位基准，着个基准就是精基准。在选精基准时采用有 基准重合，基准统一，互为基准，自为基准。这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。 3.2 加工方法的确定 在市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样
13、，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。 同样在该箱体零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况互我们学校的具体加工条件，一下是我 们按加工顺序来阐述的加工方案： 197.3 外 圆 柱 面 ， 精 度为 IT12 ，表面粗糙度为 Ra1.6 粗车(IT1211,Ra2512.5)-精车 (IT87,Ra1.60.8) 187.48 内圆柱表面 , 精度为 IT12 ，表面粗糙度为 Ra1.6 粗车(IT1211,Ra2512.5)-半精车 (IT109,Ra6.33.2)- 精车 (IT87,Ra1.60.8) 171.08 内 圆 柱 面 , 无 精 度
14、 要 求 , 表 面 粗 糙 度 为 Ra1.6 粗车(IT1211,Ra2512.5)-精车 (IT87,Ra1.60.8) 由 R2.8,R12.7,R1.6,R20.07 的圆弧组成的内外轮廓 , 表面粗糙度为 Ra1.6粗车 (IT1211,Ra2512.5)-半精车 (IT109,Ra6.33.2)- 精车 (IT87,Ra1.60.8) 第 1 道工序分 5 个工步，加工 3 个要素。工步 1 是装夹找正。横向装夹时一要找正两磨削过的平面与车床的 z 轴平行，以保证车出的 (侧 )面与磨削过的面垂直；二要找正两磨过的面与夹盘的回转中心线对称。工步 2 是车平面 (工件的一个侧面 )
15、。工步 3 是钻中心孔。工步 4 是用 18mm 的钻头钻通孔。工步 5 是 用 16mm粗的镗刀镗 20mm和 32mm 阶梯孔。 第 2 道工序分 2 个工步，加工 1 个要素。工步 1 是装夹找正。在上工序的基础上翻 180。装夹，还是横向装夹。装夹时一要找正到两磨过的平面与车床的 Z轴平行；二要找正到两磨削过的平面的对称线 (面 )距夹盘回转中心 1 0.02mm 之内。工步 2 是用 16mm粗的车刀车 32mm偏心孔。 第 3 工序分 3 个工步，加工 1 个要素。工步 l是装夹找正。纵向装夹，夹偏心孔偏向的那头装夹时一要找正到夹盘回转中心线与工序 1 加工的那个侧面垂直，二要找正
16、到磨削过的两侧而与夹盘同转中心线对称工步 2 是车端面。工步3 是打中心孔。 天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 7 第 4 道工序分 3 个工步，加工为随后各工序找正用的找正槽。工步 1 是装夹找正，夹的方向与上工序一样，只是比上工序少夹一段 ,右侧用回转顶尖顶上。装夹时只要找正左侧 ,主要是找正磨削过的两侧面与夹盘回转中心线对称。工步 2是加上左找正槽，工步 3 是加工右找正槽。 第 5 道工序分 5 个工步，加工 3 个要素。工步 I 是装夹找正、夹的方向与上工序一样，只是比上工序多一段。装夹时找正夹盘回转中心线与两对侧面的对称平面的交线再合。工步 2 是钻中心孔。工步 3
17、是用 15.7mm 的钻头钻通孔。上步 4 是车 16.8m通孔和锥孔。工步 5 是车端面槽。 第 6 道上序分 5 个工步，加工 4 个要素。工步 1 是装夹找正，是在上工序的基础上调头夹。装夹时找正的要求与上工序相同，也就是要找正夹盘同转中心线与上工序加工的孔轴。工步 2 是车端面 u 工步 3 是车正 49mm 孔和 28.6mm 孔。工步 4 是车螺纹的锥底孔及其上的倒角。工步 5 是车螺纹。 第 7 工序分 3 个工步，加工外回转型面。工步 1 是装夹找正。在上工序的基础调头，右端用回转顶尖顶上。装夹时的找正要求同第 5 工序。工步 2 车左半圆弧回转面和一段圆柱面。工步 3 是车右
18、半圆弧回转面和一段圆柱面。 在写刀路之前， 将立体图画好后，要将图形中心移到坐标原点，最高点移到Z=0，方可以加工，铜公火花位可加工负预留量。 在加工前还要检查工件的装夹方向是否同电脑中的图形方向相同，在模具中的排位是否正确，装夹具是否妨碍加工，前后模的方向是否相配。还要检查你所用的刀具是否齐全，校表分中的基准等。 加工铜公要注意的事项： 火花位的确定，一般幼公（即精公）预留量为 0.050.15，粗公 0.20.5，具体火花位的大小可由做模师父定。 铜公有没有加工不到的死角，是否需要拆多一个散公来。 加工铜工的刀路按排一般是：大刀（平刀）开粗 -小刀 （平刀）清角 光刀用球刀光曲面。 开粗一
19、般教师用平刀不用球刀，大刀后用小刀开粗，然后将外形光到数，接着用大的球刀光曲面，再用小球刀光曲面不要图省事，为了些小的角位而用小刀去加工大刀过不了的死角可心限定小刀的走刀范围，以免直播太多的空刀。 第 4 章 加工顺序的安排 4.1 工序的安排 4.1.1 加工阶段的划分 当箱体零件的加工质量要求较高时 ,往往不可能用一道工序来满足要求 ,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备 ,人力 ,箱体零件的加工过程通常按工序性质不同 ,可以分为粗加工 ,半精加工 ,精加工 三个阶段。 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近箱体零件成品，因此，主要目标是提高生
20、产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工内圆 171.08， 187.48 内圆柱表面， 197.3 外圆柱面。 半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如 197.3 外圆柱面。 精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 8 精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度 和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量，加工内外轮廓表面。 4.1.2 基面先行原则 该箱体零件进行加工时，要将作端面先加工，再一左端面和外圆
21、柱面为基准来加工，因为左端面和 197.3 外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。 4.1.3 先粗后精 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时 ，则要安排半精车，以此为精车做准备。 4.1.4 先住后次 该箱体零件上加工表面可氛围主要加工表面和次要加工表面，主要加工表面如 197.3 外圆柱面， 187.48 内圆柱表面，由 R2.8,R12.7,R1.6,R20.07
22、 的圆弧组成的内外轮廓，次要加工表面如 171.08 内表面，对整个工艺过程影响较小的表面，先要加工主要表面，再主要表面定位加工次要表面，因此一般主要表面最终精加工安排在工艺过程最后。 4.1.5 先面后孔 对该箱体零件应该先加工平面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定 可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于燃烧室支撑环来讲先加工 197.3 外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。 4.2 工序划分的确定 工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样
23、就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等 比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。 综上所述：考虑到工件是中小批量生产的情况下，本箱体零件是比较难加工的，切削性能高，在加工过程中易变形，难以散热，刀具所带走的热量特别的少，以此引起箱体零件的变形，在切削过程中时工件不易被切离和折断，这样会影响刀具的使用寿命，所以需要进行中途消除箱体零件本身的应力，减少箱体零件的变形和刀具的使用，在此选用工序分散，来对上
24、述的问题进行解决。 辅助工序的安排： 辅助工序一般包括去毛刺，倒菱角，清洗，除锈，退磁，检验等。 4.3 热处理工序的安排 热处理的 目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本箱体零件燃烧室支撑环材料为 1Cr18Ni9Ti，在加工过程中预备热是消除箱体零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在 800 25温度中保持 30分钟释放应力。 天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 9 4.4 拟定加工工艺路线 根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方
25、案如下： 方案一 1、备料 锻造毛坯 2、热处理 退火（消除内应力） 3、普车 粗、精车外圆柱面，左端面 4、数控车 粗车内外轮廓留半精车、精车余量，粗车内孔 171.08 5、数控车 半精车内外轮廓留精车余量 6、热处理 人工时效（ 800 25温度中保持 30 分钟释放应力） 7、数控车 精车内外轮廓，内孔至尺寸 8、数控车 调头粗、精车内孔 187.48 至尺寸 9、倒角 锐边倒角 10、去毛刺 11、检验 合格后入库 方案二 1、备料 锻造毛坯 2、热处理 退火（消除内应力） 3、普车 粗、精车外圆柱面，左端面 4、数控车 粗、半精车、精车内外轮廓至尺寸，粗、半精车内孔 171.08至
26、尺寸 5、热处理 人工时效（ 800 25温度中保持 30 分钟释放应力） 6、数控车 调头粗、精车内孔 187.48 至尺寸 7、倒角 锐边倒角 8、去毛刺 9、检验 合格后入库 综上所述：两个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散，从箱体零件本身来考虑，由于薄壁处在切削加工时易产生热变形，如采用工序集中，在加工时箱体零件的内应力无法适时的恢复， 所以采用方案一工序分散，使其应力释放，改善切削性。 4.5 加工路线的确定 确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，确定正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面： 1、应能保证箱体零件的加工精度和表面粗糙度 2、应使走刀路线最短，减少刀具
27、空行程时间，提高加工效率 3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量 4.6 加工设备的选择 工序三采用 CA6140 普通车床，车床的参数如下： 型号 TYPE CA6140，中心距 750mm 1000 mm 1500 mm，床身上下最大回转直径 400 mm，马鞍内最大工作回转路径 550 mm，横拖板上最大回转直径214mm，主轴孔径 52 mm，主轴内锥孔 MT6#，主轴速度级数 16 级，主轴速度范围 20-1800r.p.m，公制螺纹（ 30 种） 0.45-20 mm（ 30 种），英制螺纹（ 30 种）40-0.875t.p.i（ 30 种），模数螺纹 0.125-
28、5mm，径节螺纹 160-4D.P，横拖板行程239mm 小刀架行程 150mm，尾坐套孔锥度 MT5#，套筒行程 120mm，主电机功天津理工大学成人高等教育本科生毕业设计（论文） 10 率 4/5.5KW，外形尺寸 2350 1020 1250mm 工序 5、 6、 7、 8、 采用数控车床 CK7150A，车床参数如下： 8 工位电动转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置： FANUCOI，最大回转直径 590mm，最大加工直径 500 mm，最大加工长度 1000 mm，主轴转速范围30-2000RMP/min，主轴电机功率 7.5KW，主要精度 X 定位精度 0.016 mm,Z 定位精
29、度 0.025 mm,X 重复定位精度 0.007 mm,Z 重复定位精度 0.01 mm 4.7 刀具的选择 由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀 具材料是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于燃烧室支撑环是1Cr18Ni9Ti，推荐用硬质合金中的 YG8 类刀具，因为硬质合金中的钛元素和被加工材料中的钛元素之间产生亲和力，使粘结现象严重，导致切削温度升高，摩擦因数增大，加剧了刀具磨损，所以加工 1Cr18Ni9Ti 这种
30、材料时采用硬质合金的刀具。 粗车外轮廓：刀具号为 T0101， 93可转位车刀，圆弧半径为 0.8，刀片型号为 VCUM160408R-A4，刀具型 号为 PVJCR2525-16Q 半精车，精车外轮廓：刀具号为 T0303 ，圆弧车刀，刀片型号为RCUM030300RA1，刀具型号为 PRCCR2525-16Q 粗车内轮廓：刀具号为 T0202， 75可转位车刀，圆弧半径为 0.8 刀具型号为 WNUM080308EL-A2，刀具型号为 PCRC2020-16Q 半精车，精车内轮廓：刀具号为 T0404， 75可转位车刀，圆弧半径为0.4 刀片型号为 WNUM080304EL-A2，刀具型号
31、为 PCRC2020-16Q 内孔车刀：刀具号为 T0505， 93内孔车刀，圆弧 半径为 0.4，刀片型号为 TBUM080404R-04，刀具型号为 PSUBR3215-16Q 4.8 选择夹具及量具确定装夹方案 4.8.1 夹具的选择 由于数控机床与普通机床的区别，所以在选择夹具时，需要注意许多方面的问题，以便更好的加工箱体零件，该箱体零件的装夹方法如下： 第一次装夹：即加工外圆柱面，以内孔 171.08 作为粗基准，可以用三爪卡盘反夹内孔。 第二次装夹：即加工内外轮廓，内孔 171.08，以左端面外圆柱面作为定位基准，可以用软爪夹住外圆柱面。 第三次装夹：即加工内孔 187.48 表面，以左端面 外圆柱面作精基准，用软爪夹住外圆柱面。 4.8.2 量具的选择 数控加工主要用于单件小批量生产，一般采用常用量具，如游标卡尺、百分表、千分尺、深度尺等，测量长度方向尺寸用游标卡尺，百分表， 0-25 深度千分尺， 0-50 内径千分尺。（ GB1214-85）卡尺： 0-125mm. 0-200mm (0.1mm 0.05mm 0.02mm ) 三种。 第 5 章 工艺设计 5.1 加工余量，工序尺寸，及其公差的确定 根据各资料及制定的箱体零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法
