1、上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 1摘 要该说明书是对端盖类零件加工及其夹具的设计，通过一系列的具体设计步骤，完整的展示了对其零件和夹具的设计过程。首先主要是简介数控技术应用和该设计的课题背景，通过对其零件分析，明确了该零件的技术要求，为接下来的设计步骤做好铺垫。该说明书主要分为零件设计和夹具设计两大部分。在对其零件设计这部分中，主要是以对零件结构进行分析的结果为基础，安排制定具体的加工工艺路线，数控加工的工艺内容，数控设备的选用以及具体的工序工部路线等，并说明了加工时切削用量的选用及该零件的具体数控仿真编程。本次关于端盖数控工艺与夹具设计介绍了端盖数控加工的特点、加工
2、工艺分析、数控编程以及夹具设计等,全面剖析了端盖类零件加工的全过程。通过一定的实例详细的介绍了端盖数控加工工艺的分析方法。关键词：发展，数控技术，加工工艺，编程，端盖上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 2端盖数控工艺及夹具设计引言数 控 机 床 是 数 字 控 制 机 床 （ Computer numerical control） 的 简称 ， 是 一 种 装 有 程 序 控 制 系 统 的 自 动 化 机 床 。 该 控 制 系 统 能 够 逻 辑 地处 理 具 有 控 制 编 码 或 其 他 符 号 指 令 规 定 的 程 序 ， 并 将 其 译 码 ， 从 而 使机
3、 床 动 作 并 加 工 零 件 。数 控 加 工 ， 是 指 在 数 控 机 床 上 进 行 零 件 加 工 的 一 种 工 艺 方 法 ， 数控 机 床 加 工 与 传 统 机 床 加 工 的 工 艺 规 程 从 总 体 上 说 是 一 致 的 ， 但 也 发生 了 明 显 的 变 化 。 用 数 字 信 息 控 制 零 件 和 刀 具 位 移 的 机 械 加 工 方 法 。它 是 解 决 零 件 品 种 多 变 、 批 量 小 、 形 状 复 杂 、 精 度 高 等 问 题 。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传
4、统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(IT)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的 CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。1课题背景1.1 背景 上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 3本次毕业设计的题目来源于生产第一线，为实践型、设计类毕业设计课题。根据所给的图纸和零件的具体技术要求，选
5、择刀具和合理的工艺参数，确定装夹方式和夹具，编制工艺路线，并借助 UG 软件完成零件三维图纸的绘制和编程。培养学生综合运用所学知识解决本专业实际生产问题的能力。进一步培养调查研究、检索和阅读一些文献资料、理论分析、夹具设计、计算机应用及协作等各方面的综合能力。使学生通过本次毕业实践设计，能够独立对中等复杂程度的零件技术要求进行分析，并能根据零件图进行专用工装夹具设计，设计加工工艺，编写数控加工程序并通过仿真加工测试。从而使学生养成认真刻苦的钻研精神和严格细致的工作作风，对学生未来的工作和学习起着重要铺垫作用。1.2 零件图分析由 零 件 图 可 知 ， 如图 1.1 所示，定 义 加 工 零
6、件 的 毛 坯 为1 2632， 根 据 零 件 图 纸 的 要 求 ， 对 于 面 及 孔 的 精 度 要 求 则 有 数 控 机床 完 成 ， 考 虑 到 本 零 件 的 105 外圆表面粗糙度要求为 Ra0.8， 磨 特 殊外 圆 的 时 候 则 需 要 使 用 专 用 夹 具 进 行 磨 削 。图 1.1 零 件 二 维 图上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 4图 1.2 零 件 三 维 图1.3 零件的技术要求考虑该零件的技术要求如下：1表面粗糙度：105 的摇臂锁紧孔内表面粗糙度为 0.8；其余表面粗糙度为 6.3。2极限与配合：一般绝大多数配合孔的尺寸精度最
7、高仅为 7 级，故锥孔的极限配合为 H7。 3材料 HT200。该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性级减震性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。4调制处理，硬度 HB220225。 2. 零件的加工工艺过程的分析2.1 零件的工艺分析由零件图 1.1 和 1.2 可知，105 外圆有很高的技术要求的，圆跳动的技术要求是相对于基准面 A 为 0.02，其表面粗糙度要求很高，Ra为 0.08，对于这么高精度的要求一般机床是无法做到的，考虑到该零件又是圆盘类零件，无法一般定位加工。所以要设计相关的夹具。其余平上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 5面及凹槽的加工则在一般数控机床
8、可加工完成。1：4 的锥形孔则可先钻扩孔然后用镗刀加工。根据该零件图 1.1 和 1.2，粗精加工 105 到尺寸，割槽 3X2，掉头粗精加工最大外圆 113，粗精加工 1：4 的锥孔，铣 32 的凸台，掉头铣 77 的圆凹槽，磨 105 的外表面。此次加工中 105 外表面的粗糙度要求是难点，所以要设计专用夹具对此进行加工，以达到精度要求。2.2 拟定工艺路线机械加工工艺规程的制定，大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路线，然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的，应进行综合分析。工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局，主要任
9、务是选择各个表面的加工方法，确定各个表面的加工顺序，以及整个工艺过程中工序数目的多少等。拟定工艺路线的一般原则如下：1、先加工基准面零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行” 。2、划分加工阶段加工质量要求高的表面，都划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量；有利于合理使用设备；便于安排热处理工序；以及便于时发现毛坯缺陷等。3、主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨等） ，应放在工艺路线最后阶段进行，以免光整加工的表面，由于工序间的转运和安装而受到损伤。上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数
10、控工艺及夹具设计 6上述为工序安排的一般情况。有些具体情况可按下列原则处理：、为了保证加工精度，粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时，切削量大，工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在着较大的内应力，如果粗、粗加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对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，还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。、合理地选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有较高的加工精度，所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行，精加工工序则要求用较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不
11、同的机床上加工，既能充分发挥设备能力，又能延长精密机床的使用寿命。、在机械加工工艺路线中，常安排有热处理工序。热处理工序位置的安排如下：为改善金属的切削加工性能，如退火、正火、调质等，一般安排在机械加工前进行。为消除内应力，如时效处理、调质处理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前进行。为了提高零件的机械性能，如渗碳、淬火、回火等，一般安排在机械加工之后进行。如热处理后有较大的变形，还须安排最终加工工序（精磨） 。该零件的工艺路线如下：工序 1：备料。工序 2：车。粗精加工 105 到尺寸，割槽 3X2，掉头粗精加工最大外圆 113，粗精加工 1：4 的锥孔。工序 3：铣。铣 32 的凸台，掉头
12、铣 77 的圆凹槽。工序 4：淬火。工序 5：精磨。磨 105 的外表面工序 6：检验。上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 7工序 7：清理。工序 8：防锈、入库。3. 数控加工工艺分析3.1 数控加工内容的确定根据零件图 1.1 所示，定义毛坯为 1 2632，粗精加工 105 到尺寸，割槽 3X2，掉头粗精加工最大外圆 113，粗精加工 1：4 的锥孔，铣 32 的凸台，掉头铣 77 的圆凹槽，磨 105 的外表面。此次加工中 105 外表面的粗糙度要求是难点，所以要设计专用夹具对此进行加工，以达到精度要求。3.2 数控加工设备的选用车削毛坯外圆是可以使用 CK615
13、0 车床进行加工。CK6150 车床是一种小型卧式车床，可以车端面，外圆，割槽，车锥孔等。数控机床有如下特点：加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的 35 倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 铣上下平面时则使用 X52K 或是 X6132 铣床进行加工。X52K 机床是一种小型立式铣床，可以铣平面、铣侧面、铣沟槽、铣特型面、铣齿条，与分度头和挂轮配合还可以铣球面和螺旋伞齿轮等。X6132 型铣床则是国产铣床中应用最广
14、泛、最典型的一种卧式万能升降台铣床。其主要特征是铣床主轴轴线与工作台台面平行，该机床具有结构可靠、性能良好、加工质量稳定、操作灵活轻便、行程大、加工范围大、精度高、刚性好、通用性强等特点。用它可铣削平面、沟槽、成形面和螺旋槽等。另配置上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 8相应附件，还可扩大机床加工范围。如安装万能立铣头，可使铣刀转向任意角度，完成里铣床的工作；该机床还适于高速、高强度铣削，并具有良好的安全装置和完善的润滑系统。钻孔时则使用 Z3025 摇臂钻床进行加工。 磨 105 外圆时可以使用 T41-平行砂轮进行加工。T41 磨床在磨削量的控制,自动测量控制，修正砂
15、轮和补偿等方面都有独到之处。数控外圆磨床砂轮头一般分直型和角型两种形式。直型适用于磨削砂轮两侧需要休整的工件，角型砂轮头一般偏转 30 度角，适合于磨削砂轮单侧需要休整的工件，因此，选用直型砂轮头的磨床。3.3 定位方案与夹具设计1 六 点 定 位 原 理工 件 在 空 间 具 有 六 个 自 由 度 ， 即 沿 x、 y、 z 三 个 直 角 坐 标 轴 方 向的 移 动 自 由 度 和 绕 这 三 个 坐 标 轴 的 转 动 自 由 度 。 因 此 ， 要 完 全 确 定工 件 的 位 置 ， 就 必 须 消 除 这 六 个 自 由 度 ， 通 常 用 六 个 支 承 点 （ 即 定 位元
16、 件 ） 来 限 制 工 件 的 六 个 自 由 度 ， 其 中 每 一 个 支 承 点 限 制 相 应 的 一 个自 由 度 。2 六 点 定 位 原 理 的 应 用六 点 定 位 原 理 对 于 任 何 形 状 工 件 的 定 位 都 是 适 用 的 ， 如 果 违 背 这个 原 理 ， 工 件 在 夹 具 中 的 位 置 就 不 能 完 全 确 定 。 然 而 ， 用 工 件 六 点 定位 原 理 进 行 定 位 时 ， 必 须 根 据 具 体 加 工 要 求 灵 活 运 用 ， 工 件 形 状 不 同 ，定 位 表 面 不 同 ， 定 位 点 的 布 置 情 况 会 各 不 相 同 ，
17、 宗 旨 是 使 用 最 简 单 的定 位 方 法 ， 使 工 件 在 夹 具 中 迅 速 获 得 正 确 的 位 置 。3 工 件 的 定 位l） 完 全 定 位 工 件 的 六 个 自 由 度 全 部 被 夹 具 中 的 定 位 元 件 所 限 制 ，而 在 夹 具 中 占 有 完 全 确 定 的 惟 一 位 置 ， 称 为 完 全 定 位 。上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 92） 不 完 全 定 位 根 据 工 件 加 工 表 面 的 不 同 加 工 要 求 ， 定 位 支 承 点的 数 目 可 以 少 于 六 个 。 有 些 自 由 度 对 加 工 要 求 有
18、 影 响 ， 有 些 自 由 度 对加 工 要 求 无 影 响 ， 这 种 定 位 情 况 称 为 不 完 全 定 位 。 不 完 全 定 位 是 允 许的 ，3） 欠 定 位 按 照 加 工 要 求 应 该 限 制 的 自 由 度 没 有 被 限 制 的 定 位 称为 欠 定 位 。 欠 定 位 是 不 允 许 的 。 因 为 欠 定 位 保 证 不 了 加 工 要 求 。4） 过 定 位 工 件 的 一 个 或 几 个 自 由 度 被 不 同 的 定 位 元 件 重 复 限 制的 定 位 称 为 过 定 位 。 当 过 定 位 导 致 工 件 或 定 位 元 件 变 形 ， 影 响 加 工
19、 精度 时 ， 应 该 严 禁 采 用 。 但 当 过 定 位 并 不 影 响 加 工 精 度 ， 反 而 对 提 高 加工 精 度 有 利 时 ， 也 可 以 采 用 。所 以 说 一 个 好 的 定 位 方 案 将 直 接 关 系 到 夹 具 的 优 劣 。 根 据 零 件 的加 工 工 艺 来 看 ， 加 工 105 外圆需 要 可 靠 固 定 的 加 工 定 位 ， 才 能 达 到技 术 上 的 要 求 。 故 所 设 计 的 夹 具 必 须 满 足 以 下 定 位 条 件 ： 限 制X、 Y、 Z 三 轴 旋 转 及 移 动 。 如 图 3.1 所 示 ， 就 是 为 105 外圆所
20、设计的夹具。使加工 105 外圆更为可靠，达到其技术要求。图 3.1 磨 外 圆 及 台 肩 夹 具 上海工程技术大学毕业设计（论文） 端盖数控工艺及夹具设计 10本夹具使用锥套定位，可以消除间隙，以保证工件外圆对锥孔的径向跳动，使用快卸螺母夹紧工件，可以减少装卸工件的辅助时间。工件以锥度 1:4 的锥孔和左端面为基准，在夹具的定位锥套 6 和定位支承 4上定位，快卸螺母 8 通过压板 7 夹紧工件。以收缩起到夹紧的作用，以限制零件 X，Y,Z 方向上的移动以及 Y 轴上的旋转和 Z 轴的旋转。3.4 加工工序的制订该零件以粗，精加工划分工序。该零件的加工工序制订见附录。3.5 加工工步的制订
21、工步顺序安排的一般原则为：先粗后精，先近后远，内外交叉，保证工件加工刚度原则，同一把刀能加工内容连续加工原则。该零件的加工工步制订见附录。3.6 进给路线确定进给路线也称走刀路线，指数控机床加工过程中刀具相对零件的运动轨迹和方向。它不但包括工部的内容，还反映出工部的顺序。确定的主要原则为：1）首先安已定工部顺序确定各表面加工进给路线的顺序。2）所定进给路线应能保证工件轮廓表面加工后的精度和粗糙度要求。3）寻求最短加工路线，减少行走时间以提高加工效率。4）要选择工件在加工时变形小的路线。1：4 锥形孔的加工进给路线制订见附录。磨105 外圆的加工进给路线制订见附录。3.7 刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生
