铣刀头支承座体的机械加工工艺与工装设计.docx

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铣刀头支承座体的机械加工工艺与工装设计

摘要

铣刀头是一种用于大件切削的机床附件，也是铣床加工的重要组成元件之一，本课题的目的是对铣床的铣刀头座体进行工艺分析及工装设计。

刚开始的制造工艺设计中，主要的工作是铣刀头座体的毛坯部件的铸造，加工工艺路线的制定，

工件的工艺查表，编制主要的工艺文件。

铣刀头座体的加工工艺是这次课题的重要的部分，铣刀头座体工艺分析基本路线制定，制定工艺路线也是本次设计的难点部分，根据从网上和书本上的重要信息查阅了相关的资料，设计了本次铣刀头座体机械制造工艺及工装设计的课题内容。

从设计的要求可查知:

Q=1500件/年，n=1件/台，备品率α=3%；废品率

β=0.5%，由《机械制造工艺学》【1】（1-1）式N=Qn（1+α%）（1+β%）得：

N=1500×1×（1+3%）×（1+0.05%）=1545件/年

由铣刀头座体是中型零件，生产数量在500-5000之间，查《机械加工工艺与工装选择》表1-2可知属中型零件，生产类型为大批量生产。

本次设计主要有两套加工工艺方案，应用不同的机床进行加工，通过分析得出第一套方案最优，并且对第一套方案进行详细分析。

关键词：

铣床；铣刀头座体；制造工艺；

目录

1绪论1

1.1课题背景1

1.1.1铣刀头座体1

1.1.2铣刀头简介1

1.1.3铣刀的分类2

1.1.4铣刀的结构和构成3

1.1.5夹具的现状及发展趋势4

1.2本设计的内容及目的4

2铣刀头座体机械加工工艺规程设计5

2.1.铣刀头座体工艺分析及生产类型确定5

2.1.1铣刀头座体工艺分析5

2.1.2铣刀头座体生产类型5

2.2确定毛坯的制造类型6

2.3基准的选择6

2.3.1粗基准的选择6

2.3.2精基准的选择6

2.4零件表面加工方法的确定6

2.5工艺路线的制定与分析7

2.5.1工艺路线的拟定7

2.5.2工艺方案的分析与确定8

2.6机械加工余量、毛坯工序尺寸的确定9

2.6.1孔的加工余量9

3加工工序10

工序1铸造10

工序2时效10

工序3粗铣底面10

工序4精铣底面面11

工序5粗铣φ80孔两端面12

工序6精铣φ80孔两端面13

工序7粗镗φ80孔14

工序8半精镗φ80孔14

工序9精镗φ80孔15

工序10粗镗φ96孔16

工序11钻底孔4×φ11，锪沉头孔φ2216

工序12钻6×M8并攻丝19

工序13去毛刺。

20

工序14终检。

20

总结21

参考文献22

致谢24

1绪论

1.1课题背景

1.1.1铣刀头座体

铣刀头座体是一种用于大件切削的机床附件，如装在龙门铣床上进行铣削加

工。

铣刀装在铣刀盘上，铣刀盘通过键与轴连接，当动力通过V带传给带轮，经键传到轴，即可带动铣刀盘转动，对零件进行铣削加工。

基础件座体，两端由圆锥滚子轴承支撑轴，轴承外测有轴承盖；左边带轮为动力输入端，带轮和轴由键连接，

带轮的左侧有销、挡圈、螺钉实现定位和紧固。

1.1.2铣刀头简介

一、铣床是一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、T形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮乖、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。

此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。

铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。

由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。

用铣刀对工件进行铣削加工的机床。

铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用

二、随着机械化进程不断加剧，数控编程开始广泛应用与于机床类操作，极大的释放了劳动力。

数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。

对员工要求也会越

来越高，当然带来的效率也越来越高。

进入21世纪，军事技术和民用工业的发展对数控机床的要求越来越高，应用现代设计技术、测量技术、工序集约化、新一代功能部件以及软件技术，使数控机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大地提高。

科学技术特别是信息技术的发展迅速，高速高精控制技术、多通道开放式体系结构、多轴控制技术、智能控制技术、网络化技术、CAD/CAM与CNC的

综合集成，使数控机床技术进入智能化、网络化、敏捷制造、虚拟制造的更高阶段。

1.1.3铣刀的分类

①圆柱形铣刀:

用于卧式铣床上加工平面。

刀齿分布在铣刀的圆周上,按齿形分为直齿和螺旋齿两种。

按齿数分粗齿和细齿两种。

螺旋齿粗齿铣刀齿数少,刀齿强度高,容屑空间大,适用于粗加工;细齿铣刀适用于精加工。

②面铣刀:

用于立式铣床、端面铣床或龙门铣床上加工平面端面和圆周上均有刀

齿也有粗齿和细齿之分。

其结构有整体式、镶齿式和可转位式3种。

③立铣刀:

用于加工沟槽和台阶面等,刀齿在圆周和端面上,工作时不能沿轴向

进给。

当立铣刀上有通过中心的端齿时可轴向进给

④三面刃铣刀:

用于加工各种沟槽和台阶面其两侧面和圆周上均有刀齿。

⑤角度铣刀:

用于铣削成一定角度的沟槽,有单角和双角铣刀两种。

⑥锯片铣刀:

用于加工深槽和切断工件,其圆周上有较多的刀齿。

为了减少铣切

时的摩擦刀齿两侧有15′~1°的副偏角。

此外还有键槽铣刀、燕尾槽铣刀、T形槽铣刀和各种成形铣刀等。

1.1.4铣刀的结构和构成

分为4种。

①整体式:

刀体和刀齿制成一体。

②整体焊齿式:

刀齿用硬质合金或

其他耐磨刀具材料制成并钎焊在刀体上。

③镶齿式:

刀齿用机械夹固的方法紧固在刀体上。

这种可换的刀齿可以是整体刀具材料的刀头也可以是焊接刀具材料的刀头。

刀头装在刀体上刃磨的铣刀称为体内刃磨式;刀头在夹具上单独刃磨的称为体外刃磨式。

④可转位式（见可转位刀具）:

这种结构已广泛用于面铣刀、立铣刀和三面刃铣刀等。

铣刀头是由座体、轴、皮带轮、端盖、调整片等五种非标准件和轴承、螺钉、平键、毛毡等四个标准件组成。

铣刀装在铣刀盘上，铣刀盘通过键与轴连接，当动力通过V带传给带轮，经键传到轴，即可带动铣刀盘转动，对零件进行铣削加工。

基础件座体，两端由圆锥滚子轴承支撑轴，轴承外测有轴承盖；左边带轮为动力输入端，带轮和轴由键连接，带轮的左侧有销、挡圈、螺钉实现定位和紧固；轴的右边动力输出给铣刀盘，刀盘带动铣刀切削，轴与刀盘由键连接，挡圈、垫圈、螺钉把刀盘与轴紧固住。

1.1.5夹具的现状及发展趋势

夹具是机械加工不可缺少的部件，夹具是在产品加工过程中，保持产品零部件和加工工具的相对位置。

从而保证了最终产品技术要求中的位置精度。

由于不同的工艺过程中使用不同的夹具，各类夹具中以机床夹具发展最早、最成熟、精度要求最高。

在各类夹具中比重最大。

现代夹具正向着以下方向发展：

（1）标准化

（2）通用化

（3）精密化：

精密分度的多齿盘，高精度三爪自定心卡盘。

（4）高效化：

常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。

例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件的效率可提高五倍。

（5）柔性化：

具有柔性化特点的新型夹具种类主要有：

组合夹具、通用夹具、成组夹具、数控机床夹具等。

1.2本设计的内容及目的

首先运用AutoCAD软件绘制铣刀头座体零件的零件图和毛坯图，再根据图纸的技术要求等确定生产类型、切削加工方法、工艺路线的拟定，已经知道该零件的年产量为1500件，属于大批量生产。

其次，进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，铣刀头座体的材料为铸铁，拟采用铸造的形式进行毛坯的制造，并确定零件的机械加工工艺路线，完成机械加工工序设计，进行必要的经济分析。

最后，对某加工工序的夹具进行设计并绘制夹具装配图和主要零件图。

此次的设计是对大学期间所学各课程及相关绘图软件的一次深入的综合性的总复制，也是一次理论联系实际的训练。

其目的在于：

巩固我们大学里所学的知识，也是对所学知识色综合性的检验；加强我们查阅资料的能力，熟悉有关资料；树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养我们的实际工作能力；通过对铣刀头座体的机械制造工艺设计，使我们在机械制造工艺规程设计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查阅技术文献等各个方面都受到了一次综合性的训练。

初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。

根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。

2铣刀头座体机械加工工艺规程设计

2.1.铣刀头座体工艺分析及生产类型确定

2.1.1铣刀头座体工艺分析

从铣刀头座体零件图可以得到座体的零件图结构比较复杂，有内孔、螺纹，并且是平面孔系，要求的加工精度较高。

因此在加工过程中主要表面的粗、精加工工序分阶段进行。

加工中先加工平面，可以为孔的加工提供稳定可靠的基准面。

在定位方式的选择中选择底面和一个工艺孔，即“一面一孔”定位。

这种定位方式，夹具结构简单，装卸工件方便，定位稳定可靠，并且在一此安装中，可以加工多个平面和孔系，也可作为从粗加工到精加工大部分工序的定位基准，实现“基准统一”。

孔系加工是座体零件加工的关键。

由于该主轴箱是大批量生产采用镗模在机床上加工孔系及保证了加工精度又提高了生产效率。

由于该零件孔的壁距较远，所以采用立式金刚镗床来保证孔加工精度。

2.1.2铣刀头座体生产类型

从设计的要求可查知:

Q=1500件/年，n=1件/台，备品率α=3%；废品率

β=0.5%，由《机械制造工艺学》【1】（1-1）式N=Qn（1+α%）（1+β%）得：

N=1500×1×（1+3%）×（1+0.05%）=1545件/年

由铣刀头座体是中型零件，生产数量在500-5000之间，查《机械加工工艺与工装选择》表1-2可知属中型零件，生产类型为大批量生产。

2.2确定毛坯的制造类型

确定毛坯的制造形式：

由于零件年产量为1545件，为大批量生产水平，为提高生产率，保证加工质量所以毛坯采用铸造。

由于铣刀头座体的要求比较高，所以选择铸铁的压力铸造，较好的耐磨性、可铸性、可切削性和吸振性所以零件材料选用铸铁，根据国家标准可选牌号为HT200。

2.3基准的选择

基准是用以确定生产对象几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。

选择不同的点、线、面作为基准，是影响零件加工工艺性和表面间尺寸、位置精度的主要因素之一。

2.3.1粗基准的选择

粗基准选择时主要考虑各加工面能否分配到合理的加工余量，以及加工面与非加工面之间是否具有准确的相互位置关系。

通常以底面作为粗基准的，因此一般先加工底面。

2.3.2精基准的选择

精基准选择时应该尽量符合“基准重合原则”、“基准统一原则”、“互为基准原则”、“自为基准原则”、“便于夹装原则”，支承座体一般选底面作为精基准，这样可保证加工孔轴线对底面的尺寸要求和平行度要求。

2.4零件表面加工方法的确定

本零件的加工表面有孔、面等，材料为HT200。

参考《金属机械制造加工工艺设计手册》【2】表1-32、表1-33和表1-34前期加工方法选择如下：

（1）底面：

表面粗糙度为3.2，采用粗铣→精铣的加工方法

（2）孔φ80：

表面粗糙度为3.2，采用粗镗→半精镗→精镗→细镗的方法

（3）孔φ11：

表面粗糙度为3.2，采用钻→半精铰→精铰的方法

（4）6×M8—7H螺孔：

表面粗糙度为6.3，采用钻→铰孔→攻螺纹的加工方法。

（5）φ80两端面：

面粗糙度为1.6，采用粗铣→精铣的加工方法。

2.5工艺路线的制定与分析

2.5.1工艺路线的拟定

制定工艺路线应当使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。

在生产纲领确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用组合加工方式加工，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。

工序方案一

工序1铸造

工序2时效

工序3粗铣铣刀头座体底面

工序4精铣铣刀头座体底面

工序5粗铣φ80孔两端面

工序6精铣φ80孔两端面

工序7粗镗φ80孔

工序8半精镗φ80孔

工序9精镗φ80孔

工序10粗镗φ96孔

工序11钻底孔φ11，锪沉孔φ22

工序12制造模具，钻螺纹孔6xM8，攻螺纹

工序13去毛刺

工序14终检

工艺方案二

工序1铸造

工序2时效

工序3粗车底面

工序4精车底面

工序5粗车、半精车φ8孔两端面

工序6精车φ80孔两端面

工序7粗镗φ80孔

工序8精镗φ80孔

工序9粗镗φ96孔

工序10钻底孔φ11

工序11铰孔φ12，锪沉头孔φ22

工序12制作模具，钻螺纹孔M8，攻螺纹

工序13去毛刺

工序14检验入库

2.5.2工艺方案的分析与确定

上述两工艺方案的特点在于：

方案一是采用铣床铣削,加工端面的生产效率较高，方案二是采用车床车削的方式加工端面的生产产品精度高。

因此最终确定工艺路线如下：

工序方案一

工序1铸造

工序2时效

工序3粗铣铣刀头座体底面

工序4精铣铣刀头座体底面

工序5粗铣φ80孔两端面

工序6精铣φ80孔两端面

工序7粗镗φ80孔

工序8半精镗φ80孔

工序9精镗φ80孔

工序10粗镗φ96孔

工序11钻底孔φ11，锪沉孔φ22

工序12制作模具，钻螺纹6×M8

工序13去毛刺

工序14终检

2.6机械加工余量、毛坯工序尺寸的确定

铣刀头座体零件的材料为铸铁，硬度为200HBS，毛坯的重量约为8KG,

生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下（单位：

mm）：

由于主轴箱是同轴孔系，孔线较短，而且又是穿通孔。

此时镗杆悬伸量小，镗杆轴线产生的挠曲度值适合工件的加工要求，镗削加工出来的孔能达到图样规定的要求，在这里我们采用支撑镗孔法加工座体的孔系。

根据《金属机械制造加工工艺设计手册》表3-3、表3-4确定毛坯的轮廓尺寸在160-250mm之间，为砂型的铸铁的砂型铸造机器造型，选取长度方向偏差为2mm。

2.6.1孔的加工余量

由于φ80孔的直径大于30mm，所以采用铸造加工，而螺纹孔和底孔小于

30mm，就不适合采用铸造加工。

由《金属机械制造加工工艺设计手册》【2】表4-15、

表4-16和表4-17可以确定孔的加工余量如下：

φ80孔：

粗镗加工余量3mm

半粗镗加工余量0.4mm

精镗加工余量0.1mm

M8螺纹孔：

钻削加工余量0.2mm

铰加工余量H9mm

底孔：

钻削加工余量0.2mm

铰加工余量H9mm

锪孔加工余量H9mm

2.6.2平面加工余量

底面：

粗铣4.0mm

精铣1.0mm

Φ80孔两端面：

粗铣3mm

精铣1.0mm

2.6.3切削用量及工时的计算

工件材料：

HT200δb=220MPa铸模

查《金属机械制造加工工艺设计手册》表8-2、表8-9、表8-12

3加工工序

工序1铸造

工序2时效

工序3粗铣底面

（1）机床和刀具的选择

机床：

根据铣刀头座体的零件尺寸采用型号为X8126的万能工具铣床

刀具：

采用材料为YG6硬质合金钢的标准面铣刀，参考GB/T611.7-1996选择基本尺寸D=60mm螺旋角β=10°后角αn=15°前角γ0=12°齿数Z=10°

（2）切削深度及进给量的选择

由于底面的加工余量较少，一次走刀可完成切削，故取αp=4mm。

查《金属机械制造加工工艺设计手册》表8-13和表8-14机床的主电机功率为3KW，每齿进给量fz取0.1~0.2mm/z故取fz=0.15mm/z

（3）计算切削速度vc及每分钟进给量vf

根据《切削用量简明手册》表3.16，当d0=60mm，z=10，ap≤7.5mm，fz

≤0.24mm/z时，vc=90m/min，n=390r/min，vf=386mm/min。

各修正系数：

KMV=0.89

Ktv=1.0

Ksv=1.0

KV=KMV·Ktv·Ksv

所以vc=KV·vc=90×0.89×1.0×1.0=80.1（m/min）

n=KV·n=390×0.89×1.0×1.0=347.1（r/min）

vf=KV·vf=386×0.89×1.0×1.0=343.54（m/min）

查X8126的万能工具铣床

选取：

n=360r/minvf=390mm/min

有vc=687.24（m/min）

Vf=0.10mm/z

工序4精铣底面面

（1）机床和刀具的选择

机床：

根据铣刀头座体的零件尺寸采用型号为X8126的万能工具铣床

刀具：

采用材料为YG6硬质合金钢的标准面铣刀，参考GB/T611.7-1996选择基本尺寸D=60mm螺旋角β=10°后角αn=15°前角γ0=12°齿数Z=10°

（2）切削深度及进给量的选择

由于底面的加工余量较少，一次走刀可完成切削，故取αp=1.0mm。

查《金属

机械制造加工工艺设计手册》表8-13和表8-14机床的主电机功率为3KW，每齿进给量fz取0.03~0.075mm/z故取fz=0.050mm/z

（3）计算切削速度vc及每分钟进给量vf

根据《切削用量简明手册》表3.16，当d0=60mm，z=10，ap≤2.5mm，

fz≤0.1mm/z时，vc=196m/min，n=320r/min，vf=217mm/min。

各修正系数：

KMV=0.87

Ktv=1.0

Ksv=1.0

KV=KMV·Ktv·Ksv

所以vc=KV·vc=196×0.87×1.0×1.0=170.52（m/min）

n=KV·n=320×0.87×1.0×1.0=278.4Z（r/min）

vf=KV·vf=217×0.87×1.0×1.0=188.79（m/min）

查X8126的万能工具铣床选取：

n=310r/minvf=215mm/min

vc=58.45m/min

vf=0.06mm/z

工序5粗铣φ80孔两端面

（1）机床和刀具的选择

机床：

根据铣刀头座体的零件尺寸采用型号为X8126的万能工具铣床

刀具：

采用材料为YG6硬质合金钢的标准面铣刀，参考GB/T611.7-1996选

择基本尺寸D=37.5m螺旋角β=10°后角αn=15°前角γ0=12°齿数Z=8

（2）切削深度及进给量的选择

由于φ80孔两端面的加工精度较高，一次走刀可完成切削，故取αp=1.5mm。

查《金属机械制造加工工艺设计手册》表8-13和表8-14机床的主电机功率为

7.5KW，每齿进给量fz取0.14~0.24mm/z故取fz=0.2mm/z

（3）计算切削速度vc及每分钟进给量vf

根据《切削用量简明手册》表3.16，当d0=37.5mm，z=8，ap≤2.5mm，fz≤0.1mmvc=118m/min，n=420r/min，vf=247mm/min。

各修正系数：

KMV=0.89

Ktv=1.0

Ksv=1.0

KV=KMV·Ktv·Ksv

所以vc=KV·vc=118×0.89×1.0×1.0=105.02（m/min）n=KV·n=420×0.89×1.0×1.0=373.8（r/min）

vf=KV·vf=247×0.89×1.0×1.0=219.83（m/min）

查X8126的万能工具铣床选取：

n=370r/minvf=135mm/min

vc=108.6m/min

Vf=0.120mm/z

工序6精铣φ80孔两端面

（1）机床和刀具的选择

机床：

根据铣刀头座体的零件尺寸采用型号为X8126的万能工具铣床

刀具：

采用材料为YG6硬质合金钢的标准面铣刀，参考GB/T611.7-1996选择基本尺寸D=37.5m螺旋角β=10°后角αn=15°前角γ0=12°齿数Z=8

（2）切削深度及进给量的选择

由于φ80孔两端面的加工精度较高，两次走刀可完成切削，故取αp=0.5mm。

查《金属机械制造加工工艺设计手册》表8-13和表8-14机床的主电机功率为

7.5KW，每齿进给量fz取0.04~0.10mm/z故取fz=0.075mm/z

（3）计算切削速度vc及每分钟进给量vf

根据《切削用量简明手册》表3.16，当d0=37.5mm，z=8，ap≤2.5mm，fz≤0.1mm/z时，vc=35m/min，n=224r/min，vf=136mm/min。

各修正系数：

KMV=0.87

Ktv=1.0

Ksv=1.0

KV=KMV·Ktv·Ksv

所以vc=KV·vc=35×0.87×1.0×1.0=30.45（m/min）

n=KV·n=420×0.87×1.0×1.0=194.8（r/min）

vf=KV·vf=136×0.87×1.0×1.0=118.32（m/min）

查X8126的万能工具铣床选取：

n=242r/minvf=136mm/min

vc=28.8m/min

vf=0.071mm/z

工序7粗镗φ80孔

（1）机床和刀具的选择

机床：

根据铣刀头座体的零件尺寸采用型号为金刚镗床

刀具：

采用装夹式可调单刃镗刀

（2）切削深度及进给量的选择

由于φ80孔两端的加工精度较高，一次走刀可完成切削，故取αp=2mm。

查《实用金属切削加工工艺设计手册》表9-2机床的主电机功率为5.5KW，主轴进给量fz取0.04~4.28mm/z故取fz=0.7mm/z

（3）计算切削速度vc

根据《切削用量简明手册》表4.1，vc=68m/min，切削直径到79.5mm

查金刚镗床选取：

n=320r/min

vc=79.88m/min

工序8半精镗φ80孔

（1）机床和刀具的选择

机床：

根据铣刀头座体的零件尺寸采用型号为金刚镗床

刀具：

采用装夹式可调单刃镗刀

（2）切削深度及进给量的选择

由于φ80孔两端的加工精度较高，一次走刀可完成切削，故取αp=0.2mm。

查《实用金属切削加工工艺设计手册》表9-2机床的主电机功率为5.5KW，主轴进给量fz取0.04~4.28mm/z故取fz=0.2mm/z

（3）计算切削速度vc

根据《切削用量简明手册》表4-1