1790型工业缝纫机关键零件加工工艺设计Word文档格式.docx
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TheDesignofKeyPartsof1790TypeIndustrialSewingMachine
Student:
JiangBoAdvisor:
WengWeibing
SchoolofmechanicalandAutomotiveEngineeringZhejiangUniversityof
ScienceandTechnology
Abstract
Thedemandofmanufacturingindustryurgesthedevelopmentofindustrialsewingmachine.Theindustrysewingmachineprofessionhasalreadydrawnupthelinemarkpatternstandard，realizeseachkindoflinemarkindustrysewingmachinebasicorganizationtypetopassthroughthelong-termusequitetobemature,theorganizationtypetendstothestereotypia.Productqualityimprovement,thevarietydevelopment,thetechnicallevelenhance,therenewalthenmoreperformancecontinuetheunceasingimprovementintheoriginalproductfoundation.Integrationofmachinerytechnologyapplication,Fortheproductgradation,thecontinuoustransformation,theinnovationprovidesabiggerspace,butalsomusttaketheoriginalproductasthefoundation,theincreaseautomation,integratedorthesystematizedfunction.
TypesofsewingmachineheadmaterialselectionandprocessingtoolforanalysesconfirmthatwithAutoCADdrawoutkeypartsprocessing,andfixturedesignofthereliability,feasibility,finallydesignprocess,accordingtotheoriginoftheprocesschosencoordinates,withFANUCsystemtheprocesswerenumericalcontrolprogramming.Finally,thepartswillbeprocessedandassembled,andthenthefeasibilityoftheprocessisdetermined.
Keywords:
Sewingmachine;
Keyparts;
Fixturedesign;
Programmingdesign
第一章绪论
1.1工业缝纫机背景和发展趋势
工业缝纫机产业在制造业的带动下，在近十年中不断发展，而后中国一举奠定了世界缝制机械大国地位，并正向缝制机械制造大国向强国迈进。
上世纪90年代末至2007年，我国缝制机械行业一直处于高速增长的发展阶段，国产缝制机械产品产量至2007年已经达到了前所未有的行业“顶峰”。
2002年，中国缝制机械协会在当年的中国国际缝制设备展览会（CISMA）上发布的一份文件中显示出一个重要信息—————中国成为世界缝制设备最大的生产国和消费国。
据当年中缝协信息中心统计数字显示，中国有各类规模以上缝制设备及零部件生产企业近500家，年产各类缝制设备800万台，年出口创汇4亿多美元。
10年间，我国缝制机械行业规模不断扩大。
据统计，“十五”末期，我国缝制机械的年产量占世界缝机总产量的比重为71%，到“十一五”末期，这一比重提高到了80%.年产值占比也由“十五”末的45%提高到目前的59%，产业继续向中国大陆聚集，推动了下游行业的发展和转型升级，国际地位和影响力得到提升。
作为服装、箱包等产业的上游行业，缝制机械行业同样与提高人民生活水平，实现小康社会密切相关。
“十一五”期间，行业发展历经波澜，前两年保持持续壮大的较快发展势头，但从2008年开始，受国际金融危机爆发和行业自身发展周期调整的双重影响，全行业产销量等经济指标连续两年呈较快下滑态势，跌入近10年来的低谷。
但通过积极应对和调整，行业企业的技术创新能力和抵御风险能力等均有不同程度的增强，特别是随着我国经济从2009年下半年开始的逐步回暖，我国缝制机械行业自当年第四季度以来，已逐步摆脱低迷并呈现出强劲、持续的复苏态势，产销规模快速回升。
特别是2010年行业全面呈现恢复性的高速增长，年产值创历史新高，产量全面接近行业历史最高水平。
同时，结构调整和转型升级步伐明显加快，成效开始显现。
1.2本文主要工作内容
本论文设计了对1790型工业缝纫机的关键零部件（机壳、铰轴和滚子）加工工艺。
基于关键零部件的设计图纸，首先确定了零件材料和加工刀具。
然后用AutoCAD画出零件的加工面，并设计了加工夹具，最后设计好加工工艺，根据加工工艺选好坐标原点，对其工艺进行数控编程。
最后将加工出来的关键零件，通过品检，组装，质检后，来确定加工的可行性。
第二章数控机床和加工中心简介
2.1数控机床概述
数控数字控制技术是近代发展起来的一种用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。
采用数控技术的控制系统称为数控系统。
数控机床是综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机床设计等技术而发展起来的，采用数字化信息对机床运动及其加工过程进行自动控制的自动化机床。
数控机床与普通机床想比，具有适应性强、效率高、加工质量稳定和精度高的优点，而且易实现多坐标联动，能加工出普通机床难以加工的曲线和曲面。
数控机床主要是由信息载体、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床等组成，如图2.1所示：
图2.1数控机床简图
根据工艺用途分，数控机床可以分为三类：
（1）一般数控机床
（2）多坐标数控（3）加工中心机床[]。
2.2加工中心概念和特点
加工中心是一种具备刀库并能按预定程序自动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效数控机床。
加工中心可以大大减少工件装夹、调整和测量时间，使加工中心的切削时间利用率高于普通机床的3～4倍，大大提高了生产率；
同时避免工件多次定位所产生的累积误差，提高了加工精度。
我们在制造和生产零件时，所用到的加工中心是MCH-500卧式加工中心和立式加工中心。
卧式刀盘可放60把不同的刀具，具有交换工作台；
立式加工中心则有24把刀具可交换，具有一定的记忆功能。
2.3FANUC系统特点
FANUC系统有如下特点：
（1）系统在设计中大量采用模块化结构。
这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性提高而且便于维修、更换。
（2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。
其工作环境温度为0～45摄氏度，相对湿度为75%。
（3）有效完善的保护措施。
FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。
（4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。
对于一般的机床来说，基本功能完全满足使用要求。
（5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。
这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。
（6）具有很强的DMC功能。
系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。
（7）提供丰富的维修报警和诊断功能。
FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类[]。
第三章机壳加工工艺设计
3.1机壳零件材质选择
由于工业缝纫机在市场的竞争中比较的激烈，而在样式和材料方面，由于这些大型毛坯要在加工中心中来加工完成，对于机壳材质的选择十分重要。
因此，在材质的选择中，选用HT200做为毛坯材料。
HT200的化学成分是C：
3.2～3.5；
Si:
1.5～1.8；
Mn：
0.8～1.0。
特点：
抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
机械性能：
σb≥200Mpa（σb是抗拉强度）
3.2零件图纸
图3.1机壳加工面cad图纸
此图纸基于本人工作单位的工程师设计的基础上进行余下的工作任务，为了降低生产成本，我们从原先的购买整个机壳成品，逐渐转变成购买成本较低的机壳毛坯，在通过加工中心进行进一步的加工，通过对外表面和孔加工的工艺步骤，重点加工与底座拼接的表面粗糙度与平面度，保证机头和机座的同心度，以避免后期装配时存在的调试范围问题。
因此，机头的加工是十分重要的。
3.3夹具设计
夹具设计是为了保证工件在加工时相对于刀具和机床占有正确的加工位置，然后使在加工过程中，保持着稳定可靠的相对位置。
在给毛坯装夹时，选用夹具装夹，这样可以保证原有工作台的相对位置不改变，以便于以后新夹具的再次利用。
夹具装夹是根据被加工零件的某一工序的具体加工要求设计夹具，其上备有专用的定位和夹紧装置，零件可迅速而准确的装夹在夹具中。
采用夹具装夹工件，易于保证加工精度、缩短辅助时间、提高生产效率、减轻工人劳动强度[][]。
3.4夹具结构
由于零件机壳的结构较复杂，因此要特制固定夹具用于固定机壳在加工中心的位置，下面的图纸分别是夹具底盘，辅助螺栓、辅助压板和车床夹具，如图3.2、3.3和3.4所示：
图3.2机壳夹具
图3.3辅助螺栓
图3.4辅助压板
此夹具主要用于固定机头，将机头平放置此夹具上，注意机头与夹具拼接的地方平整无毛刺，配合紧密，然后周边用螺栓固定，使机头保持这样的固定位置，方便加工中心进行加工。
3.5夹具加工
零件机壳的夹具工艺卡片主要要保证底盘上下两个平面的粗糙度和平行度，要保证夹具与机壳能够配合紧密，最低程度降低加工误差，保证夹具能够固定机壳用于加工中心加工，如图3.5所示：
图3.5机壳夹具加工工艺过程卡
3.6总装配图
由于机壳这个零件较为复杂，夹具需要特制，因此，需要用装配图表示出机壳在夹具上的安装位置，能够更直接的看出零件时如何固定在这个机壳上面的，如何装夹定位的，主要包括底盘固定这个零件，螺栓辅助限位约束XY方向上的移动，压板辅助限位Z方向上的移动，能够保证加工时尺寸的准确和孔距的精准。
如图3.6所示：
图3.6机壳总装配图
3.7刀具选择
根据零件图，我们确定加工过程中所需要用到的刀具包括：
3mm中心钻,4mm中心钻10mm中心钻φ12mm麻花钻，φ16钨钢铣刀，φ26钨钢铣刀，还需要量具卡尺0-300mm千分尺0-25mm。
3.8零件加工工艺分析
数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。
在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。
合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。
加工时，需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。
在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。
1、适于数控加工的内容
在选择时，一般可按下列顺序考虑：
（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；
（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；
（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。
2、不适于数控加工的内容
一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。
相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：
（1）占机调整时间长。
如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；
（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。
这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；
（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。
主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。
此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。
总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。
要防止把数控机床降格为通用机床使用[]。
3.8.1零件加工面分析
该零件表面由平面槽，顺圆弧，逆圆弧，螺纹孔等组成。
其中多个尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；
尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。
（1）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。
（2）在铣圆弧平面时速度适当放慢，保证圆弧的弧度。
3.8.2零件装夹方案确定
（1）定位基准：
确定左端大端面（设计基准）为定位基准。
（2）装夹方法：
用特制夹具固定在加工中心上。
3.8.3零件加工工序及走刀路线的确定
（1）加工顺序：
该零件工作原点为左端大断面，第一步对右侧方槽进行加工，然后在对左侧方槽进行加工，最后加工孔和螺纹孔。
（2）工步和走刀路线的确定，按加工过程确定走刀路线如下：
I、装夹零件，用特制夹具装夹，保证零件稳定易于加工。
II、粗加工上述右侧方槽轮廓。
III、粗加工上述左侧方槽轮廓。
IIII、手工钻孔，孔深至尺寸要求。
3.8.4主轴转速和进给速度的确定
主轴转速的选择车直线和圆弧时，切削速度Vc=80m/min和100然后利用公式Vc=πdn/1000计算主轴转速n：
主轴转速500r/min攻螺纹时，主轴转速n=300r/min。
加工工艺卡片和刀具卡片是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。
主要内容包括：
工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等[]。
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
φ26钨钢铣刀
加工平面
2
T02
φ16钨钢铣刀
3
T03
3mm中心钻
钻φ3中心孔
4
T04
4mm中心钻
钻φ4中心孔
5
T05
10mm中心钻
钻φ10中心孔
6
T06
φ12mm麻花钻
Φ12的孔
表3.7刀具卡片
第一步：
根据零件图纸的要求进行工艺分析，其中包括零件的结构工艺性分析、材料和设计精度合理性分析、大致工艺步骤等；
第二步：
根据工艺分析制定出加工所需要的一切工艺信息——如：
加工工艺路线、工艺要求、刀具的运动轨迹、位移量、切削用量（主轴转速、进给量、吃刀深度）以及辅助功能（换刀、主轴正转或反转、切削液开或关）等，并填写加工工序卡和工艺过程卡
第三步：
根据零件图和制定的工艺内容，再按照所用数控系统规定的指令代码及程序格式进行数控编程；
第四步：
将编写好的程序通过传输接口，输入到数控机床的数控装置中。
调整好机床并调用该程序后，就可以加工出符合图纸要求的零件[][]。
机壳零件加工工艺卡片如图所示：
图3.8机壳加工工艺卡片
3.8.5加工工艺规程的作用
1）工艺规程是指导生产的主要技术文件。
合理的工艺规程是根据长期的生产实践经验、科学分析方法和必要的工艺试验，并结合具体生产而制定的。
2）工艺规程是组织和管理生产的基本依据。
3）工艺规程是新建和扩建工厂或车间的基本资料。
4）工艺规程是进行技术交流的重要手段。
工艺规程，作为一个技术文件，有关人员必须严格执行，不得违反或任意改变工艺规程所规定的内容，否则就有可能影响产品的质量，打乱生产秩序[]。
3.9数控加工程序编制
根据加工工序和走刀路线编制加工程序如下：
O0001（O指定程序号）
N10G90G19M03S500;
（绝对坐标YZ平面选择主轴正转转速500r/min）
N20G01Y220.5Z115.5;
（切削进给）
N30G01X-84;
N40G01X-90F80;
（切削速度80mm/r）
N50G01G41Y220.5Z141.5H01;
（刀具半径左补偿）
N60G01Y266Z115.5;
N70G03Y279Z128.5R13;
（逆时针圆弧插补）
N80G01Y279Z168;
N90G03Y266Z181R13;
N100G01Y220.5Z181;
N110G01Y207.5Z168R13;
N120G01Y207.5Z128.5;
N130G03Y220.5Z115.5;
N140G01X-5;
N150G01G40Y220.5Z100;
（取消刀具半径补偿）
N160M05;
（主轴停）
N170T0202;
（换刀）
N180G01Y90.5Z14M03S500;
N190G01X-5F100;
N200G01G41Y106.6Z30H02;
N210G01Y106.6Z14;
N220G03Y114.6Z22R8;
N230G01Y133.2Z22;
N240G03Y141.2Z30R8;
N250G01Y141.2Z110;
N260G03Y133.2Z118R8;
N270G01Y71.2Z118;
N280G03Y63.2Z110R8;
N290G01Y63.2Z57.2;
N300G03Y71.2Z49.2R8;
N310G01Y82.7Z49.2;
N320G01Y82.7Z26.2;
N330G03Y90.5Z14R8;
N340G01X-5;
N350G40Y90.5Z-10;
N360M05;
N370M30;
（程序停）
3.10调机试做
根据图纸编程后，通过一系列的审查后，将程序输入加工中心界面，将要加工的缝纫机零件，装到夹具上，装夹没问题后，叫好指令，将调机试做。
在调机时，必须要注意下刀的速度，要慢慢下刀，时刻观察刀具与零件的距离，以及对照程序的Z轴数字，来判断是否下刀安全，并且在加工的同时，应检查刀具长度补偿的数值是否测量准确，这样有利于保护刀具和保证零件的质量。
通过自己慢慢调机后，将加工出来的零件，拿下来去组装，尺寸和位置是否达到实际的要求，对没达到的进行改进再加工，直到完全符合位置为止，不过最好在零件的报废最低的情况下达到标准[]。
第四章铰轴加工工艺设计
4.1铰轴零件材质选择
对于其余关键零件铰轴，选取的零件原材料为20CrMo。
理由如下：
20CrMo淬透性较高，无回火脆性，焊接性相当好，形成冷裂的倾向很小，可切削性及冷应变塑性良好。
一般在调质或渗碳淬火状态下使用，用于制造在非腐蚀性介质及工作温度低于250℃、含有氮氢混合物的介质中工作的高压管及各种紧固件、较高级的渗碳零件，如齿轮、轴等。
4.2零件图纸
图4.1铰轴零件cad图纸
此铰轴是用于调节缝纫机是否跳针的关键所在，因此尺寸和技术要求十分严苛，必须按照图纸所示进行加工生产。
其中3个直径为2.5的圆孔用于塞棉花保证吸油，使此零件一直保持润滑的状态。
4.3夹具选择
由于加工的铰轴零件只需要标准的夹具即可加工，需要如下夹具：
三爪自定心卡盘、弹性夹头拉料器顶尖、平口钳。
4.4刀具选择
2.5mm中心钻,φ4钻头，φ5钻头φ2.5钻头，φ8立铣刀，90°
外圆右偏刀，4mm宽刃精车刀，锯片铣刀1.8mm还需要量具卡尺0-150mm千分尺0-25mm。
4.5零件加工工艺分析
4.5.1零件加工面分析
该零件表面由平面槽，圆柱，圆孔，螺纹孔等组成。
（2）在车台阶面时，有一个0.5×
1.2的退刀槽，加工时小心操作。
4.5.2零件装夹方案确定
确定左端平面（设计基准）为定位基准。
左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支
承的装夹
4.5.3零件加工工序及走刀路线的确定
首先在最右侧进行车平端面，而后根据外圆尺寸，从粗车再到精车逐步加工零件至图纸尺寸，注意倒角位置。
I、装夹零件，用卡盘装夹，保证零件稳定易于加工
II、车外圆φ23.2±
0.02，长60
III、车外圆φ10.2±
0.02，长43.3
IIII、倒端面0.5×
45°
V、按58.5切断
4.5.4主轴转速和进给速度的确定
（1）主轴转速的选择车直线和倒角时，切削速度F=0.05mm/r（精
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