底板零件的机械加工工艺规程与铣床夹具设计论文.docx
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底板零件的机械加工工艺规程与铣床夹具设计论文
底板零件的机械加工工艺规程
及铣床夹具设计
摘要：
在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。
在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。
机械工业是一种基本工业形式，对于我们国家来说，它关系到国计民生的方方面面。
近年来机械工业领域向着高精度、高质量、高效率、低成本方向发展，数字化，自动化水平日益提高。
同时由于机械工业的发展，其他各工业部门也向着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。
机械制造过程及检测，检验中，都要使用大量的夹具夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。
因此，如何设计好机床夹具则成了机械制造的一项重要任务。
机床夹具是夹具中的一种，将其固定到机床上，可以使被加工件对刀具与机床保持正确的相对位置，并克服切削力的影响，使加工顺利进行。
机床夹具分为通用夹具和专用夹具两种。
此次论文，主要是对普通卧式铣床上槽类零件的专用夹具进行研究、分析。
关键词：
工序；工艺；定位方案；专用夹具；卧式铣床；
Machiningprocessplanningofthebottompartsandmillingfixturedesign
Abstract：
Enable producing the target in process of production （raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ） take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.
Machinery industry is a basic industry, for our country, it is related to aspects of beneficial to the people's livelihood. In recent years the field of machinery industry towards high precision, high quality, high efficiency, low-cost development, digitalization, automatization level is improved. At the same time as the development of machinery industry, other industries are also facing high depth forward, the development of mechanical industry is becoming more and more important.
Mechanical manufacturing process and testing, inspection, will use a lot of fixture. The fixture is to be able to make products according to the technical requirements of accurate positioning and tight clamping technology device, it is mainly used to ensure the product processing quality, reduce labor intensity auxiliary products detection, display, transportation etc.. Therefore, how to design the fixture has become an important task of mechanical manufacturing.
Machine tool fixture fixture in a, be fixed to the machine, can be processing tool and the tool to maintain the correct relative position, and to overcome the effect of the cutting force, smooth processing. Machine tool fixture for universal jig and fixture two.
This paper, mainly on the general vertical milling machine slot parts of the special fixture for
research, analysis.
Keywords：
The process；worker one；orient the scheme；
Special fixture； vertical milling machine；
第一章绪论1
1.1本课题研究的容1
1.2夹具发展现状及发展方向1
1.2.1夹具发展现状1
1.2.2现代机床夹具发展方向1
1.3工艺规程2
1.3.1工艺规程简介2
1.3.2工艺规程主要容2
1.4研究的目的及意义2
第二章零件图工艺分析4
2.1普通铣床上铣削顺序安排4
2.2铣床上加工分析6
第三章工件定位与装夹8
3.1工件定位8
3.2工件的装夹与夹具8
第四章加工工序与工步的划分9
第五章刀具选择10
第六章铣削用量的选择11
6.1选择铣削用量的原则11
6.1.1铣削层深度的选择11
6.1.2进给量的选择11
6.1.3铣削速度的选择11
6.2切削用量的计算11
6.3机械加工工艺卡片13
第七章夹具的概述22
7.1夹具的一般概念22
7.2夹具设计的基本要求22
7.3机床夹具的分类22
7.4柔性夹具22
第八章夹紧装置的组成及其设计原则23
8.1夹紧装置的组成23
8.2夹紧装置的设计原则23
8.3确定夹紧力的基本原则23
8.3.1夹紧力三要素23
8.3.2减小夹紧变形的措施24
8.4夹紧机构的设计要求25
第九章铣床夹具设计26
9.1定位方案27
9.1.1六点定位原理27
9.1.2应用定位原理几种情况27
9.1.3确定要限制的自由度28
9.1.4定位方案选择28
9.1.5计算定位误差29
9.2夹紧方案31
9.3对刀方案32
9.4夹具体与定位键32
9.5夹具的三维示意图32
结束语34
致35
参考文献36
附录一：
英文资料原文37
附录二：
英文资料译文42
附录三：
底板零件工程图45
第一章绪论
1.1本课题研究的容
本课题主要是根据国目前的机械制造行业的技术力量，结合现实工作中普通卧式铣床在加工多样化的批量产品中所遇到的困难与不足，进行研究、分析，设计零件加工工艺规程并寻找最优良的铣床专业夹具。
1.2夹具发展现状及发展方向
1.2.1夹具发展现状
夹具最早出现在18世纪后期。
随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。
据有关部门统计表明，目前的中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。
现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。
然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专业夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数以千计的专用夹具；另一方面，在多品种生产企业中，每隔2~3年就要更新50%~80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%~20%左右。
特别是近年来，数控机床、加工中心、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出新的要求：
1、能迅速、方便的促进新产品的投产，以缩短生产周期，降低生产成本；
2、能装夹一组具有相似特征的工件；
3、能适用于精密加工的高精密机床夹具；
4、能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
5、采用气动、液压等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度，提高劳动效率；
6、提高机床夹具的标准化程度。
1.2.2现代机床夹具发展方向
现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
1、标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。
目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：
GB/T2148～T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。
机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
2、精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。
精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
3、高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。
常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。
例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。
目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。
4、柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。
工艺的可变因素主要有：
工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。
具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：
组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。
为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。
1.3工艺规程
1.3.1工艺规程简介
一个同样要求的零件，可以采用几种不同的工艺过程来加工，但其中总有一种工艺过程在给定的条件下是最合理的，人们把工艺过程的有关容用文件的形式固定下来，用以指导生产，这个文件称为“工艺规程”。
工艺规程是组成技术文件的主要部分，是工艺装备、材料定额、工时定额设计与计算的主要依据，是直接指导工人操作的生产法规，它对产品成本、劳动生产率、原材料消耗有直接关系。
工艺规程编制的质量高低。
对保证产质量第一起着重要作用
1.3.2工艺规程主要容
1、产品特征，质量标准。
2、原材料、辅助原料特征及用于生产应符合的质量标准。
3、生产工艺流程。
4、主要工艺技术条件、半成品质量标准。
5、生产工艺主要工作要点。
6、主要技术经济指标和成品质量指标的检查项目及次数。
7、工艺技术指标的检查项目及次数。
8、专用器材特征及质量标准。
1.4研究的目的及意义
夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。
优良的专用机床夹具在保证工件各项加工精度要求、改善工人劳动条件、提高劳动生产率、降低生产成本、扩大机床工艺围、有效的安全生产、缩短新产品试制周期等方面有着显著的经济效益。
槽类、孔类工件是常见的工程结构，提高槽类、孔类工件铣床夹具设计能力对加工行业具有重要的现实意义。
一个优良的机床专用夹具和工艺规程必须具备以下几个主要特征：
1、机床装用夹具：
（1）保证工件加工精度
对于专用夹具本身来讲，要确保工件的加工精度，首先要正确地选择定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行精度分析；另外还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。
（2）提高生产效率
专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作简单、方便，缩短加工辅助时间，有效的提高生产效率。
（3）工艺性好
专用夹具的结构应力求简单、合理，便于加工、检验、装配及维修等。
专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配来保证时，夹具应设计成可以调整或修配的结构。
（4）使用性好
专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。
在条件允许的前提下，可以采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度，提供劳动效率。
必要时，专用夹具还需要有排屑装置，以防止切屑破坏工件的定位精度、损坏刀具，或者因切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。
（5）经济性好
专用夹具应尽可能采用标准元器件，精简化的结构，保证夹具本身低廉的制造成本。
因此，设计时应根据生产纲领对夹具制作方案进行必要的技术和经济分析，以增大夹具在生产中所产生的经济效益。
2、工艺规程：
（1）所设计的工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器的装配质量，达到设计图样上规定的各项技术要求。
（2）工艺过程应具有较高的生产效率，使产品能尽快投放市场。
（3）尽量降低制造成本。
（4）注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。
设计工艺规程必须具备以下原始资料：
1、产品装配图、零件图。
2、产品验收质量标准。
3、产品的年生产纲领。
4、毛坯材料与毛坯生产条件。
5、制造厂的生产条件，包括机床设备和工艺装备的规格、性能和当前的技术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料。
6、工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准。
7、国外有关制造技术资料等。
第二章零件图工艺分析
2.1普通铣床上铣削顺序安排
用专用夹具装夹，在卧式铣床上用圆柱铣刀铣削
如下图所示，图2.1为铣削示意图，图2.2为毛坯尺寸图。
1、面1：
面1为悬空面。
2、面2：
面2为定位面，用来限制X方向的位移。
3、面3：
面3为铣削面。
4、面4：
面4为定位面，用来限制Y方向的位移以及Z方向的旋转。
5、面5：
面5为加紧面。
6、面6：
面6为定位面，用来限制Z方向的位移以及X、Y方向的旋转。
图2.1铣削示意图
图2.2毛坯尺寸图
图2.3～图2.5为铣削加工过程示意图。
图2.3加工过程图
图2.4加工过程图
图2.5加工过程图
2.2铣床上加工分析
零件图的分析
该工件材料为45锻件,切削性能较好.毛坯选择90mm×65mm×25mm,已完成六面的粗加工以及中孔的冲压（模锻）。
锻钢件的质量比铸钢件高，能承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他方面的力学性能也都比铸件高，所以凡是一些重要的机械零件都应当采锻钢件。
该零件分为六面面的铣削、挖槽加工和孔的加工。
（1）上表面的加工要求尺寸保证85×60，粗糙度为1.6
（2）凸台轮廓外轮廓加工部分尺寸精度要求较高，表面粗糙度要求为1.6，切与面6有垂直度和平行度要求，在铣床上需通过粗精加工来保证。
（3）挖槽加工轮廓有一处是需要铣掉一个封闭区域的材料，该区域尺寸为60×18×10,在普通车床上进行三次行程来保证1.6的粗糙度以及H9的精度。
零件中心的封闭槽挖槽时，刀具垂直下刀不可避免的首先要碰到工件材料，由于圆柱形车刀垂直切削时受力情况不好一般可选用双刃的键槽车刀，并注意下刀方式，可选择斜向下刀或螺旋形下刀，以改善下刀切削时刀具的受力情况。
在敞开边界区域挖槽加工时，既可选择键槽车刀，也可选择圆柱车刀，切出选择在工件实体外边界的切向延长线上，
（4）孔加工分析
孔加工特点是，刀具的刀心在XY平面定位到孔的中心，然后在Z方向做一定的切削运动。
根据实际选用刀具和编程指令不同可实现钻孔、铰孔、镗孔等加工形式。
一般对精度要求不高、孔径较小的孔可以用钻头一次加工完成，较大的孔可以先钻孔在扩孔或用镗刀进行镗孔，也可用铣刀按轮廓加工的方法铣出相应的孔。
通常孔径D小于等于20mm的采用钻——扩——铰。
孔径在20mm——80mm之间或位置精度要求较高的孔，采用钻——扩——镗或钻——铣——镗。
设计课题中有直径为mm、直径为
mm直径为
mm的通孔。
孔的表面粗糙度要求为Ra1.6um，孔中心位置尺寸有一定要求。
钻孔时由于孔深尺寸较大，采用深孔钻削循环指令编程，以使刀具在钻削过程中适当退刀以利于排屑。
通常，用麻花钻钻头，孔的尺寸经济精度可达IT12～IT11，孔的表面粗糙度Ra值可达12.5～6.3um.
铰孔是应用较普遍的孔精加工方法之一，尺寸经济精度可达IT9～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6～0.4um。
在铣床上镗孔，孔径尺寸经济精度可达IT9～IT7，表面粗糙度Ra值可达3．2～0．8um.孔距精度可控制在0.05㎜左右。
（5）精度及技术要求分析
设计课题图样上位置精度要求有四处平行度
∥
0.03
A
∥
0.05
A
⊥
0.04
A
⊥
0.05
B
可在一次装夹中加工来保证。
表面粗糙度要求较高的为Ra0.8um,其次Ra1.6um其余的为Ra6.4um。
第三章工件定位与装夹
3.1工件定位
合理选择定位基准对保证加工精度,提高生产效率有着重要的作用。
确定零件的定位基准,应遵循以下原则：
1、尽量使定位基准与设计基准重合。
2、保证零件在一次装夹中完成尽可能多的加工容。
3、工件坐标原点的确定
工件坐标原点的确定主要应考虑编程和测量。
确定定位基准时，不必与其原点重合，但应考虑坐标原点能否通过定位基准得到准确的测量，即得到准确的集合关系，同时兼顾到测量方法。
设计课题中的工件坐标系原点选在工件上表面的左下角，与编程原点重合，便于计算和编程。
3.2工件的装夹与夹具
为了保证加工的精度，提高生产效率，一般要求夹具具有结构紧凑、简单，夹紧动作迅速、准确，操作方便、省力、安全，并有足够的刚性。
经分析，设计课题中，以已加工过的底面和侧面作为定位基准，其中底面为主定位面，面2与面4为辅定位面。
第四章加工工序与工步的划分
加工方法的选择原则：
保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，由于获得同一级精度和表面粗糙度的方法很多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸、大小、热处理要求等全面考虑。
一般小尺寸的孔采用较孔，孔径较大时则应选择镗孔。
此外还应考虑生产效率和经济性要求。
在安排加工顺序时应遵循：
先面后孔、先集基准后其他、先主后次、粗精分开等原则。
1、粗铣六面，使毛坯呈
2、钻孔
Ø35至Ø38,最后粗精镗至
3、钻孔
，扩孔至
，最后精铰至
4、钻孔
，扩孔至
，最后半精铰至
5、精铣六面，使毛坯呈
6、粗铣C面至16，精铣C面至18（进给量为14）
7、粗铣D面至16，精铣D面至18（进给量为22）
8、精铣F面至
9、精铣E面至
10、三次行程车槽
11、将所有边都磨成1×1的倒角
12、将60×85的一个面抛光
13、检验
14、入库
第五章刀具选择
铣刀的几何参数对铣削金属的变形、铣削力、切削温度和铣刀的磨损都有显著的影响。
并由此影响加工质量、铣刀的使用寿命和生产效率。
为了充分发挥铣刀的切削性能，除了正确选择铣刀的材料外，还应根据具体铣削条件,合理地选择铣刀的几何参教。
刀具材料:
高速钢强度高，韧性好，具有良好的工艺，刀具具有较好的切削性能。
硬质合金韧性差，能承受冲击和振动能力差。
刀刃不易磨得非常锐利，切削性能差，加工工艺性较差。
铣刀直径的选择原则：
铣刀直径大，散热条件好，铣刀刚性好，所允许的铣削速度和切削量大，但铣刀直径大时，铣削时铣刀的切入长度增加，工作时间长，铣削力矩大，刀具材料消耗也大。
一般面铣刀的直径应比宽大20%～50%，立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机车额定功率围以。
第六章铣削用量的选择
6.1选择铣削用量的原则
选择铣削用量的原则是在保证加工质量、降低加工成本和提高生产效率的前题下，使铣削宽度（或铣削深度）、进给量、铣削速度的乘积最大，这时的工时最少。
粗铣时按铣削铣削宽度（或铣削深度）、进给量、铣削速度的次序，选择和确定铣削用量。
精铣时为了保证加工精度和表面粗糙度要求，工件的切削层宽度应尽量在一次铣出；
切削层深度一般在0.5mm左右，再根据表面粗糙度要求选择合适的每齿进给量；最后根据铣刀的耐用度确定铣削速度。
6.1.1铣削层深度的选择
端铣时的铣削深度ap、圆周铣削时的铣削宽度ae即是被切金属层的深度。
当精度要求较高或加工表面的粗糙度Ra植小于6.3um时，应分粗、精加工。
粗铣时应留精铣余量0.5～2.0mm。
6.1.2进给量的选择
进给量有三种表示和度量方式：
①每转进给量f（mm/r）②每齿进给量fz（mm/z）③进给速度vf（mm/min）。
三种进给量的关系为：
fz=fn=fzzn（其中n为主轴转速,z为铣刀齿数）
粗铣时，限制进给量提高的主要因素是铣削力。
精铣时，限制进给量提高的主要因素是加工表面粗糙度，进给量越大，表面粗糙度值也越大，为了减小工艺系统的弹性变形，减小已加工表面残留面积的高度，一般采用较小的进给量。
6.1.3铣削速度的选择
在铣削深度ap、铣削宽度ae、进给量f确定后，最后选择铣削速度vc。
铣削速度vc是在保证加工质量和铣刀耐用度的前提下确定的。
粗铣时，由于金属切除量大，产生热量多，切削温度高，为了保证合理的铣刀耐用度，铣削速度
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