杠杆的数控加工工艺工装设计及编程.docx
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杠杆的数控加工工艺工装设计及编程
杠杆的数控加工工艺、工装设计及编程
摘要
随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，是近年来机械工业的一大变革，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用。
正确、实用的加工工艺又是体现出其优越性的重要要素。
本次设计题目为杠杆零件的数控加工工艺、工装设计及编程。
零件结构较简单，但零件形状不规则；从零件的用途分析知其对各孔的尺寸精度要求较高，适合数控加工。
由于加工要素主要为平面和孔，我选择了XK714D数控铣床来实现其机加工。
论文主要内容为零件的数控加工工艺，及其工装夹具设计和其数控加工程序。
论文内容包含了零件数控加工的生产周期的主要环节。
其中其加工工艺和工装夹具的设计，是本次论文的重点。
较之以前本零件的设计，此次设计中主要采用了先进的数控加工，且在数控铣床上使用一套工装夹具即完成了其所有要求要素的全部机加工，操作简便、快捷。
不仅能有效提高生产效率，缩短生产周期，而且提高企业生产效益和市场竞争力。
关键词：
杠杆，数控，铣床，工艺，工装，编程
THENCMACHININGPROCESS，TOOLINGDESIGNANDPROGRAMMINGOFTHELEVERAGE
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofscienceandincreasinglyfierceeconomiccompetition,mechanicalproductsupdatefasterandfaster.CNCmachiningtechnologyastherepresentativeoftheadvancedproductiveforcesisamajorchangeinmachineindustryinrecentyears,andplaysanimportantroleinthefieldofmachineryandrelatedindustries.Correctandpracticalprocessingtechnologyisthekeyelementtoshowitsadvantages.
Thesubjectofthisdesignisleverpart.Itsstructureisrelativelysimple,butitsshapeisirregular.Fromtheuseofthepart,weknowthattherequireoftheholes’sizeprecisionishigh.SoitissuitedtoproductwithCNCmachine.Itsprocessingelementsareplanesandholes,soIchooseXK714DCNCmillingmachinetoachieveitsmachiningprocess.ThispapermainlyincludeitsCNCmachiningprocess,designofitsfixture,anditsCNCmachiningprocessprogram.ItcontainsthemaincomponentsintheproductioncycleofCNCmachining.Itsprocessingtechnologyandthedesignoffixturearethefocusofthisthesis.
Comparingwithpreviousdesignofthistypeofpart,thispapermainlyusestheadvancingCNCmachining,andusesafixturetocompleteallthemachiningoperationofalltherequiredelements.Theoperationismoresimpleandfaster.Itcanincreaseproductivitysignificantly,shortentheproductioncycle,improveproductionefficiencyandmarketcompetitiveness.
KEYWORDS:
leverage;NC;millingmachine;technology;equipment;programming
前 言
机械制造业是国家工业体系的重要基础和国民经济的重要组成部分，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。
制造业是人类财富在20世纪空前膨胀时的主要贡献者，没有制造业的发展就没有今天人类的现代物质文明。
08年的金融危机肆虐全球，房产、金融、能源等市场在其冲击之下，市场暴跌。
但制造业，特别是中国的制造业，依然保持着“一方独好”的态势。
特别是国家提出的十大振兴产业里，装备制造业也占着十分重要的位置。
加工工艺的制定在产品，或者零件的生产、机加工过程中起着至关重要的作用。
每个零件都可以有几种、十几种甚至几十种不同的加工工艺方案。
但只有结合生产实际，才能在既满足生产技术要求的前提下，又能保证零件的加工成本最低、生产周期最短、效率最高，实现生产效益的最大化。
在当前的经济形势下，金融危机的冲击使机械制造业的市场竞争更加激烈。
如何选用更加合理、科学的加工工艺与方法，成为了决定企业效益、前景、乃至生存的关键因素之一。
20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用。
计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是制造业发展的最重大的技术进步。
数控机床在中国制造业市场的全面普及，给中国机械制造业带来了很大的发展机遇。
但同时也应有与之相应的生产工艺。
数控生产的加工工艺与传统普通机床的生产工艺有其相似之处，但又有其自身特点。
零件在数控机床上加工，做到了生产过程的自动化、智能化、简单化、尽可能少的人工参与。
同时还做到了最高的生产效率，实现效益的最大增长。
工装设计是联系零件和机床的纽带。
正确、合理的工装设计能使零件快速的在机床上定位与夹紧，缩短准备时间与加工时间。
零件的工装应力求结构简单、使用方便、定位准确、夹紧快速。
一个合理的工装设计，能很有效的提高零件的生产效率，降低其加工成本。
数控加工程序是人指导数控机床完成机械运动与零件加工的命令。
数控程序的编制应在满足机床和零件加工要求的条件下，最快最好地完成零件的加工。
从零件图中我们知道其主要加工为孔加工和面加工。
结合生产实际，我选择使用XK714D数控铣床（汉川机床厂）加工中心完成其全部切削加工。
鉴于零件形状不规则，工作时受力不大且稳定，材料选择HT200，毛坯选择砂型铸造取得即可满足要求，且成本较低。
因为其生产类型为中批至大批生产，且零件形状不规则，没有合适的通用夹具完成其定位与加工，故选择设计专用夹具。
这样不仅能最大程度缩短其准备与加工时间，而且能降低其生产成本。
该题目与以往设计的不同在于:
一方面本次设计采用了数控加工，效率、成本、质量等都有所提高；另一方面，本次设计工装方面只使用一套夹具便完成整个零件的所有机加工内容，使加工和操作过程更加简洁方便。
本论文第一章为零件和毛坯的分析设计，第二章主要对加工工艺和工序卡片的制定；接下来是工装设计，最后编制了零件生产的数控加工程序。
总之，本课题的设计涉及了大一至大四所学的所有专业基础课与专业课，使我对大学所学内容及专业方向和前景有了更系统、更完善的认识。
第1章零件和毛坯的分析设计
§1.1零件功用
精准、方便、实用是零件设计、加工的目的。
因此，在设计、加工零件之前，应首先分析设计零件的使用场合、作用，以便在设计和制定加工方案时满足其要求。
我所设计的零件为等臂杠杆，其主要在机床中起支承、固定、传递力矩与扭矩的作用。
§1.2零件图分析
设计的等臂杠杆零件的实体图与零件图如图1-1、1-2所示：
图1-1等臂杠杆实体图
图1-2等臂杠杆零件图
分析图1-2可知，该杠杆主要加工对象为平面和孔。
从零件功用要求方面考虑，其中要求加工的表面有Φ40（Ra12.5）、Φ40（Ra6.3）、Φ30（Ra12.5）面。
从加工工艺方面考虑，为了在加工Φ8（H7）孔时不致钻头引偏，应粗加工Φ30圆柱（右）下底面。
与面相比较，孔的加工要求相对比较苛刻。
要加工的孔有Φ25mm、Φ10mm、2xΦ8mm孔。
从零件的功用方面考虑，上面四个孔的单个尺寸精度和表面精度都比较高，均为H7级精度。
但各孔间的位置精度要求则较低，形状仅为IT13~IT14级精度。
另外要求了各孔间的平行度及孔与Φ40圆柱端面的垂直度。
故在加工时应考虑这些因素，以达到缩短加工时间、简化加工工艺、降低制造成本的目的。
总体上看，该零件形状较不规则，但加工要求不是很高。
§1.3零件加工工艺性分析
毛坯图1-3所示
图1-3毛坯图
第2章零件加工工艺的制定
随着数控技术的发展，在不同设备和技术条件下，同一零件的加工工艺路线会有较大的差别。
但关键是要从现有加工条件出发，根据工件形状结构特点选择合理的加工方法，划分工序、确定加工路线和工件各个加工表面的加工顺序，协调数控铣削工序之间的关系以及考虑整个工艺方案的经济性等。
§2.1加工方法的选择
数控铣削加工对象的主要加工一般采用如下表2-1所示的方案。
表2-1数控铣削一般方案
序号
加工表面
加工方案
所使用的刀具
1
平面内外轮廓
X、Y、Z方向粗铣→内外轮廓分层半精铣→轮廓高度方向分层精铣→内外轮廓精铣
整体高速钢或硬质合金立铣刀
机床可转位硬质合金立铣刀
2
空间曲面
X、Y、Z方向粗铣→曲面Z方向分层粗铣→曲面半精铣→曲面精铣
整体高速钢或硬质合金立铣刀、球头铣刀
机床可转位硬质合金立铣刀、球头铣刀
3
孔
定尺寸刀具加工
麻花钻、扩孔钻、铰刀、镗刀
铣削
整体高速钢或硬质合金立铣刀
机床可转位硬质合金立铣刀
4
外螺纹
螺纹铣刀铣削
螺纹铣刀
5
内螺纹
攻丝
丝锥
螺纹铣刀铣削
螺纹铣刀
在数控铣床上加工平面主要采用端铣刀和立铣刀加工。
粗铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT11—13，Ra6.3—Ra25µｍ；精铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT8—10，Ra1.6—Ra6.3µｍ。
需要注意的是表面粗糙度要求较高时，应采用顺铣。
结合等臂杠杆零件自身的特点和尺寸要求，我选择如下所示的加工方法：
一.面的加工方法
Φ40（Ra12.5）面、Φ30（12.5）面选择一次粗铣即可满足要求；Φ40（Ra6.3）面可选择“粗铣—半精铣”即可满足要求。
二.孔的加工方法
孔加工前，为便于钻头引正，先用中心钻加工中心孔，然后再钻孔。
内孔表面的加工方案在很大程度上取决于内孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。
对于精度要求较高、粗糙度值较小的表面，一般不能一次加工到规定尺寸，而要划分加工阶段逐步进行。
该零件孔系加工方案的选择如下：
1.Φ25（H7）孔精度要求为H7级、表面粗糙度为Ra1.6µm，尺寸精度和表面质量都较高，故可选择“钻—扩钻—粗铰—精铰”方案
2.Φ10（H7）孔、2×Φ8（H7）精度要求为H7级、表面粗糙度为Ra1.6µｍ，尺寸精度和便面质量都较高，故可选择“钻—粗铰—精铰”方案
§2.2工序的划分
在确定加工内容和加工方法的基础上，根据加工部位的性质、刀具使用情况以及现有的加工条件，将这些加工内容安排在一个或几个数控铣削加工工序中。
一.工序集中原则工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成，而每一道工序的加工内容较多。
工序集中有利于采用高效的专用设备和数控机床；减少了数控设备数量、操作工人数和占地面积；工序数目少、工艺路线短、生产组织工作简单。
二.工序分散原则一般情况下，为了减少工件在加工中的周转时间，提高数控铣床的利用率，保证加工精度要求，在数控铣削工序划分时，尽量工序集中。
当数控铣床数量较多，同时有相应的设备技术措施保证工件的定位精度，为了更合理的均匀机床的负荷，协调生产组织，也可以将加工内容适当分散。
在数控机床上加工零件，一般按工序集中原则划分工序。
常见的工序划：
分方法有以下几种：
1.按所用刀具划分即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。
这种划分方法适用于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间较长，加工程序的编制和检查难度较大等情况。
加工中心常用这种划分工序。
2.按工装次数划分即以工件一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。
这种方法适用于加工内容不多的工件，加工完成后能到达质量检测状
第3章夹具设计与校核
§3.1机床夹具的作用、分类与组成
一、机床夹具的作用
1.保证加工精度用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，可以保证加工精度。
2.提高生产效率机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生产效率。
3.减轻劳动强度机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置，可以减轻工人的劳动强度。
4.扩大机床的工艺范围利用机床夹具，能扩大机床的加工范围，例如，在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔，使车床、钻床具有镗床的功能。
二、机床夹具的分类
1．按夹具的应用范围分类
（1）通用夹具通用夹具是指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具，例如，车床用的三爪卡盘和四爪卡盘，铣床用的平口钳及分度头等。
（2）专用机床夹具专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。
用机床夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合应用。
（3）组合夹具
（4）成组夹具
（5）随行夹具
2．按使用机床类型分类
机床类型不同，夹具结构各异，由此可将夹具分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具和组合机床夹具等类型。
3．按夹具动力源分类
按夹具所用夹紧动力源，可将夹具分为手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等。
三、专用机床夹具的组成
夹具一般由下列元件或装置组成:
1.定位元件定位元件是用来确定工件正确位置的元件。
被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。
2.夹紧装置夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。
3.对刀元件、导向元件对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件，例如钻套、镗套、对刀块等。
4.连接元件夹具连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之连接的元件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。
5.其它元件及装置根据加工要求，有些夹具尚需设置分度转位装置、靠模装置、工件抬起装置和辅助支承等装置。
结 论
本文结合大学四年所学知识与工程实际，主要完成了等臂杠杆零件的图纸、毛坯、加工工艺、工装夹具的分析与设计及加工程序的编制工作。
首先，结合零件的功用，对零件图进行了分析与修改。
这其中主要完成了其主要尺寸要求的精度设计、零件图绘制及毛坯图的制定、毛坯制造方法的选择等。
其次，在对零件功用和零件图分析的基础上，分析其加工工艺性，并编制其加工工艺卡片及工序卡片。
谢辞
本文从选题、方案论证到课题的研究都是在导师王长昕老师的全面、悉心指导下完成的。
导师严谨的治学态度、渊博的知识、丰富的创造力、高瞻远瞩的学术思想，以及敏锐的洞察力，良好的亲和力始终令学生敬佩，并将影响我的一生。
值此成文之际，谨向导师表达我深深的敬意和衷心的感谢!
我在河南科技大学学习生活的四年中，得到了河南科技大学，特别是所在的机械工程系的老师们的耐心指导和无私帮助。
老师们在平凡的教学岗位上
参考文献
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附 录
附录一.杠杆零件的数控加工工艺
机械加工工艺过程卡片
零件名称
等臂杠杆
零件图号
材料
名称
灰铸铁
毛坯
种类
铸造
零件重量（kg）
毛重
第页
牌号
HT200
尺寸
198×72
净重
kg
共页
工序号
工序内容
加工车间
设备名称及编号
工艺装备名称及编号
夹具
刀具
零件图所示放法置于夹具体上，固定V形块+活动V型块+Φ40（Ra6.3）面定位
1
粗铣Φ40（Ra12.5）面、Φ30（Ra12.5）面及底面
数控铣
XK714D
自制专用夹具
翻转、零件图所示放法置于夹具体上，固定V形块+活动V型块+Φ40（Ra12.5）面定位
数控铣
XK714D
自制专用夹具
数控铣
XK714D
自制专用夹具
数控铣
XK714D
自制专用夹具
数控铣
XK714D
自制专用夹具
3
去毛刺
钳工台
4
检修、入库
检修台
编制
抄写
校对
审核
批准
附录二.杠杆零件数控加工刀具卡片
机械工艺卡刀具卡片
零件名称
工艺名称
机床
等臂杠杆
数控加工工艺
数控铣床XK714D
刀具编号
刀具名称
刀具规格
标准
T01
硬质合金莫氏锥柄面铣刀
D=63
GB/T5342-1985
T02
中心钻
D=3.15
GB/T6078.1-1998
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
数控铣床
XK714D
1
夹具名称
夹具编号
切削液
自制专用夹具
００１
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速（r/min）
切削速度Vc（m/min）
进给量f（mm/r）
背吃刀量ap（mm）
备注
刀具
刀具规格
1
以图示A、B、C定位，夹紧后调节支承顶紧，铣Φ40（Ra12.5）至要求
Ｔ０１
Ф63
240
60.288
0.75
1.5
自动
２
铣Φ30（Ra12.5）面至要求
Ｔ０１
Ф63
240
60.288
0.75
2
自动
编制
校对
审核
批准
日期
2010.6
附录四.杠杆零件数控加工工序二卡片
河南科技大学
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
等臂杠杆
共2页
第1页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
数控中心
002
孔及端面加工
HT200
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件
198x72
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
数控铣床
XK714D
1
夹具名称
夹具编号
切削液
自制专用夹具
001
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速（r/min）
切削速度VC（m/min）
进给量f（mm/r）
背吃刀量（mm）
备注
刀具
刀具规格
1
接上工序翻转装夹，以D面+V型块+活动V型块定位；压板压紧，粗铣Φ40（Ra6.3）面
T01
Φ63
300
59.35
1.0
1.8
自动
2
半精铣Φ40（Ra6.3）面至要求尺寸，满足精度要求Ra=6.3；
T01
Φ63
400
79.13
0.32
0.7
自动
3
铣Φ30（Ra12.5）面至要求
T01
Φ63
300
59.35
0.60
3.0
自动
4
粗铣左Φ30圆柱面
T01
Φ63
400
79.13
1.2
1.0
自动
5
钻Φ10（H7）、2xΦ8（H7）中心孔并孔口倒角
T02
Φ3.15中心钻
2000
19.78
0.03
3.15
自动
6
Φ25（H7）孔口倒角
T03
90o倒角铣刀
300
18.00
0.3
1.0
自动
7
钻Φ25（H7）孔至Φ23
T04
Φ23麻花钻
700
50.55
0.45
3.0
自动
8
扩钻Φ25（H7）孔
T05
Φ24.75扩孔钻
300
23.27
1.0
1.75
自动
9
铰Φ25（H7）孔至要求
T06
Φ25铰刀
350
27.48
1.2
0.25
自动
10
钻Φ10（H7）孔至Φ9.8
T07
Φ9.8麻花钻
1100
33.85
0.35
6.65
自动
11
粗铰Φ10（H7）孔
T08
Φ9.98机用铰刀
400
12.53
1.3
0.15
自动
12
精铰Φ10（H7）孔
T09
Φ10机用铰刀
300
9.42
0.7
0.05
自动
13
钻2×Φ8孔
T10
Φ7.8麻花钻
700
21.54
0.35
4.65
自动
14
粗铰2×Φ8孔
T11
Φ7.98机用铰刀
500
12.53
1.3
0.15
自动
15
精铰2×Φ8孔
T12
Φ8机用铰刀
400
10.05
0.7
0.05
自动
附录五.杠杆零件数控加工程序
O3101
T01
G90G54G00x0y30S240M03
G43z20H01
G01z5
G01z-1.5F200
y-71
z20M09
M05
外文资料翻译
先进工业制造技术国际期刊（1997）13:
658-665
©1997施普林格出版社伦敦有限公司
R.-S.L
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