零件数控加工工艺与工装设计.docx

零件数控加工工艺与工装设计.docx

《零件数控加工工艺与工装设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《零件数控加工工艺与工装设计.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

零件数控加工工艺与工装设计

零件加工工艺设计、工装设计 

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，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。

本次设计就是进行数控加工工艺设计织机导板零件，侧重于设计该零件的数控加工夹具，主要设计内有：

完成该零件的工艺规程（包括工艺过程卡、工序卡和数控刀具卡）和主要工序的工装设计。

并绘制零件图、夹具图。

用G代码编制该零件的数控加工程序，在则学习计算机辅助工艺设计（CAPP）相关知识，并编制其构架。

其中此次毕业设计

中的工装夹具是重点和难点。

英文：

Alongwiththescienceandtechnologyrapiddevelopmentandtheeconomiccompetitionintense,themechanicalproductrenewalspeedmoreandmoreisdaybydayquick,thenumericalcontrolprocessingtechnologytookadvancedproductiveforcesrepresentative,isplayingthevitalroleinthemachineryandthecorrelationprofessiondomain,themachinemanufacturecompetition,itsessenceisthenumericalcontroltechnologycompetition.ThisdesigncarriesonthenumericalcontrolprocessingtechnologicaldesignloomDaobancomponents,stressesindesignsthiscomponentsthenumericalcontrolprocessingjig,mainlydesignsthecontenttoinclude:

Completesthiscomponentsthetechnologicalprocess（includingtechnologicalprocesscard,travelchartandnumericalcontrolcuttingtoolcard）andthemainworkingprocedureworkclothesdesign.Anddrawsupthedetaildrawing,thejigchart.EstablishesthiscomponentswiththeGcodethenumericalcontrolprocessingprocedure,isstudyingthecomputerassistancetechnologicaldesign（CAPP）correlationknowledge,andestablishesitsskeleton.Inwhichthisgraduationprojectworkclothesjigiskeyandthedifficulty. 

关键词：

数控加工、机床夹具、数控编程、计算机辅助工

前言

本课题的设计意义在于了解织机导板零件功能及工作场合，进行数控加工工艺设计，编制程序，以及设计数控加工夹具。

在期间将发现的问题及时更正，将技术更新，充分将数控技术发挥到相应水平。

随着我国制造业的发展，数控设备的需求也在增加。

它们总的发展趋势是：

高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺适用性和经济性。

制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约占我国国内生产总值的40%以上，而先进的制造技术是振兴制造业系统工程的重要组成部分。

数控技术又是其核心技术，它的出现及所带来的巨大效益，已引起了世界各国科技与工业界的普遍重视。

目前，国内数控机床用量剧增，这就需要一大批面向生产第一线的熟悉数控加工工艺，能够熟练掌握现代数控机床编程、操作和维护的应用型高级技术人员。

数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性自动化水平不断提高。

本课题实践性强，其理论源于生产实际，是归根于生产实践的总结。

做本课题必须注重理论同实际相结合，根据不同的现场条件灵活运用理论知识，以获解决生产实践问题的最佳方案。

通过本课题的学习，应基本掌握数控加工中的基本知识和理论，达到本课程的要求。

摘要———————————————————1

前言————————————————————1

一、设计课题分析————————————————————4

1、产品功能分析————————————————————4

2、零件的加工面————————————————————4

3、零件分析————————————————————4

4、从生产条件分析————————————————————4

5、设计任务分析————————————————————5

二、工艺规程设计说明———————————————————5

1、毛坯的确定和材料分析————————————————5

2、工艺安装原则和方法——————————————————6

3、工序卡片安排原则——————————————————6

4、工序顺序的安排——————————————————7

5、定位基准的选择——————————————————7

6、加工方法的选择——————————————————8

7、工序集中与工序分散——————————————————8

8、零件加工工序——————————————————8

9、工艺装备选择——————————————————8

三、工装夹具设计——————————————————9

1、夹具作用——————————————————9

2、选择夹紧面时的原则——————————————————9

3、夹具结构设计要则——————————————————9

4、夹具的标准化——————————————————9

5、夹具的刚度和强度——————————————————9

6、夹具的稳定性——————————————————10

7、夹具与机床的位置关系—————————————————10

8、夹具与刀具的位置关系—————————————————10

9、夹具操作和使用上的要求————————————————10

10、对安全和可靠性的要求————————————————10

11、夹具零件结构的工艺性————————————————10

12、夹具体的方案分析及制订————————————————11

五、加工程序——————————————————11

六、毕业设计小结——————————————————13

七、参考资料——————————————————14

一、设计课题分析

1.     产品功能分析

织机导板是横机中重要的零部件，在横机中起到走针线路的作用。

2．零件的加工面

零件的加工面有：

外圆、2*￠8孔、内外轮廓、键槽

3．零件分析

确定加工表面的可加工方案：

该零件下方属于回转类零件，其外圆的加工具有一定的局限性，特别适合以车削加工来完成，其他的方法有精车、磨削、或以车代磨等等，这主要以零件外形及加工要求来决定以何种方法来完成加工，前提是在保证质量的同时，以最快的效率，最低的成本来完成工件的加工。

对于一些孔的加工无法以车磨加工，可以以另外的加工方法来完成，例如，钻削，铣削，铰削等等。

一般以孔轴线的位置来确定，与外圆轴线重合的，可在铣床上加工。

加工特殊表面，主要是零件的内外轮廓加工，主要以铣削完成，也可以用加工中心完成，其余适情况所定采用车、铣、磨等加工。

零件结构工艺性：

零件形状小，加工困难，其加工工艺不能一味的以普通的加工来确定工艺。

由于该零件的轮廓下表面存在带槽的台阶圆柱，不易进行一次性加工，所以先加工轮廓下表面（两个圆柱）再对上表面轮廓进行铣削。

（零件技术要求分析：

1.零件精度要求：

从零件图纸上看，工件的尺寸要求并不大，表面粗糙度也不高，但工件使用有一定的要求，故在加工时应相应提高一点。

φ15.9的圆与走针表面有垂直度要求，而且在该表面上钻两个φ8的通孔，在加工时有一点困难。

2.零件的热处理要求：

加工完毕后进行真空淬火处理其硬度为HRC62-64，还需要振动研磨，可以看出对零件的工作环境要求较高，工件要求强度好）。

4．从生产条件分析看，生产设备、生产批量等。

该零件加工工艺采用普通车床和数控铣床或加工中心及工序分散形式的生产方式进行。

在本次毕业设计要求我们以我院现有的数控机床为可选择的加工设备，按大批量生产方式。

生产纲领为：

400个/批，生产周期为两周（包括热处理）。

数控加工与普通加工相比具有的优点是：

工序高度集中，可减少很多复杂的工装夹具，可减少工件的装夹次数，提高劳动生产率，降低工件在装夹中的累积误差。

5．设计任务分析

第一周：

针对课题，收集资料，了解织机导板零件功能及工作场合，熟悉产品图纸及相关技术要求并完成开题报告；

第二周：

进行织机导板零件数控加工工艺设计，并填写数控工艺卡片；

第三周：

编制织机导板零件数控加工程序；

第四周：

用仿真软件调试数控加工程序，并学习CAPP相关知识；

第五周：

编制导板类零件计算机辅助工艺设计（CAPP）构架；

第六周：

设计织机导板零件数控加工夹具，绘制并完成夹具装配图；

第七周：

绘制夹具零件图，整理设计说明书；

第八周：

毕业设计答辩。

 二．工艺规程设计说明

1.制订工艺规程的步骤：

（1）熟悉和分析制订工艺规程的主要依据，进行零件的结构工艺性分析，确定零件制造的关键技术问题。

（2）确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法，绘制，毛坯图。

计算总余量、毛坯尺寸和材料利用率等。

（3）拟订工艺路线。

（4）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及其公差，绘制工序图。

（5）选择切削用量和计算时间的定额。

（6）确定各主要工序的技术要求及检验方法。

（7）进行技术经济分析，选择最佳方案。

（8）编制工艺文件

1．毛坯的确定和材料分析

由图纸尺寸可定为毛坯尺寸为外圆直径为110mm，长度为65mm。

材料主要为Cr12MOV，由于该零件用于切削加工，故应选用结构钢来用作该零件材料的选择范围。

材料的选择主要考虑以下几个方面：

硬度HRC38；零件属于机加工。

（1）硬度HRC38：

硬度要求靠热处理来保证，具体安排在工艺的哪个位置，应该在工艺加以说明，原则是既要切削性能好，又要工艺合理，且要工艺成本降倒最低。

（2）硬度要求主要根据热处理来保证。

（3）该零件材料：

属于难加工材料。

（4）切削能力要好：

切削性能的好坏是零件加工中非常重要的，关系到切削用量的选择，热处理的选择。

对零件最后的质量有着至关重要的作用。

综合以上说法，零件的材料，直接决定工件的热处理成本，而且工件的机械性能也跟热处理用直接的关系，硬度，强度塑性，韧性，都是决定工件获得良好的切削加工性能因素，最好选择易加工材料如45钢等。

但由于该零件的特殊原因，可能导致其热处理后性能会有弹性变形的存在。

因此在切削加工之前就有良好切削能力，而不是在预先热处理之后切削性能，可以减少零件加工完毕后产生较大的变形。

2．工艺安装原则和方法

工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容称为安装。

在一道工序中，工件可能被装夹一次或多次，才能完成加工。

工件在加工中，应尽量减少装夹次数，因为多一次装夹，就会增加装夹的时间，还会增加装夹误差。

安装大概原则为在加工合理的情况下应尽量减少装夹次数，来减少装夹时间和装夹误差，从而来提高加工效率。

原则和方法：

首先要保证产品质量，在保证质量的前提下，最大限度的提高生产率，满足生产量的要求，并尽可能的减少耗费，减少投资。

降低制造成本，保证良好的经济性。

数控加工中还应注意以下几点：

（1）尽可能做到设计工艺与编程计算基准统。

该零件以左侧端面为设计基准，应该合理安排。

（2）.尽量将工序集中。

（3）.避免占机人工调整，装夹要迅速。

该零件下面部分属于轴类零件，以外圆定位并夹紧。

一般的都是以三爪卡盘装夹，但由于该零件的形状不是很规则又有一定的要求，根据上面的工艺分析，所以需要用数控专用来夹具来装夹该零件。

3．工序卡片安排原则

机械加工工艺卡片是在工艺过程卡片的基础上，按每道工序所编制的一种工艺文件，主要内容有工序简图。

该工序中每个工序的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备和工艺装备等。

机械加工工艺过程卡片是以工艺为单位的，简要说明零件机械加工过程的一种工艺文件。

主要用于单件小批和中批生产。

制定工艺规程是一项很复杂的工作，它要求技术人员从生产实际出发,理论联系实际和工人结合起来，充分利用现有的生产条件，尽可能采用国内外先进工艺，并保证良好的劳动条件。

4．工序顺序的安排

原则：

先粗后精，先主后次

先面后孔，基面先行

（一）机械加工顺序的安排：

零件上需要加工的表面很多，而且每个需要加工的表面往往不是一次加工就能达到设计要求。

安排机械加工工序顺序的任务，一是为各个表面的加工安排先后顺序，二是在加工路线中为每个表面的各个加工工序，安排具体的位置。

首先，应为零件上各个需要加工的表面选出合理的加工方案，然后，将次要表面性质相同的加工工序，放在与主要表面加工性质相同的工序中完成。

这样，大多数次要表面的终加工，一般在主要表面的粗、半精加工中即可完成。

但对于那些与主要表面有密切位置关系的次要的表面加工，应放在主要表面的精加工后进行。

如外圆加工主要以车削加工为主，槽及轮廓加工主要以铣削为主。

（二）热处理工序的安排：

热处理可以提高材料的力学性能，改善金属的切削性能及消除内应力。

在制订工艺路线时，应根据零件的技术要求和材料的性质，合理地安排热处理工序。

在机械制造中，常用的热处理工序有：

退火、正火、调质、时效、淬火、渗碳、糁氮、液体碳氮共糁。

该零件要求热处理为加工完毕后硬度为62-64，进行真空淬火处理。

（三）辅助工序的安排：

辅助工序包括检验、去毛刺、清洗、防锈、去磁、平衡等。

在辅助工序中，检验工序是比较重要的，对保证加工质量，防止继续加工前道工序中产生的废品起着重要的作用。

5．定位基准的选择

制订工艺规程时，能否正确切合理地选择定位基准，将直接影响到被加工零件的位置精度、各表面加工的先后顺序，在某些情况下，还会影响到所采用工艺装备的复杂程度，因此，必须重视定位基准的选择。

在轴的加工中，最常用的定位基准主要是中心孔。

为了保证中心孔不被钻偏斜，一般要先车端面后钻中心孔，而且在加工过程中，中心孔应始终保持准确和清洁。

中心孔不仅是车削时的定位基准，还是其他工序的定位基准，又符合基准统一原则，以外圆表面作定位基准。

6．加工方法的选择

根据零件图分析中所述的方法，来进一步确定其加工方法。

加工方法主要考虑零件的表面粗糙度和精度，除此之外，还应考虑以下几个方面：

（1）   工件的材料因素：

材料的选择是圆棒料，加工完毕进行热处理，这样就会使工件具有一定的强度。

（2）   工件的结构和尺寸：

零件结构有点复杂，查手册可得知零件的最高精度为IT7-8级，精度一般。

（3）   生产类型和现场生产条件：

从周期产量上看，以我院用的加工中心，数控车铣床的数量，其质量也在这个区域内属不错的，在两个星期内完成400件是完全可以的。

终上述所分析，零件下部分属于轴类零件，且加工精度不高，查机械加工工艺设计手册，其最高精度为IT7级，车削外圆表面所用的加工方法精车即可。

铣内外轮廓考虑到其为零件的重要表面,故应精铣较为合理。

该零件有两个孔要钻,钻孔2*φ8,由于位置精度要求较高,故应定位要准确，其先经过钻孔，再扩孔后进一步铰孔。

7．工序集中与工序分散

工序集中：

由于工序数目少、工艺路线较短。

且员工操作人数较少，如用数控设备，应采用工序集中原则，保证效率，以最快的方式完成加工。

工序分散：

要求员工人数、加工设备较多。

该零件加工面并不多，且员工人数不多，应使工序尽量集中。

8．零件加工工序

综合上述，加工工序如下：

下料——车端面——打中心孔——车外圆——车台阶——铣内轮廓——铣外轮廓——割槽——磨走针表面——钳工终检——清洗——检验入库

9．工艺装备选择

工艺装备：

TK7640数控铣床、HNC-22M数控加工中心；游标卡尺、外径千分尺测量；￠5麻花钻、、￠3中心钻、￠7.5扩孔钻、90度外圆车刀、45度端面车刀、宽为4的割槽刀、球头铣刀、端面铣刀。

三、工装夹具

 1、夹具设计过程分析：

首先，夹具最终是要被安装在机床工作台上的，应该首先考虑夹具上面零件的布置与机床基本尺寸的联系。

在确定了各部件的相对位置之后，才可以展开设计。

夹具设计必须要考虑到定位精度的问题，定位精度主要与定位基准是否与工序基准重合，定位基准的形式和精度，定位元件的形式和精度，定位元件的布置方式，定位基准与定位元件的配合状况等因素有关。

由于该零件比较简单，外形不复杂，小批量生产，所以选择平口虎钳比较合适。

2、 设计目的

（1）．能运用所学基本理论知识，正确解决工件在加工时的定位和夹紧问题，选择合理的方案，进行必要的计算，根据题意设计出符合优质、高效、低成本的夹具。

（2）．学习正确的调查研究方法，收集国内外有关资料，掌握正确的夹具设计思想、方法和手段，学会正确使用有关手册及其它技术资料。

（3）．分析研究结构工艺性问题，提高结构设计能力。

（4）．进一步了解有关机床、刀具和量具等工装知识。

3、  定位基准的选择

      定位基准指零件上用来确定其它点、线、面所依据的点、线、面。

     由于是小批量生产前三道工序X轴分中,Y轴以虎钳前面为基准,并且校前面与X轴平行,后三道工序采用定位基准与设计基准重合原则,以右端面、前面、底平面为定位基准。

4、切削力与夹紧力计算

目前生产实际中采用的切削力计算公式都是通过大量的试验和数据处理而得到的经验公式。

这些经验公式主要有两种形式：

指数切削力形式和切削层单位面积切削力形式。

夹紧力的三要素：

夹紧力的方向、作用点和大小。

夹紧力的方向应垂直指向主要定位基准面，应使所需夹紧力尽可能小，使工件变形尽可

能小。

夹紧力的作用点应落在支承元件所形成的支承面内，应落在刚

性较好的部位上，应尽量靠近加工表面。

对夹紧装置的基本要求：

夹紧力大小适中，不使工件变形，夹紧不移位，加工不松动，结构简单，操作方便，生产率高

3．夹具结构设计要则

（1）夹具结构和生产纲领的关系，在大批量生产中，应采用高效、省力的专用夹具。

（2）在中小批生产中，应尽量采用各种形式的通用夹具、可调整夹具、组装夹具和组合夹具配置或更换适当的专用零件或附件，以适应多品种生产的要求。

在设计专用夹具时，结构力求简单。

4．夹具的标准化程度

在设计专用夹具时，要尽量采用通用部件和标准元件，减少非标准零件，以提高夹具的标准化程度，缩短设计和制造周期。

5．夹具的刚度和强度

夹具的零件和部件结构紧凑、简单。

既要重量轻又要有足够的刚度和强度，以保证装在夹具上的各个元件的位置不变。

并且在加工过程中不发生振动，从而保证工件的加工精度。

6．夹具的稳定性

（1）.夹具应具有尽可能大的稳定性，对于不固定在工作台上的夹具尤为重要。

（2）.夹具在受切削力或冲击时，不至于翻倒。

（3）.夹具定位底面的尺寸应适当大于夹具的高度。

（4）.夹具体应具有适当宽度的边缘底面或支承面地脚。

由于本次零件尺寸较小，所用到夹具零件、支承元件也相对较小，对零件稳定性不好，因此需要对夹具用底座加以稳固，可加宽加厚加高，保证零件不会动摇。

此底座长为535mm，宽为140mm，高为88mm。

7．夹具与机床的位置关系

（1）夹具在机床上的安装位置和联接要正确可靠

（2）必要时在夹具体上设置标准夹具，位置或中心用的基准面或基准圆

（3）夹具的轮廓尺寸要与机床允许的范围相适应，回转夹具在回转时不应与机床发生干涉

8．夹具与刀具的位置关系

（1）夹具与刀杆或刀夹在安装和加工过程中不发生干涉

（2）夹具安装在机床后，应能使用刀具装卸和换刀方便

9．夹具操作和使用上的要求

（1）装卸方便

（2）便于操作

（3）清除切屑容易，并尽量将排屑口设置在夹具的前面或两侧

（4）夹具在机床上的安装要简易

（5）使用轻便没有可能失落的可卸小零件

10．对安全和可靠性的要求

浮动夹具使零件在夹具的适当位置设置可以调整的压块旋转夹具上的零件要防止在工作过程中松脱并加防护装置

11．夹具零件结构的工艺性

保证夹具零件在加工过程中和装配时便于加工，测量和调整维修方便

12．夹具体的方案分析及制订

（一）制订总体方案

由于零件下部分属于轴类零件，本夹具是加工上表面的内外轮廓的铣夹具。

设计的方法很多，加工的步骤也是多种的。

最终的方案是为了满足夹具结构简单，制造方便，加工零件精度高和经济性等要求。

（二）夹具体零件的制订与分析

本方案中机床采用本院的华中系统的数控铣床

（1）．夹具底座具体见零件图：

夹具底座与主轴是垂直的，并与机床工作台直接连接，并用螺钉紧固联接，防止紧固时发生元件的干涉，夹具底座的厚度要结合考虑各元件的尺寸来给定，且厚度不能太小，防止刚度强度不足。

（三）夹具的操作使用

首先调整浮动压板，再把工件放在V形块和压板之间，靠螺栓连接在一起。

五、加工程序

该零件轮廓程序

%00001

G54

G00

G05

G90

G17

S1000M3

G04K500

G51E0.01

X0.0Y0.0

G00X-29.959Y1.899Z50.0M9

Z1.0

G01Z0.0F105

X-43.5Y19.23F350

X-38.345Y21.808

G02X-36.556Y22.23I1.789J-3.578

G01X-32.657

G02X-29.828Y21.058I0.0J-4.0

G01X-23.157Y14.387

G03X-18.915Y12.63I4.243J4.243

G01X-13.885

G03X-9.643Y14.387I0.0J6.0

G01X-4.172Y19.858

G02X-1.343Y21.03I2.828J-2.828

G01X1.343

G02X4.172Y19.858I0.0J-4.0

G01X9.643Y14.387

G03X13.885Y12.63I4.243J4.243

G01X18.915

G03X23.157Y14.387I0.0J6.0

G01X2