泵体零件数控加工工艺编程及铣左端面夹具设计.docx
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泵体零件数控加工工艺编程及铣左端面夹具设计
摘要
本次毕业设计内容为对泵体进行数控工艺过程设计，相应工艺装备设计以及加工所需数控编程的编写。
主要内容包括机械加工工艺流程卡片一份；机械加工工序卡片一份；泵体零件图、毛坯图、夹具体非标零件图和夹具装配图,以及该工序需要的数控加工程序编程。
本毕业设计对零件机械制造的工艺和工序安排的问题进行了分析，设计了工序中钻床和铣床专用夹具。
并根据在公司实习期间所掌握的知识独立完成了该工序的数控加工编程。
关键词：
泵体工艺编程夹具
Abstract
Thisgraduationdesignisdesignedforthedesignofnumericalcontrolprocessofthepumpbody,thedesignofthecorrespondingprocessequipmentandthecodingofncprogrammingrequiredforprocessing.ThemaincontentconsistsofacopyoftheprocessCARDSofmechanicalprocessing.Acopyofthemachiningprocesscard;Pumpbodypartsdrawing,blankdrawing,detaildrawingsofnon-standardpartsandfixtureassemblydrawing,andNCmachiningprogrammingrequiredbytheprocess.
Thisgraduationdesignanalyzestheprocessandprocessarrangementofpartsmachineries,anddesignsthespecialfixtureofdrillingmachineandmillingmachineintheprocess.Accordingtotheknowledgegainedinthecompany'sinternship,theNCprocessprogrammingiscompleted.
Keywords:
pumpbody;process;programming;fixture
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2数控加工发展概况2
1.3设计内容简介3
第2章零件的分析4
2.1零件的工艺分析及生产类型的确定4
第3章工艺规程设计5
3.1选择毛坯5
3.2确定机械加工余量5
3.3确定毛坯尺寸5
3.4选择加工方法，制定工艺路线5
3.5工序设计7
3.6确定切削用量9
第4章铣床专用夹具设计13
4.1铣泵体左端面夹具设计13
4.2夹紧机构13
4.3夹具与机床连接元件13
4.4夹具体13
第5章数控加工程序编写14
5.1毛坯件分析14
5.2程序编写14
结论15
致谢16
参考文献17
第1章绪论
1.1课题背景
本次设计为校企合作出题，因企业现有设备全部为西门子系统的数控机床，所以本次设计偏向数控工艺，强调学校教学内容与企业生产相结合。
所以本次设计方案的关键和难点主要在于如何应用所学知识在公司现有机床基础条件下完成零件的生产。
目前公司现有机床种类较少，所以工艺设计和夹具设计将本着简单高效原则。
本次设计将以贴近实际生产为主。
数控技术是机械加工生产中的一次历史性改革。
数字化信息技术的应用对机床的加工生产精度有着很大的提高，更方便满足设计要求。
数控机床的精度主要由计算机及光电系统控制，在光栅尺的配合下，最大程度的减少了加工过程中的误差，实现了更好的精度要求。
普通的机床无法加工较为复杂的零部件，而数控机床则可通过多轴联动实现对复杂曲面和造型的加工。
数控机床的自动换刀功能和工作台调整大大减少重复装夹所浪费的时间，同时也减少了重复装夹造成的定位误差。
数控机床还可以对走刀路线进行模拟，并可随时调整加工程序，减少了废品率。
作为机械生产制造中的关键要素，具备良好控制能力的机械装置为机电一体化产品中主要构成部分。
而数控加工技术在机床装置中的运用主要是将计算机控制设备连接在机床中，然后通过计算机技术实现机床加工生产的实时控制，即数控机床。
其主要是把加工生产时需求的所有操作以及工艺程序等利用数字代码进行表不，然后利用控制介质把有关数字信息录入到专用或是通用的计算机中，这时利用计算机对所录入的数据信息完成处理和计算，最后发出指令有效控制机床中的伺服系统或是其他相关执行元件，生产制造需求的零部件。
因为输入信息数据、存储以及处理等相关功能可以通过编辑软件实现，先进的数控技术在很大程度上提升了机械加工生产的灵活性，提升了装置生产效率。
同时，数控加工技术还可以提升产品的质量。
普通机床无法对比较复杂的零部件进行加工，而通过改变数控有关技术工艺参数，就可以完成加工，因此比较便于实现换批加工与研发新产品。
另外，数控技术还可以在一次装夹工作后，实现许多道工序加工，不仅确保了产品的质量以及加工精度，还在一定程度上节省了时间。
运用模块化的规范工具，不但节省了换刀与安装时间，加强了
工具自身的标准化强度以及工具整体管理水平，还比较利于完成计算机的辅助生产制造。
由于所学的知识所限，考虑的不够全面，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教，提出您宝贵的建议。
1.2数控加工发展概况
内数控技术的发展过程大致可以分为两个阶段：
第一阶段：
硬件数控时代，即NC时代。
从硬件发展上来讲这个时代的标志为，从电子管、晶体管分离元件到小规模集成电路逐渐在数控机床的应用。
第二阶段：
软件数控时代，即CNC时代。
这个时代的主要标志在于计算机处理能力的发展对数控技术的提升。
数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。
输入数控装置的程序指令，记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。
数控装置包括了程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等，其能实现点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。
伺服机构向开环系统、半闭环系统、闭环系统三种类不断提升，利用步进电动机、调速系统、传感器等先进技术，使机床具有了很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力。
机床主体也随着数控技术的发展，对精度和稳定性有了更高的要求，以便于更好地完成指令的动作。
随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋于小型化和多功能化，具有完善的自诊断功能和自动编程功能等，并广泛应用于制造业，满足了复杂零件和高精度的生产工艺，提高了对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
国内现状：
我国数控机床制造业在上世纪80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。
但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在上世纪90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。
从1995年“九五”以后，国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点
支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用。
尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。
当今世界工业国家数控机床的拥有量，反映了这个国家的经济能力和国防实力。
目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到1.9%左右，这与西方工业国家一般能达到20%的差距太大。
日本不到80万台的机床，却有近10倍于我国的制造能力。
数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。
国外现状：
目前，绝大多数国外生产的数控机床，已广泛采用了32的系统，而国内生产的数控机床由于受到进口技术的限制，大多采用的是16的系统。
这就使得国产数控机床在功能上就先天不足，与国外数控机床相比，有明显的差距。
不论是加工中心或是数控车削中心，这类新型的数控设备均显示出能满足许多复杂零件在批量生产中的强大的生产力，一般均具有4一5轴连动，一次装夹可进行多面加工的功能Csl在程序控制下，可进行主轴立、卧式自动转换，转换前后均可自动换刀，五座标控制，五座标连动，可以加工出六面体中的五面份次装夹定位）及复杂的曲线型面和空间曲面体。
计算机在机器制造的各个领域，已越来越被广泛应用，设备越来越趋向柔性化、智能化、多功能化。
1.3设计内容简介
内容简介：
本次设计主要分为工艺设计、夹具设计、程序编写三个部分。
工艺设计部分加工余量主要参考《机械制造工艺设计简明手册》计算得，进而确定了毛坯尺寸。
根据粗基础选择原选择了加工的粗基准工艺作为机械制造业中最为活跃、最为重要的角色，通过采用不同的工艺可对产品进行精益生产从而降低成本提高产品质量和生产效率。
毕业设计试一次实践性的学习将理论和实践相结合。
本次设计使我们能综合运用所学专业机械设计制造及其自动化中的理论知识，查询相关资料独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
机床夹具是机械制造业中不可或缺的重要工艺装备，可以保证机械加工质量、提高生产效率、降低生产成本、减轻劳动强度、实现生产过程自动化，使用专用夹具还可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能，所以，夹具在机械加工中发挥着重要的作用，大量专用机床夹具的采用为大批量生产提供了必要的条件。
程序编写，自己根据在公司实习期间所掌握的知识独立完成了该工序的数控加工编程。
并对程序进行了模拟。
在程序编写方面本着高效精准原则，避免多余走刀。
编程时充分考虑机床条件，提高精度和效率
第2章零件的分析
2.1零件的工艺分析及生产类型的确定
2.1.1零件的作用
泵体类是机器或部件的基础零件，他将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，是他们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调的传递运动或动力。
泵体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。
2.1.2零件的工艺分析
通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
该零件需要加工的表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。
以下是泵体需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求和粗糙度。
（1）泵体底面的粗糙度为12.5μm；左端面粗糙度为3.2μm；右端面粗糙度为12.5μm；两侧的凸台表面粗超度Ra=12.5μm;底面两个φ9的通孔粗超度为12.5μm，底面两个φ20深度为2mm的孔粗超度为12.5μm。
（2）孔φ60H7，粗糙度为3.2μm，对于左端面的垂直度为0.02；
（3）孔φ15H7，粗糙度为3.2μm，对于φ60H7的同轴度为0.02。
根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。
2.1.3零件的生产类型
零件的生产纲领：
大批量生产。
泵体的三维零件图如图2-1所示。
图2-1泵体的三维零件图
第3章工艺规程设计
3.1选择毛坯
该零件材料为HT200，零件结构比较简单，生产类型为大批生产，为使零件有较好的力学性能，保证零件工作可靠，故采用机器铸造成形，以提高生产效率。
3.2确定机械加工余量
根据李益民《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）铸件的材料和铸造方法确定毛坯铸件典型的机械加工余量等级表，查询然后查取铸件的机械加工余量表得；左端面的单边余量在厚度方向为1.4mm，右端面的单边余量在厚度方向为1.4mm；底面的加工余量为1.4mm；两侧凸台的单边加工余量为1.4mm；Φ60H7的孔的单面余量查表得0.7mm。
3.3确定毛坯尺寸
毛坯尺寸为零件的尺寸加上所查得的加工余量值。
（1）确定圆角半径需要加工的和不需要加工的过度表面处圆角半径为R=2mm；其余的圆角半径为R3～R5。
（2）确定拔模斜度查表得：
拔模斜度为5°。
（3）确定分模位置：
选择在主视图中距左端面28mm处的平面为分模面。
3.4选择加工方法，制定工艺路线
3.4.1定位基准的选择
粗基准的选择：
按基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；选择余量较小的表面作为粗基准。
选择重要表面作为粗基准。
若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。
现以零件的左端面为主要的定位粗基准。
精基准的选择：
考虑工序中多次用到“一面两孔”定位根据基准统一原则使用底面作为精基准，考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，选择Φ60H7孔为精基准。
3.4.2零件各表面加工方法的选择
（1）泵体的底。
表面粗糙度为Ra12.5，需进行粗铣。
（2）泵体的右端面。
表面粗糙度为Ra12.5，需进行粗铣。
（3）泵体两侧的凸台。
表面粗糙度为Ra12.5，需进行粗铣。
（4）Φ60H7的孔。
公差等级为IT7，内表面粗糙度为Ra3.2，由于该孔在铸造是已经铸出来了，所以需要先进行粗镗，再进行半精镗，可达到7级精度。
（5）泵体的左端面。
表面粗糙度为Ra3.2，且要与孔Φ60H7的轴线保证0.02的垂直度，需先进行粗铣，再进行半精铣。
（6）Φ15H7的孔。
公差等级为IT7，内表面粗糙度为Ra3.2，与孔Φ60H7要满足0.02的同轴度，所以要以孔Φ60H7为定位基准，需先钻，再扩孔，然后进行粗精铰可达到要求。
（7）Φ22的孔。
表面粗糙度为Ra12.5，只需锪钻就能达到要求。
（8）底座上两个Φ9的孔。
表面粗糙度为Ra25，只需钻即可。
（9）底座上两个Φ20的孔。
表面粗糙度为Ra12.5，需用平底锪钻。
（10）6个M6T14的螺纹孔。
先钻孔，再用丝锥攻螺纹。
（11）3个M4T10的螺纹孔。
先钻孔，再用丝锥攻螺纹。
（12）2个G1/8的螺纹通孔。
先钻孔，再用丝锥攻螺纹。
（13）7°的斜面。
表面粗超度为Ra12.5，只需用车床粗车就可以。
（14）1X45°倒角。
表面粗超度为Ra12.5，只需用车床粗车就可以。
3.4.3制定工艺路线
工序1：
备料铸造毛坯。
工序2：
热处理。
工序3：
粗铣泵体底面。
工序4：
钻底座上两个Φ9的孔。
工序5：
钻底座上两个Φ20的孔。
工序6：
粗铣泵体右端面。
工序7：
粗铣-半精铣泵体的左端面。
工序8：
粗镗-半精镗Φ60H7的孔。
工序9：
钻-扩-铰Φ15H7的孔。
工序10：
锪钻Φ22的孔。
工序11：
丝锥功6个M6T14的螺纹孔。
工序12：
丝锥功3个M4T10的螺纹孔。
工序13：
粗铣泵体两侧的凸台。
工序14：
丝锥功2个G1/8的螺纹通孔。
工序15：
车7°的斜面。
工序16：
车1X45°倒角。
工序17:
清洗。
工序18:
终检。
3.5工序设计
3.5.1选择加工设备与工艺装备
工序表如表3-1所示：
表3-1工序表
工序号
设备
工艺装备
工序1
备料铸造
工序2
热处理
工序3
落地式镗铣床
硬质合金面铣刀、游标卡尺、专用夹具
工序4
Z525组合钻床
带导柱直柄麻花钻、游标卡尺、专用夹具
工序5
Z525组合钻床
带导柱直柄平底锪钻、游标卡尺、专用夹具
工序6
落地式镗铣床
高速钢套式面铣刀、游标卡尺、专用夹具
工序7
落地式镗铣床
高速钢套式面铣刀、游标卡尺、专用夹具
工序8
落地式镗铣床
镗刀、内径千分尺、专用夹具
工序9
Z525组合钻床
麻花钻、铰刀、内径千分尺、专用夹具
工序10
Z525组合钻床
平底锪钻、游标卡尺、专用夹具
工序11
Z525组合钻床
麻花钻、细柄机用丝锥、卡尺、专用夹具
工序12
Z525组合钻床
麻花钻、细柄机用丝锥、卡尺、专用夹具
工序13
Z525组合钻床
麻花钻、机用丝锥、卡尺、专用夹具
工序14
Z525组合钻床
麻花钻、机用丝锥、卡尺、专用夹具
工序15
车床CA6140
车刀、卡尺、三爪卡盘
工序16
车床CA6140
车刀、卡尺、三爪卡盘
工序17
清洗机
工序18
终检
塞规、百分表、卡尺等
3.5.2确定工序尺寸
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为:
（工序Ⅸ）由表2-28可查得，孔Φ15mm的精铰余量Z精绞=0.05mm；粗铰余量
=0.1mm，扩孔钻的余量
=0.85mm确定工序尺寸一般的方法是，有加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。
当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序的加工余量有关。
当基准不重合时，工艺尺寸应用工艺尺寸链解算。
（工序Ⅰ）备料铸造。
（工序Ⅱ）热处理。
（工序Ⅲ）粗铣底面11.4mm余量1.4mm。
（工序Ⅳ）由《工艺手册》P84表3.1-6采用直柄麻花钻钻两个Φ9孔。
（工序Ⅴ）由《工艺手册》P90表3.1-14采用导柱平底锪钻钻两个Φ20孔。
（工序Ⅵ）粗铣泵体右端面去除材料1.4mm。
（工序Ⅶ）粗铣泵体左端面去除材料1mm半精铣去除材料0.4mm。
（工序Ⅷ）镗Φ60孔查询手册采用逆推确定各工序余量孔Φ60的粗镗余量0.6mm；半精镗余量0.3mm；精镗余量0.1mm。
查表确定各工步尺寸的加工精度等级为，粗镗：
IT9；半精镗：
IT8；精镗：
IT7；根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，粗镗0.074mm；半精镗0.046mm；精镗0.03mm。
。
查表可依次确定各工步尺寸的加工精度等级为，精铰：
IT7；粗铰：
IT10；钻：
IT12；根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铰：
0.015mm；粗铰：
0.058mm
扩孔钻：
0.15mm。
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：
Φ
mm；粗铰:
Φ
，扩孔：
Φ
mm.
（工序Ⅹ）由《工艺手册》P90表3.1-14采用导柱平底锪钻钻Φ22孔
（工序Ⅺ）用丝锥攻6个M6T14的螺纹孔。
选用粗牙普通螺纹，攻螺纹前首先钻孔.查询《工艺手册》P83用直柄麻花钻钻Φ5孔之后查表3.1-47P112选用细柄机用和手用丝锥代号M6d=6。
（工序Ⅻ）用丝锥攻3×M4T10的螺纹孔。
同上先钻Φ3.3孔后查表3.1-47P112选用细柄机用和手用丝锥代号M4d=4。
（工序ⅩⅢ）铣泵体两侧凸台去除两侧单边余量各1.4mm。
（工序ⅩⅣ）攻螺纹2个G1/8之前用直柄麻花钻钻Φ7.8孔。
（工序ⅩⅤ）车70斜面。
（工序ⅩⅥ）车1×450倒角。
3.6确定切削用量
3.6.1切削用量的计算
3.6.1.1粗铣底面：
（1）被吃刀量的确由于加工余量不大故可一次走刀切完ap=1.4mm。
（2）进给量的确定,当使用YG6时fz=0.24mm/Z查表3.14。
d0=100mm,Z=4ap≤5mm,fz≤0.24mm/Z,n=222r/min,Vf=586mm/min。
因此实际。
（3）计算切削速度:
《按切削手册》表1.27,切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。
3.7.1.2钻孔：
V
=
（m/min）
=
=66.7（m/min）
（1）确定机床主轴转速:
n
=
=
=204（r/min）
按机床选取n
=230r/min。
所以实际切削速度
V=
=
=75.1m/min
3.7.1.3钻Φ9孔工步
（1）取被吃刀量ap=4.5mm。
（2）进给量查表2.12取f=0.57mm/r。
（3）切削速度查表2.15取vc=11m/min由。
3.7.1.3钻Φ20孔工步
（1）被吃刀量ap=10mm。
（2）进给量查表2.12取f=0.86mm/r
（3）切削速度vc=11m/min，
取转速n=195r/min
3.7.1.4铣泵体右端面硬质合金面铣刀，取ap=1.4mm，查表3-5，f=0.14～0.24mm/z查表3.16，vc=11m/minn=457r/min
则实际
3.7.1.5粗铣半精铣泵体左端面
（1）粗铣工步F=0.14mm/z。
（2）半精铣工步F=0.4mm/r。
3.7.1.6镗孔
（1）粗镗工步：
①被吃刀量的确定取ap=0.6mm。
②进给量确定由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.2mm/r。
取镗床n=64r/min。
③切削速度的计算由得v=11.9m/min。
（2）半精镗工步：
①被吃刀量的确定取ap=0.3mm。
②进给量确定由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.15mm/r。
③切削速度的计算由公式取镗床n=113r/min，v=21m/min。
（3）精镗工步：
①被吃刀量的确定取ap=0.1mm。
②进给量确定由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r。
③切削速度的计算由取镗床n=134r/min，v=25m/min。
3.7.1.7钻Φ15孔根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时进给量与切削速度之间的速度关系为
f=（1.2~1.3）f钻
（1）钻孔工步：
①被吃刀量的确定取ap=7mm。
②进给量确定，由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.3mm/r。
③切削速度的计算，由表5-22，按工件材料为HT200的条件选取，切削速度v可取为33m/min。
由公式可求得该工序钻头转速n=550r/min。
（2）扩孔工步
①被吃刀量的确定取ap=0.85mm。
②进给量确定，由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.36mm/r。
③切削速度的计算，由表5-22，按工件材料为HT200的条件选取，切削速度v可取为22m/min。
由公式可求得该工序钻头转速n=467.09r/min,参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=545r/min再将此转速代入公式可求出该工序的实际钻削速度=25.67m/min.
（3）粗铰工步
①被吃刀量的确定取ap=0.1mm。
②进给量的确定由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.80mm/r。
③切削速度的计算由表5-31，切削速度v可取为2m/min。
由公式可求得该工序铰刀转速n=42.46r/min,参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min.可求出该工序的实际切削速度
（4）精铰工步：
①被吃刀量的确定，取ap=0.05mm。
②进给量的确定，由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.60mm/r。
③切削速度的计算，由表5-31，切削速度v可取为6m/min。
公式可求得该工序铰刀转速n=127.4r/min,参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=140r/mi
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