典型配合零件的加工工艺的设计说明.docx

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典型配合零件的加工工艺的设计说明

XXXXX

毕业设计

题目：

典型配合零件的加工工艺设计

系部XXXXXX

专业名称数控技术

班级XXXXXX

姓名XXX

学号XXXXXXXXXX

指导教师XX

XXXX年XX月XX日

1绪论

毕业设计是我们毕业前进行的一次综合性的总复习，也是一次理论联系实际的练习，是对我们所学专业知识的全面检验，也是对所学知识的一种综合体现，把所学知识能够运用到实际生产中，是我们学完大学基础课，以及大部分专业课后进行的。

毕业设计作为大学生最后的一项重要工作，势必有它独特的，无法比拟的作用。

此次设计主要是利用系统数控加工中心对配合零件进行加工，主要通过对零件的设计进行分析、数控加工工艺的选择和分析、工艺方案的确定、编写数控加工工艺文件、编写数控车床加工程序和产品的最终检测。

最后利用数控铣床加工出零件。

零件从外形设计到零件加工成产品完整的体现了零件的整个生产过程，检测了三年来的知识积累情况，整个加工过程充分体现了数控铣床相对于普通车床的优越性，在加工精度、零件复杂程度、加工时间等方面都具有普通数控车床不可替代的优越性。

在提高劳动效率、加工精度、操作的安全性方面是数控普车不可攀比的。

该设计通过加工过程体现了数控技术的优越性。

配合零件的加工设计这个课题，因为它涉及到的知识面较广，充分运用了所学的《数控加工工艺》、《机械制图》等知识，从图形设计到公差配合的选用，零件毛坯分析、机床的选择、刀具的选择、工艺文件的编制全过程，将理论知识与实际操作紧密结合起来。

2数控机床的选择

数控基地设备：

结合零件图分析，该零件有平面和型腔内的圆、圆弧、孔及槽等构成，加工工序复杂。

并为减换刀和对刀时间，保证良好精度要求。

结合我院机床的实际，最后确定为加工中心KVC650。

KVC650加工中心配置FANUC0i-MC控制系统，功能全、性能可靠、操作方便。

机床的各进给坐标轴的运动，采用数字式交流伺服驱动，具有转矩脉冲小，低速运转平稳和噪音低等优点。

机床主要参数见表2—1。

表2—1机床主要参数表

工作台面尺寸

（长×宽）

1370×405（mm）

主轴锥孔/刀柄形式

24ISO40/BT40（MAS403）

工作台最大纵向行程

650mm

主配控制系统

FANUC0iMate-MC

工作台最大横向行程

450mm

换刀时间（s）

6.5s

主轴箱垂向行程

500mm

主轴转速范围

60—6000（r/min）

工作台T型槽

（槽数-宽度×间距）

5-16×60mm

快速移动速度

10000（mm/min）

主电动机功率

5.5/7.5（kw）

进给速度

5—8000（mm/min）

脉冲当量（mm/脉冲）

0.001

工作台最大承载（kg）

700kg

机床外形尺寸

（长×宽×高）（mm）

2540mm×2520mm×2710mm

机床重量（kg）

4000kg

图2—1kvc650机床

3配合零件的加工工艺设计

3.1零件图的分析

该零件的毛坯材料为45钢，毛坯尺寸为110mm×110mm×30mm,根据零件图形、形状、尺寸分析及毛坯分析。

该零件主要由平面、轮廓、型腔、圆弧、等构成。

形状比较复杂，其零件加工工序较多。

为保证其零件的加工精度，首先定位非常关键，其次是机床、刀具、夹具等。

经过分析可采用二次定位加工完成，按照基准面先行、先主后次、先粗加工后精加工、先面后孔的原则依次加工。

3.2零件加工工艺性分析

3.2.1零件的结构分析

零件形状如图所示，有轮廓加工，凹凸件的加工及打孔等，由于典型零件需要配合的薄壁零件。

形状比较简单，但是工序复杂，表面质量和精度要求高，所以从精度要求上考虑，定位和工序安排比较关键。

为了保证加工精度和表面质量，根据毛坯形状和尺寸，分析采用两次定位（一次粗定位和一次精定位）装夹加工完成，按照基准先主后次、先近后远、先里后外、先粗后精、先面后孔的原则依次划分工序。

3.2.2加工余量的确定

根据精度要求，该图尺寸精度要求较高，即需要有余量的计算正确规定加工余量的数值，是制定工艺的重要任务之一。

一般最小加工余量的大小决定于：

（1）表面粗糙度；

（2）表面缺陷层深度；

（3）表面几何形状误差；

（4）装夹的误差；

在具体确定工序的加工余量时，应根据下列条件选择大小：

（1）对最后的工序，加工余量应保证得到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求；

（2）考虑加工方法，加工时的变形；

加工余量大小，直接影响零件的加工质量和生产率。

加工余量过大，不仅增加加工劳动，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，大大的增加了成本。

但若余量太小，又不能消除误差和缺陷，还可能产生不合格工件。

因此必须合理的确定加工余量。

其方法有经验估算法、查表修正法，分析计算法。

为避免产生废品，尽量加工余量偏大，留0.5mm余量精加工完成。

3.2.3表面质量与精度的分析

查《机械设计基础课程设计指导书》知，方型零件外轮廓、凸台和上、下表面的粗糙度为Ra3.2um，其它表面粗糙度均为Ra6.3um。

如果定位不好可能会导致表面粗糙度，加工精度难以达到要求。

材料不得有裂纹和气孔，并锐边去毛刺。

3.3毛坯选择

除去零件加工的尺寸，且两个零件加工后的尺寸均有差异，所以决定采用110mm×110mm×30mm的毛坯尺寸进行加工，该零件较为复杂，所以选择毛坯种类是45钢，根据学校现有设备进行考虑，根据生产需求考虑，此外，毛坯的扭曲变形量的不同地方造成余量不充分，不稳定，因此，要采用数控铣削加工，其加工面均有充分的余量，尽量保证各表面余量均匀。

3.4定位基准的选择

选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求设计基准、工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。

因下表面作为精基准可以满足基准重合的原则。

所以在加工中，先将零件的上表面作为粗基准，铣出夹持面，再将夹持面作为精基准进行加工。

如图3—1所示：

图3—1定位基准图

3.5加工工艺路线设计

3.5.1工序的划分

按粗、精加工划分工序，在加工之前先切除毛坯的余量，再将其表面精加工一次，以保证粗、精加工的精度，即先粗加工后精加工，粗加工在普通机床加工，精加工在加工中心进行加工。

按刀具划分工序，为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽量用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换刀加工其他部位。

按零件装夹定位方式划分工序，由于此零件不是太复杂，加工外形时，以内形定位，加工内型时以外形定位。

3.5.2工步的划分

工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。

同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。

然后先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减少由变形引起的对孔的精度的影响。

按刀具划分工步。

也可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工生产率，先用一把刀粗加工完表面，再把可以加工的轮廓加工完成，换刀将剩余轮廓加工完成，最后一把精车洗刀将零件全部精铣完成。

3.5.3加工顺序的安排

铣外轮廓→精铣外轮廓→翻面粗铣零件上平面→翻面精铣零件上平面→粗铣凸台零件外轮廓→精铣凸台零件外轮廓→粗铣台阶圆弧凸台→精铣台阶圆弧凸台→钻4×Ø16mm的孔→钻4×Ø10的通孔→钻4×Ø16的沉头孔→洗掉夹持面→去毛刺→整理。

此方案的加零件一的加工方案：

下料→铣3mm夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗工顺序是粗精铣上平面后对剩余的部分一一进行粗精加工。

由于粗精加工同一个部位都是用的同一把刀，这有利于提高生产效率，也就是最佳方案了。

零件二的加工方案：

下料→铣3mm夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣外轮廓→精铣外轮廓→粗花边形内腔→精铣花边形内腔→粗铣台阶形内腔圆弧→精铣台阶形内腔圆弧→钻4×Ø10的通孔→去毛刺→整理。

此方案的加工顺序是粗精铣上平面后对剩余的部分一一进行粗精加工。

由于粗精加工同一个部位都是用的同一把刀。

所以选择此方案，这有利于提高生产效率，也是最佳方案。

3.6进给路线的确定

确定进给路线时，要在保证被加工零件获得良好的加工精度和表面质量的前提下，力求计算容易，走刀路线短，空刀时间。

进给路线的确定与工件表面状况、要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具的耐用度以及零件轮廓形状等有关:

（1）选择工件刚性破坏小的路线，以减少加工变形对加工精度的影响；

（2）寻求最短的进给路线，以提高加工效率；

（3）切入和切出的路线应考虑外延，以保证加工的表面质量；

（4）完工时的最后一刀应一次走刀连续加工，以免产生刀痕等缺陷；

3.7夹具和量具的确定

夹具是一种装夹工件的工艺设备，广泛的应用于机械制造过程的切削加工、热处理、配件、焊接和检测等工艺过程中。

在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺设备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生率和产品的制造成本等。

专用夹具：

一般在产品相对稳定、批量较大的生产中采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。

除大批量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具，但在结构设计设计时要进行具体的技术经济分析。

在夹具的选择上主要考虑：

（1）夹紧机构或其它元件不得影响进给加工部位要敞开；

（2）必须保证最小的夹紧变形；

（3）装夹方便辅助时间应尽量短；

（4）对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行

加工，以提高加工效率；

（5）夹具结构应力求简单；

（6）夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接；

注意事项：

（1）夹紧工件时要松紧适当，只能用手板紧手柄，不得借助其他工具夹力；

（2）强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身；

（3）不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业；

（4）对丝杠、螺母等活动表面应经常清洗、润滑，以防生锈；

经上综合分析，该方型零件应选用平口虎钳和一些辅助装夹的垫块垫片从工件侧面夹紧,便可加工。

图3—2平口虎钳

根据该零件的实际形状，需采用游标卡尺、千分尺、直尺等量具来测量。

其量具的使用表如表3—1所示：

表3—1量具表

名称

规格

用途

量程（mm）

分度值（mm）

游标卡尺

0-150

0.02

主要用于测量内、外尺寸和深度等

千分尺

0-25

75-100

0.001

用于长度测量工具

直尺

0-100

1

用来测量工件的长度

3.8刀具材料的选择

（1）高速钢在600摄氏度仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击性较弱。

不适合高速切削和硬的材料。

（2）硬质合金具有较高的红硬性，能在800摄氏度到1000摄氏度保持较好的加工性能，允许切削速度就高速刚的4～10倍。

复合碳化物系硬质合金在铣削金属的切削中显示出极好的性能。

于是，硬质合金得到了很大的普及。

综合我院机床以及加工材料为45钢分析，所用刀具采用硬质合金。

3.9切削用量的选择

3.9.1切削深度的确定

铣削的深度大了，走刀的速度就会低下来，铣削的深度小了，走刀的速度就会提上去。

你一次可以吃二、三十毫米，甚至更深也行。

不过走刀的速度一定要降下来，否则就容易打刀的。

另外，还和铣床的功率，工艺系统刚度和强度有关，铣床的功率、刚度、强度不足时，铣削的深度就不能过大。

一般高速钢的铣刀在铣削软钢时，铣削宽度＜5mm，铣削深度＜5mm，精铣时，铣削深度0.5-1mm。

中硬钢＜4，硬钢＜3。

加一个半精加工。

一般精加工深度留0.5的余量，毛坯余量为2-3mm，粗加工深度为1.5-2.5mm。

3.9.2主轴转速的确定

主要根据允许的切削速度Vc（m/min）选取

n=

（式3-1）

式中：

Vc为切削速度（m/min）

D为铣刀的直径（mm）

n为主柱转速（r/min）

由于每把刀计算方式相同，现选取Ø20的立铣刀为例说明其计算过程。

D=20mm

根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素，可参考表3—2选取。

表3—2铣削时切削速度

工件材料

硬度/HBS

切削速度

/（mm/min）

高速钢铣刀

硬质合金铣刀

45钢

<225

18-42

66-150

225-325

12-36

54-120

325-425

6-21

36-75

从理论上讲，

的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。

粗铣时

=120m/min

精铣时

=180m/min

代入式3—1中：

=

=1910.8r/min

=

=2866.2r/min

计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取：

=1911r/min

=2866r/min

同理计算Ø10钻头：

=4777r/min

=7160r/min

3.9.3进给速度的确定

切削进给速度F时切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。

它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量

（mm/z）的关系为

F=

Z

（式3-2）

式中：

F为进给速度（mm/min）

为进给量（mm/z）

Z为铣刀齿数

n为铣刀转数（r/min）

每齿进给量

的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。

工件材料的强度和硬度越高，

越小，反之则越大；工件表面粗糙度值越小，

就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀，可参考表3—3选取:

表3—3铣刀每齿进给量

工件材料

每齿进给量

粗铣

精铣

高速钢铣刀

硬质合金铣刀

高速钢铣刀

硬质合金铣刀

45钢

0.10-0.15

0.10-0.25

0.02-0.05

0.10-0.15

铝

0.06-0.20

0.10-0.25

0.05-0.10

0.02-0.05

综合选取：

粗铣

=0.06mm/z

精铣

=0.03mm/z

铣刀齿数z=3

上面计算出：

=1911r/min

=2866r/min

将代入式3—2中计算:

粗铣时：

F=0.06×3×1911=344mm/min

精铣时：

F=0.03×3×2866=258mm/min

4冷却液的选择

由于该零件在KVC650加工中心进行加工，须根据其切削用量、刀具的材料以及毛坯的材料等选取冷却液，因为在切削加工过程，被切削金属层的变形，切屑与刀具前刀面的摩擦和工件与刀具后刀面的摩擦等，容易产生大量的切削热。

其中，大量的切削热被工件吸收，大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏，为了提高零件的加工精度，延长刀具的耐用度和使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，也能起到良好的排屑和润滑等作用。

切削液是为了提高加工效率而使用的液体，它具有冷却、润滑、清洗和防锈作用，常用的有乳化液和切削油两种。

它可以有效的减小摩擦，改善散热条件，从而降低切削力、切削温度和减小刀具的磨损，提高生产率和加工表面质量。

切削液的选择必须符合加工的要求，首先散热冷却是必不可少的，因为在加工过程中，刀具与工件快速剧烈摩擦，产生了高温高热，而根据热胀冷缩原理，刀具与工件在此时都会产生形变，最终影响加工质量或者将刀具烧坏，在加工过程中将刀具因高温而导致刀具损坏就叫烧刀，故而要预防此种情况的发生。

通过查表，将常用三种切削液：

从工件材料、冷却液作用和冷却液的价格综合分析，如表4—1所示

表4—1冷却液

冷却液名称

主要成份

主要作用

水溶液

水、防锈添加剂

冷却

乳化液

水、油、乳化剂

冷却、润滑、清洗

切削油

矿物油、动植物油、极压添加剂或油性

润滑

从工件材料上看，45钢不适于用水溶液，而从经济成本角度来参考，乳化液较切削油而言，成本较低，但同样能满足刀具和加工的需求。

故，综合上述条件考虑，我最终选择的切削液为：

乳化液。

它在加工过程中的主要作用是：

冷却、润滑和清洗。

综合该零件的加工性能、选择机床、刀具的材料以及毛坯的材料等，最后确定冷却液使用乳化液，选用乳化液是最适宜的。

5加工工艺文件制定

5.1制定工艺文件

根据零件图的综合分析，采取如下工艺措施：

先铣削两个夹持面，以夹持面和两个侧面定位选用虎钳装夹安排粗、精加工。

采用直径铣刀加工减小切削变形，再以适合直径铣刀粗精加工表面。

先铣削夹持面，再翻面装夹以下平面作为定位基准，先铣上平面，外轮廓，再铣凸台，车退刀槽和螺纹（铣配合零件另一半的凸台和孔，攻内螺纹），最后把夹持面铣掉。

由于零件夹持面比较薄，在夹紧时不宜过紧，以免发生变形。

表5—1凸台零件工艺过程卡片

材料

铸铁

毛坯

种类

铸件

毛坯

尺寸

110×110×30mm

加工设备

刀具号

工序号

工序名称

工作内容

10

备料

下料110×110×30mm

锯床

20

铣削

铣夹持面

加工中心KVC650

T01

30

铣削

粗、精铣上平面

加工中心KVC650

T02

40

铣削

粗、精铣外轮壳

加工中心KVC650

T01

50

铣削

粗、精铣凸台花边外轮廓

加工中心KVC650

T02

60

铣削

粗、精铣台阶圆弧凸台

加工中心KVC650

T05

70

铣削

翻面钻4×10mm通孔

加工中心KVC650

T04

80

铣削

钻4×16mm沉头孔

加工中心KVC650

T03

90

钳工

100

质检

110

入库

编制

审核

批准

共1页

第1页

表5—2凹槽零件工艺过程卡片

材料

铸铁

毛坯

种类

铸件

毛坯

尺寸

110×110×30mm

加工设备

刀具号

工序号

工序名称

工作内容

10

备料

下料110×110×30mm

锯床

20

铣削

粗、铣夹持面

加工中心KVC650

T01

30

铣削

粗、铣上平面

加工中心KVC650

T02

40

铣削

粗、铣外轮壳

加工中心KVC650

T01

50

铣削

粗、精铣凹槽花边外轮廓

加工中心KVC650

T02

60

铣削

粗、精铣凹槽花边内轮廓

加工中心KVC650

T02

70

铣削

粗、精铣台阶圆弧凸台

加工中心KVC650

T05

80

铣削

钻4×10mm通孔

加工中心KVC650

T04

90

钳工

100

质检

110

入库

编制

审核

批准

共1页

第1页

5.2工序卡

表5—3备料工序卡片

单位

宜宾职业技术学院

产品名称代号

零件名称

图样代号

凹槽零件

使用设备

锯床

材料

45钢

工步内容

备料

程序编号

夹具名称

平口虎钳

夹具编号

工步号

工步内容

刀具

进给量

（mm/min）

主轴转速（r/min）

背吃刀量（mm）

备注

10

备料（110×110×30mm）

锯片

编制

审核

批准

共1页

第1页

表5—4铣夹持面的工序卡片

单位

宜宾职业技术学院

产品名称代号

零件名称

图样代号

凹槽零件

使用设备

加工中心KVC650

材料

45钢

工步内容

铣夹持面

夹具名称

平口虎钳

工步号

工步内容

刀具

量具

进给量

（mm/min）

主轴转速

（r/min）

背吃刀量

（mm）

10

铣夹持面

立铣刀Ø20mm

游标卡尺

150

1000

3

编制

审核

批准

共1页

第1页

表5—5凹槽零件的加工工序卡片

单位

宜宾职业技术学院

产品名称代号

零件名称

图样代号

凹槽零件

使用设备

加工中心KVC650

材料

45钢

工序内容

铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣外轮廓→精铣外轮廓→粗铣花边弧形内腔→精铣花边弧形内腔→粗铣台阶形内腔→精铣台阶形内腔→钻4×Ø10mm的通孔

夹具名称

平口虎钳

切屑液

乳化液

工步号

工步内容

刀具

进给量

（mm/min）

主轴转速

（r/min）

背吃刀量

（mm）

10

粗铣上平面

面铣刀

Ø20mm

138

769

2

精铣上平面

面铣刀

Ø20mm

96

1000

0.2

20

粗铣外轮廓

立铣刀

Ø20mm

287

2389

1.5

精铣外轮廓

立铣刀

Ø20mm

191

3185

0.5

30

粗铣凹槽花边外弧形

立铣刀

Ø6mm

382

3185

2

精铣凹槽花边外弧形

立铣刀

Ø6mm

287

4777

0.3

40

粗铣花边内弧形

立铣刀

Ø6mm

382

2540

1.5

精铣花边内弧形

立铣刀

Ø6mm

382

3185

0.5

50

钻4×Ø10mm的通孔

Ø10mm的

钻头

287

4777

0.5

编制

审核

批准

共2页

第2页

表5—6翻面铣掉夹持面的工序卡片

单位

宜宾职业技术学院

产品名称代号

零件名称

图样代号

凸台零件

使用设备

加工中心KVC650

材料

45钢

工序内容

翻面铣底夹持面

夹具名称

平口虎钳

工步号

工步内容

刀具

量具

进给量

（mm/min）

主轴转速

（r/min）

背吃刀量

（mm）

10

翻面粗铣底夹持面

面铣刀

Ø20mm

游标卡尺

200

2389

2.5

翻面精铣底夹持面

面铣刀

Ø20mm

游标卡尺

150

3185

0.5

编制

审核

批准

共1页

第1页

表5—7凸台零件加工的工序卡片

单位

宜宾职业技术学