扳手加工工艺.docx
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扳手加工工艺
新乡职业技术学院
毕业设计（论文）
题目活动扳手加工过程
系别数控技术系
毕业设计
小组成员1010201430花秀壮
1010201405李华
1010201445韩春可
1010201439沈腾飞
1010201429胡二鹏
专业名称数控技术
指导教师栗永非老师、牛春敏老师
2013年1月11日
内容摘要：
随着数控术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制作技术的主体。
活动扳手在拆装零件时起着较大作用，应用广泛。
活动扳手一般是由铸造而成。
本文根据数控机床的特点，针对具体的零件进行了工艺方案的分析方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。
通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度效率，简化工序等方面的优势。
关键词：
数控加工工艺分析工序定位基准
Abstract：
WiththecontinuousdevelopmentofNCtechnologyandapplicationinthefieldofCNCmachiningtechnologytoexpand,beneficialtothepeople'slivelihoodofsomeimportantindustry（IT,automobiles,lightindustry,medicalandsoon）developmentplaysanincreasinglyimportantrole,becauseofefficiency,qualityisadvancedproductiontechnologysubject.Adjustablewrenchonthedisassembledcomponentsplayalargerrole,wideapplication.Adjustablespannerisgenerallymadeofcast.AccordingtothecharacteristicsofCNCmachinetools,tailoredtospecificpartsoftheprocessanalysisandschemescheme,cuttingtoolsandcuttingparametersselection,determinetheprocessingorderandprocessingline,NCprogramming.Throughthewholeprocessofdevelopment,fullyembodiestheCNCequipmenttoensuremachiningaccuracyandefficiency,simplifyingtheprocessandotheraspectsoftheadvantagesof.
Keywords:
numericalcontrolmachiningProcessanalysisprocedureThelocatingdatum
第一章前言
扳手是一种广泛使用的工具，用于拧转一定尺寸的螺母或螺栓，结构虽然简单，但在人们日常生活中有着十分重要的作用。
目前市面上常见的扳手有呆扳手及活动扳手。
呆扳手的一端或者两端都制有固定的尺寸开口，经久耐用，但只适用于一种或两种尺寸的螺母。
适用范围较小。
活动扳手可以灵活的适用多种尺寸的螺母，使用比较广泛。
在加工工艺教学中，数控技术专业学生都要学习数控机床操作技术。
让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性：
在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。
数控车工基础工艺理论及技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，分类叙述了车床操作、数控车床自动编程仿真操作、数控车床编程与操作的初、中级内容。
扳手一般采用铸造进行加工，为了体现数控机床的应用广泛及对所学知识的肯定，本次设计我们采用数控机床及钳工来对活动扳手进行加工。
本论文的主要是对于活动扳手进行分析及加工。
以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可加工流程。
在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精确、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。
第二章工艺方案分析
一、零件图
图2—1
二、零件图分析
从零件图可以看出该零件主要可以分为固定开口部分、活动开口部分、滚轮及转轮轴四部分。
零件表面有圆柱、顺圆弧、逆圆弧、槽、螺纹等表面组成。
选用毛坯为板材，45#钢。
三、加工分析
加工方法的选择原则是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及表面粗糙的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。
该扳手是由四部分组成，对于固定开口、活动开口部分由于所选材料及最终成型面都是平面，所以适合于在数控铣床或数控加工中心上进行加工。
对于刀具的选择，可以选用立铣刀或面铣刀对与余量的去除及最终成型的加工。
孔的加工可选用适量的钻头。
在整个固定开口部分上面有四个孔（两个通孔、一个盲孔、一个方孔）及一个长方形的槽，对于固定活动开口的通孔及转轮轴所用盲孔可选用数控钻床进行加工，在对孔进行钻削之前必须定位好孔的位置及盲孔的深度。
对于长方形的槽、方孔及手柄端的圆孔可采用铣床直接进行加工。
活动开口部分有平面、圆弧及齿的加工，对于平面及齿的加工依旧采用铣削，圆弧的加工可用钳工进行加工。
转轮和转轮轴采用数控车床进行加工。
由于滚轮上面有螺纹及花纹，因此需常采用三把刀具，即外圆车刀、螺纹车刀、切断刀、钻头和滚花刀。
转轮的加工顺序大致为：
外圆——螺纹——滚花——钻孔——切断。
四、确定加工方案
零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。
对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。
总体的加工顺序为：
固定开口（铣）：
去除工件余量对轮廓进行粗加工——垂直面的粗加工——垂直面精加工——孔的定位（保证孔的轴线与活动开口的滑道的平行度）——孔的钻削——攻丝——方孔、圆孔、长方形槽的铣削——轮廓表面精加工——轮廓边进行圆角过度（钳工）
活动开口（铣）：
去除工件余量对轮廓进行粗加工——轮廓表面精加工——半圆柱加工（钳工）——对齿进行粗加工铣削（铣削时注意装夹，应尽量避免已加工表面）——齿的精加工铣削
转轮（车）：
外圆粗加工——外圆精加工——螺纹粗车——螺纹精车——滚花——钻孔
转轮轴（车）：
外圆粗加工——外圆精车——螺纹粗车——螺纹精车
第三章活动扳手固定开口的加工
一、机床的选择及毛坯的定义
活动扳手的固定开口部分是最大的一部分，其也是较为复杂的一部分，加工精度要求也较高。
固定开口的加工主要涉及平面和曲面以及孔的加工，考虑到加工经济性和机床的加工性能，因此采用加工中心及钻床进行加工。
活动扳手看上去基本属于长方形板状，为了使加工方便、节约加工时间，选用毛胚料为250mm×75mm×11mm长方形板状，45#钢材。
二、刀具、夹具的选择
在数控加工中心加工平面时一般采用立铣刀或面铣刀。
立铣刀一般用于较小平面的铣削，面铣刀用于较大平面的铣削。
由于活动扳手的表面面积不算太大，采用一把Φ8立铣刀既可满足表面加工需求。
对于长方形的槽，受到槽的宽度限制，Φ8的立铣刀无法进行加工，需选用比槽口宽度相同或小于槽口宽度的刀具，此时采用Φ4的立铣刀。
用来装配活动开口的通孔和用来安装滑轮轴的盲孔在加工中心上加工比较麻烦，与孔径大致相同直径的立铣刀一般刀刃一般无法达到孔深要求。
可选用钻床进行加工，加工较为方便，钻通孔采用Φ6.8的钻头，钻盲孔采用Φ5的钻头。
方孔的加工，在加工中心上无法完成内孔直角的加工，加工方孔时直角处可采用钳工进行修整，达到加工要求。
为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。
合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。
通过对工件的加工工艺和零件特点的分析，采用平口钳即可完成活动扳手固定开口部分的零件的加工。
三、定位基准的选择原则
1）基准重合原则。
为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。
2）便于装夹的原则。
所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。
3）便于对刀的原则。
批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。
板类零件外轮廓主要以对称中心线为基准，内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。
四、加工顺序的安排
在实施数控加工时,加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。
顺序一般应按下列原则进行：
①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。
②先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。
③以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。
④在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。
首先，对零件进行合理的装夹，满足外轮廓加工要求。
在不影响被加工表面及轮廓的同时，还需满足零件加工时受力要求。
先对固定开口的外轮廓表面进行粗加工，对于有精度要求的平面进行精加工，以便有利于下道程序的加工。
其次，对于有相对位置要求的表面及孔的加工时，要保证位置精度。
活动开口滑动圆孔的轴线平行于滑动平面，以便有利于装配。
应先对滑动平面进行精加工，再来加工滑动圆孔。
固定滑轮轴的盲孔轴线应平行滑动圆孔的轴线。
五、确定切削用量及刀具使用顺序
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
切削用量的使用：
主轴转速s/（r/min）进给量f/（mm/min）背吃刀量ap/mm
粗铣外轮廓800801.5
精铣外轮廓1000600.1
粗铣内孔（方孔、手柄处圆孔）800801
精铣内孔1000600.1
粗铣切槽800801.2
精铣切槽1000600.1
钻孔80030
刀具安排：
序号
刀具号
刀具规格名称
加工表面
1
T01
硬质合金Φ8mm立铣刀
外轮廓表面及圆孔、方孔的粗、精加工
2
T02
硬质合金Φ4mm立铣刀
槽的粗、精加工
3
1号钻头
Φ6.8钻头
活动开口滑动圆槽的加工
4
2号钻头
Φ5钻头
固定滚轮轴圆孔的加工
六、程序的编写与加工
编写加工程序要根据设计好的走刀路线、刀具的选用及加工余量等进行编制。
需要换刀时，要对换刀点的位置进行合理的安排，避免换刀时出现出现撞刀。
程序：
O0001;
G91G54G21;
M03S800;
......
......
......
由于零件的上下面都要进行加工，因此需要二次装夹。
装夹完成后对刀时，要注意避免破坏以加工表面。
在表面完全加工后，工件的棱角处难免存在直角棱边。
为了美观及便于使用，应对直角棱边进行修正，尽量把棱边修整成圆弧状（钳工）。
最终轮廓如下图：
图3—1
第四章活动扳手转轮的加工
一、转轮加工备料
（1）直径为10cm长度为30cm的棒料
（2）90度的外圆刀
（3）4mm宽的切断刀
（4）2mm的螺纹刀
（5）直径为5mm的中心钻
（6）直径为5mm的钻头
（7）滚花刀一把
二、转轮与转轮周的加工工艺
首先测量好转轮的螺距、长度、直径。
刀具号
刀具规格
刀具材质
加工内容
刀具收纳
T01
90度外圆刀
硬质合金
车削外圆面和端面
清洁后放入工具箱
T02
2mm宽切断刀
硬质合金
切出4mm宽退刀槽
清洁后放入工具箱
T03
2mm宽外螺纹刀
硬质合金
加工外螺纹
清洁后放入工具箱
T04
5mm中心钻
硬质合金
中心孔定位
清洁后放入工具箱
T05
5mm深孔钻
硬质合金
钻削中心孔
清洁后放入工具箱
T06
滚花刀
外螺纹滚花
清洁后放入工具箱
三、具体加工过程
先熟悉普车的加工过程，之后熟练操作普车。
开启电源，把准备好的棒料装夹在三爪卡盘上，转动主轴看棒料是否有跳动现象，将溜板箱摇到导轨中部，将外圆刀装夹在一号刀位上，让主轴以低速转动，让刀尖慢慢靠近棒料外端面，将道具向X-方向移动，试切一个外端面，看刀尖高度与棒料中心轴线是否平行于重合，如有误差，可用垫片将刀柄垫高至与棒料中心线高0.5mm处。
对刀完成后，开始车削外圆。
车床主轴转速调到1000r/min，刀具调到自动进给状态，X-向进给2mm，Z-向进给20mm处。
就这样以此将棒料车削成直径为15mm长度为20mm的棒料，停转主轴。
下面开始车削退刀槽，为加工外螺纹做好准备。
将外圆刀卸下，装上4mm宽的切断刀。
切断刀的中心要比棒料中心线低0.5mm，这样便于切断时刀具所受的冲击。
在距离棒料外端面15mm处切断，这次车削不能将棒料切断，切到棒料直径为4mm处，因为转轮的中心孔是5mm，这样最后砖孔时可以直接将成品卸下。
加工外螺纹，将切断刀卸下，换上2mm宽的螺纹刀。
同样，螺纹刀的刀尖位置要比棒料的中心位置偏低一些。
准备工作做好后，将车床的相应功能调制正确位置，包括进给量、主轴转速、螺距，还有最重要的是要手动控制好进刀长度和退刀量，X轴的进给量要小，每次进刀有0.5mm左右为宜。
就这样每刀进给，直到加工出一个长15mm，牙深为3mm的外螺纹，将主轴停转。
下面开始滚花，目的是为了增加转轮的摩擦力。
在车床尾座上装上顶尖，将尾座与棒料端面接触，手摇尾座使其与端面预紧，然后将尾座锁紧。
这样可以增加轴类工件的刚度，避免发生长轴类工件的弯曲和折断，能很好的保证加工的尺寸和精度。
接下来换下切断刀，装上滚花刀，同样要注意滚花刀和工件端面的重合。
启动主轴，以低速转动，将滚花刀与工件外圆面接触，使其有一定的预紧量，手动向Z-向进给至15mm处，主轴停转。
加工完成后将尾座退至原位，刀架也退到安全位置。
然后就要钻中心孔了，首先将溜板箱退至安全位置，在车床尾座上装上5mm的中心钻,将尾座推到棒料外圆附近,然后手摇至端面,将主轴旋转,选用低转速300r/min-450r/min。
手摇动尾座在端面钻一个深3mm的中心孔。
这样可以为下一步钻深孔做准备，保证中心孔与工件端面的垂直度和正确性，提高加工精度和成功率，便于装配。
然后将尾座退至原位，之后换上5mm的深孔钻，将尾座移到工件端面附近，启动主轴，低速旋转。
手动移动尾座，现在端面点一个空，检测与中心钻钻的孔的同轴度。
如有偏差即时调整，如无偏差就可匀速进给。
由于切退刀槽的时候预留的直径为4mm，所以在用5mm的深孔钻头钻削时可直接将工件钻下。
这样一个完整的转轮就加工完成了。
下面开始加工装配轴,将直径为10mm的棒料装夹在主轴上,用外圆刀将棒料车削至直径为5mm长度为35mm处,换上0.5mm尖刀,并装上顶尖。
主轴启动，对刀后从棒料外端面处向Z-向车出一个长8mm深0.5mm的外螺纹。
加工完成了，将车床停止，工具归位，并对车床做清洁和保养。
加工零件图如下图：
图4—1
四、加工时注意事项
在车床上加工长轴类零件时,为了避免在加工过程中毛坯料发生变形和弯曲,就要适当选用相应的辅助工具来进行辅助加工,常用的有中心架、跟刀架等。
使用这些工具可以提高零件的加工成功率，在本次加工中我们选用的是顶尖，因为我们加工的零件并不是太长，所以一个顶尖就可以了。
同时还要对车床的性能有一定了解，包括主轴的跳动量、传动精度、导轨的润滑等。
在加工完成后要对车床做一定的清洁和保养。
最重要的是要保证操作者的人身安全。
第五章活动开口部分的加工
一、活动开口的分析及加工
首先根据国家标准规定的尺寸，在毛坯表面画出大概的轮廓线，然后用铣床进行初步加工，主要加工的任务是将多余的余量去除，由于这个加工任务比较简单，考虑到编程要浪费时间所以选择手动加工。
在加工过程中，首先选择4mm的键槽铣刀，用平口钳装夹，由于工件的下面的大一部分比上面厚度小并且还有圆柱体。
考虑到装夹问题，所以先加工下面的这一部分，将工件水平装夹将工件伸出钳口20mm,加工这一部分是整个活动开口部分要求最高的部，所以装夹时要将工件上表面与工作台平行，然后转动主轴主轴转速800r/min,加工时，先铣削沟槽部分，沟槽部分要保证加工过后剩余部分要在工件的中间部位，加工时先找出Z轴的零点坐标，这样主要是保证到两面Z轴下降的高度是一致的，将刀具移动到工件外部，沟槽厚度为5mm，
所以将Z轴下降3mm，留有0.5mm的精加工余量，沿沟槽的轮廓线进行加工，轮廓线走完之后，将工件卸下加工另一面，另一面的装夹和加工和这个一直，因为沟槽是对称的，所以Z轴也是下降3mm，留有0.5mm余量。
两个面都加工过之后，工件下面一部分是一个沟槽和一个小长方体。
接下来就要加工上面的部分，选择8mm的键槽到，将毛坯件左侧朝上竖直夹在工作台上，同时要保证工件与工作台的垂直度，转动主轴，主轴转速800r/min,手动进给。
首先将刀具移动到工件上方，然后将Z轴向下移动，待刀具快接触工件的时候将进给速度调到最低，继续转动手轮，当工件接触工件时，记住此时工作面板上Z轴坐标，这样方便每次Z轴进刀时控制进刀量。
将刀具退到工件外部，将Z轴负方向进给2mm，转动手轮将刀具移动到工件的最左边，然后将手轮进给放到X轴，进给倍率调到最小。
顺时针转动手轮，待刀具接近轮廓线时停止进给，留出精加工余量，其余的地方也都是按照这种方法进行加工，这面加工过后，把工件卸下，将工件的右侧朝上垂直于工作台装夹，然后就开始加工，加工方法和左侧的加工方法是一致的，都是手动加工。
完成上面的之后就剩下下面的那个直径为6mm的圆柱体，在加工这一部分的时候，先将工件拿到砂轮机上去打磨，打磨出它的大致的外形，接下来就剩下了整个这一部分的精加工还有圆柱体上的螺纹。
精加工：
精加工是利用钳工技术来完成的，将工件右侧朝上装夹在台虎钳上，装夹时将轮廓线与钳口平行。
然后先用大齿锉刀进行加工，待锉到与轮廓线快重合时，换成小齿锉刀进行加工，直到与轮廓线重合，停止锉削，这个面的加工就完成了。
然后加工另一侧，左侧是圆弧状的，锉削的时候是利用自己以前所学的锉削只是进行加工的。
在这个圆弧面没什么精度要求，基本就是美观的问题，所以把圆弧过度的美观一些就可以了。
剩下的是这一部分的最难的一部分，首先要把最下面的那一部分锉成圆柱形状的，在锉的时候要保证圆柱的轴线在工件的中心，这个在装夹的时候它的位置是要经常变化的，锉削的时候先用大齿锉刀去除大部分余量，当快接近6mm的时候改用小齿锉刀进行锉削。
圆柱体加工出来之后，开始加工上面的滚齿，由于加工条件限制我们这一部分选择钳工工序。
首先先用高度尺划出定位线，根据要与之配合的转轮的尺寸和规格，做出相应的定位线和倾斜线。
将工件正确装夹在虎口钳上，用锯条将定位线加深，之后用小的锉刀修整凹槽。
完成一个有倾斜度的凹槽后使之与转轮配合，观察其与转轮的深度和螺距的配合是否成功，并做出调整。
就这样加工出一个凹槽就与转轮做一次配合，并修改一次，直至完成整个啮合长度的加工。
加工完成如下图：
图5—1
二、活动开口的加工要点
1）应保证加工表面的平面度。
2）对精度要求较高的表面要保证其加工要求。
3）加工凹槽时的倾斜角度应保证与螺纹能够较好的配合。
4）保证配合圆柱面的尺寸大小，便于配合。
第六章活动扳手的组装及使用
一、扳手零部件的组装
扳手的各个零部件加工完成后可直接进行组装使用。
把活动开口正确的放入设定滑动孔、槽内，应使配合松紧适合。
接着把转轮放入方孔内，用滚轮轴固定转轮的位置，同时转轮上的螺纹与活动开口上的齿进行啮合，啮合过程中，活动开口进行滑动，这个活动的范围就是扳手用来松紧螺栓、螺母的范围。
这样装配完成（如下图）可以进行使用。
图6—1
二、活动扳手的使用
活动扳手的在实际生活中应用较为广泛，使用比较方便。
活动扳手的使用范围比较灵活，可对不同尺寸的大小的螺栓、螺母进行松紧，与呆扳手相比比较实用。
但活动扳手使用久了，其用于夹紧螺母的部分会出现松弛，活动扳手的寿命不及呆扳手。
第七章总结与感想
一个月的毕业设计结束了，在这一个月的设计实习中，我们见识并实际操作了一些车间里零件的加工；有的需要体力，有的需要技术，其中有些还需要耐心与坚持。
比如在钳工加工时，那是一个需要体力与技术结合。
我们做的是一个扳手，扳手的固定开口有一个方孔，感觉方孔加工尤为困难。
方孔在加工中心上无法直接完成，在加工中心加工相似的形状后，还需要在钳工进行直角加工。
在钳工锉削时，同时要保证直角角度及边的相对位置精度。
在进行锉时还要注意锉刀的拿法、锉削时的姿势，否则最后加工成型的表面与理论想象的表面大不相同。
活动开口部分的装夹也很困难，不过经过老师的指导最终还是一一克服。
还有钻孔时孔的位置精度都有较高的要求。
在这里非常感谢栗永非老师、牛春敏老师的指导与帮助。
实践是检验真理的唯一标准，通过一个月的设计与加工，我们了解到很多工作常识，也得到了意志上的锻炼，有辛酸也有快乐，这是我们大学生活中的又一笔宝贵财富。
对我们的学习和工作有很大的影响。
很快我们就要步入社会，面临就业了，就业单位不会像老是那样点点滴滴细致入微地把我们的工作告诉我们，更多的是需要我们自己去观察、思考、学习。
随着社会的迅猛发展，新技术的应用，会有很多领域使我们曾未接触过的，只有勇敢的尝试才能有所突破，有创新。
这次实习不仅使我们自己的动手能力提高，而且加深了同组同学及其他同学之间的友谊。
当手中拿着我们组自己加工制作的活动扳手时，心中非常兴奋。
这是对我们组劳动成果的肯定，也是对指导老师的肯定，因为那都是在指导老师的指导下一步一步完成的。
在整个的设计加工中，活动扳手的主要设计加工方案分析主要由李华同学完成，固定开口部分主要由胡二鹏同学加工完成（韩春可、沈腾飞、李华辅助完成），活动开口部分主要由韩春可同学加工完成（胡二鹏辅助完成），滚轮加工主要由沈腾飞同学加工完成（李华辅助完成）。
由于时间匆忙、加工水平有限，在加工中存在了很多不足之处，造成工件有许多地方仍未达到设计需求。
在以后的加工学习之中我们会继续努力，力
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