典型配合零件的加工工艺设计.docx

1、典型配合零件的加工工艺设计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 X X X 学 号 XXXXXXXXXX 指 导 教 师 X X 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

2、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

3、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FANUC 0i-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21。 表21 机床主要参数表工作台面尺寸（长宽）1370405（mm）主轴锥孔/刀柄形式24ISO4

4、0 / BT40（MAS403）工作台最大纵向行程650mm主配控制系统FANUC 0iMate-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606000( r/min)工作台T型槽（槽数-宽度间距）5-1660mm快速移动速度10000（mm/min）主电动机功率5.5/7.5（kw）进给速度58000（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)2540mm2520mm2710mm机床重量(kg)4000kg图21 kvc650机床3 配合零件的加工工艺设计3.1 零件图的分析 该

5、零件的毛坯材料为45钢，毛坯尺寸为110mm110mm30mm,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

6、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

7、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

8、两个零件加工后的尺寸均有差异，所以决定采用110mm110mm30mm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

9、行加工。如图31所示：图31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

10、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416mm的孔钻410的通孔钻416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

11、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410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

12、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

13、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

14、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32 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31所示：表31量具表名称规格用途量程（mm）分度值（mm）游标卡尺0-1500.02主要用于测量内、外尺寸和深度等千分尺 0-2575-1000.001用于长度测量工具直尺0-1001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

15、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410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

16、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20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

17、具的材料和刀具耐用度等因素，可参考表32选取。表32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22518-4266-150225-32512-3654-120325-4256-2136-75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31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 =2866 r/min同理计算10钻头： =4777r/mi

18、n = 7160r/min3.9.3 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33选取:表33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

19、高速钢铣刀硬质合金铣刀45钢0.10-0.150.10-0.250.02-0.050.10-0.15铝0.06-0.200.10-0.250.05-0.100.02-0.05综合选取：粗铣=0.06 mm/z 精铣=0.03mm/z 铣刀齿数z=3上面计算出： =1911 r/min =2866 r/min 将代入式32中计算: 粗铣时：F=0.0631911=344mm/min 精铣时：F=0.0332866=258mm/min4 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

20、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

21、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41所示表41 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

22、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51凸台零件工艺过程卡片材料铸铁毛坯种类铸件毛坯尺寸11011030mm加工设备刀具号

23、工序号工序名称工作内容10备料下料11011030mm锯 床20铣削铣夹持面加工中心KVC650T0130铣削粗、精铣上平面加工中心KVC650T0240铣削粗、精铣外轮壳加工中心KVC650T0150铣削粗、精铣凸台花边外轮廓加工中心KVC650T0260铣削粗、精铣台阶圆弧凸台加工中心KVC650T0570铣削翻面钻410mm通孔加工中心KVC650T0480铣削钻416mm沉头孔加工中心KVC650T0390钳工100质检110入库编制审核批准共1页第1页表52凹槽零件工艺过程卡片材料铸铁毛坯种类铸件毛坯尺寸11011030mm加工设备刀具号工序号工序名称工作内容10备料下料110110

24、30mm锯 床20铣削粗、铣夹持面加工中心KVC650T0130铣削粗、铣上平面加工中心KVC650T0240铣削粗、铣外轮壳加工中心KVC650T0150铣削粗、精铣凹槽花边外轮廓加工中心KVC650T0260铣削粗、精铣凹槽花边内轮廓加工中心KVC650T0270铣削粗、精铣台阶圆弧凸台加工中心KVC650T0580铣削钻410mm通孔加工中心KVC650T0490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53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

25、（mm/min）主轴转速(r/min)背吃刀量（mm）备注10备料(11011030mm)锯片编制审核批准共1页第1页表54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20mm游标卡尺15010003编制审核批准共1页第1页表55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

26、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410mm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20mm1387692精铣上平面面铣刀20mm9610000.220粗铣外轮廓立铣刀20mm28723891.5精铣外轮廓立铣刀20mm19131850.530粗铣凹槽花边外弧形立铣刀6mm38231852精铣凹槽花边外弧形立铣刀6mm28747770.340粗铣花边内弧形立铣刀6mm38225401.5精铣花边内弧形立铣刀6mm38231850.550钻410mm的通孔10mm的钻头28747770.5编制审核批准共2页第2页表56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20mm游标卡尺20023892.5翻面精铣底夹持面面铣刀20mm游标卡尺15031850.5编制审核批准共1页第1页表57凸台零件加工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