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1、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 端蓋數(shù)控工藝及夾具設(shè)計 摘 要 該說明書是對端蓋類零件加工及其夾具的設(shè)計，通過一系列的具體設(shè)計步驟，完整的展示了對其零件和夾具的設(shè)計過程。 首先主要是簡介數(shù)控技術(shù)應(yīng)用和該設(shè)計的課題背景，通過對其零件分析，明確了該零件的技術(shù)要求，為接下來的設(shè)計步驟做好鋪墊。該說明書主要分為零件設(shè)計和夾具設(shè)計兩大部分。 在對其零件設(shè)計這部分中，主要是以對零件結(jié)構(gòu)進行分析的結(jié)果為基礎(chǔ)，安排制定具體的加工工藝路線，數(shù)控加工的工藝內(nèi)容，數(shù)控設(shè)備的選用以及具體的工序工部路線等，并說明了加工時切削用量的選用及該零件的具體數(shù)控仿真編程。 本次關(guān)于端蓋數(shù)控

2、工藝與夾具設(shè)計介紹了端蓋數(shù)控加工的特點、加工工藝分析、數(shù)控編程以及夾具設(shè)計等,全面剖析了端蓋類零件加工的全過程。通過一定的實例詳細的介紹了端蓋數(shù)控加工工藝的分析方法。 關(guān)鍵詞：發(fā)展，數(shù)控技術(shù)，加工工藝，編程，端蓋 端蓋數(shù)控工藝及夾具設(shè)計 ０．引言 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（Computer numerical control）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。 數(shù)控加工，是指在數(shù)控機床上進行零件加工的一種工藝方法，數(shù)控機床

3、加工與傳統(tǒng)機床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的，但也發(fā)生了明顯的變化。用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問題。 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床在當(dāng)今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用，給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)(IT)與制造技術(shù)(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?，F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造

4、和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識是現(xiàn)代機電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。 1．課題背景 1.1 背景 本次畢業(yè)設(shè)計的題目來源于生產(chǎn)第一線，為實踐型、設(shè)計類畢業(yè)設(shè)計課題。根據(jù)所給的圖紙和零件的具體技術(shù)要求，選擇刀具和合理的工藝參數(shù)，確定裝夾方式和夾具，編制工藝路線，并借助UG軟件完成零件三維圖紙的繪制和編程。培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決本專業(yè)實際生產(chǎn)問題的能力。進一步培養(yǎng)調(diào)查研究、檢索和閱讀一些文獻資料、理論分析、夾具設(shè)計、計算機應(yīng)用及協(xié)作等各方面的綜合能力。使學(xué)生通過本次畢業(yè)實踐設(shè)計，能夠獨立對中等復(fù)雜程度的零件技術(shù)要求進行分析，并能根據(jù)零件圖進行專用工裝夾具

5、設(shè)計，設(shè)計加工工藝，編寫數(shù)控加工程序并通過仿真加工測試。從而使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真刻苦的鉆研精神和嚴(yán)格細致的工作作風(fēng)，對學(xué)生未來的工作和學(xué)習(xí)起著重要鋪墊作用。 1.2 零件圖分析 由零件圖可知，如圖1.1所示，定義加工零件的毛坯為Φ12632，根據(jù)零件圖紙的要求，對于面及孔的精度要求則有數(shù)控機床完成，考慮到本零件的Φ105外圓表面粗糙度要求為Ra0.8，磨特殊外圓的時候則需要使用專用夾具進行磨削。 圖1.1 零件二維圖 圖1.2 零件三維圖 1.3 零件的技術(shù)要求 考慮該零件的技術(shù)要求如下： 1．表面粗糙度：Φ105的搖臂鎖緊孔內(nèi)表面粗糙度為0.

6、8；其余表面粗糙度為6.3。 2．極限與配合：一般絕大多數(shù)配合孔的尺寸精度最高僅為7級，故錐孔的極限配合為H7。 3．材料HT200。該材料具有較高的強度，耐磨性，耐熱性級減震性，適用于承受較大應(yīng)力，要求耐磨的零件。 4．調(diào)制處理，硬度HB220——225。 2. 零件的加工工藝過程的分析 2.1 零件的工藝分析 由零件圖1.1和1.2可知，Φ105外圓有很高的技術(shù)要求的，圓跳動的技術(shù)要求是相對于基準(zhǔn)面A為0.02，其表面粗糙度要求很高，Ra為0.08，對于這么高精度的要求一般機床是無法做到的，考慮到該零件又是圓盤類零件，無法一般定位加工。所以要設(shè)計相關(guān)的夾具。其余平面及凹

7、槽的加工則在一般數(shù)控機床可加工完成。1：4的錐形孔則可先鉆擴孔然后用鏜刀加工。 根據(jù)該零件圖1.1和1.2，粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉頭粗精加工最大外圓Φ113，粗精加工1：4的錐孔，銑Φ32的凸臺，掉頭銑Φ77的圓凹槽，磨Φ105的外表面。此次加工中Φ105外表面的粗糙度要求是難點，所以要設(shè)計專用夾具對此進行加工，以達到精度要求。 2.2 擬定工藝路線 機械加工工藝規(guī)程的制定，大體可分為兩個步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線，然后再確定每一道工序的工序尺寸、所用設(shè)備和工藝裝備以及切削規(guī)范、工時定額等。這兩個步驟是互相聯(lián)系的，應(yīng)進行綜合分析。 工藝路線的擬定是制定工藝過程的

8、總體布局，主要任務(wù)是選擇各個表面的加工方法，確定各個表面的加工順序，以及整個工藝過程中工序數(shù)目的多少等。 　　擬定工藝路線的一般原則如下： 　　1、先加工基準(zhǔn)面 零件在加工過程中，作為定位基準(zhǔn)的表面應(yīng)首先加工出來，以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準(zhǔn)。稱為“基準(zhǔn)先行”。 　　2、劃分加工階段 加工質(zhì)量要求高的表面，都劃分加工階段，一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。主要是為了保證加工質(zhì)量；有利于合理使用設(shè)備；便于安排熱處理工序；以及便于時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷等。 　　3、主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨等），應(yīng)放在工藝路線最后階段進行，以免光整加工的表面，由于工序間的轉(zhuǎn)運和安裝

9、而受到損傷。 　　上述為工序安排的一般情況。有些具體情況可按下列原則處理： 　?。薄榱吮ＷC加工精度，粗、精加工最好分開進行。因為粗加工時，切削量大，工件所受切削力、夾緊力大，發(fā)熱量多，以及加工表面有較顯著的加工硬化現(xiàn)象，工件內(nèi)部存在著較大的內(nèi)應(yīng)力，如果粗、粗加工連續(xù)進行，則精加工后的零件精度會因為應(yīng)力的重新分布而很快喪失。對于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，還應(yīng)安排低溫退火或時效處理工序來消除內(nèi)應(yīng)力。 　?。?、合理地選用設(shè)備。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有較高的加工精度，所以粗加工應(yīng)在功率較大、精度不太高的機床上進行，精加工工序則要求用較高精度的機床加工

10、。粗、精加工分別在不同的機床上加工，既能充分發(fā)揮設(shè)備能力，又能延長精密機床的使用壽命。 　?。?、在機械加工工藝路線中，常安排有熱處理工序。熱處理工序位置的安排如下：為改善金屬的切削加工性能，如退火、正火、調(diào)質(zhì)等，一般安排在機械加工前進行。為消除內(nèi)應(yīng)力，如時效處理、調(diào)質(zhì)處理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前進行。為了提高零件的機械性能，如滲碳、淬火、回火等，一般安排在機械加工之后進行。如熱處理后有較大的變形，還須安排最終加工工序（精磨）。 該零件的工藝路線如下： 工序1：備料。 工序2：車。粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉頭粗精加工最大外圓Φ113，粗精加工1：4的錐孔。 工序

11、3：銑。銑Φ32的凸臺，掉頭銑Φ77的圓凹槽。 工序4：淬火。 工序5：精磨。磨Φ105的外表面 工序6：檢驗。 工序7：清理。 工序8：防銹、入庫。 3. 數(shù)控加工工藝分析 3.1 數(shù)控加工內(nèi)容的確定 根據(jù)零件圖1.1所示，定義毛坯為Φ12632，粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉頭粗精加工最大外圓Φ113，粗精加工1：4的錐孔，銑Φ32的凸臺，掉頭銑Φ77的圓凹槽，磨Φ105的外表面。此次加工中Φ105外表面的粗糙度要求是難點，所以要設(shè)計專用夾具對此進行加工，以達到精度要求。 3.2 數(shù)控加工設(shè)備的選用 車削毛坯外圓是可以使用CK6150車床進行加工。CK6

12、150車床是一種小型臥式車床，可以車端面，外圓，割槽，車錐孔等。數(shù)控機床有如下特點：加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；可進行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間；機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3~5倍）； 機床自動化程度高，可以減輕勞動強度； 銑上下平面時則使用X52K或是X6132銑床進行加工。X52K機床是一種小型立式銑床，可以銑平面、銑側(cè)面、銑溝槽、銑特型面、銑齒條，與分度頭和掛輪配合還可以銑球面和螺旋傘齒輪等。X6132型銑床則是國產(chǎn)銑床中應(yīng)用最廣泛、最典型的一種臥式萬能升降臺銑床。

13、其主要特征是銑床主軸軸線與工作臺臺面平行，該機床具有結(jié)構(gòu)可靠、性能良好、加工質(zhì)量穩(wěn)定、操作靈活輕便、行程大、加工范圍大、精度高、剛性好、通用性強等特點。用它可銑削平面、溝槽、成形面和螺旋槽等。另配置相應(yīng)附件，還可擴大機床加工范圍。如安裝萬能立銑頭，可使銑刀轉(zhuǎn)向任意角度，完成里銑床的工作；該機床還適于高速、高強度銑削，并具有良好的安全裝置和完善的潤滑系統(tǒng)。鉆孔時則使用Z3025 搖臂鉆床進行加工。 磨Φ105外圓時可以使用T41-平行砂輪進行加工。T41磨床在磨削量的控制,自動測量控制，修正砂輪和補償?shù)确矫娑加歇毜街?。?shù)控外圓磨床砂輪頭一般分直型和角型兩

14、種形式。直型適用于磨削砂輪兩側(cè)需要休整的工件，角型砂輪頭一般偏轉(zhuǎn)30度角，適合于磨削砂輪單側(cè)需要休整的工件，因此，選用直型砂輪頭的磨床。 3.3 定位方案與夾具設(shè)計 1．六點定位原理 工件在空間具有六個自由度，即沿x、y、z三個直角坐標(biāo)軸方向的移動自由度和繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度 。因此，要完全確定工件的位置，就必須消除這六個自由度，通常用六個支承點（即定位元件）來限制工件的六個自由度，其中每一個支承點限制相應(yīng)的一個自由度。 2．六點定位原理的應(yīng)用 六點定位原理對于任何形狀工件的定位都是適用的，如果違背這個原理，工件在夾具中的位置就不能完全確定。然而，用工件六點定位原理進行定位時，

15、必須根據(jù)具體加工要求靈活運用，工件形狀不同，定位表面不同，定位點的布置情況會各不相同，宗旨是使用最簡單的定位方法，使工件在夾具中迅速獲得正確的位置。 3．工件的定位 l）完全定位 工件的六個自由度全部被夾具中的定位元件所限制，而在夾具中占有完全確定的惟一位置，稱為完全定位。 2）不完全定位 根據(jù)工件加工表面的不同加工要求，定位支承點的數(shù)目可以少于六個。有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，這種定位情況稱為不完全定位。不完全定位是允許的， 3）欠定位 按照加工要求應(yīng)該限制的自由度沒有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。因為欠定位保證不了加工要求。 4）過定位 工

16、件的一個或幾個自由度被不同的定位元件重復(fù)限制的定位稱為過定位。當(dāng)過定位導(dǎo)致工件或定位元件變形，影響加工精度時，應(yīng)該嚴(yán)禁采用。但當(dāng)過定位并不影響加工精度，反而對提高加工精度有利時，也可以采用。 　　所以說一個好的定位方案將直接關(guān)系到夾具的優(yōu)劣。根據(jù)零件的加工工藝來看，加工Φ105外圓需要可靠固定的加工定位，才能達到技術(shù)上的要求。故所設(shè)計的夾具必須滿足以下定位條件：限制X、Y、Z三軸旋轉(zhuǎn)及移動。如圖3.1所示，就是為Φ105外圓所設(shè)計的夾具。使加工Φ105外圓更為可靠，達到其技術(shù)要求。 圖3.1 磨外圓及臺肩夾具 本夾具使用錐套定位，可以消除

17、間隙，以保證工件外圓對錐孔的徑向跳動，使用快卸螺母夾緊工件，可以減少裝卸工件的輔助時間。工件以錐度1:4的錐孔和左端面為基準(zhǔn)，在夾具的定位錐套6和定位支承4上定位，快卸螺母8通過壓板7夾緊工件。以收縮起到夾緊的作用，以限制零件X，Y,Z方向上的移動以及Y軸上的旋轉(zhuǎn)和Z軸的旋轉(zhuǎn)。 3.4 加工工序的制訂 該零件以粗，精加工劃分工序。該零件的加工工序制訂見附錄。 3.5 加工工步的制訂 工步順序安排的一般原則為：先粗后精，先近后遠，內(nèi)外交叉，保證工件加工剛度原則，同一把刀能加工內(nèi)容連續(xù)加工原則。該零件的加工工步制訂見附錄。 3.6 進給路線確定 進給路線也稱走刀路線，指數(shù)控機床加工過程

18、中刀具相對零件的運動軌跡和方向。它不但包括工部的內(nèi)容，還反映出工部的順序。確定的主要原則為：1）首先安已定工部順序確定各表面加工進給路線的順序。2）所定進給路線應(yīng)能保證工件輪廓表面加工后的精度和粗糙度要求。3）尋求最短加工路線，減少行走時間以提高加工效率。4）要選擇工件在加工時變形小的路線。1：4錐形孔的加工進給路線制訂見附錄。磨Φ105外圓的加工進給路線制訂見附錄。 3.7 刀具的選擇 刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加

19、工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。 選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。 在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。一般刀具的選擇原則如下： １．粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要

20、求。 ２．精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。 ３．為減少換刀時間和方便對刀，應(yīng)盡量采用機夾刀和機夾刀片。 該零件的刀具選擇見附錄。 3.8 切削用量的確定 １．對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。 ２．切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產(chǎn)生機械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。 ３．進給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進給

21、量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 ４．用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。 ５．最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。 ６．然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時，需要根據(jù)實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 該零

22、件的切削用量選擇見附錄。 4. 仿真加工與課題制作 仿真加工程序見附錄。 5．總結(jié) 由于本次設(shè)計中所加工零件為端蓋類零件，在設(shè)計過程中，遇到許多疑難問題，通過不斷的翻閱資料和老師同學(xué)的關(guān)心幫助，給予我很大的指導(dǎo)，這次設(shè)計使我對整個設(shè)計過程有了更深一步的了解。感謝我的同學(xué)們，他們在我設(shè)計與困難的時候給予我很大的幫助與諒解。感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師——陳燕以及教導(dǎo)過我的老師們，在他們的幫助和指導(dǎo)下，我學(xué)到了很多，也順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。最后我要感謝所有在這次畢業(yè)設(shè)計中幫助我的人，謝謝！ 參考文獻 [1] 趙長旭.數(shù)控加工工藝.

23、西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006. [2] 陳洪濤主編.數(shù)控加工工藝與編程.北京：高等教育出版社，2003. [3] 金大鷹.機械制圖.北京：機械工業(yè)出版社，2001 [4] 廖念釗.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).北京：中國計量出版社，1993. [5] 王凡.實用機械制造工藝設(shè)計手冊[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2000. [7] 王先逵.機械加工工藝手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001. [8] 陳明.機械制造工藝學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003. [9] 廖念釗.互換性與技術(shù)測量 [M].北京:中國計量出版社,2006. [10] 孫麗媛.機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004. [11] 王光斗.機床夾具設(shè)計手冊[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2006. [12] 董萬福.現(xiàn)代金屬切削實用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2006 附 錄 1. 零件圖（二維） 2. 零件圖（三維） 3. 夾具圖 4. 數(shù)控加工刀具卡片 5. 數(shù)控加工工序卡片 6. 數(shù)控加工進給路線圖 14