基于定位支座数控加工夹具设计毕业论文

目 录摘 要IABSTRACTII前 言11零件的用途21.1 计算零件生产纲领 确定零件的加工类型21.2 研究分析被加共零件图和被加工零件的原始资料，审查改善零件的结构工艺性。21.3 毛坯种类的选择31.4零件毛坯的工艺性分析32.数控加工工艺分析52.1零件介绍52.2数控加工工艺的合理性分析52.3 数控加工工艺的特点52.4零件的工艺性分析62.5数控加工工艺过程的拟定82.6进给路线的确定82.7 工件的装夹92.8切削用量的确定102.9加工刀具的选择113.工艺规程的制订133.1零件的工艺性分析13总 结15致 谢16参 考 文 献1713 摘要摘 要 本论文主要研究的是不规则零件在现代制造业中的广泛应用，那么保证此类零件的加工精度就显得尤为重要。本课题通过分析定位支座零件的结构特点和加工要求，用数控加工中心来达到多工位的加工目的,提高零件在大批量生产制造过程中的效率,同时制定了一套较为合理加工工艺规程，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的夹具设备，具有一定的实用价值，在论文中会以研究零件的工艺规程开始着手设计最为适合的夹具，在不同的夹紧方案下进行比较，并且以平面加工为定位方法，通过夹紧力的计算和定位误差达到比较，选则最为恰当、最为合理的夹具设计方案，从而保证了被加工零件的精度以及工件在加工过程中定位的可靠和准确，夹具提供足够大的夹紧力以防止工件位移，工件在夹紧力的作用下形变小。从而使得夹具在装夹工件进行加工的过程中正真发挥其作用,提高劳动的生产效率、具备一定的实用价值。 关键字：夹具装夹，定位，加工精度，平面加工,多工位 ABSTRACTABSTRACT This paper is a study of irregular parts in the modern manufacturing a wide range of applications, then ensure that such parts of the machining accuracy is particularly important. Positioning the subject by analyzing the structure of parts bearing the characteristics and processing requirements to achieve the CNC Machining Center multi-purpose processing, high-volume production parts to improve manufacturing process efficiency, while more reasonable to develop a set of processing a point of order, so as to ensure that the machining accuracy will provide an economical and practical equipment of the fixture has a certain practical value, in the paper will be to study the parts of the process started to design a point of order most suitable for the fixture,In different comparison under clamping and positioning with planar processing method for the calculation of clamping force and position error to compare the election is the most appropriate and most reasonable design of the jig, thus ensuring the accuracy of parts processed and the workpiece during processing of reliable and accurate positioning, fixtures provide the clamping force is large enough to prevent displacement of the workpiece, the workpiece clamping force in the role of small deformation. So that the workpiece clamping fixture for processing in the process of Chiang Kai-shek really play its role in enhancing the productivity of labor, have a certain practical value.Keywords: Fixture clamping, positioning, machining accuracy, planar processing, multi - 前言前 言 毕业设计是培养学生实践能力的重要环节之一，并进行了专门的生产实习，它是对我们大学所学课程的综合检验。在学习过程中老师以理论与生产实践相结合的教学方式，因此在此次毕业设计中要求我们全面综合地运用所学课程的理论和实践知识进行零件加工工艺规程的设计。其目的在于：（1）培养我们运用机械制造工艺学，数控加工工艺及有关课程（工程材料与热处理、机械设计、公差与测量技术、金属切削原理与刀具、数控机床自动编程等）的知识。独立地分析和解决工艺问题。初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。 （2）能根据被加工零件的技术要求运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。当然，夹具设计不在本次设计范围内！ （3）培养我们熟悉并运用有关手册，图表等技术资料的能力。 （4）进一步培养我们识图，制图，运算和编写技术文件等基本的技能。 （5）更更重要的是培养了我们严肃认真，一丝不苟和实事求是的工作作风，从而实现从学生到工程技术人员的过渡。 该设计题目为，是一次：定位支座数控加工夹具设计。它是在生产与实践教学模式的基础上结合企业的实际情况针对一个中等复杂零件的机械加工工艺规程的毕业设计综合性，使用性，和实践性较强的设计过程。本次毕业设计得到李刚老师和其他老师的悉心指导，并提出许多宝贵的意见和建议，对此深表感谢。由于设计能力有限，实践经验不足，时间的仓促，设计中的错误，不妥在所难免，敬请各位老师批评、指正。 零件的用途1零件的用途支座是在整个机器中比较重要的一部分，主要安装在整个机器外轮廓的外面，水平安装在零件的右下角，起的是支撑轴承和轴承固定点磁铁。由电动机的转动带动轴的转动，来传动齿轮的传动，使整个机器的运转，在这里零件起的是传动的作用。由于支座的外形不是很复杂，而且加工的余量不是很大，支座对于零件的性能，结构等都不是要求很大，故而零件在选材这一方面比较广泛一些。而针对于整个机器的成本和工时还有经济性的考虑，零件的材料应广泛，材料对于零件的使用要求有很好的使用性能。而且材料也是比较容易加工，不容易 变形的。因此经过这一方面的考虑，选择铸造来铸造零件的毛坯。因为可以直接的铸造出零件的外形，由于零件的加工面不是很多，这样有利于减少零件加工的工时，而且零件材料也比较容易得到，而且有很高的耐磨性和抗震性能，这是零件非常需要的要求。选择铸件可以节约零件的材料，加工起来也是非常方便的。而且零件出现废品可以在次回收利用。铸件加工出来的精度也是满足零件的使用性能的而且还可以有效地降低零件的成本，缩短零件的加工时的时间，从而有效的提高整体加工时间和整体的经济性。零件在加工时，也不需要很多的要求采用数控铣床。数控铣床就可以完成零件的加工。而且零件的要求量也不是很大，在设计零件的加工工艺路线时，可以在期间加入一点别的零件的加工。这样既不影响零件的生产也可以提高其它零件的生产效率。1.1 计算零件生产纲领 确定零件的加工类型零件的生产产量不是很高，由于每一台的双胶印染机上面对于支座的要求是每台机器上只有一个，故零件的产量是不高的。零件可以跟着机器的需要来灵活的变动。是比较方便的。由于双胶印染机是比较大一点的机器，年生产纲领并不是很高。故对于零件的需要也不是很大。所以从零件的年生产纲领上看，零件是很小一批的，不需要生产纲领。由于零件的要求量少也不需要太多的机床和夹具来生产，故零件的加工类型可以选用单件小批量生产类型。1.2 研究分析被加共零件图和被加工零件的原始资料，审查改善零件的结构工艺性。零件的工艺路线的确定不是不变的。在零件的加工中是根据零件再加工中的变化和机器对零件的需要的，要对零件做一定的调整和工艺加工路线的改变。在零件的加工过程中应在实际的需要中可以对零件的加工工艺路线做一定的调整或改变零件的工艺路线，使零件的路线更合理化。故在加工是可以提出更合理的工艺方案和改进零件的结构工艺性。1.3 毛坯种类的选择毛坯的材料和性能由于毛坯选择的是铸件铸造出来的，在使用中对于零件的性能有很多要求。最主要的零件在使用中要有很好的耐磨性，而且在机器的传动性中也要有很好的减震性，以此来提高零件的使用寿命和零件在长久的使用中不容易变形，导致影响机器的整体运转的协调性。还有耐热抗疲劳性能、抗氧化和零件的致密性。针对这些零件的需要，在铸件材料中选择即使用又来源广泛是很难找的，在此只有灰铸铁（HT200）是比较符合零件的需要。所以毛坯的材料为灰铸铁（HT200）。1.4零件毛坯的工艺性分析( 1 )毛坯应有充分、稳定的加工余量由于零件的毛坯是铸件，应主义铸造时因砂型误差，收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不均匀，还有铸造后的毛坯的挠曲与扭曲变形的不同也会造成加工余量不充分，不稳定。因此，除板料外，铸件还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均应有充分的余量。由于数控铣削中最难保证的是加工面与非加工面之间的尺寸，这一点该引起特别的重视，而且一定要在零件的图样注明的非加工面出增加适当的余量，造出来的零件毛坯，由于零件懂得尺寸受温度，收缩等因素的影响，不容易保证零件应有的尺寸，这样对零件的加工有了很大的难度外，而且也非常容易出现废品和影响零件生产的工时。所以，零件在铸造时候，一定要考虑毛坯的尺寸，稳定的加工余量，这一点是保证零件合格的标准之一。( 2 )分析毛坯的装夹适应性由零件图可以看出，毛坯在加工底面时，毛坯的装夹不是很好装夹，因为在零件的上面有俩个相同大小的而且距离是对称的俩个圆。由于在零件加工的第一步是铣零件的平面，由此对装夹提出了很高的要求，第一步加工底面是为了确保其他工序基准的基础。由底面作为基准而选择其他零件的定位几转。而且在装配时，零件的底面不平整也会影响装配的过程。所以在铣床上加工时，一定要用辅助装置把零件固定住，而且还应有平行。这样加工起来就比较方面准确。还有，当加工零件上的双孔时，一定要注意俩孔的圆心；由于是先加工一边然后加工另一边，所以对圆孔的圆度不是很容易把握，因此在装夹过程中一定要注意工件在装夹中保持同心度，在铣镗床上用基本的装夹就能满足。 ( 3 )分析毛坯的变形、余量大小及均匀性由于工件在加工中很难避免零件在加工中不变形的从零件图纸上看，由于零件的材料为铸件，铸件的抗变形的能力是比较强的。但是零件的脆性比较大。所以应在加工时注意这一点，应对零件的变形作一定的保护措施。零件的余量不是太大，因为零件是铸件铸造出来的，加工余量并不是很大，故余量可以不做重点考虑。还有就是在镗孔时，一定要注意孔的变形和俩孔的同轴度。由于俩个孔是分别加工的，同轴度不是很容易保持，所以在加工时一定要定好零件的位置，使在加工中精度控制在零件需要的范围。 工艺规程的制订2.数控加工工艺分析2.1零件介绍本次设计的是机床的支座，该零件材料为HT200，毛坯为铸件，该零件由结合面（基准A面），结合面（基准B面）两端面（E，F平面），轴孔（100K7，130，105，90J7，120，68J7，115）。锥销孔2-8，30* 10的阶梯孔，3-M6-7H深20的螺纹孔。螺纹孔3-M6-7H（在两端面上）等表面组成，加工表面较多且都为平面和各种孔加工要求比较高，适合用铣削加工。2.2数控加工工艺的合理性分析在科学技术飞速发展的今天，许多现代化的机械产品，如飞机，汽车，轮船等有许多零件是复杂的，普通机床难以加工的，要求的精度也达到人们预期的数值。如果采用自动车床，虽然也能达到对加工过程实行自动控制的目的，但其控制方式是通过预先配置的凸轮，挡块或靠模来实现的，而数控铣床是根据零件和工序卡的要求，在加工过程中不断改变刀具与工件的相对运动轨迹和加工参数（位置，速度等），使刀具对工件进行铣削加工，从而得到所需要的合格零件，并且数控机床可以一次装夹中可以完成大部分工序内容甚至全部，而普通机床却需几次装夹才能完成。对于要求复杂的零件采用计算机自动编程，提高生产效率，简化工序，从而完成对特殊零件的加工。数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种手段和技术手段的综合，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生，发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。2.3 数控加工工艺的特点2.3.1 数控加工的一般特点数控技术史现代制造技术的基础，它的广泛应用，使普通机械被数控机械所代替。由于数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、设备使用高，具有机电结合和多学科技术结合等特点，已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化的重要标志，被世界世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为当代国际间科技竞争的重点，数控加工的发展对现代制造业的影响是多方面的和重大的，使数控加工相应形成了以下特点：（1） 数控加工工艺内容要求具体、详细；（2） 数控加工工艺要求更严格、精确；（3） 制定数控加工工艺要求进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算；（4） 制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响；（5） 制定数控加工工艺选择切削用量时要特别强调刀具选择的重要性；（6） 数控加工程序的编写，检验和修改是数控加工工艺的一项特殊内。2.3.2数控加工工艺的特殊要求（1） 由于数控机床较普通机床的刚度好，所配的刀具也较好。而在同等情况下，所采用的切削用量通常比普通机床大，加工效率也较高，因此，选择切削用量时要充分考虑这些特点；（2） 由于数控机床的功能复合化程度越来越高，因此，工序相对集中是现代数控加工工艺的特点，明显表现为工序数目少、工序内容多，并且由于在数控加工的工序内容要比普通机床加工的工序内容复杂；（3） 由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式，要特别注意刀具与夹具，工件的干涉问题。2.4零件的工艺性分析当选择并决定某个零件进行数控加工后，并不等于要把它所有的加工内容都包下来，而可能只是对其中某一部分进行数控加工，因此必须对零件图纸进行认真的工艺性分析，确定那些是最适合，最需要进行数控加工的内容和工序。在选择并做出决定时，应结合本单位的实际，立足于解决难题，攻克关键和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势，具体选择时，一般可按下列顺序考虑： （1） 通用机床无法加工的内容应作为首先选择内容1）由轮廓曲线构成的回转表面2）具有微小尺寸要求的结构表面3）同一表面采用多种设计要求的结构4）表面间有严格几何关系要求的表面 （2） 通用机床难加工质量难以保证的内容应作为重点选择内容1）表面间有样位置精度要求但在普通机床上无法一次安装加工的表面 2）表面粗糙度要求很严的锥面，曲面，端面等 （3） 通用机床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容可在数控机床上存在富余能力的基础上进行选择，一般不宜选择采用数控加工1） 需要通过较长时间占机调整的加工内容2） 不能在一次安装中加工完成的其他零星部位，采用数控加很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量，现场生产条件，生产周期等情况。1零件图样的具体工艺分析(1) 结构分析由图纸可知,该零件的加工轮廓由圆和孔,平面,直线构成。形状复杂,加工,检验都较困难,除粗铣平面和划线钳工工艺,其余的孔均需要镗床和钻床完成。(2) 精度分析该零件的底面尺寸公差为0.2 mm其余尺寸公差为IT4级,平面粗糙度不同,表面孔为R3.2um,平面为1.6um,比较不容易加工。加工时起定位的两孔处不宜加工和装夹,而还有中间的横梁之间不处理好会影响整个零件的整体尺寸还有两孔的加工,所以对装夹方式的确定有严格的要求,不能产生振动,处理不好可能会导致其壁厚公差及表面粗糙度难以达到要求。(3) 毛坯余量分析支座的材料为HT200,毛坯为铸件,形状与零件相似,各处均有单边加工2.5mm(毛坯图略)。零件加工后各处厚薄尺寸相差不大,只是孔和起固定孔处的加工。尤其是孔的加工,在镗孔过程中都会产生较大的变形,所以应特别的注意,和起固定四个孔的对称。(4) 结构工艺性分析该零件被加工轮廓表面最大高度为H=50-20=30mm转接圆弧为R3,R3略大于0.2H,故该处的铣削工艺性尚可。零件的圆角为R3到R5不统一,另外,加工列表曲线轮廓的铣刀底圆半径应尽可能小,故需要多把不同底圆角半径的铣刀。(5) 定位基准分析该零件只有底面及100mm孔(铣平面)可作定位基准。根据上述分析针对提出的主要问题(变形及定位孔的加工)采取如下工艺措施。1）设定定板加工,对工件的定位和加紧。2）安排粗精加工及钳工矫形。3）采取平面铣刀尽可能一次铣完。4）镗孔尽可能安排到最好,有利于提高钢性防止推动。5）在毛坯中间对称轴线外增加了凸面,应解决缺少的定位基准。2.5数控加工工艺过程的拟定2.5.1根据前述的工艺措施,制定支座加工主要工艺过程:1）钳工:对零件底面和零件的划线。2）数控铣床:铣底平面。3）钳工:对底面进行刮研。4）钳工:对孔加工划线。5）普通镗床:粗精镗零件支座孔。6）普通钻床:对支座上的孔表面上钻孔。7）钳工:对钻的孔攻丝。8）数控铣床:用平铣铣槽。9）钳工工序2.5.2工步顺序安排的一般原则1）先粗后精2）先近后远3）内外交叉4）保证工件加工刚度原则5）同把刀具加工内容连续加工原则2.6进给路线的确定进给路线是指数控机床加工过程中刀具相对于零件的运动轨迹和方向，也称走刀路线。它泛指刀具从对刀点开始运动起，直至返回该点并结束加工工序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程，它不仅反映出工步的内容，也反映出工步顺序。2.6.1确定进给路线的主要原则1）首先按已定工步顺序确定各加工进给路线的顺序。2）所定进给路线应能保证工件轮廓表面加工后的精度和粗糙度要求。3）寻求最短加工路线，减少走刀时间以提高加工效率。4）要选择工件在加工时变形小的路线，对横截面积小的细长零件或薄壁零件采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去余量法安排进给路线。确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，这主要是精加工切削过程的进给路线基本上都是沿零件轮廓顺序进行的2.7 工件的装夹2.7.1 定位基准选择的一般原则1) 基准重合原则 应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。这称为基准重合原则。在对加工面位置尺寸有决定作用的工序中，特别适合是当位置公差要求很小的时候，一般不应违反这一原则。因为违反了这一原则就必然会产生基准不重合误差，增大加工难度。2) 基准统一原则当工件以某一精基准定位，可以比较方便地加工大多数（或所有）其他表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精基准加工其他表面。这称之为统一基准原则。采用统一基准原则可以简化夹具设计，可以减少工件搬动和翻转次数，在自动化生产中有广泛应用。 3) 便于装夹原则所选择的精基准，应能保证定位基准可靠，夹紧机构简单，操作方便。这称为便于装夹原则。 便于对刀原则在设计工序基准时主要应考虑如下3个方面的问题。首先考虑选设计基准为工序基准，避免基准不重合所造成的误差；若不能选设计基准为工序基准，则必须保证零件设计尺寸的技术要求；所选工序基准应尽可能用于定位，即为定位基准，并用于工序尺寸检查。2.7.2 工件定位方案如前所述,在数控铣削加工工序中,选择底面100mm孔位置对支座上两处的孔为定位基准。夹具定位元件为一面两销,在先铣底面上,应选择压板进行装夹,不易产生振动。为了保证底面的精度,需另加辅助夹紧装置,避免工件松动。2.8切削用量的确定2.8.1背吃刀量和侧吃的确定从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。由于吃刀量对刀具耐用度的影响最小，背吃刀量和侧吃刀量的确定主要根据机床、夹具、刀具、工件的刚度和被加工零件的精度要求来决定的。如果零件精度要求不高，在工艺系统刚度允许的情况下，最好一次切净加工余量，即或等于加工余量，以提高加工效率；如果零件精度要求高，为保证表面粗糙度和精度，采用多次走刀。2.8.2主轴转速的确定1)主轴转速主轴转速n（r/min）要根据允许的切削速度（m/min）来确定： n= 式中： d铣刀直径，单位mm 切削速度，单位m/mi主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中。从理论上讲，的值越大越好，因为这不仅可以提高生产效率，而且可以避开生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙值。2.8.3进给速度的确定进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离（单位为mm/min）。有些数控铣床规定可以选用进给量（单位为mm/z）表示进给速度。1) 确定进给速度的原则当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产率，可选择较高（2000mm/min以下）的进给速度。 镗孔，铣削车削或精车削时，宜选择较低的进给速度。 刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。进给速度应与主轴转速和背吃刀量相适应。 2) 进给速度的计算切削进给速度F是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。它与铣刀转速n、铣刀齿数z及每齿进给量（mm/z）的关系为： F=式中：F-每齿进给量的选取（mm/z）。 z-铣刀齿数。 n-铣刀转速，单位为r/min式中的进给量，粗车时一般取为0.12-0.20mm/z，精车时常取0.02-0.3mm/z。2.9加工刀具的选择2.9.1选择数控刀具通常应考虑的因素随着机床种类、型号、工件材料的不同以及其他因素而得到的加工效果是不相同的，选择刀具应考虑的因素归纳起来应为：1) 被加工工件的材料及性能2) 切削工艺的类别3) 被加工件的几何形状、零件精度、加工余量等因素4) 要求刀具能承受的背吃刀量、进给速度、切削速度等切削参数5) 其他因素，如生产现场的实际状况（操作间断时间、振动、电力波动或突出中断）。 总结总 结本次毕业设计中我通过认真仔细地分析了零件图纸，熟悉产品的用途，性能及工作条件明确零件在产品中的位置和功用,找出主要技术要求与技术关键,以便保证在制订工艺规程时采取适当的措施。本次毕业设计使我能综合运用机械制造工艺学和数控加工工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（YP2A1G机床的支座）的工艺规程的能力，达到了本次设计学以致用的目的。在本次设计中也是熟悉和运用相关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为未来从事的工作打下良好的基础。 致谢致 谢 参考文献参 考 文 献 1 田坤:数控机床与编程 M,华中科技大学出版社 2001年9月第1版 2 赵长明,刘万菊.数控加工工艺及设备 M,高等教育出版社 2003年10月第3版 3 王永章,杜君文,程国全.数控技术 M,高等教育出版社 2001年12月第1版 4 李华:机械制造技术 M,高等教育出版社 2005年1月第2版 5 孟少农：机械加工工艺手册 M第一卷，机械工业出版社 1996年11月第1版 6 孟少农：机械加工工艺手册M第二卷，机械工业出版社 1996年11月第1版 7 金属机械加工工艺人员手册修订组，金属机械加工工艺人员手册M，上海科技出版社 1981年10月第2版 8 张耀宸：机械加工工艺设计手册M，航空工业出版社 1987年12月第1版 9 张龙勋:机械制造工艺学 M,机械工业出版社 10 吴宗泽:机械设计手册 M,机械工业出版社