工艺夹具毕业设计103座板的机械加工制造

1 常 州 机 电 职 业 技 术 学 院 毕业设计（论文）说明书 作 者： 龚胜利 学 号： 05312017 系 部： 机 械 工 程 系 专 业： 机械制造与自动化 题 目： 座板的机械加工制造 -编制机械加工工艺以及典型工序工装夹具方案的设计 指导者： 张 江 华 老师 评阅者： 张 江 华 老师 2008 年 01 月 10 日 2 毕业设计（论文）中文摘要 学生学完了 机械 专业课程后，对学生综合应用学科的知识与技能，分析与解决工程问题能力有一个综合的检验。通过该毕业设计，使学生达到以下目的：掌握编制零件机械加工工艺规程的方法，能合理的编制数控加工工艺 ，设计工装夹具 。 关键词：二维图形 机械 加工工艺 3 毕业设计（论文）英文摘要 ABSTRACT： After the student study numerical control special course , synthesized the application discipline to the student the knowledge and the skill , the analysis and solution project question ability has a comprehensive examination .Through this graduation project , enables the student to achieve following goal : The grasping establishment components machine-finishing technological process method , can the reasonable establishment numerical control processing craft. Key word : Two-dimensional graph Numerical control processing craft 4 目 录 1 绪 论 6 1.1 概 述 8 2 机械加工工艺 10 2.1 机械加工工艺过程的基本概念 10 2.2 数控加工零件的工艺性分析 12 2.3 设计图纸的分析制定加工工艺规程 13 3 零件图形的工艺性分析 17 3.1 零件图工艺分析 17 3.2 选择加工方法 18 3.3 确定装夹方案 19 3.4 确定加工顺序及走刀路线 20 3.5 刀具选择 24 3.6 切削用量的选择 24 3.7 拟定数控铣削加工工序卡片 25 3.8 量具以辅助工具的选择 25 3.9 热处理安排 25 3.10 辅助工序的安排 26 4 . 数控加工程序 27 5. 心得体会 31 6. 致谢 32 7. 参考文献 34 5 附表 1 机械加工工艺过程卡片 36 附表 2 数控加工 工序卡 37 附表 3 数控加工工序卡 38 附表 4 数控加工进给路线图 40 附表 5 数控加工进给路线图 41 附表 6 数控加工进给路线图 42 附表 7 数控加工进给路线图 43 附表 8 数控加工进给路线图 44 6 绪 论 通过该毕业设计，使 学生达到以下目的：初步掌 握编制机械加工工艺规程的方法，学会查阅有关资料，能合理的编制机械 加工工艺、机械 加工工序卡片、 机械 加工刀序卡片等工艺文件，能合理的确定加工工序的定位与夹紧方案。 能 使用 CAD 正确绘制机械零件的二维图形，能使用 UG 或MASTERCAM 软件绘制零件的三维图，提高结构设计能力。 学生应该在指导老师的指导之下能够独立的完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。学生在毕业设计工作中，应该综合运用多学科的理论知识与实际操作技能，分析与解决设计任务书中的相关问题。在毕业设 计中，应综合运用 机械 加工刀具和 机械 工艺、 工装夹具的 设计等专业知识来分析与解决毕业设计中的相关问题。 学生应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。 机械 加工工艺是机械制造工艺与装备中的重要环节，对机械加工工艺规程、 机械 加工工艺和夹具结构进一步了解的练习性的教学环节，是学习深化与升华的重要过程，是对学生 综合素质与工程实践的能力培养。 7 通过毕业设计，学生应能树立正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工作设计中，应能树立正确的工程意识与经济意识，树立正确的生产观点、经济观点与全局观点。 8 1.1 概 述 1 原始资料的阐明与分析 1.1.1 目的 通过该毕业设计，使学生达到以下目的：初步掌握编制机械加工工艺规程的方法，学会查阅有关资料；合理的编制 机械 加工工艺。 1.1.2 毕业设计的课题任务和要求： 主要任务 学生应在指导老师知道下独立完 成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。 课题要求 根据已给课题的零件图 （ 1）编制零件机械加工工艺规程 （ 2）编制 机械 加工工艺 （ 3）绘制零件的二维图 知识要求 学生在毕业设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决毕业设计任务中实际相关问题 能力要求 学生应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工、整理和正确使用工具书；培养学生 查阅资料的能力。 掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力。 9 综合素质要求 通 过课题设计，学生应能树立正确的设计思想；培养学生严谨认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工作设计中，应能树立正确的工程意识与经济意识，树立正确的生产观点。毕业设计涉及运用的学科较广，是对自己三年的学习综合运用各科知识的基本能力的锻炼。 第二章 机 械 加 工 工 艺 内容提要 在机 床上加 工零件时，要把工件在各机床上的夹具设计出来 ，其目的是以最合理或较 方便 的操作方法完成加工任务。 本章旨在从工程实际应用的角度，介绍数控机床加工工艺所涉及的基础知识 和基本原则，了解机械加工工艺过程的基本概念；了解 机械 加工工艺的基本特点、主要内容和工艺文件；掌握 机械加工工艺分析方法；掌握 机械 加工工艺工序设计及工艺卡片编写的原则。 2.1 机械加工工艺过程的基本概念 工艺过程 工艺过程是指生产过程中直接改变生产对象的形象、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。如毛坯制造、 10 机械加工、热处理、装配等过程均为工艺过程。 机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成，而工序又可分为安装、工位和行程。 工序 一个或一组工人，在一个 工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。工序是组成工艺过程的基本单位，也是生产计划是基本单元。 安装 安装是指工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置（即定位），然后夹紧的过程。在一个工序中，工件可能安装一次，也可能需要安装几次。 工步 在加工表面（或装配是的连接面）和加工（或装配）工具都不变的情况下，所连续完成的那一部分称为工步。一个工步可以包括一个或多个 工步 。划分工步的依据是加工表面和工具是否变化。 进给 进给也称走刀。在一个工步中，由于余量较大或其他原因，需要用同一 把刀具对同一表面进行多次切削，这样，刀具对工件每切削一次称为一次进给。 生产纲领、生产类型及工艺特征 各种机械产品的结构、技术要求不同，但其制造工艺则存在 11 着很多共同的特征。这些共同是特征取决于企业的生产类型，而生产类型又由生产纲领决定。 生产纲领 生产纲领是指企业在计划内应当生产的产品产量和进度计划。计划期定为一年，所以生产纲领也称年产量。 生产类型 根据生产纲领的大小和产品品种的多少，一般生产类型分为单件生产、 小批量 生产和 大 批 大量 生产。 单件生产时用划线的方法找正定位加工效率不高，当成批大量生产 时就需设计专用夹具来进行定位与夹紧，既方便又减轻了工人的劳动强度， 又提高了零件的加工精度。 2.2 机械 加工零件的工艺性分析 工艺分析是对工件进行 机械加工的前期工艺准备工作， 机床加工中所有工步的刀具选择、走刀轨迹、切削用量、加工余量等都要预先确定好 。一个好的工艺员对 各种 机床的性能、特点和应用、切削规范和标准工具等要非常熟悉，否则就无法做到全面、周到地考虑加工的全过程，并正确、合理地 设计工装夹具 。 机械 加工工艺分析涉及内容很多，在此仅从 机械 加工的必要性、可能性与方便性及毛坯是选择方面加以分析。 2.3 设 计图纸的分析制定加工工艺规程 12 2.3.1 生产类型 大批大量 加工 2.3.2 零件图的工艺分析： 如附图 1 所示所加工零件是箱体类零件，结构形状较 简单 ，加工批量是 大批大量生产 ，下面就该零件的工艺分析过程进行分析。 主 剖 视图 13 俯视图 2.3.3 零件图样分析 1 结构分析：如附图 1 所示零件由 长方体表面、凸台、通孔、螺纹孔、倒斜角 、 型腔 、沉孔 等构成。 2 精度分析：列出加工要求较高面的尺寸、形状、位置等要求 结构 尺寸 形状 位置 20 的孔（共 4 个 ） 20H7 孔 底面 16 的孔（共 2 个） 20 孔 底面 12 的 沉孔（共 3 个） 12 沉孔 底面 M12 螺纹孔（共 8 个） M12 螺纹孔 底面 平面加工精度达 3.2 通过粗精铣可达要求 ,顶部平面和斜面加工精度达 1.6,先铣在粗磨最后精磨可达要求。其余加工精度为 12.6,只要粗铣 14 加工就可以达到要求。 3 毛坯余量分析 工件粗加工的余量为 0.3，半精加工为 0.1，毛坯为 380 270 的铸件。 4 技术要求分析 铸件表面要没有异常凸起或凹陷，铸件不得有气孔和砂眼，铸件要经过 人工 时效处理 5.工 艺性分析 铸件，需要经过铣削、钻孔、绞孔、攻丝等的加工，加工需要 多次装夹，多次翻转，工序繁多。 2.3.4 定位基准选择 在 机械 加工中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准。 底板 类零件的定位较为简单， 加工上平面时 以 底 面 为 粗 基准 ，加工底面时以上平面为精基准，两平面互为基准 。 钻孔时用底面定位，后面靠两点，右边靠一点定位。 2.4 加工设备选择 粗精铣上平面，底面采用升降台式铣床加工。 加工型腔用升降台式铣床加工 4 个 20， 2 16， 3 12 的通孔 和 8 个 M12 的螺纹孔在立式台钻上一次装夹全部钻出。 15 第三章 零件图形的工艺性分析 如图所示加工零件是 底板 类零件，结构形状 简单 ，其外部轮廓尺寸已经由前道工序加工完成，本工序的任务是在 转床 上完成孔与攻丝的加工。零件材料为铸铁 HT15-33，其 机械 加工工艺分析如下。 3.1 零件图工艺分析 该零件主要由平面、外轮廓以及孔组成，其中 20（ 底面 共 4个）、 16（ 底面 共 2 个）、 12（ 底面 共 3 个）的孔的表面粗糙度要求 很 高。顶部的表面粗糙度均为 Ra1.6。 低部和中 部粗糙度Ra3.2,型腔加工精度要达 Ra1.6,该零件材料为铸铁，切削加工性能较好。 根据上述分析， 加工 底部和 中部平面时要先粗铣再精铣 ,在加工粗糙度为 Ra1.6 的 20（底面共 4 个）、 16（底面共 2 个）、12（底面共 3 个）先钻孔，再绞孔两 个步骤进行，以保证表面粗糙度要求。 在加工型腔时要先粗铣 ,再半精铣 ,最后精铣。 零件图 16 所选机床： X6132, Z5125,M1432A 3.2 选择加工方法 （ 1）在工件表面粗糙度值要求为 Ra3.2 m 时，如果圆周铣削的加工余量小于 6mm， 先 粗铣一次 再精铣 进给就可以达到要求，但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可 多次粗铣最后精铣 进给完成。 （ 3）在工件表面粗糙度值要求为 Ra0.83.2 m 时，可分粗铣， 粗 磨 ，精 磨三步进行。 粗 磨 时背吃刀量或侧吃刀量取 1.52mm精 磨 时圆周铣侧吃刀量取 0.30.5mm，面 磨 背吃刀量取 0.51mm （ 4）孔加工方法的选择。 用专用夹具安装钻孔 . 17 3.2 确定加工顺序 按照“基面先行，先面后 孔，先粗后精”的原则确定加工顺序。轮廓加工采用顺铣方式，刀具延长线 方向入与切出，为保证加工精度，粗精加工应 分开。 选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，并注意尽快获得精基准，在选择时如果要求保证工件上某重要表面的加工余量均匀，则应该选择该表面为粗基准；若主要要求保证加工面与不加工面之间的位置要求，则应该选择不加工面作为粗基准；作为粗基准的表面，应该尽量平整光洁，有一定面积，以使工件定位可靠，夹紧方便；粗基准在同一尺寸方向上只能用一次，因为毛坯面粗糙度要求较低，重复使用将会产生较大的误差。 选择精基准时要遵守基准重合原则，即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基 准不重合误差；基准统一原则，应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则；自为基准原则，某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准；互为基准原则，当对工件上两个相互位置要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。 3.3 确定装夹方案 18 根据零件的结构特点， 20（底面共 4 个）、 16（底面共 2个）、 12（底面共 3 个） 的孔 都在底面上 ， 设计专用夹具。加工上平面时用底面定位用台虎钳夹紧，加工下表面时以上表面定位用台虎钳 夹紧 ，加工斜面时用下表面定位用台虎钳夹紧，钻攻螺纹孔先预钻 10 的孔 。 底面 孔的加工： 采用 专用夹具 ，示意图如下： 如图所示，在加工 底面 的孔时，把 夹具颠倒 ， 装上工件 ，用压板压住工件，再用螺栓和螺母加以固定。待此 加工完成，卸下压板 。 工件 平面 的加工： 在加工工件上 平面 的时候，我采用如下的装夹方案： 19 进行水平方向的定位，以 后 面和下面为基准，夹紧 前面 和上面。这样就可以加工 平面 了。 加工工件下平面时，以中部平面定位，夹紧前面和底面。 加工中部定位夹紧与加工顶部一样。 工件型腔的加工 图 20 3.4 刀具选择 顶部采用端铣刀加工，根据侧吃刀量选择端铣刀直径，使铣刀工作时有合理的切入，切出角，且铣刀直径应量包括工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。 底 部采用立铣刀加工，铣刀半径只受轮廓最小曲率半径限制。 60 的端铣刀。 孔加工各工步的刀具直径根据加工余量和孔径确定。 孔的刀具卡片 14 的中心钻 10 钻头 M12 丝锥 10 钻头 12 绞刀 15 钻头 16 绞刀 19 钻头 20 绞刀 3.5 切削用量的选择 该零件材料切削性能好，铣削平面时，留 0.5mm 精加工余量，孔加工锪孔余量留 0.3mm。 选择主轴转速与进给速度时，选查切削用量手册、确定切削速度与每齿进给量然后计算主轴转速与进给速度（计算过程从略）。 21 一 制订切削用量时考虑的因素 切削加工生产率 在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素 ap、 f、 v 均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产 率才是合理的。 刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为 v、 f、 ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。 加工表面粗糙度 精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。 二 刀具寿命的选择原则 切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命 和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。 选择刀具寿命时可考虑如下几点： 根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿 22 命应选得比单刃刀具高些。 对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取 15-30min。 对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。 车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具 寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支 M较大时，刀具寿命也应选得低些。 大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。 三 切削用量制定的步骤 背吃刀量的选择 进给量的选择 切削速度的确定 校验机床功率 四 提高切削用量的途径 采用切削性能更好的新型刀具材料； 在保证工件机械性能的前提下，改善工件材料加工性； 改善冷却润滑条件； 改进刀具结构，提高刀具制造质量。 23 该零件材料切削性能好，铣削平面时，留 0.1mm 精加工余 量，孔加工 余量留 0.3mm。 选择主轴转速与进给速度时，选查切 削用量手册、确定切削速度与每齿进给量然后计算主轴转速与进给速度。 计算 如下： （ 1）钻 15mm圆 通 孔选用机床； Z525 型立式钻床 切削用量计算如下 钻孔 15mm f=0.1mm/r v=15m/min ns=1000 158 r/min=319r/min 按机床选取 nw=320r/min 所以实际切削 速度 v=1000wwd n= 8 6801000 m/min=32.025m/min （ 1） 钻 10通孔 选择机床 Z5125 型立式钻床 切削用量计算如下 钻孔 10mm f=0.3mm/r v=16m/min ns=424r/min 按机床选取 nw=545r/min 其他孔可按上述计算公式一一计算出，铣削镗销切削用量可以由切削用量 手册查明，这里将不在赘述。 24 3.7 拟定数控铣削加工工序卡片 为更好的指导编程和加工操作，把该零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入表（见附表）。 3.7 量具以辅助工具的选择 水平仪 测平面 内径百分表 测内径孔 千分尺 测长度 游标卡尺 测型腔长度 3.8 热处理安排 预备热处理 安排在机械加工之前，以改善材料的切削性能及消除内应力为目的，常用方法有退火、正火和调质，为清楚内应力，铸件需要进行回火。 去处内应力热处理 主要是消除毛坯制造或工件加工过程中产生的残余应力 ，一般安排在粗加工之后，精加工之前，常用的方法有人工时效、退 25 火等，如对精度要求不高的零件，一般将消除残余应力的人时效和退火安排在毛坯进入机加工车间之前进行，对精度要求较高的复杂铸件，在机加工过程中通常安排两次时效处理：铸造粗加工时效半精加工时效精加工。对高精度零件，如精密丝杠、精密主轴等，应安排多次消除残余应力热处理，加工一次安排一次，甚至采用冰冷处理以稳定尺寸。 最终热处理 以达到图样规定的零件的强度、硬度和耐性为主要目的，常用的方法有表面淬火、渗碳、渗氮和调质、淬火等，最终热处理应安排 在半精加工之前，磨削加工之前。渗氮处理可以放在半精 磨之后，精磨之前。 另外，对于床身、立柱等铸件，常在粗加工之前及粗加工进行自然时效，以消除内应力。 3.9 辅助工序的安排 辅助加工的种类很多，如检验、去毛刺、倒棱边、清洗、动平衡、涂防锈漆和包装等。辅助工序也是保证产品质量必要的工序，若缺少了辅助工序或辅助工序要求不严格，将会装配工作带来困难，甚至使机器不能使用，其中检验工序是主要的辅助工序，它是监控产品质量的主要措施，除在每道工序的进行中操作着都必须自行检查外，还必须在下列情况下安排单独 的检验工序： 粗加工阶段结束之后 26 重要工序之后 零件从一个车间转到另一个车间时 特种性能（磁力擦伤、密封性等）检验之前 零件全部加工结束之后 其他辅助工序的安排应视具体情况而定。 27 心 得 体 会 在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表 ,设计简单的夹具 。在课程设计工作中，我懂得了应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。 在毕业设计工作中，我还学习了依据课题任务进行资料的调查、收集、加工与整理 和正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。 通过这次毕业设计，我们应能树立正确的设计思想；培养严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工作设计中，更应该树立正确的工程意识与经济意识，树立明确的生产观点、经济观点与全局观点。 在一个多月的毕业设计中，我学到了零件的工艺分析，数控机床的选用，零件工艺方案设计，、加工余量、切削用量、机床夹具的选择 ,设计 等内容。 最终完成零件的机械加工工艺过程卡片、 机械 加工工艺卡片、工件的定位和夹紧方案、夹具设计 草图、 机械刀具卡片 。并且在学习以上知识的同时也练习了 CAD、 UG等知识，既完成了课程，又对以往学习是知识进行了完整的复习，可以说是一举多得，大大提高了我的专业水平，培养了我掌握有关工程设计的程序，方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养我掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼我分析与解决工程实际问题的能力，给我树立正确的设计思想和培养我严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。 在过几个月我即将踏 上工作岗位，这次学习正好为我的将来打下坚实的基础，让我更好的适应工作环境，同时也锻炼了我坚忍不拔、迎难而上的精神，锻 28 炼了我发现问题、解决问题的能力，是我的专业知识和水平更加完善。 我将发扬实习期间的能力和精神，成为社会有用的人才，为自己开创美好的未来。 29 致 谢 经过老师同学的大力帮助和我不懈的努力，我的毕业设计终于得以圆满结束。在此我谨代表个人对曾经帮助过我的人说声：谢谢！ 本篇论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引和赠予，没有父母和朋友 的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符时，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢我的毕业设计老师张江华先生，他对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次详细解释和悉心指点，从选题到各步骤的具体内容他都不厌其烦地为我讲解。在查阅相关专业资料时得到专业老师的指导和帮助，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。 我的这篇毕业设计大体可以分为：一、课题的选择；二、零件图的绘制；三、工装夹具的设计绘制 ；四、流程卡片的制作；五、工序卡片的制作。 其中第五步的工序卡片的制作分为： 1 夹具的设定 ， 2 相关刀具的选择， 3 切削用量的制定，4 工步的设定。在课题的选择中张江华老师根据我个人的情况，替我量身订做了一个课题，在此我衷心地感谢他。在零件图的绘制过程中，我的班主任 陶波 老师给予我极大的帮助。我是用 UG 软件来绘制零件图的，我曾不止一次地去向 陶 老师请教绘图中遇到的难题， 陶 老师每次都不厌其烦地