【杠杆的数控加工工艺设计6500字（论文）】

杠杆的数控加工工艺设计TOC\o"1-3"\h\u23878第一章绪论 第一章绪论杠杆是某种机器中传递力的重要零件，且数控机床的应用极其广泛，在加工零件一个或多个零件时，机床的应用不可或缺。数控机床与普通机床相比，其区别主要是自动化程度高，它可以根据所输入的程序自动加工零件，大程度的减少了劳动力，再就是其尤其适合加工高精度、小批量的零件，而普通机床主要是以人力手工加工零件。数控机床的优势相对于普通机床更多，但都是以一定的条件作为先行条件的，所以也无法完全的替代普通机床。合理的加工程序不仅可以满足零件加工要求，也可以充分发挥出数控机床的优势，使零件在数控机床加工过程中更安全，效率更高的工作。夹具是机床和加工工件之间的连接，正确的夹具设计可以使工件更加可靠快速地夹紧并定位，这样就大大缩减了工件的加工时间。本课题的工装设计要求其夹具能方便的使用、定位精准和夹紧，在满足生产要求和加工要求的前提下，减低工件的加工成本。第二章零件工艺规程设计2.1零件图分析本次课题所加工的零件为杠杆，杠杆的零件图如下所示。图2-SEQ图\*ARABIC\s21杠杆零件图通过分析零件图，该零件为等臂杠杆，其主要的加工内容是圆柱上下表面和孔。左右两臂Φ30圆柱的上下两表面各有Φ8的孔，其上下表面的表面粗糙度要求为Ra12.5，中间是Φ40的圆柱以及前端高度为20的台阶，台阶为Φ25，表面粗糙度为Ra12.5，中间圆柱面上为Φ25的通孔，且粗糙度要求为Ra1.6，要求加工时圆柱体的垂直度公差为0.05，前端台阶上为Φ10的通孔，表面粗糙度为Ra0.8，要求加工时孔与孔之间的平行度公差为0.012，所以最好在一次装夹中同时加工Φ25H7和2xΦ8h7的通孔，在装夹加工时综合考虑实际因素，合理选择装夹方式，降低了加工成本，缩短了加工时间。结合加工要求和零件分析，该零件结构简单但因为形状不规则，没有合适的通用夹具，所以在铣削之前我们需要设计特殊的紧固件、定位件，完成夹具设计，这样在进行加工时可以有效缩短加工时间和装夹时间，降低成本。2.2零件加工工艺的分析2.2.1毛坯的选择毛坯对于零件的质量、性能、生产效率和经济性都有着很大的影响，所以正确的选择毛坯是重要的任务。毛坯成型的方法主要有铸件、锻造件、焊接件、型材等种类。此次设计，零件虽然对于精度有所要求，但对于整体而言，整体尺寸要求不高，且在后期加工中，也完全可以使其达到要求。查阅相关资料后，确定铸造毛坯尺寸为198×83×66，为满足各项要求，我们选择毛坯为45#钢，铸造成型，生产类型为中等批量生产。2.2.2精基准的选择在零件的加工过程中,零件加工质量的好坏取决于定位基准是否合理，基准可以保证对于零件的尺寸精度和相对位置的要求，也对加工工序的安排起到一定程度的影响，所以每当我们使用夹具安装工件进行机械加工时，定位基准的选择十分重要。对于精基准的确定，我们主要遵循以下几个原则：1、基准重合原则：选取被加工的表面作为精基准。2、基准统一原则：应该尽量保证同一组精基准加工工件时尽可能多的加工需要加工的表面，这样也可以保证加工表面的相对位置。3、便于装夹原则：所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠、夹紧机构简单，操作方便。本次设计零件的加工表面要求较高，并且零件加工各个位置存在很多位置精度要求，本次课题的加工表面具有许多位置的精度要求，所以更应该遵循基准统一原则和重合原则。通过分析零件图可知，Φ40的圆柱体为装配基准，其定位稳定，易于加工，且加工其他孔时也可以作为基准，所以选择其作为精基准很符合我们的要求。2.2.3制定工艺路线通过分析零件图，发现本次设计零件可分为两部分：平面和孔。所以可以把零件分为以下几个部分顺序加工，例如Φ40的顶面，我们可以将其分为Φ40的圆环顶面、40X48的矩形和Φ25的圆环进行铣平面的加工，如图2-2所示。完成平面铣削后，再顺序加工孔。图2-2Φ40顶面加工的分解根据各铣削平面的条件要求，编制的加工方法如下:Φ30的表面，即前端厚度为15mm的上表面和下表面，因为后续还需装夹，所以先粗铣。Φ40的顶面为先粗铣表面后半精铣表面，下表面为先粗铣表面后精铣表面。加工孔时我们遵循先钻孔后钻孔最后铰孔的方法，依次加工2XΦ8和Φ25的孔，因为Φ10孔的精度要求不高，所以不需要进行铰孔工序，只需要钻孔之后扩孔即可。通过分析零件图可知，除了基准平面上的圆与杠杆臂上的两个圆具有平行度要求，且精度要求相对较高，为了保证位置，根据加工要求，应在同一工序中同时加工，遵循了工艺集中的原则，保证了被加工零件的位置精度。加工杠杆时，应遵守先面后孔、先粗后精、先主要面后次要面的铣削加工原则，所以先对Φ40的顶面和底面进行粗加工和精加工，再对Φ25的孔进行钻孔加工，然后对厚度为15mm的左右两个圆环的左下表面和右上表面进行粗加工，最后加工出2×Φ8和Φ10的孔，具体加工方案如表2-1所示。表2-1加工方案序号加工内容1铸造毛坯2时效4粗铣Φ40顶面和底面5半精铣Φ40底面6钻、扩、铰Φ25孔7铣Φ30表面即厚度为15mm的左下表面和右上表面8钻、扩、铰2×Φ8孔，钻、扩Φ10孔9去毛刺，修锐边2.2.4面加工余量的确定为保证零件的精度，在铸造时应留出加工余量，以保证在切削后达到要求，查阅相关资料可得，该零件的加工精度可确定为IT13。通过图上所标注的表面粗糙度，可确定加工余量，如图表2-2所示。表2-2表面加工余量待加工表面工序余量/mm工序尺寸及公差/mm表面粗糙度ap/μm总粗精粗精粗精Φ40顶面3.02.30.755.412.5Φ40底面3.02.30.755.455.412.56.3Φ30左下表面3.02.30.758.712.5Φ30右下表面3.02.30.711.712.52.3选择加工设备及工艺装备数控铣床统一选择XK714D数控铣床，实现铣、钻一体化。通过加工工序可知，大致可以分为平面的粗铣、半精铣、精铣，孔的铰孔、钻孔、镗孔。在平面的铣削中需要采用Φ12的立铣刀，V形块定位以及各类测量工具（如游标卡尺），在Φ25孔的铣削中，首先采用Φ23的钻头钻孔确定加工位置，再用Φ24的铰刀扩孔，最后利用Φ25的铰刀镗孔。2XΦ8孔的铣削中，采用Φ7.8的钻头、Φ7.9的铰刀及Φ8的铰刀。Φ10孔的铣削中采用9.7的铰刀、Φ9.9的铰刀及Φ10的铰刀.其孔的加工中钻头都选用锥柄麻花钻，铰刀选用机器用锥柄铰刀，专用夹具以及各类测量工具。表2-3杠杆加工编程刀具卡产品名称或代号零件名称杠杆零件图号工序号刀具编号刀具型号规格数量材料主要加工面15、25T01Φ20立铣刀1高速钢粗铣Φ40顶面与底面，Φ30左上表面与右下表面35T02Φ23钻头1高速钢加工Φ25通孔35T03Φ24铰刀1高速钢加工Φ25通孔35T04Φ25铰刀1高速钢加工Φ25通孔55T05Φ7.8钻头1高速钢加工Φ8通孔55T06Φ7.9铰刀1高速钢加工Φ8通孔55T07Φ8钻头1高速钢加工Φ8通孔55T08Φ9.7铰刀1高速钢加工Φ10通孔55T09Φ9.9铰刀1高速钢加工Φ10通孔55T10Φ10铰刀1高速钢加工Φ10通孔编制审核批准共1页第1页2.4铣削用量的选择2.4.1切削量的确定机床、零件和刀具的材料选择可以确定背吃刀量的多少，通常在被加工零件的加工余量小于5mm时一次加工完成，若大于6mm则选择多次走刀切削。ap=12(d其中apdwdm2.4.2进给量的选择进给量指的是铣削时铣刀相对于工件在加工方向上的单位移动量。其表达方式有三种：每分钟进给量、每齿进给量以及没转进给量。本文主要选择每分钟进给量（mm/min）。每分钟进给量指的是铣刀在加工过程中每分钟向加工方向进给的长度，每齿进给量指的是铣刀在转动一个单位齿数时，铣刀向工件被加工方向的长度，每转进给量是指铣刀在转动后向被加工方向进给的长度，其关系式可表达为：Vf其中，Vff——每转进给速度,mm/rfzn——主轴转速（1）铣平面进给量的选择在粗铣Φ40顶面和底面时，查铣削加工速查手册，可选取0.02mm/r为每齿进给量fz。半精铣Φ40底面，选取f为0.03mm/r（2）钻孔进给量的选择钻Φ25孔时，取f=0.25mm/r、扩Φ25的孔时，取f=0.75mm/r、铰Φ25的孔时,取f=1mm/r。钻Φ10孔时，取f=0.15mm/r、粗铰Φ10孔时，取f=0.5mm/r、精铰Φ10孔时，取f=0.4mm/r。2.4.3铣削速度的确定铣削速度是指主运动中铣削刀刃上选定点的线速度，即铣刀最大直径处的线速度。Vc式中，Vc——铣削速度，m/min；d——铣刀直径，mm；n——铣床转速，r/min；（1）粗铣Φ40顶面和底面查阅相关附表，取粗铣时的主轴转速n=150r/min，刀具直径选D为12mm，带入公式(2.3)，计算粗加工时的铣削速度为：v=πd（2）半精细Φ40底面查阅相关附表，取精铣时的主轴转速n=300r/min，刀具直径为12mm，将已知量带入公式(2.3)，计算精加工时的铣削速度为：v=πd（3）钻、扩、铰Φ25孔钻Φ25孔时，根据被加工材料和加工孔径选取此时的铣削速度v=15m/min，根据n=1000vπd，计算得n=207.6r/min。查表得实际n=195r/min由v=πdn/1000计算得扩Φ25孔时，根据被加工材料和加工孔径选此时的铣削速度v=15m/min，由n=1000vπd⇒n=256.8r/min，然后查表得实际n=272r/min。由v=πdn/1000铰Φ25孔时，根据被加工材料和加工孔径选取此时的铣削速度v=20m/min，由n=1000vπd计算得n=63.6r/min然后查表得实际n=97r/min，由公式v=πdn/1000计算得到（4）钻、粗铰、精铰2×Φ8的孔钻2×Φ8孔时，根据被加工材料和加工孔径选取此时的铣削速度v=15m/min,由n=1000vπd推出n=612.4r/min。然后查表得实际n=680r/min由公式v=πdn/1000计算得到粗铰2×Φ8孔时，根据被加工材料和加工孔径选取此时的铣削速度v=2m/min，由n=1000πd推出得n=80r/min。然后查表得实际n=97r/min。由公式v=πdm精铰2×Φ8孔时，根据被加工材料和加工孔径选取此时的铣削速度v=4m/min，由n=1000vπd推出n=195.2r/min。查表得实际n=195r/min再由(5)钻、粗铰、精铰Φ10的孔钻Φ10孔时，根据被加工材料和加工孔径选取此时的铣削速度v=15m/min，由n=1000vπd计算得n=487.4r/min，查表得实际n=545r/min由粗铰Φ10孔时，根据被加工材料和加工孔径选取此时的铣削速度v=2m/min，由n=1000vπd计算得n=63.95r/min，查表得实际n=97r/min由精铰Φ10孔时，根据被加工材料和加工孔径选取此时的铣削速度v=4m/min由n=1000vπd计算得n=127.3r/min，查表得实际n=140r/min由第三章夹具设计3.1夹具的基本概念夹具是指机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置，又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。在机床上为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求。通俗来说，夹具就是连接工件与机床，并在机床上完成工件的装夹工作的。夹具的合适程度直接影响到工件的加工，合理正确的夹具可以降低人工劳动力，缩短加工时间，保证加工精度夹具通常由定位元件、夹紧装置、对刀引导元件、分度装置、连接元件以及夹具体等组成。定位元件是用来确定零件的加工位置，起到了定位、支撑作用。夹紧装置是用来夹紧工件，使其在加工过程中不会偏离正确位置，保证加工精度要求。对刀引导元件是用来引导刀具和工件之间的位置，使其有正确位置，整个元件是利用对刀元件确定工件表面和刀具之间的正确位置，并通过引导元件引导刀具进行加工制造。连接元件是用来连接夹具与机床的，并确定了整个夹具在机床中的位置。夹具体是整个夹具中最重要的部分，主要用来夹紧工件，连接支撑各个元件，使其正确装配成一个整体，并能够使夹具完成工作。其他元件包括分度装置是为了满足夹具体在不同的工作环境及要求下补充的一些部件。3.2夹具的选择夹具的选择至关重要，如果刚度或其他指标达不到要求，再加工过程中就会不可避免的对工件的精度产生影响，所以在夹具的选择中，其必须满足以下几个条件：良好的工艺性、好的生产效率、好的使用性能、保证加工精度、经济性好。本次设计是等臂杠杆，其加工内容主要是Φ40圆柱及前端台阶的上下两表面、左方Φ30圆柱的下表面，右方Φ30圆柱的上表面以及Φ25、2xΦ8、Φ10的通孔。需要达到要求，必须分步完成工件的定位和装夹。3.2.1平面装夹与定位本次设计先需加工Φ40的上下表面以及加工厚度为15mm圆柱的上表面（左方杠杆）和下表面（右方杠杆），夹具设计如图3.1所示。该夹具使用了V形块作为Φ30杠杆的定位元件，限制了工件的6个自由度。在Φ40圆柱体的两侧分别用固定V型块和活动V形块进行定位，再通过两块压板分别对杠杆进行夹紧，考虑到加工平面时杠杆处于悬臂状态，故在悬空侧加装了可调节的辅助支撑。根据参考文献[5]中表6.7，确定V形块材料为20钢，A型固定V形块：活动V形块材料为20钢，A型活动V型块，辅助支撑材料为20钢，圆柱头调节支撑，对刀块材料为20钢，圆形对刀块。加工机床确定为装有FANUC系统的XK714D式立式铣床，刀具为Φ20的硬质合金端铣刀。（1）夹紧方案的确定如下图所示，通过压板与螺栓使杠杆实现夹紧，夹紧力指向主定位面。图3-1夹紧工装图1、活动V形块导杆；2、导向板；3、活动V形块；4、工作台；5、M6螺栓；6、压板；7、螺母；8、M8螺栓；9压板；10、螺母；11、圆柱头辅助支撑；12、调节螺母3.2.2钻孔的定位与装夹（1）加工要求分析通过分析图纸，可得需要钻、扩、铰2×Φ8H7孔，Φ8H7孔和Φ25H7孔的中心距为（84±0.2）mm，且平行度要求为0.012mm。Φ10H7孔和Φ25H9的中心离为48mm，平行度要求为0.012mm。Φ25H9孔与端面垂直度要求为0.05mm。所以机床为XK714D立式铣床可以满足其要求，选择该机床作为加工设备。刀具为通用标准钻孔工具。加工Φ25孔时，用了两个V形块来进行定位限制了四个自由度。在Φ40一侧面采用固定V形块来进行定位，另一侧则采用活动V形块进行定位。此工序一共需要加工三个孔（2×Φ8H7和Φ10H7），在相互成90°（5）定位误差计算分析因为零件定位时基准为底面，且经过平面铣削后，表面平行度已经达到要求，运用六点定位原理也可知自由度已限位，该零件其他要求不高，故不进行误差计算，经过简单分析后，该夹具完全可以胜任工作。3.2.3夹具夹紧力在数控加工中，零件会受到很多力的作用，若只对其进行定位，而没有夹紧元件进行夹紧，那么工件受到的力一定使工件发生偏移，使加工工件达不到生产要求和精度要求。为了保证工件在加工时不会偏移其工作位置，夹紧力就必须达到一定的要求。本次设计采用螺旋压紧机构进行夹紧，压板其一端为铰链，与机架相连，一端利用螺栓进行旋紧。受力简图如下图所示。图3-2螺旋压紧机构受力简图本次设计因为是手动夹紧，要求不高，且选择的加工方式为数控铣床加工，夹紧力与铣削力一致，故不进行详细的夹紧力计算。

第四章结论本次课题先从杠杆零件的加工工艺入手。该零件的加工工艺要求较高，虽然结构较为简单，但是形状较为复杂，所以加工时需要设计专用夹具。在本次课题中，综合考虑到经济性及其他要求，我选用了数控加工中心加工该杠杆，可使成本大大降低。在确定加工方案时，为保证加工零件的工艺要求，如表面粗糙度要求等，尽量的减少误差，尽可能减少装夹次数，并统一基准面，以精基准的定位方式确保零件的加工要求。而且也根据零件的特点，采用设计专用夹具在机