1、毕业设计论文壳体零件的数控加工编程及夹具设计毕业设计说明书专业：班级：姓名：学号：指导老师：二O一一届毕业设计（论文）任务书专业：数控技术 班级：数控 姓名： 学号：一、设计题目(附图)： 壳体 零件机械加工工艺规程制订及第 25 工序工艺装备设计。二、设计条件： l、零件图； 2、生产批量：中批量生产。三、设计内容： 1、零件图分析：l）、零件图工艺性分析（结构工艺性及技术条件分析）；2）、绘制零件图； 2、毛坯选择： 1）、毛坯类型； 2）、余量确定； 3）、毛坯图。 3、机械加工工艺路线确定： 1）、加工方案分析及确定； 2）、基准的选择；3）、绘制加工工艺流程图（确定定位夹紧方案）。
2、4、工艺尺寸及其公差确定： 1）、基准重合时（工序尺寸关系图绘制）； 2）、利用尺寸关系图计算工序尺寸； 3）、基准不重合时（绘制尺寸链图）并计算工序尺寸。 5、设备及其工艺装备确定：6、切削用量及工时定额确定： 确定每道工序切削用量及工时定额。7、工艺文件制订： 1）、编写工艺设计说明书； 2）、填写工艺规程；（工艺过程卡片和工序卡片）8、指定工序机床夹具设计： 1）、工序图分析； 2）、定位方案确定； 3）、定位误差计算； 4）、夹具总装图绘制。 9、刀具、量具没计。（绘制刀具量具工作图）10、某工序数控编程程序设计。四、上交资料（除资料2使用标准A3手写外，其余电子文稿指导教师审核后，打
3、印上交）1、零件机械加工工艺规程制订设计说明书一份；（按统一格式撰写）2、工艺文件一套（含工艺过程卡片、每一道工序的工序卡片，工序附图）； 3、机床夹具设计说明书一份；（按统一格式撰写） 4、夹具总装图一张（打印图纸）；零件图两张以上（A4图纸）； 5、刀量具设计说明书一份；（按统一格式撰写）6、刀具工作图一张（A4图纸）；量具工作图一张（A4图纸）。7、数控编程程序说明书五、起止日期：2010年 月 日一2010年 月 日(共8周)六、指导教师：七、审核批准： 教研室主任： 系主任：年 月 日八、设计评语：九、设计成绩：年 月 日壳体零件的数控加工编程及夹具设计摘 要随着科学技术的发展，数控
4、技术已经广泛运用于工业控制的各个领域，尤其在机械制造业中应用十分广泛。而中国作为一个制造业的大国，掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相当重要的。本文开篇主要介绍了数控技术的现状及其发展的趋势，紧接着对壳体零件的加工工艺做了简要的介绍，使对数控铣削加工工艺有了一个总体的了解。接下来设计零件的夹具、量具、刀具等，最终根据所编写的程序在数控机床上加工出对应的产品。关键词：工艺分析 夹具设计 刀具设计 量具设计 数控编程绪 论数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发
5、展自己的数控技术及其产业。 在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。 现就壳体零件数控铣削加工工艺分析举例。第一章 工艺设计说明书如图1.1所示零件图，图中有看不清之处请参见CAD图纸
6、，根据其要求，对其进行工艺分析，并制定出合理的机械加工工艺过程。图1.1 壳体零件图由图可以看出，该零件的结构主要由平面、孔、型腔及外轮廓组成，其面主要起到接触作用；4个对称孔的作用为螺栓或者螺钉穿透孔；型腔的通常用于装配其他零件用。零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性，以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂
7、，加工难度大，增加不必要的成本。通过零件图的分析得知，该零件的尺寸精度要求有：尺寸30的尺寸精度等级为IT8级、尺寸20的尺寸精度等级为IT8-9级、尺寸5的尺寸精度等级为IT9级，其余未注尺寸精度按IT14加工。位置精度要求有：零件上表面与下表面的平行度要求为0.03mm、型腔台阶面与下表面的平行度要求为0.03mm，其余未注公差按IT14进行控制。表面粗糙度要求有：型腔内壁及台阶面的表面粗糙度为Ra1.6um，其余均为Ra3.2um。零件的结构主要由孔、平面、型腔、外轮廓组成，这些结构在普通机床上难以加工，但在数控机床上属于易加工结构，表面粗糙度在数控机床上也容易保证。毛坯是用来加工各种工
8、件的坯料,毛坯的生产方法主要有:铸造、锻造、焊接、冲压件,以及各种型材也可以用作毛坯。（一）铸件 对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。（二）锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。（三）型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面
9、形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。（四）焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。（五）其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。毛坯图的尺寸都是在零件图尺寸的基础上，加减总加工余量得到毛坯尺寸，毛坯各面的设计基准一般同零件图一致。笔者认为这种设计方法并不合理，这是因为从毛坯尺寸的作用来讲并不要求它和零件图一致，对它提出的要求是:(1
10、)保证它在机械加工时有最均匀合理的粗加工余量：(2)保证非加工面与加工面有最准确的位置及尺寸。根据该零件的图纸要求，可确定该零件的毛坯类型为型材，单边留2.5mm余量，孔系均为实心孔。的确定根据余量，确定该零件的毛坯尺寸为1056520mm，其毛坯零件图如图1.2所示。图1.2 毛坯零件图（1）零件上下两平面 其表面粗糙度为3.2，尺寸精度等级为IT14级。该表面尺寸精度不要求不高，表面粗糙度要求较高，故需要进行粗、精加工。（2）零件外轮廓 其表面粗糙度为3.2，尺寸精度等级为IT14级。该表面尺寸精度等级不高，表面粗糙度较高，故需进行粗、精加工。（3）4-7通孔 其表面粗糙度为3.2，尺寸精
11、度等级为IT14级。该孔的尺寸精度等级不高，表面粗糙度要求一般，而钻削加工无法达到其表面粗糙度，故其加工方法为钻铰。（4）4-10沉孔 其表面粗糙度为3.2，尺寸精度等级为IT14级。该孔的尺寸精度等级不高，表面粗糙度要求一般，由于在钻4-7孔时已经去除了一部分余量，故在加工时只需要进行一次铣削加工即可保证其加工精度。（5）型腔 其表面粗糙度为1.6，尺寸精度等级为IT8-9级。该表面的尺寸精度较高，表面粗糙度也较高，故需要进行粗、精加工，在粗加工时，由于余量较大，故需要分多刀加工。（6）槽 其表面粗糙度为1.6，尺寸精度等级为IT8-9级。该表面的尺寸精度较高，表面粗糙度也较高，故也需要进行
12、粗、精加工。由其表面的加工方法分析，确定其加工顺序初步定为：铣底面钻4-7通孔及4-10沉孔铣外轮廓及上表面铣型腔和槽。定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准，用己加工过的表面作为定位基准称为精加工。除第一道工序用粗基准外，其余工序都应使用精基准。选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求没计基准、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。根据该零件的分析，确定粗基准为：毛坯外边及上下任一底面；精基准为：底面与4-7孔的任意两对角孔。零件加工时，往往不是依次加工完各个表面，而是将各表面的粗、精加工分开
13、进行，为此，一般都将整个工艺过程划分几个加工阶段，这就是在安排加工顺序时所应遵循的工艺过程划分阶段的原则。按加工性质和作用的不同，工艺过程可划分如下几个阶段：（1）粗加工阶段这阶段的主要作用是切去大部分加工余量，为半精加工提供定位基准，因此主要是提高生产率问题。（2）半精加工阶段这阶段的作用是为零件主要表面的精加工作好准备，并完成一些次要表面的加工。（3）精加工阶段对于零件上精度和表面粗糙度要求（精度在IT7级或以上，表面粗糙度在Ra0.8以下）的表面，还要安排精加工阶段。这阶段的主要任务是提高加工表面的各项精度和降低表面粗糙度。根据以上分析，确定该零件的工艺路线如下：05 下料 制造毛坯10
14、56520。10 铣 夹毛坯外边，以毛坯任一底面定位，铣另一表面。15 铣 夹毛坯外边，以上道工序加工的表面定位，钻4-7通孔及4-10沉孔。20 铣 以4-7通孔中的2对角孔定位，另2孔用螺定压紧，铣零件上表面及外轮廓。25 铣 以4-7通孔中的2对角孔定位，压零件上表面，铣型腔及槽。30 钳 去毛刺。35 检验 检验图上各尺寸。40 入库 将合格零件入半成品库，不合格的入废品库。工序号工序内容工序简图10夹毛坯外边，以毛坯任一底面定位，铣另一表面15夹毛坯外边，以上道工序加工的表面定位，钻4-7通孔及4-10沉孔。20以4-7通孔中的2对角孔定位，另2孔用螺定压紧，铣零件上表面及外轮廓。2
15、5以4-7通孔中的2对角孔定位，压零件上表面，铣型腔及槽。每道工序完成后应包子的尺寸成为该工序的工序尺寸。工件上的设计尺寸及其公差是经过各加工工序后得到的。每道工序的工序尺寸都不相同，他们组不向设计尺寸接近。为了最终保证工件的设计要求，各中间工序的工序尺寸及其公差需要计算确定。工序余量确定后，就可计算工序尺寸。工序尺寸及其公差的确定要根据工序基准或定位基准与设计基准是否重合，采取不同的计算方法。工序15尺寸工序余量mm工序尺寸及公差mm表面粗糙度Ra/m粗半精精粗半精精粗半精精4-7孔74-10沉孔10工序25尺寸工序余量mm工序尺寸及公差mm表面粗糙度Ra/m粗半精精粗半精精粗半精精3028
16、228IT14302018218IT1420尺寸链图尺寸计算L=15-5=1015的公差等级为IT14即：15故L的公差为10工序10 该工序只铣平面，工序简单，精度不高，故可选择在普通铣床上加工。工序15 该工序为钻孔，由于需要不同大小的刀具，故选择在数控铣床上加工。工序20 该工序铣平面和外轮廓，在普通机床上无法完成，故选择在数控铣床上加工。工序25 该工序为铣型腔和槽，选择在数控铣床上加工。工序10 该工序可直接选用通用夹具机用平口虎钳装夹。工序15 该工序也可选用组合夹具，以零件底面定位，压零件上表面即可。工序20 该工序需设计专用夹具进行装夹。工序25 该工序也需设计专用夹具进行装夹
17、。根据该零件的工艺特性，确定其刀具如表1-1所示。表1-1 机械加工刀具卡片刀具名称刀具材料刀具规格加工部位可转位面铣刀YT15150mm铣平面中心钻高速钢2mm钻中心孔麻花钻合金7mm钻4-7通孔立铣刀合金10mm铣4-10沉孔立铣刀合金20mm铣外轮廓立铣刀合金16mm粗铣型腔及槽立铣刀合金12mm精铣型腔及槽对于型腔30宽度及槽20宽度可设计专用量具进行测量，各其余尺寸可选择直接选用通用量具游标卡尺或者千分尺进行测量。铣削用量的选择原则是：“在保证加工质量的前提下，充分发挥机床工作效能和刀具切削性能”。在工艺系统刚性所允许的条件下，首先应尽可能选择较大的铣削深度ap和铣削宽度ac；其次选
18、择较大的每齿进给量fz；最后根据所选定的耐用度计算铣削速度vc 。（1）铣削深度ap和铣削宽度ac的选择对于端铣刀，选择吃刀量的原则是：当加工余量8mm，且工艺系统刚度大，机床功率足够时，留出半精铣余量0.52mm以后，应尽可能一次去除多余余量；当余量8mm时，可分两次或多次走刀。铣削宽度和端铣刀直径应保持以下关系：d0=(l.l1.6) ac（mm）对于圆柱铣刀，铣削深度ap应小于铣刀长度，铣削宽度ac的选择原则与端铣刀铣削深度的选择原则相同。（2）进给量的选择每齿进给量fz是衡量铣削加工效率水平的重要指标。粗铣时fz主要受切削力的限制，半精铣和精铣时，fz主要受表面粗糙度限制。表每齿进给量
19、fz的推荐值mm/z工件材料工件硬度HBS硬质合金高速钢面铣刀三面刃铣刀圆柱铣刀立铣刀面铣刀三面刃铣刀低碳钢150150200中、高碳钢120180180220220300灰铸铁150180180220220300可锻铸铁110160160200200240240280含碳量0.3%的合金钢170220220280280320320380工具钢退火状态36HRC46HRC56HRC铝镁合金95100注：表中小值用于精铣，大值用于粗铣(3)铣削速度vc的确定铣削速度的确定可查铣削用量手册，如机械加工工艺手册第l卷等综上所述，该零件的铣削用量请参见机械加工工序卡片。第二章 第25号工序夹具设计说明
20、书该工序加工型腔和槽，其位置精度要求不高，尺寸30及20的尺寸精度较高，设计夹具的目的是为了方便加工，其位置度要求可通过夹具保证，尺寸精度则由刀具及切削参数控制。该零件的定位方案为一面两孔定位。一面为：零件底面；两孔为：4-7的对角孔（左上与右下两孔）。根据定位方案，确定底面用定位块定位，两孔用定位销钉定位，定位销钉可安装在定位块上，其零件图如图2.1、图2.2所示。图2.1 定位块图2.2 定位销钉该工序位置精度要求不高，为IT14级，容易保证，误差可忽略不计。夹紧方案：选择以压板压紧的方式。其元件主要有压板、双头螺栓、球头螺栓、带肩六角螺母等。这些元件均为标准件。第三章 第25号工序刀具设
21、计说明书该工序粗加工余量较大，尺寸精度IT14级即可，刀具需要有一定的刚性，能够切削大的余量。刀具类型为销平型直柄粗加工立铣刀。标准型长型参 考基本尺寸极限尺寸js15基本尺寸极限偏差h8minLminL基本尺寸极限尺寸js16基本尺寸极限尺寸js16齿数1616329263123203564第四章 第25号工序量具设计说明书该工序中的30的尺寸精度为IT8级、尺寸20的尺寸精度等级为IT8-9级、尺寸5的精度等级为IT9级。尺寸5只需要首件测量即可，对于30尺寸及20尺寸需要设计专用量具进行测量。确定其量具的类型为双头槽宽量规，量具的材料为T10A钢，测量表面硬度HRC58-HRC65。量规
22、工作面之间的平行度允许其制造公差23um。量规工作面的粗糙度为，非工作表面的粗糙度为。量规草图如图4.1所示。图4.1 量规草图（1）30槽宽量规30k8尺寸公差确定查表确定量规的公差为T=0.0034mm，Z=0.005mm。又槽宽的尺寸公差为：上偏差ES=+0.033，下偏差EI=0。故量规的制造极限偏差计算如下：通规：上偏差=ES-Z+T/2=0.033-0.0034+0.0034/2=0.0313mm； 下偏差=ES-Z-T/2=0.033-0.0034-0.0034/2=0.0279mm。止规：上偏差=EI+T=0+0.005=0.005mm； 下偏差=EI=0mm。（2）20槽宽量
23、规20k9尺寸公差确定查表确定量规的公差为T=0.0034mm，Z=0.005mm。又槽宽的尺寸公差为：上偏差ES=+0.05，下偏差EI=0。故量规的制造极限偏差计算如下：通规：上偏差=ES-Z+T/2=0.05-0.0034+0.0034/2=0.0483mm； 下偏差=ES-Z-T/2=0.05-0.0034-0.0034/2=0.0449mm。止规：上偏差=EI+T=0+0.005=0.005mm； 下偏差=EI=0mm。图4.2 30k8图4.3 20k9图4.4为30k8量规结构图，图4.5为20k9量规结构图。图4.4 30k8量规结构图图4.5 20k9量规结构图第五章 数控编
24、程设计说明书通过第一章的工艺分析，确定该零件的工序15、工序20、工序25在数控机床上加工，其数控加工工艺分析如下。工序15 该工序主要为钻孔，其精度要求不高，在数控机床上属于易加工工艺。工序20 该工序为铣削平面及其外轮廓，尺寸精度要求不高，在数控机床上容易加工，装夹需要设计专用夹具进行装夹。工序25 该工序为铣削型腔及槽，其尺寸精度与表面粗糙度要求较高，在数控加工时，需要分粗精加工。总的来说，该零件的数控加工工序属于易加工工艺，容易保证。工序15 夹毛坯外边，以上道工序加工的表面定位，钻4-7通孔及4-10沉孔。 工步1 钻中心孔。 工步2 钻4-7底孔。 工步3 铣4-10沉孔。 工步4
25、 铰4-7孔。工序20 以4-7通孔中的2对角孔定位，另2孔用螺定压紧，铣零件上表面及外轮廓。 工步1 粗铣平面。 工步2 精铣平面。 工步3 粗铣外轮廓。 工步4 精铣外轮廓。工序25 以4-7通孔中的2对角孔定位，压零件上表面，铣型腔及槽。 工步1 钻中心孔。 工步2 钻底孔。 工步3 粗铣型腔和槽。 工步4 精铣型腔和槽。该零件属于中批量生产，因此刀具应该细分，粗、精加工刀具分开，该零件的数控加工刀具选用如表5.1所示。表5.1 数控加工刀具卡片工序号刀具编号刀具名称刀具规格刀片材料加工表面15T01中心钻2mm高速钢钻中心孔T02麻花钻合金钻4-7孔底孔T03立铣刀10mm合金铣4-1
26、0沉孔T04铰刀7mm合金铰4-7孔20T01面铣刀150mm合金铣平面T02立铣刀20mm合金铣外轮廓25T01中心钻2mm高速钢钻中心孔T02麻花钻10mm合金钻底孔T03立铣刀16mm合金粗铣型腔和槽T04立铣刀12mm合金精铣型腔和槽切削用量的合理选择直接影响到零件的表面质量以及加工效率，因此切削用量的选择是数控加工工艺编制过程中不可缺少的一部分，根据经验及查表确定该零件在数控加工过程中的切削用量如表5.2所示。表5.2 数控加工切削用量选用表加工表面主轴转速（r/min）背吃刀量（mm）进给速度（mm/min）粗铣平面6002200精铣平面1000150钻中心孔12002120钻4-
27、7孔1500120铰4-7孔800300铣4-10沉孔1800150粗铣型腔和槽1500200精铣型腔和槽2000250该零件的结构形状规则，其编程原点可直接设在零件的对称中心上。该零件的加工部位结构简单，其走刀节点均可通过尺寸线口算得知，无需进行复杂的计算，故本节不在做详细解释。编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控编程主要分为手工编程与自动编程。（1）手工编程 整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求
28、编程人员不仅要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。（2）自动编程 用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。（1）工序15的加工程序清单程序解释说明O0001程序号T01 M06（中心钻）换1号刀G00 G90 G54 X42 Y22 M03 S1200快速运动至G54坐标系中X42 Y22位置，主轴正转，转速1200G43 H1 Z25 M08调用1号刀具长度补偿，切削液开G98 G81 Z-2 R2 F120调用G81钻孔循环X-42钻第二个中心孔
