机械设计毕业设计_盖板类零件的设计与加工制造

毕业设计

课题名称盖板类零件的设计与加工制造

姓名

学号

所在系年级

指导教师职称副教授

二O一四年五月二十三

摘要 (1)

第一章机械工艺设计部分 (2)

1.1零件的结构工艺性分析 (2)

1.2零件的选材 (4)

1.3毛坯及工序尺寸公差的确定 (5)

1.4工艺路线的拟定 (5)

1.5加工路线的确定 (9)

1.6基准的选择 (10)

1.7其工艺设备的选择 (11)

第二章机床夹具设计部分说明书 (11)

2.1对专用夹具的基本要求和设计步骤 (12)

第三章编写程序 (13)

3.1程序指令 (13)

结论 (27)

致谢 (28)

参考文献 (29)

数控编程即数控机床加工程序的编制，它是数控机床使用中最重要的一个环节。数控编程分手工编程和自动编程。手工编程是由人工完成刀具轨迹计算及加工程序的编制工作。当零件形状不十分复杂或加工程序不太长时，采用手工编程方便、经济。自动编程是计算机通过自动编程软件完成对刀具的运动轨迹的自动计算，自动生成加工程序并在计算机屏幕上动态地显示出刀具加工轨迹。对于加工零件形状复杂，特别是涉及三维立体形状或刀具运动轨迹计算繁琐时，采用自动编程。

数控程序（数控加工程序）是数控机床加工中不可缺少的一部分，数控机床之所以能加工出各种形状、不同尺寸和精度的零件，就是因为编程人员为它编制了不同的加工程序。数控程序把零件加工的工艺过程、工艺参数（进给速度和主轴转速等）、位移数据（几何数据和几何尺寸等）及开关命令（换刀、切削液开/关和工件装卸等）等信息用数控系统规定的功能代码和格式按加工顺序编写成加工程序单，并记录在信息载体上。信息载体的形式可以是：穿孔纸带、磁盘等的数控加工程序输入机床数控装置，从而指挥数控机床按数控程序的内容加工出合格的零件。数控程序编写的如何，直接影响零件加工质量。

【关键词】工艺设计、公差、编程、基准

第一章机械工艺设计部分

1.1零件的结构工艺性分析

零件的结构工艺分析，主要包括零件的尺寸和公差标准、零件的组成要素和零件的整体结构等三方面。

1．零件的尺寸和公差标注

零件全长300mm 全宽全高71.5mm公差都是正负0.05mm

总装图：

A工程面（俯视图）：2XФ10、Ф62、Ф68、4XФ11、3XФ14.1、Ф6.7XФ14、Ф52。

1—1 俯视图

1-2 B工程面（仰视图）

1-3 剖视图

2．零件的整体结构

零件是铸铁，用于农机上，在装配时分ABC工程，在装配A工程时需要注意毛坯是否有毛刺，工件表面三点不可以晃动，夹具的顶针是否可以上下活动，毛坯是否可以前后移动，毛坯装夹是太紧则不可以加工（太紧对工件的平面度有较大影响），如果毛坯顶针都是好的话，在夹紧工件时用300kg的力，在装配B工程时先检测A工程做下来工件的平面

度，在0.08mm以内都是合格的，但是超过0.04mm则做完以后须交给品管测量（由三次元测平面度和中心距），在装夹B工程时应用手擦拭工件和夹具所以接触面除去所有铁屑，为保证加工出来中心距的质量。A工程装夹工件时用300kg的力夹紧，在粗铣面后，将压力该为200kg，B工程则不用改。C工程则是钻孔之类的后续加工，其夹具与B工程一样，不同点就是装夹时夹具所夹的位置有些不同（如果装夹位置一样则会发生撞刀事件）。

加工平面时先用粗铣刀留0.3-0.5mm余量再用精铣刀加工；加工孔时先用粗镗刀留0.4mm的余量，再用精镗刀精加工，这样可以保证尺寸。

在加工工件时应注意孔径的光泽度，及时的更换铣刀、镗刀片和研磨钻头。最需要注意的是检查孔底的光泽度，如太光亮则不太正常，有可能是镗刀镗到了孔的底部，这样对孔的尺寸有重大影响。

1.2零件的选材

选材合理性的标志，应是在满足零件的性能要求的条件下最大限度的发挥材料潜力，做到既要考虑提高材料强度的使用水平，同时也要减少材料的消耗和降低加工成本。因此要做到合理选材，地设计人员来说，必须全面分析和综合考虑。

一般在下列情况下需要选材：设计新产品，改变原设计或改变零件原来材料的降低成本；为适应本厂的设备条件而改变零件加工工艺：原材料缺乏，需要更换新材料等。目前选用零件大部分涉及到一些尚未标准化或尚未定型化的零件和工具。

选材的一般原则：首先是满足零件作用性能的前提下，在考虑工艺性、经济性，且要根据我国的资源情况选择国产材料。

1. 满足零件的使用性能要求.

零件的使用性能是机械零件，构件等在正常情况下材料应具备的性能。它包括力学性能和物理化学性能等，对一般机械零件，构件工具来说，则主要考虑理性性能。而力学性能一般是分析零件工作条件和零件的选材选材合理性的标志，应是在满足零件的性能要求的条件下最大限度的发挥材料潜力，做到既要考虑提高材料强度的使用水平，同时也要减少材料的消耗和降低加工成本。因此要做到合理选材，地设计人员来说，必须全面分析和综合考虑。

一般在下列情况下需要选材：设计新产品，改变原设计或改变零件原来材料的降低成本；为适应本厂的设备条件而改变零件加工工艺：原材料缺乏，需要更换新材料等。目前选用零件大部分涉及到一些尚未标准化或尚未定型化的零件和工具。

选材的一般原则：首先是满足零件作用性能的前提下，在考虑工艺性、经济性，且要根据我国的资源情况选择国产材料。

零件的选材失效形式的基础上提出来的。

2．满足材料的工艺性能要求

材料的工艺性能是指材料适应某种加工的能力。材料的工艺性包括材料的铸造性能，锻造性能，焊接性能，切削价加工性能，热处理工艺性能。

1）、铸造性能：包括流动性，收缩性，热裂倾向性，不同的金属材料其铸造性能有很大差异。

2）、切削加工性：是指材料接受切削加工的能力他一般用切削抗力大小，加工零件表面粗糙度，加工时切削排除的难易程度及刀具磨损大小来衡量。

切削加工性与材料的化学成分，力学性能及其纤维组织有密切关系。对钢铁材料，一般认为硬度在160~230HBS范围内切削加工性能较好，过高的硬度不但难以加工而且刀具很快磨损；当硬度大于300HBS时切削加工性能显著下降；硬度大于400HBS时，切削加工性能很差，但过底的硬度在切削加工时易形成很长的切削，缠绕在刀具或工件上，造成工具的发热或磨损，零件在切削后表面粗糙度大，故切削加工性差。严重符合本次设计切削加工的要求。

切削加工性能好的材料，对保证产品质量，提高劳动生产率，降低成本有极大的经济意义。

热处理工艺性能包括淬透性，变形与开裂倾向，过热敏感性，回火脆性，氧化脱碳倾向。不同的材料的热处理形式是不同的。

3.材料的经济性

材料的经济性涉及到材料的成本的高低，材料的供应是否充足，价格工艺是否复杂，成品率的高低以及同一产品使用材料的品种规范等。从选材的经济性原则考虑，应可能选用廉价货源充足，价格方便的材料，并尽量减少选材的品种规格，一简化供应，保管等工作。

在选择材料时，既要考虑材料本身的相对价格，也要该材料制成的零件的使用过程中经济效益问题，如制造成本，零件使用寿命等，来综合考虑，从而达到合理选材的目的。

以上的分析我所设计的材料是铸铁，铸铁符合使用要求，而且它有价格便宜、良好的热裂倾向性。

1.3毛坯及工序尺寸公差的确定

常州井关农机（1729-214-043-OC）的尺寸公差基本是:镗刀加工的是0~0.03mm，钻头加工的是0~0.3mm，孔径较小的是0~0.022mm，厚度尺寸是-0.5~+0.5mm.

1.4加工路线的拟定

1．加工方法的确定

对工件进行铣平面，钻孔，铰孔，镗孔的加工。

2．加工顺序的安排

1）、加工阶段的划分

①粗加工：主要切除各表面上大部分的余量，使毛坯和尺寸接近于成品，为后序价格创造条件。在本零件的加工中，加工平面，φ62mm、φ72mm的孔。

②精加工：保证主要表面达到图样要求。精加工基准面，精镗孔φ62mm、φ72mm。3．工序的集中和分散

安排零件的加工工艺过程时，还要解决工序集中和工序分散问题。在不同的生产条件下，工艺人员编制的工艺会有所不同。。

我们把同一个零件工艺过程中工序多少的状况称为工序的集中和分散。

工序集中就是在每个工序中加工内容很多，尽可能在一次安装中加工许多表面，或尽量在同一台设备上连续完成较多的加工要求。这样，零件工艺过程中工序少，工艺路线短。

工序分散则相反，它把加工表面分的很细，每个工序加工内容少，表现为工序多，工艺路线长。

由于工序的集中和分散各有特点，究竟按何种原则确定工序数量，这要根据生产纲领、机床设备及零件本身的结构和技术要求等作全面的考虑。但从技术的发展方向来看，随着数控机床、加工中心的发展和应用，今后将更多地趋向于工序集中。

4．加工顺序的确定

机械加工工序的安排。

要满足零件图样的全部技术要求及生产的高效率和低成本，不仅要正确选择定位基准和每个表面的加工方法，而且要合理地安排工序顺序。这不仅指安排好机械加工间的顺序，而且要合理地安排好机械加工与热处理、表面处理及与辅助工序（如清洗、检验等）间的工序顺序。

1．基面先行作为其它表面加工的精基准一般安排在工艺过程一开始就进行加工。

2．先主后次零件的主要工作表面（一般是指加工精度和表面质量要求高的表面）、基面应先加工，从而及早发现毛坯中可能出现的缺陷。

3．先粗后精一个零件的切削加工过程，总是先进行粗加工，再进行半精加工，最后是精加工和光整加工。

4．先面后孔箱体、支架等类零件上具有轮廓尺寸远比其它表面尺寸为大的平面，用它作定位基准面稳定可靠，故一般先加工这些平面以作精基准，供加工孔和其它表面时

使用。

由以上的几条原则，再根据我对该零件的研究，编写以下的加工顺序：（1）刀具选择：

（2）作业基准：

1729-214-043-OC A工程

1.工件定位夹紧，辅助支撑与定位面以微力接触300kg，

以Φ72毛坯孔，Φ52毛坯孔以及大面定位

清洁毛坯及夹具的定位接触面

2.加工步骤

3.注意切削情况，震动较大时，适时调整进给速度

用Φ10测量销测量深度12.5的深度，公差为±0.25

注意面精度，加冷却液

去毛刺，吹净垃圾，轻拿轻放，平面度全检（0.04塞尺能塞过交与品管全检）

1729-214-043-OC B工程

1.工件定位夹紧，辅助支撑与定位面以微力接触，以Φ10以及基准面定位

清洁毛坯及夹具的定位接触面

2.加工步骤

3 .注意切削情况，震动较大时适时调整进给速度和支撑螺丝力度

加冷却液注意面精度

Φ14.1孔需要去钻床倒角，然后用橡胶磨头去毛刺

用塞规和杠杆表全检孔径

（3）热处理工序安排

本零件是铸件，铸造完后，只需进行时效处理就行，时效处理的目的是消除毛坯制造和机械加工过程中产生的残余应力。

1.5加工路线的确定

加工路线是指数控机床在加工路程中，刀具相对工件的运动轨迹和方向。即刀具从起刀点开始运动，直至返回该点并结束加工程序经过的路径，包括切削加工路径及刀具的引入、返回等非切削空行程。确定加工路径，主要是确定粗加工及空行程的走刀路线，而精加工切削过程的走刀路线都是沿工件轮廓进行的。

在确定加工方向时要考虑刀具的“让刀”现象，特别是在数控铣床及加工中心的切削中更应如此。通常采用顺铣，精加工采用逆铣的走刀路线

即铣外轮廓用顺时针走刀，铣内轮廓用逆时针走刀。对于主轴超过10000r/min的高速加工中心，为避免“让刀”引起的断刀现象。

1、保证工件的加工精度和表面粗糙度要求

在数控铣床及加工中心中铣削平面工件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。应避免沿工件外轮廓的法向切入，而应沿外轮廓曲线的切线方向切入，在切离工件时，也应沿外轮廓曲线的切线方向切离工件，以避免切入或切离时在工件上产生痕迹。在铣削封闭的内轮廓侧面时，因内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿轮廓曲线的法向切入和切出，此时刀具的切入和切出点应尽量选在内轮廓的曲线两几何元素的相交处。如果曲线都是平滑过度的，那么切离时应在切入点处继续沿曲线切削一段后沿法向切出。在轮廓的铣削过程中要避免进给停顿，否则会因铣削力突然变化而在停顿处的轮廓表面上留下刀痕。

为提高工件尺寸精度和减少表面粗糙度值，当加工余量较大时，可采用多次进给切削的方法，最后精加工时留有少许余量（一般为0、2~0、5 mm）作为最后精加工的余量。

2、尽量缩短加工路线，减少刀具空行程

实现最短的加工路线，除依靠大量的实践以外，还应善于分析，必要时间可以辅助以一些简单计算。

（1）最短的空行程路线

①巧用起刀点选取合适的循环方式进行加工，要考虑换刀的方便，加工过程中回避一些夹具的超出部分。

②合理安排空行程路线对于不同的工件选取合适的路线就会减少空行程的距离，因此可以提高生产率。

③最段的切削进给路线短切削进给路线既可以有效提高生产率，又可以减少刀具磨损。

3、使数值计算简单，使程序段数尽量少

1.6定位基准的选择

1．粗基准的选择

粗基准是加工的第一道工序基准，它只能选择未加工的毛坯表面，粗基准选择的好坏，对以后加工表面余量及加工表面与非加工表面的相互位置有很大的影响。

选择粗基准时原则是：

1）、以不加工表面为粗基准，为保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般选择不加工表面为粗基准，依据此原则应选择哪个面为粗加工底面。

2）、选择粗基准时，应合理分配各表面的加工余量。

3）、粗基准的表面应尽量平整，没有烧冒口，飞边的等缺陷，以便在加工是定位可靠，夹紧方便。

4）、一般情况下，同一方向上的粗基准只能用一次，这条原则与此工件加工所选几面无冲突，所以工件在加工的过程中不得拆卸。

有以上几条原则可以选择第一道工序的粗基准为工件的上顶面，以Φ72，φ52的粗毛坯孔为定位孔。

2.精基准的选择

量好坏的影响，并且与工件夹紧定位是否方便也有很大关系。在常州井关农机工件基准的选择应依据以下原则：

1）、为了较容量获得加工表面对设计基准相对位置精度，应选择加工表面的设计基准作为定位基准，即基准重合原则，对照此原则，选底面为基准面。

2）、定位基准的选择应便于工件安装与加工，并能使夹具结构简单易操作。

3）、根据上述的原则，所以常州井关农机的基准选定为大面和Φ10的孔。

1.7机床及工艺设备的选择

1．机床的选择

由于加工该零件时所用到刀具比较多，用铣床时容易拿错刀，分较多工序加工则浪费资源，所以选择了用加工中心加工该工件。

2.设备的选择

测量孔径时用内径规和塞规；测量平面度则在大理石平台上用塞尺；中心距用三次元，测量其余还需要游标卡尺与内径千分尺。

第二章机床夹具设计部分说明书

2.1对专用夹具的基本要求和设计步骤

1．对专用夹具的基本要求

1）保证工件的加工精度

2）提高生产率

3）工艺性好

4）使用性好

5）经济性好

2．专用夹具设计步骤

（1）定位方式的确定与定位元件的选择

①定位方式的确定

工件在夹具上的定位是夹具设计最重要的环节，只有保证工件的正确定位才能保证其加工精度合乎要求，夹具的定位要保证一批工件在首件加工直到全部加工完的过程中，使工件的工序基准相对于机床和刀具始终保持加工位置正确。

工件在夹具上定位要符合六点定位原则，另外还要保证工件的定位精度，在前工序中已加工完两个定位孔和底平面，这样就可以利用“一面双孔”定位，并能够限制工件的六个自由度要求。

②．定位元件的选择

有上述方案可知，选用的“一面双孔”定位中的的一面为底平面，它可以限制工件的3个自由度，选择的两定位销孔为前面工序已加工完毕的两地脚螺孔，这两个孔可以限制“一面”所不能限制的另外3个自由度，则公斤的六个自由度都被完全限制，为完全定位。

。

（2）确定工件加紧方案、设计夹紧装置

加工精度分析夹具的总体结构元素完成后，如果工件的工序精度要求较高则应确定夹具中相应的尺寸公差及位置要求，然后在进行工序精度分析：

a.公差的确定

由于各种情况影响，如机床传动误差、夹具误差、刀具误差、人为误差等。造成工件加工误差。为保证加工精度，必须控制上述误差。在制定夹具时，应保证夹具定位误差、制造误差、安装误差及调整误差的总和满足误差计算公式，一般不超过工件公差的1/3。

同时为增加夹具的使用可靠性和延长其寿命的影响因素和使用过程的磨损补偿问题，在考虑现在的装备和技术水平的同时在不增加制造难度的条件下，应尽量把夹具公差定小一些，以保证加工精度。增大夹具的磨损公差值，结合经济性原则，尽可能达到延长夹具使用寿命的目的。

b.工序精度的分析

综合考虑使工件加工过程产生加工误差的因素，概过有：定位误差、安装误差、调整

误差、加工误差。为保证工件加工精度必须采取措施，尽量控制和减少各种影响因素所造成的误差，使加工误差不超过工序尺寸公差：

∑=△D+△A+△T+△G≤g

上述式子即误差计算公式，实际计算中常用概率法分析校对。

对于本零件所涉及的相应工序尺寸分析，本夹具设计参数及制造精度均采用了较优的数据足以保证零件加工精度，在此将不一一计算各工序计算及精度分析。

第三章编写程序

3.1程序指令