端盖类零件加工及其夹具的设计

端盖类零件加工及其夹具的设计

摘要

该说明书是对端盖类零件加工及其夹具的设计，通过一系列的具体设计步骤，完整的展示了对其零件和夹具的设计过程。

首先主要是简介数控技术应用和该设计的课题背景，通过对其零件分析，明确了该零件的技术要求，为接下来的设计步骤做好铺垫。该说明书主要分为零件设计和夹具设计两大部分。

在对其零件设计这部分中，主要是以对零件结构进行分析的结果为基础，安排制定具体的加工工艺路线，数控加工的工艺内容，数控设备的选用以及具体的工序工部路线等，并说明了加工时切削用量的选用及该零件的具体数控仿真编程。

本次关于端盖数控工艺与夹具设计介绍了端盖数控加工的特点、加工工艺分析、数控编程以及夹具设计等,全面剖析了端盖类零件加工的全过程。通过一定的实例详细的介绍了端盖数控加工工艺的分析方法。

关键词：发展，数控技术，加工工艺，编程，端盖

端盖数控工艺及夹具设计

０．引言

数控机床是数字控制机床（Computer numerical control）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题。

数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控

技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(IT)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。

1．课题背景

1.1 背景

本次毕业设计的题目来源于生产第一线，为实践型、设计类毕业设计课题。根据所给的图纸和零件的具体技术要求，选择刀具和合理的工艺参数，确定装夹方式和夹具，编制工艺路线，并借助UG软件完成零件三维图纸的绘制和编程。培养学生综合运用所学知识解决本专业实际生产问题的能力。进一步培养调查研究、检索和阅读一些文献资料、理论分析、夹具设计、计算机应用及协作等各方面的综合能力。使学生通过本次毕业实践设计，能够独立对中等复杂程度的零件技术要求进行分析，并能根据零件图进行专用工装夹具设计，设计加工工艺，编写数控加工程序并通过仿真加工测试。从而使学生养成认真刻苦的钻研精神和严格细致的工作作风，对学生未来的工作和学习起着重要铺垫作用。

1.2 零件图分析

由零件图可知，如图1.1所示，定义加工零件的毛坯为Φ126×32，根据零件图纸的要求，对于面及孔的精度要求则有数控机床完成，考

虑到本零件的Φ105外圆表面粗糙度要求为Ra0.8，磨特殊外圆的时候则需要使用专用夹具进行磨削。

图1.1 零件二维图

图1.2 零件三维图

1.3 零件的技术要求

考虑该零件的技术要求如下：

1．表面粗糙度：Φ105的摇臂锁紧孔内表面粗糙度为0.8；其余表面粗糙度为6.3。

2．极限与配合：一般绝大多数配合孔的尺寸精度最高仅为7级，故锥孔的极限配合为H7。

3．材料HT200。该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性级减震性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。

4．调制处理，硬度HB220——225。

2. 零件的加工工艺过程的分析

2.1 零件的工艺分析

由零件图1.1和1.2可知，Φ105外圆有很高的技术要求的，圆跳动的技术要求是相对于基准面A为0.02，其表面粗糙度要求很高，Ra为0.08，对于这么高精度的要求一般机床是无法做到的，考虑到该零件又是圆盘类零件，无法一般定位加工。所以要设计相关的夹具。其余平面及凹槽的加工则在一般数控机床可加工完成。1：4的锥形孔则可先钻扩孔然后用镗刀加工。

根据该零件图1.1和1.2，粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉头粗精加工最大外圆Φ113，粗精加工1：4的锥孔，铣Φ32的凸台，掉头铣Φ77的圆凹槽，磨Φ105的外表面。此次加工中Φ105外表面的粗糙度要求是难点，所以要设计专用夹具对此进行加工，以达到精度要求。

2.2 拟定工艺路线

机械加工工艺规程的制定，大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路线，然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的，应进行综合分析。工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局，主要任务是选择各个表面的加工方法，确定各个表面的加工顺序，以及整个工艺过程中工序数目的多少等。

拟定工艺路线的一般原则如下：

1、先加工基准面

零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。

2、划分加工阶段

加工质量要求高的表面，都划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量；有利于合理使用设备；便于安排热处理工序；以及便于时发现毛坯缺陷等。

3、主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨等），应放在工艺路线最后阶段进行，以免光整加工的表面，由于工序间的转运和安装而受到损伤。

上述为工序安排的一般情况。有些具体情况可按下列原则处理：

１、为了保证加工精度，粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时，切削量大，工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在着较大的内应力，如果粗、粗加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某

些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。

２、合理地选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有较高的加工精度，所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行，精加工工序则要求用较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不同的机床上加工，既能充分发挥设备能力，又能延长精密机床的使用寿命。

３、在机械加工工艺路线中，常安排有热处理工序。热处理工序位置的安排如下：为改善金属的切削加工性能，如退火、正火、调质等，一般安排在机械加工前进行。为消除内应力，如时效处理、调质处理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前进行。为了提高零件的机械性能，如渗碳、淬火、回火等，一般安排在机械加工之后进行。如热处理后有较大的变形，还须安排最终加工工序（精磨）。

该零件的工艺路线如下：

工序1：备料。

工序2：车。粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉头粗精加工最大外圆Φ113，粗精加工1：4的锥孔。

工序3：铣。铣Φ32的凸台，掉头铣Φ77的圆凹槽。

工序4：淬火。

工序5：精磨。磨Φ105的外表面

工序6：检验。

工序7：清理。

工序8：防锈、入库。

3. 数控加工工艺分析

3.1 数控加工内容的确定

根据零件图1.1所示，定义毛坯为Φ126×32，粗精加工Φ105到尺寸，割槽3X2，掉头粗精加工最大外圆Φ113，粗精加工1：4的锥孔，铣Φ32的凸台，掉头铣Φ77的圆凹槽，磨Φ105的外表面。此次加工中Φ105外表面的粗糙度要求是难点，所以要设计专用夹具对此进行加工，以达到精度要求。

3.2 数控加工设备的选用

车削毛坯外圆是可以使用CK6150车床进行加工。CK6150车床是一种小型卧式车床，可以车端面，外圆，割槽，车锥孔等。数控机床有如下特点：加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

铣上下平面时则使用X52K或是X6132铣床进行加工。X52K机床是一种小型立式铣床，可以铣平面、铣侧面、铣沟槽、铣特型面、铣齿条，与分度头和挂轮配合还可以铣球面和螺旋伞齿轮等。X6132型铣床则是国产铣床中应用最广泛、最典型的一种卧式万能升降台铣床。其主要特征是铣床主轴轴线与工作台台面平行，该机床具有结构可靠、性能良好、加工质

量稳定、操作灵活轻便、行程大、加工范围大、精度高、刚性好、通用性强等特点。用它可铣削平面、沟槽、成形面和螺旋槽等。另配置相应附件，还可扩大机床加工范围。如安装万能立铣头，可使铣刀转向任意角度，完成里铣床的工作；该机床还适于高速、高强度铣削，并具有良好的安全装置和完善的润滑系统。钻孔时则使用Z3025摇臂钻床进行加工。

磨Φ105外圆时可以使用T41-平行砂轮进行加工。T41磨床在磨削量的控制,自动测量控制，修正砂轮和补偿等方面都有独到之处。数控外圆磨床砂轮头一般分直型和角型两种形式。直型适用于磨削砂轮两侧需要休整的工件，角型砂轮头一般偏转30度角，适合于磨削砂轮单侧需要休整的工件，因此，选用直型砂轮头的磨床。

3.3 定位方案与夹具设计

1．六点定位原理

工件在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。

2．六点定位原理的应用

六点定位原理对于任何形状工件的定位都是适用的，如果违背这个原理，工件在夹具中的位置就不能完全确定。然而，用工件六点定位原理进行定位时，必须根据具体加工要求灵活运用，工件形状不同，

定位表面不同，定位点的布置情况会各不相同，宗旨是使用最简单的定位方法，使工件在夹具中迅速获得正确的位置。

3．工件的定位

l）完全定位工件的六个自由度全部被夹具中的定位元件所限制，而在夹具中占有完全确定的惟一位置，称为完全定位。

2）不完全定位根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个。有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，这种定位情况称为不完全定位。不完全定位是允许的，

3）欠定位按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。欠定位是不允许的。因为欠定位保证不了加工要求。

4）过定位工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精度时，应该严禁采用。但当过定位并不影响加工精度，反而对提高加工精度有利时，也可以采用。

所以说一个好的定位方案将直接关系到夹具的优劣。根据零件的加工工艺来看，加工Φ105外圆需要可靠固定的加工定位，才能达到技术上的要求。故所设计的夹具必须满足以下定位条件：限制X、Y、Z 三轴旋转及移动。如图3.1所示，就是为Φ105外圆所设计的夹具。使加工Φ105外圆更为可靠，达到其技术要求。

图3.1 磨外圆及台肩夹具

本夹具使用锥套定位，可以消除间隙，以保证工件外圆对锥孔的径向跳动，使用快卸螺母夹紧工件，可以减少装卸工件的辅助时间。工件以锥度1:4的锥孔和左端面为基准，在夹具的定位锥套6和定位支承4上定位，快卸螺母8通过压板7夹紧工件。以收缩起到夹紧的作用，以限制零件X，Y,Z方向上的移动以及Y轴上的旋转和Z轴的旋转。

3.4 加工工序的制订

该零件以粗，精加工划分工序。该零件的加工工序制订见附录。

3.5 加工工步的制订

工步顺序安排的一般原则为：先粗后精，先近后远，内外交叉，保证工件加工刚度原则，同一把刀能加工内容连续加工原则。该零件的加工工步制订见附录。

3.6 进给路线确定

进给路线也称走刀路线，指数控机床加工过程中刀具相对零件的运动轨迹和方向。它不但包括工部的内容，还反映出工部的顺序。确定的主要原则为：1）首先安已定工部顺序确定各表面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，减少行走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。1：4锥形孔的加工进给路线制订见附录。磨Φ105外圆的加工进给路线制订见附录。

3.7 刀具的选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。一般刀具的选择原则如下：

１．粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。

２．精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。

３．为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。

该零件的刀具选择见附录。

3.8 切削用量的确定

１．对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。

２．切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。

３．进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。

４．用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。

５．最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。

６．然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要

根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。

该零件的切削用量选择见附录。

4. 仿真加工与课题制作

仿真加工程序见附录。

5．总结

由于本次设计中所加工零件为端盖类零件，在设计过程中，遇到许多疑难问题，通过不断的翻阅资料和老师同学的关心帮助，给予我很大的指导，这次设计使我对整个设计过程有了更深一步的了解。感谢我的同学们，他们在我设计与困难的时候给予我很大的帮助与谅解。感谢我的毕业设计指导老师——陈燕以及教导过我的老师们，在他们的帮助和指导下，我学到了很多，也顺利的完成了毕业设计。最后我要感谢所有在这次毕业设计中帮助我的人，谢谢！

参考文献

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[12] 董万福.现代金属切削实用技术[M].北京:化学工业出版社.2006

附录

1.零件图（二维）

2.零件图（三维）

3.夹具图

4.数控加工刀具卡片

5.数控加工工序卡片

6.数控加工进给路线图