夹紧块零件的工艺、编程与夹具设计

《复杂零件的多轴加工》项目说明书夹紧块零件的工艺、编程与夹具设计

班级：3130101

姓名：王熙

学号：20133010117

目录

第一章夹紧块零件的工艺编制 (3)

1.1夹紧块零件的图纸 (3)

1.2夹紧块零件的作用 (4)

1.3 零件毛坯的选择 (5)

1.3.1精密铸造 (6)

1.3.2工业铝型材 (8)

1.3.3 精轧铝合金板材 (10)

1.4加工方法和机床的选择 (11)

1.4.1 普通铣床、攻丝机和数控铣床相结合的工艺方案 (11)

1.4.2四轴数控铣床、普通铣床和攻丝机相结合的工艺方案 (12)

1.4.3机床的选择 (12)

1.5工艺路线的拟定 (16)

1.5.1不同工艺路线的比较 (16)

1.5.2工艺过程卡和工序卡 (18)

第二章数控加工编程 (21)

2.1三轴数控铣床加工 (21)

2.1.1铣台阶面 (21)

2.1.2铣2xΦ15+0.018 (23)

2.2四轴铣床加工 (24)

2.2.1粗、精加工4 个面的各个台阶面 (24)

2.2.2中心钻打定位孔 (29)

2.2.3打螺纹底孔 (31)

第三章夹具设计 (33)

3.1概述 (33)

3.2定位方案的确定 (34)

3.3夹紧方案的设计 (36)

第一章夹紧块零件的工艺编制1.1夹紧块零件的图纸

1.2 夹紧块零件的作用

夹紧块零件是用于夹持互感器的托盘中的零件，托盘中有两个相互平行的导杆，两个装有导套的夹紧块零件在导杆是滑动，为使互感器夹持在托盘的正中间，相对的两个夹紧块都装有齿条，两齿条与同一定轴转动的齿轮啮合，当一个齿条移动时，另一齿条向相反方向移动，形成对称运动。

顶部的卡角限制互感器的脱落，两端的弹簧柱挂有拉簧，用于保持对互感器的夹持力。显然，夹紧块零件属于为其它零件提供安装基准重要零件。重要尺寸包括：中间36宽的槽，容纳齿条和齿轮，其宽度尺寸影响齿轮、齿条啮合状态；深度尺寸影响卡角高度；中心距96 的两个Φ15孔，与36宽的槽对称，否则影响互感器的定位；两个Φ15的中心距和平行度影响夹紧块的移动。

1.3 零件毛坯的选择

夹紧块零件采用铝合金6061材质，年产量5000件，属于小批量生产。选择合适的毛坯，可以降低成本、提高加工的合格率。如果工期允许，这类零件可以考虑精密铸造、拉制专用铝合金型材和采用

精轧铝合金板材等毛坯形式。

1.3.1精密铸造

一、金属模铸造

金属铸造俗称硬模铸造，是用金属材料制造铸件，并在重力下将熔融金属浇入铸型获得铸件的工艺方法。。金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定。铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30%；不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100%。由于一副金属型可以浇注几百次至几万次，故金属型铸造又称为永久型铸造。金属型铸造既适用于大批量生产形状复杂的铝合金、镁合金等非铁合金铸件，也适合于生产钢铁金属的铸件、铸锭等

此外，金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化。金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如：(1) 金属型制造成本高；(2) 金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等缺陷; (3) 金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。

夹紧块零件的形状和重量大小、生产批量都适合金属模铸造，采

用金属型铸造锻炼的毛坯，切削加工量很小，节省加工工时成本，但一次性模具投入成本高，如果确信连续几年都有订单，可以考虑这种毛坯形式。

二、消失模铸造

消失模铸造（又称实型铸造）是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺,该工艺无需取模、无分型面、无砂芯,因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达Ra3.2至12.5μm；铸件尺寸精度可达CT7至9；加工余量最多为1.5至2mm，可大大减少机械加工的费用，和传统砂型铸造方法相比，可以减少40%至50%的机械加工时间。为铸件结构设计提供了充分的自由度。可以通过泡沫塑料模片组合铸造出高度复杂的铸件。无传统铸造中的砂芯。因此不会出现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不准确造成铸件壁厚不均。型砂中无化学粘结剂,低温下泡沫塑料对环境无害,旧砂回收率95%以上。降低投资和生产成本，减轻铸件毛坯的重量,机械加工余量小。与金属型铸造相比，没有模具成本，但机械性能稍差。

消失模铸造工艺与其他铸造工艺一样，有它的缺点和局限性，并非所有的铸件都适合采用消失模工艺来生产，要进行具体分析。主要

根据以下一些因素来考虑是否采用这种工艺。1.铸件的批量越大,经济效益越可观。2.铸件材质其适用性好与差的顺序大致是:灰铸铁--非铁合金--普通碳素钢--球墨铸铁--低碳钢和合金钢;通过必要的准备以不致使工艺实验、调试周期过长。3.铸件大小主要考虑相应设备的使用范围（如振实台，砂箱）。4.铸件结构铸件结构越复杂就越能体现消失模铸造工艺的优越性和经济效益,对于结构上有狭窄的内腔通道和夹层的情况,采用消失模工艺前需要预先进行实验,才能投入生产。1.3.2工业铝型材

工业铝型材表面经过氧化后，外观非常漂亮，且耐脏，一旦涂上油污非常容易清洗，组装成产品时，根据不同的承重采用不同规格的型材，并采用配套铝型材配件，不需要焊接，较环保，而且安装、拆卸，轻巧便于携带、搬移极为方便。

工业铝型材大多是根据用户已有需求来开发的，有些行业开发能力很强,如轨道车辆制造业、汽车制造业等，但有些小行业缺乏自身开发能力，或还未意识到可用工业铝型材取代现用的材料，这就需要生产企业协助用户去开发代用的工业铝型材，要做到这一点，就需要走出去对各行各业的用材作详细的调查，找出适合用铝型材来取代的用材，通过这些开发，可扩大工业铝型材需求的市场，特别是大型工业的开发，增加市场需量可减轻在建的大型、特大型挤压线建成后所面临的激烈竞争局面。提高工业铝型材的整体生产技术。工业铝型大多对材质、性能、尺寸公差等都有较严格的要求，工业铝型材的利润

虽然较之建筑铝型材高，但其生产难度也相对较大，技术要求也较高，特别是复杂的扁宽薄壁的大型工业铝型材的生产技术，与国外还有较大的差距。需要进一步努力提高技术水平，只有整体技术水平提高了，我国工业铝型材才能在国际竞争中处于有利的位置，为开辟国外市场、参与国际竞争创造条件。随着工业铝型材行业的不断发展越来越多的企业应用到了工业铝型材的行业中，其中也有一批企业的迅速发展得到广泛的关注比如天津、上海两地的工业铝型材企业都是国内专业生产工业铝型材的重点地区。具备模具设计开发、铝材挤压生产、工业框架及流水线、输送线设备开发安装、铝制品深加工等非标工业铝型材产品。经过多年的开发我们已拥有完善的铝型材结构安装配件。各种配件设计合理,可以最大限度的提高铝型材框架的组装效率,降低客户的成本各类精密机械加工设备,可以提供铝型材结构框架的设计,加工和组装的一站式服务区。近几年来，中国铝加工业紧密结合市场和科学发展的需求，使传统铝加工材已经逐步完成了向现代化铝加工材的转变，因此中国铝加工材品种已发生了巨大变化。中国铝加工材的重要特点是向高性能、高精度、节能、环保方向发展，许多产品已成为国内外知名品牌，在国内外市场上享有盛誉；产品质量稳步提高，产品标准水平已处于国际先进行列，各主要铝材生产厂家除按国家标准生产外，均能直接接受按世界先进国家标准要求的订货。这表明我国铝加工材生产已进一步国际化，而且为满足国民经济和科学技术对高精尖铝材的多方面需求，各主要铝加工企业还相应制定了许多内部供货技术标准。

我国铝资源丰富，铝业发展很快。各种截面形状的工业铝型材，广泛用于制造各种轻型设备的基础框架等。与传统的型钢焊接结构相比，铝合金型材框架造价低、生产周期短、用标准件组装方便、无需机械加工、而且不变形、精度高，而且无需表面处理，低碳环保。近几年，定制专业铝合金型材加工机械零件得到广泛应用。

上图所示的铝型材毛坯，精度高，切削加工量小，但需要综合考虑模具成本、型材加工成本等。

1.3.3 精轧铝合金板材

当生产批量不够大时，采用精密铸造和拉制铝型材的模具成本相对较高，应考虑采用精轧铝合金板材。对于夹紧块零件，采用20mm 厚的精轧铝合金板材作为毛坯，零件的两个大面可以不留余量，节省材料和切削加工工时费。

从机械性能的角度考虑，精密铸造、拉制铝型材和精轧铝板都能满足图纸要求。主要从成本角度考虑选择毛坯，夹紧块零件年产量5000 件，综合考虑模具成本、材料成本和切削加工成本和生产周期，选择精轧铝合金板材比较合适。

1.4加工方法和机床的选择

拟定一个零件的加工方案，即工艺规程，需要因地制宜，结合所使用的设备一并考虑。

1.4.1 普通铣床、攻丝机和数控铣床相结合的工艺方案

下料（132x46x20）——划线——在普通铣床粗、精加工上面（包括36宽槽和其余台阶面）——在普通铣床粗、精加工下面（台阶面）——平两端面——在数控铣床，以36槽的侧面和底面定位，保证尺寸96和36对称和尺寸1.5，钻——扩——铰刀Φ15孔——打上面6xM4底孔——攻丝机攻丝——普通铣床铣削两端面，保证128尺寸——打

M4底孔——攻丝——检验。

1.4.2四轴数控铣床、普通铣床和攻丝机相结合的工艺方案

下料（148x46x20）——在四轴铣床粗、精加工各面（包括36宽槽和其余台阶面）——中心钻打定位孔——钻——扩——铰刀Φ15孔——打上面6xM4底孔——攻丝机攻丝——普通铣床铣削两端面，保证128尺寸——打M4底孔——攻丝——检验。

另外，Φ15孔可以钻——粗铣——精铣。

1.4.3机床的选择

与传统机床相比，数控机床一些特点。

1、具有高度柔性

在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多夹具，不需要经常重新调整机床。因此，数

控机床适用于所加工的零件频繁更换的场合，亦即适合单件，小批量产品的生产及新产品的开发，从而缩短了生产准备周期，节省了大量工艺装备的费用。

2、加工精度高

数控机床的加工精度一般可达0.05—0.1MM，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一脉冲信号，则机床移动部件移动一具脉冲当量（一般为0.001MM），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可由数控装置进行曲补偿，因此，数控机床定位精度比较高。

3、加工对象适应性强

在数控机床上改变加工零件时，只需从新编制（更换）程序，输入新的程序就能实现对新的零件的加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利。

4、生产效率高

数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此，数控机床每一道工序都选用最有利的切削用量。由于数控机床的结构刚性好，因此允许进行大切削量的强力切削，这就提高了数控机床的切削功率，节省了机动时间。数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，故节省了零件安装、调整时间。数控机床加工质量稳定，一般只做首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。

5、自动化程度高、劳动强度低

数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了安放穿孔带或操作键盘、装卸工件、关键工序的中间检测以及观察机床运行之外，不需要进行繁杂的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，加上数控机床一般都具有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑装置，操作者的劳动条件也大为改善。

6、良好的经济效益

在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省了直接生产费用；使用数控机床加工零件一般不需要制作专用夹具，节省了工艺装备费用；数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。

多轴数控机床特点

我们熟悉的数控机床有XYZ三个直线坐标轴，多轴指在一台机床上至少具备第4轴。通常所说的多轴数控加工是指4轴以上的数控加工，其中具有代表性的是5轴数控加工。

多轴机床同时控制4个以上坐标轴的联动，将数控铣、数控镗、数控钻等功能组合在一起，工件在一次装夹后，可以对加工面进行铣、镗、钻等多工序加工，有效地避免了由于多次安装造成的定位误差，能缩短生产周期，提高加工精度。随着模具制造技术的迅速发展，对加工中心的加工能力和加工效率提出了更高的要求，因此多轴数控加工技术得到了空前的发展。

多轴数控机床的完整加工大大缩短了生产过程链，而且由于只把加工任务交给一个工作岗位，不仅使生产管理和计划调度简化，而且

透明度明显提高。工件越复杂，它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显。同时由于生产过程链的缩短，在制品数量必然减少，可以简化生产管理，从而降低了生产运作和管理的成本。

随着数控技术的发展，多轴数控加工中心正在得到越来越为广泛的应用。它们的最大优点就是使原本复杂零件的加工变的容易了许多，并且缩短了加工周期，提高了表面的加工质量。产品质量的提高对产品性能要求提高，例如车灯模具：汽车大灯模具的精加工：用双转台五轴联动机床加工，由于大灯模具的特殊光学效果要求，用于反光的众多小曲面对加工的精度和光洁度都有非常高的指标要求，特别是光洁度，几乎要求达到镜面效果。采用高速切削工艺装备及五轴联动机床用球铣刀切削出镜面的效果，就变得很容易，而过去的较为落后的加工工艺手段就几乎不可能实现。采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工，交货快，更好的保证模具的加工质量，使模具加工变得更加容易，并且使模具修改变得容易。

多轴数控加工技术正朝着高速、高精、复合、柔性和多功能方向发展，努力达到高质量、高效率的目标。我国多轴数控加工技术研究起步较晚，与发达国家的技术水平还有很大的差距。目前，多轴数控加工中心的关键部件如5轴头、数控系统、电动机，国内企业多采用进口，价格高，成本居高不下。为此，只有自力更生实现自主研发突破关键技术，坚持走技术发展的道路，才能提高企业的利润空间。

所以，夹紧块零件主要应用四轴数控铣床加工。

1.5工艺路线的拟定

1.5.1不同工艺路线的比较

方案1、下料（148x46x20）——在四轴铣床粗、精加工各面（包括36宽槽和其余台阶面）——中心钻打定位孔——钻——扩——铰刀Φ15孔——打上面6xM4底孔——攻丝机攻丝——普通铣床铣削两端面，保证128尺寸——打M4底孔——攻丝——检验。

方案2、下料（148x46x20）——在四轴铣床粗、精加工各面（包括36宽槽和其余台阶面）——钻——粗铣——精铣Φ15孔——打上面

6xM4底孔——攻丝机攻丝——普通铣床铣削两端面，保证128尺寸——打M4底孔——攻丝——检验。

方案3、下料（148x46x20）——在四轴铣床粗、精加工各面（包括36宽槽和其余台阶面）——粗铣——精铣Φ15孔——打上面6xM4底孔——攻丝机攻丝——四轴铣床铣削两端面，保证128尺寸——打

M4底孔——攻丝——检验。

三套方案的比较：

1、两Φ15孔公差0.018mm，为7级精度基准孔。一般情况下，采用“钻——扩——铰”，容易保证孔的尺寸精度和圆度要求；但是，两孔中心距96mm 公差为0.04mm，扩孔和铰孔不能修正中心距误差。本例，采用“粗铣——精铣”的加工方法，能够同时保证两孔中心距和孔的尺寸精度，但注意孔的圆度误差，尤其靠近顶尖一端的孔。

2、四轴加工工件刚度问题，随着毛坯余量的去除，工件越来

越单薄，工件刚性下降。另外，顶尖与顶尖孔接触面积小，支撑刚度不足，容易产生让刀现象，造成零件尺寸误差，尤其两个Φ15孔椭圆度超差，因此需要改进以上方案。

从新拟定方案：

下料（132x46x20）——在三轴铣床（按照下图所示位置）粗、精加工台阶面和两个Φ15孔——在四轴铣床使用专用夹具加工4面各个台阶、6xM4、2xM5 螺纹底孔——攻丝机攻丝——检验。

1.5.2工艺过程卡和工序卡