V560铣头铣削加工工艺分析及工装设计.docx
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V560铣头铣削加工工艺分析及工装设计
摘要
本论文主要对V560数控机床铣头铣削加工工艺进行分析，通过对选取的两种工艺方案进行分析比较，选取出适合精度与效率要求的工艺。
方案一根据先面后孔、先主要加工表面后次要加工表面和先粗加工后精加工的原则，将电机孔面、导轨面的粗加工放在前面,精加工放在后面，螺纹等次要加工放在最后加工。
这个方案把重要的面放在了前面，把不重要的面放在后面，这样很容易使加工好的面碰损，这将会给实际加工操作中带来严重的影响。
因此方案二对方案一中的工艺路线需要进行部分调整修处理，并阐述方案一中的不足，进行分析从而选取正确的加工工艺程序。
同时由于没有固定的铣床夹具，因而进行了专业的夹具工装设计，以确保产品质量和提高生产率。
关键词：
铣头；铣削加工；加工工艺；工装设计
ABSTRACT
Fixturemachineiswidelyusedinmachinerymanufacturing.Fixtureforalargenumberofmachinetoolsusedforalargenumberofmassproductiontoprovidethenecessaryconditions.MachineTooltcchnologysystemiscomposedofalink,theimpactofprocessingqualityisanimportantfactor.
Thedatesticktofirstsurfacethenaperture、firstprimaryprocessthesurfacethensecondaryprocessthesurface.Takingtheroughmachiningtothefirstthentakingthefinishmachiningtothesecondandtakingthethreadtothelast.
Theadoptionoftheaboveschemeduetothecommonprinciple,butalotofprocesshassomeproblems.Themaximaldeficiencyoftheschemeistakethemostimportantsurfacetothefirstandtaketheminorsurfacetothelast.Itmayeasyclashedthefinishedsurfaceandhaveaneffectonthepracticeprocessoperate.Inthisway,itcangainalotoftimeandraisetheproductivity.
KEYWORDS:
Millinghead,Mill,Machiningtechnics,Betriebsmittel-Planung
目录
摘要i
ABSTRACTii
1绪论1
2V560数控铣床铣头零件图纸分析2
2.1零件的分析2
2.2确定毛坯，画毛坯-零件图6
3V560铣床铣头铣加工工艺分析8
3.1定位基准的选择8
3.2制定工艺路线9
3.3选择加工设备及刀、夹、量具13
3.4加工工序设计14
4夹具的设计17
4.1工序220的精铣电机孔面夹具17
5结论19
谢辞20
参考文献21
1绪论
机械制造业是制造业的核心，是制造机械产品（如农业机械，动力机械，运输机械，矿山机械等）的工业部门,也是为国民经济各部门提供装备的部门。
机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度。
所以其前景和重要性不言而喻。
本论文选用两种不同的加工工艺方案，方案一遵循了工艺路线先面后孔、先粗后精、先次要面后主要面的加工原则，但是有些工序还是存在一定的问题；方案存在的最大的缺陷就是在设计中将所有最重要的面放在了最前面,而一些不重要的面放在了后面,这样很容易使加工好的面碰损，这将会给实际加工操作中带来严重的影响，可以使重要面加工后以这些面作为基准来加工不重要的面，这样就会使操作更加方便，使的效率增加节约时间，还有按照此方案进行加工，将会给夹具的设计带来一定的困难。
因此通过对其的分析又设计出另外一套更加完善的方案，从而适应产品发展的需要。
2V560数控铣床铣头零件图纸分析
2.1V560数控铣床铣头零件的图纸分析
2.1.1V560数控铣床铣头零件的作用
V560数控铣床铣头是V560数控铣床的一个重要零件.该零件主要作用是用于连接主轴和电机,以及是是使导轨面和导轨相连,从而使机床能够顺利的工作.
2.1.2V560数控铣床铣头零件的工艺分析
V560数控铣床铣头主视图如图2.1所示
V560数控铣床铣头俯视图如图2.2所示
V560数控铣床铣头左视图如图2.3所示
图2.1V560数控铣床铣头主视图
图2.2V560数控铣床铣头俯视图
图2.3V560数控铣床铣头左视图
（1）由零件图得知，零件材料为HT300。
该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
（2）该零件的主要加工面为电机孔面和导轨面，ø160H7的孔和ø150孔以及它们相对应的端面。
（3）电机孔面的表面粗糙度为Ra1.6，平面度为0.015,与ø150孔的中心线垂直度为0.015.
ø160H7的孔的表面粗糙度为Ra1.6，相对于的另一端ø150的孔的同轴度为ø0.02.
ø150孔的表面粗糙度为Ra0.4，尺寸精度相当于6级精度，圆度为0.008,ø150孔的中心线与ø160H7的孔的中心线同轴度为ø0.015,端面粗糙度为Ra1.6；平面度为0.015,与ø150孔的中心线的垂直度为0.008.
两导轨面的表面粗糙度为Ra1.6.
零件上各个小的螺纹孔的精度为6级粗糙度为Ra6.3以及小孔的精度为8级粗糙度为Ra3.2.
2.2.确定毛坯，分析零件图
根据零件图和加工要求，确定V560数控铣床铣头毛坯材料选用铸件。
由生产量为6000件/年可知，其生产类型为大批量生产，因此毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。
又由于零件有大于ø30的孔需要铸出，故还应安放型芯。
此外，为消除由于铸造而产生的残余应力，铸造后应安排人工时效。
因该种铸件的尺寸公差等级CT为8—10级，加工余量等级为G级。
故可取尺寸公差等级CT为9级，铸件的加工余量为G级。
根据铣头的铣削加工精度要求，确定各表面的总余量如表2.1所示。
表2.1各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸（mm）
加工余量数（mm）
说明
电机孔面
335
5.5
单侧加工
两侧面
520
5
双侧加工
A面
30
3
单侧加工
D面
30
3
单侧加工
F面
80
3
单侧加工
两1:
50的导轨面
80
3
单侧加工
Φ150的孔
150
3
双侧加工
Φ160的孔
160
4
双侧加工
根据铣头图形可得铸件主要尺寸，如表2.2所示
表2.2主要毛坯尺寸
主要尺寸面
零件尺寸（mm）
总余量（mm）
毛坯尺寸（mm）
电机孔面
335
5.5
345.5
两侧面
520
5
530
A面
30
3
33
D面
30
3
33
F面
80
3
83
两1:
50的导轨面
90
3
93
Φ150孔
150
3
144
Φ160孔
160
4
15
3V560铣床铣头铣削加工工艺分析
3.1定位基准的选择
精基准的选择：
V560数控铣床铣头的电机孔面,两导轨面以及Φ150孔既是装配基准，又是设计基准，用它作为精加工基准，能使加工遵循“基准重合”，并能很好的保证各尺寸的加工精度，因此其余各面和孔的加工也尽量用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
此外，F面的面积较大且精度较高，定位比较稳定，加紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
粗基准的选择：
考虑到以下几点要求，先以精基准中一个作为粗基准,然后再以加工好的面作为基准来加工另一面.：
第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要加工孔的加工余量尽量均匀；第二，装入零件内的零件（如齿轮、轴套等）与零件有适当的间隙；此外还应该保证定位准确、加紧可靠，操作简单易行。
最先进行铣削加工的表面是电机孔面和Φ150孔和两导轨面，这时可用以下定位加紧方案：
方案一对于电机孔面的加工，可选用主轴孔下端面定位，限制3个自由度，然后选用已经加工好的Φ150的孔，用一个短的圆柱销限制两个自由度，因为加工面较大而只需限制这五个自由度就可以保证加工精度，是不完全定位方式。
这种方案使用于大批量生产的类型中，能较好的保证零件的加工精度，且夹具的设计简单易行，有着很强的适用性，对于加紧方案的实施也比较有利。
方案二对于电机孔面的加工，可选用主轴孔下端面定位，限制3个自由度，然后选用F面来限制两个自由度，因为加工面较大而只需限制这五个自由度就可以保证加工精度，是不完全定位方式。
这种方案使用于大批量生产的类型中，但不能较好的保证零件的加工精度，所以对夹具的要求较大。
综上所述，对于电机孔面的加工方案，在粗加工时可以选用方案二,但精加工时选用方案一。
3.2制定工艺路线
根据各加工表面要求和各种加工方法所能达到的经济精度，确定各表面的加工路线如下：
机孔面：
粗铣——半精铣——精铣；主轴孔上下端面：
粗铣——半精铣——精铣；两侧面：
粗铣；A面：
粗铣；D面：
粗铣；F面：
粗铣；槽（170×110）：
粗铣；槽（172×152）：
粗铣；M面：
粗铣——半精铣——精铣；N面：
粗铣；
两1：
50的导轨面：
粗铣——半精铣——精铣；C槽：
粗铣；E槽：
粗铣；侧槽：
粗铣；圆柱槽：
粗铣；H面粗铣；I、J两面：
粗铣——半精铣——精铣；T面：
粗铣——半精铣——精铣；内圆Φ73：
粗铣；内圆柱Φ102端面：
粗铣——半精铣——精铣；Φ150孔：
粗镗——精镗——粗磨；粗磨Φ160孔：
粗镗——精镗——粗磨—精磨；Φ85孔：
扩孔；7—8级未铸出的孔：
钻
——扩——铰；螺纹孔：
钻孔——攻螺纹。
因Φ150孔有较高的圆柱度,又与Φ160的孔有较高的同轴度,故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两孔同时加工出来，以保证位置精度。
根据先面后孔、先主要加工表面后次要加工表面和先粗加工后精加工的原则，将电机孔面、导轨面的粗加工放在前面,精加工放在后面。
螺纹等次要加工放在最后加工。
加工工艺工序卡片如下：
工序号工序内容
10粗铣电机孔面
20粗铣主轴孔上端面
30粗铣主轴孔下端面
40半精铣电机孔面
50半精铣主轴孔上端面
60半精铣主轴孔下端面
70镗孔
80磨孔
90精铣电机孔面
100精铣主轴孔上端面
110精铣主轴孔下端面
120半精铣导轨面
130粗铣两侧面
140粗铣A、D两面
150粗铣F面
160粗铣槽（170×110）
170粗铣槽（172×152）
180粗铣N面
190粗铣圆柱槽
200粗铣两1:
50导轨面
210粗铣C、E两槽
220粗铣侧槽
230铣I、J两面
240粗铣M面
250粗铣T面
260粗铣内圆及端面
270铣削M面
280铣削T面
290铣削Φ102端面
300扩孔
310粗铣H面
320铣槽
330钻螺纹底孔
340钻Φ6斜孔
350钻Φ6斜孔
360钻螺纹底孔
370钻螺纹底孔
380钻螺纹底孔
390钻扩孔
检验
入库
上述方案遵循了工艺路线先面后孔、先主后次、先粗后精的一般原则，但是有些工序还是存在一定的问题；方案存在的最大的缺陷就是在设计中将所有最重要的面放在了最前面,而一些不重要的面放在了后面,这样很容易使加工好的面碰损，这将会给实际加工操作中带来严重的影响，可以使重要面加工后以这些面作为基准来加工不重要的面，这样就会使操作更加方便，使的效率增加节约时间，还有按照此方案进行加工，将会给夹具的设计带来一定的困难。
所以对于本套工艺路线需要进行部分调整修，改后的工艺工序卡片如下：
工序号工序内容设备工艺装备
10粗铣电机孔面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
20粗铣主轴孔上端面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
30粗铣主轴孔下端面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
40粗铣两侧面X2016B龙门铣床d=40直柄立铣刀
50粗铣A，D两面X2016B龙门铣床d=40直柄立铣刀
60粗铣F面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
70粗铣槽（170×110）X2016B龙门铣床d=10直柄立铣刀
80粗铣槽（172×152）X2016B龙门铣床d=30直柄立铣刀
90粗铣N面X2016B龙门铣床d=25直柄立铣刀
100粗铣圆柱槽X2016B龙门铣床d=32直柄立铣刀
110粗铣两1：
50的导轨面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
120粗铣C、E两槽X2016B龙门铣床d=40锥柄立铣刀
130粗铣侧槽X2016B龙门铣床d=40锥柄立铣刀
140铣I、J两面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
150粗铣M面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
160粗铣T面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
170粗铣内圆及端面X2016B龙门铣床d=50锥柄键槽立铣刀
180半精铣电机孔面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
190半精铣主轴孔上端面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
200半精铣主轴孔下端面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
210镗孔X2016B龙门铣床Φ120镗杆
220精铣电机孔面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
230精铣上主轴孔端面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
240精铣主轴孔下端面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
250半精铣导轨面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
260铣削M面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
270铣削T面X2016B龙门铣床d=100细齿圆柱铣刀
280铣削Φ102端面X2016B龙门铣床d=50锥柄键槽立铣刀
290扩Φ85孔Z3010摇臂钻床套式扩孔钻
300粗铣H面X2016B龙门铣床d=100粗齿圆柱铣刀
310铣Φ85上的槽X2016B龙门铣床d=100错齿三面刃铣刀
320磨孔M2120内圆磨床平行砂轮
330钻孔Z3040摇臂钻床d=10.2直柄麻花钻
340钻Φ6斜孔Z3040摇臂钻床d=6直柄麻花钻
350钻Φ6斜孔Z3040摇臂钻床d=6直柄麻花钻
360钻螺纹底孔Z3040摇臂钻床d=8.5直柄麻花钻
370钻螺纹底孔Z3040摇臂钻床d=6.8直柄麻花钻
380钻螺纹底孔Z3040摇臂钻床d=4.2直柄麻花钻
390扩孔Z3040摇臂钻床d=8锥柄扩孔钻
3.3选择加工设备及刀、夹、量具
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜采用通用机床为主，辅以少量专用机床。
其生产类型为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工和机器完成。
粗铣各个加工面，因为工件的尺寸很大（805×423×530）,再考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，故选用龙门铣床X2016B。
电机孔面,主轴孔,上下端面,F面,导轨面,I、J两面,M面,T面,H面选用直径D为Φ100的圆柱铣刀、专用夹具和游标卡尺0.500/0.02（分度值为0.02）。
当粗铣时选用粗齿,精铣时选用细齿。
铣A、D面,两侧面，选用直径d=40直柄立铣刀;粗铣槽（170×110）选用直径d=10直柄立铣刀;粗铣槽（172×152）d=30直柄立铣刀;粗铣N面d=25直柄立铣刀;粗铣圆柱槽d=32直柄立铣刀;粗铣C、E两槽粗铣侧槽d=40锥柄键槽立铣刀;粗铣内圆Φ73，粗铣内圆柱Φ102端面d=50锥柄键槽立铣刀;铣Φ85上的槽d=100错齿三面刃铣刀。
夹具选用专用夹具和游标卡尺（分度值为0.01）。
粗、精镗Φ150的孔、Φ160的孔和Φ158的孔，因为工件的尺寸很大（805×423×530），故选用卧势镗床T612，工艺装备为镗刀、专用夹具和游标卡尺,内径百分尺（分度值为0.01）。
粗、精没磨Φ150的孔、Φ160的孔，因为工件的尺寸很大（805×423×530），选用M2120内圆磨床，工艺装备为平行砂轮、专用夹具和游标卡尺,内径百分尺（分度值为0.01）。
扩Φ85孔，因为工件的尺寸很大（805×423×530），选用Z3010摇臂钻床，工艺装备为套式扩孔钻、专用夹具和内径百分尺。
钻扩其它孔以及攻螺纹,因为工件的尺寸很大（805×423×530），故选用摇臂钻床Z35，工艺装备为d=10.2、6、5、14、5、4.2、6.8、8.5直柄麻花钻，采用M6、M12、M10、M16、M5、M8、机用丝锥，d=8锥柄扩孔钻，专用钻床夹具和罗纹塞规。
3.4加工工序参数设计
3.4.1.工序10粗铣,工序180半精铣和工序220精铣A面工序参数设计
由铣头的平面加工余量，得精加工余量1.5mm。
取A面的半精加工余量1.5mm,而总余量
为5.5mm。
故粗加工余量
=5.5-1.5-1.5=2.5。
由铣头的粗加工余量得每齿进给量
为0.1mm/z--0.3mm/z，故取粗铣的每齿进给量
为0.1mm/z，取半精铣的每转进给量
为0.2mm/r，取精铣的每转进给量
为0.3mm/r，粗铣走刀1次，
=2.5；半精铣走刀1次，
=1.5mm，精铣走刀1次，
=1.5mm。
根据铣头的加工精度要求取粗铣的主轴转速为120r/min，取精铣的主轴转速为300r/min。
又前面已经选定铣刀直径D为Φ100mm，故相应的切削速度为：
校核机床功率（一般只是校核粗加工工序）：
切削功率
为：
取Z=10个齿
=167.9*
将它们带入式中，得：
=
通过以上数据可得机床功率为10.8kw，若取效率为0.85，则10.8*0.85=9.18kw>1.76kw
因此，通过上述参数与表格进行对照，可以得出机床的功率足够。
3.4.2.工序340和工序250参数设计
工序340和工序250是钻Φ6斜孔工序，工序390是钻3个Φ6孔并扩3个Φ6孔到Φ8。
对于各孔的加工用量的选择可以参考以下例子：
现以加工3-Φ8的孔为例，加工材料——HT300灰铸铁，
工艺要求——孔径D=Φ6，孔深L=150mm，孔径D=Φ8，孔深L=9mm，通孔，8级精度，用乳化液冷却。
机床——Z3040摇臂钻床
刀具与切削用量；
（1）选择钻头
选择高速钢麻花钻头，其直径
=Φ8mm。
钻头几何形状为：
双锥修磨横刀，
=30º，2Φ=118º，
=12º，φ=55，
b=2mm,I=4mm。
（2）选择切削用量
（3）决定进给量f
①按加工要求决定进给量：
=Φ8mm时，f=0.5—0.6mm/r。
由于l/d=8/8=1，故不需要乘孔深修正系数，则
=Φ8mm。
②按钻头强度决定进给量：
当灰铸铁HB>300时，
=Φ8mm，钻头强度允许
的进给量f=0.5——0.6mm/r。
故可选择f=0.5mm/r。
由于是加工通孔，为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断，故宜在孔即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给。
机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来学由表16可查出钻孔时的轴向力，当f=0.5mm/r，
〈Φ17.5mm时，轴向力
。
轴向力的修正系数均为1.0，故
。
根据Z3040钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为
，由于
，故f=0.5mm/r可用。
（4）决定钻头磨钝标准及耐用度
由表9所示，
=Φ8mm时，钻头后刀面最大磨损量为0.5—0.8，故可0.6，
耐用度T=3600s，各工步余量和工序尺寸及公差如表3.1所示：
表3.1各工步余量和工序尺寸及公差
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸及公差
3-Φ6
3-Φ8
钻孔
扩孔
3
1
——
H8
Φ6
Φ8
工序210是粗镗、精镗各同轴孔的工序
各粗镗孔、精镗孔的工序余量和工序尺寸及公差列表于表3.2所示：
表3.2镗孔余量和工序尺寸及公差
加工表面
加工方法
余量
精度等级
工序尺寸及公差
Φ158
Φ160
Φ160
Φ150
Φ150
粗镗孔
粗镗孔
精镗孔
粗镗孔
精镗孔
3
3
0.82
2
2
H12
H12
H10
H12
H10
Φ158
Φ158
Φ
Φ144
Φ
因粗、半精和精镗孔时都是以两面定位，故几孔的同轴度直接由夹具和机床保证，本工序中均系基准重合，所以不需要做尺寸链计算，就可以保证零件的加工精度。
4X2016B铣床夹具的设计
由于X2016B铣床没有固定的铣削夹具，因而为了提高铣头铣削的加工精度，保证铣头的加工质量需要对铣床夹具进行专业设计以提高铣加工工艺的精度。
各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，成为机床夹具，例如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。
机床夹具在铣头铣削加工中的作用
对工件进行铣削加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因为外力的影响而变动。
为此，在进行铣削加工前，先要将工件装夹好。
工件的装夹方法有两种，一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。
我们毕业设计所用到的装夹方法是第二种方式，第二种方式适合于大批量的生产中，并且生产效率很高，容易保证零件的尺寸和位置精度。
用夹具装夹工件有下列的优点：
（1）能稳定的保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。
（2）能提高劳动生产率，使用机床夹具装夹工件方便、快速，工件不需要画线找正，可以显著的减少辅助时间，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹的夹具，并可采用高效加紧机构，进一步提高劳动生产率。
（3）能扩大机床的使用范围。
本次毕业设计主要设计工序220的精铣电机孔面夹具和工序210的精镗孔工序。
4.1工序220的精铣电机孔面夹具
铣床夹具主要用于加工零
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