安装底座工艺设计与数控加工Word文件下载.doc

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6、工件检验。

选用合理的测量工具与设备检验工件的加工质量。

在这整个过程中，综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决实际相关问题。

1零件分析

1.1零件图分析

图1.1所示为安装底座零件二维图，其结构形状复杂，中批量生产1000件。

图1.2为零件的三维图。

图1.1安装底座零件二维图

图1.2安装底座三维图

该零件材料为40Cr，需进行锻打，毛坯为精铸件，主要应用于装配管道，起管道的连接及固定作用，为中批量生产类型产品。

该零件为由外螺纹，内螺纹，凹形槽，圆弧曲面，内孔，沉孔，倒斜角，台阶等表面组成，加工表面较多且都为平面、曲面及各种孔，因此适合采用加工中心加工。

1.2技术要求分析

该零件在热处理后有众多精度要求较高的项目：

Φ23mm内孔公差尺寸为Φ23±

0.05mm，Φ2.2mm内孔到Φ23mm内孔间中心距为9.5±

0.2mm，Φ18mm内孔公差尺寸为Φ18mm，Φ15内孔公差尺寸为Φ15mm，Φ14.2mm内孔公差尺寸为Φ14.2mm，Φ20.1mm内圆深度为2.1mm，Φ20.1mm内圆公差尺寸为Φ20.1mm，Φ14.2mm内孔到Φ20.1mm内孔间中心距为49.2±

0.01mm，Φ29mm圆柱公差尺寸为Φ29mm，Φ29mm圆柱高度尺寸为2mm，R9.1内圆深度为2mm，M22×

1外螺纹相当于基准A面的同轴度为0.02，Φ18mm内孔当于基准A面的同轴度为0.02，Φ29mm圆柱当于基准A面的同轴度为0.02，，以及其他各表面粗糙度要求等。

上述技术要求决定了须加工的表面及相应加工方案。

2零件的数控加工工艺设计

2.1选定毛坯

根据零件的热处理前尺寸及考虑夹具方案的设计，选择的毛坯材料牌号为40Cr，毛坯种类为精铸件，毛坯外形尺寸为75.7mm×

75mm×

58mm。

如图1.3所示。

图1.3安装底座热处理前三维图

2.2选择定位基准

选择定位基准时，首先是从保证工件加工精度要求出发的，因此，选择定位基准时先选择粗基准，再选择精基准。

2.2.1粗基准的选择：

按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故在加工凹形曲面时，选择Φ18mm内孔以及工件底平面作为粗基准。

2.2.2精基准的选择：

按照精基准的选择原则，为符合基准重合原则以及基准统一原则，故在加工M22×

1时，选择Φ18mm内孔作为精基准。

2.3工艺路线的设计

（1）工艺路线的设计为保证几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须判定合理的工艺路线。

由于生产纲领为成批生产，所以XH714立式加工中心配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。

针对零件图样确定零件的加工工序为：

工序一：

（Φ18孔及底平面定位）

1）粗铣凹形槽。

2）精铣凹形槽至尺寸要求。

3）孔的定位，钻Φ4.5沉孔。

工序二：

（Φ29圆柱面及工件上下平面定位）

1）钻Φ15及Φ18孔的中心孔。

2）粗钻铰Φ15孔，锪Φ18孔。

3）精钻铰Φ15孔，锪Φ18孔至尺寸要求。

工序三：

（Φ18孔及工件上下平面定位）

1）钻4-M4螺纹孔中心孔。

2）攻4-M4螺纹孔至尺寸要求。

3）粗钻铰Φ2.2孔。

4）精钻铰Φ2.2孔至尺寸要求。

5）粗铣R9.1及Φ20.1内圆。

6）精铣R9.1及Φ20.1内圆至尺寸要求。

7）所有面去锐边毛刺。

2.4确定切削用量和工时定额

切削用量包括背吃刀量、进给速度或进给量、主轴转速或切削速度（用于恒线速切削）。

其具体步骤是：

先选取背吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。

（参考资料《数控加工工艺及设备》）

工时定额包括基本时间、辅助时间、地点工作服务时间、休息和自然需要时间以及准备终结时间。

2.4.1背吃刀量的确定

根据零件图样知工件表面粗糙度要求为全部3.2，故分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。

因此选择粗铣的背吃刀量为3.5mm，半精铣的背吃刀量取1.5mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.35mm。

2.4.2进给量f的确定

由文献[10]表2.4-73，选择粗铣时：

=0.20mm/z；

精铣时：

=0.5mm/z

2.4.3切削速度的确定

由文献[10]表3.1-74，选择粗铣时：

主轴转速n=900r/min；

主轴转速n=1000r/min。

因此，相应的切削速度分别为：

粗铣时：

2.4.4工时定额的确定

下面计算工序一中Φ4.5mm孔的时间定额。

（1）基本时间由文献[8]得，钻孔的计算公式为：

式中：

；

，钻通孔时，=3；

L=11，=0，f=0.3，n=1000。

因此

所以

（2）辅助时间文献[8]确定

开停车0.015min

升降钻杆0.015min

主轴运转0.02min

清除铁屑0.04min

卡尺测量0.10min

装卸工件时间由文献[8]取1min

所以辅助时间

=（0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1）min=1.19min

（3）地点工作服务时间由文献[8]确定

取，

则

（4）休息和自然需要时间由文献[8]确定

则

（5）准备终结时间由文献[8]，部分时间确定

简单件26min

深度定位0.3min

使用夹具6min

由设计给定1000件，则

（6）单件时间

（7）单件计算时间

2.5各工序的设备、刀具、量具的设计

（1）选择NC加工机床

根据2.3工艺路线的设计的工序安排，由于零件的复杂性及不规则性，故选择立式加工中心。

加工内容有：

铣凹槽曲面、钻孔、镗孔及攻螺纹等，所需刀具不超过20把。

选用立式加工中心即可满足上述要求。

本设计选用FANUC18i-MateMC系统XH714立式数控加工中心，如图1所示。

图1XH714立式数控加工中心

（2）机床主要技术参数

工作台面积（长×

宽）900×

400mm

工作台左右行程（X向）630mm

工作台前后行程（Y向）400mm

主轴上、下行程（Z向）500mm

工作台最大承重600kg

主轴端面至工作台面距离250—760mm

主轴锥孔MAS403BT40

刀库容量≥12把

刀具最大尺寸φ100×

250mm

主轴最高转速8000rpm

进给速度5-8000mm/min

快速移动速度20000mm/min

主电机功率7.5/11KW

定位精度X:

0.016mm，Y、Z：

0.014mm全程

重复定位精度X:

0.010mm，Y、Z:

0.008mm全程

进给电机扭矩FANUC8N.m

数控系统FANUC0i-MateMC

插补方式直线插补、圆弧插补

（3）机床性能

XH714为纵床身，横工作台，单立柱立式加工中心机床；

可以实现X、Y、Z任意坐标移动以及三坐标联动控制；

X、Y、Z三坐标轴伺服进给采用交流伺服电机，运动平稳；

X、Y、Z三轴采用进口精密滚珠丝杠副，及进口滚珠丝杠专用轴承支承；

主轴采用交流伺服调速电机，其额定功率11KW；

主轴最高转速为8000rpm。

主轴轴承采用高速、高精度主轴轴承，油循环冷却；

采用蝶形弹簧夹紧刀具，气压松刀；

刀库为20把刀的斗笠式刀库，无机械手换刀。

2.6工艺文件的设计

根据2.3工艺路线的设计的工序安排，编出机械加工工艺过程卡片及工序卡片。

见附表1：

机械加工工艺过程卡片；

附表2~4：

数控加工工序卡；

附表7~8：

数控加工进给路线图。

2.7数控加工刀具卡片的设计

根据2.3工艺路线的设计的工序安排，编出机械加工刀具卡片。

见附表5~6：

机械加工刀具卡片。

2.8数控编程

根据2.3工艺路线的设计的工序安排，编出数控加工程序。

见附表9：

数控加工程序。

3安装底座铣凹槽夹具工序工艺装备的设计

3.1夹具设计方案的设计

根据安装底座的特点对夹具提出了两个基本要求：

一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定。

二是要能协调安装底座零件与机床坐标系的尺寸。

除此之外，重点考虑以下几点：

1、在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

2、夹具上个零件部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位。

夹紧原件不能影响加工中的走刀。

根据课题要求，批量生产1000件安装底座零件，故需要设计专用夹具进行装夹。

3.1.1夹具的定位方案的设计

工件定位方案的确定，首先应考虑满足加工要求。

按基准重合原则，选用Φ18孔以及工件底平面作为定位基准，定位方案如图3-1所示。

平面机构自由度计算公式为：

，

其中：

n为活动构件，n=N-1，N为构件；

—低副；

—高副；

所以：

即3个支承钉限制工件的x、y方向的转动度以及z方向的移动度，可换圆柱销限制工件的x、y方向的的移动度以及z方向的转动度。

图3-1安装底座的定位方案

3.1.2夹具的夹紧方案的确定

工件夹紧方案的确定，取工件的Φ29圆柱端面进行夹紧，采用固定手柄压紧螺钉夹紧机构，如图3-2所示。

采用固定手柄压紧螺钉夹紧机构，在夹具设计过程中，以考虑工件的受力情况，故在Φ29圆柱端面与固定手柄压紧螺钉之间增加光面压块，光面压块在此处起到缓冲及平衡受力的作用。

采用固定手柄压紧螺钉通过光面压块将工件在侧面夹紧，其结构紧凑、操作方便。

固定手柄压紧螺钉选用：

AM10×

120JB/T8006.3-1999。

图3-2安装底座的夹紧方案

3.1.3夹具对刀装置方案的确定

因考虑零件的复杂性，故将夹具本次零件加工选择机床对刀点在工件坐标系的Φ20.1圆心上，这有利于保证精度，减少误差。

采用试切的对刀方法：

具体步骤为该零件选择Φ20.1孔为编程零点，本次试切首先选择零件的右侧面为试切点，左右拨动主轴，手轮移动X轴，使刀具微碰零件，此时记下X的机械坐标输入到G54或G55的X中，本次试切再选择零件的下表面为试切点，上下拨动主轴，手轮移动Y轴，使刀具微碰零件，此时记下Y的机械坐标输入到G54或G55的Y中，至此，X，Y轴对刀完成；

Z轴的对刀，如以工件端面为0点，将铣刀擦到工件表面，记下此时Z轴的机械坐标，输入到G54或G55中。

3.1.4夹具与机床连接方案的设计

该夹具为孔系夹具，它的元件以孔定位，螺纹连接，元件定位精度高，夹具的组装简便，刚性好，又便于数控机床编制加工程序。

3.2夹具的结构设计

在选择夹具体的毛坯的结构时，从结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。

在《机床夹具设计手册》表1-9-1为各种夹具体毛坯结构的特点和应用场合。

则选铸造结构，因为其可铸造出复杂的结构形状。

抗压强度大，抗振性好。

易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。

材料多采用HT15-30或HT20-40。

将夹具分为基础体及夹具体，夹具体主要起到连接专用夹具的作用，而基础体则起到支撑及定位的作用。

另外，在夹具体上还进行倒角，以便增加夹具的强度及刚度。

3.3夹具的理论计算

3.3.1定位误差的分析与计算

主要是可换圆柱销及支承钉的定位。

因此，定位误差在于可换圆柱销及支承钉之间的定位误差。

支承钉的定位误差按公式3.1计算：

…………………………………………………………………（3.1）

由于工件定位垂直表面与工件上表面间的角度为0。

所以,

3.3.2夹紧力的分析与计算

本套夹具靠固定手柄压紧螺钉实现夹紧。

因此，夹紧力的计算则在于固定手柄压紧螺钉所需的力。

固定手柄压紧螺钉夹紧力P按3.2公式计算：

……………………………………………（3.2）

—夹紧力，；

—螺纹升角，M16选；

—螺纹摩擦角，=；

—支撑表面摩擦力矩的计算力臂，选择；

—螺母支撑面的摩擦因素，选择=0.178；

通过计算，M16孔定位的螺钉所需夹紧力为：

T=180N

因为光面压块起到缓冲作用，故夹紧力需增加一倍。

因此总共所需夹紧力为：

T总=2T=180N×

2=360N

3.3.3夹具的质量计算

本套夹具的质量主要来自于夹具体及基础体的质量。

因方便计算，故经过优化及对一些孔的忽略不计，最后得到的质量计算为：

3.4夹具的简要使用操作说明

本夹具用于加工安装底座的凹形曲面（工件材料40Cr）。

工件以底平面、内孔Φ18和Φ29圆柱端面在可换圆柱销5、支承钉6、固定手柄压紧螺钉9上定位，由固定手柄压紧螺钉9夹紧工件。

4零件的仿真加工

4.1UGNX6.0仿真加工

图4.1凹槽粗铣削

4.2凹槽精铣削

4.3钻攻4-M4螺纹孔及Φ2.2通孔

4.4钻铰Φ4.5沉孔

4.2课题制作

此次课题制作，本次设计共分为8个部分，第一部分为零件图及工艺分析，主要是图形分析。

第二、三部分为加工机床的选择和装夹方法的确定。

第四、五部分主要是写工艺方面的内容，其中包含工艺过程、工艺简图，并标注出定位和夹紧方式、所用机床、所用刀具、所用切削用量等。

第六部分主要介绍了运用CAM软件编制零件的数控加工程序以及其生成过程。

第七、八部分为设计总结及参考文献。

在零件图分析方面分为三步，第一先分析零件的结构，了解零件大致形状。

第二是尺寸精度公差要求。

第三则是技术要求等等。

在这一阶段，必须对零件图有所识别能力。

特别是注意形位公差，零件尺寸公差，粗糙度等方面。

在零件的工艺方面，根据零件各个部分的加工所要达到的粗糙度分别进行分析，如外形轮廓，沉孔，通孔等结构。

在拟定工序方面，对上述的说法进行详细的说明。

在加工顺序说明里，对三个工序安排进行分析。

在数控加工工艺方面，涉及到许多方面，在脑海中必须出现如何加工零件、夹具的雏形、机床的各种参数等等。

数控加工内容则是对零件加工顺序的检验；

数控设备则是所使用的机床；

对于加工工序与工步，当有清晰的加工顺序时，开始选择合适的刀具，并确定正确的进给路线制作工艺卡片。

并通过查阅切削用量手册等相关参考文献，计算出主轴转速与进给速度，并分析切削用量。

在定位方案与夹具设计方面，

确定基准与夹紧方案，根据方案设计出夹具。

5结论

（1）设计过程中应用到的材料力学、机械原理、机械设计、数控编程等方面的知识。

通过设计，加深了对所学知识在脑海中的印象，并提高了在实际中应用所学知识的能力。

（2）通过对零件和夹具的三维造型，实战练习了UG三维造型软件的造型模块和AtuoCAD工程图模块，加深了AutoCAD二维软件的操作和理解。

（3）通过对夹具的理论计算，证明本套夹具具有可行性。

（4）通过对零件的加工仿真，证明数控加工程序具有可行性。

（5）通过对夹具的三维建模，证明夹具的设计具有可行性。

（6）对使用Office办公软件时，还需要多加熟练。

（7）在进行UG三维建模时，了解了计算机辅助制图编程软件的功能及使用方法。

（8）在用AutoCAD、UGNX7.0等软件时，还需要多熟练快捷键的使用，从而提高效率。

参考文献

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[2]毕承恩等.现代数控机床（上、下册）.北京：

机械工业出版社，1993.

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北京出版社，1993.

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机械工业出版社，1996.

[6]朱耀祥等.现代夹具设计手册.北京：

机械工业出版社，2009.

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[8]赵长明等.数控加工工艺及设备.北京：

高等教育出版社，2008.

[9]AMTStatisticalDepartment.1998-1999EconomicHandbookoftheMachineToolIndustry.1998.

[10]李洪等.机械加工工艺手册.北京.北京出版社，1990.

附录

附录1.机械加工工艺过程卡片

附录2.数控加工工序卡

附录3.数控加工工序卡

附录4.数控加工工序卡

附录5.数控加工刀具卡片

附录6.数控加工刀具卡片

附录7.数控加工进给路线图

附录8.数控加工进给路线图

附录9.数控加工程序

附录10.安装底座二维图

附录11.安装底座铣凹形曲面专用夹具装配图

附录12.专用夹具中夹具体二维图

附录13.专用夹具中压入式螺纹衬套二维图

附录14.专用夹具中固定手柄压紧螺钉二维图

附录15.专用夹具中支承钉二维图

附录16.专用夹具中基体二维图

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