顶尖套数控加工及其夹具设计

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1、摘 要本文是利用数控方面知识对顶尖套进行零件分析，培养调查研究、检 索和阅读中外文献资料用AUTO CAD和UG绘图软件绘画出零件图纸二维图 和三维图。根据产品的技术资料、生产条件与生产纲领制定零件机械加工 工艺流程、刀具卡片、确定数控设备以及所用刀具量具，设计专用夹具以 提高生产效率，确定加工切削用量以及编写数控加工程序。通过对零件图的分析和零件技术要求的分析，拟定了零件的加工方 法。对所涉及的顶尖套夹具，从定位方案的选择、夹紧方案的确定、对刀 方案的选择、夹具体与定位键、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求以及 加工精度分析，分析了所涉及的导向套夹具。查阅夹具设计相关手册，用 CAD、UG绘图

2、工具绘制出夹具装配图；同时，按照中华人民共和国国家标 准，画出夹具装配图的零部件。夹具设计过程中，我首先会收集零件资料和了解零件结构特点，提出 设计的任务和明确设计的要求。接着是定位、夹紧方案的设计，要满足要 求、工作性能可靠、结构设计可行以及成本低廉。然后是技术设计，在既 定设计方案的基础上，完成机械产品的总设计、部件设计、零件设计等。 最后是制造和试验出合理的零件夹具，完成毕业设计所要求的任务。关键词：定位，夹紧，对刀，铣床夹具，数控加工顶尖套数控加工及夹具设计0引言随着计算机技术的飞速发展，数控机床在我国机械加工行业中得到越 来越广泛的应用。它不仅解决了普通机床难以解决的许多加工难题，而

3、且 提高了加工精度和生产效率，同时也对加工工艺和刀具设计提出了许多新 的、更高的要求。为使这些先进的设备更好地发挥作用，必须解决这些问 题。数控加工技术是将普通金属切削加工、计算机数控、计算机辅助制造 等技术综合的一门先进加工技术。在以上各个领域进步的推动下，尤其是 计算机技术的飞速发展下，数控加工技术正从深度、广度上对机械加工技 术进行革命性的变革。数控技术是制造工业现代化的重要基础。因此，世 界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术。同时夹具也是是制造系统与装备中的一个重要工艺装备。夹具能保证 零件的加工精度，提高生产效率，夹具还能扩大机床的工艺范围和减轻工 人的劳动强度。随着

4、机械产品更新换代不断加快，多品种小批量生产，对 夹具的设计制造有了更高的要求，夹具的设计制造必须具有快速响应产品 的变化、能够缩短产品设计制造周期、增加制造系统的柔性、降低成本、 提高产品质量等。因此，合理的夹具设计被人们越来越重视。为了保证加工精度要求，提高生产效率，降低生产成本，所以要设计 个专用夹具，这样就充分发挥车床在孔加工方面的优势，用夹具来保证 加工精度。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发 达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。1选题背景11背景题目来源于企业实际加工产品。选题目的在于通过本次毕业实践设 计，培养学生综合运用所学知识解决本专业

5、实际生产问题的能力，进一步 培养调查研究、检索和阅读中外文献资料、方案选择和比较、理论分析、 工装夹具设计和实验研究、计算机应用及写作等方面的能力。使得学生通 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。本次毕业实践设可以提高学生综合素质、培养学生认真刻苦的钻 研精神和严格细致的工作作风。1.2零件图纸分析车床尾座上的套筒，如图1.1所示。该零件加工完成需要经过数控车 床、磨床及铣床的加工，必须采取专用设计铣床夹具才能达到图纸技术要 求。由于考虑到材料是45号钢，毛坯采用锻件。103L70吻工溟、勺图

6、1.1顶尖套零件该零件在车床上加工外圆柱面、内圆锥面莫氏4号、内孔面，完成零 件所需图纸要求的硬度、其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度 和表面粗糙度要求，必须采用热处理及在磨床上进行精密磨削。然后在数 控铣床上采用专用夹具大批量的生产双工位来加工键槽12H11和油槽R3。1.3零件的技术要求分析阅读分析图样，车床尾座套筒,主要技术要求如下：(1) 键槽12Hllmm对70.8h6mm外圆轴线的对称度公差0.10mm, 平行度公差0.08mm。(2) 锥孔涂色检查其接触面积应大于75%。(3) 热处理：调质处理250HBW，局部外圆及锥孔淬火45-50HRC。零件技术要求是调质HRC25

7、-28和锥面高频淬火HRC45-50 (淬火深度 0.2MM )。生产中常把淬火及高温回火的复合热处理工艺称为“调质”。 调质钢与正火钢相比，不仅强度较高，而且塑性、韧性远比后者，这是由 于调质后钢的组织是回火索氏体，其渗碳体呈球粒状，而正火的索氏体中 渗碳体呈薄片状，因此，重要零件均应采用调质处理。仅对工件表面层进 行淬火的工艺称为表面淬火。在机械设备中，有许多零件是在冲击载荷及 表面摩擦条件下工作的。这类零件表面须具有高硬度和耐磨性，而心部要 有足够的塑性和韧性。为满足这类零件的性能要求，就要进行表面热处理。 根据零件的二维图，用UG4.0对零件进行三维建模，零件三维视图如图所 示。2零件

8、的加工工艺过程的分析2.1零件的工艺分析工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精 度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和 装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订 出合理的工艺规程。该零件的外形结构是圆柱体、内孔及莫氏4号锥孔，因此可以放在车 床上来加工零件的第一部分，然后则通过专用夹具在铣床上来加工键槽和 油槽。首先夹住零件的一端，在车床上切削出直径为70.8h6mm，在车 床上进行打孔，先用钻头在零件上15mm通孔，然后用镗刀进行镗孔，最 后再用铰刀把孔铰到规定尺寸。然后掉头加工零件另一端，车出端面保证 长度为342 0

9、.10mm的圆柱体及莫氏4号锥孔，然后将工件放在专用夹具 上，用弧形压板压住加工宽12H11mm键槽和R3的油槽，并且保证键槽 12H11mm对 70.8h6mm外圆轴线的对称度公差0.10mm，平行度公差 0.08mm。最后在磨床上进行精密磨削。该零件的要求精度要高，因此要设 计一个专用夹具，以保证零件在加工过程中能够达到所规定的要求。通过上述分析，采用以下几点工艺措施。(1) 对图样上带公差的尺寸，因公差值较小，故编程时不必取平均 值，而取基本尺寸即可。(2) 左右端面均为多个尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先 将左右端面车出来。(3) 内孔尺寸较小，加工左端莫氏4号锥孔及右端内孔时需

10、掉头装 夹。2.2拟定工艺路线锻造-热处理(正火)-车削加工零件右端钻孔-车削加工零件右端钻通 孔-热处理(调质处理)-半精车左右两端面、内孔及锥孔-精车左右两端 面、内孔及锥孔-划线-在数控铣床上使用专用夹具铣键槽和油槽-热处理(高频淬火)-磨削圆柱面、内孔表面及莫氏4号锥孔。3数控加工工艺分析3.1数控加工内容的确定(1) 在调质处理前进行粗加工，周质处理后进行半精加工和精加工。(2) 应将粗、精加工分开，以减少切削应力对加工精度的影响。(3) 莫氏4号锥孔与右端40mm、25mm孔。应在进行凋质处理前 钻通，这样有利于加热和内部组织的转变，使工件内孔得到较好的处理。根据工艺规程铣双槽之前

11、，其他表面均已加工好本工序的加工要求 是：(1) 键槽宽12H11由键槽铣刀保证。槽两侧对称平面对70.8h6 轴线的对称度0.10mm，平行度0.08mm。槽深控制尺寸64.8mm，槽长 600.4mm。(2) 油槽半径R3,由圆弧铣刀保证，其圆心应在70.8的圆柱面上。 油槽长170mm。(3) 双槽的对称平面在同一平面内。由于相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，为了以减 少重复定位次数、换刀次数、保持连续加工与减少劳动力的原则，所以该 零件的外圆、内孔可以由数控车床与加工中心来加工完成。3.2数控加工设备的选用3. 2.1车削选取数控机床型号为是CAK6136性能特点是配置无

12、级调速主轴、电子手轮、自动润滑系统、伺服驱动。(1) 床身上最大工件回转直径(mm)360(2) 刀架上最大工件回转直径(非排刀架)(mm) 180(3) 最大工件长度(mm) 750/1000400(轴类)(4) 最大加工长度(mm) 620/870 300(轴类)(5)套筒锥孔锥度 莫氏4号322铣削选取数控机床型号为是XK714(1) 性能特点是X, Y坐标采用直线滚动导轨，摩擦系数小；Z 坐标导轨(2) 采用铸铁贴塑滑动导轨,摩擦系数小;保证了机床运动灵活, 刚性好。(3) 精密滚珠丝杠与AC伺服电机直联传动。主轴转速有两种供 选配，切削功率大，可以进行镗削、铳削、钻削等加工。采用半封

13、闭 罩以及挡屑板防护，快速方便，可根据客户要求采用全封闭防护罩。 其数控系统是FANUC。3.3加工工序的制订工序1 :下料 75*350mm的热轧圆钢工序2 :热处理正火。工序3:车端面、钻中心孔、车全部外圆、车阶台孔加工4#莫氏锥孔、 倒角工序4:(1)粗铳键槽、粗铳油槽，留加工余量1 (2)半精铳键槽、油 槽留加工余量0.6 (3)精铳键槽、油槽至图样要求,留磨量0.3工序5 :整体淬火45-48HRC加高温回火工序6: 粗磨外圆、内孔、键槽4#莫氏锥孔,留磨量0.4, (1)粗磨 70.8h6到70.18,到两端面，保证总长342 0.1mm粗磨右端4025 到尺寸，保证总长(3)掉头

14、装夹，粗磨4#莫工序7:半精磨外圆、全部内孔、4#莫氏锥孔,留磨量0.2工序8:精磨至图纸要求，保证车床尾座上顶尖套与顶尖的配合间隙0.01-0.015,精磨锥度孔莫氏4号工序9:去毛刺清理工序10：防锈检验合格后入库。3.4加工工步制订工序3的工步(1) 夹75mm外圆，车75mm两端面，保证尺寸342 0.1m留加工余(2) 粗车外圆70.8h6mm,留加工余量5mm,长度车至尺寸，倒角(3) 半精车外圆70.8h6mm,留加工余量0.2-0.3mm，长度车至尺寸, 留加工余量0.8(4) 钻两端B型中心孔(5) 钻通孔18mm(6) 扩钻孔24mm，保证尺寸239mm(7) 精铰孔至25

15、mm(8) 扩孔39mm，保证尺寸600.4(9) 精铰孔至40mm(10) 倒角 2.5*45(11) 精车外圆70.8h6mm,留磨量0.8(12 )夹外圆70.8h6mm粗车内锥孔(13 )粗磨锥孔，留磨量0.3,装锥堵(14)倒角 2.5x453.5进给路线确定在数控机床加工过程中，进给路线的确定是非常重要的。所谓进给路 线就是数控机床在加工过程中刀具中心的移动路线。确定进给路线，就是 确定刀具的移动路线。进给路线不但包括了工步的内容，而且也反映出工 步的顺序。进给路线也是编程的依据之一。加工路线的确定首先必须保持 被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽 量短、效率较高等。它与工件的加工精度和粗糙度直接相关。此零件由于 两孔加工要求一致，因此，孔可以用数控加工来完成。零件的加工路线同样分为两个部分，顶尖套外圆的粗加工进给路线和 零件的槽、孔等部位可以用直接进刀法。切削进给路线短，可有效地提高 生产效率，降低刀具损耗等。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时， 应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求。3.6刀具的选择在数控机床上所使用的刀具应具有以下特点:刀具有很高的切削效 率；数控刀具有很高的精度和重复定位精度，要求刀具有很高的可靠性和 耐用度，实现刀具尺寸的预调和速