武汉理工学院毕业设计课题名称盖板的加工工艺及夹具设计
系别机电工程系
专业机电一体化
班级 08机电 (2) 班
姓名陈丹阳
学号 014208210610
指导教师毛伟李记春
目录
摘要 (4)
【摘要】 (4)
【关键词】 (4)
Abstract (4)
【Abstract】 (4)
【Key words】 (5)
题目：盖板的加工工艺及夹具设计 (5)
绪论 (6)
第1章、盖板的加工工艺及夹具设计条件 (8)
1.1零件图 (8)
1.2设计的具体要求 (8)
第2章、零件图的分析 (8)
2.1零件几何要素分析 (8)
2.2精度分析 (9)
2.2.1尺寸精度分析 (9)
2.2.2表面粗糙度精度分析 (9)
2.2.3尺寸公差等级精度分析 (9)
第3章、盖板的加工工艺分析 (9)
3.1 盖板的加工内容 (9)
3.2盖板的加工要求 (10)
3.3盖板各结构的加工方法 (10)
第4章、设计加工工艺方案 (11)
4.1确定加工顺序 (11)
4.2确定工件的装夹方案 (11)
4.3制订加工工艺方案 (12)
第5章、确定工序和走刀路线 (13)
5.1确定工序 (13)
5.2确定进给路线 (13)
5.2.1选择进给路线的依据 (13)
5.2.2铣削A面的进给路线 (14)
5.2.3铣削B面的进给路线 (14)
5.2.4镗Φ60H7通孔的进给路线 (14)
5.2.5钻中心孔的进给路线 (15)
5.2.6钻、扩、铰Φ12H8孔的进给路线 (15)
5.2.7锪Φ16的阶梯孔的进给路线 (15)
5.2.8钻螺纹底孔、攻M16H8螺纹孔的进给路线 (16)
第6章、选择机床、工艺装备 (17)
6.1毛坯的选择 (17)
6.2机床的选择 (17)
6.3刀具的选用 (17)
6.4量具的选择 (21)
第7章、孔加工夹具设计 (22)
7.1明确设计任务 (22)
7.2设计孔加工的夹具 (22)
第8章、确定切削用量 (24)
8.1切削用量的选择依据 (24)
8.2主轴转速 (25)
8.3进给速度 (25)
8.4背吃刀量 (26)
第9章、拟定盖板零件加工工艺文件 (27)
9.1盖板零件加工工艺过程卡 (27)
9.2盖板零件加工工艺工序卡一 (28)
9.3盖板零件加工工艺工序卡二 (29)
9.4盖板零件加工工艺工序卡三 (30)
9.5盖板零件加工工艺刀具卡 (31)
第10章、编写数控加工工艺程序 (32)
10.1加工A面的程序（工序二） (32)
10.2加工B面及Φ16、Φ12H8、Φ60H7的孔的程序（工序三） (32)
10.3加工M16-H7 mm内螺纹孔及零件四个侧面的程序（工序四） (34)
总结 (37)
致谢 (38)
参考文献 (39)
盖板的加工工艺及夹具设计
【摘要】本设计说明书主要介绍了机械产品的加工工艺设计，其中包括：
零件图的分析、零件的工艺分析、设计加工工艺方案、确定加工工序和走刀路线、选择机床和加工工艺设备、设计加工工艺夹具、确定切削用量、加工工艺过程设计、编写加工工艺文件、以及编写加工程序等。介绍了平面类零件的加工工艺设计，孔的加工工艺方案的设计等。还介绍了机械制造加工工艺与夹具设计在机械制造工业中的作用、机械制造加工工艺技术的现状和发展。在本毕业设计中研究了定位基准的选择、工件的定位方法、箱体零件的结构工艺性等。机械制造加工工艺是机械制造业的基础，是生产高科技产品的保障。离开了它就不能开发出先进的产品和保证产品质量，提高生产率，降低成本和缩短生产周期。机械制造工艺技术是在人类生产实际中产生并不断发展的，目前机械制造工艺技术向着高精度、高效率、高自动化发展。精密加工精度已经达到亚微米级，而超精密加工以及进入0.01微米级。现代机械产品的特点是多种多样批量小、更新快、生产周期短。本毕业设计说明书反映了机械制造加工工艺与夹具设计的宗旨是：保证和提高产品质量；提高劳动生产率；提高经济效益。
【关键词】加工中心数控技术机械制造加工工艺工艺分析机械制造夹具设计设计加工工艺方案
Abstract
【Abstract】 The design manual focuses on the mechanical design
of products, processing technology, including: the analysis of part drawing, part of the process analysis, design and processing technology program to determine the machining processes, and take the knife line, select the machine tool and processing equipment, design Process fixture to determine the cutting parameters, processing, process design and processing technology to prepare documents, and the preparation of processing procedures. Parts of the plane describes the processing process design, hole processing technology program design.
Also introduced the mechanical manufacturing and processing technology and fixture design in the machinery manufacturing industry, role, mechanical manufacturing and processing technology of the status quo and development. Graduate study in the design of the choice of positioning the base, workpiece positioning method, the structure of craft box parts and so on. Mechanical manufacturing and processing machinery manufacturing process is the basis for the production of high-tech products protection. It can not be left to develop advanced products and ensure product quality, increase productivity, reduce costs and shorten production cycle. Machinery manufacturing process technology is generated in the human actual production and continuous development, the current machine technology toward high-precision
Degrees, high efficiency, high automation. Precision machining precision has been achieved sub-micron level, while the ultra-precision machining, as well as access to 0.01 micron. Modern mechanical products is characterized by a wide variety of small batch, update quickly, short production cycle. The Graduation Project Manual to reflect the mechanical manufacturing and processing technology and fixture design aims: to ensure and improve product quality; to improve labor productivity; increase economic efficiency.
【Key words】Machining Center CNC Technology Machinery
Manufacturing Machinery Manufacturing Process Analysis Process Design Process fixture design program
绪论
机械制造加工工业是国民经济中极其重要的基础产业，它为各行各业提供各种设备，各行各业的技术改造都离不开设备更新，因此机械工业的发达程度是表征一个国家综合国力强弱的一个重要标志，而机械制造加工工业的发展和进步在很大程度上有取决于机械制造加工技术中数控技术的发展与进步。
数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位，因此世界各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术与产业，而我这次加工工艺设计则是要对给出的零件设计出最好的加工方案，所以首先要完成零件节点、基点计算，设定工件坐标系，制定正确的工艺方案（包括定位、夹紧方案和工艺路线），选择合理的刀具和切削工艺参数，编写数控加工程序，按尺寸精度和表面粗糙度值要求加工出合格的零件。
机械制造工艺是各种机械制造方法和过程的共和。在生产过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全的安装工件的装置，称为夹具。将机械设计图纸转化成产品，离不开机械制造工艺与夹具。它是机械制造业的基础，是生产高科技产品的保障。离开了机械制造工艺与夹具就不能开发出先进的产品和保证产品质量，提高生产率，降低成本和缩短生产周期。
机械制造工艺技术是在人类生产实际中产生并不断发展的，目前机械制造工艺技术向着高精度、高效率、高自动化发展。精密加工精度已经达到亚微米级，而超精密加工以及进入0.01微米级。现代机械产品的特点是多种多样批量小、更新快、生产周期短。这就要求整个加工系统及机械制造工艺技术向着柔性、高效自动化方向发展，由于成组技术理论的出现和计算机技术的发展，使计算机辅助设计（CAD）,计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、数控机床等在机械制造业中广泛应用，大大缩短了机电产品的生产周期，提高效率，保证了产品的高精度、高质量。机械制造工艺与夹具设计是以机械制造中的加工问题为对象的一门技术科学。它包含的内容主要有热加工问题和冷加工问题。机械加工工艺与夹具一般以冷加工和装配两方面为主。机械制造工艺与夹具研究的宗旨是：保证和提高产品质量；提高劳动生产率；提高经济效益。
机械制造加工工艺与夹具设计是以机械制造加工问题为研究对象的一门技术科学。它包含的内容主要有热加工问题和冷加工问题，机械制造加工工艺与夹具设计研究的宗旨是：保证和提高产品的质量；提高劳动生产率；提高经济效益。
在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步，特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、数控控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的数控加工。
随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，对数控机床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望市场能提供不同加工需求、迅速高效、低成本地构
筑面向用户的控制系统，并大幅度地降低维护和培训的成本，同时还要求新一代数控系统具有方便的网络功能，以适应未来车间面向任务和定单的生产组织和管理模式。
随着计算机技术的高速发展，传统制造业发生了根本性的变革，各工业发达国家在投入巨资对现代技术进行系统研究和开发的基础上，提出并发展了一些全新的制造模式。在现代制造技术体系中，数控技术占据了重要地位，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是一个国家国民经济的支柱产业。它一方面创造价值，生产物质财富，另一方面为国民经济各个部门提供装备。在工业国家，约有1/4的人口从事各种形式的制造活动，在非制造业部门，约有半数人的工作性质与制造业密切相关。
正是数控技术应用专业领域技能型人才紧缺，学院通过以盖板零件的加工工艺与夹具设计课题为主要内容，让学生掌握各种零件结构数控加工编程的格式内容，提高学生对所学知识的综合理解与实际掌握应用，让我们对所学理论知识吸收消化，发挥学习者的潜能，达到融会贯通，形成数控加工技术的基本能力，组合演绎出千变万化的各种零件的加工。
第1章、盖板的加工工艺及夹具设计条件1.1零件图
1.2设计的具体要求
(1)设计加工工艺方案，说明书不少于10000字；
(2)填写工艺文件；
(3)设计孔加工的夹具一副；
第2章、零件图的分析
2.1零件几何要素分析
从零件的结构上看该零件包括：160mmX160mm的方形平面、Φ60H7mm的通孔、4XΦ16mm的阶梯孔、 4XΦ12H8mm的阶梯孔、 4XM16-H7mm的内孔螺纹,其结构形状简单,为箱体类零件。
2.2精度分析
2.2.1尺寸精度分析
本零件中主要的尺寸精度要求有：4个M16-H7mm的内螺纹孔的中心定位位
0.02。
置Φ100+
-
2.2.2表面粗糙度精度分析
本零件中的表面粗糙度精度要求有：Φ60H7mm的通孔和4个Φ12H8mm的阶梯孔表面粗糙度均为Ra0.8um，4个Φ16mm的阶梯孔的表面粗糙度为Ra12.5um，A平面和B平面的表面粗糙度均为Ra6.3um。
2.2.3尺寸公差等级精度分析
本零件中的尺寸公差等级精度要求有：Φ60H7mm的通孔的尺寸公差等级要求为H7；4个Φ12H8mm的阶梯孔的尺寸公差等级要求为H8；4个M16-H7mm的内孔螺纹的尺寸公差等级要求为H7。
第3章、盖板的加工工艺分析
3.1 盖板的加工内容
从零件的结构上分析该零件主要由平面、孔系组成，加工内容包括：铣削A、B两个平面、加工一个Φ60H7mm的通孔、加工4个Φ16mm的阶梯孔、加工4个Φ12H8mm的阶梯孔以及加工4个M16-H7mm的内孔螺纹。且加工内容集中在A、B 两个平面上。孔的最高精度为IT7级，最高的表面粗糙度值为Ra0.8um。从定位和加工两个方面综合考虑，以A面为主要定位基准，为箱体类零件的加工，适合用加工中心加工完成。根据零件图分析以及加工要求可选材料为铸铁。
3.2盖板的加工要求
盖板的主要加工要求为：Φ60H7mm的通孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度要求较高，为Ra0.8um。4XΦ16mm的阶梯孔只标注了基本尺寸，并未标注尺寸公差等级，可按自由尺寸公差等级IT11~IT12处理，表面粗糙度要求不高，为Ra12.5um。4XΦ12H8mm的阶梯孔的尺寸公差为H8, 表面粗糙度要求较高，为Ra0.8um。4XM16-H7mm的内孔螺纹的尺寸公差为H7。平面的表面粗糙度要求为Ra6.3um。
3.3盖板各结构的加工方法
（1）由于A、B两个平面的表面粗糙度为Ra6.3um，故拟选择的加工工艺方案为：先用面铣刀粗铣，然后精铣。
（2）4XΦ12H8mm的阶梯孔的表面粗糙度为Ra0.8um，为防止钻偏和满足IT8级公差精度，故拟选择的加工工艺方案为：先用中心钻钻中心孔，然后用麻花钻钻孔，再用扩孔钻扩孔，最后用铰刀铰孔。
（3）4XΦ16mm的阶梯孔可在已加工4XΦ12H8mm的阶梯孔的基础上锪至所需尺寸即可。
（4）由于Φ60H7mm的通孔的表面粗糙度为Ra0.8um；加工要求较高，故拟选择的加工工艺方案为：先用中心钻钻中心孔，然后用扩孔钻扩孔，再用镗刀粗镗孔，再用镗刀半精镗孔，最后用镗刀精镗孔。
（5）4XM16-H7mm的内螺纹孔选择的加工工艺方案为：先用中心钻钻中心孔，然后用麻花钻钻底孔，再用用麻花钻倒底孔倒角，最后用丝锥攻内孔螺纹。
第4章、设计加工工艺方案
4.1确定加工顺序
按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序。由零件图可知，零件的高度Z向基准是A面，长、宽方向的基准是Φ60H7 mm通孔的中心轴线。从工艺的角度看，A面也是加工零件各结构的基准定位面，因此，在对各个加工内容加工的先后顺序的排列中，第一个要加工的面是A面，且A面的加工与其它结构的加工不可以放在同一个工序。
按数控加工应尽量集中工序加工以及夹具设计的原则，可把Φ60H7 mm的通孔、4个Φ12H8mm的阶梯孔、4个Φ16 mm的阶梯孔、以及B面在一次装夹中加工出来。这样按装夹次数为划分工序的依据，则该零件的加工主要划分为三个工序，并且次序是：
（1）先用平面铣刀粗铣A面，然后精铣A面。
（2）先用平面铣刀粗铣B面，然后精铣B面，然后用中心钻钻各孔系的中心孔，然后用扩孔钻扩Φ60H7 mm孔，再用镗刀粗镗、半精镗、精镗Φ60H7 mm 孔，最后钻、扩、锪、铰钻4个Φ12H8 mm以及4个Φ16 mm的孔。
（3）先用麻花钻钻 4个M16-H7 mm的内螺纹孔的底孔，再用麻花钻倒4个M16-H7 mm内螺纹孔的底孔端角、然后用丝锥攻4个M16-H7 mm内孔螺纹，最后用立铣刀铣削四个侧面至所需尺寸。
具体加工过程见盖板零件的机械加工工艺过程卡和盖板零件的数控加工工序卡。至此盖板零件的加工顺序基本确定，总结如下：
(1)第一次装夹：用平面铣刀粗铣A面------精铣A面
(2) 第二次装夹：用平面铣刀粗铣B面------精铣B------钻各孔系的中心孔------扩Φ60H7 mm孔------粗、半精、精镗Φ60H7 mm孔------钻、扩、锪、铰4个Φ12H8 mm以及4个Φ16 mm的孔
（3）第三次装夹：钻4个M16-H7 mm的内孔螺纹钻底孔------倒4个M16-H7 mm内螺纹孔的底孔端角------攻4个M16-H7 mm内孔螺纹------铣削四个侧面
4.2确定工件的装夹方案
该盖板零件形状简单，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，根据课题设计要求孔加工夹具设计，故可先用通用夹具平口虎钳直接装夹加工面及一部分孔，再用设计的孔加工夹具装夹加工。
根据零件的结构特点，加工该零件可分三次装夹。
第一次装夹：以盖板毛坯一底面和相邻的两个侧面定位，用平口虎钳从侧面进行夹紧，加工A面。
第二次装夹：以已加工的A面和相邻的两个侧面定位，用平口虎钳从侧面进行夹紧，加工B面、4个Φ16mm的阶梯孔。一个Φ60H7mm的通孔、4个Φ12H8mm 的通孔。其装夹方式如图4-1所示。
图4-1平口钳装夹
第三次装夹：用设计的孔加工夹具夹紧工件，加工4个M16-H7mm的内螺纹孔以及盖板的四个侧面。
4.3制订加工工艺方案
（1）A、B两个平面的表面粗糙度为Ra6.3um，可用面铣刀粗铣------精铣的方法加工。
（2）由于Φ60H7mm的通孔的表面粗糙度为Ra0.8um；加工要求较高，拟选择的加工工艺方案可为：用Φ3 mm的中心钻钻一个中心孔------用Φ30 mm的扩孔钻扩孔------用Φ58 mm的镗刀粗镗孔------用Φ59.95 mm的镗刀半精镗孔------用Φ60 mm的镗刀精镗孔
（3）4XΦ12H8mm的阶梯孔的表面粗糙度为Ra0.8um，为防止钻偏和满足IT8级公差精度，拟选择的加工工艺方案为：用Φ3 mm的中心钻钻四个中心孔------用Φ10 mm的麻花钻钻孔------用Φ11.85 mm的扩孔钻扩孔------用Φ12 mm的铰刀铰孔。
（4）4XΦ16mm的阶梯孔可在已加工4XΦ12H8mm的阶梯孔的基础上用Φ16 mm的阶梯铣刀锪至所需尺寸即可。
（5）4XM16-H7mm的内螺纹孔选择的加工工艺方案为：用Φ3 mm的中心钻钻四个中心孔------用Φ14 mm的麻花钻钻底孔------用Φ18 mm的麻花钻倒底孔端角------用M16 mm的机用丝锥攻内螺纹孔。
并且盖板零件各结构的加工顺序为：
（1）用平面铣刀粗铣A面------精铣A面
（2）粗铣B面------精铣B面------钻各孔系的中心孔------扩Φ60H7 mm 孔------粗、半精、精镗Φ60H7 mm孔------钻、扩、锪、铰4个Φ12H8 mm以及4个Φ16 mm的孔
（3）钻4个M16-H7 mm的内孔螺纹钻底孔------倒4个M16-H7 mm内螺纹孔的底孔端角------攻4个M16-H7 mm内孔螺纹------铣削盖板的四个侧面
第5章、确定工序和走刀路线
5.1确定工序
（1）工序一
制造毛坯，根据盖板的加工特点，可选用铸造的方法铸造毛坯，各部留单边余量2—3 mm。
（2）工序二
以盖板毛坯一底面和相邻的两个侧面定位，用平口虎钳从侧面进行夹紧，加工A面。
（3）工序三
以已加工的A面和相邻的两个侧面定位，用平口虎钳从侧面进行夹紧，加工B面、4个Φ16mm的阶梯孔。4个Φ12H8mm的通孔、一个Φ60H7mm的通孔。
（4）工序四
用设计的孔加工夹具夹住工件，加工4个M16-H7 mm内螺纹孔以及盖板的四个侧面。
（5）工序五
去毛刺
（6）工序六
检验已加工成品盖板的质量
5.2确定进给路线
5.2.1选择进给路线的依据
B面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为φ100mm，故安排沿z方向两次进给。所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，后面所示各图即为各孔加工工步的进给路线。
5.2.2铣削A面的进给路线
5.2.3铣削B面的进给路线
5.2.4镗Φ60H7通孔的进给路线
5.2.5钻中心孔的进给路线
5.2.6钻、扩、铰Φ12H8孔的进给路线
5.2.7锪Φ16的阶梯孔的进给路线
5.2.8钻螺纹底孔、攻M16H8螺纹孔的进给路线
第6章、选择机床、工艺装备
6.1毛坯的选择
因为待加工的零件为箱体类零件，且为正方形快件，其长和宽都为160 mm,高为15 mm,故可选毛坯为165mmx165mmx18mm的方形块状铸件，其材料为铸铁。
6.2机床的选择
由于B面以及B面上的全部孔只需单工位即可加工完成，故选用立式加工中心。该盖板零件的加工内容只有面和孔，根据其精度和表面粗糙度的要求，经粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹即可达到全部要求，所需刀具不超过20把。故选用国产XH714型立式加工中心。白机床工作台尺寸为400 mmX800 mm，x轴行程为600 mm，y轴行程为400 mm，z轴行程为400 mm，主轴端面至工作台台面的距离为125 mm--525 mm，定位精度和重复定位精度分别为0.02 mm和0.01 mm，刀库容量为18把，工件一次装夹后可自动完成粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步的加工。
加工中心如图6-1所示。
图6-1
6.3刀具的选用
根据零件的加工工艺要求；平面铣削A面和B面时，表面长和宽均为165 mm，拟选用面铣刀单次平面铣削，为使铣刀工作时有合理的切入切出角，面铣刀直径尺寸的选择最理想的宽度应为材料宽度的0.8—1.0倍，因此可选用Φ100 mm的硬质合金面铣刀，齿数为12，先走刀完成粗铣，设定粗铣后留精加工余量为
0.5mm。完成粗铣之后进行精铣至所需尺寸。
根据孔加工刀具的选用原则：加工Φ60H7 mm的通孔时，可先选用Φ3 mm 的中心钻钻中心孔，再选用Φ30 mm的扩孔钻扩孔，再选用Φ58 mm的镗刀粗镗孔，再选用Φ59.95 mm的镗刀半精镗孔，最后选用Φ60 mm的镗刀精镗孔；加工4XΦ12H8mm的阶梯孔时，可先选用Φ3 mm的中心钻钻四个中心孔，再选用Φ10 mm 的麻花钻钻孔，再选用Φ11.85 mm的扩孔钻扩孔，最后选用Φ12 mm的铰刀铰孔；加工4XM16-H7mm的内螺纹孔时，可先选用Φ3 mm的中心钻钻四个中心孔，再选用Φ14 mm的麻花钻钻底孔，再选用Φ18 mm的麻花钻倒底孔端角，最后选用M16 mm的机用丝锥攻内螺纹孔；加工4XΦ16mm的阶梯孔时，可在已加工4XΦ12H8mm 的阶梯孔的基础上选用Φ16 mm的阶梯铣刀锪至所需尺寸。
加工该盖板零件的各种刀具如图6-2~图6-9所示。
图6-2面铣刀
图6-3中心钻
图6-4麻花钻
图6-5扩孔钻
图6-6锪钻
图6-7铰刀
图6-8镗刀
图6-9丝锥