第一章数控加工工艺设计
1.1 数控加工的基本特点
数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。
1.2 数控加工工艺设计主要内容在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择；数控加工工艺性分析；数控加工工艺路线的设计。
1.2.1数控加工工艺内容的选择对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。 a. 适于数控加工的内容
在选择时，一般可按下列顺序考虑：
通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；
通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；
通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。
b. 不适于数控加工的内容一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；按某些特定的制造依据<如样板等）加工的型
面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。
此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。
1.3 数控加工工艺性分析
被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。
1.3.1 尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。
1.3.2 几何要素的条件应完整、准确在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。
1.3.3 定位基准可靠
在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台,为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，在完成定位加工后再除去。
1.3.4 统一几何类型及尺寸零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。
1.3.5数控加工工艺路线的设计
数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。
数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题：
a. 工序的划分根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：
以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。
以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制<主要是内存容量），机床连续工作时间的限制<如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。
以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。
以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。
b. 顺序的安排
顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：
上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；
先进行内腔加工，后进行外形加工；
以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；
c. 数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。
第二章工艺方案制定
2.1 生类型的确定
生产类型的确定对零件的工艺规程影响很大，在编制规程之前，必须先确定生产类型。
2.1.1 根据生产纲领确定生产类型
生产纲领，即企业在计划期内应当生产的产品量和进度计划指标，也叫年产量。
公式：N=Qn(1+a>*(1+b> 查《机械设计基础》得
注：N为零件的年产量，单位是件/年
Q为产品的年产量，单位是台/年
N为每台产品中该零件的数量，单位是见/台
A为设备的百分率，一般为3—5
B为废品的百分率，一般为3—5
据了解此次所设计的零件要加工的产品年产量大概为3000件/年，
则其生产纲领N=3000*<1+4%）*<1+3%）=3214件/年。
2.1.2 生产类型的确定
依据《机械制造工艺学》中生产纲领和生产类型关系一揽表，确定其生产类型为小批量生产。
泵盖零件图
图1-1
图1-2
图1-3
2.2 泵盖图的技术要求分析
该零件主要由平面、外轮廓、圆弧面以及孔系组成。泵盖轮廓面是6个φ6.5沉孔φ12深4.5的台阶孔，见图1-1。中间部分是φ27孔和φ16孔，这两个孔的表面粗糙度以及加工要求较高，见图1-3，φ27孔是个通孔它的上偏差尺寸是+0.003mm，下偏差尺寸为0mm。φ16孔是个盲孔，孔深是16mm上偏差尺寸是+0.059mm，下偏差尺寸是
+0.032mm，两孔内壁的粗糙度都为1.6，在加工过程中加工这两个孔是最有难度的，有形位公差要求，两孔内壁与泵盖底面有垂直度要求，垂直度要求是0.01，应该提高装佳刚度以满足内孔表面的垂直度要求而且还有平行度要求，平行度要求是0.02，是以φ27孔的内孔壁为基准。φ27孔和φ16孔两圆心之间的距离是54mm,上偏差是+0.050 mm，下偏差是-0.050 mm，而且两个孔的底面都要倒1×45°的倒角。泵盖中间圆突台处有一个M16的螺纹孔见图1-2，在攻螺纹前要设定“换刀点”它是为数控车床、数控钻镗床、加工中心等多刀加工的机床编制程序时设定的因为这些机床加工途中要更换刀具，其设定的位置也要根据工具内容而定，加工螺纹孔需先钻孔，然后攻螺纹。
因此加工途中需要换刀，这就要规定换刀点，为了防止换刀时刀具碰伤工件或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的外面。
根据上述分析，φ27孔与φ16孔的粗精加工应分开进行，以保证粗糙度要求。
2.3 毛坯的选择及分析
灰口铸铁是最常用的一种铸铁，国标代号为HT。一般清水泵的泵体、叶轮、泵盖、悬架等均采用该材料，通常用到三种牌号：HT150、HT200、HT250。对于底座、垫板等非主要零件多采用HT150，泵体、泵盖、悬架等多采用HT200，而叶轮、口环、轴套等多采用HT250。这里泵盖的材料为HT200，毛坯尺寸<长×宽×高）为160mm×110mm×40mm,小批量生产。毛坯为铸铁件，其铸造方法视铸件精度和生产批量而定。单件小批生产多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。有时也采用钢板焊接方式。大批生产常用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。为了消除铸造时形成的内应力，减少变形，保证其加工精度的稳定性，毛坯铸造后要安排人工时效处理。精度要求高或形状复杂的箱体还应在粗加工后多加一次人工时效处理，以消除粗加工造成的内应力，进一步提高加工精度的稳定性。
在金属切削工程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，减轻刀具磨损，减小工件的热变形，从而可以提高刀具耐用度，提高加工效率个加工质量。
切削液一般有冷却、润滑、清洗、防锈作用，常用的切削液分水溶液、乳化液和切削油。
粗加工时，加工余量大，所用切削用量大，产生大量的切削热。采用高速钢刀具切
削时，使用切削液的主要目的是降低切削温度，减少刀具磨损。硬质合金刀具耐热性好，一般不用切削液，必要时可采用低浓度乳化液或水溶液。但必须连续、充分地浇注，以免处于高温状态的硬质合金刀片产生巨大的内应力而出现裂纹。
精加工时表面粗糙要求值较小，一般选用润滑性较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。
切削液要根据工件材料的性质选用，切削塑性材料时需用切削液；切削铸铁、黄铜等脆性材料时，一般不用切削液，以免碎切屑黏附在机床的运动部件上。
参考相关资料，该种铸件的尺寸公差等级为CT8~~10级，加工余量等级MA为G级。因此取尺寸公差等级为CT10级，取加工余量等级MA为G级。
2.4 选择加工方法
2.4.1上、下表面以及台阶面
上、下表面以及台阶面的粗糙度要求为Rа3.2，可选择“粗铣——精铣”方案。
2.4.2 孔加工方法的选择
孔加工前，为了便于钻头引正，先用中心钻加工中心孔，然后再钻孔。内孔表面的加工方案在很大程度上取决于内孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。对于精度较高、粗糙度Rа值较小的表面，一般不能一次加工到规定的尺寸，而要划分加工阶段逐步进行。该零件孔系加工方案的选择如下：
孔φ27，表面粗糙度为Rа1.6，选择“钻—粗铣—精铣”方案。
孔φ16, 表面粗糙度为Rа1.6，选择“钻—粗铣—精铣”方案。
孔6-φ6.5，表面粗糙度为Rа12.5，无公差尺寸要求，选择“钻—铰”
方案。
孔6-φ12, 表面粗糙度为Rа12.5，选择“钻—锪”方案。
孔φ8，表面粗糙度为6.3，无公差尺寸要求但深度最深，选择“钻—铰”
方案。
孔φ14，表面粗糙度为1.6，无公差尺寸要求但深度较深，选择“钻—铰”
方案。
两φ8孔，表面粗糙度为1.6，无公差尺寸要求，选择“钻—铰”方案。
螺纹孔M16，采用先钻孔底，然后攻螺纹的加工方法。
2.5 粗、精加工时切削用量的选择
2.5.1 粗加工时切削用量选择
粗加工时切削用量选择首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。根据加工余量确定，粗加工 2.5.2 精加工时切削用量选择 精加工时切削用量选择首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。半精加工 在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大，或余量不均匀时，粗加工要分几次进给，并且应当把第一、第二次进给的吃刀量尽量取得大一些。 2.5.3 切削用量的计算 a.工下平面与加工上平面，用的是相同的机床和相同的刀具，所以，上平面的切削用量，符合下平面所要求的，故选与上平面相同的切削用量。 铣凸台两侧面： 确定粗、精加工的加工余量：查《切削用量手册》得：平面精加工的余量Zn为 1.5mm。已知侧面的总余量Zn总为4mm。故粗加工的加工余量为Zn =4—1.5 = 2.5mm。 b.《切削用量手册》得：粗铣的每齿进给量Fz =0.2mm\z；取精铣每转进给量为Fz =0.5mm/r。 切削深度ap：查《切削用量手册》得：粗铣走刀1次，ap =2.5mm；精铣走刀1次，ap = 1.5mm。 切削速度Vc：查《切削用量手册》得：粗铣主轴的转速为350r/min；得到精铣主轴的转速为500r/min。 V粗 =πDn/1000=3.14×52×350/1000=57.148m/min V精 =πDn/1000=3.14×52×500/1000=81.64m/min c. 下平面和铣下平面 确定粗、精加工的加工余量：查《切削用量手册》得：精加工的余量Zn为1.5mm。已知下平面的总余量Zn总为4mm；故粗加工的余量为Zn粗=4—1.5 =2.5mm。 进给量F：查《切削用量手册》得：粗铣的每齿进给量Fz =0.2mm\z；取精铣每转进给量为Fz =0.5mm/r。 切削深度ap：查《切削用量手册》得：粗铣走刀1次，ap =2.5mm；精铣走刀1次，ap = 1.5mm。 切削速度Vc：查《切削用量手册》得：粗铣主轴的转速为150r/min；得到精铣主轴的转速为300r/min。 V粗 =πDn/1000=3.14×64×150/1000=30.144m/min V精=πDn/1000=3.14×64×300/1000=60.288m/min d. 加工螺纹孔切削用量的选用 进给量F：根据麻花钻的直径，查，《切削用量手册》得： D = 10mm的麻花钻的进给量F= 0.4 mm/r 。 D =15mm的麻花钻的进给量 F =0.5 mm/r 。 切削速度V：根据麻花钻的直径，查《切削用量手册》得； D = 10mm的麻花钻的切削速度V=0.45 m/s 。 n = 1000υ/πd=1000×0.45/3.14×10=14.33m/min D =15rmm 的麻花钻的切削速度 V= 0.55 m/s 。 n =1000υ/πd=1000×0.55/3.14×15=11.57m/min 2.6 刀具的选择 除了铣刀外，加工过程中使用比较多的是孔加工刀具，包括麻花钻、锪孔钻、铰刀、镗刀、丝锥以及中心钻。刀具正确的选择和使用是决定零件加工质量的重要因素，对成本昂贵的加工中心更要强调选用高性能刀具，充分发挥机床的效率，降低成本，提高加工精度。在选择刀具材料时，一般尽可能选用硬质合金刀具，精密镗孔等还可以选用性能更好、更耐磨的氮化硼和金刚石刀具。 零件上、下表面采用端铣刀加工，根据侧吃刀量选择端铣刀直径，使铣刀工作时有 合理的切入/切出角；且铣刀直径应尽量包容整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。台阶面以及其他轮廓采用立铣刀加工，铣刀半径R 受轮廓最小曲率半径限制，取R=6㎜。孔加工几个工步的刀具直径根据加工余量和孔径确定。 该零件加工所用刀具详见表6-1泵盖数控加工刀具卡片。 表6-1泵盖数控加工刀具卡片 2.7 拟定加工工序卡片 为了更好的指导编程和加工操作，把零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入如下所示的泵盖零件加工工序卡片中，见附录1至附录4，图中虚线为加工部位。 第三章夹具的设计 3.1 夹具设计方案 夹具具体尺寸 图1-4 该夹具图1-4所示，主要由在T 形块上两个消边销组成，一个是φ16的圆柱销，旁边是一个φ27的消边销，前面螺纹部分是φ20，其次是一个大于φ20的开口垫圈，开口的作用是不用把螺母直接拧下就可以拿下来，螺母是φ30，穿过φ27的通孔用螺母拧紧来限制工件各个自由度。 3.2 定位的分析 螺纹孔 图1-5 该夹具图1-5所示主要是以两个消边销来定位的，φ16的圆柱销是用来对工件位置的定位，旁边φ27的圆柱销刚好穿过φ27的通孔配合φ16圆柱销，中间是一个开口大于螺栓直径的垫圈，这样不用螺母拧下来就能拿下来，这样方便安装，加快了装夹效率，再用一个螺母在T形板右侧拧紧，整个夹具再通过螺母拧紧，消边销定位来限制工件的各个自由度，这样工件在加工过程中不会出现动摇的情况，又方便拆卸，提高了加工效率。 在装夹的过程中一定要保持工件与机床工作台面垂直，否则，会造成螺纹精确度下降。 致谢 毕业设计是大学三年来所学的理论知识付诸与实际行动的一种表现。通过实习进一步巩固了我所学的知识，为走上社会奠定了扎实的基础。 想到刚拿到毕业设计课题<泵盖的加工工艺及夹具设计）时那种无奈的心情时我心里就有种说不出的感觉。我不知如何去做，也不知从哪着手，跑图书馆也找不到自己想要的资料，即使找了资料也对设计没多大用处，随着时间的推移加上孙连栋老师的分析帮助、自己的努力结合所学的知识我终于完成了任务。在毕业设计期间在孙连栋老师的帮助下解决了许多设计方面的困难，一次一次帮我耐心指出设计缺陷和错误。在此我表示忠心地感谢！ 由于实际经验的不足，知识掌握的肯定也不是很全面，错误之处一定很多，望老师给予指导与批评。 在这即将毕业之际，我忠心的希望老师在以后的日子里，能工作顺利，身体健康，桃李满园！ 参考文献 [1]张应超.铣工.化学工业出版社，2004年 [2]徐宏海.数控加工工艺.化学工业出版社，2003年 [3]董志勇.AutoCAD2004经典范例50讲.兵器工业出版社，2004年 [4]北京第一通用机械厂，机械工人切削手册.机械工业出版社，2005年 [5]晏初宏.数控加工工艺与编程.化学工业出版社，2004年 [6]朱正心.机械制造技术.机械工业出版社，2004年 [7]李澄，吴天生，闻百桥.机械制图.北京：高等教育出版社，2002年 [8]中国机械工业教育协会.机械设计基础.机械工业出版社，2004年
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